龍首山地塊的歸屬問(wèn)題:來(lái)自地殼結(jié)構(gòu)和中—新元古代地層的證據(jù)

夏明哲,夏昭德,盧榮輝,姜常義

(1.長(zhǎng)安大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院,陜西西安710054;2.長(zhǎng)安大學(xué)西部礦產(chǎn)資源與地質(zhì)工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,陜西西安710054;3.四川華源礦業(yè)勘查開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司,四川成都610072)

0 引言

龍首山地塊位于中國(guó)西北部的甘肅省中部,該地塊以產(chǎn)出超大型金川鎳銅巖漿硫化物礦床而聞名。前人對(duì)該區(qū)的地質(zhì)背景做了大量研究,湯中立等依據(jù)地層方面的資料,認(rèn)為龍首山地塊在中—新元古宙期間與華北克拉通連為一體[1-3]。Li等依據(jù)金川巖體中斜鋯石U-Pb年齡((812±26)Ma),認(rèn)為該巖體的形成與大約825 Ma的華南地幔柱有關(guān),顯示了與揚(yáng)子克拉通的構(gòu)造親合性[4]。由此引發(fā)的問(wèn)題是:龍首山地塊到底是歸屬于揚(yáng)子克拉通,還是歸屬于華北克拉通?筆者擬從地殼結(jié)構(gòu)和地層對(duì)比的角度,論證龍首山地塊的歸屬問(wèn)題。

1 地質(zhì)概況

龍首山地塊的平面形態(tài)為長(zhǎng)條狀,呈北西西—南東東方向展布(圖1),其北部和東部以斷層為界與阿拉善地塊相鄰,后者屬華北克拉通西端;西部以斷層為界與塔里木克拉通相鄰,南部以龍首山斷裂為界與北祁連早古生代褶皺帶相鄰。

2 揚(yáng)子克拉通地殼結(jié)構(gòu)與中—新元古代地層

揚(yáng)子克拉通包括云南省大部、貴州省大部、四川中東部、湖北西部及武漢以東之長(zhǎng)江沿岸地區(qū)。揚(yáng)子克拉通具有3層地殼結(jié)構(gòu):最下部為結(jié)晶基底,由太古界(大于2.5 Ga)和古元古界(2.5～1.8 Ga)組成[5],普遍經(jīng)歷了以角閃巖相為主的區(qū)域變質(zhì)作用;長(zhǎng)城系(1.8～1.4 Ga)、薊縣系(1.4～1.0 Ga)和青白口系(1.0～0.8 Ga)構(gòu)成褶皺基底;南華系(0.8～0.635 Ga)、震旦系(0.635～0.543 Ga)為蓋層沉積[6]。屬長(zhǎng)城系—薊縣系的淺變質(zhì)地層在湖北省、貴州省、四川省、云南省分別被稱(chēng)為神農(nóng)架群、梵凈山群、會(huì)理群、昆陽(yáng)群等10個(gè)巖群[7-10],其中以神農(nóng)架群的研究最詳細(xì)。下神農(nóng)架亞群屬長(zhǎng)城系,以碳酸鹽巖為主,夾板巖、凝灰?guī)r,厚度達(dá)2 200 m。薊縣系下部為中神農(nóng)架亞群,由碳酸鹽巖、硅質(zhì)巖和砂泥質(zhì)巖石組成;厚度近3 000 m,富含疊層石和微古植物。薊縣系上部為上神農(nóng)架亞群,由含硅質(zhì)碳質(zhì)粉砂巖、鐵礦層和白云巖組成(圖2a)[11]。

圖1 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造Fig.1 Regional G eological Structure

上述淺變質(zhì)巖群均與下伏的古元古代—太古代中深變質(zhì)巖系呈明顯的角度不整合接觸。各淺變質(zhì)巖群的原巖建造均屬槽型沉積,并經(jīng)歷了低綠片巖相區(qū)域變質(zhì)作用,地層緊閉褶皺,面理置換強(qiáng)烈,地層層理消失殆盡。上述淺變質(zhì)巖群巖石的主要特征變質(zhì)礦物為絹云母和綠泥石,變質(zhì)級(jí)屬低綠片巖相。個(gè)別地段出現(xiàn)白云母、黑云母、石榴石、鈉長(zhǎng)石、陽(yáng)起石等變質(zhì)礦物,變質(zhì)級(jí)可達(dá)高綠片巖相,如會(huì)理群河口組、云南省會(huì)澤縣的昆陽(yáng)群等(圖2a)。

青白口系在揚(yáng)子克拉通的分布不如長(zhǎng)城系、薊縣系廣泛,在湖北省、貴州省和四川省分別稱(chēng)為馬槽園群、下江群/丹洲群/板溪群、板溪群。青白口系與薊縣系為角度不整合接觸。其中,馬槽園群由碳酸鹽質(zhì)礫巖及砂巖組成,夾少量板巖,厚度約4 000 m,不整合于神龍架群之上,被震旦系不整合覆蓋,該群全巖Rb-Sr年齡為993.6 Ma[7]?！端拇ㄊ^(qū)域地質(zhì)志》明確指出板溪群屬于基底的理由:板溪群普遍經(jīng)歷了區(qū)域變質(zhì)作用,與上覆的溶溪冰磧層、大塘坡組、南沱冰磧層等未變質(zhì)沉積巖有明顯差別;構(gòu)造線方向不一致,川東南一帶板溪群為北東向,而蓋層為北北東向[9]?！顿F州省區(qū)域地質(zhì)志》也指出板溪群與之上的震旦系下統(tǒng)(震旦系解體后應(yīng)屬南華系)兩界河組為不整合關(guān)系[8]。

圖2 華北克拉通、揚(yáng)子克拉通及龍首山地塊地層柱狀圖Fig.2 Histograms of North China Craton,Yangtze Craton and Longshoushan Terrane Strata

南華系、震旦系以鄂西北的峽東剖面最具代表性。南華系與下伏青白口系、薊縣系等呈高角度不整合。南華系下部為長(zhǎng)石石英砂巖、凝灰質(zhì)砂巖及凝灰?guī)r,南華系上部為冰磧層。震旦系下部以泥質(zhì)巖為主,夾碳酸鹽巖,上部以白云巖為主夾硅質(zhì)巖。南華系與震旦系均未經(jīng)歷區(qū)域變質(zhì)作用(圖2a)。

3 華北克拉通地殼結(jié)構(gòu)與中—新元古代地層

華北克拉通地殼具有雙層結(jié)構(gòu):結(jié)晶基底和沉積蓋層。其中早—中太古代遷西群,晚太古代阜平群、單塔子群、五臺(tái)群及雙子山群,古元古代朱杖子群、甘陶河群及東焦群,構(gòu)成了結(jié)晶基底,這些地層普遍經(jīng)歷了角閃巖相-麻粒巖相的區(qū)域變質(zhì)作用;長(zhǎng)城系及其以上地層屬蓋層沉積,沒(méi)有或僅有埋藏變質(zhì)作用。

華北克拉通的長(zhǎng)城系、薊縣系和青白口系以薊縣剖面為代表,長(zhǎng)城系以明顯的角度不整合覆于結(jié)晶基底遷西群之上,總厚度2 266 m[12]。長(zhǎng)城系下部和中部以碎屑巖、黏土巖為主,上部以碳酸鹽巖為主。長(zhǎng)城系上統(tǒng)分為大紅峪組和高于莊組,厚2 004 m。大紅峪組以碎屑巖為主,夾碳酸鹽巖,高于莊組以碳酸鹽巖為主。薊縣系與長(zhǎng)城系為整合接觸,總厚4 507 m,主要由碳酸鹽巖組成。青白口系與薊縣系為平行不整合接觸,厚度為398 m,主要由碎屑巖、黏土巖和薄層灰?guī)r組成(圖2b)[14]。上述3個(gè)系的地層被認(rèn)為是臺(tái)型沉積,層理保存完整。長(zhǎng)城系和薊縣系有一定程度的埋藏變質(zhì),主要表現(xiàn)為石英砂巖變?yōu)槭r或石英巖狀砂巖。

華北克拉通普遍缺失南華系和震旦系大部分地層,僅有震旦系上部地層在克拉通邊緣零星分布。其中,在克拉通南緣河南—陜西地區(qū)的震旦系稱(chēng)羅圈組[15],在賀蘭山地區(qū)稱(chēng)正目關(guān)組[16]。羅圈組、正目關(guān)組的上巖段由陸源碎屑巖組成,下巖段為冰磧礫巖。其與上覆下寒武統(tǒng)呈平行不整合接觸,并總是與下寒武統(tǒng)中的含磷層相伴出現(xiàn);與下伏地層呈平行不整合或角度不整合接觸。羅圈組之上東坡組海綠石Rb-Sr等時(shí)線年齡為503 Ma,碳質(zhì)頁(yè)巖Rb-Sr等時(shí)線年齡為(527±23)Ma,下伏董家組海綠石砂巖 K-Ar年齡為(669±4)Ma,Rb-Sr表面年齡727 Ma,所以羅圈組的年齡為620～600 Ma[16-18],時(shí)代上屬震旦紀(jì)。鑒于羅圈組分布區(qū)的下伏結(jié)晶基底與華北克拉通主體部分并無(wú)深大斷裂相分割,所以該組地層應(yīng)代表華北克拉通南緣的沉積建造,沒(méi)有證據(jù)顯示這套地層屬于外來(lái)地體。

4 龍首山地塊地殼結(jié)構(gòu)與中—新元古代地層

龍首山地塊具有雙層結(jié)構(gòu):龍首山群形成于中太古代—古元古代,普遍經(jīng)歷了角閃巖相區(qū)域變質(zhì)作用,構(gòu)成陸塊結(jié)晶基底[1];薊縣系、震旦系屬蓋層沉積。

龍首山群巖性主要為一套條帶狀、眼球狀混合巖夾斜長(zhǎng)角閃巖、花崗質(zhì)片麻巖、黑云斜長(zhǎng)片麻巖等,而大理巖、石英巖、片巖、變粒巖類(lèi)呈包體(透鏡體)產(chǎn)于其中,上部有變質(zhì)流紋英安巖及結(jié)晶灰?guī)r;它的原巖底部為中基性火山巖、海相陸源碎屑巖-富鎂碳酸鹽巖建造,中部為海相碳酸鹽巖-類(lèi)復(fù)理石建造,上部則屬海相火山沉積巖-陸源碎屑巖建造[1]。

龍首山地塊缺失長(zhǎng)城系、青白口系和南華系。龍首山地塊的薊縣系稱(chēng)墩子溝群,根據(jù)巖性分為3個(gè)亞群,總厚度大于1 403 m。上亞群為灰綠色粉砂質(zhì)千枚巖及條帶狀結(jié)晶灰?guī)r;中亞群主要為硅質(zhì)灰?guī)r,底部含疊層石;下亞群為變質(zhì)長(zhǎng)石石英砂巖及變質(zhì)礫巖。墩子溝群與上覆震旦系和下伏龍首山群均呈角度不整合接觸(圖2c)[13]。該群經(jīng)歷了埋藏變質(zhì)作用,粉砂巖具千枚狀構(gòu)造,砂巖有一定程度的重結(jié)晶,地層層理保存完整。

龍首山地塊的震旦系僅有震旦系頂部的燒火筒溝組,它與上覆下寒武統(tǒng)呈平行不整合接觸,與下伏墩子溝群呈不整合接觸[13,19]。燒火筒溝組中上部為含礫千枚巖與粉砂質(zhì)千枚巖,下部為冰磧礫巖。在含礫絹云石英千枚巖中可見(jiàn)到巨大漂礫、礫石表面有冰川擦痕。冰磧礫巖成分十分復(fù)雜,大小懸殊,礫徑一般1～4 cm,形態(tài)多樣,常見(jiàn)棱角狀,混雜無(wú)序,不顯層理,鈣質(zhì)膠結(jié),雜基支撐,有的角礫具刨蝕痕跡。代表性剖面如下。

上覆地層

上寒武統(tǒng)

平行不整合

燒火筒溝組 總厚度472.3～511.4 m

10.礫巖 0.3～5.4 m

9.含碳石英千枚巖 3.0～5.0 m

8.石英千枚巖 10.0～20.0 m

7.絹云石英千枚巖 120.0 m

6.含碳絹云千枚巖 5.0 m

5.白云巖 1.0 m

4、3.冰磧含礫絹云千枚巖 56～78 m

2.綠泥絹云千枚巖 203.0 m

1.冰磧礫巖 74.0 m

平行不整合

下伏地層

墩子溝群

5 討論

揚(yáng)子克拉通與華北克拉通在地殼結(jié)構(gòu)與中—新元古代地層屬性方面存在顯著差異。

(1)揚(yáng)子克拉通的地殼結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為結(jié)晶基底-褶皺基底-沉積蓋層的3層結(jié)構(gòu),而華北克拉通為結(jié)晶基底-沉積蓋層雙層結(jié)構(gòu)。

(2)揚(yáng)子克拉通的長(zhǎng)城系、薊縣系和青白口系屬槽型沉積,普遍經(jīng)歷了低綠片巖相區(qū)域變質(zhì)改造,構(gòu)成褶皺基底,而華北克拉通的這3個(gè)系屬臺(tái)型沉積,僅在中、下部有埋藏變質(zhì),構(gòu)成沉積蓋層。

(3)揚(yáng)子克拉通存在從南華系底部至震旦系頂部的連續(xù)沉積剖面,而華北克拉通僅在其南緣和西緣存在震旦系頂部的沉積層。

(4)揚(yáng)子克拉通的冰磧層存在于南華系上部南沱組內(nèi),而華北克拉通的冰磧層出現(xiàn)于震旦系頂部,并且總與寒武系底部的含磷層相伴出現(xiàn)[6,20-21]。據(jù)此,筆者認(rèn)為龍首山地塊應(yīng)該歸屬于華北克拉通,而不應(yīng)歸屬于揚(yáng)子克拉通。

6 結(jié)語(yǔ)

龍首山地塊具有雙層地殼結(jié)構(gòu),薊縣系墩子溝群屬蓋層沉積并且沒(méi)有經(jīng)歷區(qū)域變質(zhì)作用,缺失南華系和震旦系大部分地層,冰磧層出現(xiàn)于震旦系頂部;此外,無(wú)論是從地層層序、沉積層組合,還是從其與寒武系含磷層相伴出現(xiàn)等方面而論,燒火筒溝組可以與羅圈組、正目關(guān)組對(duì)比,這3個(gè)組是形成于同一環(huán)境的同一套地層。所以,無(wú)論是從地殼結(jié)構(gòu)還是從中—新元古代地層屬性等方面來(lái)看,龍首山地塊都應(yīng)該屬于華北克拉通。

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