华北克拉通早期地壳演化的几个重要科学问题

该项目考虑早前寒武纪重大科学问题、国际上比较活跃的研究方向、华北克拉通地质演化的特殊性和最新进展、以及我们现有的研究基础和技术准备，拟开展如下研究：（1）采用微区同位素分析技术，研究古老锆石的U-Pb、Hf、O同位素，探讨最早期地壳的性质和壳幔演化；（2）采用相平衡计算方法（ThermoCalc）研究大陆下地壳的矿物组合、密度、厚度随热流体制的变化情况，结合太古宙高热流背景，分析和探讨TTG片麻岩的成因和早期大陆地壳的生长机制；（3）选择华北克拉通典型绿岩带和片麻岩地体，通过详细的岩石学、元素和同位素地球化学及年代学研究，准确刻画华北克拉通晚太古代地壳生长的时代、阶段性、壳幔分异演化规律和地壳生长机制；（4）研究华北克拉通早元古代构造过程：包括超高温变质作用、超高温事件与幔源岩浆活动的联系、超高温事件与大规模地壳熔融及元素分异，下地壳变形剪切构造等等，探讨早前寒武纪板块构造的特殊性。

华北克拉通早期地壳的生长演化和形成机制这一重大科学问题涉及到早前寒武纪基底岩石TTG片麻岩和其他相关花岗岩类和变质火山岩和变质沉积岩的成因问题。本项目主要围绕这一科学主题，取得了以下的研究成果：（1）华北克拉通TTG片麻岩的主体形成时代为2.7-2.8 Ga，但~2.5 Ga也存在新的地壳生长，变质时代为~1.85 Ga。微量元素和Hf-O同位素结果显示它们在形成过程中受到了地幔物质的直接贡献；（2）对平均下地壳基性麻粒岩进行理论模拟计算，显示全球性的下地壳拆沉作用可能是导致巨量TTG片麻岩形成的原因；（3）与TTG片麻岩同期的一套变质火山岩是在板块俯冲的构造背景下形成，是华北克拉通~2.5 Ga地壳生长的一个典型实例；（4）侵入TTG片麻岩中~2.1 Ga的钾质花岗岩具有A型花岗岩高温的特征，Nd-Hf同位素特征显示其可能是TTG片麻岩重熔的产物，且地壳浅部高温的特征，可能暗示在~2.1 Ga华北中部造山带为伸展的构造环境；（5）在位于孔兹岩带和华北中部造山带结合部位的大同地区发现了代表洋壳的~2.2 Ga基性麻粒岩（属于橄榄拉斑玄武岩）和大理岩组合，而略晚的~2.1 Ga紫苏二长片麻岩则是在大陆弧环境下古老下地壳重熔的产物；（6）孔兹岩带广泛发育的S型花岗岩一般形成于1.91-1.92 Ga，代表区域性深熔作用的开始，并伴随超高温变质作用的发生；（7）上述变火山岩的基性岩和变泥质岩夹层还记录了~1.9 Ga的高压麻粒岩相变质作用，和升温升压的进变质过程，指示了俯冲-碰撞的构造属性；（8）孔兹岩带内富石榴石脉记录了近等温减压的顺时针P-T轨迹，时代为~1.89 Ga，指示了碰撞造山后伸展抬升的开始，而更晚期的~1.81 Ga钡冰长石伟晶岩脉的识别代表进一步的抬升阶段。（9）对阴山地块固阳地区出露的几个成规模的闪长质岩体的研究，揭示出它们的侵位时代为2.46-2.52 Ga，是俯冲板片部分熔融与上覆地幔楔交代，或直接由下地壳熔融的产物。