北山地區(qū)古生代構(gòu)造演化階段與成礦關(guān)系探討

馬繼琛+張善明+張軍勝+汪為+王永暉

摘要：北山造山帶構(gòu)造形跡復(fù)雜，分布四條蛇綠巖帶和多條深大斷裂及區(qū)域性揉皺構(gòu)造，該區(qū)大地構(gòu)造背景的研究，即是中亞造山帶構(gòu)造演化的關(guān)鍵問(wèn)題之一，也是認(rèn)識(shí)區(qū)域成礦作用和成礦規(guī)律的基礎(chǔ)。有關(guān)北山地區(qū)構(gòu)造單元的劃分和構(gòu)造演化歷史，長(zhǎng)期以來(lái)各家觀點(diǎn)不盡一致。本文以沉積建造分析為基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)眾多文獻(xiàn)的梳理，綜述了占主流觀點(diǎn)的北山地區(qū)構(gòu)造演化歷史，并探討了與之相關(guān)的礦床成礦系列。

關(guān)鍵詞：北山；構(gòu)造演化；沉積建造；成礦系列

北山造山帶的形成涉及多個(gè)微陸塊、島弧、洋殼和增生雜巖等在早古生代至早中生代長(zhǎng)期的、多次的俯沖和碰撞拼貼作用，其北部是由多個(gè)洋內(nèi)島弧拼貼形成的復(fù)雜增生系統(tǒng)，包括雙鷹山、馬鬃山、黑鷹山、旱山等島弧，在古生代晚期拼貼形成公婆泉復(fù)合島弧。而其南部的構(gòu)造單元主要包括具有古老微陸塊性質(zhì)的花牛山地塊和石板山地塊，以及位于兩者之間的柳園混雜巖帶。北山造山帶發(fā)育一系列走向近E-W的大型剪切帶及蛇綠巖帶，可能為上述地體單元之間的界線。

1.古大陸裂解階段

北山地區(qū)下寒武統(tǒng)雙鷹山組不整合于新元古界園藻山群之上，園藻山群下巖組為一套冰磧巖，該巖類中含有較大的礫石（礫徑大小一般在1cm～20cm，磨圓較好）和漂礫，且在園藻山群內(nèi)可見雙鷹山組墜石。根據(jù)形成環(huán)境分析，園藻山群中的冰磧巖的形成環(huán)境以大陸冰川沉積為主，但也包括少量濱海冰川環(huán)境的沉積。區(qū)域上來(lái)看，北山地區(qū)及其鄰區(qū)存在一些由前寒武紀(jì)地體構(gòu)成的微地塊，前人對(duì)分布于這些地塊之上的南華系和震旦系做過(guò)詳細(xì)的地層學(xué)研究，發(fā)現(xiàn)在震旦系的上覆寒武系地層之底部，普遍發(fā)育一套含磷巖層，在震旦系和南華系地層中存在2層～3層大致可以對(duì)比的冰成巖或冰磧巖。露頭尺度上，可見后期侵入體內(nèi)的片麻巖捕擄體，且捕擄體內(nèi)見明顯銅礦化，巖體內(nèi)卻無(wú)礦化。所有上述地質(zhì)記錄均暗示新元古代時(shí)期，北山地區(qū)存在一個(gè)古大陸。在北山沙坡泉地區(qū)下寒武統(tǒng)雙鷹山組不整合于新元古界古硐井群之上，不整合面之上存在一古風(fēng)化殼，古風(fēng)化殼之上為含磷礫巖，雙鷹山組主要為一套黑色硅質(zhì)巖夾薄層狀灰?guī)r、生物碎屑灰?guī)r組合，顯示其為深海相（缺氧環(huán)境）化學(xué)沉積的產(chǎn)物。古硐井群為一套砂巖、薄層狀大理巖組合，顯示其為淺海相或者濱海相沉積。從寒武系地層與元古界地層的接觸關(guān)系以及二者的物質(zhì)組成來(lái)看，北山地區(qū)從早寒武世開始已逐漸處于伸展環(huán)境，這是北山早古生代洋盆開啟的重要證據(jù)。

2.洋盆演化及洋陸轉(zhuǎn)換階段

從早寒武世中期開始，北山地區(qū)大陸裂谷進(jìn)一步發(fā)展，古陸殼被拉斷，出現(xiàn)大洋。形成紅柳河一牛圈子一洗腸井蛇綠巖為代表的北山早古生代有限洋盆，蛇綠巖巖石類型為以基性巖類巖體占優(yōu)勢(shì)，超基性巖類大多與基性巖呈雜巖體的形式產(chǎn)出，這一過(guò)程一直持續(xù)到晚奧陶世，并在紅柳河一牛圈子—洗腸井一線形成帶狀分布的裂谷型火山巖。趙澤輝等（2007）認(rèn)為北山地區(qū)450-420Ma的I型花崗巖與俯沖造山有關(guān)，毛啟貴等（2012），趙澤輝等（2007）認(rèn)為中志留世有埃達(dá)克質(zhì)花崗巖產(chǎn)出，即北山早古生代有限洋盆俯沖從晚奧陶世已經(jīng)開始，抑或?yàn)楣艁喼扪螅ㄖ餮笈瑁┫蚰细_。王國(guó)強(qiáng)（2105）基于中一晚志留世公婆泉群島弧火山巖為北山早古生代有限洋盆向北俯沖引發(fā)的陸緣巖漿作用的產(chǎn)物的認(rèn)識(shí)和明水一旱山微陸塊存在的地質(zhì)事實(shí)，認(rèn)為北山早古生代有限洋盆存在雙向俯沖，俯沖最早可能從晚奧陶世末開始。丁嘉鑫等（2015）認(rèn)為，早志留世，花牛山一雙鷹山島弧兩側(cè)存在雙向俯沖，北側(cè)與公婆泉島弧以月牙山—洗腸井洋相隔，南側(cè)為柳園洋。晚志留世，月牙山一洗腸井洋消減完畢，公婆泉島弧與雙鷹山一花牛山發(fā)生碰撞，陸殼的縮短和構(gòu)造的增厚導(dǎo)致陸殼重熔形成過(guò)鋁巖漿。同時(shí)，在明水一旱山地塊以北的廣大地區(qū)正經(jīng)歷著古亞洲洋的裂解和大洋化過(guò)程，如分布在北山北部黑鷹山一帶的碎石山組，為一套海相碳酸鹽巖、碎屑巖組合，碎屑巖內(nèi)夾灰?guī)r透鏡體及硅質(zhì)巖薄層，富含珊瑚、三葉蟲等化石。從志留紀(jì)開始古亞洲洋進(jìn)入俯沖消減階段，古亞洲洋于明水一旱山地塊以北的雙溝山一狐貍山一帶向南俯沖，形成古亞洲洋域南緣的活動(dòng)大陸邊緣，即雙溝山早古生代活動(dòng)陸緣和大狐貍山早古生代活動(dòng)陸緣。而北山早古生代有限洋盆經(jīng)歷著南、北雙向俯沖消減作用，在明水一旱山地塊的南緣形成分布于白云山—斜山一東七一山一帶的志留紀(jì)陸緣弧，這一俯沖消減至中泥盆世才結(jié)束，并發(fā)生碰撞造山，地殼被抬升發(fā)生剝蝕，導(dǎo)致在北山中南帶泥盆系地層的普遍缺失，僅在明水一旱山以北的雀兒山一園包山一帶形成依克烏蘇組和雀兒山組，前者為一套沉積巖建造，富含腕足類、珊瑚等化石。后者為一套中酸性火山巖夾碳酸鹽巖建造，為古亞洲洋向南俯沖的島弧巖漿作用的產(chǎn)物。北山北帶的泥盆系地層在區(qū)域上與下伏碎石山組平行不整合，與上覆早石炭世綠條山組呈不整合接觸，甘肅北山地區(qū)上泥盆統(tǒng)三個(gè)井組不整合覆蓋在下寒武統(tǒng)雙鷹山組、上奧陶統(tǒng)咸水湖組之上（圖1、2）。

3.板內(nèi)伸展及裂谷盆地演化階段

中晚泥盆世碰撞型花崗巖的出現(xiàn)，則標(biāo)志著碰撞造山作用的終結(jié)。從晚泥盆世開始，北山南部及北部先后進(jìn)入碰撞后的板內(nèi)伸展階段，區(qū)域多處見上泥盆統(tǒng)與下石炭統(tǒng)呈角度不整合接觸（圖3），這一區(qū)域性不整合代表了一次重大的地質(zhì)事件，即亞洲古生代洋盆的結(jié)束和陸內(nèi)演化的開始。

在甘蒙北山地區(qū)石炭一二疊紀(jì)裂谷系由三部分組成：北山北部石炭一二疊紀(jì)裂谷、中部的芨芨臺(tái)子一小黃山石炭紀(jì)裂谷和南部的干泉一帳房山一梧桐溝石炭紀(jì)一二疊紀(jì)裂谷，在這些裂谷的局部地段，由于強(qiáng)烈的裂谷拉伸，出現(xiàn)了新生洋殼，形成了早石炭世紅石山一百合山—蓬勃山、芨芨臺(tái)子一小黃山、賬房山為代表的紅海型洋盆地質(zhì)記錄。如賈元琴等（2016）認(rèn)為風(fēng)雷山地區(qū)的白山組流紋巖具陸緣弧火山巖巖石地球化學(xué)特征，其是早石炭世紅石山大洋向南俯沖于明水一旱山陸塊之下，而在大陸邊緣形成陸緣巖漿弧的產(chǎn)物，年齡測(cè)定顯示該流紋巖形成在晚石炭世。

早、中二疊世，北山地區(qū)又迎來(lái)了新一輪的板內(nèi)伸展階段。形成了厚度巨大的海相火山巖或火山碎屑巖一碎屑巖一碳酸鹽巖沉積建造。中二疊世末期，區(qū)內(nèi)經(jīng)歷了大面積的構(gòu)造抬升，形成了中晚二疊世間的不整合（圖4）。晚二疊世時(shí)期，北山地區(qū)海陸格局發(fā)生重大變化，北山大部隆升為陸，發(fā)育大面積陸相火山巖，但局部仍有一部分殘留洋盆，形成海相沉積。同時(shí)在北山北部沙林浩來(lái)一哈爾陶勒蓋一帶、瑪瑙灘一帶發(fā)生南北向局部拉張，形成近東西向展布的晚二疊世裂陷槽，裂陷槽內(nèi)發(fā)育陸相中基性火山巖，形成一套杏仁狀高鈦玄武巖、安山玄武巖組合，偶可見繩狀構(gòu)造。

晚二疊世末期，北山地區(qū)完全結(jié)束海相裂谷、裂陷環(huán)境，發(fā)生造山作用，至此甘蒙北山及鄰區(qū)進(jìn)入統(tǒng)一的陸內(nèi)演化階段。

4.構(gòu)造演化一沉積建造與成礦

古生代多期次的構(gòu)造·巖漿活動(dòng)促使了強(qiáng)烈成礦作用的發(fā)生，并形成系列礦產(chǎn)。其中古大陸裂解階段形成的礦床系列有與黑色巖系有關(guān)的V-P-Mn-u一重晶石礦床成礦系列、與幔源基性侵入巖一噴出巖有關(guān)的Fe-V-Ti-Cu-Co-Ni礦床成礦系列、與蛇綠巖有關(guān)的Cu-Cr-Co-Ni-石棉一滑石一蛇紋巖礦床成礦系列；洋盆演化及洋陸轉(zhuǎn)換階段形成的礦床系列有與碰撞階段花崗閃長(zhǎng)巖或島弧火山巖有關(guān)的Cu-Mo-Au-Pb-Zn-Fe礦床成礦系列、與加里東后期幔源基性超基性巖有關(guān)的Cu-Ni硫化物礦床成礦系列；板內(nèi)伸展及裂谷盆地演化階段形成與雙峰式火山巖建造有關(guān)的Fe-Cu多金屬礦床成礦系列、與中酸性火山一深成巖建造有關(guān)的Fe-Cu-Mo-Pb-Zn-Au-Ag-W-Sn-稀有金屬礦床成礦系列、與海相火山一沉積作用有關(guān)的Fe-Co-Ni礦床成礦系列、與鎂鐵一超鎂鐵巖建造有關(guān)的Cu-Ni-Fe-Ti礦床成礦系列、與海相火山一沉積作用有關(guān)的Cu-Mn礦床成礦系列、與含礦流體在含炭質(zhì)碎屑巖建造內(nèi)成礦有關(guān)的Au多金屬礦床成礦系列、與陸相火山巖建造有關(guān)的Au、Ag礦床成礦系列、與陸相基性巖有關(guān)的V-Ti-Fe-稀有稀土金屬礦床成礦系列。

4.結(jié)論

綜合眾多前人研究可得出以下結(jié)論，北山大地構(gòu)造演化可劃分為古大陸裂解階段（z一∈₂）、洋盆演化及洋陸轉(zhuǎn)換階段（∈₂一D₂）、板內(nèi)伸展及裂谷盆地演化階段（D₂-P₃），其中每一階段又可劃分為多個(gè)構(gòu)造期，每一期又形成多個(gè)構(gòu)造相。同時(shí)，不同構(gòu)造階段有與文相關(guān)的成礦系列。endprint