克拉通化

克拉通化（cratonization），是大陸地殼的地質構造由強烈活動轉化為穩定區過程的地質作用，由此形成大尺度的長期穩定的地殼構造單元。

基本介紹

• 中文名：克拉通化
• 外文名：cratonization
• 性質：地質作用
• 標誌性特徵：二元結構

概述

雖然迄今為止地球上最老的物質或岩石記錄都是來自陸殼岩石的，但多數研究者仍然認為地幔是難以直接熔融出陸殼岩石（平均成分）的。岩漿海模式假設首先通過岩漿分異或二次熔融形成陸核，而後經過巨量陸殼增生，形成了微陸塊或小陸塊。早期形成並且長期未經構造活動（變形）具有一定規模的地殼部分，稱為克拉通，大多數克拉通都是在太古宙形成的。這些克拉通在太古宙末一個特定的地質時期，即~25億年（2.5Ga），形成全球規模的超級克拉通（陸塊），才有了與現今相類似的洋陸格局。

克拉通化就是形成克拉通的過程，包括了固體圈層中的岩石、地球化學、構造地質、地球物理場等等的諸多演化和劇變。筆者在經典定義的基礎上將克拉通化概括為:形成穩定的上下大陸地殼圈層，並與地幔耦合的地質過程[6]。可見，克拉通化是地球、特別是大陸發展歷史上最重要的地質事件之一。全球大多數古陸的克拉通化完成在太古宙末的一個特定時期，即2.65~2.5Ga，少數完成於古元古代末，~2.0~1.9Ga，並在以後的地質演化中未見重複。克拉通化的結果是在地球上形成與現今規模相似的穩定大陸。克拉通的標誌即是陸殼克拉通化的地質表現和必然結果，它們主要是：

（1）沒有造山帶活動，而代之為有穩定的地台型蓋層沉積；

（2）岩牆群侵入；

（3）大量的殼熔花崗岩；

（4）地幔岩與地殼中火成岩在時代上以及物質成分上的一致性和對偶性，後者體現了深部與淺部的關係。

克拉通化的意義

約25億年的全球克拉通化的意義可以簡單地歸納為三點：

（1）在地球上形成了與現今規模大致相當（>80%~90%）的陸殼；

（2）假設世界上的克拉通聚合成超級克拉通（大陸）；

（3）上下地殼分層、殼幔圈層耦合，支持有大陸岩石圈形成，並與古大氣圈和古水圈達到平衡。

華北的克拉通化與陸塊形成

華北克拉通是世界上著名的古老陸塊，它具有~38億年（3.8Ga）的漫長歷史，與其它克拉通相比，有更為複雜的多階段的構造演化，記錄了幾乎所有的地球早期發展的重大構造事件，並在中生代又發生了減薄與改造（破壞）。

陸核與巨量陸殼形成

華北有若干古老的陸核，它們由花崗質片麻岩和變質的沉積砂岩中的~3.0~3.8Ga億年的古老鋯石來作為指示標誌。最近，華北中部、南部和西部的元古宙變質沉積岩和顯生宙沉積岩中不斷有3.7~3.8Ga的碎屑鋯石被報導，因此推測冥古宙晚期-太古宙早期的古老陸殼岩石在華北可能比原來想像的分布更廣。在華北南緣的古生代火山碎屑岩中還發現有~4.1Ga的鋯石，帶有~3.9Ga的變質環帶，是目前在中國發現的最古老的鋯石之一。

根據已有的地質資料，陸殼的80%~90%是在早寒武紀形成的，絕大多數形成在中-新太古代。具有3.0~2.5GaSm-Nd的模式年齡的陸殼岩石約占華北陸殼的78%，其中>3.0Ga的約占~15%，<2.5Ga約占7%，大部分陸殼（~55%）的形成應在2.7~2.9Ga之間，稱為陸殼的巨量生長期。Hf同位素模式年齡最主要的分布區間在2.6~3.0Ga，並且有2.82Ga的峰值，與Nb同位素的地質意義相似。通過長英質片麻岩和火山岩的研究，全球陸殼的巨量增生在2.7~2.8Ga期間，主要的岩石類型是高鈉的長英質片麻岩（TTG），其次是鎂鐵質－超鎂鐵質火山岩。此次陸殼增生大多被推測與超級地幔柱事件相關。華北陸殼的增生與全球一致。太古宙的陸殼增生一般認為是圍繞著古老陸核形成微陸塊。華北的太古宙微陸塊根據不同的研究者的劃分約有10~5個，比較明確的7個太古宙微陸塊是膠遼（JL）、許昌（XCH）、遷懷（QH）、鄂爾多斯（ER）、徐淮（XH）、集寧（JN）、和阿拉善微陸塊（ALS）。

新太古代末的克拉通化過程與標誌

繼2.7~2.9Ga的巨量陸殼增生後，新太古代晚期華北經歷了微陸塊拼合和隨後由變質作用和殼熔花崗岩、蓋層沉積為標誌的克拉通化。

前寒武紀成礦作用

華北克拉通有豐富的前寒武紀礦產，形成了一批超大型-大型礦床，鐵礦、稀土、鉛-鋅、菱鎂礦等儲量巨大、潛力可觀，為我國的礦產資源的可持續供應做出了巨大的貢獻。前寒武紀成礦作用與克拉通的形成演化關係密切，換言之，重大的成礦事件與地殼的演化與增生的關係密切，與重大的構造事件一一對應，其中大多屬礦產品種或類型，在地質演化歷史上沒有重複，為研究大規模金屬元素的堆積與富集規律和成礦的大地構造背景，提供了難得的研究實例。

華北克拉通前寒武紀成礦很有特點，有與地質時代、構造背景密切相關的時空分布規律：

1）成礦類型與成礦作用與其他克拉通很相似；

2）礦產類型隨地質時代變化有明顯的變化，隨時代變新，礦產類型更加豐富；

3）元古宙的礦產早期為活動帶型，中期變為陸內裂谷型；

4）礦床與圍岩的變質程度隨時代變新而變淺，早期礦床多發生強烈的變質與變形；

5）前寒武紀礦產多與火山與沉積岩層序共生，與TTG片麻岩和花崗岩演化的關係相對較弱。

總的來說，太古宙以條帶狀矽鐵建造為主，成礦時代從33億年到25億年，以30~25億年為主。雖然它們在高級區和綠岩帶中都有分布，但是都與變質火山岩關係密切。塊狀硫化物礦床只出現在新太古代晚期的綠岩帶中。太古宙與鎂鐵質侵入岩有關的銅-鎳-鉻礦床較少。太古宙綠岩帶金礦在華北克拉通不發育，這與華北多期克拉通化和相關的變質作用和混合岩化作用、以及中生代的地殼活化和改造有關。古元古代的成礦作用與活動帶的演化有關，礦產類型豐富多彩，有古火山、斑岩型銅礦、層狀鉛-鋅礦床和硼-鐵（鎂）礦床等。在古元古代末-中元古代的成礦作用受裂陷槽-裂谷的演化控制，有與陸內（緣）裂谷有關的SEDEX型鉛-鋅-銅礦床、與非造山岩漿作用有關的釩-鈦-鐵-磷礦床，以及與陸緣-淺海沉積有關的鐵礦，尤其以沉積熱液交代型稀土-鈮-鐵礦床，受到全世界的關注。此外，華北前寒武紀還有較豐富的硼礦、磷礦、石墨礦等，也有與超鎂鐵質岩體有關的鎳礦等。同時由於華北克拉通的多起克拉通化（前寒武紀變質作用與岩漿作用）以及中生代的克拉通破壞與重建，使得在太古宙形成的金礦被疊加、改造或者貧化、再富集。