郑亚莉 | 周艳艳等-GSAB：从裂谷到俯冲——2.2–2.0 Ga岩浆活动揭示华北克拉通古元古代构造转换

全球范围内，继~2.5 Ga克拉通化之后，地球经历了一段长达2.5亿年的构造-岩浆“静寂期”（2.45–2.2 Ga），随后在约2.2–2.1 Ga突然出现岩浆活动的“爆发”，这一转变被认为与太古宙超克拉通向古元古代超大陆旋回的转变密切相关。作为全球最古老的克拉通之一，华北克拉通完整保存了古元古代的地质记录，但其构造演化模型仍存在较大争议，尤其是关于2.2–2.1 Ga岩浆活动的构造属性仍不明确，其是否形成于陆内裂谷环境或与俯冲-碰撞过程相关，尚待进一步约束。

针对这一问题，中国科学院地质与地球物理研究所岩石圈演化与环境演变全国重点实验室翟明国团队博士生郑亚莉，在导师周艳艳副研究员的指导下，对胶北地体2.13–2.08 Ga的正长-二长花岗岩开展了系统的岩石学、地球化学和同位素年代学研究（图1）。与以往主要依赖局部区域内岩石成因解析的研究不同，该研究通过克拉通尺度的岩石组合大数据分析对比，直接约束了该期岩浆的构造属性。

图1 （A-B）胶北地区地质概况及采样位置；（C-E）样品的野外露头及岩相学特征

岩石地球化学结果显示，这些花岗质岩石表现出高硅富碱、富集高场强元素的特征，具有典型A型花岗岩的地球化学亲缘性（图2）。锆石Hf-O同位素指示，这些岩石主要源于2.9–2.5 Ga太古宙TTG在高温浅部条件下的重熔，并有少量新生幔源物质的贡献。值得注意的是，部分样品表现出明显富集的δ18O值（最高达12.22‰），结合其高Al2O3含量和高K2O/Na2O比值，指示其源区存在沉积组分的贡献。

图2 （A-D）胶北2.1 Ga正长-二长花岗岩的锆石Hf-O同位素特征及A型花岗岩的亲缘性；（E）胶北2.1 Ga正长-二长花岗岩的源区特征；（F）胶北2.1 Ga正长-二长花岗岩板内的构造环境

研究团队系统编译了2.2–2.0 Ga中基性岩的年代学与地球化学数据，构建了该时期最为全面的大样本、高精度岩浆活动数据库之一，为从克拉通尺度解读岩浆作用的时空演化与构造背景提供了有力支撑。通过综合分析对比，将该时期的花岗质岩浆活动划分为两组（图3）：G1组（2.19–2.08 Ga）和G2组（2.10–2.05 Ga）。G1组花岗岩多具有A型花岗岩特征，与同期拉斑玄武质基性岩和双峰式火山-沉积序列共生，指示华北克拉通在2.2–2.1 Ga处于陆内裂谷伸展环境。相比之下，G2组花岗岩则显示出岛弧型I-S型花岗岩的特征，与同期钙碱性基性岩浆活动伴生，反映至少在2.05 Ga之后华北克拉通已转变为俯冲-碰撞挤压环境。

图3 （A-B）华北克拉通2.2–2.0 Ga期间G1&G2两期次基性-中酸性岩浆作用的划分；（C-E）华北克拉通2.2–2.0 Ga期间G1&G2两期次花岗质岩浆作用的元素-同位素特征

该研究明确揭示了华北克拉通在2.2 Ga至2.0 Ga之间经历了一次从伸展到挤压的构造体制转换（图4），这一转换时间与全球范围内哥伦比亚超大陆的汇聚事件高度吻合。研究成果不仅为重新认识华北克拉通古元古代多阶段构造演化提供了关键的地球化学证据，也为理解早期地球超大陆聚散动力学过程提供了新的视角。

图4 华北克拉通2.2–2.0 Ga期间由伸展裂解环境（A）向俯冲-碰撞造山环境（B）的构造体制转变

研究成果发表于国际学术期刊GSA Bulletin（Zheng Yali, Zhou Yanyan*, et al. Within-plate granitoids in the Jiaobei Terrane were products of a possible tectonic switch from rifting to subduction collision at ca. 2.1 Ga in the North China Craton[J]. GSA Bulletin, 2026. DOI: 10.1130/B38431.1）。研究得到中国科学院战略性先导科技专项（B类）（XDB0710000）、深地国家科技重大专项（2024ZD1001601）以及国家自然科学基金重点项目（42220104008）的联合资助。