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内蒙古莫力达瓦旗哈达阳构造混杂岩地质特征及发现的意义

2015-04-21付俊那福超张广宇刘英才

地质与资源 2015年5期
关键词:石炭世岛弧岩块

付俊 ,汪 岩,那福超,杨 帆,张广宇,刘英才,康 庄

中国地质调查局沈阳地质调查中心(沈阳地质矿产研究所),辽宁沈阳110034

内蒙古莫力达瓦旗哈达阳构造混杂岩地质特征及发现的意义

付俊 ,汪 岩,那福超,杨 帆,张广宇,刘英才,康 庄

中国地质调查局沈阳地质调查中心(沈阳地质矿产研究所),辽宁沈阳110034

哈达阳构造混杂岩出露于嫩江黑河构造带之中.根据区域地质背景及构造混杂岩中岩块地质及地球化学特征,划分了基质、原地岩块及异地岩块3部分.基质主要为绿帘黑云绿泥构造片岩.原地岩块主要有绿帘黑云绿泥构造片岩及可能来自海沟外缘缓坡的砾岩.异地岩块主要有角闪石岩、混染闪长岩及变酸性火山岩.角闪石岩及混染闪长岩岩石地球化学特征表明,其形成于与消减作用相关的边缘海扩张环境,而变酸性火山岩具有岛弧钙碱性火山岩特征.上述特征说明,哈达阳构造混杂岩与板块俯冲消减-碰撞作用相关.沿红山梁、哈达阳直达依克特一带出露的古生代地层彼此之间均为断块接触,认为在该沿线存在一条早石炭世末的构造混杂岩带.哈达阳构造混杂岩的发现为正确认识嫩江黑河构造带性质,正确分析构造带结构都具有重要意义.

哈达阳;构造混杂岩;早石炭世末;内蒙古

研究区位于嫩江-黑河构造带中,地理位置为内蒙古自治区东部莫力达瓦旗哈达阳镇西.2013年在“嫩江-黑河地区晚古生代拼合构造带研究”项目工作中发现该处构造混杂岩.

嫩江-黑河构造带位于黑龙省西北部的嫩江至黑河一带,总体呈北东向展布,出露变质程度较深,变形强烈的“新开岭群”[1]或被称为“科洛杂岩”[2]、“新开岭-科洛杂岩”[3],长期以来一直受到业内专家的重视.该构造带有的认为是贺根山-扎兰屯构造带东延部分,为松嫩地块与兴安地块的拼合带❶❶付俊 ,等.大兴安岭成矿带北段基础地质综合研究成果报告.2012.;有的认为是早中生代的拼合构造带[3],还有的认为是中晚侏罗世伸展构造带的变质核杂岩[2,4].构造带内构造形迹多样,构造样式复杂,加上中生代深成侵入岩的破坏及嫩江-八里罕断裂带的叠加改造,因而对构造带的性质的认识一直存在分歧.本次研究在嫩江西岸的哈达阳一带发现构造混杂岩,无疑对正确认识该构造带的发展演化历史具有重要意义.

1 区域地质背景

嫩江-黑河构造带总体呈北东向,自嫩江往北东延展到新开岭一带.根据“嫩江-黑河地区晚古生代拼合构造带研究”项目野外调研,结合区域调查资料❷❷黑龙江区调所.1∶25万嫩江县幅区调修测野外验收简报.2012.❸❸黑龙江省1∶25万卧都河幅、黑河市幅区调报告.2007.,自北西往南东,依次可划分奥陶纪—泥盆纪岛弧、早石炭世弧后盆地、早石炭世复合岛弧、早石炭世俯冲增生楔、早二叠世裂陷带.构造带中主体变形强的地带包括早石炭世复合岛弧及早石炭世俯冲增生楔,其西界大致在红彦-喜鹊河-依克特一线,东界大致在沐河屯-四合屯-北师河一线.

奥陶纪—泥盆纪岛弧,主要发育有奥陶纪海相中基性火山岩夹碎屑岩建造、志留纪陆源碎屑岩夹碳酸盐岩建造,泥盆纪下部为海相中基性火山岩夹碎屑岩,上部为海陆交互相碎屑沉积岩.早石炭世为陆相河湖相碎屑沉积岩.早石炭世弧后盆地主要出露早石炭世莫尔根河组(C1m)海相中基、中酸性火山岩-碎屑岩沉积建造,发现存在细碧岩.早石炭世复合岛弧,大面积出露早石炭世莫尔根河组中酸、酸性火山岩夹碎屑岩沉积建造,还出露有早期奥陶纪-泥盆纪岛弧型火山沉积建造,伴有奥陶纪闪长岩.大面积出露晚石炭世花岗闪长岩、二长花岗岩及正长花岗岩,并发育二叠纪碱长花岗岩.早石炭世俯冲增生楔,以大面积出露早石炭世科洛杂岩❷❷黑龙江区调所.1∶25万嫩江县幅区调修测野外验收简报.2012.❹❹黑龙江1∶5万嫩北农场等四幅区调项目野外验收简报.2012.[2-3]为特征,岩石变质较深,变形强烈.早二叠世裂陷带,以发育早二叠世大石寨组(P1d)中酸性火山岩夹碎屑岩、中二叠世哲斯组(P2z)碎屑岩夹碳酸盐岩为特征,还出露晚二叠世林西组(P3ln)陆相河湖相碎屑沉积岩、二叠纪正长花岗岩、碱长花岗岩及碱性花岗岩[5],也发育有晚石炭世花岗闪长岩、二长花岗岩和正长花岗岩.

构造带内以早石炭世增生楔为中轴,往两侧变形变质有逐渐变弱趋势.构造混杂岩出露于早石炭世复合岛弧与增生楔接合部位,嫩江西岸的哈达阳镇附近(图1).

2 研究区地质概况

研究区出露的古生代地层主要有早石炭世莫尔根河组(C1m),少量早泥盆世霍龙门组(D1hl);侵入岩有晚石炭世花岗闪长岩、二长花岗岩及正长花岗岩,少量早二叠世碱长花岗岩.早泥盆世霍龙门组,

岩性主要有板岩、含砾粗砂岩、粉砂岩、石英砾岩、岩屑石英砂岩等,为一套碎屑岩沉积组合,其与莫尔根河组均为断层接触,强变形处发育有二云母构造片岩.莫尔根河组(C1m)岩性组合主要为一套弱变质的酸性火山岩,岩性主要有片理化或糜棱岩化流纹岩、片理化含石榴石变酸性火山岩、糜棱岩化含钠质闪石流纹岩、片理化流纹质晶屑凝灰岩等,被晚石炭世花岗岩侵入.中生代火山岩及新生代碎屑沉积岩发育,强烈覆盖古生代地质体.新发现的构造混杂岩位于哈达阳镇西,其西侧被晚石炭世正长花岗岩侵入,边缘发育绿帘石夕卡岩.东南侧与晚石炭世二长花岗岩断层接触,北东侧被早白垩世甘河组基性火山岩不整合覆盖.

3 构造混杂岩地质特征

构造混杂岩出露处,为一巨大的采石场,混杂岩出露长约300 m,宽约100 m.出露的岩性主要有4类:构造片岩类、镁铁—超镁铁质岩类、变酸性火成岩类及砂砾岩类.

构造片岩类主要岩性有灰绿色绿帘绿泥黑云母构造片岩,深灰色绿帘黑云绿泥构造片岩,灰黑色绿泥绿帘黑云钾长片麻岩,浅黄色、青灰色、灰白色绿帘二云构造片岩,浅肉色绿帘白云片岩,灰黑色黑云二长变粒岩.前二者主要为构成混杂岩的基质岩石,分布于岩块之间或包裹岩块,强烈变形,发育片理,或呈楔形(图2),或由于岩块之间挤压呈窝旋状(图3)、不规则状.其余岩性均为其中的岩块.

镁铁—超镁铁质岩类,岩性有灰绿色纤闪石化绿泥石化橄榄辉石角闪石岩、蛇纹石化阳起石化角闪石岩、滑石化纤闪石化绿泥石化角闪石岩、混染闪长岩.岩石均呈岩块状分布于基质岩石绿帘绿泥黑云母构造片岩或绿帘黑云绿泥构造片岩中,呈不规则状(图4)或长透镜状,或与其他岩块一起,彼此呈断层接触(图5).由于强烈挤压岩块边部形“镜面”,岩石中原生矿物橄榄石、角闪石及辉石多退变质形成纤闪石、滑石、阳起石等.

图1 研究区地质略图Fig.1 Geologic sketch map of the study area1—中新生界(Meso-Cenozoic erathem);2—下石炭统莫尔根河组(Lower Carboniferous Moergenhe fm.);3—下泥盆统霍龙门组(Lower Devonian Huolongmen fm.);4—早侏罗世闪长岩(Early Jurassic diorite);5—早二叠世碱长花岗岩(Early Permian alkali-feldspar granite);6—晚石炭世正长花岗岩(Late Carboniferous syenogranite);7—晚石炭世二长花岗岩(Late Carboniferous monzogranite);8—晚石炭世花岗闪长岩(Late Carboniferous granodiorite);9—构造混杂岩(tectonic melange);10—蓝片岩(blueschist)

变酸性火成岩类,岩性主要有白色变流纹质晶屑熔岩、灰黑色变酸性火山岩、灰黑色碎裂细粒二长花岗岩、烟灰色变流纹质晶屑凝灰岩、弱片麻状碎裂花岗斑岩.也呈不规则岩块或透镜状岩块分布于基质岩石中,或与其他岩块一起,彼此间断层接触呈镶嵌状(图2~5).

砾岩类,见浅黄褐色砾岩.与角闪石岩、花岗岩岩块均为断层接触,共同被基质岩石绿帘黑云绿泥片岩包裹(图4)成为其中的岩块.岩石中砾石含量80%左右,砾石成分主要为绿泥绿帘片岩,少量强硅化绿帘石化蚀变岩、灰岩、角闪石岩等.砾石呈圆状、次圆状、次棱角状,大小2~150 mm不等,分选差.填隙物为细碎长石、石英、绿帘石,少量方解石、细小岩屑,其中见有隐晶褐铁质成分呈网脉状.

图2 变酸性火山岩岩块与花岗岩岩块之间绿帘绿泥片岩基质呈楔形Fig.2 Epidote-chlorite schist matrix showing a wedge shape between meta-acidic volcanic rock block and granite block

图4 砾岩与其他岩块在基质岩石中的产状Fig.4 The occurrence of conglomerate and other rock blocks in matrix

图5 变酸性火山岩与角闪石岩岩块Fig.5 Meta-acidic volcanic rock block and hornblendite rock block

根据区域地质背景及露头岩石特征观测,构造混杂岩中基质为灰绿色、深灰色绿帘绿泥黑云构造片岩及绿帘黑云绿泥构造片岩.原地岩块主要有:浅黄褐色砾岩、绿帘绿泥黑云构造片岩及绿帘黑云绿泥构造片岩.异地岩块主要有:角闪石岩类、蚀变闪长岩、二长花岗岩、碎裂花岗斑岩、变质酸性火山岩类、绿帘二云构造片岩、含绿帘黑云斜长片岩、肉红色绿帘白云片岩.

4 分析讨论

构造混杂岩主要分布在古缝合带、结合带、大型推覆带、走滑带中[6],是在构造作用下不同时代、不同成因的外来岩块、原地岩块和基质相互构造堆叠而成的岩石总和❶❶李春昱,等.板块构造讲稿.1982..研究区出露的构造混杂岩,出现的岩块主要有变酸性火山岩、绿帘二云构造片岩、绿帘黑云绿泥构造片岩、角闪石岩、蚀变闪长岩、二长花岗岩、砾岩.这些岩块或相互构造堆叠,或呈透镜状分布于作为基质岩石的绿帘黑云绿泥构造片岩之中.

4.1 岩块成因

岩石地球化学特征研究(另文发表)表明,超镁铁质岩具有低K2O(0.04%~0.12%)、TiO2(0.65%~0.97%)、P2O5(0.12%~0.16%),高Na2O/K2O比值(2.6~6.7)特征.稀土总量低(40×10-6~60×10-6),具有弱的铕正异常.微量元素蛛网图显示明显亏损K、Ba、Cr,微弱亏损Zr、Nb、Ta,而Th、Rb明显富集,Ce、Hf略显正异常.K2O、P2O5含量与洋中脊拉斑玄武岩近似,而TiO2含量特征却与岛弧拉斑玄武岩近似.Cr,Zr、Nb、Ta的亏损,被认为是岛弧火山岩的重要特征[7].Th、Ce的富集是岛弧钙碱性火山岩的特征.Ba的亏损却与洋脊拉斑玄武岩相似,而不同于富含钡的岛弧拉斑玄武岩[8].

镁铁质岩,SiO2含量为47%左右,全碱含量3.4%,也具有富钠特征,Na2O/K2O介于 6.5~6.7,K2O含量0.45%,TiO21.3%~1.56%.稀土总量为78×10-6~97×10-6;LR/HR介于3.6~4.4,分馏程度低.铕具有微弱的正异常,可能反映存在堆晶作用,配分曲线特征与超镁铁岩类似,微量元素蛛网图与超镁铁岩基本相同,反映二者密切的亲缘性.

上述超镁铁质岩及镁铁质岩的总体特征,反映其形成于与俯冲消减作用有关的边缘海扩张环境.

变酸性火山岩的SiO2含量介于72.4%~76.8%,而片岩类SiO2含量介于57%~65%,全碱含量介于6%~8.5%.变酸性火山岩以富钠为特征,Na2O/K2O介于10.43~12.62.片岩中钠钾含量近等,钠含量略高.稀土总量介于147×10-6~203×10-6,LR/HR介于7.5~13.7,δEu=0.48~0.88,显示弱的负异常,稀土配分曲线,轻稀土缓倾斜,重稀土平坦.微量元素以洋脊花岗岩标准化,显示富集大离子亲石元素Rb、Ba、Th,亏损高场元素Nb、Ta、Hf、Zr.高场强元素相对于相邻大离子亲石元素的明显亏损,被认为是岛弧火山岩的最本质的标志[9].岩石地球化学特征总体反映变酸性火山岩及构造片岩为形成于岛弧环境的钙碱性火山岩.

砾岩岩块中砾石成分主要有绿泥绿帘片岩,少量强硅化绿帘石化蚀变岩、灰岩、角闪石岩等,反映沉积物源主要来源于岛弧区,其可能形成于海沟外缘岛弧缓坡区域.

由此可知,研究区混杂岩中镁铁质—超镁铁质岩、火山岩、构造片岩、砾岩岩块为不同环境、不同成因的岩块,他们彼此断层接触堆叠在一起,岩块之间强烈挤压变形,应是构造混杂岩.

4.2 构造混杂岩空间分布

区域上在早石炭世复合岛弧带,包括本研究区发现的构造混杂岩在内,北东方向沿红山梁、联兴屯到依克特一带除出露早石炭世莫尔根河组外,还出露有中奥陶统、上奥陶统、下泥盆统、中泥盆统、早石炭世科洛杂岩,这些地质体间均为断层接触.在哈达阳附近,出露下泥盆统霍龙门组二云构造片岩、变粉砂岩、千枚状板岩及少量砂砾岩,出露宽几百至1000 m,其与围岩莫尔根河组断层接触.在依克特地区出露的奥陶系、泥盆系及早石炭世科洛杂岩,岩层产状紊乱,岩块大小多在几百至几千米,彼此断块接触或以韧性变形带接触.在没有发现本次研究的构造混杂岩之前,对这些地质体产状紊乱,彼此之间构造接触的现象没有明确的认识.构造混杂岩带,岩块大小不等,可以从几厘米至几十千米[10-11].根据本次研究的构造混杂岩的发现,结合在红山梁地区早石炭世莫尔根河组变酸性火山岩中发现蓝闪石[12],可以认为,沿红山梁、哈达阳再往北东直达依克特一带,存在板块消减作用形成的构造混杂岩带,依克特地区出露的奥陶纪、泥盆纪及早石炭世断块,应该是构造堆叠作用的岩块,是构造混杂岩带的一部分.

4.3 构造混杂岩形成时代讨论

构造混杂岩带发育于板块结合带,与板块俯冲消减作用相关[13-14].构造混杂岩中包括了基质、原地岩块及外来岩块,混杂岩形成时代应该由基质岩石形成时代确定,也可以用与构造混杂岩有成因联系的岛弧岩浆岩形成时代限定.本次研究,采用锆石U-Pb(La-ICP-MS)测年方法,在作为外来岩块的闪长岩、绿泥石化纤闪石化角闪石岩中分别获得 363.4±1.2 Ma、366.2±1.4 Ma年龄数据(另文发表),说明构造混杂岩形成时代应在晚泥盆世之后.研究区构造混杂岩与围岩晚石炭世二长花岗岩由于中新生界覆盖未见直接接触界线,但在二者接触带,在混杂岩基质岩石中发育夕卡岩化,可能与晚石炭世二长花岗岩侵入热液交代作用有关,若如此,混杂岩应形成于晚石炭世之前.另外,混杂岩的基质岩石主要为绿帘黑云绿泥构造片岩,其岩石宏观面貌与邻近出露的“科洛杂岩”类似.苗来成[3]等对构造带内科洛杂岩的年代学进行了研究,在科洛杂岩(黑云斜长片麻岩)中获得337±7 Ma年龄,其时代相当于早石炭世末.研究区西南红山梁-柳屯一带出露的中酸性火山岩为岛弧型火山建造❶❶黑龙江区调所.1∶25万嫩江县幅区调修测野外验收简报.2012.,其年龄为353.8±2.4 Ma[15],时代相当于早石炭世早期,应与板块消减作用有关.结合区域上大面积出露反映挤压构造背景的晚石炭世花岗闪长岩-二长花岗岩-正长花岗岩组合,而至早—中二叠世发育大面积反映伸展构造背景的碱长花岗岩及碱性花岗岩[5].综合上述资料,认为构造混杂岩的形成时代应在早石炭世末.

5 地质意义

板块俯冲带及陆-陆碰撞带普遍发育蛇绿混杂堆积或构造混杂岩,其与高压变质带一起共同作为板块缝合带存在的重要标志.以往地调科研项目在嫩江-新开岭一带做了大量的工作,研究者从各自研究专业角度进行了相关研究,取得许多重要进展及认识.但是,大型构造带,尤其是板块接合带,往往活动时期长,后期构造叠加改造作用强烈,全面正确认识构造带的性质,需要对各专业领域研究结论进行综合分析.

早在20世纪60年代,地质专家们就发现在嫩江-黑河地区存在一条构造界线,认为其向东延入俄罗斯境内,并与诺腊-苏霍金带相连,构成“图兰-松嫩地块”与兴安褶皱带的界线[16].20世纪90年代1∶20万区调,发现在红山梁一带晚古生代地层中存在蓝闪石❶❶黑龙江省地质矿产局.中华人民共和国1∶200000区域地质调查报告嫩江县幅(M-51-ⅩⅩⅩ).1990.,但认为其形成与板块拼合没有直接关系[12],尽管也发现沿该构造带出露的泥盆纪地质体与早石炭世地质体多为断块状接触,但对构造带性质没有明确的认识.近年结束的1∶25万嫩江县幅区调,研究了出露于红山梁等地的早石炭世火山碎屑建造,认为其是一套与俯冲作用有关的岛弧钙碱性火山岩,蓝闪石的出现也与板块斜向俯冲作用有关.本次研究,在哈达阳一带发现构造混杂堆积,混杂岩中的镁铁—超镁铁质岩块的岩石地球化学特征显示与消减带型蛇绿岩类似,而其中的变酸性火山岩显示为岛弧型火山岩.结合邻近区域前人发现存在蓝闪石及古生代地质体多呈断块状接触的地质事实,笔者确认沿红山梁、哈达阳至依克特一带存在一条巨型构造混杂岩带,构造混杂岩的形成与板块消减俯冲及最终碰撞缝合有关.构造混杂岩的发现,为进一步研究整个嫩江-黑河构造带发展历史、构造带内次级构造单元的划分、空间展布及各构造单元的配置关系,具有重要的意义.

致谢:钟辉教授级高级工程师对研究区混杂岩的显微组构特征进行了详细鉴定,审稿专家对本文最终成稿提出了宝贵意见,在此一并表示感谢.

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GEOLOGY OF THE HADAYANG TECTONIC MELANGE IN INNER MONGOLIA:Discovery significance

FU Jun-yu,WANG yan,NA Fu-chao,YANG Fan,ZHANG Guang-yu,LIU Yin-cai,KANG Zhuang

Shenyang Institute of Geology and Mineral Resources,CGS,Shenyang 110034,China

The Hadayang tectonic melange is outcropped in the Nenjiang-Heihe tectonic belt.According to its regional geological setting and rock geological and geochemical characteristics,the tectonic melange is divided into three parts:matrix,autochthonous blocks and allochthonous blocks.The matrix is dominated by epidote-biotite-chlorite tectonic schist. The autochthonous blocks are composed of epidote-chlorite-biotite tectonic schist and possible conglomerates from outer slope of trench.The allochthonous blocks are mainly hornblendite,hybrid diorite and meta-acidic volcanic rocks.The lithogeochemical characteristics show that the hornblendite and hybrid diorite were formed in a marginal ocean expansion environment related to subduction,while the meta-acidic volcanic rocks have the characteristics of island arc calc-alkaline volcanic rocks.The characteristics above indicate that the Hadayang tectonic melange is related to the subduction-collision of plates.Combined with the feature that glaucophane appears in the Early Carboniferous meta-acidic volcanic rocks of Hongsanliang area and Paleozoic strata outcropped along the Hongsanliang-Hadayang-Yikete area are fault contact relationship between each other,the authors conclude that there is a tectonic melange belt of late Early Carboniferous along this line.The discovery of Hadayang tectonic melange belt is of important significance for understanding the Nenjiang-Heihe tectonic belt and its structure.

Hadayang;tectonicmelange;thelateEarlyCarboniferousEpoch;InnerMongolia

1671-1947(2015)05-0408-06

P58

A

2014-09-09;

2014-09-12.编辑:李兰英.

中国地质调查局项目“嫩江黑河地区晚古生代拼合构造带研究”(编号1212011121085)和“东北基础地质调查成果集成与综合研究”(编号1212011220435).

付俊 (1966—),男,教授级高工,从事区域地质、矿产研究,通信地址辽宁省沈阳市皇姑区黄河北大街280号,E-mail//fjyzxy@163.com

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