劉磊, 康詩勝, 劉恒, 胡天楊, 周煒鑒, 張云飛

1)中南大學有色金屬成礦預測與地質環(huán)境監(jiān)測教育部重點實驗室，長沙，410083；2)中南大學地球科學與信息物理學院，長沙，410083；3)湖南工程職業(yè)技術學院自然資源學院，長沙，410083

內容提要：華北克拉通是世界范圍內少數保存有大量太古宙英云閃長巖—奧長花崗巖—花崗閃長巖(TTG)及多期次巖漿事件記錄的克拉通之一，相關研究對揭示全球太古宙時期殼—幔動力學演化過程具有重要的指示意義。筆者等在華北克拉通東南部歸納總結了52個太古宙時期TTG巖石樣品的有效地球化學資料。根據地區(qū)與巖石成因差異，將樣品主要分為3類：霍邱、五河地區(qū)低鋁、低壓型TTG巖石，魯西(C帶)、豐縣張河地區(qū)中鋁、中低壓型TTG巖石以及登封地區(qū)高鋁、高壓型TTG巖石。華北克拉通東南部的TTG片麻巖經歷了兩期明顯的地殼生長事件：2.95～2.70 Ga，2.58～2.48 Ga(峰值為約2.52 Ga)。主、微量數據表明，華北克拉通東南部的TTG片麻巖主體源于低鉀鎂鐵質巖石的部分熔融，并且源區(qū)可能受到來自于殼—幔相互作用的影響。其中，霍邱、登封地區(qū)的TTG分別受到流體、熔體交代作用；魯西和張河地區(qū)則同時受到熔體和流體交代作用。霍邱地區(qū)TTG片麻巖形成于約2.70 Ga，成因可能受魯西地區(qū)地幔柱垂向構造的影響；太古宙末期，魯西及張河地區(qū)與登封地區(qū)TTG片麻巖的形成具有一定聯系，主要表現為受洋內島弧地體側向的洋內俯沖與弧陸碰撞增生控制，并經歷了區(qū)域麻粒巖相變質作用。

組成陸殼的巖漿巖中，英云閃長巖—奧長花崗巖—花崗閃長巖(Tonalite—Trondhjemite—Granodiorite，TTG)是最主要的深成侵入巖(趙國春和張國偉，2021；Condie et al., 2009)。因此，TTG巖石在理解太古宙陸殼的形成和演化方面起著至關重要的作用(吳鳴謙等，2014；姜楊等，2014；葛寧潔等，2001；王金芳等，2021)。目前，有關太古宙TTG巖石成因機制的爭議主要集中在3個方面：①源巖性質；②動力學體制；③殘留相礦物本身的地球化學性質。前人早期統(tǒng)計了全球太古宙TTG巖石(約4.0～2.50 Ga)的地球化學資料，發(fā)現隨著TTG巖石中Mg#及Cr和Ni等元素含量逐漸增加，CaO+Na2O和Sr元素含量亦同步增加(Martin et al., 2005)。據此，他們提出隨著地球的不斷冷卻，俯沖板片進行部分熔融的深度也在逐漸增加，進而熔體與地幔楔相互作用程度不斷增強。在動力學體制方面，部分學者認為太古宙TTG片麻巖可能形成于俯沖構造體制，并與俯沖板片或者島弧根部物質的部分熔融有關(Martin et al., 2005; Wang Wei et al., 2013)。相比而言，依據太古宙TTG片麻巖的面狀分布、缺少與地幔物質的相互作用以及與科馬提巖的緊密共生等特征，其他學者提出垂向構造成因體制(如：地幔柱模式或者拆沉模式等)(Smithies et al., 2009; Wu Meiling et al., 2016; Nebel et al., 2018)。與TTG熔體平衡的殘留相除了石榴子石之外，常見的還有斜長石，含Ti礦物(如金紅石、鈦鐵礦、榍石)，角閃石和輝石。在鎂鐵質巖石熔融時，Al2O3、Na2O和Sr優(yōu)先進入斜長石，其穩(wěn)定域小于1.5 GPa (Moyen and Steven, 2006)，因此，斜長石出現在殘留相中時，會導致TTG熔體成分中Al2O3、Na2O和Sr含量的降低。實驗研究表明，TTG熔體中Nb和Ta的含量主要受殘留相中金紅石的控制，當金紅石出現時，TTG熔體中的Nb和Ta往往出現大幅度降低，其穩(wěn)定域一般認為在1.5 GPa之上，除了含Ti礦物，另一個控制熔體Ti—Nb—Ta含量的礦物是角閃石，也是高壓角閃巖相的主要礦物(Xiong Xiaolin et al., 2005)。

Moyen 等(2011)根據巖石地球化學關鍵指標(即Sr含量、Sr/Y和La/Yb值)，將太古宙(約3.50～2.50 Ga)TTG劃分為高壓(HP)、中壓(MP)和低壓(LP)型，并將其成因分別歸類于俯沖、后碰撞伸展以及地幔柱等不同構造體制。大多數TTG(約80%)屬于源自加厚下地殼部分熔融(深度約30～45 km)的LP和MP型，而剩余20%的HP型TTG，被解釋為源自俯沖板塊(>60 km)。Wang Wei等(2017)通過對遼北地區(qū)新太古代晚期TTG片麻巖的深入研究，提出不同壓力類型TTG片麻巖可能形成于后撤型增生造山體系的不同構造位置，其中高壓型TTG片麻巖與短暫的構造擠壓有關，而中、低壓類型形成于后撤伸展階段。

值得注意的是，TTG通常被認為是由成分類似于現今溢流玄武巖的富水的鎂鐵質源巖(Martin et al., 2014)，通過部分熔融或分離結晶過程形成的(Bédard, 2006; Smithies, 2000; Laurent et al., 2020)。部分學者提出太古宙高壓型TTG片麻巖的“高壓”屬性可能與角閃石的分離結晶或者斜長石堆晶有關(Bai Xiang et al., 2014; Laurent et al., 2020)。盡管如此，絕大部分太古宙早期(>3.0 Ga)TTG片麻巖屬于中、低壓類型，而高壓型TTG片麻巖直到太古宙晚期(約3.0～2.50 Ga)才大量產出(Wang Wei et al., 2017; Ge Rongfeng et al., 2018; Liu Heng et al., 2020)。近年來，TTG的地球化學差異性主要被解釋為與不同深度的部分熔融有關(Moyen, 2011; Moyen and Martin, 2012)。最近的研究表明，太古宙TTG片麻巖可能來自：①富集巖石圈地幔中鎂鐵質熔體的分離結晶；②加厚下地殼含水鎂鐵質巖石的部分熔融；③俯沖大洋板塊的熔融(包括淺俯沖和深俯沖)，淺俯沖大洋板塊沿著殼—幔邊界底侵，最終并入大陸地殼(Sun Guozheng et al., 2021)。此外，在深俯沖期間，H2O作為熔劑在不同TTG熔體的形成中起著至關重要的作用，這有助于產生成分多樣性的TTG(Moyen, 2011; Pourteau et al., 2020)。

另一方面，雖然關于陸殼如何形成和演化一直存在較多的爭議，但是，許多大陸生長模型表明，70%以上的現代大陸地殼形成于太古宙末期之前(Armstrong, 1981; Mc Lennan and Taylor, 1982)；作為太古宙克拉通的主要成分，TTG片麻巖占太古宙大陸出露面積的60%～70%，被認為是研究前寒武紀地殼巖漿作用和變質演化的重要樣本(Zhao Guochun et al., 2008; 周艷艷等，2009; Moyen and Martin, 2012)。換言之，太古宙陸殼TTG片麻巖是現今陸殼的最重要組成部分(Armstrong, 1981; Dhuime et al., 2012; Hawkesworth et al., 2013)。因此，開展太古宙TTG片麻巖的成因機制研究是探討早期大陸地殼起源和形成演化過程的關鍵(萬渝生等，2021)。

克拉通內部的古老地體為了解太古宙大陸生長和總體構造演化機制提供了一個良好窗口(Deng Hao et al., 2019)。華北克拉通在太古宙晚期逐漸穩(wěn)定成為克拉通，是中國最古老的克拉通之一，經歷了多階段復雜的構造演化，是研究陸殼生長演化的天然實驗室(Condie, 2000; Cawood et al., 2013; Zhou Yanyan et al., 2014; Li Lei and Zhai Weijian, 2019)。眾所周知，包括東南緣在內的華北克拉通經歷了兩期地殼生長事件，分別為新太古代早期(2.85～2.70 Ga)和新太古代晚期(2.58～2.48 Ga)。經過這兩次長時間的陸殼生長事件，華北克拉通擁有了初始的克拉通屬性(肖玲玲等，2019；黃道袤等，2020；第五春榮，2021)。然而，與世界上大多數地區(qū)的克拉通不同，2.60～2.50 Ga是華北克拉通構造熱事件發(fā)育的最主要時期(Condie et al., 2009)。實際上，對于華北克拉通太古宙基底出露較好的地區(qū)，前人已經開展了多方面的探索，但在太古宙基底未出露或極少出露的地區(qū)，尤其是東南緣的霍邱、五河、登封、魯西(C帶)、張河等地區(qū)，這一方面的研究較薄弱。因此，我們以華北克拉通太古宙TTG為研究對象，通過收集前人在該區(qū)的地層學、巖石學、地球化學、年代學和同位素數據，結合已發(fā)表的研究成果，對上述地區(qū)早前寒武紀地質演化開展系統(tǒng)的對比研究。筆者等重點討論以下問題：通過分析不同區(qū)域之間TTG片麻巖的差異以及規(guī)律，對其進行分類匯總，并研究其巖石構造成因，源區(qū)性質以及動力學體制，進而揭露太古宙地殼生長過程和模式，為整個華北克拉通的基底和構造屬性提供研究思路。

1 華北克拉通東南緣太古宙地殼物質的分布

華北克拉通作為中國最古老的克拉通地塊之一(圖1a)，雖然經歷地殼多期生長，但是主要形成于新太古代時期，在過去的幾十年里引起了世界范圍內地球科學家的廣泛關注和研究。華北克拉通陸殼生長在新太古代早期表現為地幔巖漿作用，并且作用范圍非常廣泛。新太古代晚期雖然地幔物質有所加入，但是殼內再循環(huán)作用起著主導作用(萬渝生等，2015；Wan Yusheng et al., 2015)。

圖1 華北克拉通基底構造單元劃分圖(a)(據Zhao Guochun et al., 2005)、華北克拉通東部陸塊新太古代地質簡圖(b)(據Zhao Guochun et al., 2005, Wang Wei et al., 2015)

普遍認為，華北克拉通是多個微塊體拼合的結果，然而，對于其具體劃分方法一直存在不同的觀點(圖1b，圖2)。產生不同觀點的原因是由于對于太古宙陸殼基底巖石性質的認知不夠準確清晰。以往觀點有：①華北克拉通通常被認為由橫貫華北造山帶的東、西兩個地塊在約1.85 Ga時合并而成(Zhao Guochun et al.，2005)，皖北五河地區(qū)的五河雜巖和霍邱地區(qū)的霍邱雜巖歸屬為膠—遼—吉帶穿過郯廬斷裂帶的延伸。因此，五河和霍邱地區(qū)的陸殼形成及演化應該類似于膠—遼—吉帶(劉超輝和蔡佳，2017；Wang Wei et al., 2017; Lu Junsheng et al., 2021)；②Zhai Mingguo和Santosh(2011)認為華北克拉通大致由膠遼、許昌、濟寧和阿拉善等七個微陸塊組成，它們于2.60～2.53 Ga 拼合完成克拉通化。在該體系中，徐淮地區(qū)的早前寒武紀單元屬于徐淮微陸塊(趙宗溥，1993；翟明國，2012)；③Wan Yusheng 等(2015)以≥2.60 Ga 的巖石的地理位置為依據，通過對早期構造—熱事件的分析，將華北克拉通劃分為3個古陸塊，其中霍邱、五河、登封形成時間為約2.50 Ga ，華北克拉通東南部大部分基底隸屬于南部古陸塊，它們于古元古代末期(1.97～1.80 Ga)完成克拉通化(Wan Yusheng et al., 2015; Diwu Chunrong et al., 2016; 第五春榮等，2018)。

圖2 華北克拉通基底構造單元劃分圖(據Zhai Mingguo, 2011)

華北克拉通東南部的太古宙變質陸殼基底包括但不限于霍邱群、五河群、泰山群、濟寧群以及登封群。通過前人文章對鉆孔巖芯的描述，發(fā)現上述地區(qū)太古宙陸殼存在一些共性巖石，如大規(guī)模的TTG片麻巖和以發(fā)育條帶狀鐵建造(Banded iron formation, BIF)為特征的表殼巖系列，同時在地層序列上也存在對比性(圖3)?；羟耠s巖和五河雜巖主要包括TTG片麻巖、石英巖、云母片巖、變粒巖、大理巖、條帶狀鐵建造和斜長角閃巖等巖石組合，并報道有2.9 Ga的TTG片麻巖。而徐州張河和魯西C帶濟寧巖群的巖芯主要以變質火山巖和BIF鐵礦為主，同時發(fā)育有約2.5 Ga的TTG片麻巖。登封地區(qū)巖性則以斜長角閃巖、BIF鐵礦以及約2.5 Ga的TTG片麻巖為主(楊恩秀等, 2008；Yang Xiaoyong et al., 2014；王偉等，2015)。筆者等對華北克拉通東南部地區(qū)出露太古宙巖石較少地區(qū)的TTG數據進行歸納整理，通過對比分析不同區(qū)域之間TTG片麻巖的差異以及規(guī)律，我們對以下科學問題進行了初步探討：該地區(qū)不同區(qū)域間TTG片麻巖的構造成因，源區(qū)性質是否一致，地殼生長模式是否相關，這對理解全球太古宙時期殼—幔動力學演化過程具有一定的指示意義。

1.1 五河和霍邱變質基底

五河雜巖被稱為五河群(也稱為蚌埠群)，是經歷中高級變質作用的一套地層，主要出露于蚌埠隆起帶，形成年齡跨度很大，并且?guī)r性復雜。構造格局總體是近東西向的蚌埠隆起與北北東向的斷裂系統(tǒng)相疊加的構造格局(圖4a、 b)。區(qū)域內花崗質巖石廣泛出露，前人的研究成果包含大量的巖石學和地球化學資料(Kang and Schmidt, 2017; Liu Lei et al., 2017; Wang Wei et al., 2017)。

五河雜巖于皖北五河及蚌埠、鳳陽一帶出露，西邊距離郯廬斷裂大約100 km。主要包括深部的變質基性巖和淺部的表殼巖以及變質的花崗巖侵入體。此外，以花崗巖和花崗閃長片麻巖為代表的花崗巖類也廣泛發(fā)育。五河地區(qū)太古宙時期TTG巖石多為鉆孔資料(圖3)，野外露頭極少。鋯石年代學數據表明，五河群經歷了新太古代晚期巖漿事件以及古元古代中期多期次變質和深熔作用。

圖3 華北克拉通東南部地層巖性對比柱狀圖(據楊恩秀等, 2008；Yang Xiaoyong et al., 2014；王偉等，2015)

圖4 五河(a)、(b)(據劉貽燦等，2015)和霍邱(c)(據Liu Lei et al., 2016)地質簡圖

靠近華北克拉通東南緣的霍邱地區(qū)的表殼巖被認為代表太古宙基底巖石，并以產出條帶狀鐵建造(BIF)而聞名(邢鳳鳴和任思明，1984；Wan Yusheng et al., 2010a；楊曉勇等，2012；Liu Lei et al., 2016)。華北克拉通東南緣的霍邱雜巖以新太古代灰色片麻巖、角閃巖和大量變質沉積巖為主，上面覆蓋著新元古代—古元古代地層和第四紀沉積物。霍邱和五河變質基底南北長60多千米，總面積1500多平方千米。由于出露在地表的巖石樣品較少，該地區(qū)的地質格架是通過巖性組合和鉆孔相關數據推斷出來的。根據鉆探數據，霍邱群自下而上可以分為花園組、吳集組和周集組(圖3, 圖4c)。其中，花園組以經歷混合巖化的斜長角閃巖和角閃黑云混合巖類為主。吳集組可分為上、下兩部分，下部以黑云斜長片麻巖和角閃黑云斜長變粒巖等變質巖為主，上部少量的巖性與下部相同，但是以磁鐵石英巖、伴生的白云石大理巖和斜長角閃巖為代表。周集組總體為白云大理巖組合，下部由混合巖、伴生的斜長石角閃巖和磁鐵礦等組成，上部以白云石化大理巖為主(Wan Yusheng et al., 2010b; Yang Xiaoyong et al., 2014)?；羟耠s巖識別出了年齡為2.75 Ga的英云閃長巖和2.9 Ga的TTG巖石(Wan Yusheng et al., 2010b; Liu Lei et al., 2016)。

1.2 登封雜巖

位于華北克拉通登封地區(qū)的太古宙巖石稱為登封雜巖(Zhang Guowei et al., 1985)?；啄挲g廣泛分布，從較老的新太古代登封群到較年輕的古元古代嵩山群都有分布，花崗質巖石呈近南北向分布(圖4)。構成陸殼主要成分的TTG質片麻巖和表殼巖在空間上密切相關，并從西邊侵入到登封群中，嵩山群不整合在太古宙基底之上。

登封地區(qū)的片麻巖主要由大塔寺區(qū)域的英云閃長質片麻巖、會善寺區(qū)域的奧長花崗質片麻巖以及牛屋欄區(qū)域的奧長花崗片麻巖組成。登封雜巖主要由斜長角閃巖、角閃變粒巖、BIF鐵礦等組成，表現出角閃巖相變質作用(圖3)?；◢徺|巖石主要以新太古代晚期TTG片麻巖和正長花崗巖為代表(Zhou Yanyan et al., 2011; Wang Wei et al., 2017)。登封雜巖的圍巖可分為早期的TTG深成巖體和晚期鉀質花崗巖(Zhang Guowei et al., 1985; 郭安林, 1988; Kusky and Zhai Mingguo, 2012)。它們具有片麻狀組構，表現為斜長石與角閃石和/或黑云母呈層狀排列(Diwu Chunrong et al., 2011; Deng Hao et al., 2016)。

圖5 登封地區(qū)地質簡圖(據Diwu Chunrong et al., 2011)

1.3 魯西地區(qū)C帶和徐州張河地區(qū)

前人對于魯西地區(qū)研究較為深入，并取得了很多重要成果，因為它在太古宙時期構造巖漿熱事件穩(wěn)定，直到古元古代才遭受變質活動，保存早期地殼記錄完好(Wang Wei et al., 2013; 任鵬等，2015；Ren Peng et al., 2016; Dong Chunyan et al., 2017; Gao Lei et al., 2020)。魯西地區(qū)發(fā)育了2.75～2.60 Ga和2.60～2.50 Ga兩期構造巖漿事件(Wan Yusheng et al., 2011, 2014)。Wan Yusheng等(2010a)根據年代學以及空間位置差異，將魯西地區(qū)的太古宙陸殼基底分為3個帶：A 帶，位于魯西地區(qū)東北部，形成時代為新太古代晚期，主要由混合巖和殼源花崗巖組成；B 帶，位于中部(A帶的西南方向)，含有新太古代早期(2.70 Ga)的TTG巖石，并以發(fā)育來自于地幔作用的科馬提巖為主要特征；C 帶，位于西南部, 為本次統(tǒng)計數據的主要區(qū)域，改區(qū)域露頭明顯可見不同類型巖石之間的巖漿混合作用。該地區(qū)發(fā)育有條帶狀TTG巖石，其巖石的結晶年齡峰值為 2.53～2.52 Ga，巖漿作用十分強烈，主要產于泰山巖群、孟家屯巖組以及濟寧巖群中(圖3)。

魯西C帶平邑—費縣地區(qū)出露的新太古代TTG片麻巖侵入早期表殼巖石中。這些TTG片麻巖經歷了角閃巖相變質和強烈變形作用。新太古代晚期(2.56～2.52 Ga)的表殼巖由黑云母片麻巖、角閃片巖、變質礫巖、條帶狀鐵建造(BIF)和絹云淺粒巖組成(Wang Wei et al., 2011)。新太古代晚期的侵入巖主要由TTG富鈉型花崗片麻巖、輝長巖、石英閃長巖和富鉀花崗巖組成。這些巖石大多數遭受深熔作用，與新太古代表殼巖具有相同的NW—SE向構造面理(片麻理)，表明區(qū)域變形可能發(fā)生在新太古代晚期花崗巖侵位之后(Sun Di et al., 2019)。

棗莊、濟寧地區(qū)新太古代晚期(約2.56～2.52 Ga)巖石組合，主要由礫巖、條狀鐵層、黑云母片麻巖、角閃片巖和絹云母千枚巖組成。同時帶上發(fā)育有肥城—棗莊古巖漿弧(圖6)位于魯西C帶西南側，其中形成的TTG組合分為兩組，分別是山草峪組和驛山組。

圖6 魯西地質簡圖(據Wan Yusheng et al., 2010a)

徐州張河地區(qū)TTG片麻巖位于華北克拉通東南緣，該地區(qū)太古宙陸殼基底巖石出露很少，變質基底主要包括泰山巖群和徐宿地區(qū)班井和夾溝出露的捕擄體。江蘇省地礦局第五地質大隊對徐州西北方向 100 km 處的豐縣張河地區(qū)開展了一系列勘探工作，發(fā)現了BIF 型鐵礦。通過鉆孔巖芯資料看，基底下部的巖性以長英質角閃黑云斜長片麻狀混合巖、混合花崗片麻巖為主，夾少量斜長角閃巖、混合巖化黑云斜長片麻巖(圖3)。特征礦物石榴子石較少出現，石英含量較高，屬中壓型低角閃巖相。中部的巖性以混合花崗片麻巖、黑云斜長變粒巖等為主，夾少量斜長角閃巖、黑云斜長片麻巖。特征礦物石榴子石經常出現，十字石零星出現，屬中壓型低角閃巖相。上部的巖性以二長混合片麻巖、黑云斜長混合片麻巖為主，夾少量斜長角閃巖。特征礦物綠簾石、角閃石較常出現，屬綠簾—角閃巖相。綜合該地區(qū)的成巖年齡數據(待發(fā)表資料)，基底存在太古宙TTG巖石。

2 地球化學特征和巖石成因

在前人根據太古宙綠巖帶的劃分中，華北克拉通東南部具有統(tǒng)一的陸殼基底，是組成華北克拉通的七個微陸塊之一的重要組成部分(Zhai Mingguo and Santosh, 2011；翟明國，2012)。筆者等對該地區(qū)太古宙基底巖石及相關鉆孔數據進行了統(tǒng)計分析，尤其是對華北克拉通東南緣TTG片麻巖數據進行詳細分析，具體表現為通過對該地區(qū)的東南部(霍邱、五河)、西部(登封)地區(qū)以及中北部(魯西C帶、張河)，TTG巖石的年代學、巖石學、地球化學對比分析，探討其新太古代動力學體制，進而對徐淮地區(qū)在新太古代時期如何演化展開討論。

本研究收集TTG片麻巖樣品的選取原則是：①樣品需具有相應的主量元素、微量元素數據且分析數據符合精度要求；②不同地區(qū)的同一批次樣品應當有可靠的定年數據；③同一地區(qū)樣品的鋯石Lu—Hf同位素數據能夠反映配套的結晶年齡并進行源區(qū)限定。本次收集的數據來自霍邱和五河(15個)、登封(26個)、魯西C帶(4個)、張河(7個，待發(fā)表數據)、五個地區(qū)共52個TTG樣品(數據和索引參考文獻見附表1，見www.geojournals.cn/georev的網上文件；印刷版略)。主微量數據根據地區(qū)主要分為3類：東南部(霍邱、五河)，中北部(魯西C帶、張河)以及西部(登封)地區(qū)。

為方便了解新太古代TTG巖石代表的地球動力學意義，必須熟悉不同巖石組合的巖石成因和構造環(huán)境。這些TTG片麻巖的SiO2含量為58.71%～72.9%，僅東南部和西部各有一個樣品的SiO2含量小于60%；MgO的含量較低，主要的范圍分布在3%以下(0.5%～2.7%)；Al2O3、K2O、CaO、Na2O、TiO2含量的變化范圍分別為10.35%～21%、1.00%～3.16%、1.02%～6.20%、2.29%～7.10%、0.1%～1.0%(圖7)。從圖8a中可以發(fā)現，樣品主要落在花崗閃長巖和花崗巖區(qū)域，但各個地區(qū)都存在極少的樣品散落在石英二長巖和正長巖等鉀鈉含量較高的區(qū)域(圖8a)。在An—Ab—Or圖中，樣品在奧長花崗巖、英云閃長巖到花崗閃長巖都有分布，整體來講有將近一半的樣品屬于英云閃長巖，霍邱地區(qū)更多樣品落在奧長花崗巖區(qū)域(圖8b)。在SiO2—K2O圖中(圖8c)，TTG大部分位于中鉀鈣堿性巖石區(qū)域，少量樣品落在低鉀拉斑玄武巖系列，只有一個霍邱的樣品落在高鉀鈣堿性系列。在K2O—Na2O—CaO三角圖中，大部分樣品落在TTG區(qū)域，只有少數落在與TTG成分相似的Sanukite區(qū)域(圖8d)。其主量元素完全符合TTG巖石高SiO2、Na2O低MgO、K2O的特征,并且在哈克圖解當中CaO、MgO、K2O、TiO2與SiO2的呈明顯的反比關系，而Na2O與SiO2呈較顯著的正相關(圖7，8e)。值得注意的是，反映巖石形成壓力的Al2O3含量不僅與SiO2呈顯著的反相關，且西部、中北部以及東南部的TTG片麻巖的Al2O3含量還呈現出規(guī)律的變化，相關分布對應不同的壓力屬性。在A/CNK—A/NK圖中，兩種指數的變化范圍分別是0.79～1.37、1.33～2.09，表現出準鋁質至過鋁質特征(圖8f)。

圖7 華北克拉通東南部新太古代時期TTG巖石的SiO2與主量元素相關哈克圖解

圖8 華北克拉通東南部TTG巖石性質判別圖(圖例同圖7)

收集到的樣品顯示相容元素Cr、Ni，大離子親石元素Sr，高場強元素Zr均與SiO2呈負相關關系，SiO2含量低的部分樣品中四種元素的含量明顯增高，最高分別可達70×10-6、28×10-6、771×10-6、234×10-6。La的變化范圍為7.2×10-6～59×10-6，稀土元素配分模式圖顯示整體為右傾的趨勢，富集輕稀土，重稀土虧損，其中霍邱地區(qū)傾斜程度略大。霍邱及五河地區(qū)TTG片麻巖具有較高的輕稀土含量，表現出中等分餾的輕稀土配分模式；登封地區(qū)TTG片麻巖顯示強烈分餾的輕稀土配分模式，表現出正的Eu異常；魯西C帶及張河地區(qū)TTG片麻巖顯示中等分餾的輕稀土配分模式。在原始地幔標準化蛛網圖中，整體上都存在Nb、Ta、Ti的負異常，此外，登封地區(qū)表現出Sr的正異常，而另外兩個地區(qū)則存在輕微的負異常。年齡較老的霍邱地區(qū)有明顯的區(qū)別于較年輕的樣品的Th正異常以及明顯的重稀土元素虧損(圖9)。

圖9 華北克拉通東南部TTG巖石稀土元素球粒隕石標準化配分曲線(a、c、e)和微量元素原始地幔標準化蛛網圖(b、d、f)(球粒隕石和原始地幔標準化來自Sun and McDonough, 1989)

樣品La/Yb(5～227)、Sr/Y(17～291)、Ce/Sr(0.02～0.43)值的變化范圍較大，在La/Yb—Sr/Y和Y—Ce/Sr圖中可以分辨出登封地區(qū)、霍邱和五河地區(qū)、魯西C帶—張河地區(qū)分別對應高壓、中壓和中低壓型TTG片麻巖(圖10a、 b)。Y的數據雖然變化范圍較大為1.7×10-6～27×10-6，但是只有兩個樣品的數據較大達到22×10-6和27×10-6，其余皆小于15×10-6，故在Y—Sr/Y圖中能夠觀察到TTG巖石的數據落在adakite區(qū)域，只有極少的數據落在島弧巖漿區(qū)域(圖10c)。在YbN(1～15)與(La/Yb)N(3.6～163)相關圖解中可以明顯分辨出三個地區(qū)樣品的區(qū)別，霍邱和五河地區(qū)的TTG巖石具有較大的(La/Yb)N和較小的YbN值，而魯西和張河地區(qū)卻恰恰相反，兩者的不同也在TTG巖石的源巖成分中反映出來，即霍邱和五河區(qū)域TTG的源巖存在含25%石榴子石的角閃巖，而魯西和張河地區(qū)源巖角閃巖中石榴子石的含量只有10%，登封地區(qū)TTG巖石的源巖可能以上兩種皆存在(圖10d)。

圖10 華北克拉通東南部TTG巖石La/Yb—Sr/Y(a)(底圖據Moyen, 2011)、Y—Ce/Sr(b)(底圖據Moyen, 2011)、Y—Sr/Y(c)底圖據Moyen and Martin, 2012)、YbN—(La/Yb)N(d) (底圖據Martin, 2005)圖解(圖例同圖7)

根據TTG巖石樣品的SiO2—Mg#特征以及Rb和Rb/Sr的變化范圍(21×10-6～115×10-6、0.03～0.56)，在構成的判別圖中可以看出3個地區(qū)TTG巖石與adakite類似，皆是通過部分熔融形成(圖11a、b)。在3×CaO— Al2O3/(FeOT +MgO)—5×K2O/Na2O源巖判別圖中可以看到東南部和西部地區(qū)的TTG基本屬于低鉀鎂鐵質巖石，而中北部地區(qū)TTG還存在高鉀鎂鐵質巖石(圖11c)。與該規(guī)律相似，根據Zr/Sm(5.62～117.86)和Nb/Ta(3.1～29)值的變化，在Zr/Sm—Nb/Ta一圖中可以進一步判別出西部和東南部的源巖主要是含角閃石的榴輝巖，而中北部還存在含金紅石榴輝巖(圖11d)。此外，TTG巖石的Zr/Hf、Lu/Hf、(Nb/La)N、(Hf/Sm)N值的變化分別為25～48、0.01～0.17、0.17～5.3、0.04～0.72，在相關的投圖中可以判斷出，3個地區(qū)的TTG巖石都顯示不存在碳酸鹽巖的交代作用，沒有鋯石的分離結晶，總體保留了原始巖漿成分；在(Nb/La)N—(Hf/Sm)N圖中可以區(qū)分出，西部的TTG巖石受熔體相關俯沖交代作用，東南部的TTG巖石主要受流體相關俯沖交代作用，而中北部地區(qū)既受到熔體相關俯沖交代作用，又受流體相關俯沖交代作用的影響(圖11e，f)。在本研究中，未發(fā)現Nb/Ta值與其他指標存在聯系(圖11)；Nb/Ta似乎與熔融深度無關(另一方面，Nb和Ta的絕對濃度見圖11)。這一結果顯然與Foley等(2002)關于金紅石中HFSE分配的結論不一致。然而，魯西C帶及張河地區(qū)TTG巖石顯示太古宙高鉀鎂鐵質巖石的成分，是TTG熔體的潛在來源，并且它們的Nb/Ta值變化范圍較大(圖11c，d)。盡管魯西C帶及張河地區(qū)的片麻巖顯示出較高的Nb/Ta值，但由于TTG片麻巖的源巖同樣具有高的Nb/Ta值，因此，金紅石的分離結晶不是該地區(qū)Nb/Ta值升高的唯一途徑。

圖11 華北克拉通東南部TTG巖石主量和微量元素變化圖(圖例同圖7一致)

對收集到的TTG巖石年齡進行統(tǒng)計(楊淳等，1997；勞子強和王世炎，1999；王世進等，2008，2010；萬渝生等，2009)，可以清楚地看到登封和魯西—張河的TTG巖石主要形成于新太古代晚期(2600～2400 Ma)，東南部霍邱地區(qū)除此之外還存在新太古代早期甚至中太古代(2950～2700 Ma)的TTG巖石(圖12，數據見附表2； 見www.geojournals.cn/georev的網上文件；印刷版略)。圖13為TTG的鋯石年齡—εHf(t)圖。為了減少由于鉛丟失使鋯石年齡變年輕的影響，使用207Pb/206Pb的鋯石結晶年齡進行計算，圖解顯示鋯石的εHf(t)變化范圍為-3.0～8.9，大多數都是正值。霍邱和五河地區(qū)的εHf(t)值變化較大，且隨著中太古代—新太古代表現出顯著的殼幔相互作用的影響，而筆者等收集的主微量數據主要來自于霍邱地區(qū)的中太古代巖石。登封地區(qū)TTG的εHf(t)值接近虧損地幔線，表明該地區(qū)受到地殼物質的混染較少(圖13，數據見附表3；見www.geojournals.cn/georev的網上文件；印刷版略)，巖漿來源于新生地殼物質。魯西C帶和張河地區(qū)的TTG片麻巖εHf(t)值界于虧損地幔和球粒隕石演化線之間，表明巖漿最有可能來自地殼。

2.1 東南部(霍邱、五河)地區(qū)

華北克拉通東南部的霍邱雜巖發(fā)生了3次主要的巖漿活動，其中2.80～2.70 Ga和2.50 Ga時期經歷了主要的地殼生長事件，下地殼可能經歷了幕式生長過程，與早前寒武紀時期處于克拉通的邊緣位置有關。蚌埠及五河一帶零星出露有不同類型的TTG片麻巖，而霍邱地區(qū)獲取的TTG巖石數據主要來自于鉆孔。該區(qū)域TTG樣品顯示存在3期明確的年齡(圖12、圖13；約2.90 Ga、2.70 Ga和2.50 Ga)，揭示了它們的源巖可能是在中太古代至古元古代3次不同的構造熱事件中產生的。較古老的年齡證實了霍邱—五河地區(qū)存在中太古代地殼，這與華北克拉通沂水地區(qū)的報道相似(Wu et al., 2013)?；谌珟rRb-Sr和鋯石U-Pb定年數據，前人認為“霍邱群”約形成于2.70 Ga，分別在2.30～2.20 Ga和1.80～1.40 Ga期間經歷了兩期變質作用，霍邱群2.70 Ga 巖石具有較低的鋯石εHf(t)值，指示其來自古老陸殼物質的殼內再造過程(Liu Lei et al., 2016)。

圖12 華北克拉通東南部新太古代TTG巖石的鋯石年齡變化(圖例之外的顏色為兩種地區(qū)TTG的重疊)

圖13 華北克拉通東南部新太古代TTG巖石的鋯石年齡—εHf(t)圖解

該結果不同于早期一些認為花崗片麻巖是在2.75 Ga和2.56 Ga的兩個構造熱事件階段(Wan Yusheng et al., 2010b)，或者是在約2.75 Ga的單個階段形成的觀點(楊曉勇等，2012)。較年輕的年齡(2444±29 Ma)接近于侵入華北克拉通相鄰地塊的大量花崗巖的年齡(約2.50 Ga)(Geng Yuansheng et al., 2012; Zhang Lianchang et al., 2012; Zhai Mingguo and Santosh, 2013)。巖石中2711～2765 Ma的年齡表明，地殼生長的峰值可能出現在2.80～2.70 Ga。根據前人的研究，盡管2.60～2.50 Ga的巖石占華北克拉通前寒武紀基底的80%左右，但2.80～2.70 Ga仍然是華北克拉通一個主要新生地殼增長期。

霍邱地區(qū)TTG巖石的MgO含量變化范圍較大，Mg#數值含量較高，且變化范圍很大，這些特征反映了TTG巖漿與地幔楔中橄欖巖之間存在相互作用，即俯沖板片熔融過程中可能存在地幔楔橄欖巖的混染(圖8e, 11b)。與其他地區(qū)的TTG巖石類似，存在REE模式強烈分餾，HFSE虧損，LREE和LILE富集等特征。結合La/Yb—Sr/Y和Y—Ce/Sr高—中—低壓型TTG區(qū)分圖(圖10a，b)，可以判斷出該地區(qū)的TTG巖石屬于中壓TTG。此外，由于該地區(qū)TTG巖石的(La/Yb)N變化范圍很大，并且具有明顯高于其他地區(qū)的(La/Yb)N含量。通過源區(qū)判別圖可以發(fā)現比值較大的樣品對應含25%石榴子石的角閃巖作為源巖(圖10d)，而比值較小的樣品對應含10%石榴子石的角閃巖作為源巖，結合鋯石的年代學分析，年齡較老的TTG巖石具有較大的(La/Yb)N值，較年輕的TTG巖石(La/Yb)N值反而較小。在3×CaO—Al2O3/(FeOT+MgO)—5×K2O/Na2O一圖中可以看到這些地區(qū)的TTG屬于低鉀鎂鐵質巖石(圖11c)，除不同比例的石榴子石之外，Zr/Sm—Nb/Ta一圖反映其源巖成分還存在含角閃石榴輝巖作為源巖，表明形成時溫壓條件較高。綜合Lu/Hf—Zr/Hf及(Nb/La)N—(Hf/Sm)N元素特征(圖11e、f)，指示霍邱—五河地區(qū)的TTG巖石形成過程中不存在碳酸鹽巖的交代作用，與沉積物質的加入無關，另外，與登封等地區(qū)也存在明顯的差別，僅受到流體相關俯沖交代作用?；羟竦貐^(qū)因為較低的Sr/Y值，較高的(La/Yb)N含量表示其受到深俯沖巖漿作用，且形成于壓力較高的環(huán)境，從而達到榴輝巖相變質作用。結合其較高的稀土元素值，變化范圍較大的εHf(t)值表現出的殼幔相互作用，以及魯西C帶2.7 Ga時期出露的科馬提巖，認為該地區(qū)TTG巖石的形成可能受約2.70 Ga地幔柱構造體制下形成的高溫高壓作用的影響，可能與地幔柱和島弧的聯系作用體制有關。五河地區(qū)新太古代時期的巖石因為沒有搜集到相關TTG的主微量，故無法判斷其與登封和魯西C帶地區(qū)具有一致的地質屬性，但富集的εHf(t)值表明，中太古代的TTG巖石可能為新太古代巖漿事件提供了地殼物質來源。

2.2 西部(登封)地區(qū)

華北造山帶南段嵩山地區(qū)出露的登封雜巖主要由新太古代TTG片麻巖、變閃長巖和角閃巖組成(郭安林，1988)。登封雜巖是華北造山帶南段的一套早前寒武紀變質巖，傳統(tǒng)上被認為是典型的花崗巖—綠巖帶。自20世紀50年代以來，對登封雜巖進行了大量的年代學和地球化學研究，表明該雜巖主要形成于新太古代晚期(約2.6～2.5 Ga)。前人在登封雜巖中識別出一套新太古代構造混雜巖，它們由TTG片麻巖、類似于Sanukite的變閃長巖和具有N-MORB地球化學特征的變基性火山巖構成，形成于俯沖匯聚構造環(huán)境(第五春榮，2021)。

登封地區(qū)的部分花崗質巖石屬于TTG片麻巖系列，3種巖石的數量以英云閃長巖—奧長花崗巖—花崗閃長巖順序遞減(Barker and Arth, 1976; 圖8b)，顯示準鋁質—過鋁質的TTG片麻巖特征(Martin, 1994; 圖8f)。TTG片麻巖呈現Na2O演化趨勢，鉀含量較低屬于低鉀拉斑—中鉀鈣堿性系列(圖8c、d)，并表現出與高硅adakite(HSA)相似的低鎂高硅的特征(圖8e)，暗示其成因可能與之相似，與俯沖板片部分熔融相關。本區(qū)TTG片麻巖的Mg#值變化范圍較小(36～47，只有一個數值為61)，在相關圖解中基本投入下地殼來源adakite中(圖11b)，表明不可能源自地幔源區(qū)物質的部分熔融(Rapp et al., 1999; Smithies, 2000; Martin et al., 2005)。在稀土元素圖解當中，與魯西—張河地區(qū)的TTG巖石相似，顯示HREE強烈分餾的特征，REE總量偏低、存在輕微的Eu正異常(圖9c)，可能累積了較多長石組分(Shang et al., 2004)；而在原始地幔標準化的蛛網圖中，登封和魯西—張河地區(qū)都表現出Nb、Ta、Ti的負異常(圖9d)，說明TTG源區(qū)虧損HFSE元素，同時在其形成過程中應該有角閃石、石榴子石等對HREE分配系數大于1并具有Eu負異常的礦物的分離或殘留(Hanson, 1978)。

該地區(qū)TTG巖石的Y含量低，Sr/Y和Ce/Sr值較高，屬于高壓型TTG(圖10a、b)，表示其形成的源區(qū)深度大于東南部和中北部TTG巖石。無論是根據地球化學投圖(圖11a、c)，還是前人已進行的較多高溫高壓實驗，都表明TTG巖石是由含水玄武質巖石(榴輝巖相或含石榴子石的角閃巖相)的部分熔融產生的(Barker and Arth, 1976; Rapp et al., 1991; Rapp and Watson, 1995)。根據Foley等(2002)的描述，登封地區(qū)的TTG巖石通常是由變質玄武巖在榴輝巖相條件下部分熔融形成的，Nb/Ta值反映了源巖鎂鐵質成分的多少。然而，在全球太古代記錄中，具有“高壓型”地球化學特征的TTG的Nb/Ta值低于其鎂鐵質來源，表明殘余角閃石在TTG巖漿演化中發(fā)揮了重要作用，這一特征可能反映了含水的可能性增加，而不是在無流體熔融期間，通過壓力控制條件使斜長石殘留量減少(Moyen, 2011)。

巖相學觀察發(fā)現登封地區(qū)TTG片麻巖變質地體中缺少中性火成巖石，也未發(fā)現基性堆晶巖(Huang Bo et al., 2021)，Y—Sr/Y、YbN—(La/Yb)N和Zr/Sm—Nb/Ta相關圖解(圖10c、d, 圖11d)顯示大多數TTG在形成過程可能存在一定比例榴輝巖的部分熔融。石榴子石穩(wěn)定域說明壓力不低于0.8 GPa，大約在700～1000℃時，僅在高壓條件下(>1.5 GPa)，鎂鐵質巖石通過脫水熔融作用產生奧長花崗巖熔體，含有富Al組分表明，殘余熔體相中富含角閃石和石榴子石，不含斜長石(如；Rapp et al., 1991)。地球化學成因表明登封雜巖中的TTG質片麻巖具有較低的Mg#、MgO、Cr、Ni含量以及較低的Nb/Ta值，指示其與典型太古宙TTG巖石和顯生宙典型的高硅adakite具有類似的地球化學特征，其源巖可能是由低角度俯沖的新生玄武質洋殼部分熔融而成(Diwu Chunrong et al., 2011)。殘留物中金紅石的存在表明壓力大于1.5 GPa，意味著12～15℃/km的低地熱梯度，Zr/Hf和Lu/Hf之間缺乏相關性，表明不存在鋯石的分離結晶作用，總體保留了原始巖漿的成分，登封地區(qū)TTG巖石沒有古老地殼物質的加入。由此看來，登封地區(qū)的TTG片麻巖與張河和魯西C帶地區(qū)相似，目前僅報道了約2.5 Ga的TTG片麻巖(圖12)。如圖13所示，登封雜巖中大多數2.50 Ga鋯石的高εHf(t)值接近于同時代虧損地幔的初始Hf同位素比值，對應于最年輕的TDM年齡，接近巖漿中鋯石生長的時間，這些可以解釋為登封地區(qū)的巖石代表新生地殼。此外，所有約2.50 Ga的鋯石都具有正的εHf(t)值，其中一些非常接近同時代虧損地幔的初始Hf同位素比值。因此，登封的年代學資料也為“2.50 Ga是華北地區(qū)地殼生長的主要時期”這一觀點提供有力的支持。登封地區(qū)石的εHf(t)值變化范圍較大，可能反映了熔融過程中不充分或不均勻的混合，并且表現出虧損地幔的Hf同位素特征。綜上所述，登封地區(qū)的TTG巖石通過島弧環(huán)境下低角度俯沖，導致加厚地殼的含水玄武質洋殼部分熔融形成，石榴子石和角閃石作為殘留相(Gutscher et al., 2000)。這也可以解釋TTG片麻巖在登封地區(qū)大面積出露的原因。

2.3 中北部(魯西C帶、張河)地區(qū)

研究表明，約2.70 Ga科馬提巖—拉斑玄武巖以及約2.60 Ga構造熱事件是地幔柱/地幔翻轉等垂向構造過程的產物，而新太古代晚期動力學機制則以島弧巖漿作用過程為主(Wan Yusheng et al., 2014; Ren Peng et al., 2016)。魯西A和C帶中的2.53～2.48 Ga未變形和弱變形巖漿巖，包括高Ba—Sr花崗巖、硅質高鎂玄武巖以及殼源二長花崗巖和正長花崗巖，它們具有板片回撤和地殼穩(wěn)定演化后期階段的特征(Wan Yusheng et al., 2010a; Peng Touping et al., 2013; Gao Lei et al., 2018)。魯西C帶主要以TTG巖石為主，形成時代為2560～2530 Ma，反映了俯沖過程從近洋到近陸的侵入巖構造巖石組合特征(圖6)。魯西—張河地區(qū)新太古代晚期(2563～2500 Ma)TTG巖石，既具有貧K2O的奧長花崗巖演化趨勢，又具有富K2O的鈣堿性演化趨勢，處于過渡狀態(tài)，形成于大陸邊緣弧環(huán)境?；⊙莼牡谝浑A段可能形成了以C帶為代表的2.56～2.52 Ga變形的年輕巖石，包括輝長巖、石英閃長巖、花崗閃長巖、英云閃長巖和高SiO2adakite，與交代的幔源花崗閃長巖、殼源二長花崗巖和正長花崗巖有關(Wang Yuejun et al., 2009; Peng Touping et al., 2012; Sun Guozheng et al., 2019)。

在Rb—Rb/Sr圖中(圖11a)，TTG片麻巖以部分熔融趨勢為主，在SiO2—MgO、Y—Sr/Y和SiO2—Mg#巖石成因判別圖中(圖8e, 10c, 11b)，這些樣品分布在高硅adakite、經典島弧巖漿以及板片來源adakite區(qū)域。這些特征表明，魯西及張河地區(qū)的TTG熔體不是來自下地殼變質鎂鐵質巖石，而是來自俯沖板片物質的部分熔融。在Al2O3/(FeO+MgO)—3×CaO—5×K2O/Na2O三角圖中，樣品在低鉀鎂鐵質巖石和高鉀鎂鐵質巖石的熔體范圍皆有分布(圖11c; Laurent et al., 2014)，因此俯沖板片熔體可能與高硅adakite類似也受到地幔楔橄欖巖的混染。與其他地區(qū)相比，該地區(qū)TTG片麻巖除了富集輕稀土虧損重稀土，存在Nb、Ta、Ti的負異常等共同點之外，還存在比較明顯的Eu的負異常(圖9e、f)，再結合La/Yb—Sr/Y和Y—Ce/Sr高中低壓型TTG區(qū)分圖(圖10a、b)，這些樣品基本屬于中低壓TTG類型，。Eu負異常的產生反映原始巖漿的性質，所以，TTG片麻巖可能是由俯沖程度相對較淺的鎂鐵質玄武巖部分熔融形成的。YbN—(La/Yb)N圖解(圖10d)進一步揭示TTG片麻巖的源巖成分，這些樣品的源巖主要產生于經典島弧區(qū)域，且受到不含石榴子石角閃巖流體的交代，處于球粒隕石和虧損地幔演化線之間的εHf(t)值和中低壓的屬性進一步證實了該地區(qū)TTG巖石的形成深度較淺，明顯區(qū)別于霍邱、五河和登封地區(qū)。此外，通過Zr/Sm—Nb/Ta圖解可以發(fā)現局部地區(qū)的TTG巖石在形成過程中可能存在含金紅石的榴輝巖作為源巖(圖11d)。最后，利用Lu/Hf—Zr/Hf和(Nb/La)N—(Hf/Sm)N交代作用判別圖(圖11e、f)，發(fā)現這些樣品皆不存在鋯石殘留體，基本保留了原始巖漿成分，沒有經歷碳酸鹽巖交代作用，但是既經歷了熔體和流體相關俯沖交代作用。綜上所述，魯西—張河地區(qū)約2.50 Ga TTG片麻巖是由不含石榴子石的玄武巖源區(qū)，在淺層的經典島弧背景下，俯沖板片通過流體和熔體的交代作用，由鎂鐵質巖石部分熔融形成。隨后，結合先虧損后富集εHf(t)值特征和登封地區(qū)的巖石成因，表明在不斷地俯沖過程中，魯西C帶和張河等地的洋內島弧地體與登封地體的弧陸碰撞增生，受側向的洋內俯沖以及弧陸增生作用，可能形成了太古宙末期TTG片麻巖和區(qū)域麻粒巖相變質作用。

3 華北克拉通東南部太古宙地質事件序列和殼—幔動力學機制

太古宙TTG通常分為低鋁型和高鋁型，前者一般形成于相對低壓條件下，也稱為低壓型TTG，本文中霍邱和五河地區(qū)TTG片麻巖主要為該類型，其代表源巖在部分熔融形成TTG的過程中存在斜長石和輝石的分離結晶；而后者一般形成于壓力較高的環(huán)境，稱為高壓型TTG，登封地區(qū)的TTG片麻巖具有類似特征，表示其部分熔融形成TTG的過程中，可能存在石榴子石和金紅石的殘余相。而魯西C帶及張河地區(qū)的TTG片麻巖屬于過渡類型，即中壓型TTG，該類型產生的殘余相以角閃石和石榴子石為主，可能伴有少量的金紅石(Moyen, 2011)。在華北克拉通東南部，太古宙TTG片麻巖的Al2O3含量的高低與輕重稀土的分異程度之間存在顯著的相關性。高壓和中壓類型TTG巖石與高鋁類型TTG巖石相當，而低壓類型TTG巖石與低鋁類型TTG巖石相當。因此，島弧相關模式可以合理地解釋太古宙不同壓力類型TTG的成因。太古代時期，尤其是新太古代早期，是陸殼基底發(fā)育速度最快的時期(Zhai Mingguo and Santosh, 2011; Geng Yuansheng et al., 2012; Condie and Kr?ner, 2013; Wan Yusheng et al., 2014)。Condie(1975)的觀點是新太古代中期之前，以地幔柱為主的垂向構造模式是生成TTG的主要方式。通過太古宙早期獨特的巖石組合可以推斷約2.5 Ga之前的地熱梯度大約為現在的3倍。此外，霍邱地區(qū)在2.70 Ga時期，出露有大量海相沉積的條帶狀硅鐵建造(BIF)型鐵礦，表示部分陸殼碎屑物質已進行深海沉積，因此，極有可能形成于溫度較高，但壓力較小的洋弧俯沖構造環(huán)境。Brown等(2020)認為，板塊構造的啟動使雙變質帶開始產生，從而導致了大洋擴張和板塊俯沖的大規(guī)模遷移。在登封地區(qū)，第五春榮(2021)識別出俯沖匯聚環(huán)境的TTG片麻巖，并提出其構成“新太古代構造混雜巖”的觀點。Huang Bo等(2020)將華北克拉通南部的登封雜巖進行了空間上的區(qū)分，劃分為東、西兩部分，并根據它們相似的變質年齡(2.54～2.50 Ga)，和低溫低壓，高溫高壓的變質溫壓梯度，提出登封雜巖的雙變質帶代表了新太古代晚期的碰撞造山作用。因此，登封地區(qū)極有可能是俯沖碰撞匯聚帶。而在魯西地區(qū)，出露有2.50 Ga的花崗巖綠巖帶，綠巖帶通常指示弧后盆地的島弧連續(xù)增生構造模式(翟明國，2012)，但是根據魯西地區(qū)時代上先富集后虧損再富集的εHf(t)值，以及中低壓的形成環(huán)境，結合其形成時代2.59～2.56 Ga 期間為構造巖漿作用“靜寂期”和2.55～2.49 Ga的巖漿事件，認為其可能先形成于洋弧俯沖構造環(huán)境，隨后與華北克拉通東南部連續(xù)的巖漿作用相對應，可能演變?yōu)楦_匯聚構造背景。最近，有學者重新確定和劃分了TTG巖石形成時代及巖石組合，認為C帶可能與華北克拉通東南部有關，并且可能與登封東部地區(qū)具有一定的成因聯系(Liu Chaohui et al., 2019)。在魯西C帶的棗莊地區(qū)，還識別出BIF型鐵礦，含BIF的綠巖帶的拖拽是洋殼俯沖的動力。同時，登封地區(qū)也發(fā)現了BIF型礦體，因此，TTG在后續(xù)的俯沖匯聚過程中，極有可能受到地幔物質的加熱。伴有BIF鐵礦層的巖石由于密度較大，而后與登封地區(qū)的TTG匯聚，達到了下地殼深度，從而使登封地區(qū)的TTG片麻巖形成的壓力條件較高。一方面魯西C帶地區(qū)的TTG片麻巖普遍受到的深熔作用，也支持該地區(qū)的巖石受到后續(xù)俯沖高溫巖漿加熱的影響(翟明國等，2020)。因此，構建華北克拉通東南部的中北部通過向中部地區(qū)俯沖，而后形成統(tǒng)一基底的模式是可行的。

近些年來，國內外的研究學者對華北克拉通的陸殼基底進行了大量的研究。各自提出了不同的認識與見解，既有認為陸殼呈現幕式生長的以地幔柱構造為代表的垂向模式(Smithies et al., 2009; Wu Meiling et al., 2016; Nebel et al., 2018)，也有提出陸殼是連續(xù)生長的以俯沖—匯聚模式為代表的水平構造模式(Martin et al., 2005; Wang Wei et al., 2013)。Sun Guozheng等(2021)通過統(tǒng)計華北克拉通東部陸塊的TTG巖石，認為大陸地殼的厚度和地熱梯度與地球動力學機制變化有關，從中太古代晚期(約2.90 Ga)的垂直構造類型轉化為新太古代早期到晚期(約2.70～2.50 Ga)的熱俯沖板塊構造類型。Cui Zexian 等(2022)通過統(tǒng)計華北克拉通南緣TTG巖石的鋯石數據，認為大多數太古宙鋯石樣品仍保留其原始含水量，可進一步用于揭示巖石成因和構造背景，推測華北克拉通可能發(fā)生了從中太古代晚期(約2.80 Ga)的垂直構造到新太古代晚期(約2.50 Ga)的板塊構造(帶俯沖)的地球動力學機制變化。在歸納整理前人最新研究成果的同時，我們構建了關于華北克拉通東南緣太古代陸殼基底巖構造格架和時空分布規(guī)律：

(1)中太古代晚期(2.9～2.8 Ga)是陸殼生長的初始時期，此時大陸地殼較薄，厚度大約為27～39 km，該時期的TTG片麻巖僅在霍邱、五河等少數地區(qū)零星出露。熱力學和微量元素的模擬結果顯示該時期具有較高的地溫梯度(21～31℃/km)和基底熱流值(46～80 mW/m2)(圖14a、b)。該結果通常是地幔柱構造活動在地表的直接反映(Wilson, 1963)，也表明以地幔柱模式為代表的垂直構造體系在中太古代晚期的陸殼生長事件中發(fā)揮主導作用(孫國正，2021)。

圖14 華北克拉通東部中—新太古代大陸巖石圈的熱演化模型(據孫國正，2021；KC—大陸地殼的熱導率；圖例同圖6)

(2)新太古代早期(2.80～2.70 Ga)是陸殼生長的關鍵時期，在該時期，奧長花崗巖和英云閃長巖大量發(fā)育，形成TTG片麻巖的主體(Zhai Mingguo, 2011; Zhai Mingguo and Santosh, 2013)。該時期地殼的增長速度加快，在約2.7 Ga時達到最大厚度(約62 km)，同時，基底熱流值以及莫霍面的地溫梯度在不斷下降(21～31℃/km下降到7～24℃/km)(圖14a、 c)。造成該現象的原因可能是地幔的快速冷卻，以及巖石圈的不斷增厚(孫國正，2021)。在火山巖的組成上也表現為早期的科馬提巖轉化為鈣堿性巖漿巖，構造體制也由伸展向擠壓轉變。所以，無論是從巖相學、熱力學還是構造學角度分析，新太古代早期都是地球動力學體制由以垂直為主的地幔柱模式向板塊構造模式轉變的關鍵時期(Gao Lei et al., 2019)。筆者等搜集的華北克拉通東南部太古宙早期(>2.80 Ga)地質記錄主要保留在霍邱及五河等地區(qū)(圖1b)。新太古代之前的巖體共同組成了華北克拉通陸核中年齡最老的部分，霍邱地區(qū)搜集的TTG巖石支持了上述觀點(圖1b)。新太古代早期(約2.70 Ga)的巖漿事件記錄在魯西和膠東等地出露較多，其中魯西地區(qū)科馬提巖石的發(fā)現被認為是地幔柱構造的重要證據，并指示了陸殼生長的垂向特征(Wan Yusheng et al., 2011；萬渝生等，2017)。隨著研究的不斷深入，在霍邱等地發(fā)現了以花崗質片麻巖為代表的約2.70 Ga的巖石，越來越多的年代學證據表明華北克拉通和世界上其他古老克拉通一樣，均經歷了2.70 Ga地殼生長事件。另外，殼—幔作用研究反映新太古代中期的科馬提巖、鈣堿性火山巖、TTG片麻巖的組合類型可能與地幔柱和島弧的作用相關(圖14b)。

(3)華北克拉通新太古代晚期(約2.60～2.50 Ga)屬于地殼生長的穩(wěn)定期，這一時期的熱力學模擬顯示地殼厚度(33～59 km)、莫霍面地溫梯度(8～22℃/km)和基底熱流值(20～50 mW/m2)與前一階段相比略有下降，這可能是密度較高的鎂鐵質下地殼拆沉的結果(圖14a、d)(Hu Yalu et al., 2019)。同時，該時期內花崗閃長巖大規(guī)模出現，代表地殼成熟度也在不斷地提高。在地球早期的板塊熱力學模擬中表明地幔的潛能溫度在不斷下降，巖石圈和俯沖帶也在不斷增厚和發(fā)育成熟，逐漸形成與現在板塊構造體系一致的大型構造帶(孫國正，2021)。而華北克拉通的特點在于在該時期發(fā)育世界其他地區(qū)克拉通并不發(fā)育的構造巖漿活動(圖1)。通過收集到的鋯石年代學和Lu—Hf同位素的統(tǒng)計結果表明，華北克拉通東南緣的登封地區(qū)、魯西C帶地區(qū)、豐縣張河、霍邱及五河等地含有約2.50～2.60 Ga TTG片麻巖組合，并且登封地區(qū)沒有更古老的地質印記。

結合新太古代TTG的巖石成因和殼—幔動力學研究，筆者等構建了華北克拉通東南部霍邱—五河—登封—魯西—張河地區(qū)太古宙末期的地球動力學變化模型(圖15b、d)：①初始俯沖階段，魯西及張河地區(qū)的洋弧在俯沖條件下發(fā)生巖石圈地幔的部分熔融，形成虧損的大洋巖石圈地幔，登封地區(qū)的洋陸俯沖帶來的流體交代地幔楔，然后部分熔融形成TTG巖石，板片的持續(xù)俯沖脫水，地幔楔中大離子親石元素和輕稀土元素含量不斷提高并發(fā)生部分熔融，形成低鎂的TTG巖石類型；②島弧體系進一步演變，約2.5 Ga時期發(fā)生了華北克拉通東南部島弧和弧陸碰撞過程中的幔源巖漿底侵相關的麻粒巖相的變質作用，由此跟登封地區(qū)形成的雙變質帶聯系緊密。因此無論是年代學的分析，還是殼—幔作用研究，都表明華北克拉通東南部約2.5 Ga的陸殼形成的構造環(huán)境主要受到側向的洋內俯沖以及弧陸增生作用過程控制。

4 華北克拉通東南部太古宙地殼生長方式探討及其意義

關于陸殼的生長方式前人已進行了較多的研究，從最開始的以地幔柱模式為主的幕式生長，到近年來地球化學、實驗巖石學等手段發(fā)現單一構造模式的局限性，人們逐漸認識到板塊構造體制也是早期地球動力學的重要機制之一。約2.5 Ga出露的高鋁TTG片麻巖可能代表其通過低角度俯沖的部分熔融產生(Huang Xiaolong et al., 2010, 2013; Zhou Yanyan et al., 2014)。我們本次對報道的華北克拉通東南部的新太古代TTG片麻巖進行分析，也認為它的源巖是通過加厚洋殼部分熔融形成(Diwu Chunrong et al., 2020)。近期巖石成因研究發(fā)現，大多數高壓型TTG片麻巖的源區(qū)都來自巖石圈地幔玄武巖，是2.5 Ga地殼生長的載體。此外，前文的討論也表明存在高鎂TTG片麻巖類型，代表地幔通過殼—幔相互作用對地殼生長的影響。需要注意的是，在新太古代早期到(約2.70 Ga)新太古代末期(約2.50～2.60 Ga)之間地殼生長方式可能存在構造體制的轉換，主要體現在由太古宙早期地幔柱和島弧聯合作用體制控制，末期轉變?yōu)槭苎髢雀_和弧—陸增生作用控制，表明俯沖相關的側向構造體制在太古宙末期逐漸取代了垂向的地幔柱構造體制(Liu Heng et al., 2020; Wang Wei et al., 2015)。其中，與新太古代末期相似的構造巖漿活動以及地殼生長事件在國內外克拉通(塔里木克拉通、Gawler克拉通、Dharwar克拉通南部等地)也廣泛發(fā)育。

圖15 華北克拉通東部陸塊新太古代早期區(qū)域地質圖(a) (據Wang Wei et al., 2015); 華北克拉通東南部新太古代早期地殼生長方式模型(b) (據王偉等，2015)；華北克拉通東部陸塊新太古代晚期區(qū)域地質圖(c) (據Wang Wei et al., 2015)；華北克拉通新太古代晚期地殼生長方式模型(d)(據王偉等，2015)

華北克拉通東南部的魯西C帶地區(qū)太古宙末期綠巖帶的情況不是單一的，印度南部地區(qū)的太古宙結晶基底中也保留有一系列2.50 Ga的島弧巖漿作用產物以及BIF礦床等微陸塊俯沖增生的記錄，表明全球克拉通在太古宙末期的地殼生長方式也有可能為弧—陸碰撞，微陸塊增生等構造過程?；羟竦貐^(qū)的TTG巖石地質記錄時代為中太古代—新太古代時期，表明地殼生長雖然是是地球早期殼—幔動力學演化的重要形式，但是也可能發(fā)生了地殼物質的循環(huán)，雖然這些地區(qū)TTG巖石數據出露相對較少，但是它們可能從熱俯沖向地球上類似顯生宙的冷俯沖模式發(fā)生了轉變，因此，可能以及最早的超大陸匯聚過程(如Kenorland超大陸)和板塊構造的啟動密切相關(王偉等，2015)。

綜上所述，雖然以上地區(qū)太古宙陸殼巖石存在一些對應屬性，但同時期不同地域的TTG片麻巖在地層上具有差異性，表現在成礦環(huán)境、成礦物質來源、地球化學特征和成礦時代等眾多方面(Liu Lei and Yang Xiaoyong, 2015, 2017; Liu Lei et al., 2016, 2018)。因此，需要對占陸殼多數的太古宙TTG巖石開展系統(tǒng)全面的巖石學、地球化學和地質年代學方面的研究，結合前人在區(qū)域內相關地殼捕虜體巖石和富鉀花崗巖類巖石研究成果，精細刻畫出華北克拉通東南部太古宙陸殼形成和演化史，進而限定它們的構造屬性。特別是，通過時空上的對比研究，判別它們之間是否存在內在成因聯系，為華北克拉通東南緣早前寒武紀基底的構造屬性提供堅實的理論制約?；羟瘛搴印欠狻斘鳌獜埡拥貐^(qū)太古宙基底巖石的構造屬性及地殼演化歷程的確定，將豐富華北克拉通東南緣這一太古宙露頭極少出露地區(qū)的早前寒武紀研究。目前，除了這些地質觀測和殼—幔相互作用研究，還需要進一步的工作來確認其區(qū)域上的地熱梯度和地殼厚度，將單個微陸塊的構造事件拓展至整個克拉通基底，類比同一時期的其他克拉通中是否具有相似特征，為解析全球由地幔柱構造向板塊構造體制過渡的研究提供思路。

5 結論

(1)以華北克拉通東南部的霍邱、五河、魯西C帶、豐縣張河以及登封地區(qū)為整體研究對象，TTG片麻巖的主要巖漿期次可劃分為兩期：中太古代時期至新太古代早期2.95～2.70 Ga，新太古代晚期2.58～2.48 Ga(峰值約為2.52 Ga)，在該時期經歷了明顯的地殼生長。

(2)研究表明這些地區(qū)的TTG片麻巖整體源于低鉀鎂鐵質巖石的部分熔融，并根據地區(qū)主要分為三類：霍邱、五河為低鋁低壓型TTG； 魯西C帶—豐縣張河為中鋁中低壓型TTG； 登封地區(qū)高鋁高壓型TTG。

(3)霍邱地區(qū)TTG片麻巖的形成可能受魯西地區(qū)約2.70 Ga科馬提巖和一系列鈣堿性火山巖漿的影響，部分熔融過程中受到流體交代作用，TTG片麻巖的共生組合可能與地幔柱和島弧的共同作用體制有關。

(4)華北克拉通東南部的TTG巖石的陸殼增生事件在新太古代晚期達到高潮。魯西及張河地區(qū)的洋內島弧地體同時受到熔體和流體交代作用，與登封地區(qū)受到熔體交代作用的弧陸碰撞增生，可能形成了太古宙末期TTG片麻巖，經歷區(qū)域麻粒巖相變質作用，并且主要受側向的洋內俯沖以及弧陸增生作用過程控制。

致謝：筆者等所用大量的全巖主微量數據、鋯石年齡和Hf同位素數據大部分來自文獻資料，非常感謝前輩們對于地質行業(yè)的付出，在此表示感謝。同時感謝審稿專家和章雨旭研究員為本文改進提出了良好的意見。