遼吉東部古元古代古元古代大陸邊緣褶皺帶-寬甸-草河褶皺帶的形成和演化

姜春潮

中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局沈陽(yáng)地質(zhì)調(diào)查中心, 沈陽(yáng), 110032

遼吉東部太古宙地塊有兩個(gè)：南側(cè)為遼南-山東半島東部與朝鮮半島北部一起可稱為膠遼-朝鮮地塊；北側(cè)為華北古陸塊,它是華北古陸南緣的一部分,由于中生代郯廬斷裂將其推到現(xiàn)在的位置。這兩個(gè)太古宙大陸塊有很大的區(qū)別。華北古陸塊是早已形成的具有古老陸核(其形成在2.9Ga以前)的,穩(wěn)定的陸塊,其中產(chǎn)有條帶狀磁鐵石英巖(鞍山式鐵礦)。而膠遼-朝鮮地塊很少見(jiàn)有這種類型鐵礦,偶爾可見(jiàn)含鐵變粒巖型鐵礦薄層；其中花崗巖體經(jīng)常受到強(qiáng)烈的片麻理化,形成花崗片麻巖。在這種巖體中常見(jiàn)有大理巖和塊狀硅質(zhì)巖殘?bào)w。根據(jù)兩個(gè)地塊之間的古元古代褶皺帶中的寬甸群和草河群的沉積巖相分析和褶皺構(gòu)造形態(tài)分析,可以認(rèn)為華北古陸塊應(yīng)為一個(gè)長(zhǎng)期穩(wěn)定的,褶皺區(qū)內(nèi)陸源物質(zhì)主要供給區(qū)；而膠遼-朝鮮地塊是向華北古陸塊俯沖的外來(lái)地塊,是造成褶皺區(qū)內(nèi)寬甸群和草河群線形褶皺的主要區(qū)域動(dòng)力來(lái)源。

由于膠遼-朝鮮地塊向華北古陸塊的俯沖作用,沿后者邊緣形成一條拗陷帶。按一般褶皺帶發(fā)展規(guī)律,是由活動(dòng)向半穩(wěn)定和穩(wěn)定方向發(fā)展,即由褶皺帶向準(zhǔn)地臺(tái)和地臺(tái)方向發(fā)展。褶皺帶階段發(fā)育有厚度大,強(qiáng)烈線形褶皺的火山-沉積巖建造和沉積巖建造；準(zhǔn)地臺(tái)階段則帶有繼承性,但活動(dòng)強(qiáng)度較弱；地臺(tái)階段則褶皺帶與南北兩側(cè)地塊形成統(tǒng)一的一個(gè)地臺(tái)。遼吉東部古元古代寬甸-草河褶皺帶完全符合這些條件。

在寬甸-草河褶皺帶發(fā)展階段,褶皺帶中沉積寬甸群和草河群。前者為一套含硼變粒巖建造；后者為變復(fù)理石建造和變泥質(zhì)巖建造。兩者皆受到強(qiáng)烈的線形褶皺。

1 褶皺期古元古代褶皺帶

1.1 寬甸群的形成期

在古元古代初期,膠遼-朝鮮地塊由于受到其側(cè)后的裂谷作用向北或北東方向驅(qū)動(dòng),與其北側(cè)的華北古陸塊相碰撞,產(chǎn)生俯沖作用(見(jiàn)圖1)。在俯沖地塊前鋒其硅鋁殼產(chǎn)生熔融。熔巖體沿華北古陸塊上盤裂隙上涌,到達(dá)地表產(chǎn)生火山作用。大量富硼的火山物質(zhì)在水體中沉積。于是形成一套獨(dú)特的以中酸性火山巖成分為主的含硼沉積巖組合,區(qū)域變質(zhì)后形成含硼變粒巖建造,即寬甸群。其形成時(shí)間在2.3～2.1Ga。

圖1 含硼建造形成模式圖

圖2 草河群(變復(fù)理石建造-變泥質(zhì)巖建造)巖相剖面圖和寬甸群褶皺形態(tài)示意圖 草河群浪子山組；Py-云盤組；Pt-通遠(yuǎn)堡組；Pg-蓋縣組

寬甸群的褶皺期：寬甸群褶皺可分前期為穹隆褶皺；后期為線形緊密褶皺。穹隆褶皺多數(shù)發(fā)育在寬甸褶皺帶南緣。各穹隆構(gòu)造之間形成盆形或不規(guī)則的盆形構(gòu)造,如營(yíng)口后仙峪硼礦區(qū)的寬甸群呈似穹隆構(gòu)造,實(shí)際應(yīng)是盆形構(gòu)造,受寬甸褶皺期的后期線形褶皺而改造成似穹隆構(gòu)造。寬甸群后期線形褶皺在寬甸地區(qū)表現(xiàn)非常清楚。褶皺軸面一律北傾,其傾角在褶皺帶北側(cè)為60°～70°,南側(cè)為50°～60°(見(jiàn)圖2)。

從上述可以看出,寬甸群褶皺明顯受到膠遼-朝鮮地塊向華北古隆塊俯沖作用控制。前期穹隆構(gòu)造形成說(shuō)明,在寬甸群形成期的垂直向上的熱動(dòng)力作用仍在繼續(xù)發(fā)揮作用；而后期的線形褶皺是由于膠遼-朝鮮地塊向北俯沖對(duì)寬甸群產(chǎn)生的剪切作用使其形成褶皺軸面一律北傾的結(jié)果。

1.2 草河群的形成期

寬甸褶皺帶褶皺作用封閉之后,沿該褶皺帶北側(cè)與華北古陸塊交界處附近,由于受到膠遼-朝鮮地塊向回的拉張作用(可能由于受到其側(cè)后裂谷的收縮作用結(jié)果),產(chǎn)生一個(gè)新的褶皺帶,其中沉積草河群(見(jiàn)圖2)。草河群由下向上由四個(gè)巖組組成:

由上述可以推測(cè),草河群是由北側(cè)華北古陸塊單一方向陸源物質(zhì)供給的,類似于大陸斜坡地帶環(huán)境中沉積形成的。而膠遼-朝鮮地塊可能處于水下隆起狀態(tài)。

草河群的褶皺期：由于膠遼-朝鮮地塊再次向華北古陸塊的俯沖作用使草河群受到強(qiáng)烈的緊密線形褶皺和寬甸群的再次疊加褶皺。在草河褶皺帶北側(cè)邊緣部位,草河群形成褶皺軸面直立或陡傾的,軸面走向平行于古陸塊的邊界線。向南即向褶皺帶內(nèi)部,褶皺軸面一律北傾,傾角變緩(圖3)。由于草河褶皺構(gòu)造運(yùn)動(dòng),使寬甸-草河褶皺帶形成兩個(gè)復(fù)式背斜,即營(yíng)口-寬甸復(fù)背斜和集安復(fù)背斜, 和三個(gè)復(fù)向斜。寬甸群主要出露在復(fù)背斜區(qū)內(nèi)；草河群主要分布在復(fù)向斜區(qū)內(nèi)。在復(fù)背斜區(qū)內(nèi),如在寬甸和平-楊木桿區(qū),常見(jiàn)到寬甸群呈鉤狀區(qū)域褶皺構(gòu)造形態(tài),這是寬甸期褶皺軸面受到草河期再褶皺的結(jié)果。

由于膠遼-朝鮮地塊向華北古陸塊的俯沖作用,褶皺帶受到古陸塊邊界形態(tài)限制,使褶皺帶走向在遼吉東部區(qū)為北東東轉(zhuǎn)向南東,到朝鮮狼林山脈轉(zhuǎn)向南北,呈一弧形褶皺構(gòu)造形態(tài),這是外側(cè)古陸塊邊界呈弧形的形態(tài)效應(yīng)造成的。

褶皺帶向南西延伸應(yīng)與山東膠東古元古代褶皺帶連接。在該帶內(nèi)相當(dāng)遼吉地區(qū)的寬甸群和草河群則為膠東群和福山群。由于中生代鴨綠江左旋斷裂使膠東地區(qū)向北東方向位移到現(xiàn)在位置(圖4)。

圖3遼陽(yáng)群巖相剖面圖和草河群、寬甸群褶皺形態(tài)示意圖 Pkn-寬甸群；Pch-草河群；Ply-遼陽(yáng)群：Pp-判石甲爐組,Pd-大石橋組； ① 吉林板石溝磷礦；② 遼陽(yáng)甜水磷礦；③ 蓋縣古道屯磷礦

寬甸-草河褶皺帶大致在1.9Ga即已封閉,即膠遼-朝鮮地塊向華北古陸塊的俯沖作用已基本結(jié)束。但其活動(dòng)并未停止,即褶皺帶的發(fā)展已進(jìn)入到中元古代的準(zhǔn)地臺(tái)發(fā)展階段。與褶皺期比較其拗陷幅度不大,褶皺強(qiáng)度變?nèi)?但在構(gòu)造方向上仍帶有繼承性。

2 準(zhǔn)地臺(tái)期,中元古代拗陷帶

寬甸-草河褶皺帶發(fā)展到中元古代準(zhǔn)地臺(tái)階段,膠遼-朝鮮地塊仍對(duì)其起控制作用。與華北古陸塊與褶皺帶接觸界線相平行的,產(chǎn)生一條寬度在100 km的新的拗陷帶(圖4),其中發(fā)育有大栗子群和遼陽(yáng)群兩套地層。

2.1 大栗子群的形成和褶皺

大栗子群主要發(fā)育在拗陷帶南側(cè),在吉林臨江一帶,主要為一套泥質(zhì)巖建造,其中產(chǎn)大栗子式鐵礦。在遼寧本溪草河口有崗草組可與之對(duì)比。它們不整合覆于草河群之上。形成開(kāi)闊褶皺,時(shí)限在1.8～1.7 Ga。

2.2 遼陽(yáng)群的形成和褶皺

遼陽(yáng)群在拗陷區(qū)內(nèi)形成兩種沉積環(huán)境；即沉積邊緣區(qū)和沉積超覆區(qū)(圖3和圖4)。在沉積邊緣區(qū)的遼陽(yáng)群不整合在太古宙巖石上,其下部普遍有碎屑巖(包括細(xì)碎屑板巖)建造,稱判甲爐組。該建造向華北古陸塊邊緣地區(qū)迅速變薄尖滅。其上為厚層碳酸鹽巖沉積,稱大石橋組。在褶皺帶內(nèi)大石橋組直接超覆不整合在草河群和寬甸群上。大石橋組在瀉湖相沉積環(huán)境下在厚層碳酸鹽巖層頂部有菱鎂礦富集。遼陽(yáng)群形成時(shí)限在1.7～1.5Ga。

圖4 遼吉東部和山東半島古元古代大陸邊緣褶皺帶和中元古代拗陷帶展布示意圖

遼陽(yáng)群褶皺一般呈開(kāi)闊褶皺構(gòu)造形態(tài)。在古陸塊上的遼陽(yáng)群甚至不見(jiàn)褶皺,常呈單斜構(gòu)造。但在與古陸塊接近的褶皺區(qū)內(nèi),遼陽(yáng)群大石橋組有時(shí)可見(jiàn)倒轉(zhuǎn)褶皺,軸面傾向拗陷帶,如在大石橋和遼陽(yáng)甜水區(qū)所見(jiàn),可能受到仰沖力作用的結(jié)果,即在拗陷區(qū)大石橋組受到來(lái)自南側(cè)的水平壓力,由于受到古陸塊邊界的阻擋而產(chǎn)生仰沖。這種水平壓力甚至未有波及到古陸塊上的遼陽(yáng)群。

寬甸-草河褶皺帶發(fā)展到中-新元古代與南北兩個(gè)地塊形成一個(gè)整體,即形成華北地臺(tái)。

總之, 遼吉東部古-中元古代地質(zhì)構(gòu)造發(fā)展演化一直受到膠遼-朝鮮地質(zhì)板塊向華北古陸板塊俯沖作用的控制,其驅(qū)動(dòng)力與來(lái)自其側(cè)后的裂谷作用有關(guān)。裂谷張開(kāi)和收縮,驅(qū)動(dòng)板塊前進(jìn)和后退,引起褶皺帶的褶皺和新褶皺帶的形成。褶皺帶在與古陸板塊的結(jié)合部位是一處比較脆弱的易活動(dòng)的地帶,新褶皺帶或拗陷帶易在該部位形成。因此出現(xiàn)在遼吉東部古-中元古代四大套地層,即寬甸群,草河群和大栗子群,遼陽(yáng)群,沉積中心逐次向北遷移,海域逐次向北擴(kuò)展的原因。