龙首山地块的归属问题:来自地壳结构和中—新元古代地层的证据

2011-01-30夏明哲夏昭德卢荣辉姜常义

地球科学与环境学报 2011年2期

夏明哲,夏昭德,卢荣辉,姜常义

(1.长安大学地球科学与资源学院,陕西西安710054;2.长安大学西部矿产资源与地质工程教育部重点实验室,陕西西安710054;3.四川华源矿业勘查开发有限责任公司,四川成都610072)

0 引言

龙首山地块位于中国西北部的甘肃省中部,该地块以产出超大型金川镍铜岩浆硫化物矿床而闻名。前人对该区的地质背景做了大量研究,汤中立等依据地层方面的资料,认为龙首山地块在中—新元古宙期间与华北克拉通连为一体[1-3]。Li等依据金川岩体中斜锆石U-Pb年龄((812±26)Ma),认为该岩体的形成与大约825 Ma的华南地幔柱有关,显示了与扬子克拉通的构造亲合性[4]。由此引发的问题是:龙首山地块到底是归属于扬子克拉通,还是归属于华北克拉通?笔者拟从地壳结构和地层对比的角度,论证龙首山地块的归属问题。

1 地质概况

龙首山地块的平面形态为长条状,呈北西西—南东东方向展布(图1),其北部和东部以断层为界与阿拉善地块相邻,后者属华北克拉通西端;西部以断层为界与塔里木克拉通相邻,南部以龙首山断裂为界与北祁连早古生代褶皱带相邻。

2 扬子克拉通地壳结构与中—新元古代地层

扬子克拉通包括云南省大部、贵州省大部、四川中东部、湖北西部及武汉以东之长江沿岸地区。扬子克拉通具有3层地壳结构:最下部为结晶基底,由太古界(大于2.5 Ga)和古元古界(2.5～1.8 Ga)组成[5],普遍经历了以角闪岩相为主的区域变质作用;长城系(1.8～1.4 Ga)、蓟县系(1.4～1.0 Ga)和青白口系(1.0～0.8 Ga)构成褶皱基底;南华系(0.8～0.635 Ga)、震旦系(0.635～0.543 Ga)为盖层沉积[6]。属长城系—蓟县系的浅变质地层在湖北省、贵州省、四川省、云南省分别被称为神农架群、梵净山群、会理群、昆阳群等10个岩群[7-10],其中以神农架群的研究最详细。下神农架亚群属长城系,以碳酸盐岩为主,夹板岩、凝灰岩,厚度达2 200 m。蓟县系下部为中神农架亚群,由碳酸盐岩、硅质岩和砂泥质岩石组成;厚度近3 000 m,富含叠层石和微古植物。蓟县系上部为上神农架亚群,由含硅质碳质粉砂岩、铁矿层和白云岩组成(图2a)[11]。

图1 区域地质构造Fig.1 Regional G eological Structure

上述浅变质岩群均与下伏的古元古代—太古代中深变质岩系呈明显的角度不整合接触。各浅变质岩群的原岩建造均属槽型沉积,并经历了低绿片岩相区域变质作用,地层紧闭褶皱,面理置换强烈,地层层理消失殆尽。上述浅变质岩群岩石的主要特征变质矿物为绢云母和绿泥石,变质级属低绿片岩相。个别地段出现白云母、黑云母、石榴石、钠长石、阳起石等变质矿物,变质级可达高绿片岩相,如会理群河口组、云南省会泽县的昆阳群等(图2a)。

青白口系在扬子克拉通的分布不如长城系、蓟县系广泛,在湖北省、贵州省和四川省分别称为马槽园群、下江群/丹洲群/板溪群、板溪群。青白口系与蓟县系为角度不整合接触。其中,马槽园群由碳酸盐质砾岩及砂岩组成,夹少量板岩,厚度约4 000 m,不整合于神龙架群之上,被震旦系不整合覆盖,该群全岩Rb-Sr年龄为993.6 Ma[7]。《四川省区域地质志》明确指出板溪群属于基底的理由:板溪群普遍经历了区域变质作用,与上覆的溶溪冰碛层、大塘坡组、南沱冰碛层等未变质沉积岩有明显差别;构造线方向不一致,川东南一带板溪群为北东向,而盖层为北北东向[9]。《贵州省区域地质志》也指出板溪群与之上的震旦系下统(震旦系解体后应属南华系)两界河组为不整合关系[8]。

图2 华北克拉通、扬子克拉通及龙首山地块地层柱状图Fig.2 Histograms of North China Craton,Yangtze Craton and Longshoushan Terrane Strata

南华系、震旦系以鄂西北的峡东剖面最具代表性。南华系与下伏青白口系、蓟县系等呈高角度不整合。南华系下部为长石石英砂岩、凝灰质砂岩及凝灰岩,南华系上部为冰碛层。震旦系下部以泥质岩为主,夹碳酸盐岩,上部以白云岩为主夹硅质岩。南华系与震旦系均未经历区域变质作用(图2a)。

3 华北克拉通地壳结构与中—新元古代地层

华北克拉通地壳具有双层结构:结晶基底和沉积盖层。其中早—中太古代迁西群,晚太古代阜平群、单塔子群、五台群及双子山群,古元古代朱杖子群、甘陶河群及东焦群,构成了结晶基底,这些地层普遍经历了角闪岩相-麻粒岩相的区域变质作用;长城系及其以上地层属盖层沉积,没有或仅有埋藏变质作用。

华北克拉通的长城系、蓟县系和青白口系以蓟县剖面为代表,长城系以明显的角度不整合覆于结晶基底迁西群之上,总厚度2 266 m[12]。长城系下部和中部以碎屑岩、黏土岩为主,上部以碳酸盐岩为主。长城系上统分为大红峪组和高于庄组,厚2 004 m。大红峪组以碎屑岩为主,夹碳酸盐岩,高于庄组以碳酸盐岩为主。蓟县系与长城系为整合接触,总厚4 507 m,主要由碳酸盐岩组成。青白口系与蓟县系为平行不整合接触,厚度为398 m,主要由碎屑岩、黏土岩和薄层灰岩组成(图2b)[14]。上述3个系的地层被认为是台型沉积,层理保存完整。长城系和蓟县系有一定程度的埋藏变质,主要表现为石英砂岩变为石英岩或石英岩状砂岩。

华北克拉通普遍缺失南华系和震旦系大部分地层,仅有震旦系上部地层在克拉通边缘零星分布。其中,在克拉通南缘河南—陕西地区的震旦系称罗圈组[15],在贺兰山地区称正目关组[16]。罗圈组、正目关组的上岩段由陆源碎屑岩组成,下岩段为冰碛砾岩。其与上覆下寒武统呈平行不整合接触,并总是与下寒武统中的含磷层相伴出现;与下伏地层呈平行不整合或角度不整合接触。罗圈组之上东坡组海绿石Rb-Sr等时线年龄为503 Ma,碳质页岩Rb-Sr等时线年龄为(527±23)Ma,下伏董家组海绿石砂岩 K-Ar年龄为(669±4)Ma,Rb-Sr表面年龄727 Ma,所以罗圈组的年龄为620～600 Ma[16-18],时代上属震旦纪。鉴于罗圈组分布区的下伏结晶基底与华北克拉通主体部分并无深大断裂相分割,所以该组地层应代表华北克拉通南缘的沉积建造,没有证据显示这套地层属于外来地体。

4 龙首山地块地壳结构与中—新元古代地层

龙首山地块具有双层结构:龙首山群形成于中太古代—古元古代,普遍经历了角闪岩相区域变质作用,构成陆块结晶基底[1];蓟县系、震旦系属盖层沉积。

龙首山群岩性主要为一套条带状、眼球状混合岩夹斜长角闪岩、花岗质片麻岩、黑云斜长片麻岩等,而大理岩、石英岩、片岩、变粒岩类呈包体(透镜体)产于其中,上部有变质流纹英安岩及结晶灰岩;它的原岩底部为中基性火山岩、海相陆源碎屑岩-富镁碳酸盐岩建造,中部为海相碳酸盐岩-类复理石建造,上部则属海相火山沉积岩-陆源碎屑岩建造[1]。

龙首山地块缺失长城系、青白口系和南华系。龙首山地块的蓟县系称墩子沟群,根据岩性分为3个亚群,总厚度大于1 403 m。上亚群为灰绿色粉砂质千枚岩及条带状结晶灰岩;中亚群主要为硅质灰岩,底部含叠层石;下亚群为变质长石石英砂岩及变质砾岩。墩子沟群与上覆震旦系和下伏龙首山群均呈角度不整合接触(图2c)[13]。该群经历了埋藏变质作用,粉砂岩具千枚状构造,砂岩有一定程度的重结晶,地层层理保存完整。

龙首山地块的震旦系仅有震旦系顶部的烧火筒沟组,它与上覆下寒武统呈平行不整合接触,与下伏墩子沟群呈不整合接触[13,19]。烧火筒沟组中上部为含砾千枚岩与粉砂质千枚岩,下部为冰碛砾岩。在含砾绢云石英千枚岩中可见到巨大漂砾、砾石表面有冰川擦痕。冰碛砾岩成分十分复杂,大小悬殊,砾径一般1～4 cm,形态多样,常见棱角状,混杂无序,不显层理,钙质胶结,杂基支撑,有的角砾具刨蚀痕迹。代表性剖面如下。

上覆地层

上寒武统

平行不整合

烧火筒沟组总厚度472.3～511.4 m

10.砾岩 0.3～5.4 m

9.含碳石英千枚岩 3.0～5.0 m

8.石英千枚岩 10.0～20.0 m

7.绢云石英千枚岩 120.0 m

6.含碳绢云千枚岩 5.0 m

5.白云岩 1.0 m

4、3.冰碛含砾绢云千枚岩 56～78 m

2.绿泥绢云千枚岩 203.0 m

1.冰碛砾岩 74.0 m

平行不整合

下伏地层

墩子沟群

5 讨论

扬子克拉通与华北克拉通在地壳结构与中—新元古代地层属性方面存在显著差异。

(1)扬子克拉通的地壳结构表现为结晶基底-褶皱基底-沉积盖层的3层结构,而华北克拉通为结晶基底-沉积盖层双层结构。

(2)扬子克拉通的长城系、蓟县系和青白口系属槽型沉积,普遍经历了低绿片岩相区域变质改造,构成褶皱基底,而华北克拉通的这3个系属台型沉积,仅在中、下部有埋藏变质,构成沉积盖层。

(3)扬子克拉通存在从南华系底部至震旦系顶部的连续沉积剖面,而华北克拉通仅在其南缘和西缘存在震旦系顶部的沉积层。

(4)扬子克拉通的冰碛层存在于南华系上部南沱组内,而华北克拉通的冰碛层出现于震旦系顶部,并且总与寒武系底部的含磷层相伴出现[6,20-21]。据此,笔者认为龙首山地块应该归属于华北克拉通,而不应归属于扬子克拉通。

6 结语

龙首山地块具有双层地壳结构,蓟县系墩子沟群属盖层沉积并且没有经历区域变质作用,缺失南华系和震旦系大部分地层,冰碛层出现于震旦系顶部;此外,无论是从地层层序、沉积层组合,还是从其与寒武系含磷层相伴出现等方面而论,烧火筒沟组可以与罗圈组、正目关组对比,这3个组是形成于同一环境的同一套地层。所以,无论是从地壳结构还是从中—新元古代地层属性等方面来看,龙首山地块都应该属于华北克拉通。

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