密怀隆起

卢惠华 李修平

摘  要：早在20世纪30年代初，密怀隆起已被我国地学者所关注。50年代末60年代初，北京地质学院区调队1：5万填图确认，组成该隆起的古老变质片麻岩是火山-沉积岩，属于太古界。80-90年代，引进国外先进变质岩理论，区测过程，产生严重对立。持新观点者认为，隆起的绝大部分片麻岩是块状无序的变质侵入岩。持传统观点者认为，这些片麻岩是变质的表壳岩。认识陷入世界性难题的争议之中。90年代初，全国开展地层清理。北京采用新观点认为，未发现密怀隆起存在面型的表壳岩，因此，原来隆起划分的两大群地层失去了加入《中国地层典-太古宇》的机会。世纪末，陈台沟表壳岩的发现，给人以启发。比较而言，陈台沟表壳岩面积很小，但是，工作程度较高，依据较充足，受到点赞。密怀隆起有两套表壳岩，大个体，特点多，信息量大，尚有许多线索有待破解，具备古陆壳研究基地的许多有利条件。

關键词：早前寒武纪：片麻岩：密怀隆起

中图分类号：P534     文献标识码：A     文章编号：1007-1903（2018）04-0089-08

前寒武纪是地球起源演化发展历史的重要阶段，它延续的时间很长，大约40亿年。我国是世界上前寒武纪地层分布较广的国家之一。我国保存了此期间较完整的岩石、地层和生物形成与演化的历史记录。北京的前寒武纪地层分布也比较广泛。其中，被称为北京早前寒武纪结晶基底的密怀隆起，是北京地区最早形成并上隆的地质体。它卵形穹状出露于地表。它经历了强烈的变质、变形活动，有多期次的花岗岩侵入和混合岩化作用;赋存有丰富的矿产资源，并显示出许多具特点的地质条件。研究它，地质理论上具有重要的意义，此外，也具有较广泛的社会经济价值。该隆起，具备有利地质条件成为我国早前寒武纪古陆壳的重要研究基地。

1 以往地质工作回顾

1.1 地质和矿产普查阶段

北京地质工作历史悠久，研究程度高。密怀地区出露古老变质岩面积约1500 km2。早在20世纪20-30年代，我国地学专家孙健初、王日伦（1930）等首次对密云变质岩划归太古界，把它命名桑干杂岩或桑干系。50年代初，清华大学、北京大学、华北地质局也在此进行过地质调查和矿产普查。50年代末至70年代末，北京进入大规模地质调查和矿产普查阶段。适应首都工业化的要求，密云101勘探队在该区开展了以铁（铬、金）矿为主的地质勘探工作。北京地质学院和北京市地质局联合组成区调大队，在该区开展正规15万区域地质填图。70年代中期，长春地质学院应密云101勘探队邀请，配合找矿（特别是铁矿）每年组队对变质岩区进行了11万和12.5万比例尺地质填图。众多单位的合作调研，使该区有了一大批不同比例尺（大、中、小）的地质填图成果，为区域的地质研究提供了丰富的地质信息。在此基础上，北京市地质局1964年编制出版了120万《北京市地质图》和《北京地质》。1975年出版了110万《北京市地质图》。这样，北京以较大比例尺的图件，领先把其地质全貌向世人作了展示。该成果对古老变质地层划分为两大群七个组（表1）。密云群为下太古界，张家坟群为上太古界。密云群片麻岩有复杂的褶皱构造。片麻岩受到较强的混合岩化作用。这些成果，广为有关部门接受，并一直在生产和教学中使用。

1.2 基础地质调查研究深化阶段

20世纪80年代至世纪末，基础地质调查转入研究深化阶段。五个方面的情况值得关注：

（1）学国外先进理论。80年代初，引进国外新的变质岩理论和工作方法。80年代后期，地质矿产部在冀东地区组织对三屯营图幅进行新理论和工作方法试点。90年代向全国推广。采用“构造-岩石-事件法”开展变质岩区填图和研究。

（2）长春地院队总结区域成果。70年代中后期至80年代初，他们完成了高岭-北庄、穆家峪、沙厂、大城子等主要成矿地区大比例尺地质填图后。对密云变质地层、构造、岩石、矿物以及变质作用进行了祥细分析，编写了总结报告。此外，卢良兆、麦延庆、杨振升、王恩林等发表了一些有关本区地质情况的论文。其中，杨振升研究了沙厂地区太古宙表壳岩早前寒武纪构造变形与变质作用的关系，得出它们在晚太古宙经历了两幕重要变形事件的认识，论述了两次变形的特征和相应的变质作用。卢良兆、麦延庆（1979-1980）建议在密云群沙厂组中新建苇子峪组。麦延庆和 王恩林（1987）在《构造地质专刊》发文，称原张家坟群是杂岩体。1987-1990年，武汉地质学大学也曾组队对密怀交界地区开展区调工作。

（3）密云101勘探队开展区域地质研究。80年代初，开展五个方面的课题（包括地层、构造、含铁岩系、铁矿成因、航磁与褶皱等）研究。对张家坟群进行了解体。指出该群椴树梁组为经受变质作用后的长城系。又从山神庙组下部划出一部分，新建西湾子组。如此处理之后，新建立了四合堂群。90年代初，该队开展区域专题研究。1994年出版《北京早前寒武纪地质及铁矿》。主要成果：1）肯定本区有面型表壳岩的存在，坚持两大群地层的划分。2）确认本区存在有三大含铁岩系，总结了成矿规律。3）对本区构造地质进行了全面研究，褶皱构造是研究重点。密云群被认为是紧闭倒转的复式褶皱系;四合堂群地层呈稳定的单斜构造。4）密云群变质岩为麻粒岩相变质，四合堂群为角闪岩相变质。5）变质岩普遍存在中等到弱的混合岩化。遗憾的是，他们在岩浆岩研究方面，未能发现古老岩体。但发现原张家坟群石城组的主体片麻岩是变质的闪长岩体，并将其从地层单位中剔除。

（4）北京市地质调查所区调队对本区重点地段进行多图幅联测。该队采用变质岩新理论、新方法开展了1：5万密云、墙子路、高岭幅区调联测。工作取得了进展。圈出了7个古老的侵入体。均为TTG质深成岩。认为区内的变质岩绝大部分是块状无序的变质侵入岩。未发现面型的表壳岩。发现的表壳岩都是零星的小个体，成为变质岩浆岩的“捕虏体”、“残块”和“包体”。认为两群地层没有大的区别。主张两群合并，把张家坟群合并到密云群中去。并指出，本区按地层层序法和混合岩化观点工作是“过时了”。

（5）世纪末期，天津地质矿产所在上述几个单位工作的基础上，对变质岩区进行了专题研究。2001年出版了《北京早前寒武纪结晶基底》专著。区域图划出了两套变质表壳岩（图1）。

1.3 存在的主要问题

近百年来，从古老变质的片麻岩中区分出变质的火山-沉积岩，被认为是一道世界性的难题。由于没找到解决问题的良方，多数单位填图时都把变质片麻岩认为是层状的表壳岩。推广变质岩新理论和工作方法之后，情况大有好转，各地发现了不少的老岩体。但是，由于地质情况复杂，没有经验，对国外先进理论理解不深，仍发生有误判的情况。

80—90年代是推广先进理论的主要时期。期间，北京有多个地质单位在这里工作。对太古宙主要地质问题的认识，出现了两种对立的观点。长春地院实习队、武汉地质大学队和北京市地质调查所区调队的观点大体是一致的。他们均认为本区绝大部分的变质片麻岩是块状无序的变质侵入岩。北京市地质调查所区调队把密云群片麻岩命名为沙厂英云闪长质片麻岩。属TTG质岩。王恩林（1987）认为张家坟群是一个受强烈剪切作用夹表壳岩构造残留体的巨大岩浆杂岩体（英云闪长岩、花岗闪长岩、角闪石岩和闪长岩），他称其为三棱山杂岩体。麦延庆（1987）则认其为英云闪长岩-花岗闪长岩杂岩体，称其为三岔口杂岩或三岔口片麻岩。不具地层意义。

勘探队的看法相反。他们认为，本区的变质岩大部分是变质的表壳岩，是有序的。并坚持两大群的划分，不同意两群合并。原因主要是：①这些岩石太古老了，都经历了长期复杂的变质、变形和岩浆作用，都显得很陈旧、很古董，其外表都与原来的样子不同了。②组织结构也发生了大的变化。矿物颗粒变粗，矿物排列成条带或片麻状。③从外貌与组构看，它们的确与花岗岩的样子差不多。④尚未找到和总结出，区分这两种岩石（变质的侵入岩和变质的表壳岩）的野外地质标志和依据。

因此，尽管北京是首都，有许多单位在工作，科技力量比较强，但是，由于地质情况复杂，交流不够，缺少经验，对此片麻岩的看法并未形成共識。1992-1994年，按上级要求全国各省、市进行地层清理，以便出版新的《中国地层典》。北京在地层清理时认为，密怀地区出露的老地层，都是小个分散的“残块”、“捕虏体”和“包体”。没发现面型的表壳岩。没有面型的表壳岩，无从建立剖面，也无法深入研究。从立典的角度要求，它条件不具备。这就是北京太古代变质表壳岩产地未能进入《中国地层典-太古宇》的主要原因。

北京太古代表壳岩产地没有进地层典，不少外省、市的也没有进去。

2 冷静思考、形成共识

大规模的矿产勘探和区域调查完成之后，时光进入了21世纪。在近来的这十多年里，比较多的人，渐渐地认可了，北京存在有大块古老的表壳岩的事实。这是多年辛劳之后，冷静下来，反复分析资料，重新思考的结果。五方面的情况值得关注。

2.1 勘探队员从矿区勘探中受到的启发

勘探队员对新的变质岩理论和方法，开始不适应、迷惑 。但是，矿区这个点，“麻雀虽小，五脏俱全”。区域上发生的事，多数是要经过矿区检验的。勘探队员就是通过勘探反复多次的实践，逐步对一些地质问题形成了认识。例如，沙厂铁矿构造（单斜与向斜）经历了10多年激烈的争议，1976年，被勘探证实为向斜构造。之后，又相继探明了兵马营铁矿向斜 （图2）、小漕铁矿向斜、大漕铁矿背斜、达岩铁矿背斜等一批褶皱构造矿区。综合分析点、面的资料，勘探队员认识到：

（1）岩浆岩未对铁矿造成重大破坏  本区存在三大含铁层位，大部分铁矿产出在含铁层位里。在这里，侵入体（不管新、老）不发育，也不对铁矿产生重大的破坏和影响。侵入岩一般呈现为规模较小的脉体，对铁矿产生切断，并导致小距离的错动。

（2）表壳岩区内，铁矿向下仍呈层状和似层状产出，它和沉积铁矿一样，是有“根”的，向下有一定的稳定延伸。正是由于它有“根”，北京才探明了10亿吨铁矿储量。故此，铁矿的形态和产状不可能是漂浮在岩浆岩海洋中的“残块”、“捕虏体”和“包体”。

（3）大漕-沙厂地区，勘探查明了一批矿区褶皱构造，众多的事实说明，密云群片麻岩不是块状无序的。相反，它是有序的。在应力和变质作用下，它和铁矿一起发生了褶皱。褶皱不是单个的，由背、向斜组成褶皱系，如沙厂铁矿褶皱（图3）向外延伸出了矿区。

（4）作为标志层，铁矿在含矿层位内的密集出现，为本区（密云群和四合堂群）面型表壳岩的存在提供了有力的证据。

地质队员从矿区勘探得到这些认识，增强了信心和力量，因而力挺本区有两套面型表壳岩存在的传统说法。

2.2 天津地矿所专项研究成果的启示

（1）强调本区可以建立两大类岩石、地层单元。该所认为，据本区的岩石特点，可以建立两大类岩石、地层单元，即层状的表壳岩单元和非层状的杂岩单元。非层状杂岩单元，主要是奥长花岗质岩-英云闪长质岩-花岗闪长质岩.、混合岩、区域变质岩。这三类岩石混在一起产出。此外，还有一些太古宙的变质基性-超基性岩体或岩墙，规模很小。表壳岩系岩石、地层单元，主要是变质的火山-沉积岩。由于受混合岩化作用，成分上相当于TTG质岩。但据残留其中的区域变质岩，可恢复原岩。

（2）确定了两套表壳岩的分布区。两大类岩石、地层单元建立之后，经工作在图上勾划出大漕-沙厂混合岩化表壳岩和四合堂混合岩化表壳岩分布区，从而确认了北京两套表壳岩的存在。经查，这两套混合岩化表壳岩与原来两大群地层的分布大体是一致的。产出位置一致，只是规模比原来的略小一点。此外，高、低变质相（麻粒岩相和角闪岩相）的划分和分布，也大同小异。该所承认两大面型表壳岩的存在，使传统看法得到了有力的支持。

（3）两套混合岩化表壳岩（表2），其岩性均以变粒岩为主。各种变粒岩约占区域变质岩类岩石总量的三分之二以上。据原岩恢复，变粒岩的原岩为杂砂岩。密云群常见的变粒岩是（石榴）黑云二辉斜长变粒岩、（石榴）黑云紫苏斜长变粒岩、（石榴）黑云次透辉斜长变粒岩等。其次，是基性变质岩类和辉石磁铁石英岩类。其变质建造为（石榴、辉石）黑云斜长变粒岩-（石榴、角闪）斜长辉石（麻粒）岩、（石榴、辉石）斜长角闪岩-辉石磁铁石英岩。变质相属麻粒岩相。四合堂群主要区域变质岩类为变粒岩类和斜长角闪岩类，两者占总量的90%以上。主要变粒岩是黑云斜长变粒岩和含角闪黑云斜长变粒岩。其次为片麻状阳起磁铁石英岩。其变质建造为（石榴、角闪）黑云斜长变粒岩-斜长角闪岩-（阳起）磁铁石英岩。变质相为低角闪岩相。

由于这些情况，容易导致填图扩大化、简单化，严重时，地质体被误判。

2.3 基性岩墙群研究成果引起人们的重视

北京市地质调查所区调队发现，分布于密云水库一带的基性岩墙群，北东走向。它切穿了密云群的片麻岩，也切穿了近年发现的几个老岩浆岩体。它与河北冀东太平寨的基性岩墙是同一期的地质体。它们在岩性特征、产出状况和形成时代等方面基本相同。贺高品（1993）等在密云高岭取样（辉长岩）进行Sm-Nd法测定。该岩石全岩年龄为2858Ma （等时线）。这个资料很重要，意味着本区被此类基性岩脉切穿的密云群片麻岩年龄应大于28亿年。

2.4 Sm-Nd法测定数据给人的惊喜

利用稀土元素测定变质岩石年龄有了进展。利用稀土元素相对不活泼的特性，对老变质岩进行年龄测定取得有意义的成果。北京市地调所区调队对密云群取6个样进行Sm-Nd法测定，其中，有3个样品达到3454.98～4049.48 Ma. 再考虑到贺高品的取样测定成果。北京市地质调查所王世发等（1994）认为“这可能表明表壳岩的成岩时代为始太古代至古太古代”。

2.5 一些已发表的文章，起到了沟通和交流的作用

如卢惠华、李修平等发表的《磁铁石英岩铁矿被谁捕虏？》（2013）、《密云铁矿成因的认识过程》（2016）和《北京太古宙水火之争》（2017）等。这些文章均在我国地质学史学术年会上发表。其中的《北京太古宙水火之争》也曾在《城市地质》（2017）第12卷第1期发表。有3个方面的重点论述。

（1）回顾了有关北京早前寒武纪主要地质问题的研究状况。点出了分岐的主要对象和几个争议的焦点。北京太古宙地质研究工作已将近百年。前60年，水成派观点占统治地位;近30多年，火成派占了优势。争议的主要对象是沙厂英云闪长质片麻岩，争论的焦点集中在：矿体的形态和产状、块状无序的变质岩、岩浆岩对铁矿的影响、混合岩化、两群合一等5个问题上。放马峪基性岩墙群的出现，是中太古代晚期基性岩浆活动的一次标志性地质事件。不同观点的地质填图，各走极端，都存在严重的扩大化倾向。

（2）提出了3条主要的野外地质标志（三大含矿层位，构造模式，片麻岩中区域变质岩的残留物）。用此标志将变质岩中的表壳岩区别出来。区分出来的密云群和四合堂群表壳岩，其分布范围约占变质岩区面积的三分之二，已名符其实成为本区的主要地质体。

（3）提出的北京早前寒武纪岩石、地层划分的新方案（表3），是一个三分（古、中、新太古代）的方案。一个激励人们努力争取实现的研讨方案。

3 获得新进展的陈台沟岩组

据报道 ，经地层清理之后，《中国地层典-太古宇》古太古代地层代表产地，就只有河北迁西地区的曹庄岩组一处了。不过，在世纪末，还是发现了一处新的古太古代地层产地，这就是辽宁省陈台沟岩组。沈其韩（2004）在论述《我国早前寒武纪地层研究的主要新进展》中，对其作了介绍。摘要如下。

该表壳岩位于鞍山地区陈台沟附近。表壳岩北西-南东走向。带状延伸。地层近于直立或稍向南倾。四周为古老花岗岩包围。顶、底缺失。出露面积仅0.5km2。主要由黑云变粒岩、斜长角闪岩、黑云斜长片麻岩、直闪石铁英岩、石英岩等组成。分南、北两带。南带地层较北带齐全。岩层主体变质为角闪岩相。岩石中有花岗质岩席入侵，并受到褶皱。表壳岩的原岩为玄武质和酸性火山岩及不纯硅铁质化学沉积岩和碎屑沉积岩。形成于大陆基底，相当于现在岛弧系统的构造环境。该表壳岩用多种方法进行测试定年。斜长角闪岩有8个样品用Sm-Nd法测定年龄 （3 040±55） Ma。黑云变粒岩中的单粒锆石用蒸发法定年。硅质（长英质）火山岩和花岗岩岩席的锆石用SHRLMP定年。 据数据分析，原岩形成于古太古代。地层形成年龄为33亿年，比鞍山群老。尽管表壳岩面积小，出露厚度也不大。但是，它很老，是稀有之物。工作取得了丰富的资料，因此，它成了宝贝。它引起了大家的高度兴趣和重视。它是继曹庄岩组之后发现的第二个古太古代表壳岩产地。它受到学术界的高度点赞，被认为是近些年来，我国早前寒武纪地层研究五大主要方面的新进展之一。应该指出，该岩组是在地层清理之后，从古岩浆岩的“海洋”中查找出来的。它获得新进展的成功，给人许多启示。今后，人们将关注它提供什么样的独特信息，并对早期华北地壳发展研究有何意义。

4 结语

4.1 密怀隆起的优势与不足

现在，全国地层典上，古太古代地层的代表产地，只有河北曹庄岩组一处。把新发现的陈台沟岩组列上，也只有两处。太少了。要再找一些新产地，才能使华北古陆壳的研究深入下去。笔者认为，密怀隆起就是这样的产地。它具备有利地质条件成为古陆壳研究的重要基地。

（1）优势

①该隆起出露的面积广，厚度大。②该隆起有层状和非层状两大类岩石-地层单元产出。而且，这两大类单元都具有面型分布的特征，含有丰富的地质内涵，为深入研究打下了良好的基础。③最大的特点和优点是，密怀隆起有差异明显的两套面型表壳岩，陈台沟只有一套。因而，前者信息更丰富、资料更珍贵，身价会进一步提高。④陈台沟表壳岩四周被岩浆岩所包围。无顶无底。北京的表壳岩四周环境变化多。古老片麻岩顶、底接触也比陈台沟复杂。⑤隆起的表壳岩有丰富铁矿。三大含铁层位，几十个铁矿产地。陈台沟没有。⑥隆起的古老基性岩墙与冀东的很相似，有较大的研究价值。⑦隆起两套表壳岩的地质构造模式不同。密云群地层同斜紧闭褶皱十分发育。四合堂群中等倾角的单斜层明显。陈台沟只有部分地层显示同斜褶皱。⑧北京的变质岩情况复杂，有高、低变质相。密云群为麻粒岩相，四合堂群为角闪岩变质相。陈台沟只有角闪岩相。⑨一些样品Sm-Nd法测定成果使人受到鼓舞。

（2）不足之处

①一些主要地質问题的看法有待加强交流，进一步凝聚共识。②要总结区分正副变质片麻岩的经验和教训，力争地层研究有新进展。③要加强混合岩化和构造地质（主要断裂和褶皱）的研究。④重视铁矿的研究和利用。⑤大力加强岩石年代学的研究，多采用新方法测试。

总之，比较而言，陈台沟岩组虽小，可是，工作程度较高，资料较齐全，地层研究受到高度肯定。密怀隆起表壳岩露头广，内容多，信息量大，但是，地质情况复杂，研究程度较低，工作尚有许多不足。我们应向陈台沟学习，把地质工作做深做实，使它符合规范和入典的要求。

4.2 下一步的工作建议

（1）不要放弃这个项目。比较而言，地球上早前寒武纪地壳物质的分布是颇为有限的，中太古至古太古代的地体，那就更稀罕了。目前，我国辽宁鞍山地区和冀东地区不但找到了古太古代的岩体，而且，也找到了古太古代的表壳岩。 密怀隆起的地质情况和冀东地区很类似。而且，隆起一些样品也达到了中太古到古太古代的年龄。因此，这个隆起也是一块宝地。我们不能放过它，要好好地珍视它、爱护它、研究它。作为北京的地质队员，不希望这项工作停下来，更不想看到它研究的落后。一句话，不能放弃这个项目。

（2）要组织一个研究班子，筹备工作的开展。

（3）提出设计，继续工作。设计应是中长期的。当然也包括近期2～3年的计划。如果中长期规划不好弄，可以先搞一个近期的计划。近期的计划，就是要对原来的区调进行修测，工作要达到规范要求。也即隆起的岩石、地层单位能得到正确的划分。要有足够的、可信的岩石定年数据。一些争议的主要地质构造问题的研究有所进展。如此，北京的表壳岩产地也就可名正言顺地进入 《中国地层典-太古宇》，并为整个隆起进一步深入研究打下坚实的基础。

（4）地质工作的合作。可以考虑学校与地质局合作的模式。

（5）野外基地的选择。可以选两个基地：沙厂和冯家峪。这两个基地均进行过勘探，目前有开采矿山，地质内容丰富，交通方便，居住和生活条件较好。 可作为科研和科普的基地。

参考文献

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