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)。
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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。
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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.