地史時期最早的一個時代,屬前寒武紀早期。這一時期形成的地(巖)層稱太古宇。按廣義的時間概念來說,它包括自地球形成至距今25億年前為止,持續時間約20億年。目前已測定公認的最古老巖石同位素地質年齡為38億年或略大,在西澳傑克丘陵的變質礫巖中碎屑鋯石年齡可達43億年。太古一詞是1872年美國地質學傢J.D.丹納首先提出的,並用其大致代表北美的前寒武時期。1977年國際地層委員會前寒武紀地層分會第四次會議將太古的上界放在25億年,並稱之為太古宙。1979年,這個個組織的第五次會議曾提出過太古宙三分的意見,其年代界限分別為35億年和29億年。但1983年、1985年和1988年第六、七、八3次會議均認為太古宙的進一步劃分依據尚不夠充分,並定於1991年第九次會議時重新討論太古宙的再劃分問題。第八次會議正式提出瞭前寒武紀劃分的建議,其中包括太古宙的上界為25億年和稱為太古宙的意見,並在1989年和1990年先後為國際地層委員會和國際地科聯執行局所通過。

  1979年,中國第二屆全國地層會議提出的中國地層指南仍稱太古代;而1989年底全國地層委員會晚前寒武紀專業組開會的紀要中,已明確建議改稱為太古宙,上界放在約25億年。中國有少數年齡大於30億年的古老巖石,其中已知最古老的巖石是產於遷安縣曹莊-黃柏峪附近的斜長角閃巖,其年齡約為35億年,並發現更老的碎屑鋯石,附近以及其他地區還有年齡約29~30億年或稍大的巖石。目前對中國太古宙雖然有三分的趨勢,根據東北、華北等地區的年代資料,上部的年代界限可暫時放在29~30億年,下部界限依據尚不夠,故暫以采用兩分方案為宜(下部稱中、下太古界)。

  地層分佈區的特點 在世界上一些太古宙巖石的分佈范圍內,一般可分為變質較深的麻粒巖-片麻巖區(又稱高級變質區),和以綠巖帶為代表的低級變質區。

  麻粒巖-片麻巖區的變質程度多屬麻粒巖相到高級角閃巖相。主要巖石為含少量黑雲母、角閃石、紫蘇輝石或透輝石等暗色礦物的長英質片麻巖,它們的化學成分相當於花崗閃長巖或雲英閃長巖,對其原巖性質,有屬侵入、火山和火山沉積等成因的爭論。有一部分巖石含有鋁矽酸鹽礦物,大致由泥質-半泥質原巖變質而成;另有一些輝石麻粒巖和角閃巖,其成分大多相當於基性火山巖;淺色長英片麻巖主要相當於酸性火成巖成分;而斜長巖則一般認為屬層狀侵入體。這類地區構造一般復雜,往往有多期構造疊加,並受到一次以上程度不同的混合巖化作用疊加。其典型地區有北大西洋陸核、西伯利亞東部的阿爾丹地盾和非洲南部林波波帶等地。

  綠巖多屬低級角閃巖相到綠片巖相。在不少地方主要由3部分巖層組成,大致下部由超鎂鐵-鎂鐵質熔巖組成,部分或主要為科馬提巖;中部為鈣堿系列的基性到酸性火山巖;上部由沉積的濁積巖以及化學沉積的條帶狀含鐵層和燧石等組成。綠巖帶多為向斜構造,可被花崗巖侵入。典型地區有南非巴伯頓山區和津巴佈韋,此外還有加拿大地盾、西澳大利亞的一些地區和芬蘭東部等地。而印度南部的達瓦系綠巖帶由北向南變質程度遞增,可達麻粒巖相。

  中國太古宙地層主要分佈在北方(見圖)。

東經105°以東,北緯31°~43°之間,基本上為華北地臺基底出露區。太古宙變質巖石,主要由屬於角閃巖相的黑雲斜長片麻巖、角閃斜長片麻巖、黑雲變粒巖和斜長角閃巖等組成。其北帶自寧夏吉蘭泰,經內蒙古烏拉山、河北燕山,東延到遼東和吉林南部,有麻粒巖相巖石(輝石麻粒巖、黑雲輝石斜長片麻巖等)分佈。上述巖石構成太古宙巖石的主體。另外還程度不同地出現一些鎂質大理巖、夕線石片麻巖、雲母片巖、長石石英巖、條帶狀石英磁鐵礦層(條帶狀磁鐵貧礦)、石墨片麻巖和石墨片巖等變質的沉積巖夾層。這些夾層可分別反映不同地區的原始沉積條件和沉積環境的某些差別。上述巖層大都經過一次以上的混合巖化作用和構造變形的疊加。在同一地區內,其區域變質作用,往往表現為變質程度高的地層比變質程度低的地層要老。以上情況表明,華北地臺基底的太古宙巖石分佈區,主要相當於高級變質區,局部如遼東、魯西等地有小范圍的低級變質巖出現。對於太古宙高級變質區巖層能否建立層序和劃分問題,國內外都有不同意見,結合中國的、特別是上述具有層狀巖層出露的地區,許多是可以根據詳細的工作,特別是 地質填圖,進行地層層序的建立和劃分。但有些地區(如泰山等),主要由古老的侵入巖所構成,則難以進行地層劃分。

  在中國東經105°以西的西北地區,出露的古老變質巖層,分佈在北緯35°~45°之間。由於地質工作程度不高,所測得的同位素年齡數據少,許多地段的太古宙巖石和古元古代的巖石尚未劃分,除黑雲斜長片麻巖、角閃斜長片麻巖等外,尚有相當數量的雲母片巖、角閃片巖、大理巖、石英巖等。許多地區還難於截然劃分出上述兩大區帶。

  華北地臺基底北帶太古宙巖層出露較好,其二分的可能地層界線,暫以陰山的集寧群和烏拉山群,燕山的遷西群和八道河群(或灤縣群),遼吉地區的龍崗群和鞍山群(或下鞍山群和上鞍山群)之間的界線為代表(如表),大體反映兩個火山沉積巨旋回。由於太古宙之下尚未建代,現仍稱下、中、上太古界。下、中太古界往往以含有麻粒巖相巖石為代表,上太古界以角閃巖相居多,其他如太行、淮陽、秦嶺北坡等地區,有麻粒巖相巖石零星出露,因而上太古界和中太古界不是以用麻粒巖相和角閃巖相來分界的。近年來,對中國上太古界上限的另一種意見,認為應放在五臺群及其相應地層的頂界或中間。最近的一些巖石年齡資料,證實山西和河北出露的一些古元古代早期的火山巖年齡,均約在25億年(誤差不超過5000萬年),說明華北地臺基底的某些部分上太古界頂界,可能略大於25億年。

  從中國太古宙巖層的原巖建造、火山活動、構造變動及其地球化學特點,結合它的地殼演化歷史等初步分析,中國太古宙巖石的某些特征,不同於北半球的西部和南半球,而與毗鄰的蘇聯大部分地區,有某些類似之處。

  大氣圈、水圈及生命形式 根據一般推測,太古宙原始大氣圈的密度較大,主要由水蒸氣、二氧化碳、硫化氫、氨、甲烷、氯化氫、氟化氫等成分組成。這些氣體成分,可能來源於頻繁的火山活動。總的趨勢是隨著時間的推移二氧化碳減少,這是由於碳酸鹽沉淀時二氧化碳被固定在碳酸鹽沉積物中。原始大氣圈缺少自由氧,氧的出現是由於光化學作用的結果。

  根據各地沉積巖層的相似性,推測當時地球大部分地區為海洋所覆蓋。原始的海洋可能並不深,富含氯化物,但缺乏硫酸鹽,這是由於在水圈中同樣缺乏自由氧。

  隨著時間的推移,大氣圈的透光性增強,為生物光合作用提供瞭有利條件。從化石記錄,太古宙晚期出現大量的菌類和低等的藍藻。如以35億年為早、中太古代之間的界限,則在中太古代已有低等的藍藻和疊層石存在。

  構造運動 太古宙的構造運動目前研究得還不夠清楚,世界范圍內可能有3期主要的構造運動。早期的發現較少,如非洲南部,終止於34億年(或35億年)前,而北美則終止於33~35億年前,在印度則可能為32億年前。中期是相當於非洲中南部的達荷美運動,在美洲、美國、澳大利亞、印度和中國等地均有表現,大約終止於29億年前。晚期相當於在加拿大地盾中表現明顯的肯諾雷運動,大約是在距今27~25億年之間。看來各地太古宙地殼運動的發育情況和時間有一些出入,而且隻有晚期構造運動曾在許多地方找到它的證據。目前一些人主張板塊構造最早發生於古元古代,特別是在北歐和北美取得一些有力的證據,也有一些人認為太古宙時就已有板塊構造運動。

  中國北方太古宙晚期的阜平運動(或稱鐵堡運動),是一次比較明顯的構造運動,可能與肯諾雷運動相當。另外在太行山區,還可見到龍泉關群和阜平群之間的不整合,但隻有局部性的意義。

  礦產 太古宙是一個重要的成礦期,形成的礦產很豐富。主要有鐵、金、鎳、鉻、銅、鋅、稀有元素和一些非金屬礦產等。同其他時代比較,許多礦產居於前列,而鎳、金、銅、鐵等礦產特別引人註目。如蘇必利爾區、非洲南部和澳大利亞西部等地區太古宇中,均蘊藏有豐富的上述礦產。

  中國鞍山、本溪、冀東、呂梁等地大鐵礦,吉南、遼西、冀東、小秦嶺等地的金礦,均產於太古宙巖石中,但至今尚未獲得金礦成礦期為太古宙的證據。

  麻粒巖-片麻巖區的礦產,主要有鐵礦和非金屬礦床,以及少量鉻、鎳礦床等。綠巖帶中礦產尤為豐富,其中鉻、鎳等主要產於下部的超鎂鐵巖流和侵入巖中,金、銀、銅和鋅產在中部的鎂鐵質和長英質火山巖之間,條帶狀鐵建造等則產於上部沉積巖中,而稀有元素等是產於與花崗深成巖相伴的偉晶巖中。

  太古宙的礦床,大部分屬於層控或層狀礦床,小部分與各種侵入巖或偉晶巖有關。

  

參考書目

程裕淇、白瑾、孫大中:中國的下、中前寒武系,《中國地層概論》,地質出版社,北京,1982。

 B.F.Windley,The Evolving Continents,2nd ed.,JohnWiley &Sons,Chichester-New York,1984.

 K.C.Condie,Archean Greenstone Belts,Elsevier,pp.1~434,1981.