中国变质大地构造研究及科学意义

郝国杰 ，王惠初，牛广华，康健丽，郝爽

（1.中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所，廊坊河北065000；2.国家现代地质勘查工程技术研究中心，廊坊河北065000；3.中国地质调查局天津地质调查中心，天津300170）

中国大陆主体自太古宙以来经历了多个阶段洋-陆转换、陆壳增生和大陆碰撞聚集的不可逆演化历程，形成了以陆块区、大洋俯冲消减对接带和造山系镶嵌组成的复式大陆[1-3]，受到众多地质学家的密切关注。多年以来，许多前寒武纪研究学者试图探索和尝试变质地质学研究解决中国变质岩及构造单元划分等关键地质难题，探索板块构造的启动时间，研究变质岩建造构造及大地构造相与成矿作用的关系，寻找变质岩大地构造相鉴别方法和单元划分标志。然而，这些工作明显不同于传统变质地质学开展的综合性研究，而是更注重岩石大地构造学领域的新探索[4-5]，需要多学科和多方法的融合，创新研究方法和编图思路开展系列研究工作。

1 研究概况

2006—2013年，在国土资源部和财务部的领导下，在省级国土资源主管部门支持和配合下，中国地质调查局组织直属单位、省级及行业地质勘查单位165家3 700余人，全面开展了“全国矿产资源潜力评价”项目。该项工作是国土资源部在矿产资源领域部署的重要的国情调查，旨在通过系统总结地质调查和工作成果，全面掌握矿产资源现状，科学评价未查明矿产资源潜力，满足矿产资源规划、管理、保护和合理利用的需要。然而，这项工作需要重新对全国成矿地质条件进行新一轮梳理和评价，需要创新基础地质理论和编图技术，因此，专门设立了“全国重要矿产成矿地质背景研究”项目，下设“全国变质岩区成矿地质背景研究”和“变质岩大地构造重大关键地质问题研究”课题，其目的是查明不同地区不同时代变质岩建造和构造特征，综合研究其所属大地构造相，分析区域成矿作用的大地构造环境与演化过程，解决中国变质岩大地构造划分等重大关键地质问题，为成矿规律与矿产预测提供成矿地质构造环境与构造演化阶段背景资料。

这项工作大致包括六个阶段。一是构建新的工作思路，以板块构造和大陆动力学理论为指导，以大地构造相研究方法分析成矿地质背景，以成矿地质构造要素为核心内容，以编制各类专题图件为主要途径开展成矿地质背景研究。二是编制成矿地质背景研究技术要求，包括了沉积、火山、侵入、变质、大型变形构造五大要素和大地构造相综合研究等内容。三是开展全国性系统培训，项目综合汇总组专家对全国800余名技术人员就项目技术路线、工作部署、研究内容和研究方法进行了全面培训。四是省级研究与编图，通过分析和总结区域成矿地质背景与成矿地质作用特征，分幅编制各省1/25万建造构造图和预测区地质构造专题底图，综合形成了省级1/50万大地构造（相）图和成果报告。五是大区归纳汇总，在省级成矿地质背景研究、编图和建库基础上，分析和总结区域成矿地质构造与成矿地质作用特征，编制大区成矿地质背景研究成果。六是全国综合研究与成果编制，在变质岩石构造组合研究的基础上，根据它们在不同时代和不同板块构造环境中形成的地质背景，分析并确定其大地构造亚相、相、大相和相系，充分反映近20年来最新地质调查和专题研究成果，提出变质岩大地构造划分方案，首次编制完成并出版了《中国变质岩大地构造图（1/250万）》及说明书，形成了综合研究报告及数据库。

2 研究思路

2.1 变质岩大地构造研究与分析方法

中国变质岩大地构造研究是以板块构造和大陆动力学理念为指导，通过变质岩石学、变质建造、岩石构造组合研究和分析，结合地球物理和地球化学特征，综合分析和确定大地构造相，探索它们形成时与板块构造有关的大地构造背景，同时研究了主要变质地质构造单元的同位素年代学、重大地质事件、陆块区和造山系的演化特点，进一步研究板块离散、汇聚、碰撞、造山等过程的地质作用特征及演化过程。该项研究突出和强调了从全球洋陆格局和相互转化视角恢复研究中国大陆在全球演化过程中的特殊地位，提出了现今中国大陆形成复杂镶嵌与叠合结构特征的成因；突出和强调了多学科综合研究划分变质大地构造单元的核心理念，核心内容是应用大地构造相方法理论分析各级构造单元的地质构造环境和成矿地质背景[6]。

2.2 变质岩构造组合类型划分

岩石构造组合是同一构造环境下形成的具有成因联系的岩石集合体。变质岩构造组合具有相似变质作用和相同原岩形成构造环境的双重属性。地球早期具有特征的变质岩构造组合，如科马提岩组合和TTG片麻岩组合。Windley（1981）曾根据岩石变质程度将太古宙岩石分为绿岩带和高级片麻岩地体等两种组合，并统称为花岗岩-绿岩带。Rollingson（2007）在此基础上，增加了太古宙晚期的沉积盆地。实际上，英云闪长岩-奥长花岗岩-花岗闪长岩（TTG）是太古宙最主要的岩石构造组合之一，其分布面积可高达70%～80%，是太古宙最主要侵入岩[7-9]。

根据近年来的研究成果，针对中国陆块区前寒武纪变质基底和造山系中变质岩构造岩石组合与大地构造相的关系，2015年时课题组共划分出6大类38种变质岩岩石构造组合类型，近几年根据研究和编图工作深入，经修改、补充和完善，形成了6大类56种。6个大类包括：（1）陆核变质岩岩石构造组合，如麻粒岩-紫苏斜长变粒岩-磁铁石英岩、紫苏花岗岩-紫苏花岗片麻岩；（2）古弧盆系变质岩岩石构造组合，如斜长角闪岩-变粒岩-磁铁石英岩组合、英云闪长质-奥长花岗质-花岗闪长质片麻岩（TTG）；（3）（古）裂谷变质岩岩石构造组合，如变质砾岩-变质砂岩-大理岩夹火山岩组合、变粒岩-浅粒岩-镁质大理岩组合；（4）结合带变质岩岩石构造组合，常出现蛇绿混杂岩、俯冲增生杂岩等组合；（5）高压-超高压变质带变质岩岩石构造组合，如蓝闪片岩组合、花岗片麻岩-榴辉岩组合；（6）被动陆缘变质岩岩石构造组合，如变质陆源碎屑岩-碳酸盐岩组合和部分孔兹岩系[10]。

2.3 变质岩大地构造相单元研究与鉴别

中国三大陆块，早期均经历了前新太古代陆核形成→新太古代-元古宙的洋陆转换、增生、碰撞聚集形成稳定陆块（即基底形成阶段），中期在中-新元古代发生了碰撞后的裂谷事件（华北长城纪早期裂谷发展阶段，扬子、塔里木南华纪裂谷发展阶段），后期经碎屑岩“填平补齐”进入陆架碳酸盐岩台地稳定的盖层形成阶段，为陆块区地壳三大阶段发展演化的基本规律。而绝大部分造山带均为洋陆转换中的弧盆系及其被卷入的基底残块（地块）组成[11-16]。通过变质岩大地构造相研究、鉴别和厘定，可以揭示中国陆块和造山带结构组成及其演变和发展规律。

在全国大地构造单元划分总体框架下，变质岩大地构造单元研究分五级开展，分别为岩石构造组合、亚相、相、大相和相系。

大地构造编图的基本表达单位为岩石构造组合，在研究和划分岩石构造组合的基础上，进一步开展第四级大地构造亚相的研究、归并和划分，从而分析、对比、校验相单元建立的合理性[17]，为变质岩大地构造相划分提供依据。第四级大地构造亚相主要包括前新太古代陆核亚相、新太古代及古元古代古弧盆系四类亚相、古元古代及中-新元古代裂谷亚相等类型，是在第三级大地构造相中依据不同时代或不同构造位置划分出第四级构造环境。陆块大相划分与鉴别标志见表1[1]。

前新太古代陆核为变质基底杂岩相，可分为由不同时代地质体组成的陆核亚相，如古太古代陈台沟陆核亚相由始-中太古代白家坟、东山花岗片麻岩和陈台沟表壳岩等组成，中太古代栖霞陆核亚相。

新太古代及元古宙的古弧盆系相可进一步划分为古岩浆弧亚相、古岛弧亚相、古弧后盆地亚相和古弧间盆地亚相，如根据古弧盆系性质及出露位置确定的遵化古岩浆弧、五台古岛弧。

元古宙裂谷亚相可根据盆地出露位置进一步再分为不同的裂谷亚相，如渣尔泰-白云鄂博裂谷相可进一步分为渣尔泰裂谷亚相和白云鄂博裂谷亚相。

2.4 变质地质事件演化与时空结构分析

本次工作一项重要创新是通过变质岩时空结构图编制来反映每一个三级变质地质构造单元的地质演化。它是按照全国变质岩大地构造单元统一划分方案，对各三级变质地质构造单元分别建立变质地质事件演化序列和时空结构图，该图表达内容包括变质岩石构造组合、岩浆侵入事件、变质作用、变形作用与成矿作用之间的相互关系，重点表达不同变质岩石构造组合所属的大地构造环境（亚相或相），并划分不同构造演化阶段[4]。

3 构造单元划分

3.1 划分原则

变质岩区不同变质作用类型在时间上和空间上的分布可形成不同级别的变质地质构造单元。它们反映了这一区内变质作用的演化历史。通过对变质岩石构造组合、变质相、变质时代、岩石地球化学及原岩建造的分析研究，或区分出地壳演化进程中变质旋回的特点，研究并确定其形成的大地构造环境（大地构造相）。变质地质构造单元可划分为三级，主要原则如下。

Ⅰ级变质地质构造单元为变质域，指由不同变质期和不同变质作用类型的变质岩系按照一定规律所组成的地区，如华北变质域（对应华北陆块区）。

Ⅱ级变质地质构造单元为变质区，指同一变质域内由遭受了类似变质作用过程的不同变质相带的变质岩系组成的地区。如华北变质域内可划分为阴山变质区（陆块）、晋冀变质区（陆块）和胶-辽-吉变质区（古弧盆系）等。

Ⅲ级变质地质构造单元为变质地带，指在同一变质区内，属同一变质期且构造环境相关的变质岩系组成的地区，如晋冀变质区（陆块）进一步划分出的冀东变质地带（古陆核）、遵化-建平变质地带（古岩浆弧）、五台变质地带（古岛弧）等。

3.2 划分方案

根据上述划分原则和最新研究成果[18-25]，结合全国大地构造分区划分方案[26]，将中国变质地质构造单元共划分出一级变质域9个、二级变质区58个、三级变质地带163个（图1，表2）。

中国变质地质构造单元主要包括华北、扬子和塔里木三个主要陆块区和天山-兴蒙、秦-祁-昆、西藏-三江、华夏、菲律宾等六大造山系组成。陆块区以华北陆块区出露的变质地（岩）层时代最老、面积最大，而扬子和塔里木陆块区大面积被中-新元古界及更年轻地层所覆盖，因此中国大陆地质早期演化历史主要根据华北陆块区的研究成果厘定，而且华北与扬子、塔里木陆块区的演化特点出现明显差异。以显生宙为主要发展阶段的造山系与陆块区显生宙演化历史相比较显得更为复杂，各主要造山系洋盆的形成至封闭的过程，不仅造就了与陆块区截然不同的地质产物，而且“焊接”了3个陆块区，最终形成中国大陆现今的地质构造轮廓[27-28]。

4 编图技术与方法

本次编图充分借鉴了董申保院士1986年主编完成的中国第一代《中国变质地质图（1/400万）及其说明书》和《中国变质作用及其与地壳演化的关系》等系列成果[29]，也与中国第二代变质地质图编制专家进行了许多有益的探讨。更多是依据全国矿产资源潜力评价工作对变质岩成矿地质背景的需求，与沉积岩、火山岩、侵入岩、大型变形构造项目组共同研究和讨论，形成了一套全新的思路和方法。

4.1 编图思路

以板块构造、大陆动力学和变质地质学理论为指导，以省级1/25万实际材料图、建造构造图和1/50万变质岩大地构造图为基础，通过对变质岩建造构造和岩石构造组合的综合分析，总结不同时代、不同地质构造单元变质岩石组合形成的变质条件、形成时代、变质时代和大地构造环境（大地构造相或亚相），在图面上着重表达为露头尺度的大地构造相，反映不同变质地质构造单元内不同时代所处的大地构造环境和变质地质事件演化历史，最终编制形成中国变质岩大地构造图。

编图力求反映我国前寒武纪不同地史阶段中的重要地质事件，充分应用了近年超大陆研究成果，探索并根据编图实践提出了板块构造启动于新太古代认识，将中国变质岩区的动力学演化划为前新太古代“陆核”、新太古代以来原板块和新元古代以来现代板块机制三大阶段。

4.2 编图原则

本次编图坚持自主创新，既要符合全国矿产资源潜力评价的总体思路和我国现阶段的工作实际，又要有利于进行国际对比和交流。主要原则有：

（1）变质地（岩）层填图单位划分与对比是编图的基础。

（2）变质岩石组合研究与划分是变质岩大地构造底图编制的前提。

（3）岩相学及副矿物研究是原岩恢复和构造环境判别的辅助手段。

（4）岩石地球化学资料分析是判别大地构造环境的重要依据。

（5）变质岩建造和构造是成矿地质背景研究的关键。

（6）岩石构造组合分析是大地构造相分析的重要手段。

（7）变质构造研究结合地球物理特征是确定变质地质构造单元边界的主要方法。

（8）变质作用演化及变质作用时代研究是变质地质构造单元划分的参考依据。

4.3 图面设计

图面设计力求主图、辅图、图例及相关文字说明结构合理，配置得当，整洁美观。

（1）主图：主要内容包括变质岩石构造组合、大地构造环境（相或亚相）、原岩建造形成时代和变质时代、变质相（系）、特殊变质岩、大型变形构造、变质地质构造单元及代号（Ⅰ～Ⅲ级）。基本编图单位为变质岩岩石构造组合。

变质岩石构造组合按实际出露的范围，用花纹表示；大地构造环境（相或亚相）用系统设计的颜色+代号表示，代号为英文编写字母；原岩建造形成时代和变质时代用组合代号表示，如PtC（Pt1），括号内的时代代表形成时代为古元古代，括号前面的时代PtC代表变质时代为新元古代（元古宙划分三个变质期，PtA代表了古元古代，PtB代表了中元古代，PtC代表了新元古代）；变质相（系）用数字表示；特殊变质岩用特殊的点单元符号表示；大型变形构造在图面上主要为各类断裂构造，按其性质表示；变质地质构造单元一级用大写罗马数字Ⅰ-Ⅻ表示，二级单元用大写罗马数字-数字编号表示，如Ⅰ-1代表额尔古纳地块，三级单元是在二级单元划分的基础上，再增加进一步细分的数字编号表示，如Ⅳ-1-10表示宽坪变质地带[4]。

（2）辅图：主要内容包括变质岩大地构造相时空结构图、变质岩大地构造略图和图例等。

变质岩大地构造相时空结构图是按照变质地质构造单元划分方案，每一个一级单元分别建立一个时空结构图，横向上以三级变质地质构造单元为基本单位，纵向上按前中太古代、中太古代、新太古代、古元古代、中元古代、新元古代等构造演化阶段划分，根据出露的变质地（岩）层、变质深成侵入岩、变质相（系），所含矿种分别给出其所属的大地构造相（或亚相）。

变质岩大地构造分区略图按一级变质地质构造单元分别赋予一种颜色，分别表示了一至三级单元的边界和编号，基本单元为三级变质地质构造单元。

5 主要认识与科学意义

运用板块构造理念对全国范围内变质岩的大地构造环境研究与划分，对我们来说是一次探索性的尝试，是全国矿产资源潜力评价成矿地质背景研究项目组、各大区和各省（市、区）项目组专家共同努力的结果，对中国变质岩大地构造及成矿作用研究具有重要意义。

（1）首次创新编制出版了《中国变质岩大地构造图》

总结了不同时代、不同地质构造单元变质岩石构造组合的形成时代、变质条件、变质时代和大地构造环境（大地构造相），着重反映了变质地质构造单元内不同时代所处的大地构造环境（相）和变质地质事件演化历史，详细划分了Ⅰ级变质域、Ⅱ级变质区和Ⅲ级变质地带，为编制全国大地构造图和矿产资源潜力评价提供了变质地质资料和依据。

（2）探索建立了变质岩大地构造相鉴别和单元划分标志

针对中国陆块区前寒武纪基底和造山系中变质岩构造岩石组合与大地构造相的关系，共划分出6大类56种变质岩岩石构造组合类型。变质岩大地构造相分五级开展研究，分别为岩石构造组合、亚相、相、大相和相系，并按陆块大相、弧盆系大相和结合带大相建立了大地构造相鉴别标志。在此基础上，提出了以变质基底、新太古代-古元古代地质记录、岩浆弧性质的岩石构造组合（如岛弧火山岩、TTG及花岗岩-二长花岗岩-正长花岗岩等）、变质变形、关键地质事件、沉积盖层及区域地球物理场特征为主的8项划分标志。

（3）探讨了早期板块构造的启动时间和运动机制

应用“原板块机制”和“现代板块机制”表述了地质历史过程动力学机制之间的差异。通过分析和研究国际地学界对板块启动时间研究的动向和趋势，结合中国已有的研究成果，倾向于新太古代出现了以水平运动为主导的板块运动。其特点表现为板块规模小、岩石圈厚度薄，通过小洋板块不断俯冲扩大规模，导致弧火山岩和TTG岩石组合成为古陆壳的主体。突出表现在岩石学记录上，科马提岩、条带状磁铁石英岩（BIF）、蛇绿岩套、高压麻粒岩（榴辉岩）等与现代板块机制的地质记录存在明显差异[27-28]。

（4）综合研究了特殊变质岩类及其构造意义

通过编图和研究，表达了华北陆块区孔兹岩带、高压麻粒岩带和超高温变质带的新成果，汇总了陆块区和造山系岩石构造组合、变质作用特征的差异，指出陆块区特殊变质岩类的重要性及造山系中大量出现的超高压榴辉岩和蓝片岩带的特殊“指示大地构造相”的重要地质意义[21]。

（5）探讨了中国前寒武纪大陆形成的阶段性和主要轨迹

探索了华北、扬子和塔里木陆块区变质基底的大地构造相、分区和主要地质特征，总结了它们之间的异同。在此基础上，探讨了中国前寒武纪大陆形成的阶段性和主要轨迹。指出中国三大陆块区是通过新太古代洋壳不断俯冲形成微型陆壳，并逐步生长为小型陆块，之后又经过陆块焊接（俯冲-碰撞）形成陆块区。古元古代末期华北陆块区形成了统一的大陆；中元古代是大陆伸展期，在华北陆块内部和南北缘形成大规模的裂谷，但未出现与罗迪尼亚超大陆汇聚和裂解有关的强烈的-构造活动，扬子陆块只有一些小规模的盆地；新元古代早期为活动大陆边缘，青白口纪晚期又发生了陆内裂解，主要发生在扬子陆块区和塔里木陆块，在0.82 Ga弧陆碰撞形成统一的陆块区。三大陆块区的最终形成时间是非等时的，华北陆块形成于约1.8 Ga前，而塔里木陆块和扬子陆块形成于约0.82 Ga，比华北晚近1.0 Ga[11]。

（6）为多种概念和方法相互融合开展综合研究提供了范例

全国矿产资源潜力评价成矿地质背景和变质岩大地构造研究，是以沉积岩、火山岩、侵入岩、变质岩及大型构造变形五大要求为基础，多学科综合分析和研究判别一个构造区的大地构造相，进而探索不同地史演化阶段岩石圈构造体制的转换、增生、碰撞聚集演化历程，汇聚并融合了各学科的研究成就的逐步实践过程。而变质岩大地构造研究，既要依据古老沉积地层资料，也渗透了火山岩和侵入岩岩石构造组合与形成环境理念，同时还融合了大地构造、区域地球物理与成矿作用各类要素，最终完成了中国变质岩大地构造创新性成果。同时，形成了一支全国性的成矿地质背景研究大军，这种工作方法和模式为今后开展全国性多学科综合研究提供了范例。

致谢：本文承蒙恩师陆松年研究员的悉心指导，并以此文祝贺陆松年先生80华诞，感谢他多年的教诲和帮助。陆松年先生以开阔的研究思路、严谨的工作作风和勇于追求的科学精神，不断组织和引领我们探索前寒武纪地球奥秘，取得了上述变质岩大地构造研究成果。同时，还要感谢全国矿产资源潜力评价成矿地质背景研究全国项目组及各省（市、区）项目组的各位专家。