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克拉通属古老稳定陆块,是大陆岩石圈的重要组成单元。华北克拉通是地球上最古老的克拉通之一,广泛发育太古宙-古元古代基底,是研究前寒武纪大陆地壳形成演化的重要窗口。本论文以华北克拉通南缘林山杂岩和太华杂岩为研究对象,对区内发育的新太古代-古元古代中酸性侵入岩开展野外地质调查、岩相学、LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学、主量-微量元素和Hf-Nd同位素地球化学研究,结合前人研究成果,取得如下研究进展:(1)在林山杂岩中识别出2529 Ma的TTG岩石和2543-2503 Ma的高钾花岗岩类。TTG岩石具有高的SiO2(62.81 wt.%-80.39 wt.%)和Na2O(3.35 wt.%-6.00wt.%),低的K2O(1.25 wt.%-3.28 wt.%)和P2O5(0.02 wt.%-0.13 wt.%),Al2O3变化较大(10.17 wt.%-15.55 wt.%),所有样品在An-Ab-Or分类图中均落入奥长花岗岩区域。岩石稀土元素总量较低,显示右倾型特征,具有明显的Eu元素负异常(Eu/Eu*=0.36-0.96)。在原始地幔标准化微量元素配分图上,样品富集Rb、K、Th、Pb等元素,亏损Nb、Ta、P、Ti等元素。岩石具有正的锆石εHf(t)值(+2.8到+7.0)和全岩εNd(t)值(+5.4和+2.2),锆石Hf同位素二阶段模式年龄为2.87-2.60Ga,全岩Nd同位素二阶段模式年龄为2.47Ga和2.68 Ga。上述特征表明,TTG岩石是新生基性下地壳部分熔融的产物。高钾花岗岩类主要由二长花岗岩和花岗闪长岩组成,具有高的SiO2(65.86wt.%-78.08 wt.%)和K2O(3.29 wt.%-7.62 wt.%),低的P2O5(0.01 wt.%-0.27 wt.%)。岩石呈右倾稀土配分模式,具有强烈的Eu元素负异常(Eu/Eu*=0.20-0.81)。在原始地幔标准化微量元素配分图上,样品富集Rb、K、Th、U等元素和亏损Nb、Ta、Zr、Ti等元素。岩石具有正的锆石εHf(t)值(+2.5到+6.6)和全岩εNd(t)值(+0.7到+4.5),锆石Hf同位素二阶段模式年龄为2.87-2.64 Ga,全岩Nd同位素二阶段模式年龄为2.77-2.50 Ga,与该地区新太古代TTG岩石、斜长角闪岩和闪长岩相似。因此,高钾花岗岩类由林山地区新太古代TTG岩石、斜长角闪岩和闪长岩部分熔融形成。TTG岩石和高钾花岗岩类都具有高的全岩锆饱和温度(684-827℃和694-889℃),低的Sr/Y比值(1.79-5.19和0.27-21.1),显示出低压部分熔融特征。结合其它地质证据,指示上述岩石形成于弧-陆碰撞后的伸展环境,表明华北克拉通在2.5 Ga完成了微陆块的拼合和初步克拉通化。(2)在熊耳山地区太华杂岩中识别出2168 Ma的六集坪二长花岗岩和2176Ma的穆册石英闪长岩。六集坪二长花岗岩具有高的SiO2(70.15 wt.%-74.66 wt.%)和K2O(5.17 wt.%-6.98 wt.%),低的P2O5(0.03 wt.%-0.10 wt.%)。稀土元素总量高,轻稀土富集,重稀土亏损,Eu元素负异常明显(Eu/Eu*=0.23-0.42)。在原始地幔标准化微量元素配分图上,显示Rb、Th、Nb、Ce、Zr、Ga等元素富集和Ba、Sr、P、Eu和Ti等元素亏损的特征。岩石具有高的104×Ga/Al值(2.44-3.55)、Zr+Nb+Ce+Y含量(432 ppm-617 ppm)和全岩锆饱和温度(774-920℃)。上述特征表明六集坪二长花岗岩为A型花岗岩。岩石具有负的锆石εHf(t)值(-10.7到-8.2)和全岩εNd(t)值(-5.8到-3.4),锆石Hf同位素二阶段模式年龄为3.45-3.27Ga,全岩Nd同位素二阶段模式年龄为2.92-2.76 Ga。因此,六集坪二长花岗岩由太古宙古老地壳部分熔融形成。穆册石英闪长岩具有低的SiO2(55.71 wt.%-58.15 wt.%),高的K2O(3.85wt.%-4.79 wt.%)、Fe2O3T(6.09 wt.%-7.44 wt.%)和MgO(2.81 wt.%-3.50 wt.%)。稀土元素总量低,显示右倾稀土配分模式,具有Eu元素负异常(Eu/Eu*=0.78-0.94)。在原始地幔标准化微量元素配分图上显示Rb、Ba、K、Pb等元素的正异常和Nb、Ta、P、Ti、Zr、Hf等元素的负异常。岩石具有负的锆石εHf(t)值(-4.9到-1.3)和全岩εNd(t)值(-3.6到-2.4),锆石Hf同位素二阶段模式年龄为3.09-2.86 Ga,全岩Nd同位素二阶段模式年龄为2.78-2.70 Ga。上述特征表明穆册石英闪长岩是太古宙古老地壳部分熔融的产物,同时有少量幔源物质的加入。六集坪二长花岗岩具有低的Sr/Y比值(2.32-10.5)和高的全岩锆饱和温度(764-810℃),形成于低压高温的伸展环境,这与A型花岗岩的形成环境一致。结合前人研究成果,六集坪二长花岗岩和穆册石英闪长岩形成于板内伸展环境,表明华北克拉通南缘在古元古代中期处于陆内裂谷的构造环境。(3)华北克拉通南缘存在多期新太古代-古元古代岩浆活动。为了深入了解华北克拉通南缘陆壳的形成演化,本论文收集了林山杂岩、涑水杂岩、太华杂岩和登封杂岩中发育的新太古代火成岩的锆石U-Pb年龄和配套的原位Hf同位素数据,共获得1551个锆石U-Pb年龄和1103个Hf同位素数据。锆石U-Pb年龄数据表明华北克拉通南缘岩浆活动存在2.8-2.7 Ga和2.5 Ga两个主要阶段,并且以2.5 Ga的岩浆活动最为强烈。原位Hf同位素数据表明华北克拉通南缘最主要的地壳生长发生在2.7 Ga,与华北克拉通以及全球其他典型克拉通一致。εHf(t)-年龄关系图中,几乎所有2.5 Ga岩浆锆石都具有正的εHf(t)值,其中大部分小于0.75倍同时期亏损地幔的εHf(t)值,这与全岩Nd同位素特征一致,指示2.5 Ga岩浆活动主要代表了对陆壳的改造,伴随少量新生地壳的形成。2.35 Ga、2.2-2.1 Ga和1.8 Ga的岩浆活动主要代表了陆壳的重熔与再造,同时有少量幔源物质的加入。(4)华北克拉通由多个微陆块在2.5 Ga被绿岩带焊接在一起形成,这些微陆块在新太古代晚期被小洋盆包围,绿岩带可能代表弧-陆碰撞带,俯冲和碰撞机制与现代板块构造体制相似,但规模较小,在微陆块的拼合及后期伸展阶段伴随强烈的岩浆活动。在经历了古元古代的裂谷-俯冲-汇聚-碰撞过程后,华北克拉通在1.85 Ga完成最终的克拉通化并进入伸展阶段。