华北南部18-16亿年岩浆-沉积序列及其对构造环境和古/中元古代界线的制约

The Paleo-Mesoproterozoic boundary is marked by the ending of the Lvliang Movement in the North China Craton (NCC) at 1.8 Ga, whereas is represented by the large-scale deposition of stable sedimentary cover at 1.6 Ga according to the International Chronostratigraphic Chart. Why is there such a difference? Were there any major geological events from the formation of crystalline base to the deposition of stable sedimentary cover in the NCC that can be compared globally? New evidence suggests that the deposition of the Changcheng System of the Jixian Section started from ~1.7 Ga. The southern NCC, on the other hand, developed complete volcanic-sedimentary series of the Changcheng System from 1.8 Ga: the Hangaoshan Group, the Xiaoliangling Formation and the Xiong’er Group, and the overlying terrigenous clastic rock-carbonatite sedimentary formation, together with abundant igneous rocks including mafic dike swarms, and granitic rocks. This proposed project will investigate the petrogenesis and tectonic background of igneous and sedimentary successions using systematic petrology, elemental and isotopic geochemistry and high-precision geochronology studies to recover the magmatic and sedimentary records of the southern NCC from 1.8 Ga to1.6 Ga. Based on the comparison of such records with those in the northern NCC and other cratons in the world, the ultimate goal is to investigate the tectonic transition process according to the coupling of deep magmatism and surface sedimentary responses, and to provide necessary constraints on the Paleo-Mesoproterozoic boundary and the division of related strata in the NCC.

古/中元古代界线，在华北克拉通是以18亿年吕梁运动的结束为标志，而在国际地质年表上则以16亿年盖层沉积的大规模发育为界线。认识分歧的原因是什么？华北克拉通由结晶基底的固结到盖层发育期间经历了哪些具有全球对比意义的地质事件？新的资料证实，蓟县剖面长城系的起始沉积年龄约17亿年，而华北南部分布有完整的、始于18亿年的长城系地层，即：汉高山群、小两岭组和熊耳群火山-沉积岩系及覆盖其上的陆源碎屑岩-碳酸盐岩建造，同时还发育有多期次的基性岩墙和花岗质岩石。本项目以华北南部18~16亿年的岩浆事件和沉积序列的成因及其构造环境为切入点，通过详细的岩石学、元素-同位素地球化学和年代学工作，精确构建岩浆-沉积作用的时空格架，并与华北其它地区及全球典型克拉通进行对比；根据深部岩浆作用和浅表沉积响应的耦合关系，解析构造体制转折过程，为确定古/中元古代界线、建立具有国际对比意义的相关地层划分方案提供重要依据。

古/中元古代界线，在华北克拉通以18亿年吕梁运动结束为标志，而在国际地质年表上则以16亿年盖层沉积的大规模发育为界线。分歧的原因主要在于对18~16亿年重大地质事件的理解。华北南部分布有完整的、始于18亿年的长城系地层，本项目以华北南部18~16亿年岩浆-沉积事件为研究对象，取得了以下进展：（1）熊耳期岩浆作用的形成时限为1.78~1.76 Ga，而不是先前普遍接受的1.80~1.75 Ga，解析了熊耳期岩浆作用的源区性质和多源、多期次岩浆作用所经历的复杂深部过程；（2）A型花岗质岩石形成于~1.80 Ga、~1.60 Ga和~1.53 Ga，三期岩浆作用依次形成于碰撞后伸展、裂解初期和裂解持续发育阶段，指示构造体制在~1.80 Ga发生转折；（3）厘定了一些关键层位的沉积时代，大古石组形成于~1.79 Ga，高山河群归属长城系，官道口群归属蓟县系，洛峪口组进一步限定为1.63~1.60Ga，白术沟组形成于~1.33 Ga，归属待建系；（4）中元古代关键层位黑色页岩的地球化学特征、有机质含量变化以及Mo、Li、Os 同位素地球化学等表明，~1.65 Ga 潮间带静水已为氧化环境，为稍后出现的大型多细胞生物提供持续含氧的发育环境，但具有较高的大气氧水平的~1.4 Ga期间，气候短时间内急剧变化使营养物质供应不稳定，延滞了生命演化;（5）云梦山组与串岭沟铁岩共同指示一次脉冲式增氧事件，大气氧浓度达到1~10% PAL水平，微需氧铁氧化菌的代谢作用可能是中元古代早期地球表生环境中Fe(Ⅱ)氧化的主要机制；（6）分析了熊耳裂谷系三个地层小区之间及与蓟县剖面的对比关系，高山河群、汝阳-洛峪群和马鞍山组可与蓟县标准剖面长城系对比，官道口群、黄连垛组可与蓟县群对比，白术沟组与下马岭组对比；（7）通过分析华北南缘熊耳裂谷盆地内沉积地层的沉积相，构建了华北南缘中元古代不同时期的岩相古地理图，总结了盆地演化特征。通过系统的研究工作，本项目最终从岩浆事件、沉积序列、盆地演化、构造体制转折以及全球超大陆演化等方面共同讨论了古/中元古代界线的划分方案，多项证据表明古/中元古代界线应划分在~1800 Ma。