華北地臺前寒武紀花崗巖類發育完整，可以較好地重建陸殼形成和演化過程，是討論大陸根形成的壹個典型地區。
(壹)前寒武花崗巖類與陸殼演化
1.前寒武花崗巖類
前寒武花崗巖類主要包括:英雲閃長巖(以下簡稱T1)、奧長花崗巖(T2)、花崗閃長巖(G1)和花崗巖(G2)。壹般認為太古宙花崗巖類主要由T1T2G1構成，代表初始陸殼組成，古元古代開始才有大量的鉀質花崗巖類(G1和G2)形成，代表成熟陸殼組成(例如，Baker，1979;Condie，1982;Taylor et al.，1985;Martin，1987)。鄧晉福等(1999)在研究太行-五臺山區前寒武花崗巖類的基礎上，對比世界上典型的太古宙T1T2G1之後，提出太古宙早期的組合為初始的不成熟陸殼組成，太古宙晚期的T1T2G1或T1T2G1G2組合為半成熟陸殼組成，早元古代的G1G2組合為成熟陸殼組成。例如西格陵蘭的阿米佐克灰色片麻巖(3.75～3.7Ga)和北芬蘭的灰色片麻巖(3.1Ga)為T1T2組合，遼寧白家墳花崗質片麻巖(3.8Ga)為T2;東芬蘭灰色片麻巖(2.86～2.65Ga)為T1T2G1G2;剛果Ntem深成巖體(2.6Ga)為T1T2G1G2;冀東地區灰色片麻巖(2.7～2.5Ga)為T1T2G1(羅淑蘭等，1997)。
太行-五臺地區新太古代花崗巖類為T1T2G1G2組合，可識別出3個亞類型(表2-7)。本區新太古代花崗巖類的TTGG組合，既有奧長花崗巖演化趨勢，又疊加了鈣堿性趨勢，總體上反映了過渡性陸殼組成的特征。古元古代呂梁期的花崗巖體-蓮花山和鳳凰山巖體，為鉀質花崗巖和石英二長巖，具典型的鈣堿性趨勢，為成熟陸殼組成(圖2-60，圖2-61，圖2-62)。
表2-7 太行-五臺山區前寒花崗巖類K2O與K2O/Na2O值
(據羅淑蘭等，1997)
伍家善等(1998)在鞍山地區出色的工作成果(表2-8)表明，白家墳花崗質片麻巖(3.8Ga)為T2型;陳臺溝花崗巖體(3.3Ga)、立山花崗巖體(3.14Ga)、東鞍山花崗巖體(3.0Ga)為T2G2型;鐵架山巖體(2.96Ga)、齊大山巖體(2.47Ga)為G2型。按太古宙的4分方案(ShenandQian，1996)與太行-五臺地區相比，鞍山地區記錄了壹個更完整的陸殼演化過程，從始太古代的不成熟陸殼(T2)→古太古代到中太古代早期的半成熟陸殼(T2G2)→中太古代晚期和新太古代的成熟陸殼(G2);同時陸殼成熟早於五臺-太行地區;上述兩個特征表明鞍山地區可能是華北地臺最早形成的陸核之壹。
圖2-60 太行-五臺山區不同時代花崗巖類An-Ab-Or圖(據羅淑蘭等，1997)
圖2-61 太行-五臺地區花崗巖類K-Na-Ca圖解(據羅淑蘭等，1997)
表2-8 鞍山地區太古宙花崗巖類K2O與K2O/Na2O值
*據伍家善等(1998)的原始資料計算而得。(據鄧晉福等，1999)
2.花崗巖類K2O含量與陸殼成熟度
Brown(1982)從弧成熟度系統地討論了巖漿弧花崗巖類隨時間的組成演化趨勢。就現代弧的演化而言，他指出:①不成熟島弧無前寒武紀基底，發育貧鉀的鈣性閃長巖-二長巖組合;②成熟的“大陸化”(continentalized)的弧由①演化而來，當它堆積在洋殼上的火山噴發堆積加厚到壹定程度時，就可以產生深成作用，逐漸演變為成熟的“大陸化”的弧，發育鈣堿性的輝長巖、英雲閃長巖、花崗閃長巖侵入體;③成熟的大陸邊緣弧，有或沒有前寒武紀基底，發育鈣堿到堿鈣性巖套;④陸-陸碰撞帶或陸內“弧”，是巖漿形成的最成熟的匯聚邊界帶，發育酸性、鈣堿性的二雲母花崗巖。隨時間和遠離俯沖邊緣，②和③均顯示矽和鉀的濃度增加。他還指出，在壹個給定的地帶，隨時間、地殼的成熟度和厚度增加，在100～1000Ma的時期內，巖漿類型可以產生從①到④的壹個完整的範圍，逐漸加厚的陸殼對侵入巖的組成可以施加主要的約束。Brown(1982)指出，隨弧成熟度增加，相對於火山巖來說，侵入巖體有所增加，隨地球歷史的演化，CA巖套越來越鉀質，這是因為巖漿弧內隨時間卷入的俯沖洋殼數量的減小。我們可以看到，Brown弧成熟度與弧火成巖中K60(標準化到SiO2為60%時的K2O含量)的時空演化是壹致的。與現代巖漿弧的成熟度類似，前寒武紀花崗巖類的K2O、K2O/Na2O比值也是陸殼成熟度的壹種重要指標(表2-7和表2-8)。
圖2-62 太行-五臺地區花崗巖類Q-Ab-Or圖解(據羅淑蘭等，1997)
隨陸殼成熟度的升高，與K2O和K2O/Na2O比值的升高相適應，不相容元素(銣、鍶、鋇、鈾、釷、稀土元素)升高，而相容元素(鉻、鎳、鈷)減少，具體數據請參見羅淑蘭等(1997)以及伍家善等(1998)資料。
3.花崗巖類巖漿的源巖
關於T1T2巖漿的源巖主要有兩種不同觀點:①由地殼的玄武質源巖經局部熔融產生，這種源巖或是角閃巖，或是榴輝巖;②由地幔橄欖巖局部熔融產生，主要依據是同位素鍶和釹的初始比值類似地幔巖石。對於鉀質花崗巖(G2)源自陸殼矽鋁質巖石的局部熔融，這壹點已達***識。
高溫高壓實驗表明:①地幔橄欖巖的局部熔融不能產生花崗類巖漿(Wyllie，1984);②玄武質源巖的局部熔融實驗(正向途徑)表明，較低的壓力(p≤1.0×109Pa)下形成T1T2巖漿，留下麻粒巖相殘余礦物組合(例如Holloway et al.，1972;Helz，1976;Rapp et al.，1991;Winther et al.，1991;Wolf et al.，1994)，較高的壓力(p≥1.5×109Pa)形成TT巖漿，留下榴輝巖相殘余礦物組合(例如Rapp et al.，1991;Winther et al.，1991);T1T2巖漿的液相線多元礦物飽和實驗(反向途徑)，在壓力為1.5×109Pa條件下，T1T2巖漿與榴輝巖相礦物組合平衡，支持它們的源巖是玄武質的，而不是地幔橄欖巖(Johnston等，1988;Carroll et al.，1990)。
JohanesandHoltz(1996)在對大量高溫高壓實驗成果的評述後認為，陸殼的形成有3個階段:①由地幔橄欖巖局部熔融形成玄武質殼;②玄武質殼的局部熔融產生早期陸殼的T1T2G1組合;③T1T2的局部熔融產生鉀質花崗巖(G2)的上地殼。
痕量元素示蹤認為T1T2G1巖漿源於玄武質源巖，而不是地幔橄欖巖，鉀質花崗巖則是矽鋁質陸殼局部熔融產物(例如，Barker et al.，1976;Jahn et al.，1984;Martin，1987;Wedephl，1991)。江博明等(Jahn et al.，1984)指出，TT具有類似地幔的鍶(和釹)初始值，可用這樣的模型來解釋，即它們的玄武質源巖從地幔中分出時間不長，就被局部熔融產生TT巖漿，因而玄武質源巖仍具有類似地幔的Sr和Nd初始值。
4.陸殼演化的階段
由上面的敘述我們可以引出陸殼演化的4個階段:①地球形成最初期的玄武質殼→②始太古代—古太古代的T1T2型幼年期陸殼(不成熟陸殼階段)→③古太古代—中太古代或新太古代的T1T2G1G2型青年期陸殼(半成熟階段)→④新太古代或古元古代的G1G2型成年期陸殼(成熟陸殼階段)和克拉通化的完成。
(二)大陸根的形成與性質
大陸殼的形成是殼幔物質分異的過程，直至產生花崗質(G1G2)陸殼端元的過程可稱為“花崗巖化過程”。伴隨玄武質巖漿從地幔中分離出來，以及陸殼從不成熟轉變為成熟過程，地幔內不斷虧損易熔組分，留下難熔的強虧損的地幔物質，後者構成了大陸巖石圈根。大陸根的形成與主要特征可歸納為:①玄武質巖漿從地幔中不斷分出，使地幔橄欖巖虧損揮發分堿質(鉀、鈉)、鈣、鐵、鋁;②鋁的減少使虧損地幔中高密度礦物———石榴子石的含量減少;③相對低的鐵含量使虧損地幔密度減小;④揮發分和堿質的丟失，使虧損的地幔呈現“幹”的狀態，大大增加了巖石的強度與剛性;⑤陸殼的不斷“花崗巖化”，導致陸殼密度的不斷減小，總的結果是，殼-幔系統中低熔巖漿的大量和不斷分出，導致地球從內部放熱和不斷冷卻，最終導致巨厚的、密度小、強度大和冷的大陸根的形成，使它長期地穩定漂浮在軟流圈上，大陸根的特殊的物質組成和性質是地臺長期穩定的根本原因(鄧晉福等，1999)。
對於冷的大陸根來說，特殊的地幔巖石學組成應是其密度小的根本原因，貧揮發分則是巖石圈強度大的主要原因，因此，大陸根物理學上的特殊性與它的化學上的特殊性密切相關，化學上的特殊性可總體概括為大陸根地幔強烈虧損了易熔組分(即分離走的陸殼組分)的地幔(Polet et al.，1995;NRC，1993;Carlson et al.，1994;鄧晉福，1996，1998)。
金伯利巖中地幔橄欖巖捕虜體提供了大陸的直接樣品，與南非Kaapvaal(橄欖石Mg值，即Fo為91.5～93.5，Boyd，1989)和西伯利亞主要由虧損的方輝橄欖巖構成的地幔捕虜體(例如Carlson et al.，1994)壹樣，華北地臺金伯利巖中的捕虜體的研究表明，大陸根主要由強虧損的方輝橄欖巖構成，橄欖石的鎂值範圍為91.5～94.5，峰值在92.5附近(張安棣等，1991;池際尚，路鳳香等，1996;Wang et al.，1995)。
(三)華北地臺陸殼演化階段與克拉通形成
1.概述
王鴻禎(1995)基於地球演化階段論提出華北地臺形成的三階段模型:始太古代(Ar1)-古太古代(Ar2)-中太古代(Ar3)為大陸核形成階段，新太古代(Ar4)-古元古代(Pt1)為原始地臺形成階段，中元古代(Pt2)開始為地臺形成階段;並劃分出兩種類型，***5個陸核，即古太古代原核，包括曹莊和鞍山，中太古代陸核包括鄂爾多斯、吉遼、河淮、太華和阿拉善。伍家善等(1998)在詳細的地質學、巖石學和年代學研究基礎上把華北地臺劃分為膠遼、遷懷、晉冀、蒙陜和豫皖5個陸塊，並提出了地臺東部膠遼、遷懷陸塊的形成和拼接過程的構造模型。ShenandQian(1995)系統地總結了華北地臺的地質學、巖石學和年代學研究成果，特別強調了克拉通化主要形成於新太古代。錢祥麟和王仁民等(1994)和翟明國等(Zhai et al.，1996)通過華北北部麻粒巖帶的詳細研究，特別強調了鄂爾多斯與華北東部陸塊的碰撞造山的拼合過程。基於上述研究成果和其他的有關最新成果，我們主要側重於從T1T2G1G2花崗巖類指示的陸殼演化階段這壹思路，參與華北地臺克拉通化過程的討論。
2.中太古代初始陸核與太古宙陸核的識別
伍家善等(1998)指出，膠遼陸塊發育環形地質結構式樣，中部是由T1T2G1為主構成的中太古代鐵架山穹隆和龍崗穹隆，西半部邊緣由新太古代島弧系巖帶所圍繞。當我們把中太古代巖石的分布圖與新太古代巖石的分布圖(Shen and Qian，1996)疊放在壹起時，發現幾個中太古代巖石分布區均作為核心，周圍被新太古代巖石環繞。這樣，基於這種陸殼水平生長的模式，並考慮到古元古代巖系常常分布在太古宙陸核的邊緣這壹特征，我們識別出華北陸臺內可能有10個這樣的太古宙陸核(圖2-63)(鄧晉福等，1999)。
有始太古代和古太古代年齡記錄(鞍山地區和冀東的遷西、曹莊)的兩個中太古代初始陸核分布在吉遼太古宙陸核和燕遼太古宙陸核之內(圖2-63)。
膠遼、魯西、懷(安)宜(化)三個太古宙陸核屬同壹類型，與吉遼和燕遼太古陸核不同的是，還沒有發現始太古代和古太古代的年齡記錄、膠遼太古宙陸核內膠東棲霞附近的中太古花崗巖類屬T1T2型，表明中太古代是不成熟陸殼。魯西太古宙陸核內沂水地區有中太古代年齡記錄的是角閃巖類(2970Ma)(伍家善等，1998)和魯西的青山角閃巖類(2840Ma)(莊育勛等，1997)，魯西新太古代的花崗巖類總體為T1T2G1G2型(伍家善等，1998)，莊育勛等(1997)的研究表明，新太古代早期的望俯山片麻巖(2700Ma和2593Ma)為T1T2型，新太古代晚期花崗巖類(2560～2500Ma)為T1G2型。
懷宣太古陸核內太古宙花崗巖類總體為T1T2G1G2型，這壹類型的太古宙陸核中不成熟陸殼的生成時期顯然晚於吉遼陸核。
阿拉善和太華兩個太古宙陸核屬第三種類型，它們主要由新太古代巖石構成，中太古代巖石只有個別記錄，阿拉善已發現有大於2900Ma的變質基性火山巖，太華陸核內的魯山地區英雲閃長質片麻巖(T1)已經發現有2841Ma和登封群內2945Ma變英安巖的最老年齡(伍家善等，1998)。最老的年齡屬於T1型也表明，不成熟陸殼生成的時期明顯晚於吉遼陸核。太華陸核內太古宙花崗巖類總體為T1T2G1G2型。
鄂爾多斯和沁水太古宙陸核屬於第四種類型，它們是華北地臺中構造上最穩定的兩個盆地，在中生代中國東部構造活化時，這兩個盆地內沒有火山巖噴發，只有在其盆緣有花崗巖侵入體的少量分布，基於盆地周邊分布的新太古代巖石和古元古代巖石，結合太古宙-古元古代華北克拉通形成以來構造上壹直保持穩定性來看，盆地下面可能存在中太古代初始陸核。
五(河)淮(南)太古宙陸核(圖2-63)純屬推測，只分布有新太古代巖石。
圖2-63 華北地臺太古宙陸核(區域尺度)示意圖
3.新太古代末期兩大微大陸型陸核的識別
1)早元古代兩類巖石-構造組合。華北地臺東部的古元古界大多沿太古宙陸核的邊緣呈線性分布(圖2-61)，包括五臺山區的滹沱群、冀東的朱杖子群、魯東的粉子山群和荊山群(程裕淇等，1990)和太行的甘陶河群和東焦群(河北省地質礦產局，1989)。它們普遍以區域不整合覆蓋於太古宇之上，壹般為厚度大的淺變質巖系(主要為低綠片巖相)，底部是底礫巖層，整個巖系顯示大型沈積韻律組合的陸源碎屑沈積，由下到上，壹般為石英巖、板巖、千枚巖(白雲巖)，白雲巖內出現疊層石，火山活動弱或無(程裕淇等，1990;河北省地質礦產局，1989)。它們屬於原坳拉槽(如滹沱系)和半穩定的海盆型(如嵩山群)(Wang et al.，1996)，按Condie(1982)分類它們為克拉通組合，與冒地槽組合類似，屬於全球元古代巖石組合之壹，即石英巖、碳酸鹽巖、頁巖組合。古元古末期，呂梁運動使它們發生強烈的褶皺變形，類似於顯生宙的前陸褶皺。
另壹類古元古界分布於鄂爾多斯的東緣和北緣，即廣布的孔茲巖系，巖石變質作用可達角閃巖相和麻粒巖相，廣泛的巖漿活動和內生成礦作用，廣布的韌性變形帶等指明它們的造山帶屬性。
在中條山地區對於涑水雜巖和絳縣群的時代歸屬，由於出現兩組(新太古代和古元古代)同位素年齡值，存在很大分歧(孫大中等，1993;白瑾等，1997)。但是，下述三個方面是沒有分歧或有清楚的壹組年齡數據:①中條群均被認為屬古元古界，它的中下部是蓖子溝組變質火山巖，以基性巖為主，已變質為角閃巖相的斜長角閃巖和十字石榴片巖等(孫大中等，1993;山西省地質礦產局，1989)，上部泥質巖石的變質作用具碰撞造山帶型的順時針p-T-t軌跡(孫大中等，1993);②有古元古代T1T2G1G2類發育，早期的寨子英雲閃長巖質片麻巖(T1，2321Ma)、中期的北峪奧長花崗巖和虎坪花崗質片麻巖(T2G2，2100Ma)和橫嶺關花崗巖(T2，2231Ma)和末期的南部永濟“涑水雜巖”中的紅色花崗巖(G2，1888Ma和1695Ma)(孫大中等，1993)，表明早期有新生的不成熟陸殼;③著名的中條山銅礦，包括斑巖銅礦在內均形成於古元古代，來自銅礦峪銅礦五號礦體中的石英斑巖和石英二長巖中的鋯石分別為2195Ma和2188Ma，蓖子溝礦坑晚期礦脈中晶質鈾礦和鈦鈾礦為1833Ma(孫大中等，1993)。上述三個事實表明，中條山的古元古界巖石-構造組合類似早期活動大陸邊緣，後期則屬於碰撞造山帶屬性。如果說它是壹個碰撞造山帶，那麽可以推測，“涑水雜巖”和“絳縣群”的兩組年齡數據可解釋為，它們不是真正的地層單元，而是構造混合的巖石組合，而這壹特征正是碰撞造山帶所特有的。
呂梁山地區原歸屬於新太古界呂梁群中的近周峪組雙峰式變質火山巖中，鋯石年齡為2.1 Ga(於津海等，1997)，這表明，呂梁群應歸屬於古元古代。呂梁群為巨厚的陸源沈積加火山巖，早中期為淺海相，晚期為深海相濁積巖，下部變質達角閃巖相，平臥褶曲發育(山西省地質礦產局，1989)，這些特征以及雙峰式火山巖表明，它們早期類似大陸邊緣裂谷帶(於津海，1997)，後期則轉變為碰撞造山帶。
根據鄂爾多斯北緣和東緣北端廣布的孔茲巖系達麻粒巖相，以及廣泛的深熔作用、鉀質花崗巖、變質作用具順時針p-T-t軌跡以及大量發育韌性變形帶，壹致認為鄂爾多斯陸塊與其外側陸塊的碰撞造山帶，主要的分歧在於時代歸屬為古元古代或為新太古代(錢樣麟等，1994;Zhai et al.，1996;盧良兆等，1996;吳昌華等，1997;金巍等，1994)。這壹情況類似於我們前面討論的中條山地區。金巍和李樹勛(1994)對大青山的詳細工作指出，太古宙T1T2G1系中年齡數據大於2500～2450Ma，古元古代孔茲巖系和鉀長花崗巖年齡壹般為2200～1800Ma，再造巖系(即我們上面所說的構造混雜巖石組合)中同位素年齡數據多在2400～1800Ma之間，屬於混合年齡，是多次地質事件疊加的結果。鄧晉福等(1999)認為，孔茲巖系屬古元古代，其巖石-構造組合具碰撞造山帶屬性。另外金巍和李樹勛(1994)指出太古宙T1T2G1巖系無銪異常和具逆時針p-T-t軌跡，而古元古代孔茲巖系為負銪異常和順時針p-T-t軌跡。由負銪異常可以推測古元古代孔茲巖的源區不是在它鄰近的太古宙T1T2巖系，而是華北地臺東部已大部被剝蝕的成熟的G1G2陸殼組成或是被顯生宙沈積覆蓋的鄂爾多斯成熟的G1G2陸殼，它進壹步支持孔茲巖系為古元古代的推論。
2)鉀質花崗巖類的時空分布。華北地臺東部重要的鉀質花崗巖帶有:鞍本地區的齊大山、弓長嶺巖帶，冀東遼西的秦皇島、綏中、錦西巖帶，魯西的泰山、魯山、孟良崮巖帶，它們形成於2.55～2.40Ga(伍家善等，1998)。
鄂爾多斯太古宙陸核與懷宣、沁水和太華三個太古宙陸核的交界部位則發育古元古代的鉀質花崗巖帶，如天鎮、宣化巖帶(2.2～2.1Ga)(伍家善等)、關帝山巖帶(2.05～2.01Ga)(山西省地質礦產局，1989)、呂梁山永濟地區(1.89～1.7Ga)(孫大中等，1993)和內蒙古大青山地區(2.2～1.8Ga)(金巍等，1994)。它與該帶古元古界為碰撞造山帶和高級變質作用相適應。
3)變質基性巖的εNd(t)或TDM。由表2-9可以看出，太古宙玄武巖巖漿源於虧損地幔，而鄂爾多斯與東部幾個太古宙陸核交界處的元古宙玄武巖漿源於弱虧損地幔，或者說，新太古代的巖漿源於在中太古代或古太古代時已分離出初始玄武質地殼的地幔，早元古代的巖漿則源於在新太古代時分離出初始玄武質地殼的地幔。華北地臺198套Sm-Nd模式年齡(TDM)中82.3%在3.0～2.5Ga範圍內，其中兩個峰值為2.9Ga和2.7Ga(Shen et al.，1996)進壹步表明，華北地臺從地幔中分離出玄武質初始地殼的時期是中太古代和新太古代，這與我們上面從T1T2G1G2花崗巖類的演化、陸殼演化階段和圖2-9展示的10個太古陸核的環狀結構樣式是壹致的。
表2-9 壹些地區角閃巖的εNd(t)或TDM
(據鄧晉福等，1999)
4.華北克拉通形成的其他標誌
1)中元古界(Pt2)的長城系和薊縣系的準地臺蓋層，直至三疊紀才和覆蓋於上面的顯生宙地臺沈積蓋層壹起發生褶皺。
2)中元古代晉冀豫廣布基性巖墻群，大紅峪組富鉀質火山巖噴發，冀東發育典型的斜長巖-奧長環斑花崗巖組合。
3)從中元古代開始華北地臺南、北緣才形成真正的大陸邊緣沈積。
4)古生代發育含金剛石的金伯利巖巖漿活動。
這些標誌亦是全球太古宙-古元古代克拉通所***有的，它們表明華北地臺在新太古代末期-古元古代時期已形成了大陸根。
(四)幾點認識
由上述三個方面的討論，對華北陸殼和大陸根的形成可以獲得幾個重要認識:
1)中太古代是小區域尺度的初始陸核形成的主要時期，主要為T1T2組成的不成熟陸殼。
2)新太古代是區域尺度的太古宙陸核形成的主要時期，主要為T1T2G1G2組成的半成熟陸殼。
3)新太古代末期是微大陸塊體尺度的兩個陸核形成的主要時期，即東部的8個太古宙陸核的聯合陸核和西部鄂爾多斯-阿拉善聯合陸核，陸殼已發展達G1G2組成的成熟陸殼。
4)古元古代是兩個微大陸尺度的成熟陸核的構造拼合形成華北克拉通的時期，而不是陸殼物質的主要增生期，或者說不是主要的造殼時期。Condie(1998)等指出，2.4～2.0Ga時期地球上很少發現有巖漿活動的記錄和全球缺乏這壹時期的造殼事件(轉引自孫大中等，1993)。華北克拉通形成的過程與全球主要克拉通形成的過程是壹致的。
5)華北地臺大陸根(地幔巖石圈)是分離出陸殼之後的難熔地幔，主要由虧損的方輝橄欖巖構成，橄欖石的Fo峰值約92.5。
6)華北地臺太古宙形成的陸殼主要由T1T2G1G2構成，其平均組成可能相當於G1(γδ)。