地球的洋陆格局是其区别于其他行星的重要标志之一，也是地球板块构造体制的重要前提。汇聚板块边界（如俯冲带、碰撞和增生造山带）的形成，被认为是全球性板块构造启动的主要证据。因此，识别和厘定地质历史上的古板块边界是追溯板块构造启动时间和机制的重要手段。华北克拉通是全球最古老克拉通之一，保存了大量早前寒武纪地质记录，其中古元古代麻粒岩相高级变质地体在华北广泛分布。这些古元古代麻粒岩通常显示顺时针演化的变质P-T轨迹，并且这些岩石的空间展布样式呈现类似造山带的“带状”特征，因而被进一步解释为古元古代的碰撞造山带的产物。然而随着新的麻粒岩地体在鄂尔多斯和朝鲜狼林地块被识别出来，其空间展布样式显示出面状分布特征，这就区别于造山带变质岩通常所显示的带状分布。
为了进一步约束华北克拉通古元古代麻粒岩地体的确切地质含义，中国科学院地质与地球物理研究所赵磊副研究员、邹屹副研究员、周李岗博士和翟明国研究员，联合中国地质科学院地质研究所周喜文研究员和刘平华研究员以及山东地质科学院孙伟清研究员，对华北克拉通东部胶北地体开展基底岩系组成以及区域变质特征的综合性研究，并选取华夏地块北武夷地体开展类比性研究。传统观点认为胶北地体整体经受古元古代麻粒岩相变质作用，属于华北克拉通古元古代胶辽吉造山带的一部分。
在系统综述前人研究结果的基础上，进一步揭示出胶北地体早前寒武纪基底岩系的岩石组成和时代特征，其中太古宙TTG片麻岩（~2.9、~2.7和~2.5Ga三期）主要出露于胶北地体的中部地区，荆山群古元古代变质沉积岩分布于南部地区，粉子山群古元古代变质沉积岩位于地体的北部地区，两期古元古代岩浆活动（~2.1 Ga和~1.9 – 1.8 Ga）则在胶北地体不同地区零星分布（图1）。
图1 胶北地体在华北克拉通东部的位置及其区域地质简图
在详细梳理胶北地体不同地区的古元古代变质岩样品的基础上，进一步确认三类古元古代变质岩，即变质基性岩、变质超基性岩和变质泥质岩，在胶北地体均有出露。除了分布于胶北地体南部的超基性麻粒岩，其它两类变质岩在胶北地体的分布较为普遍。在大量野外地质工作和大比例尺野外填图工作的基础上，通过综合对比不同地区变质基性岩和变质泥质岩的矿物组合、变质温压条件和变质作用年代学结果，发现胶北地体古元古代变质岩的空间分布呈现“北部地区变质级别低，南部地区变质级别高”的特征。具体来说，古元古代麻粒岩与超基性岩分布于胶北地体南部，岩石记录的变质级别向北逐渐转变为角闪岩相、绿片岩相（图2）。这一变质级别的区域分布规律，明显区别于将胶北地体整体定义为麻粒岩地体的传统认识，而与世界上其它地区的地壳剖面相类似。基于上述的研究和讨论，重新将胶北地体定义为遭受掀斜抬升的地壳剖面。其中地体南部的麻粒岩带，代表抬升的最下部地壳，而北部地区的岩系则代表浅部地壳层次的岩石。
图2 胶北地体不同时代变质岩的区域分布特征
位于胶北地体南部的早前寒武纪岩系，除了记录古元古代变质作用，还遭受一期二叠末-三叠纪的变质叠加（图2）。胶北地体南部和苏鲁超高压变质带的变质变形特征的相似性，表明胶北地体地壳的掀斜抬升主要受控于二叠末-三叠纪时期的华南华北陆陆碰撞造山（图3）。
图3 胶北地体南缘地壳剖面的掀斜抬升过程示意图
相似的地质过程也发生于华夏地块北武夷地体。北武夷地体是华夏地块早前寒武纪（古元古代）岩系的唯一出露区（图4），然而华夏地块显生宙花岗岩的同位素特征显示其早前寒武纪基底的分布十分广泛。系统的变质作用研究，揭示出北武夷地体除了显示古元古代变质作用指代，还记录加里东期（~450 Ma）和印支期（~250 Ma）榴辉岩相-麻粒岩相变质。这两期变质作用都显示出显著的陆壳抬升，尤其是印支期变质。在印支期变质作用范围之外的华夏地块，则基本没有早前寒武纪岩系的出露。这表明华夏地块加里东期和印支期造山作用主导了北武夷地区早前寒武纪岩系的抬升剥露（图5）。
图4 北武夷地体区域地质简图以及显生宙变质叠加的年代学结果
图5 华夏地块后期构造事件对其古老基底岩系的抬升剥露过程示意图
显生宙构造事件对华北克拉通胶北地体古元古代地壳剖面和华夏地块北武夷地体早前寒武纪岩系的抬升剥露，表明：（1）带状分布的麻粒岩（如胶北地体南部）并不能代表古老造山带，不能当做板块构造启动的证据；（2）华北面状分布的古元古代麻粒岩地体和华夏地块早前寒武纪岩系的显生宙抬升剥露，表明类似的地质过程在全球范围内可能具有普遍性；（3）麻粒岩代表大陆最下部地壳，其顺时针P-T轨迹究竟能否指示碰撞造山的构造背景，需要进一步讨论。
研究成果近日发表于国际学术期刊Earth-Science Reviews和Precambrian Research。该研究得到了国家自然科学基金项目（41890834，42220104008和41872197）的资助。
- 赵磊，邹屹，刘平华，孙伟清，张儒诚，周李岗，翟明国. An early Precambrian “orogenic belt” exhumed by the Phanerozoic tectonic events: A case study of the eastern North China Craton [J]. Earth-Science Reivews, 2023, 241: 104416. DOI: 10.1016/j.earscirev.2023.104416.
- 赵磊，翟明国，周喜文. Early Precambrian basement components of the Cathaysia Block in South China exhumed by Phanerozoic orogenic events[J]. Precambrian Research, 2023, 398: 107218. DOI: 10.1016/j.precamres.2023.107218.
