华北克拉通东南部太古宙英云闪长岩—奥长花岗岩—花岗闪长岩形成及演化

刘磊, 康诗胜, 刘恒, 胡天杨, 周炜鉴, 张云飞

1)中南大学有色金属成矿预测与地质环境监测教育部重点实验室，长沙，410083；2)中南大学地球科学与信息物理学院，长沙，410083；3)湖南工程职业技术学院自然资源学院，长沙，410083

内容提要：华北克拉通是世界范围内少数保存有大量太古宙英云闪长岩—奥长花岗岩—花岗闪长岩(TTG)及多期次岩浆事件记录的克拉通之一，相关研究对揭示全球太古宙时期壳—幔动力学演化过程具有重要的指示意义。笔者等在华北克拉通东南部归纳总结了52个太古宙时期TTG岩石样品的有效地球化学资料。根据地区与岩石成因差异，将样品主要分为3类：霍邱、五河地区低铝、低压型TTG岩石，鲁西(C带)、丰县张河地区中铝、中低压型TTG岩石以及登封地区高铝、高压型TTG岩石。华北克拉通东南部的TTG片麻岩经历了两期明显的地壳生长事件：2.95～2.70 Ga，2.58～2.48 Ga(峰值为约2.52 Ga)。主、微量数据表明，华北克拉通东南部的TTG片麻岩主体源于低钾镁铁质岩石的部分熔融，并且源区可能受到来自于壳—幔相互作用的影响。其中，霍邱、登封地区的TTG分别受到流体、熔体交代作用；鲁西和张河地区则同时受到熔体和流体交代作用。霍邱地区TTG片麻岩形成于约2.70 Ga，成因可能受鲁西地区地幔柱垂向构造的影响；太古宙末期，鲁西及张河地区与登封地区TTG片麻岩的形成具有一定联系，主要表现为受洋内岛弧地体侧向的洋内俯冲与弧陆碰撞增生控制，并经历了区域麻粒岩相变质作用。

组成陆壳的岩浆岩中，英云闪长岩—奥长花岗岩—花岗闪长岩(Tonalite—Trondhjemite—Granodiorite，TTG)是最主要的深成侵入岩(赵国春和张国伟，2021；Condie et al., 2009)。因此，TTG岩石在理解太古宙陆壳的形成和演化方面起着至关重要的作用(吴鸣谦等，2014；姜杨等，2014；葛宁洁等，2001；王金芳等，2021)。目前，有关太古宙TTG岩石成因机制的争议主要集中在3个方面：①源岩性质；②动力学体制；③残留相矿物本身的地球化学性质。前人早期统计了全球太古宙TTG岩石(约4.0～2.50 Ga)的地球化学资料，发现随着TTG岩石中Mg#及Cr和Ni等元素含量逐渐增加，CaO+Na2O和Sr元素含量亦同步增加(Martin et al., 2005)。据此，他们提出随着地球的不断冷却，俯冲板片进行部分熔融的深度也在逐渐增加，进而熔体与地幔楔相互作用程度不断增强。在动力学体制方面，部分学者认为太古宙TTG片麻岩可能形成于俯冲构造体制，并与俯冲板片或者岛弧根部物质的部分熔融有关(Martin et al., 2005; Wang Wei et al., 2013)。相比而言，依据太古宙TTG片麻岩的面状分布、缺少与地幔物质的相互作用以及与科马提岩的紧密共生等特征，其他学者提出垂向构造成因体制(如：地幔柱模式或者拆沉模式等)(Smithies et al., 2009; Wu Meiling et al., 2016; Nebel et al., 2018)。与TTG熔体平衡的残留相除了石榴子石之外，常见的还有斜长石，含Ti矿物(如金红石、钛铁矿、榍石)，角闪石和辉石。在镁铁质岩石熔融时，Al2O3、Na2O和Sr优先进入斜长石，其稳定域小于1.5 GPa (Moyen and Steven, 2006)，因此，斜长石出现在残留相中时，会导致TTG熔体成分中Al2O3、Na2O和Sr含量的降低。实验研究表明，TTG熔体中Nb和Ta的含量主要受残留相中金红石的控制，当金红石出现时，TTG熔体中的Nb和Ta往往出现大幅度降低，其稳定域一般认为在1.5 GPa之上，除了含Ti矿物，另一个控制熔体Ti—Nb—Ta含量的矿物是角闪石，也是高压角闪岩相的主要矿物(Xiong Xiaolin et al., 2005)。

Moyen 等(2011)根据岩石地球化学关键指标(即Sr含量、Sr/Y和La/Yb值)，将太古宙(约3.50～2.50 Ga)TTG划分为高压(HP)、中压(MP)和低压(LP)型，并将其成因分别归类于俯冲、后碰撞伸展以及地幔柱等不同构造体制。大多数TTG(约80%)属于源自加厚下地壳部分熔融(深度约30～45 km)的LP和MP型，而剩余20%的HP型TTG，被解释为源自俯冲板块(>60 km)。Wang Wei等(2017)通过对辽北地区新太古代晚期TTG片麻岩的深入研究，提出不同压力类型TTG片麻岩可能形成于后撤型增生造山体系的不同构造位置，其中高压型TTG片麻岩与短暂的构造挤压有关，而中、低压类型形成于后撤伸展阶段。

值得注意的是，TTG通常被认为是由成分类似于现今溢流玄武岩的富水的镁铁质源岩(Martin et al., 2014)，通过部分熔融或分离结晶过程形成的(Bédard, 2006; Smithies, 2000; Laurent et al., 2020)。部分学者提出太古宙高压型TTG片麻岩的“高压”属性可能与角闪石的分离结晶或者斜长石堆晶有关(Bai Xiang et al., 2014; Laurent et al., 2020)。尽管如此，绝大部分太古宙早期(>3.0 Ga)TTG片麻岩属于中、低压类型，而高压型TTG片麻岩直到太古宙晚期(约3.0～2.50 Ga)才大量产出(Wang Wei et al., 2017; Ge Rongfeng et al., 2018; Liu Heng et al., 2020)。近年来，TTG的地球化学差异性主要被解释为与不同深度的部分熔融有关(Moyen, 2011; Moyen and Martin, 2012)。最近的研究表明，太古宙TTG片麻岩可能来自：①富集岩石圈地幔中镁铁质熔体的分离结晶；②加厚下地壳含水镁铁质岩石的部分熔融；③俯冲大洋板块的熔融(包括浅俯冲和深俯冲)，浅俯冲大洋板块沿着壳—幔边界底侵，最终并入大陆地壳(Sun Guozheng et al., 2021)。此外，在深俯冲期间，H2O作为熔剂在不同TTG熔体的形成中起着至关重要的作用，这有助于产生成分多样性的TTG(Moyen, 2011; Pourteau et al., 2020)。

另一方面，虽然关于陆壳如何形成和演化一直存在较多的争议，但是，许多大陆生长模型表明，70%以上的现代大陆地壳形成于太古宙末期之前(Armstrong, 1981; Mc Lennan and Taylor, 1982)；作为太古宙克拉通的主要成分，TTG片麻岩占太古宙大陆出露面积的60%～70%，被认为是研究前寒武纪地壳岩浆作用和变质演化的重要样本(Zhao Guochun et al., 2008; 周艳艳等，2009; Moyen and Martin, 2012)。换言之，太古宙陆壳TTG片麻岩是现今陆壳的最重要组成部分(Armstrong, 1981; Dhuime et al., 2012; Hawkesworth et al., 2013)。因此，开展太古宙TTG片麻岩的成因机制研究是探讨早期大陆地壳起源和形成演化过程的关键(万渝生等，2021)。

克拉通内部的古老地体为了解太古宙大陆生长和总体构造演化机制提供了一个良好窗口(Deng Hao et al., 2019)。华北克拉通在太古宙晚期逐渐稳定成为克拉通，是中国最古老的克拉通之一，经历了多阶段复杂的构造演化，是研究陆壳生长演化的天然实验室(Condie, 2000; Cawood et al., 2013; Zhou Yanyan et al., 2014; Li Lei and Zhai Weijian, 2019)。众所周知，包括东南缘在内的华北克拉通经历了两期地壳生长事件，分别为新太古代早期(2.85～2.70 Ga)和新太古代晚期(2.58～2.48 Ga)。经过这两次长时间的陆壳生长事件，华北克拉通拥有了初始的克拉通属性(肖玲玲等，2019；黄道袤等，2020；第五春荣，2021)。然而，与世界上大多数地区的克拉通不同，2.60～2.50 Ga是华北克拉通构造热事件发育的最主要时期(Condie et al., 2009)。实际上，对于华北克拉通太古宙基底出露较好的地区，前人已经开展了多方面的探索，但在太古宙基底未出露或极少出露的地区，尤其是东南缘的霍邱、五河、登封、鲁西(C带)、张河等地区，这一方面的研究较薄弱。因此，我们以华北克拉通太古宙TTG为研究对象，通过收集前人在该区的地层学、岩石学、地球化学、年代学和同位素数据，结合已发表的研究成果，对上述地区早前寒武纪地质演化开展系统的对比研究。笔者等重点讨论以下问题：通过分析不同区域之间TTG片麻岩的差异以及规律，对其进行分类汇总，并研究其岩石构造成因，源区性质以及动力学体制，进而揭露太古宙地壳生长过程和模式，为整个华北克拉通的基底和构造属性提供研究思路。

1 华北克拉通东南缘太古宙地壳物质的分布

华北克拉通作为中国最古老的克拉通地块之一(图1a)，虽然经历地壳多期生长，但是主要形成于新太古代时期，在过去的几十年里引起了世界范围内地球科学家的广泛关注和研究。华北克拉通陆壳生长在新太古代早期表现为地幔岩浆作用，并且作用范围非常广泛。新太古代晚期虽然地幔物质有所加入，但是壳内再循环作用起着主导作用(万渝生等，2015；Wan Yusheng et al., 2015)。

图1 华北克拉通基底构造单元划分图(a)(据Zhao Guochun et al., 2005)、华北克拉通东部陆块新太古代地质简图(b)(据Zhao Guochun et al., 2005, Wang Wei et al., 2015)

普遍认为，华北克拉通是多个微块体拼合的结果，然而，对于其具体划分方法一直存在不同的观点(图1b，图2)。产生不同观点的原因是由于对于太古宙陆壳基底岩石性质的认知不够准确清晰。以往观点有：①华北克拉通通常被认为由横贯华北造山带的东、西两个地块在约1.85 Ga时合并而成(Zhao Guochun et al.，2005)，皖北五河地区的五河杂岩和霍邱地区的霍邱杂岩归属为胶—辽—吉带穿过郯庐断裂带的延伸。因此，五河和霍邱地区的陆壳形成及演化应该类似于胶—辽—吉带(刘超辉和蔡佳，2017；Wang Wei et al., 2017; Lu Junsheng et al., 2021)；②Zhai Mingguo和Santosh(2011)认为华北克拉通大致由胶辽、许昌、济宁和阿拉善等七个微陆块组成，它们于2.60～2.53 Ga 拼合完成克拉通化。在该体系中，徐淮地区的早前寒武纪单元属于徐淮微陆块(赵宗溥，1993；翟明国，2012)；③Wan Yusheng 等(2015)以≥2.60 Ga 的岩石的地理位置为依据，通过对早期构造—热事件的分析，将华北克拉通划分为3个古陆块，其中霍邱、五河、登封形成时间为约2.50 Ga ，华北克拉通东南部大部分基底隶属于南部古陆块，它们于古元古代末期(1.97～1.80 Ga)完成克拉通化(Wan Yusheng et al., 2015; Diwu Chunrong et al., 2016; 第五春荣等，2018)。

图2 华北克拉通基底构造单元划分图(据Zhai Mingguo, 2011)

华北克拉通东南部的太古宙变质陆壳基底包括但不限于霍邱群、五河群、泰山群、济宁群以及登封群。通过前人文章对钻孔岩芯的描述，发现上述地区太古宙陆壳存在一些共性岩石，如大规模的TTG片麻岩和以发育条带状铁建造(Banded iron formation, BIF)为特征的表壳岩系列，同时在地层序列上也存在对比性(图3)。霍邱杂岩和五河杂岩主要包括TTG片麻岩、石英岩、云母片岩、变粒岩、大理岩、条带状铁建造和斜长角闪岩等岩石组合，并报道有2.9 Ga的TTG片麻岩。而徐州张河和鲁西C带济宁岩群的岩芯主要以变质火山岩和BIF铁矿为主，同时发育有约2.5 Ga的TTG片麻岩。登封地区岩性则以斜长角闪岩、BIF铁矿以及约2.5 Ga的TTG片麻岩为主(杨恩秀等, 2008；Yang Xiaoyong et al., 2014；王伟等，2015)。笔者等对华北克拉通东南部地区出露太古宙岩石较少地区的TTG数据进行归纳整理，通过对比分析不同区域之间TTG片麻岩的差异以及规律，我们对以下科学问题进行了初步探讨：该地区不同区域间TTG片麻岩的构造成因，源区性质是否一致，地壳生长模式是否相关，这对理解全球太古宙时期壳—幔动力学演化过程具有一定的指示意义。

1.1 五河和霍邱变质基底

五河杂岩被称为五河群(也称为蚌埠群)，是经历中高级变质作用的一套地层，主要出露于蚌埠隆起带，形成年龄跨度很大，并且岩性复杂。构造格局总体是近东西向的蚌埠隆起与北北东向的断裂系统相叠加的构造格局(图4a、 b)。区域内花岗质岩石广泛出露，前人的研究成果包含大量的岩石学和地球化学资料(Kang and Schmidt, 2017; Liu Lei et al., 2017; Wang Wei et al., 2017)。

五河杂岩于皖北五河及蚌埠、凤阳一带出露，西边距离郯庐断裂大约100 km。主要包括深部的变质基性岩和浅部的表壳岩以及变质的花岗岩侵入体。此外，以花岗岩和花岗闪长片麻岩为代表的花岗岩类也广泛发育。五河地区太古宙时期TTG岩石多为钻孔资料(图3)，野外露头极少。锆石年代学数据表明，五河群经历了新太古代晚期岩浆事件以及古元古代中期多期次变质和深熔作用。

图3 华北克拉通东南部地层岩性对比柱状图(据杨恩秀等, 2008；Yang Xiaoyong et al., 2014；王伟等，2015)

图4 五河(a)、(b)(据刘贻灿等，2015)和霍邱(c)(据Liu Lei et al., 2016)地质简图

靠近华北克拉通东南缘的霍邱地区的表壳岩被认为代表太古宙基底岩石，并以产出条带状铁建造(BIF)而闻名(邢凤鸣和任思明，1984；Wan Yusheng et al., 2010a；杨晓勇等，2012；Liu Lei et al., 2016)。华北克拉通东南缘的霍邱杂岩以新太古代灰色片麻岩、角闪岩和大量变质沉积岩为主，上面覆盖着新元古代—古元古代地层和第四纪沉积物。霍邱和五河变质基底南北长60多千米，总面积1500多平方千米。由于出露在地表的岩石样品较少，该地区的地质格架是通过岩性组合和钻孔相关数据推断出来的。根据钻探数据，霍邱群自下而上可以分为花园组、吴集组和周集组(图3, 图4c)。其中，花园组以经历混合岩化的斜长角闪岩和角闪黑云混合岩类为主。吴集组可分为上、下两部分，下部以黑云斜长片麻岩和角闪黑云斜长变粒岩等变质岩为主，上部少量的岩性与下部相同，但是以磁铁石英岩、伴生的白云石大理岩和斜长角闪岩为代表。周集组总体为白云大理岩组合，下部由混合岩、伴生的斜长石角闪岩和磁铁矿等组成，上部以白云石化大理岩为主(Wan Yusheng et al., 2010b; Yang Xiaoyong et al., 2014)。霍邱杂岩识别出了年龄为2.75 Ga的英云闪长岩和2.9 Ga的TTG岩石(Wan Yusheng et al., 2010b; Liu Lei et al., 2016)。

1.2 登封杂岩

位于华北克拉通登封地区的太古宙岩石称为登封杂岩(Zhang Guowei et al., 1985)。基底年龄广泛分布，从较老的新太古代登封群到较年轻的古元古代嵩山群都有分布，花岗质岩石呈近南北向分布(图4)。构成陆壳主要成分的TTG质片麻岩和表壳岩在空间上密切相关，并从西边侵入到登封群中，嵩山群不整合在太古宙基底之上。

登封地区的片麻岩主要由大塔寺区域的英云闪长质片麻岩、会善寺区域的奥长花岗质片麻岩以及牛屋栏区域的奥长花岗片麻岩组成。登封杂岩主要由斜长角闪岩、角闪变粒岩、BIF铁矿等组成，表现出角闪岩相变质作用(图3)。花岗质岩石主要以新太古代晚期TTG片麻岩和正长花岗岩为代表(Zhou Yanyan et al., 2011; Wang Wei et al., 2017)。登封杂岩的围岩可分为早期的TTG深成岩体和晚期钾质花岗岩(Zhang Guowei et al., 1985; 郭安林, 1988; Kusky and Zhai Mingguo, 2012)。它们具有片麻状组构，表现为斜长石与角闪石和/或黑云母呈层状排列(Diwu Chunrong et al., 2011; Deng Hao et al., 2016)。

图5 登封地区地质简图(据Diwu Chunrong et al., 2011)

1.3 鲁西地区C带和徐州张河地区

前人对于鲁西地区研究较为深入，并取得了很多重要成果，因为它在太古宙时期构造岩浆热事件稳定，直到古元古代才遭受变质活动，保存早期地壳记录完好(Wang Wei et al., 2013; 任鹏等，2015；Ren Peng et al., 2016; Dong Chunyan et al., 2017; Gao Lei et al., 2020)。鲁西地区发育了2.75～2.60 Ga和2.60～2.50 Ga两期构造岩浆事件(Wan Yusheng et al., 2011, 2014)。Wan Yusheng等(2010a)根据年代学以及空间位置差异，将鲁西地区的太古宙陆壳基底分为3个带：A 带，位于鲁西地区东北部，形成时代为新太古代晚期，主要由混合岩和壳源花岗岩组成；B 带，位于中部(A带的西南方向)，含有新太古代早期(2.70 Ga)的TTG岩石，并以发育来自于地幔作用的科马提岩为主要特征；C 带，位于西南部, 为本次统计数据的主要区域，改区域露头明显可见不同类型岩石之间的岩浆混合作用。该地区发育有条带状TTG岩石，其岩石的结晶年龄峰值为 2.53～2.52 Ga，岩浆作用十分强烈，主要产于泰山岩群、孟家屯岩组以及济宁岩群中(图3)。

鲁西C带平邑—费县地区出露的新太古代TTG片麻岩侵入早期表壳岩石中。这些TTG片麻岩经历了角闪岩相变质和强烈变形作用。新太古代晚期(2.56～2.52 Ga)的表壳岩由黑云母片麻岩、角闪片岩、变质砾岩、条带状铁建造(BIF)和绢云浅粒岩组成(Wang Wei et al., 2011)。新太古代晚期的侵入岩主要由TTG富钠型花岗片麻岩、辉长岩、石英闪长岩和富钾花岗岩组成。这些岩石大多数遭受深熔作用，与新太古代表壳岩具有相同的NW—SE向构造面理(片麻理)，表明区域变形可能发生在新太古代晚期花岗岩侵位之后(Sun Di et al., 2019)。

枣庄、济宁地区新太古代晚期(约2.56～2.52 Ga)岩石组合，主要由砾岩、条状铁层、黑云母片麻岩、角闪片岩和绢云母千枚岩组成。同时带上发育有肥城—枣庄古岩浆弧(图6)位于鲁西C带西南侧，其中形成的TTG组合分为两组，分别是山草峪组和驿山组。

图6 鲁西地质简图(据Wan Yusheng et al., 2010a)

徐州张河地区TTG片麻岩位于华北克拉通东南缘，该地区太古宙陆壳基底岩石出露很少，变质基底主要包括泰山岩群和徐宿地区班井和夹沟出露的捕掳体。江苏省地矿局第五地质大队对徐州西北方向 100 km 处的丰县张河地区开展了一系列勘探工作，发现了BIF 型铁矿。通过钻孔岩芯资料看，基底下部的岩性以长英质角闪黑云斜长片麻状混合岩、混合花岗片麻岩为主，夹少量斜长角闪岩、混合岩化黑云斜长片麻岩(图3)。特征矿物石榴子石较少出现，石英含量较高，属中压型低角闪岩相。中部的岩性以混合花岗片麻岩、黑云斜长变粒岩等为主，夹少量斜长角闪岩、黑云斜长片麻岩。特征矿物石榴子石经常出现，十字石零星出现，属中压型低角闪岩相。上部的岩性以二长混合片麻岩、黑云斜长混合片麻岩为主，夹少量斜长角闪岩。特征矿物绿帘石、角闪石较常出现，属绿帘—角闪岩相。综合该地区的成岩年龄数据(待发表资料)，基底存在太古宙TTG岩石。

2 地球化学特征和岩石成因

在前人根据太古宙绿岩带的划分中，华北克拉通东南部具有统一的陆壳基底，是组成华北克拉通的七个微陆块之一的重要组成部分(Zhai Mingguo and Santosh, 2011；翟明国，2012)。笔者等对该地区太古宙基底岩石及相关钻孔数据进行了统计分析，尤其是对华北克拉通东南缘TTG片麻岩数据进行详细分析，具体表现为通过对该地区的东南部(霍邱、五河)、西部(登封)地区以及中北部(鲁西C带、张河)，TTG岩石的年代学、岩石学、地球化学对比分析，探讨其新太古代动力学体制，进而对徐淮地区在新太古代时期如何演化展开讨论。

本研究收集TTG片麻岩样品的选取原则是：①样品需具有相应的主量元素、微量元素数据且分析数据符合精度要求；②不同地区的同一批次样品应当有可靠的定年数据；③同一地区样品的锆石Lu—Hf同位素数据能够反映配套的结晶年龄并进行源区限定。本次收集的数据来自霍邱和五河(15个)、登封(26个)、鲁西C带(4个)、张河(7个，待发表数据)、五个地区共52个TTG样品(数据和索引参考文献见附表1，见www.geojournals.cn/georev的网上文件；印刷版略)。主微量数据根据地区主要分为3类：东南部(霍邱、五河)，中北部(鲁西C带、张河)以及西部(登封)地区。

为方便了解新太古代TTG岩石代表的地球动力学意义，必须熟悉不同岩石组合的岩石成因和构造环境。这些TTG片麻岩的SiO2含量为58.71%～72.9%，仅东南部和西部各有一个样品的SiO2含量小于60%；MgO的含量较低，主要的范围分布在3%以下(0.5%～2.7%)；Al2O3、K2O、CaO、Na2O、TiO2含量的变化范围分别为10.35%～21%、1.00%～3.16%、1.02%～6.20%、2.29%～7.10%、0.1%～1.0%(图7)。从图8a中可以发现，样品主要落在花岗闪长岩和花岗岩区域，但各个地区都存在极少的样品散落在石英二长岩和正长岩等钾钠含量较高的区域(图8a)。在An—Ab—Or图中，样品在奥长花岗岩、英云闪长岩到花岗闪长岩都有分布，整体来讲有将近一半的样品属于英云闪长岩，霍邱地区更多样品落在奥长花岗岩区域(图8b)。在SiO2—K2O图中(图8c)，TTG大部分位于中钾钙碱性岩石区域，少量样品落在低钾拉斑玄武岩系列，只有一个霍邱的样品落在高钾钙碱性系列。在K2O—Na2O—CaO三角图中，大部分样品落在TTG区域，只有少数落在与TTG成分相似的Sanukite区域(图8d)。其主量元素完全符合TTG岩石高SiO2、Na2O低MgO、K2O的特征,并且在哈克图解当中CaO、MgO、K2O、TiO2与SiO2的呈明显的反比关系，而Na2O与SiO2呈较显著的正相关(图7，8e)。值得注意的是，反映岩石形成压力的Al2O3含量不仅与SiO2呈显著的反相关，且西部、中北部以及东南部的TTG片麻岩的Al2O3含量还呈现出规律的变化，相关分布对应不同的压力属性。在A/CNK—A/NK图中，两种指数的变化范围分别是0.79～1.37、1.33～2.09，表现出准铝质至过铝质特征(图8f)。

图7 华北克拉通东南部新太古代时期TTG岩石的SiO2与主量元素相关哈克图解

图8 华北克拉通东南部TTG岩石性质判别图(图例同图7)

收集到的样品显示相容元素Cr、Ni，大离子亲石元素Sr，高场强元素Zr均与SiO2呈负相关关系，SiO2含量低的部分样品中四种元素的含量明显增高，最高分别可达70×10-6、28×10-6、771×10-6、234×10-6。La的变化范围为7.2×10-6～59×10-6，稀土元素配分模式图显示整体为右倾的趋势，富集轻稀土，重稀土亏损，其中霍邱地区倾斜程度略大。霍邱及五河地区TTG片麻岩具有较高的轻稀土含量，表现出中等分馏的轻稀土配分模式；登封地区TTG片麻岩显示强烈分馏的轻稀土配分模式，表现出正的Eu异常；鲁西C带及张河地区TTG片麻岩显示中等分馏的轻稀土配分模式。在原始地幔标准化蛛网图中，整体上都存在Nb、Ta、Ti的负异常，此外，登封地区表现出Sr的正异常，而另外两个地区则存在轻微的负异常。年龄较老的霍邱地区有明显的区别于较年轻的样品的Th正异常以及明显的重稀土元素亏损(图9)。

图9 华北克拉通东南部TTG岩石稀土元素球粒陨石标准化配分曲线(a、c、e)和微量元素原始地幔标准化蛛网图(b、d、f)(球粒陨石和原始地幔标准化来自Sun and McDonough, 1989)

样品La/Yb(5～227)、Sr/Y(17～291)、Ce/Sr(0.02～0.43)值的变化范围较大，在La/Yb—Sr/Y和Y—Ce/Sr图中可以分辨出登封地区、霍邱和五河地区、鲁西C带—张河地区分别对应高压、中压和中低压型TTG片麻岩(图10a、 b)。Y的数据虽然变化范围较大为1.7×10-6～27×10-6，但是只有两个样品的数据较大达到22×10-6和27×10-6，其余皆小于15×10-6，故在Y—Sr/Y图中能够观察到TTG岩石的数据落在adakite区域，只有极少的数据落在岛弧岩浆区域(图10c)。在YbN(1～15)与(La/Yb)N(3.6～163)相关图解中可以明显分辨出三个地区样品的区别，霍邱和五河地区的TTG岩石具有较大的(La/Yb)N和较小的YbN值，而鲁西和张河地区却恰恰相反，两者的不同也在TTG岩石的源岩成分中反映出来，即霍邱和五河区域TTG的源岩存在含25%石榴子石的角闪岩，而鲁西和张河地区源岩角闪岩中石榴子石的含量只有10%，登封地区TTG岩石的源岩可能以上两种皆存在(图10d)。

图10 华北克拉通东南部TTG岩石La/Yb—Sr/Y(a)(底图据Moyen, 2011)、Y—Ce/Sr(b)(底图据Moyen, 2011)、Y—Sr/Y(c)底图据Moyen and Martin, 2012)、YbN—(La/Yb)N(d) (底图据Martin, 2005)图解(图例同图7)

根据TTG岩石样品的SiO2—Mg#特征以及Rb和Rb/Sr的变化范围(21×10-6～115×10-6、0.03～0.56)，在构成的判别图中可以看出3个地区TTG岩石与adakite类似，皆是通过部分熔融形成(图11a、b)。在3×CaO— Al2O3/(FeOT +MgO)—5×K2O/Na2O源岩判别图中可以看到东南部和西部地区的TTG基本属于低钾镁铁质岩石，而中北部地区TTG还存在高钾镁铁质岩石(图11c)。与该规律相似，根据Zr/Sm(5.62～117.86)和Nb/Ta(3.1～29)值的变化，在Zr/Sm—Nb/Ta一图中可以进一步判别出西部和东南部的源岩主要是含角闪石的榴辉岩，而中北部还存在含金红石榴辉岩(图11d)。此外，TTG岩石的Zr/Hf、Lu/Hf、(Nb/La)N、(Hf/Sm)N值的变化分别为25～48、0.01～0.17、0.17～5.3、0.04～0.72，在相关的投图中可以判断出，3个地区的TTG岩石都显示不存在碳酸盐岩的交代作用，没有锆石的分离结晶，总体保留了原始岩浆成分；在(Nb/La)N—(Hf/Sm)N图中可以区分出，西部的TTG岩石受熔体相关俯冲交代作用，东南部的TTG岩石主要受流体相关俯冲交代作用，而中北部地区既受到熔体相关俯冲交代作用，又受流体相关俯冲交代作用的影响(图11e，f)。在本研究中，未发现Nb/Ta值与其他指标存在联系(图11)；Nb/Ta似乎与熔融深度无关(另一方面，Nb和Ta的绝对浓度见图11)。这一结果显然与Foley等(2002)关于金红石中HFSE分配的结论不一致。然而，鲁西C带及张河地区TTG岩石显示太古宙高钾镁铁质岩石的成分，是TTG熔体的潜在来源，并且它们的Nb/Ta值变化范围较大(图11c，d)。尽管鲁西C带及张河地区的片麻岩显示出较高的Nb/Ta值，但由于TTG片麻岩的源岩同样具有高的Nb/Ta值，因此，金红石的分离结晶不是该地区Nb/Ta值升高的唯一途径。

图11 华北克拉通东南部TTG岩石主量和微量元素变化图(图例同图7一致)

对收集到的TTG岩石年龄进行统计(杨淳等，1997；劳子强和王世炎，1999；王世进等，2008，2010；万渝生等，2009)，可以清楚地看到登封和鲁西—张河的TTG岩石主要形成于新太古代晚期(2600～2400 Ma)，东南部霍邱地区除此之外还存在新太古代早期甚至中太古代(2950～2700 Ma)的TTG岩石(图12，数据见附表2； 见www.geojournals.cn/georev的网上文件；印刷版略)。图13为TTG的锆石年龄—εHf(t)图。为了减少由于铅丢失使锆石年龄变年轻的影响，使用207Pb/206Pb的锆石结晶年龄进行计算，图解显示锆石的εHf(t)变化范围为-3.0～8.9，大多数都是正值。霍邱和五河地区的εHf(t)值变化较大，且随着中太古代—新太古代表现出显著的壳幔相互作用的影响，而笔者等收集的主微量数据主要来自于霍邱地区的中太古代岩石。登封地区TTG的εHf(t)值接近亏损地幔线，表明该地区受到地壳物质的混染较少(图13，数据见附表3；见www.geojournals.cn/georev的网上文件；印刷版略)，岩浆来源于新生地壳物质。鲁西C带和张河地区的TTG片麻岩εHf(t)值界于亏损地幔和球粒陨石演化线之间，表明岩浆最有可能来自地壳。

2.1 东南部(霍邱、五河)地区

华北克拉通东南部的霍邱杂岩发生了3次主要的岩浆活动，其中2.80～2.70 Ga和2.50 Ga时期经历了主要的地壳生长事件，下地壳可能经历了幕式生长过程，与早前寒武纪时期处于克拉通的边缘位置有关。蚌埠及五河一带零星出露有不同类型的TTG片麻岩，而霍邱地区获取的TTG岩石数据主要来自于钻孔。该区域TTG样品显示存在3期明确的年龄(图12、图13；约2.90 Ga、2.70 Ga和2.50 Ga)，揭示了它们的源岩可能是在中太古代至古元古代3次不同的构造热事件中产生的。较古老的年龄证实了霍邱—五河地区存在中太古代地壳，这与华北克拉通沂水地区的报道相似(Wu et al., 2013)。基于全岩Rb-Sr和锆石U-Pb定年数据，前人认为“霍邱群”约形成于2.70 Ga，分别在2.30～2.20 Ga和1.80～1.40 Ga期间经历了两期变质作用，霍邱群2.70 Ga 岩石具有较低的锆石εHf(t)值，指示其来自古老陆壳物质的壳内再造过程(Liu Lei et al., 2016)。

图12 华北克拉通东南部新太古代TTG岩石的锆石年龄变化(图例之外的颜色为两种地区TTG的重叠)

图13 华北克拉通东南部新太古代TTG岩石的锆石年龄—εHf(t)图解

该结果不同于早期一些认为花岗片麻岩是在2.75 Ga和2.56 Ga的两个构造热事件阶段(Wan Yusheng et al., 2010b)，或者是在约2.75 Ga的单个阶段形成的观点(杨晓勇等，2012)。较年轻的年龄(2444±29 Ma)接近于侵入华北克拉通相邻地块的大量花岗岩的年龄(约2.50 Ga)(Geng Yuansheng et al., 2012; Zhang Lianchang et al., 2012; Zhai Mingguo and Santosh, 2013)。岩石中2711～2765 Ma的年龄表明，地壳生长的峰值可能出现在2.80～2.70 Ga。根据前人的研究，尽管2.60～2.50 Ga的岩石占华北克拉通前寒武纪基底的80%左右，但2.80～2.70 Ga仍然是华北克拉通一个主要新生地壳增长期。

霍邱地区TTG岩石的MgO含量变化范围较大，Mg#数值含量较高，且变化范围很大，这些特征反映了TTG岩浆与地幔楔中橄榄岩之间存在相互作用，即俯冲板片熔融过程中可能存在地幔楔橄榄岩的混染(图8e, 11b)。与其他地区的TTG岩石类似，存在REE模式强烈分馏，HFSE亏损，LREE和LILE富集等特征。结合La/Yb—Sr/Y和Y—Ce/Sr高—中—低压型TTG区分图(图10a，b)，可以判断出该地区的TTG岩石属于中压TTG。此外，由于该地区TTG岩石的(La/Yb)N变化范围很大，并且具有明显高于其他地区的(La/Yb)N含量。通过源区判别图可以发现比值较大的样品对应含25%石榴子石的角闪岩作为源岩(图10d)，而比值较小的样品对应含10%石榴子石的角闪岩作为源岩，结合锆石的年代学分析，年龄较老的TTG岩石具有较大的(La/Yb)N值，较年轻的TTG岩石(La/Yb)N值反而较小。在3×CaO—Al2O3/(FeOT+MgO)—5×K2O/Na2O一图中可以看到这些地区的TTG属于低钾镁铁质岩石(图11c)，除不同比例的石榴子石之外，Zr/Sm—Nb/Ta一图反映其源岩成分还存在含角闪石榴辉岩作为源岩，表明形成时温压条件较高。综合Lu/Hf—Zr/Hf及(Nb/La)N—(Hf/Sm)N元素特征(图11e、f)，指示霍邱—五河地区的TTG岩石形成过程中不存在碳酸盐岩的交代作用，与沉积物质的加入无关，另外，与登封等地区也存在明显的差别，仅受到流体相关俯冲交代作用。霍邱地区因为较低的Sr/Y值，较高的(La/Yb)N含量表示其受到深俯冲岩浆作用，且形成于压力较高的环境，从而达到榴辉岩相变质作用。结合其较高的稀土元素值，变化范围较大的εHf(t)值表现出的壳幔相互作用，以及鲁西C带2.7 Ga时期出露的科马提岩，认为该地区TTG岩石的形成可能受约2.70 Ga地幔柱构造体制下形成的高温高压作用的影响，可能与地幔柱和岛弧的联系作用体制有关。五河地区新太古代时期的岩石因为没有搜集到相关TTG的主微量，故无法判断其与登封和鲁西C带地区具有一致的地质属性，但富集的εHf(t)值表明，中太古代的TTG岩石可能为新太古代岩浆事件提供了地壳物质来源。

2.2 西部(登封)地区

华北造山带南段嵩山地区出露的登封杂岩主要由新太古代TTG片麻岩、变闪长岩和角闪岩组成(郭安林，1988)。登封杂岩是华北造山带南段的一套早前寒武纪变质岩，传统上被认为是典型的花岗岩—绿岩带。自20世纪50年代以来，对登封杂岩进行了大量的年代学和地球化学研究，表明该杂岩主要形成于新太古代晚期(约2.6～2.5 Ga)。前人在登封杂岩中识别出一套新太古代构造混杂岩，它们由TTG片麻岩、类似于Sanukite的变闪长岩和具有N-MORB地球化学特征的变基性火山岩构成，形成于俯冲汇聚构造环境(第五春荣，2021)。

登封地区的部分花岗质岩石属于TTG片麻岩系列，3种岩石的数量以英云闪长岩—奥长花岗岩—花岗闪长岩顺序递减(Barker and Arth, 1976; 图8b)，显示准铝质—过铝质的TTG片麻岩特征(Martin, 1994; 图8f)。TTG片麻岩呈现Na2O演化趋势，钾含量较低属于低钾拉斑—中钾钙碱性系列(图8c、d)，并表现出与高硅adakite(HSA)相似的低镁高硅的特征(图8e)，暗示其成因可能与之相似，与俯冲板片部分熔融相关。本区TTG片麻岩的Mg#值变化范围较小(36～47，只有一个数值为61)，在相关图解中基本投入下地壳来源adakite中(图11b)，表明不可能源自地幔源区物质的部分熔融(Rapp et al., 1999; Smithies, 2000; Martin et al., 2005)。在稀土元素图解当中，与鲁西—张河地区的TTG岩石相似，显示HREE强烈分馏的特征，REE总量偏低、存在轻微的Eu正异常(图9c)，可能累积了较多长石组分(Shang et al., 2004)；而在原始地幔标准化的蛛网图中，登封和鲁西—张河地区都表现出Nb、Ta、Ti的负异常(图9d)，说明TTG源区亏损HFSE元素，同时在其形成过程中应该有角闪石、石榴子石等对HREE分配系数大于1并具有Eu负异常的矿物的分离或残留(Hanson, 1978)。

该地区TTG岩石的Y含量低，Sr/Y和Ce/Sr值较高，属于高压型TTG(图10a、b)，表示其形成的源区深度大于东南部和中北部TTG岩石。无论是根据地球化学投图(图11a、c)，还是前人已进行的较多高温高压实验，都表明TTG岩石是由含水玄武质岩石(榴辉岩相或含石榴子石的角闪岩相)的部分熔融产生的(Barker and Arth, 1976; Rapp et al., 1991; Rapp and Watson, 1995)。根据Foley等(2002)的描述，登封地区的TTG岩石通常是由变质玄武岩在榴辉岩相条件下部分熔融形成的，Nb/Ta值反映了源岩镁铁质成分的多少。然而，在全球太古代记录中，具有“高压型”地球化学特征的TTG的Nb/Ta值低于其镁铁质来源，表明残余角闪石在TTG岩浆演化中发挥了重要作用，这一特征可能反映了含水的可能性增加，而不是在无流体熔融期间，通过压力控制条件使斜长石残留量减少(Moyen, 2011)。

岩相学观察发现登封地区TTG片麻岩变质地体中缺少中性火成岩石，也未发现基性堆晶岩(Huang Bo et al., 2021)，Y—Sr/Y、YbN—(La/Yb)N和Zr/Sm—Nb/Ta相关图解(图10c、d, 图11d)显示大多数TTG在形成过程可能存在一定比例榴辉岩的部分熔融。石榴子石稳定域说明压力不低于0.8 GPa，大约在700～1000℃时，仅在高压条件下(>1.5 GPa)，镁铁质岩石通过脱水熔融作用产生奥长花岗岩熔体，含有富Al组分表明，残余熔体相中富含角闪石和石榴子石，不含斜长石(如；Rapp et al., 1991)。地球化学成因表明登封杂岩中的TTG质片麻岩具有较低的Mg#、MgO、Cr、Ni含量以及较低的Nb/Ta值，指示其与典型太古宙TTG岩石和显生宙典型的高硅adakite具有类似的地球化学特征，其源岩可能是由低角度俯冲的新生玄武质洋壳部分熔融而成(Diwu Chunrong et al., 2011)。残留物中金红石的存在表明压力大于1.5 GPa，意味着12～15℃/km的低地热梯度，Zr/Hf和Lu/Hf之间缺乏相关性，表明不存在锆石的分离结晶作用，总体保留了原始岩浆的成分，登封地区TTG岩石没有古老地壳物质的加入。由此看来，登封地区的TTG片麻岩与张河和鲁西C带地区相似，目前仅报道了约2.5 Ga的TTG片麻岩(图12)。如图13所示，登封杂岩中大多数2.50 Ga锆石的高εHf(t)值接近于同时代亏损地幔的初始Hf同位素比值，对应于最年轻的TDM年龄，接近岩浆中锆石生长的时间，这些可以解释为登封地区的岩石代表新生地壳。此外，所有约2.50 Ga的锆石都具有正的εHf(t)值，其中一些非常接近同时代亏损地幔的初始Hf同位素比值。因此，登封的年代学资料也为“2.50 Ga是华北地区地壳生长的主要时期”这一观点提供有力的支持。登封地区石的εHf(t)值变化范围较大，可能反映了熔融过程中不充分或不均匀的混合，并且表现出亏损地幔的Hf同位素特征。综上所述，登封地区的TTG岩石通过岛弧环境下低角度俯冲，导致加厚地壳的含水玄武质洋壳部分熔融形成，石榴子石和角闪石作为残留相(Gutscher et al., 2000)。这也可以解释TTG片麻岩在登封地区大面积出露的原因。

2.3 中北部(鲁西C带、张河)地区

研究表明，约2.70 Ga科马提岩—拉斑玄武岩以及约2.60 Ga构造热事件是地幔柱/地幔翻转等垂向构造过程的产物，而新太古代晚期动力学机制则以岛弧岩浆作用过程为主(Wan Yusheng et al., 2014; Ren Peng et al., 2016)。鲁西A和C带中的2.53～2.48 Ga未变形和弱变形岩浆岩，包括高Ba—Sr花岗岩、硅质高镁玄武岩以及壳源二长花岗岩和正长花岗岩，它们具有板片回撤和地壳稳定演化后期阶段的特征(Wan Yusheng et al., 2010a; Peng Touping et al., 2013; Gao Lei et al., 2018)。鲁西C带主要以TTG岩石为主，形成时代为2560～2530 Ma，反映了俯冲过程从近洋到近陆的侵入岩构造岩石组合特征(图6)。鲁西—张河地区新太古代晚期(2563～2500 Ma)TTG岩石，既具有贫K2O的奥长花岗岩演化趋势，又具有富K2O的钙碱性演化趋势，处于过渡状态，形成于大陆边缘弧环境。弧演化的第一阶段可能形成了以C带为代表的2.56～2.52 Ga变形的年轻岩石，包括辉长岩、石英闪长岩、花岗闪长岩、英云闪长岩和高SiO2adakite，与交代的幔源花岗闪长岩、壳源二长花岗岩和正长花岗岩有关(Wang Yuejun et al., 2009; Peng Touping et al., 2012; Sun Guozheng et al., 2019)。

在Rb—Rb/Sr图中(图11a)，TTG片麻岩以部分熔融趋势为主，在SiO2—MgO、Y—Sr/Y和SiO2—Mg#岩石成因判别图中(图8e, 10c, 11b)，这些样品分布在高硅adakite、经典岛弧岩浆以及板片来源adakite区域。这些特征表明，鲁西及张河地区的TTG熔体不是来自下地壳变质镁铁质岩石，而是来自俯冲板片物质的部分熔融。在Al2O3/(FeO+MgO)—3×CaO—5×K2O/Na2O三角图中，样品在低钾镁铁质岩石和高钾镁铁质岩石的熔体范围皆有分布(图11c; Laurent et al., 2014)，因此俯冲板片熔体可能与高硅adakite类似也受到地幔楔橄榄岩的混染。与其他地区相比，该地区TTG片麻岩除了富集轻稀土亏损重稀土，存在Nb、Ta、Ti的负异常等共同点之外，还存在比较明显的Eu的负异常(图9e、f)，再结合La/Yb—Sr/Y和Y—Ce/Sr高中低压型TTG区分图(图10a、b)，这些样品基本属于中低压TTG类型，。Eu负异常的产生反映原始岩浆的性质，所以，TTG片麻岩可能是由俯冲程度相对较浅的镁铁质玄武岩部分熔融形成的。YbN—(La/Yb)N图解(图10d)进一步揭示TTG片麻岩的源岩成分，这些样品的源岩主要产生于经典岛弧区域，且受到不含石榴子石角闪岩流体的交代，处于球粒陨石和亏损地幔演化线之间的εHf(t)值和中低压的属性进一步证实了该地区TTG岩石的形成深度较浅，明显区别于霍邱、五河和登封地区。此外，通过Zr/Sm—Nb/Ta图解可以发现局部地区的TTG岩石在形成过程中可能存在含金红石的榴辉岩作为源岩(图11d)。最后，利用Lu/Hf—Zr/Hf和(Nb/La)N—(Hf/Sm)N交代作用判别图(图11e、f)，发现这些样品皆不存在锆石残留体，基本保留了原始岩浆成分，没有经历碳酸盐岩交代作用，但是既经历了熔体和流体相关俯冲交代作用。综上所述，鲁西—张河地区约2.50 Ga TTG片麻岩是由不含石榴子石的玄武岩源区，在浅层的经典岛弧背景下，俯冲板片通过流体和熔体的交代作用，由镁铁质岩石部分熔融形成。随后，结合先亏损后富集εHf(t)值特征和登封地区的岩石成因，表明在不断地俯冲过程中，鲁西C带和张河等地的洋内岛弧地体与登封地体的弧陆碰撞增生，受侧向的洋内俯冲以及弧陆增生作用，可能形成了太古宙末期TTG片麻岩和区域麻粒岩相变质作用。

3 华北克拉通东南部太古宙地质事件序列和壳—幔动力学机制

太古宙TTG通常分为低铝型和高铝型，前者一般形成于相对低压条件下，也称为低压型TTG，本文中霍邱和五河地区TTG片麻岩主要为该类型，其代表源岩在部分熔融形成TTG的过程中存在斜长石和辉石的分离结晶；而后者一般形成于压力较高的环境，称为高压型TTG，登封地区的TTG片麻岩具有类似特征，表示其部分熔融形成TTG的过程中，可能存在石榴子石和金红石的残余相。而鲁西C带及张河地区的TTG片麻岩属于过渡类型，即中压型TTG，该类型产生的残余相以角闪石和石榴子石为主，可能伴有少量的金红石(Moyen, 2011)。在华北克拉通东南部，太古宙TTG片麻岩的Al2O3含量的高低与轻重稀土的分异程度之间存在显著的相关性。高压和中压类型TTG岩石与高铝类型TTG岩石相当，而低压类型TTG岩石与低铝类型TTG岩石相当。因此，岛弧相关模式可以合理地解释太古宙不同压力类型TTG的成因。太古代时期，尤其是新太古代早期，是陆壳基底发育速度最快的时期(Zhai Mingguo and Santosh, 2011; Geng Yuansheng et al., 2012; Condie and Kröner, 2013; Wan Yusheng et al., 2014)。Condie(1975)的观点是新太古代中期之前，以地幔柱为主的垂向构造模式是生成TTG的主要方式。通过太古宙早期独特的岩石组合可以推断约2.5 Ga之前的地热梯度大约为现在的3倍。此外，霍邱地区在2.70 Ga时期，出露有大量海相沉积的条带状硅铁建造(BIF)型铁矿，表示部分陆壳碎屑物质已进行深海沉积，因此，极有可能形成于温度较高，但压力较小的洋弧俯冲构造环境。Brown等(2020)认为，板块构造的启动使双变质带开始产生，从而导致了大洋扩张和板块俯冲的大规模迁移。在登封地区，第五春荣(2021)识别出俯冲汇聚环境的TTG片麻岩，并提出其构成“新太古代构造混杂岩”的观点。Huang Bo等(2020)将华北克拉通南部的登封杂岩进行了空间上的区分，划分为东、西两部分，并根据它们相似的变质年龄(2.54～2.50 Ga)，和低温低压，高温高压的变质温压梯度，提出登封杂岩的双变质带代表了新太古代晚期的碰撞造山作用。因此，登封地区极有可能是俯冲碰撞汇聚带。而在鲁西地区，出露有2.50 Ga的花岗岩绿岩带，绿岩带通常指示弧后盆地的岛弧连续增生构造模式(翟明国，2012)，但是根据鲁西地区时代上先富集后亏损再富集的εHf(t)值，以及中低压的形成环境，结合其形成时代2.59～2.56 Ga 期间为构造岩浆作用“静寂期”和2.55～2.49 Ga的岩浆事件，认为其可能先形成于洋弧俯冲构造环境，随后与华北克拉通东南部连续的岩浆作用相对应，可能演变为俯冲汇聚构造背景。最近，有学者重新确定和划分了TTG岩石形成时代及岩石组合，认为C带可能与华北克拉通东南部有关，并且可能与登封东部地区具有一定的成因联系(Liu Chaohui et al., 2019)。在鲁西C带的枣庄地区，还识别出BIF型铁矿，含BIF的绿岩带的拖拽是洋壳俯冲的动力。同时，登封地区也发现了BIF型矿体，因此，TTG在后续的俯冲汇聚过程中，极有可能受到地幔物质的加热。伴有BIF铁矿层的岩石由于密度较大，而后与登封地区的TTG汇聚，达到了下地壳深度，从而使登封地区的TTG片麻岩形成的压力条件较高。一方面鲁西C带地区的TTG片麻岩普遍受到的深熔作用，也支持该地区的岩石受到后续俯冲高温岩浆加热的影响(翟明国等，2020)。因此，构建华北克拉通东南部的中北部通过向中部地区俯冲，而后形成统一基底的模式是可行的。

近些年来，国内外的研究学者对华北克拉通的陆壳基底进行了大量的研究。各自提出了不同的认识与见解，既有认为陆壳呈现幕式生长的以地幔柱构造为代表的垂向模式(Smithies et al., 2009; Wu Meiling et al., 2016; Nebel et al., 2018)，也有提出陆壳是连续生长的以俯冲—汇聚模式为代表的水平构造模式(Martin et al., 2005; Wang Wei et al., 2013)。Sun Guozheng等(2021)通过统计华北克拉通东部陆块的TTG岩石，认为大陆地壳的厚度和地热梯度与地球动力学机制变化有关，从中太古代晚期(约2.90 Ga)的垂直构造类型转化为新太古代早期到晚期(约2.70～2.50 Ga)的热俯冲板块构造类型。Cui Zexian 等(2022)通过统计华北克拉通南缘TTG岩石的锆石数据，认为大多数太古宙锆石样品仍保留其原始含水量，可进一步用于揭示岩石成因和构造背景，推测华北克拉通可能发生了从中太古代晚期(约2.80 Ga)的垂直构造到新太古代晚期(约2.50 Ga)的板块构造(带俯冲)的地球动力学机制变化。在归纳整理前人最新研究成果的同时，我们构建了关于华北克拉通东南缘太古代陆壳基底岩构造格架和时空分布规律：

(1)中太古代晚期(2.9～2.8 Ga)是陆壳生长的初始时期，此时大陆地壳较薄，厚度大约为27～39 km，该时期的TTG片麻岩仅在霍邱、五河等少数地区零星出露。热力学和微量元素的模拟结果显示该时期具有较高的地温梯度(21～31℃/km)和基底热流值(46～80 mW/m2)(图14a、b)。该结果通常是地幔柱构造活动在地表的直接反映(Wilson, 1963)，也表明以地幔柱模式为代表的垂直构造体系在中太古代晚期的陆壳生长事件中发挥主导作用(孙国正，2021)。

图14 华北克拉通东部中—新太古代大陆岩石圈的热演化模型(据孙国正，2021；KC—大陆地壳的热导率；图例同图6)

(2)新太古代早期(2.80～2.70 Ga)是陆壳生长的关键时期，在该时期，奥长花岗岩和英云闪长岩大量发育，形成TTG片麻岩的主体(Zhai Mingguo, 2011; Zhai Mingguo and Santosh, 2013)。该时期地壳的增长速度加快，在约2.7 Ga时达到最大厚度(约62 km)，同时，基底热流值以及莫霍面的地温梯度在不断下降(21～31℃/km下降到7～24℃/km)(图14a、 c)。造成该现象的原因可能是地幔的快速冷却，以及岩石圈的不断增厚(孙国正，2021)。在火山岩的组成上也表现为早期的科马提岩转化为钙碱性岩浆岩，构造体制也由伸展向挤压转变。所以，无论是从岩相学、热力学还是构造学角度分析，新太古代早期都是地球动力学体制由以垂直为主的地幔柱模式向板块构造模式转变的关键时期(Gao Lei et al., 2019)。笔者等搜集的华北克拉通东南部太古宙早期(>2.80 Ga)地质记录主要保留在霍邱及五河等地区(图1b)。新太古代之前的岩体共同组成了华北克拉通陆核中年龄最老的部分，霍邱地区搜集的TTG岩石支持了上述观点(图1b)。新太古代早期(约2.70 Ga)的岩浆事件记录在鲁西和胶东等地出露较多，其中鲁西地区科马提岩石的发现被认为是地幔柱构造的重要证据，并指示了陆壳生长的垂向特征(Wan Yusheng et al., 2011；万渝生等，2017)。随着研究的不断深入，在霍邱等地发现了以花岗质片麻岩为代表的约2.70 Ga的岩石，越来越多的年代学证据表明华北克拉通和世界上其他古老克拉通一样，均经历了2.70 Ga地壳生长事件。另外，壳—幔作用研究反映新太古代中期的科马提岩、钙碱性火山岩、TTG片麻岩的组合类型可能与地幔柱和岛弧的作用相关(图14b)。

(3)华北克拉通新太古代晚期(约2.60～2.50 Ga)属于地壳生长的稳定期，这一时期的热力学模拟显示地壳厚度(33～59 km)、莫霍面地温梯度(8～22℃/km)和基底热流值(20～50 mW/m2)与前一阶段相比略有下降，这可能是密度较高的镁铁质下地壳拆沉的结果(图14a、d)(Hu Yalu et al., 2019)。同时，该时期内花岗闪长岩大规模出现，代表地壳成熟度也在不断地提高。在地球早期的板块热力学模拟中表明地幔的潜能温度在不断下降，岩石圈和俯冲带也在不断增厚和发育成熟，逐渐形成与现在板块构造体系一致的大型构造带(孙国正，2021)。而华北克拉通的特点在于在该时期发育世界其他地区克拉通并不发育的构造岩浆活动(图1)。通过收集到的锆石年代学和Lu—Hf同位素的统计结果表明，华北克拉通东南缘的登封地区、鲁西C带地区、丰县张河、霍邱及五河等地含有约2.50～2.60 Ga TTG片麻岩组合，并且登封地区没有更古老的地质印记。

结合新太古代TTG的岩石成因和壳—幔动力学研究，笔者等构建了华北克拉通东南部霍邱—五河—登封—鲁西—张河地区太古宙末期的地球动力学变化模型(图15b、d)：①初始俯冲阶段，鲁西及张河地区的洋弧在俯冲条件下发生岩石圈地幔的部分熔融，形成亏损的大洋岩石圈地幔，登封地区的洋陆俯冲带来的流体交代地幔楔，然后部分熔融形成TTG岩石，板片的持续俯冲脱水，地幔楔中大离子亲石元素和轻稀土元素含量不断提高并发生部分熔融，形成低镁的TTG岩石类型；②岛弧体系进一步演变，约2.5 Ga时期发生了华北克拉通东南部岛弧和弧陆碰撞过程中的幔源岩浆底侵相关的麻粒岩相的变质作用，由此跟登封地区形成的双变质带联系紧密。因此无论是年代学的分析，还是壳—幔作用研究，都表明华北克拉通东南部约2.5 Ga的陆壳形成的构造环境主要受到侧向的洋内俯冲以及弧陆增生作用过程控制。

4 华北克拉通东南部太古宙地壳生长方式探讨及其意义

关于陆壳的生长方式前人已进行了较多的研究，从最开始的以地幔柱模式为主的幕式生长，到近年来地球化学、实验岩石学等手段发现单一构造模式的局限性，人们逐渐认识到板块构造体制也是早期地球动力学的重要机制之一。约2.5 Ga出露的高铝TTG片麻岩可能代表其通过低角度俯冲的部分熔融产生(Huang Xiaolong et al., 2010, 2013; Zhou Yanyan et al., 2014)。我们本次对报道的华北克拉通东南部的新太古代TTG片麻岩进行分析，也认为它的源岩是通过加厚洋壳部分熔融形成(Diwu Chunrong et al., 2020)。近期岩石成因研究发现，大多数高压型TTG片麻岩的源区都来自岩石圈地幔玄武岩，是2.5 Ga地壳生长的载体。此外，前文的讨论也表明存在高镁TTG片麻岩类型，代表地幔通过壳—幔相互作用对地壳生长的影响。需要注意的是，在新太古代早期到(约2.70 Ga)新太古代末期(约2.50～2.60 Ga)之间地壳生长方式可能存在构造体制的转换，主要体现在由太古宙早期地幔柱和岛弧联合作用体制控制，末期转变为受洋内俯冲和弧—陆增生作用控制，表明俯冲相关的侧向构造体制在太古宙末期逐渐取代了垂向的地幔柱构造体制(Liu Heng et al., 2020; Wang Wei et al., 2015)。其中，与新太古代末期相似的构造岩浆活动以及地壳生长事件在国内外克拉通(塔里木克拉通、Gawler克拉通、Dharwar克拉通南部等地)也广泛发育。

图15 华北克拉通东部陆块新太古代早期区域地质图(a) (据Wang Wei et al., 2015); 华北克拉通东南部新太古代早期地壳生长方式模型(b) (据王伟等，2015)；华北克拉通东部陆块新太古代晚期区域地质图(c) (据Wang Wei et al., 2015)；华北克拉通新太古代晚期地壳生长方式模型(d)(据王伟等，2015)

华北克拉通东南部的鲁西C带地区太古宙末期绿岩带的情况不是单一的，印度南部地区的太古宙结晶基底中也保留有一系列2.50 Ga的岛弧岩浆作用产物以及BIF矿床等微陆块俯冲增生的记录，表明全球克拉通在太古宙末期的地壳生长方式也有可能为弧—陆碰撞，微陆块增生等构造过程。霍邱地区的TTG岩石地质记录时代为中太古代—新太古代时期，表明地壳生长虽然是是地球早期壳—幔动力学演化的重要形式，但是也可能发生了地壳物质的循环，虽然这些地区TTG岩石数据出露相对较少，但是它们可能从热俯冲向地球上类似显生宙的冷俯冲模式发生了转变，因此，可能以及最早的超大陆汇聚过程(如Kenorland超大陆)和板块构造的启动密切相关(王伟等，2015)。

综上所述，虽然以上地区太古宙陆壳岩石存在一些对应属性，但同时期不同地域的TTG片麻岩在地层上具有差异性，表现在成矿环境、成矿物质来源、地球化学特征和成矿时代等众多方面(Liu Lei and Yang Xiaoyong, 2015, 2017; Liu Lei et al., 2016, 2018)。因此，需要对占陆壳多数的太古宙TTG岩石开展系统全面的岩石学、地球化学和地质年代学方面的研究，结合前人在区域内相关地壳捕虏体岩石和富钾花岗岩类岩石研究成果，精细刻画出华北克拉通东南部太古宙陆壳形成和演化史，进而限定它们的构造属性。特别是，通过时空上的对比研究，判别它们之间是否存在内在成因联系，为华北克拉通东南缘早前寒武纪基底的构造属性提供坚实的理论制约。霍邱—五河—登封—鲁西—张河地区太古宙基底岩石的构造属性及地壳演化历程的确定，将丰富华北克拉通东南缘这一太古宙露头极少出露地区的早前寒武纪研究。目前，除了这些地质观测和壳—幔相互作用研究，还需要进一步的工作来确认其区域上的地热梯度和地壳厚度，将单个微陆块的构造事件拓展至整个克拉通基底，类比同一时期的其他克拉通中是否具有相似特征，为解析全球由地幔柱构造向板块构造体制过渡的研究提供思路。

5 结论

(1)以华北克拉通东南部的霍邱、五河、鲁西C带、丰县张河以及登封地区为整体研究对象，TTG片麻岩的主要岩浆期次可划分为两期：中太古代时期至新太古代早期2.95～2.70 Ga，新太古代晚期2.58～2.48 Ga(峰值约为2.52 Ga)，在该时期经历了明显的地壳生长。

(2)研究表明这些地区的TTG片麻岩整体源于低钾镁铁质岩石的部分熔融，并根据地区主要分为三类：霍邱、五河为低铝低压型TTG； 鲁西C带—丰县张河为中铝中低压型TTG； 登封地区高铝高压型TTG。

(3)霍邱地区TTG片麻岩的形成可能受鲁西地区约2.70 Ga科马提岩和一系列钙碱性火山岩浆的影响，部分熔融过程中受到流体交代作用，TTG片麻岩的共生组合可能与地幔柱和岛弧的共同作用体制有关。

(4)华北克拉通东南部的TTG岩石的陆壳增生事件在新太古代晚期达到高潮。鲁西及张河地区的洋内岛弧地体同时受到熔体和流体交代作用，与登封地区受到熔体交代作用的弧陆碰撞增生，可能形成了太古宙末期TTG片麻岩，经历区域麻粒岩相变质作用，并且主要受侧向的洋内俯冲以及弧陆增生作用过程控制。

致谢：笔者等所用大量的全岩主微量数据、锆石年龄和Hf同位素数据大部分来自文献资料，非常感谢前辈们对于地质行业的付出，在此表示感谢。同时感谢审稿专家和章雨旭研究员为本文改进提出了良好的意见。