冀北赤城蛇纹石化橄榄岩是否为太古宙蛇绿岩残片？*

2022-12-29刘卉张宏福

岩石学报 2022年12期

刘卉张宏福, 2

板块构造运动是固体地球内部物质和能量循环的重要方式。然而，地球上最早何时开始出现板块构造至今仍无定论(Condie and Kröner, 2008)。学者们通过元素和同位素地球化学、古地磁、高压变质作用、蛇绿岩等多个方面的研究给出了不同的时间——从大约4.3Ga的冥古宙(Harrisonetal., 2008)到新元古代(ca. 800Ma; Hamilton, 1998, 2011; Stern, 2008)。其中，指示板块构造运动开启于太古宙的研究多是通过与俯冲或大陆地壳生长相关的地球化学特征来进行(Næraaetal., 2012; Tangetal., 2016)。例如，Harrison(2009)对3.5～4.3Ga Jack Hills 碎屑锆石年代学、Lu-Hf同位素和氧同位素组成特征的研究，认为这些碎屑锆石来自花岗岩，因此推测地球在冥古宙早期就已经开启了板块构造运动。一些学者认为，太古宙地幔热流值较高，难以实现板块的俯冲(Hamilton, 2011)。并且，与俯冲相关的岩石组合，包括蛇绿岩、蓝片岩和高压变质地体最早出现的时间在1.0Ga以后，从而认为类似现在意义的板块构造开启时间不早于1.0Ga，甚至更晚(Stern, 2008)。

蛇绿岩被认为是在汇聚板块边界构造就位于大陆边缘的一套岩石组合，代表已经消失的大洋岩石圈，是板块构造运动存在的最直接标志之一。彭罗斯(Penrose)会议定义了一套完整的蛇绿岩组成，从底部到顶部包括：超镁铁质岩、辉长质杂岩、镁铁质席状岩墙、镁铁质火山杂岩及伴生岩系(Penrose Conference Participants, 1972)。然而，随着对蛇绿岩研究的深入，地质学家们发现蛇绿岩有很多类型，它们所包含的岩石组合也不相同(Pearce, 2003; Dilek and Furnes, 2011)。目前已经识别并做详细研究的蛇绿岩多出现在显生宙造山带之中，例如塞浦路斯的Troodos蛇绿岩、Oman蛇绿岩等(Dilek and Furnes, 2009及其参考文献)，而显生宙之前的前寒武纪保存的蛇绿岩则比较少见。其中保存接近完整并且广为接受的前寒武纪蛇绿岩是芬兰的Jourma蛇绿岩(1.96Ga)和加拿大Purtuniq蛇绿岩(1.99Ga)。此外，一些学者将更古老的格陵兰Isua表壳岩带(3.8Ga; Furnesetal., 2007)和加拿大Wawa绿岩带(2.7Ga; Polatetal., 2015)视为蛇绿混杂岩，这一观点仍存在很大争议。曾被认为是华北克拉通保存最古老的东湾子蛇绿岩(2.5Ga; Kuskyetal., 2001)，也因各岩石单元之间是否具有相关性遭到很多学者的质疑(Zhaoetal., 2008)。

一般来说，蛇绿岩的年代越新，保存越完好，其岩石组合剖面越接近标准剖面，也越容易识别。越古老的蛇绿岩，形成时的地球环境与现今差别越大，因此其岩石组合和结构剖面与现今蛇绿岩多少存在差异，无法做到完全一致。再者，古老的蛇绿岩受到后期地质作用的改造较为强烈和复杂，甚至不能完全保留形成时的岩石组合，各岩石单元之间的接触关系或许也被改变。因此，古老蛇绿岩的识别非常困难，不能完全按照是否具有标准剖面的组合来判定，需要认识到蛇绿岩的本质是已消失的大洋岩石圈残片。这无疑是一件比较难的事情。然而，对古老蛇绿岩，尤其是太古宙蛇绿岩的识别和研究却具有非常重大的地质意义，其中之一就是对确定早期板块构造起始的时间起到关键作用。

华北克拉通作为世界上最古老的克拉通之一，保存了大量太古宙的地质记录(Zhaoetal., 2005)，因此是寻找古老蛇绿岩的绝佳场所。华北克拉通在构造格架上可以分为东部陆块、西部陆块以及被认为是东部和西部陆块之间碰撞拼合而成的中部造山带(Zhaoetal., 2001, 2005; Kusky and Li, 2003)。随着有关岛弧岩浆作用(Yang and Santosh, 2014)和俯冲进变质P-T轨迹的揭示(Zhangetal., 2016)，学者们认识到中部带很可能经历了自1.95Ga到1.85Ga连续的俯冲-碰撞过程(Chenetal., 2020; Liu and Zhang, 2021)。

在中部带的北段，冀北赤城地区出露一套前寒武纪基底——红旗营子群。红旗营子群由角闪斜长片麻岩、退变榴辉岩和蛇纹石化橄榄岩所组成的岩石组合，其中蛇纹石化橄榄岩和退变榴辉岩以构造透镜体的形式产出于片麻岩之中。赤城红旗营子群片麻岩的年代学研究从二十世纪九十年代至今争论不断，他们到底是古生代的变质杂岩(王惠初等，2012) 还是形成于新太古代-古元古代(王启超, 1992；胡学文等，1996；刘树文等2007)？前人从退变榴辉岩的锆石中得到了428～326Ma的年代学数据，从而认为退变榴辉岩的形成与古亚洲洋的闭合相关(Nietal., 2006; 孔旭等，2011)，这一观点在解释红旗营子群的成因上似乎行不通(Liuetal., 2019)。有学者对橄榄岩的研究认为其与蛇绿岩型的橄榄岩性质相同(卢俊生等, 2009； Liu and Zhang, 2019)，或认为其为构造抬升的大陆岩石圈地幔(Tianetal., 2017)。那么，赤城红旗营子群是否是蛇绿岩？又是什么时期的蛇绿岩？本文将从岩石学和地球化学的角度对此做简单探讨。

图1 华北克拉通基底构造单元划分(a, 据Zhao and Zhai, 2013修改)和中部带北段地质简图(b，据Wang et al., 2011修改)Fig.1 Tectonic subdivision of North China Craton (a, modified after Zhao and Zhai, 2013) and geological sketch map of the northern Trans-North China Orogen (b, modified after Wang et al., 2011, 2013)

1 区域地质背景

华北克拉通是世界上最古老的克拉通之一，由始太古代到古元古代结晶基底和之上的中元古代到新生代沉积盖层组成(Jahn, 1990; Zhai, 2004)。关于华北克拉通基底的划分，有三种方案，其中Zhai and Liu(2003)认为华北克拉通结晶基底是由多个微陆块在～2.5Ga的新太古代末期拼合形成统一的华北克拉通基底。Zhaoetal.(2001)和Kusky and Li(2003)都采用三分法，将华北克拉通基底划分三个部分：东部陆块、西部陆块和中部造山带，其中中部造山带是由东部陆块和西部陆块碰撞拼接而成(图1a)。不过，关于碰撞拼合时间二者观点不同，前者认为中部造山带是由东西部陆块在1.95～1.85Ga碰撞拼合形成(Zhaoetal. 2001)，后者则认为该过程发生在新太古代末期～2.5Ga(Kusky and Li, 2003)。

在中部带的北段，有一条近东西走向的赤城-崇礼深大断裂(图1b)。前人地质填图时将断裂带以南的前寒武纪基底岩石称为单塔子群，分布于断裂带以北的前寒武纪基底称为红旗营子群(许绍忠等, 2002)。红旗营子群不仅分布有大量变火山沉积岩，同时也发育有大量的闪长岩-花岗闪长岩等深成岩，因此也有学者们将其称为“红旗营子杂岩”(胡学文等，1996)。红旗营子群原岩建造主体上形成于新太古代，后期受到古元古代和古生代变质事件的改造(王启超, 1992；刘树文等2007)。区内广泛分布晚古生代闪长质到花岗质深成侵入体，主要形成于324～252Ma期间(王惠初等, 2007; 王芳等, 2009)。赤城位于崇礼-赤城断裂带东段，区内出露前寒武基底、侏罗纪地层和古生代侵入岩(图2)。崇礼-赤城断裂带以北出露红旗营子群片麻岩、超镁铁质岩、退变榴辉岩和二叠纪侵入岩，断裂带以南分布着太古宙的单塔子群、小张家口超镁铁质岩和二叠纪花岗岩(Wangetal., 2011)。赤城超镁铁质岩出露有上百个块体(陈安国等，1996)，多呈无根岩块，以构造团块的形式出露于片麻岩中，退变榴辉岩以透镜状或布丁形式产出于片麻岩中。

图2 赤城地区地质简图(据河北省地质勘测总队, 1970(1)河北省地质勘测总队. 1970. 1:20万河北省地质图修改)

图3 赤城红旗营子群岩石出露和构造接触关系(据Liu and Zhang, 2019修改)Fig.3 The outcrop of rocks from the Chicheng Hongqiyingzi Group and their tectonic relationship with each other(modified after Liu and Zhang, 2019)

2 红旗营子群的岩石组合和构造特征

赤城的红旗营子群主要岩石类型为角闪斜长片麻岩、超镁铁质岩和退变榴辉岩。角闪斜长片麻岩片麻理发育，局部地区可见混合岩化。超镁铁质岩由方辉橄榄岩、纯橄岩和超镁铁质堆晶岩三种岩石类型组成，多以构造团块的形式与围岩角闪斜长片麻岩直接接触(图3a)。在七里墩的一处露头，从山底部到顶部依次出露方辉橄榄岩、纯橄岩和超镁铁质堆晶岩，其中纯橄岩和堆晶岩交互出现(图3b)。退变榴辉岩以零星分布的透镜状或布丁形式出现，与片麻岩直接接触(图3c)。红旗营子群三种岩石的构造特征指示，它们可能共同经历了某一时期的构造演化过程。

赤城的橄榄岩主要采自七里墩(40°33′02″N、115°39′01″E)和吕合堡(39°57′40.8″N、116°22′39.2″E)两地，均受到强烈的蛇纹石化作用，斜方辉石和橄榄石基本被蛇纹石取代，另外还普遍存在新生矿物——角闪石。一部分方辉橄榄岩比较新鲜，组成矿物为橄榄石、斜方辉石和角闪石，部分斜方辉石以大斑晶的形式出现。野外露头即可观察到斜方辉石晶体沿着一个方向定向排列，有些还被拉长呈长条状(图3d)。显微镜下观察到方辉橄榄岩中普遍存在角闪石(Liu and Zhang, 2019)。纯橄岩整体呈现浅绿色，基本完全蛇纹石化，没有新鲜的矿物颗粒。堆晶岩基本组成矿物是蛇纹石和变质角闪石，蛇纹石是由橄榄石蚀变而来，变质角闪石由单斜辉石转变而来。因此该岩石的原岩应该是橄榄辉石岩，是由橄榄石和单斜辉石堆晶形成的岩石。因此，赤城蛇纹石化橄榄岩的岩石组合与典型蛇绿岩中地幔部分的岩石组合可以进行对比。

3 赤城橄榄岩的地球化学特征与年代学

3.1 赤城橄榄岩与蛇绿岩的地球化学特征对比

赤城橄榄岩组合的岩石学特征显示它们具有难熔的特征，它们的地球化学特征是否也指示如此的结果呢？本文作者曾对赤城橄榄岩的全岩主量和微量元素，以及矿物主量元素进行测试分析，结果显示其特征与典型蛇绿岩中橄榄岩有相似之处。

赤城纯橄岩化学成分比较均一，全岩的MgO较高，Al2O3和CaO含量较低，全岩Mg#与典型的蛇绿岩套中的橄榄岩数值相近。大多数方辉橄榄岩同纯橄岩一致，具有高MgO，低Al2O3和CaO含量。纯橄岩以及大部分方辉橄榄岩在 MgO/SiO2-Al2O3/SiO2图解上落在地幔演化序列的难熔一端(图4a，Liu and Zhang, 2019)。超镁铁质堆晶岩主量元素成分变化较大。因此，橄榄岩的主量元素反映它们具有难熔的特征，为高程度部分熔融后的残余，这与蛇绿岩中橄榄岩的特征是一致的。

图4 赤城橄榄岩的地球化学特征图解(据Liu and Zhang, 2019修改)Fig.4 The diagrams of Chicheng peridotites showing their geochemical characteristics (modified after Liu and Zhang, 2019)

赤城地区的纯橄岩和部分方辉橄榄岩遭受了强烈的蛇纹石化，只有蛇纹石化相对较弱的含角闪石方辉橄榄岩，仍然保留新鲜的橄榄石、斜方辉石、角闪石和尖晶石矿物，笔者曾对这些矿物进行了详细的主量元素实验分析。赤城方辉橄榄岩中的橄榄石具有高的Fo [100×Mg2+/(Mg2++Fe2+)] 值，为91.5～92.2。方辉橄榄岩中的尖晶石为铬尖晶石，Cr#[100×Cr/(Cr+Al)]在53.9～85.9之间，两个低MgO的样品中的尖晶石Cr#较低(12.3～17.1)。所有尖晶石均具有一致的低Ti(<0.2%)和低Fe3+(0.01%～0.1%)特征，与典型的地幔尖晶石成分一致(Kamenetskyetal., 2001)。在尖晶石Cr#-橄榄石Fo值图解上，所有的样品均落在橄榄石-尖晶石地幔演化序列(OSMA; Arai, 1994)之间。具有较高Cr#的铬尖晶石样品落在SSZ型蛇绿橄榄岩的范围之内，而具有低Cr#的尖晶石样品落在深海橄榄岩的区域(图4b，Liu and Zhang, 2019)。

Liu and Zhang(2019)及Tianetal.(2017)的研究均显示，赤城方辉橄榄岩和纯橄岩的全岩主量元素和矿物化学成分具有难熔的残余地幔特征，这与典型的蛇绿岩套中的橄榄岩特征相似，很可能代表了残余的大洋岩石圈地幔(Dilek and Furnes, 2011)。赤城的超镁铁质堆晶岩位于七里墩橄榄岩块体的最上部，成分上表现出比方辉橄榄岩和纯橄岩更饱满的特征，因此代表了熔体早期的结晶相，并由于重力作用堆积在地壳最底部和地幔的上部。因此，我们认为，赤城的橄榄岩是一套完整的超镁铁质地幔岩石组合，自下而上包括了方辉橄榄岩、纯橄岩和堆晶岩，这与蛇绿岩剖面中的地幔部分一致。

值得注意的是，赤城的方辉橄榄岩既有高Mg的样品，又有低Mg的样品。其中高Mg的方辉橄榄岩与SSZ型蛇绿橄榄岩特征相似，低Mg的方辉橄榄岩与MOR型蛇绿橄榄岩特征相似。Uysaletal.(2012)曾提出，具有SSZ型特征的难熔方辉橄榄岩可以由MOR型的方辉橄榄岩经历二次熔体抽离而形成。根据这一研究，我们认为赤城橄榄岩很可能最初形成于大洋中脊环境下，之后就位在俯冲带之上弧前的位置(Parkinson and Pearce, 1998; Rizelietal., 2016)。

橄榄岩与熔体/岩浆直接的相互作用表现为：橄榄石(和单斜辉石)与熔体反应形成斜方辉石(Kelemenetal., 1998; Zhang, 2005)。这种由熔体交代橄榄石形成的斜方辉石通常会在形态上呈现拉长状或者粗粒似斑状结构。斜方辉石变斑晶内部还保留着被富水变质流体部分溶蚀的橄榄石残余晶(Smithetal., 1999; McInnesetal., 2001)。并且，交代成因的斜方辉石在成分上有别于部分熔融残余的斜方辉石，表现在具有极低的Al2O3、Cr2O3和CaO，以及高的SiO2含量，这可能是富Si熔/流体反应的结果(Yuetal., 2017)。值得注意的是，赤城橄榄岩中的斜方辉石与许多交代成因的斜方辉石一致，都具有低Al2O3、Cr2O3和CaO的特征(图4c，Liu and Zhang, 2019)。因此，结合赤城斜方辉石特殊的矿物结构和化学成分，我们认为斜方辉石的形成是熔/流体注入的结果。这一过程可能发生在大洋岩石圈地幔向大陆岩石圈地幔转换时期，并且在橄榄岩经历部分熔融作用之后。

角闪石是橄榄岩中常见的变质矿物，可由多种方式形成(Coltortietal., 2007; Ishimaru and Arai, 2008)。Nozaka (2005, 2014)研究表明，角闪石中(Na+K)/Si的值是判断透闪石成因的有用指标。这是因为，在进变质过程中碱金属元素容易流失。因此，相对于进变质作用形成的角闪石，退变质形成的角闪石具有稍高的(Na+K)/Si比值。

赤城的角闪石属于钙质角闪石系列，其Na和Si成分的含量也与前人研究中的退变质成因透闪石一致(Nozaka, 2005, 2014)。此外，在赤城的样品中，角闪石的结构通常呈现棱柱状，或者是辉石晶体的假象。由此说明，角闪石是替换辉石而形成的，尤其是单斜辉石。我们推测，赤城的角闪石是在造山带抬升阶段，由于温压条件的变化，导致辉石退变质形成角闪石。赤城红旗营子群中广泛出现的退变榴辉岩透镜体中同样含有大量类似的角闪石矿物，也被认为是榴辉岩在抬升至角闪岩相过程中所形成的(Nietal., 2006)。

表1 赤城橄榄岩的Os同位素数据表

图5 赤城橄榄岩全岩187Os/188Os比值和tRD与Al2O3 (%)关系图图例同图4Fig.5 Whole 187Os/188Os ratios and tRD plotted against Al2O3 (%)The symbols are the same as Fig.4

3.2 赤城橄榄岩Os同位素年龄

本文对赤城橄榄岩样品进行了Os同位素分析，测试结果列于表1中。橄榄岩全岩Os同位素分析测试在中国科学院地质与地球物理研究所固体同位素实验室完成化学前处理，在多接受等离子体质谱(MC-ICP-MS)实验室完成测试。Os同位素分析测试采用的仪器是英国GV公司生产的IsoProbe-T型热电离质谱仪。

在化学分离过程中，使用国际标样WPR-1作为标样，并随批次加入空白样品作为实验流程监测。称取大约2g全岩粉末样品，倒入已经王水洗净的Carius管中，并加入适量187Re-190Os混合稀释剂。分别加入3mL纯化的浓HCl和6mL纯化的浓HNO3，并用液化气火焰将Carius管封好。然后将已封口的Carius管放置于钢套中，放入恒温烘箱，在240℃的温度下保持72h小时，以保证铂族元素充分溶解，并与各稀释剂混合均匀。冷却后打开Carius管，用CCl4将元素Os从王水中萃取出来，再利用HBr反萃取Os，然后微蒸馏纯化Os元素，并采用英国GV公司生产的IsoProbe-T型热电离质谱仪进行上机测试。测试时，将已纯化的Os 同位素点在Pt灯丝带上，在其表面滴1～2滴Ba(OH)2作为发射剂。选用静态分析模式，高含量(信号高)样品使用法拉第杯(Faraday Cup)，低含量样品和空白样使用电子倍增器(SEM)。Os同位素比值采用192Os/188Os=3.0827进行质量校正，测试精度优于±0.2%(2SD)。

赤城纯橄岩和方辉橄榄岩均具有低的187Os/188Os比值，在深海橄榄岩的范围之下。Al2O3是指示橄榄岩难熔程度的指标，其值越低，代表橄榄岩经历的部分熔融程度越高。图5显示，橄榄岩的187Os/188Os与Al2O3有弱的正相关关系。

图6 赤城蛇绿岩简单模型与典型的SSZ型蛇绿岩剖面做对比(a)显示了各个岩石单元之间的空间位置和构造接触关系；(b)橄榄岩构造块体中方辉橄榄岩、纯橄岩和超镁铁质堆晶的接触关系(据Liu and Zhang, 2019修改). 图例同图2Fig.6 Simplified model for Chicheng ophiolitic fragments, compared with the section of a generalized SSZ-type ophiolite(a) the localities and tectonic relations of each rock types; (b) a specific peridotite section where both harzburgite, dunite and ultramafic cumulates are exposed (modified after Liu and Zhang, 2019). The symbols are the same as Fig.2

Re为中等不相容元素，Os为相容元素，因此在部分熔融过程中，Re与Os元素产生分离，表现为Re更多地进入熔体中，而残余地幔中的Re含量微乎其微。因此，可以用单阶段Re亏损模式年龄反演橄榄岩部分熔融事件发生的时间。tRD代表Re亏损模式年龄，即：假设Re在部分熔融过程中全部进去熔体，进而计算得出的模式年龄，适用于强烈难熔的地幔岩石。tRD代表部分熔融发生的最小年龄。计算结果显示，赤城橄榄岩具有非常古老的Re亏损模式年龄，最老可以超过2.5Ga。Tianetal.(2017)也对赤城橄榄岩的Re-Os同位素进行了报道，得到981～2054Ma的Re亏损模式年龄。

4 红旗营子群变质岩的原岩类型及年代学

赤城红旗营子群的变质岩包括角闪斜长片麻岩和退变榴辉岩。角闪斜长片麻岩是橄榄岩构造团块体的围岩，具有明显的片麻理，主要由斜长石、石英和角闪石组成，前人研究认为这是一套变质火山岩(王启超，1992；刘树文等，2007)。退变榴辉岩以透镜体或团块形式出露在角闪斜长片麻岩中(图3c)，其中石榴子石具有明显的“白眼圈”结构。Nietal. (2006)、周兵(2018)对赤城的退变榴辉岩进行了较详细的岩石地球化学研究，结果显示，它们具有钙碱性或拉斑质玄武岩的组成，推测其原岩可能为兼具洋中脊和岛弧性质的洋壳玄武岩。

根据Liuetal. (2019)报道，角闪斜长片麻岩中的锆石大多数颗粒具有明显的核边结构，核部色率低，为暗色布丁状或具振荡环带，可判断为是典型的岩浆锆石。锆石边部通常色率较高，表现为亮色边环绕残留核，推测为后期变质事件中形成的变质边。两个角闪斜长片麻岩样品的锆石U-Pb年代学测试结果显示，均获得两组不一致年龄。一组较老的年龄从岩浆锆石中获得，上交点年龄分为是2664Ma和2518Ma，代表角闪斜长片麻岩原岩的形成年龄。另一组较新的年龄从变质新生锆石中获得，上交点年龄分别是1840Ma和1847Ma(Liuetal., 2019)。

退变榴辉岩中的锆石也获得了两组年龄，分别为1850Ma的上交点年龄和300Ma的加权平均年龄，均代表所经历的变质事件的年龄。退变榴辉岩中较老的一组年龄与角闪斜长片麻岩中变质年龄相对应，代表他们经历了相同的变质事件改造。退变榴辉岩中未发现～2.5Ga的年龄，推测可能受到1850Ma变质事件的彻底改造，未保留更古老的锆石。大量中生代锆石年龄被记录在红旗营子群的各类变质岩中，包括变粒岩、花岗质片麻岩、斜长角闪岩和退变榴辉岩等(刘树文等, 2007；王惠初等, 2012；Liuetal., 2019)。Zhangetal.(2016)曾对这些中生代年龄做出合理解释，认为460～275Ma代表中部带抬升过程的阶段，是由古亚洲洋的闭合所引发的对太古宙地壳岩石的活化改造。因此，根据赤城的红旗营子群的变质岩年代学的研究结果，作者认为赤城红旗营子群主体形成于2.6～2.5Ga，之后经历了～1.85Ga的俯冲变质事件和300Ma的构造抬升过程。

5 赤城太古宙蛇绿岩的形成与演化

赤城红旗营子群的岩石组合主要包括角闪斜长片麻岩、蛇纹石化橄榄岩和退变榴辉岩，后两者以无根的构造团块的形式包裹在片麻岩中。我们推测，这三种岩石单元曾经共同经历了某一时期的构造事件，进而导致它们以团块包裹的构造接触关系出露。在经历此次构造事件之前，它们之间的接触关系应该是怎样的，又有什么成因联系？这要从它们的原岩中寻找答案。

根据上文的讨论可知，赤城的方辉橄榄岩和纯橄岩可以与典型的蛇绿岩套中残余的大洋岩石圈地幔对比(Dilek and Furnes, 2011)。赤城的超镁铁质堆晶岩则代表了残余地幔上部的层状超镁铁质堆晶岩(图6)。既然退变榴辉岩的原岩是洋中脊和岛弧性质的洋壳玄武岩(Nietal., 2006)，那么它可能代表了大洋岩石圈的基性部分(辉长岩、席状岩墙或玄武岩)。角闪斜长片麻岩则被认为可能是岛弧环境下的火山岩(王启超，1992；刘树文等，2007)。因此，赤城红旗营子群的蛇纹石化橄榄岩、退变榴辉岩和片麻岩，很可能是一套经历了强烈变质变形的蛇绿岩残片。

上文中提到赤城的橄榄岩中缺失单斜辉石，而大量发育狭长形的角闪石。无论是形态还是化学组成均显示其是退变质阶段形成的富Mg角闪石，说明橄榄岩经历了角闪岩相深度的变质作用。根据野外产状，橄榄岩和退变榴辉岩透镜体的长轴方向与片麻岩的片麻理方向相一致。因此，本文认为赤城红旗营子群的岩石组合共同经历了角闪岩相深度的退变质过程。

赤城橄榄岩的Re亏损模式年龄显示，橄榄岩的部分熔融作用发生在～2.5Ga之前。角闪斜长片麻岩的锆石年代学研究结果显示，原岩形成于～2.5Ga，后经历了～1.85Ga的俯冲变质作用。赤城退变榴辉岩与橄榄岩空间上相伴生，同样呈透镜体形态出露在片麻岩中。根据退变榴辉岩的产出及与片麻岩的构造接触关系可以推测，其原岩年龄也是在新太古代-古元古代。Zhangetal.(2016)报道了退变榴辉岩中330～320Ma的U-Pb变质年龄，以此制约榴辉岩向角闪岩相深度抬升的时间，同时也能够代表片麻岩的抬升时间。

赤城红旗营子群位于华北克拉通中部带的北段。中部造山带被认为是一条由多个高级变质地体组成的碰撞造山带(Zhaoetal., 2001, 2005)。Yang and Santosh(2014)认为中部带存在2.48～1.9Ga的由俯冲引发的弧岩浆作用。Zhangetal.(2016)通过对赤城高压麻粒岩变质过程的研究，识别出了进变质作用的P-T轨迹，从而证实中部带在碰撞之前经历了深达50km的俯冲作用。因此，中部带是一条形成于1.95～1.85Ga、由俯冲到碰撞的构造变质带(Liu and Zhang, 2019)。

由此，我们推测，中部带形成以前，在东、西部陆块之间，应该存在一个古老的大洋。赤城的橄榄岩就是这个古大洋的岩石圈地幔残片，在2.5～1.90Ga之间经历强烈的部分熔融。随着洋壳不断俯冲消失，橄榄岩地幔逐渐汇聚在大陆边缘一侧，同时被汇聚在此的还应该包括洋壳、大洋沉积物、火山弧岩浆岩。之后，在1.95～1.85Ga的时间里，堆积在板块消亡边界的一套混杂体向大陆下俯冲，最终在1.85Ga碰撞拼合形成现在的中部造山带。由于显生宙时期华北克拉通稳定的陆壳受到再活化，这套混杂岩在480～220Ma整体抬升至地表(Zhangetal., 2016)。

6 类似现代意义的板块构造在2.5Ga已经启动

板块构造的开启时间一直是学术界研究的热点，同时也存在着很大的争议(Condie and Kröner, 2008)。想要追踪类似现代意义的板块构造，我们需要从古老的地质记录中识别板块构造的标志。不同研究领域的研究者根据自身领域对板块构造的理解，提出了很多板块构造的判别标志，例如：古地磁、岩石的地球化学特征、高压-超高压变质岩、大陆地壳大规模出现和蛇绿岩等(翟明国等，2020)。不同的指标探讨的时间跨度不同，可信程度也有差别。Harrisonetal. (2008)、Harrison (2009)分析了Jack Hill 3.5～4.36Ga沉积岩中碎屑锆石的年代学、Lu-Hf 同位素和氧同位素组成特征，认为地球在冥古宙早期就已经开启了板块构造运动并形成了具有大陆特征的地壳。在3.8Ga的Isua绿岩带中识别出具有岛弧特征的玻安岩也为板块构造开启提供新的制约(Polatetal., 2002)。古太古代巴布通绿岩带中3.2Ga双峰式变质带的识别表明此时已经存在类似现代意义板块构造的冷俯冲(Stevens and Moyen,2007)。此外，大陆地壳的产生与俯冲作用密不可分，世界上古老的克拉通陆核在3.5Ga已经形成，2.7～2.5Ga是陆壳增生速度最快和体积增加最多的时段，因此可能代表了现代板块构造的启动(Moyenetal., 2006; Condie and Kröner，2013)。2.5Ga是全球克拉通趋于稳定的时期，因此也被认为是板块构造最可能的启动时间(Zhao and Zhai，2013)。

在众多标志中，蛇绿岩无疑是板块构造最直接的证据之一。目前，被广泛认可的蛇绿岩最老可以追溯到2.0Ga，即加拿大Purtuniq蛇绿岩(～2.0Ga; Scottetal., 1992)。此外，较老的蛇绿岩还有芬兰的Jormua蛇绿岩(～1.95Ga; Peltonenetal., 1996)和美国Payson蛇绿岩(～1.73Ga; Dann, 1997)。Kuskyetal.(2001)在华北克拉通中部带遵化地体中识别出了2.5Ga的东湾子蛇绿岩，随后又在遵化-上营蛇绿混杂岩中识别出了原岩是大洋地壳，且经历了榴辉岩相变质的石榴单斜辉石岩，从而认为板块构造运动至少在2.5Ga已经开启(Ningetal., 2022)。

此外，一些学者将更古老的格陵兰Isua表壳岩带(3.8Ga; Furnesetal., 2007, 2009)和加拿大Wawa绿岩带(2.7Ga; Polatetal., 2015)视为地球最早出现的蛇绿岩，这一观点仍存在很大争议。赤城地区识别出来2.5Ga的古老蛇绿岩残片，无疑为板块构造启动时间这一科学问题提供了新的有利证据。赤城蛇绿岩的存在表明，至少在华北地区，板块构造运动在2.5Ga的时候已经启动。