板块构造理论是早期地球动力学研究的重要内容,它通过岩浆活动和板块俯冲控制着地球表面与内部的物质循环,影响大气圈、水圈和生物圈的演化,是宜居地球形成演化的关键地质过程。关于板块构造的启动时间及样式演化,一直是地质学的国际前沿和热点话题。但由于对板块构造起始的判别标志理解不同,且地球早期历史的地质记录少且大多被改造,不同学者提出的板块构造起始时间大相径庭。本文在梳理前人研究成果的基础上,认为现代范式的板块构造(现代板块构造)必须具备以下三个核心要素:1、存在刚性岩石圈板块;2、刚性岩石圈板块之间能不断发生离散汇聚,形成新的洋壳同时能使洋壳消失,即存在大洋岩石圈的生死循环;3、必须有大规模联通的板块边界。实际上,太古宙末期大量克拉通,超级克拉通的存在表明当时的岩石圈已足够刚性。因此只要我们能在太古宙的岩石记录中找到后面两种证据,就有足够的证据链支持现代板块构造起始于太古宙的某个时期。蛇绿岩是汇聚板块边缘的典型产物,其初始是一套理想的大洋岩石圈。完整的蛇绿岩序列包括时间上和成因上相互联系的岩石组合,即远洋沉积物、枕状玄武岩、席状岩墙、辉长岩杂岩、基性-超基性堆晶岩以及超基性构造岩(方辉橄榄岩或二辉橄榄岩)。然而,在古洋盆的闭合过程中,大洋岩石圈常被构造肢解,而与其他岩石(如陆源物质)混杂在一起,构成增生或碰撞造山带中的蛇绿质混杂岩。蛇绿混杂岩是识别古汇聚板块边界或不同增生地体边界的重要标志之一,它记录了板块汇聚过程的重要地质信息。华北克拉通是中国最大的克拉通,经历过始太古代以来长期的构造演化。本文选取华北克拉通中部造山带(COB)北部的冀东杂岩为研究对象,通过对其中新近识别出的遵化蛇绿混杂岩和上营蛇绿混杂岩开展详细的野外填图及构造解析,对混杂岩内的超基性-基性岩石团块进行详细的矿物化学、年代学、同位素地球化学及变质岩石学研究,厘定和评估了冀东地体内新太古代蛇绿混杂岩的就位过程,如俯冲-碰撞持续时间、俯冲深度、蛇绿混杂岩就位机制等,进而探讨冀东杂岩和华北克拉通在新太古代末的大地构造演化,同时为现代板块构造起始时间及早期地球动力学过程Tethered cord提供启示。通过本课题的研究,获得的主要成果概述如下:(1)遵化蛇绿混杂岩的岩块主要由变质的方辉橄榄岩/二辉橄榄岩、含豆荚状铬铁矿的纯橄岩、辉石岩、斜长角闪岩、变基性岩和少量中性火山岩、燧石和透镜状条带状含铁建造组成,其分布在强烈剪切的黑云斜长片麻岩基质中。根据野外构造特征、岩相学、锆石形貌学及年代学特征,认为遵化地区的黑云斜长片麻岩原岩为杂砂岩,夹少量互层的火山岩与变泥质岩。详细的野外区域填图及构造解析表明,这套岩石组合具备典型的“基质夹岩块(block-in-matrix)”构造特征,与显生宙混杂岩类似。对混杂岩的变辉绿岩团块、黑云斜长片麻岩基质及切穿混杂岩单元的基性岩脉进行锆石U-Pb定年,结果表明遵化蛇绿质混杂岩形成于2.55–2.52 Ga。最年轻碎屑锆石年龄群的加权平均年龄(～2.52 Ga)和基性岩脉的年龄(2.50 Ga)限定了遵化蛇绿混杂岩就位于2.52–2.50 Ga。对遵化蛇绿混杂岩中超基性-基性岩块的地球化学研究表明,这些亏损的地幔岩块与由亏损地幔部分熔融及交代产生的基性岩块之间具有紧密的地球化学、岩石成因与时空联系,表明它们代表同一新生的新太古代弧前(SSZ)蛇绿岩的一部分。变质的中-基性火山岩块具有系统性连续的地球化学序列:从N-MORB到岛弧岩浆特征,这些具N-MORB地化特征的变玄武岩与公认的俯冲起始阶段形成的弧前玄武岩(如伊苏-博宁-马里亚纳弧前玄武岩)呈现出极大的相似性。此外,对混杂岩内橄榄岩岩块内的铬铁矿进行详细的电子探针分析,结果显示这些铬铁矿具有高Cr值(80.82–86.29)和低Ti O_2含量(0.09–0.23 wt.%),与典型SSZ型铬铁矿特征相似。而且铬铁矿核部的成分显示与玻安质岩浆的亲和性,说明遵化铬铁矿的形成与亏损的SSZ型橄榄岩和玻安质岩浆的反应有关,该反应发生于俯冲起始的弧前区域。综合以上证据,遵化蛇绿混杂岩记录了一期新太古代末期的俯冲起始事件。此外冀东杂岩内还存在有大量岛弧钙碱性火山岩及俯冲极性反转的地质记录。本研究认为冀东杂岩记录了从俯冲起始(出生)到成熟岛弧岩浆作用(成熟)再到弧陆碰撞(死亡)和俯冲极性反转(重生)这一持续的地球动力学过程,即存在一个太古宙俯冲带的生命周期。(2)上营蛇绿混杂岩的岩石团块主要包括变辉长岩、斜长角闪岩、辉石岩、角闪石岩、石榴单斜辉石岩和辉石/角闪石磁铁石英岩,分布在强烈变形的辉石/角闪石斜长片麻岩为主的基质中。片麻岩基质的原岩主要是泥质岩,夹少量的变火山岩和变杂砂岩。通过对上营地区野外区域填图及典型露头的无人机高精度填图,发现该区变辉长岩团块大小不一,且具有层状和均质两种产状,类似于典型大洋辉长岩杂岩。对该混杂岩中变辉长岩团块及其包裹的石榴单斜辉石岩进行全岩主微量元素分析,结果表明它们具有N-MORB(正常洋中脊玄武岩)的地球化学特征。此外,变辉长岩中锆石Hf同位素显示出亏损地幔的源区特征,石榴单斜辉石岩的Mg O、Si O_2、Al_2O_3和Ni等主微量元素成分也与变质的大洋辉长岩类似。对变辉长岩团块及切穿变辉长岩面理的花岗质岩脉进行锆石U-Pb定年,结果显示混杂岩团块形成于2.53–2.52 Ga之间,并经历过新太古代末变质事件改造。花岗质岩脉中锆石结晶年龄为2468±23 Ma,限定该期变质作用主要发生于2.47 Ga之前,即混杂岩就位于2.52–2.47 Ga之间。综上,上营蛇绿混杂岩中的这些岩石团块是太古宙洋壳残留,它们在洋中脊处形成,随后进入俯冲带,在俯冲隧道内与变沉积岩混杂在一起并差异性折返,构成上营MOR型蛇绿混杂岩。岩相学观察表明石榴单斜辉石岩主要由石榴子石(35–40 vol.%)和单斜辉石(50–55 vol.%)组成,并保留了从进变质、峰期到峰期后退变质的多期矿物组合。通过矿物学和变质岩石学分析,限定其峰期矿物组合(石榴子石核部+单斜辉石核部)的变质温压条件为792–890°C/1.98–2.45 GPa,达到榴辉岩相变质级别。此外,石榴单斜辉石岩的岩相学显微结构同样支持UHP-HP的峰期变质条件,如石榴子石表面出溶针状金红石、单斜辉石表面出溶带状石榴子石以及自形钛铁矿中部被富Al榍石分离等现象。综合以上证据,本研究认为上营MOR型蛇绿混杂岩中的变辉长岩和石榴单斜辉石岩代表了俯冲的太古宙洋壳,该洋壳曾深俯冲至至少65–70 km深度并能够发生折返。这也是首例太古宙榴辉岩相变质洋壳的报道,将之前学界公认的榴辉岩相变质作用时间提前400 Ma。结合华北克拉通中部造山带(COB)东缘的一系列新太古代汇聚板块边界典型及判别性地质证据,包括:北部建平-遵化蛇绿混杂岩、中部赞皇杂岩内的构造混杂岩和大型逆冲Adezmapimod MW推覆体-鞘褶皱构造及南部登封杂岩内的俯冲-增生杂岩及双变质带,表明新太古代末期地球已存在大规模的不对称俯冲,俯冲带可长达1600 km,且局部存在洋壳深俯冲。(3)冀东杂岩中遵化-上营构造带内存在两种不同类型的蛇绿混杂岩:西部出露的遵化蛇绿混杂岩主要包含一套成因上相互联系的弧前SSZ型超基性-基性岩石(橄榄岩、豆荚状铬铁矿,辉石岩,变辉长岩,变玄武岩等)组合,记录了新太古代俯冲起始阶段弧前大洋岩石圈扩张的岩石学证据;而东部出露的上营蛇绿混杂岩主要包含N-MORB地球化学特征的变辉长岩和石榴辉石岩团块,代表了形成于洋中脊的大洋岩石圈,后经历俯冲作用AZD6738试剂并发生差异性折返,记录了俯冲隧道中岩块俯冲-折返的地质信息。这种在缝合带中同时保存SSZ型和MOR型蛇绿混杂岩的实例与现代东地中海蛇绿岩带的塞浦路斯、北祁连造山带及中亚造山带等均较为相似。遵化SSZ型蛇绿混杂岩通过增生逆冲构造(仰冲)就位于俯冲带的弧前区域,而东部的上营MOR型蛇绿混杂岩主要以俯冲隧道形式就位于弧前增生楔前端靠近海沟处。遵化和上营蛇绿混杂岩的这种空间配置关系揭示了一个西-北西倾向的太古宙俯冲带,与蛇绿混杂岩内的运动学组构分析一致。这种大地构造相的分布表明遵化-上营构造带是一个新太古代弧前增生楔,同样表明冀东杂岩及华北克拉通在新太古代末期处于汇聚大陆边缘(俯冲带)的构造背景。(4)对遵化及上营蛇绿混杂岩内岩石团块及其他岩石构造单元系统的年代学研究表明,太古宙俯冲带的地球动力学过程,包括洋底扩张、俯冲起始、弧陆碰撞、弧前逆冲推覆、俯冲隧道折返均发生于<80 Myr(百万年)(2.55–2.47 Ga)的时间范围内,这与显生宙俯冲-碰撞带记录的地球动力学过程持续时间可对比。如中生代阿曼(Oman)弧前蛇绿岩记录的俯冲起始时间为105–95 Ma,到蛇绿岩就位、弧陆碰撞(75–70 Ma)这一过程的持续时间为～35 Myr,与遵化SSZ型蛇绿混杂岩记录的相同地球动力学过程(2.55–2.50 Ga)的持续时间可对比。而西阿尔卑斯Piemonte洋的俯冲起始时间为95–85 Ma,而洋盆闭合、N-MORB榴辉岩相变质岩沿俯冲隧道折返的时间通常认为是33 Ma,此持续时间(62–52 Myr)也可类比于上营MOR蛇绿混杂岩揭示的相同地质过程时限(2.55–2.47 Ma)。以上特征均表明新太古代末的板块构造样式及产物与现代并无二致,现代板块构造至少在新太古代末已局部启动。