华北板块东部中新元古代—古生代经历了加里东期以及海西-印支期等区域性构造演化旋回阶段,盆地类型由裂谷盆地向克拉通盆地演化,古地理环境完成了由陆表海—海陆过渡—陆相的演化过程,同时盆地的沉积充填演化伴随着板块边缘大洋开合旋回以及板块俯冲碰撞造山作用。由此可见华北东部中新元古代—古生代沉积盆地与板缘构造带之间是在时空发展和形成机制上密切相关的统一整体,是研究造山带与沉积盆地耦合关系的良好场所。本次研究综合运用岩石学、沉积学、构造地质学及地球化学等研究理论与方法,以恢复物源区母岩组合、构造环境及重建沉积区古地理格局为研究内容,通过恢复盆山系统间物质迁移过程,建立盆地各沉积充填阶段与造山带构造演化之间的联系,探讨华北板块东部中新元古代—古生代盆山耦合关系、揭示构造-古地理演化规律。主要研究内容及成果如下:通过对野外地质剖面、砂岩骨架颗粒及其主量、微量元素地球化学特征的研究,分析了燕辽裂陷槽中—新元古代沉积充填序列的发育特征,明确了碎屑物质来源、母岩岩石组合及物源区构造环境。研究表明长城纪早期发育具典型裂陷槽性质的河流—无障壁碎屑海岸—混积潮坪沉积充填序列,其中常州沟组物源来自被动大陆边缘环境下克拉通内部及少量的石英再旋回造山带,母岩为五台古陆及密云—怀柔隆起之上的壳源花岗岩;串岭沟组—大红峪组源岩在裂谷发育后期受强烈火山作用导致岩浆岩混入。随着大陆板块进一步伸展以及洋壳的出现,燕辽裂陷槽逐渐关闭,华北北缘向被动大陆边缘转化,此时海水向华北内部大规模侵入,长城纪晚期高于庄组—蓟县纪晚期铁岭组沉积期发育伸展环境下陆表海碳酸盐岩潮坪沉积体系。此后芹峪运动导致华北板块北缘由被动大陆边缘向活动大陆边缘演化,青白口纪早期下马岭组发育弧后伸展盆地环境下潟湖湘泥岩沉积。青白口纪中晚期华北板块北缘再次进入伸展沉降阶段,龙山组—景儿峪组普遍发育被动大陆边缘环境下无障壁碎屑海岸沉积体系及陆表海碳酸盐岩潮坪沉积体系,碎屑物质来自华北板块前寒武纪变质结晶基底。通过对野外地质剖面、测录井资料以及碳、氧、锶等稳定同位素和主量、微量元素测试数据的分析,揭示了研究区早古生代陆表海盆地的沉积演化特征,研究表明华北板块东部寒武纪—中奥陶世沉积演化受板块构造作用及海平面变化双重控制,经历了3期各具不同特点的陆表海沉积环境。早—中寒武世华北板块进入伸展沉降阶段,盆地基底形态“南深北浅、西高东低、中部隆起”,该背景下海水沿研究区北部燕辽地区及南缘豫淮地区向克拉通腹地侵入,西北古陆范围逐渐减小,古地理环境以海平面上升造成的海岸上超为特点,发育环陆型混积潮坪陆表海盆地,砂岩地球化学特征表明物源为华北克拉通内部上地壳长英质物质。晚寒武世—早奥陶世华北板块受南、北两侧造山带构造作用影响进入挤压抬升阶段,盆地基底逐渐趋于平坦,研究区进入开阔型缓坡过渡陆表海沉积阶段。其中晚寒武世研究区陆表海盆地受赤道低纬度飓风作用控制,海平面持续上升,形成以风暴及生物丘沉积为特点的碳酸盐岩建造;早奥陶世相对海平面下降,碳酸盐岩潮坪由西南部地区向东逐渐代替缓坡沉积环境。中奥陶世华北板块南北向持续挤压抬升以及高频动荡的海平面变化导致研究区古地理格局发生重大改变,该时期盆地基底形态“南浅北深、中部坳陷”,这种局限型陆表海盆地以发育潮坪沉积体系为特点。通过对野外地质剖面、测录井资料、砂岩骨架颗粒及其主量、微量元素地球化学特征的分析,恢复了华北东部晚古生代盆山系统间物质迁移过程,建立了盆地沉积充填演化与板缘造山带构造作用之间的耦合关系。研究表明晚石炭世早期华北北缘受古亚洲洋初始俯冲作用影响,该时期构造活动微弱,物源区具活动大陆边缘再旋回造山带性质,母岩为内蒙古隆起之上先期沉积盖层及少量晚古生代岩浆岩。受来自华北南缘秦岭残余海盆海侵影响,发育陆表海环境下台地-堡岛复合沉积体系。晚石炭世末期—早二叠世受华北北缘陆缘弧形成及洋-陆俯冲作用的加剧,同时伴随有多期海底火山喷发事件,北部物源区隆升幅度增大,构造活动逐渐加剧,盆地沉降幅度加大,造成物源区与盆地沉积区古地势高差明显,陆源碎屑物质供给强烈,迫使海岸线向东南方向迁移,陆表海沉积范围逐渐缩小,该背景下山西组发育一套浅水三角洲相含煤过渡型碎屑岩沉积建造,碎屑颗粒中再旋回石英组分含量增大,并逐渐出现岩浆岩型、花岗岩型多晶石英颗粒及中基性岩屑,物源区具活动大陆边缘再旋回造山带及碰撞造山带性质,母岩岩石组合为先期沉积岩、中酸性火山岩及具岛弧性质的岩浆岩。盆内发育的多期三角洲前缘—平原旋回序列反映了物源区多次快速隆升—稳定隆升剥蚀的过程。中晚二叠世随着盆地海侵范围的逐渐萎缩,研究区形成了以3条自北向南搬运的河流沉积体系为特征的古地理格局,发育一套紫红色硅质碎屑岩沉积建造。该时期沉积地层厚度远大于晚石炭世—早二叠世的海相沉积地层,证明了该时期盆地的大幅沉降和快速沉积充填,以及华北北缘已进入板块强烈碰撞、全面造山的构造演化阶段,物源区强烈隆升并发生深度剥蚀,向盆地内提供大量的碎屑物质,先期沉积盖层、晚古生代岛弧岩浆岩及变质结晶基底均是该时期的源岩。