內(nèi)蒙古中部盤羊山逆沖推覆體系的構(gòu)造特征、活動(dòng)時(shí)限與構(gòu)造意義

王海濱, 張進(jìn)江*, 古大祥, 馮 琳

內(nèi)蒙古中部盤羊山逆沖推覆體系的構(gòu)造特征、活動(dòng)時(shí)限與構(gòu)造意義

王海濱1, 2, 張進(jìn)江1, 2*, 古大祥1, 2, 馮 琳1, 2

(1.造山帶與地殼演化教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100871; 2.北京大學(xué) 地球與空間科學(xué)學(xué)院, 北京 100871)

呼和浩特東北地區(qū)沿哈樂?盤羊山?烏蘭合雅一帶, 發(fā)育有近東西走向、上盤向南推覆的盤羊山逆沖推覆體系。該體系自北往南分別為: 新太古代變質(zhì)侵入巖組合、新太古界色爾騰山巖群、新元古界震旦系什那干組與上石炭統(tǒng)拴馬樁組構(gòu)成的推覆體, 下二疊統(tǒng)大紅山組和中二疊統(tǒng)腦包溝組構(gòu)成的準(zhǔn)原地巖系, 其中拴馬樁可能為滑脫層。在該體系北部, 247～244 Ma未變形花崗巖巖基侵位到推覆體之中, 具有類似“釘合巖體”的性質(zhì), 限定了逆沖推覆時(shí)間的上限; 鋯石U-Pb定年得出的原地系沉積巖中最年輕地層的最大沉積年齡約為272 Ma, 限定了推覆作用時(shí)間的下限, 從而厘定了具有爭(zhēng)議的盤羊山逆沖斷層活動(dòng)時(shí)限的問題。即該逆沖體系可能是中晚二疊世古亞洲洋閉合、蒙古微陸塊與華北克拉通碰撞引起的華北克拉通北緣地殼增厚的響應(yīng)。

華北克拉通北緣; 盤羊山逆沖推覆構(gòu)造; 釘合巖體; 中晚二疊世

0 引 言

盤羊山地區(qū)位于華北克拉通北緣內(nèi)蒙古隆起中部, 向南緊鄰大青山構(gòu)造域, 區(qū)域內(nèi)主要發(fā)育盤羊山逆沖推覆構(gòu)造(圖1、2)。盤羊山地區(qū)北部與興蒙造山帶相鄰, 晚古生代受古亞洲洋構(gòu)造體制影響強(qiáng)烈。古亞洲洋構(gòu)造域以其復(fù)雜的演化歷史和豐富的礦產(chǎn)資源一直保持著很高的研究熱度, 但是對(duì)于古亞洲洋的閉合過程以及閉合時(shí)間一直存在諸多爭(zhēng)議。一些學(xué)者認(rèn)為古亞洲洋閉合于晚泥盆世到早石炭世(Tang, 1990; 邵濟(jì)安, 1991; 徐備和陳斌, 1997); 另有學(xué)者認(rèn)為閉合時(shí)間為二疊紀(jì)到早三疊世(Wang and Liu, 1986; 陳斌等, 2001; Xiao et al., 2003)。由于植被覆蓋或荒漠化的影響, 華北克拉通北緣構(gòu)造現(xiàn)象保存不完整; 另外華北克拉通北緣雖然存在大量的中生代逆沖推覆構(gòu)造, 但是晚古生代逆沖推覆卻不多見, 所以研究晚古生代到早中生代盤羊山逆沖斷層的特征, 對(duì)于探究興蒙造山帶構(gòu)造演化和動(dòng)力學(xué)具有重要意義。

20世紀(jì)60年代末、70年代初1∶200000地質(zhì)填圖就已識(shí)別出了長約57.5 km的盤羊山逆沖斷層(鄭亞東等, 1998)。王建平和楊玉東(1983)認(rèn)為盤羊山逆沖斷層系與南側(cè)大青山的逆沖推覆構(gòu)造屬于中生代盆地兩側(cè)的對(duì)沖斷層; 鄭亞東等(1998)根據(jù)盤羊山逆沖斷層與大青山逆沖斷層帶的切割關(guān)系, 認(rèn)為兩者屬于不同的構(gòu)造背景。隨著盤羊山地區(qū)1∶50000區(qū)域地質(zhì)調(diào)查的進(jìn)行, 研究人員對(duì)盤羊山逆沖斷層的構(gòu)造特征、演化歷史進(jìn)行了分析, 但是對(duì)于該斷層活動(dòng)時(shí)限仍未得到很好的確定。鄭亞東等(1998)認(rèn)為盤羊山逆沖斷層活動(dòng)時(shí)間為晚侏羅世到早白堊世; 陳志勇等(2002)根據(jù)新的地層劃分標(biāo)準(zhǔn), 認(rèn)為逆沖斷層活動(dòng)時(shí)間為晚二疊世到中三疊世; 王新亮等(2002)認(rèn)為逆沖推覆構(gòu)造活動(dòng)時(shí)間為晚二疊世到早三疊世; 謝靜博等(2011)則認(rèn)為盤羊山逆沖推覆構(gòu)造體系形成時(shí)間為晚二疊世; Li et al. (2017)認(rèn)為推覆體系活動(dòng)時(shí)間與山前盆地生成時(shí)間基本一致, 都發(fā)生在早二疊世到中三疊世。

本次研究在盤羊山逆沖推覆體系北部甄別出了侵位于推覆體中未變形的大灘深成雜巖體, 該雜巖體具有類似釘合巖體的性質(zhì), 其年齡可以限定逆沖推覆構(gòu)造活動(dòng)時(shí)間的上限。而且通過對(duì)準(zhǔn)原地巖系中最年輕地層的碎屑鋯石研究, 獲得了代表地層最大沉積時(shí)間的年齡, 限定了斷層活動(dòng)時(shí)間的下限, 從而確定盤羊山逆沖推覆構(gòu)造的形成年代, 并分析其構(gòu)造意義, 為古亞洲洋閉合時(shí)間的研究提供了證據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

盤羊山逆沖推覆體系位于內(nèi)蒙古呼和浩特市東北, 大地構(gòu)造位置上屬于內(nèi)蒙古隆起中部, 向南與陰山?燕山陸內(nèi)造山帶中部的大青山構(gòu)造帶相鄰(圖1a; 鄭亞東等, 1998)。該體系由兩大部分組成, 北部是新太古代變質(zhì)侵入巖組合、新太古界色爾騰山巖群、新元古界震旦系什那干組與上石炭統(tǒng)拴馬樁組構(gòu)成的推覆體, 南部是下二疊統(tǒng)大紅山組和中二疊統(tǒng)腦包溝組構(gòu)成的準(zhǔn)原地巖系。在其北部, 未變形的大灘巖體侵位到推覆體之中。

華北克拉通北緣長軸狀的前寒武片巖、片麻巖區(qū)域最初被定義為內(nèi)蒙古地軸(黃汲清, 1954)。后續(xù)研究在該構(gòu)造單元南側(cè)的陰山?燕山一線發(fā)現(xiàn)了大量代表陸內(nèi)變形的中侏羅世末逆沖推覆構(gòu)造, 從而厘定出了陰山?燕山陸內(nèi)造山帶(葛肖宏, 1989; Davis et al., 1998, 2001; 鄭亞東等, 2000)

相對(duì)于陰山?燕山陸內(nèi)造山帶, 盤羊山地區(qū)未發(fā)育明顯代表陸內(nèi)變形的侏羅紀(jì)到白堊紀(jì)褶皺和斷層活動(dòng); 而且地貌上雖然以東西向山脈為主, 但是其整體海拔遠(yuǎn)低于大青山構(gòu)造帶。所以, 盤羊山逆沖推覆體系不屬于陰山?燕山陸內(nèi)造山帶, 而應(yīng)該屬于內(nèi)蒙古隆起(張拴宏, 2004; Zhang et al., 2007)。位于盤羊山與大青山地區(qū)古老結(jié)晶基底之間的晚古生代盆地將盤羊山逆沖推覆體系與大青山構(gòu)造域分隔開來。

盤羊山地區(qū)受自北向南逆沖推覆作用的影響, 巖石單元主要呈近東西向展布, 在南部靠近逆沖斷層的位置還出露一條早期的韌性剪切帶。研究區(qū)北部主要出露華北克拉通結(jié)晶基底的新太古代變質(zhì)侵入巖組合以及具綠巖帶性質(zhì)的色爾騰山巖群(李景春等, 2004)。向南零星出露新元古界震旦系變質(zhì)碳酸鹽巖以及上石炭統(tǒng)拴馬樁組碎屑巖, 此二者常共同作為斷夾塊以逆沖推覆體系疊瓦扇的形式出露。最南部是介于盤羊山與大青山間的下二疊統(tǒng)大紅山組和中二疊統(tǒng)腦包溝組。另外研究區(qū)北部出露約1000 km2未變形的247～244 Ma高鉀鈣堿性弱過鋁質(zhì)中粒二云母二長花崗巖巖基(高爽等, 2017), 在與推覆體的交界位置, 呈寬度不等的脈體侵位于強(qiáng)烈變形的新太古代石英閃長巖巖片中。

方框c區(qū)域?yàn)閳D2; PST(Panyangshan thrust). 盤羊山逆沖斷層; LNF(Liubuquan normal fault). 柳卜泉正斷層; DST(Daqingshan thrust). 大青山逆沖斷層; DSDF(Daqingshan detachment fault). 大青山拆離斷層。

圖2 盤羊山東部地區(qū)地質(zhì)簡圖(據(jù)內(nèi)蒙古地質(zhì)調(diào)查院, 2001a; 斷層名稱縮寫同圖1)

2 盤羊山逆沖推覆體系的構(gòu)造特征

2.1 逆沖斷層展布狀態(tài)

盤羊山逆沖斷層系西起哈樂鎮(zhèn), 向東經(jīng)干溝口子、盤羊山至新地溝, 向南一直到烏蘭合雅, 整體呈近東西向展布, 在研究區(qū)內(nèi)延伸約50 km(圖1、2)。斷層面北傾, 傾角約30°。斷層?xùn)|端在烏蘭合雅被中侏羅統(tǒng)大青山組紫紅色礫巖、砂礫巖覆蓋, 同時(shí)被大青山逆沖斷層截切(鄭亞東等, 1998; 戚國偉等, 2007); 西端在哈樂附近被新生代火山巖和第四紀(jì)沉積物覆蓋。

該逆沖斷層系有兩條主要斷層, 最北邊的逆沖斷層將新太古界色爾騰山巖群柳樹溝組巖片逆沖到新元古界震旦系什那干組之上; 南部的逆沖斷層將震旦系什那干組與上石炭統(tǒng)拴馬樁組構(gòu)成的巖片推覆到準(zhǔn)原地巖系之上。

2.2 準(zhǔn)原地系地層單元

盤羊山逆沖推覆體系的準(zhǔn)原地巖系包括下二疊統(tǒng)大紅山組(P1)安山巖、英安巖夾碎屑巖, 中二疊統(tǒng)腦包溝組(P2)復(fù)成分礫巖。

二疊紀(jì)地層廣泛出露于研究區(qū)南部至大青山前寒武紀(jì)變質(zhì)巖之間, 東西向連續(xù)展布, 東部出露范圍最大, 寬約10 km。中二疊統(tǒng)腦包溝組礫石成分復(fù)雜, 礫石主要為石英巖, 另有少量灰?guī)r透鏡體。巖層南傾, 產(chǎn)狀約為179°∠42°, 發(fā)育有逆粒序?qū)永?、韻律層理、褶皺變形。大紅山組火山巖產(chǎn)狀不明確。在平安村, 大紅山組安山巖與腦包溝組紫紅色礫巖的邊界發(fā)育斷層破碎帶, 破碎帶寬約5 m, 由斷層泥和斷層角礫構(gòu)成。

2.3 推覆體

盤羊山逆沖推覆體系的推覆體主要由四部分組成, 自南向北依次為上石炭統(tǒng)拴馬樁組(C2)、新元古界震旦系什那干組(Z)、新太古界色爾騰山巖群柳樹溝組(Ar3)和新太古代變質(zhì)侵入巖組合。

上石炭統(tǒng)拴馬樁組為夾煤線和炭質(zhì)板巖的礫巖、砂巖、粉砂巖, 沿盤羊山逆沖斷層斷續(xù)分布, 最大出露寬度約2.5 km。巖層整體北傾, 產(chǎn)狀約為342°∠47°, 發(fā)育明顯褶皺變形, 常推覆在腦包溝組和大紅山組之上(圖3a、b, 4)。在柳卜泉剖面, 厚約200 m拴馬樁組發(fā)生強(qiáng)烈的褶皺變形, 在逆沖推覆體系中充當(dāng)了滑脫層的作用(圖5)。

(a、b) 盤羊山逆沖斷層野外剖面; (c、d) 震旦系什那干組逆沖到上石炭統(tǒng)拴馬樁組之上; (e) 什那干組結(jié)晶灰?guī)r內(nèi)小逆沖斷層; (f) 未變形花崗巖脈體侵位到強(qiáng)烈變形的殺牛山石英閃長巖巖片中; (g) 三疊紀(jì)未變形二長花崗巖; (h) 三疊紀(jì)二長花崗巖顯微照片。地層符號(hào): Ar3l. 新太古界柳樹溝組; Zsh. 震旦系什那干組; C2sh. 上石炭統(tǒng)拴馬樁組; P1d. 下二疊統(tǒng)大紅山組; P2n. 中二疊統(tǒng)腦包溝組; Ar3s. 新太古代殺牛山石英閃長巖; Ar3m. 新太古代蒙古寺二長花崗巖。

新元古界震旦系什那干組由變質(zhì)碳酸鹽巖組成, 沿逆沖斷層走向不連續(xù)分布, 西部厚度大于東部。在丑貴溝二號(hào)和上半溝的構(gòu)造窗露頭, 什那干組被拴馬樁組不整合覆蓋(王新亮等, 2002)。而在研究區(qū), 什那干組與拴馬樁組之間更多為斷層接觸關(guān)系(圖3c、d, 4)。

新太古界色爾騰山巖群柳樹溝組綠泥綠簾長英質(zhì)糜棱巖呈帶狀沿逆沖斷層不連續(xù)分布, 在新地溝附近出露范圍陡然變大, 出露寬度約6 km。該組巖石原巖為含基性火山物質(zhì)的砂巖(李景春等, 2004), 鏡下可見因?yàn)榛宰冑|(zhì)礦物含量差異而引起的成分分層。巖石經(jīng)歷強(qiáng)烈糜棱巖化而生成糜棱巖、超糜棱巖, 糜棱面理產(chǎn)狀為14°∠41°。露頭可見拉長的石英條帶, 鏡下可見石英條帶發(fā)生旋轉(zhuǎn)重結(jié)晶。作為推覆體的重要組成部分, 其與拴馬樁組、什那干組之間為斷層接觸關(guān)系(圖3a、4、5)。

新太古代變質(zhì)侵入巖組合由蒙古寺二長花崗巖(Ar3)、張旦溝英云閃長巖(Ar3)和殺牛山石英閃長巖(Ar3)組成, 為外來巖系的主體。變質(zhì)侵入巖組合普遍發(fā)育面理, 特別是在靠近盤羊山逆沖斷層的韌性剪切帶內(nèi), 糜棱面理廣泛發(fā)育。其中出露面積最廣的蒙古寺二長花崗巖在北部遠(yuǎn)離韌性剪切帶的面理產(chǎn)狀為10°∠25°, 南部韌性剪切帶內(nèi)眼球狀片麻巖的片麻理產(chǎn)狀為356°∠49°。

2.4 運(yùn)動(dòng)學(xué)特征

運(yùn)動(dòng)學(xué)指示標(biāo)志顯示盤羊山斷層為逆沖斷層, 逆沖方向?yàn)榇笾伦员毕蚰?。什那干組結(jié)晶灰?guī)r中小的斷層面產(chǎn)狀為350°∠45°, 斷層面兩側(cè)發(fā)育有拖曳褶皺, 拖曳褶皺指示了自北向南的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征(圖3e)。另外, 剖面中地層重復(fù)以及老蓋新的接觸關(guān)系等也證實(shí)了盤羊山逆沖斷層自北向南的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征(圖3a、b、d, 4, 5)。

3 大灘巖體

大灘巖體位于研究區(qū)北部, 是大灘深成雜巖體的主要組成部分, 出露面積約1000 km2。大灘巖體為肉紅色高鉀鈣堿性弱過鋁質(zhì)二云母二長花崗巖(圖3g), 主要由石英、斜長石、堿性長石、黑云母、白云母、磷灰石、榍石等礦物組成(圖3h)。根據(jù)礦物結(jié)構(gòu), 巖體可分為核心相和邊緣相, 核心相主要為中粒結(jié)構(gòu), 斜長石、黑云母含量高, 堿性長石、石英含量低; 邊緣相為似斑狀結(jié)構(gòu), 礦物粒度較細(xì), 堿性長石、石英含量高, 而斜長石、黑云母含量低。礦物學(xué)、巖石地球化學(xué)分析結(jié)果顯示花崗巖具明顯的結(jié)晶分異特征(Wang et al., 2021), 前人測(cè)得其成巖年齡為247～244 Ma(高爽等, 2017)。

在研究區(qū)北部, 巨大的大灘巖體侵位到盤羊山逆沖推覆體系強(qiáng)烈變形的推覆體之中(圖3f), 但是大灘巖體本身并沒有發(fā)生塑性變形, 而且沒有觀察到與盤羊山逆沖斷層體系相匹配的斷裂活動(dòng), 所以巖體的侵位時(shí)間應(yīng)該晚于斷層活動(dòng)時(shí)間。就其構(gòu)造意義而言, 相對(duì)于盤羊山逆沖體系, 大灘巖體具有類似釘合巖體的性質(zhì)。

圖4 干溝口子示意性剖面圖(巖石組合名稱縮寫參照?qǐng)D3)

圖5 柳卜泉信手剖面圖(巖石組合名稱縮寫參照?qǐng)D3)

4 年代學(xué)特征

4.1 樣品采集與分析方法

為了限定盤羊山逆沖斷層活動(dòng)時(shí)間的下限, 本次以準(zhǔn)原地巖系中最年輕地層——腦包溝組為研究對(duì)象, 在該套地層中采集了黃綠色礫巖夾層中的細(xì)砂巖DT19-2(采樣位置: 41°11′55″N, 112°7′16″E)進(jìn)行碎屑鋯石分析。

鋯石的分選與制靶工作在河北廊坊宇能公司完成。首先對(duì)巖石樣品進(jìn)行了破碎, 然后通過磁選法分選出鋯石, 之后在雙目鏡下挑選出鋯石1000余顆; 隨機(jī)選取200余顆鋯石進(jìn)行制靶, 先將鋯石顆粒固定好, 用樹脂制成靶, 然后進(jìn)行磨蝕、拋光, 之后進(jìn)行透射光、反射光以及CL圖像分析, 以確定鋯石內(nèi)部結(jié)構(gòu)(圖6)。鋯石CL圖像在北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院造山帶與地殼演化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室拍攝。LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年以及微量元素測(cè)定在河北地質(zhì)大學(xué)區(qū)域地質(zhì)與成礦作用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。LA-ICP-MS由裝配Laurin Technic S155樣品池和搭載GeoStaruGISTM軟件的澳大利亞RESOlution-LR型高能量ArF2準(zhǔn)分子激光剝蝕系統(tǒng)和美國賽默飛iCAP RQ型等離子體質(zhì)譜儀共同組成。光斑直徑、激光能量密度和剝蝕頻率分別為29mm、3 J/cm2、8 Hz。剝蝕過程中, 首先采集10 s的空白, 然后進(jìn)行40 s的剝蝕, 之后再進(jìn)行20 s的吹掃。其中使用氣流量為0.6 L/min高純度的氦氣為載氣, 氣流量為0.8 L/min的氬氣為輔助氣。另外, 同位素比值的校正以國際標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500為外部標(biāo)樣、國際標(biāo)準(zhǔn)鋯石GJ_1和Ple?ovice為監(jiān)控盲樣進(jìn)行; 微量元素含量的測(cè)定以國際標(biāo)樣NIST610為外標(biāo)、Si為內(nèi)標(biāo)、NIST612為監(jiān)控盲樣進(jìn)行。

4.2 鋯石U-Pb年齡

對(duì)70顆碎屑鋯石進(jìn)行U-Pb年齡測(cè)試, 并獲得54個(gè)諧和年齡點(diǎn), 具體的數(shù)據(jù)如表1所示。

碎屑鋯石年齡的分布范圍較廣, 整體在2765～ 271 Ma之間, 主要可以分為三個(gè)年齡區(qū)間(圖7a、c)。第一個(gè)年齡區(qū)間為2765～2032 Ma, 峰值年齡約2526 Ma (圖7c)。該年齡段的鋯石都是次圓狀, Th/U值基本都大于0.4, 只有一個(gè)鋯石Th/U值小于0.1。根據(jù)鋯石形態(tài)又可以分為兩類: 一類為柱狀, 粒徑在117～ 144 μm之間, 部分發(fā)育核幔邊結(jié)構(gòu), 大多生長有振蕩環(huán)帶, 主要是巖漿鋯石; 另一類為等軸狀, 粒徑約114 μm, 主要為不分帶或弱分帶結(jié)構(gòu)(圖6)。第二個(gè)年齡區(qū)間為1909～1766 Ma, 峰值年齡為1859 Ma (圖7c)。該年齡段的鋯石為次圓狀、等軸狀, 粒徑約115 μm, 主要發(fā)育不分帶結(jié)構(gòu), Th/U值在0.76～5.45之間。第三個(gè)年齡區(qū)間為336～271 Ma, 具有324 Ma和281 Ma兩個(gè)峰值年齡(圖7d), 鋯石形態(tài)上主要為柱狀、次棱狀到次圓狀, 粒徑在109～167 μm之間, 發(fā)育有振蕩環(huán)帶、弱分帶結(jié)構(gòu), Th/U值為0.53～2.15, 主要是巖漿鋯石。可以看出, 此三組碎屑鋯石的年齡區(qū)間與華北克拉通北緣燕山帶中石炭世到晚中生代中沉積巖碎屑鋯石的年齡區(qū)間相符(Yang et al. 2006)。另外, 顯生宙碎屑鋯石中最年輕的年齡約271 Ma(表1), 而在2σ誤差條件下的諧和圖中存在著與之重疊的兩個(gè)年齡, 這三顆最年輕鋯石的平均年齡為272±8 Ma(圖7b)。

圖6 鋯石陰極發(fā)光圖

表1 腦包溝組細(xì)砂巖中碎屑鋯石U-Pb年齡結(jié)果

續(xù)表1:

(a) 所有樣品的諧和年齡圖; (b) 最年輕的三個(gè)鋯石的諧和年齡圖; (c) 所有樣品年齡直方圖; (d) 顯生宙鋯石年齡直方圖。

5 盤羊山逆沖斷層活動(dòng)時(shí)間

對(duì)于盤羊山逆沖推覆體系而言, 準(zhǔn)原地巖系中年輕地層的沉積年齡是限定逆沖推覆時(shí)間下限的有力依據(jù)。而對(duì)于地層年齡而言, 在2σ誤差條件下年齡有疊合的最年輕的三顆及以上的碎屑鋯石的平均年齡可以代表地層的最大沉積年齡; 同時(shí)該方法也是限定地層最大沉積年齡的常用方法中最保守的, 其結(jié)果往往大于地層最年輕的沉積年齡(Dickinson and Gehrels, 2009)。所以腦包溝組細(xì)砂巖中最年輕的三顆鋯石的平均年齡272±8 Ma既代表了該地層最老的沉積年齡(圖7b), 也限定了盤羊山逆沖斷層最早的活動(dòng)時(shí)間。

另一方面, 在盤羊山地區(qū)北部的大灘二長花崗巖巖基與盤羊山推覆體交界位置, 未變形的巖體呈脈狀侵位到強(qiáng)烈變形的殺牛山石英閃長巖中, 起到了釘合巖體的作用(圖3f), 可以限定盤羊山逆沖斷層活動(dòng)的上限。高爽(2017)在對(duì)大灘巖體北部花崗巖的研究, 獲得其鋯石U-Pb年齡為247～244 Ma, 代表了花崗巖體的侵位年齡。因此, 247～244 Ma的未變形巖體的年齡限定了盤羊山逆沖斷層最晚的推覆時(shí)間。

根據(jù)大灘巖體與準(zhǔn)原地巖系年齡對(duì)逆沖推覆體系活動(dòng)時(shí)間的限定, 可以斷定盤羊山逆沖斷層的推覆時(shí)間為中二疊世到早三疊世。

6 構(gòu)造意義

中生代以前, 盤羊山地區(qū)所處的華北克拉通北緣受興蒙造山帶或古亞洲洋構(gòu)造域的影響強(qiáng)烈(Zhang et al., 2007; 張拴宏等, 2010)。要探究該區(qū)域中晚二疊世構(gòu)造背景, 需要結(jié)合興蒙造山帶南部的演化歷程。

包括興蒙造山帶在內(nèi)的中亞造山帶是顯生宙地球上最明顯的地殼增生區(qū)域之一, 位于華北和西伯利亞兩個(gè)克拉通的活動(dòng)陸緣之間, 與古亞洲洋活動(dòng)息息相關(guān), 最終由火山弧、增生雜巖等與華北克拉通、西伯利亞克拉通活動(dòng)陸緣拼貼形成(Xiao et al., 2003; 徐備等, 2014)。關(guān)于中亞造山帶的演化過程, 由于對(duì)蛇綠巖的類型、年齡認(rèn)識(shí)不同, 對(duì)沉積環(huán)境等地質(zhì)現(xiàn)象的理解存在差異, 對(duì)于其演化模型, 主要存在兩種觀點(diǎn): 一種觀點(diǎn)根據(jù)“溝?弧?盆”特征, 識(shí)別出南、北造山帶, 同時(shí)根據(jù)古地理格局、巖漿演化等資料, 認(rèn)為中亞造山帶在泥盆紀(jì)就已經(jīng)形成, 晚古生代主要發(fā)生陸內(nèi)伸展和閉合(Xu et al., 2013, 2015; 徐備等, 2014); 另一種觀點(diǎn)主要根據(jù)蛇綠巖、混雜巖、高壓巖石等地質(zhì)現(xiàn)象, 將中亞造山帶更精細(xì)地劃分為不同的構(gòu)造單元, 并提出了單一洋殼持續(xù)俯沖?加積的構(gòu)造模型, 認(rèn)為直到中三疊世古亞洲洋才最終閉合, 隨之中亞造山帶最終形成(Xiao et al., 2003, 2015)。

Wang et al. (2021)通過對(duì)部分華北克拉通北緣二疊紀(jì)到早中三疊世花崗質(zhì)巖石地球化學(xué)特征研究, 顯示華北克拉通北緣花崗質(zhì)巖石從早二疊世的弧巖漿逐漸演化為中三疊世的碰撞后巖漿, 證明了晚古生代該區(qū)域存在著古亞洲洋的俯沖。

關(guān)于晚古生代華北克拉通北緣對(duì)古亞洲洋俯沖的響應(yīng)和古亞洲洋閉合時(shí)間等研究, 諸多巖石地球化學(xué)、古生物地層學(xué)、構(gòu)造地質(zhì)學(xué)等研究都證明了中晚二疊世古亞洲洋最終閉合和陸塊的拼合、碰撞。在巖石地球化學(xué)方面, 部分學(xué)者對(duì)華北克拉通北緣石炭紀(jì)到二疊紀(jì)的侵入體、火山巖進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)石炭紀(jì)到早或中二疊世在古亞洲洋的俯沖背景下, 華北克拉通北緣生成了具有安第斯型陸緣弧特征的活動(dòng)大陸邊緣(袁桂邦和王惠初, 2006; Zhang et al., 2007, 2009a, 2009b; 王挽瓊, 2014; Cope, 2017)。中二疊世早期, 溫都爾廟?集寧區(qū)域的火成巖指示了同碰撞體制的啟動(dòng)(王挽瓊, 2014), 至中晚二疊世, 華北克拉通北緣存在著碰撞構(gòu)造背景, 如264 Ma北極個(gè)正長花崗巖(柳長峰, 2010)、268 Ma黑腦包黑云母花崗巖(熊光強(qiáng)等, 2013)、265～253 Ma大廟巖體(章永梅等, 2009)都指示了同碰撞構(gòu)造背景。在古生物地層研究方面, 二疊紀(jì)晚期興蒙造山帶華夏植物群和安加拉植物群的地理分界線消失, 兩植物群出現(xiàn)混生(Shi et al., 1995; Shi and Zhan, 1996); 造山帶東南部的海相沉積最晚出現(xiàn)在晚二疊世, 至早三疊世開始出現(xiàn)河湖相沉積(和政軍等, 1997), 這都說明了古亞洲洋最終閉合時(shí)間為晚二疊世; 另外對(duì)冀北?遼西晚石炭世?中三疊世地層沉積相和物源分析也發(fā)現(xiàn), 中晚二疊世三角洲和河流沉積體系指示了該時(shí)期蒙古微陸塊與華北克拉通發(fā)生碰撞, 華北克拉通北緣強(qiáng)烈隆升(馬收先等, 2014)。在構(gòu)造地質(zhì)學(xué)研究方面, 華北克拉通北緣晚二疊世到早三疊世白乃廟逆沖斷層同樣指示了古亞洲洋最終閉合過程中的陸塊拼合、碰撞過程(李剛等, 2012; 周志廣等, 2018)。

在大洋閉合、陸塊拼合的同碰撞階段, 陸緣往往會(huì)產(chǎn)生逆沖、褶皺而隆升增厚。內(nèi)蒙古隆起保存有良好的晚古生代到早中生代構(gòu)造變形, 可以研究分析華北克拉通北緣在該時(shí)期同碰撞構(gòu)造體制下的地殼變形。內(nèi)蒙古隆起南端和北端發(fā)育近同期的南向逆沖的盤羊山逆沖體系和北向逆沖的白乃廟逆沖斷層(李剛等, 2012; Li et al., 2017; 周志廣等, 2018), 其中作為內(nèi)蒙古隆起北邊界或華北克拉通北邊界的白乃廟逆沖斷層, 其晚期活動(dòng)時(shí)間為晚二疊世到早三疊世, 構(gòu)造樣式為疊瓦式逆沖推覆構(gòu)造, 底板逆沖斷層深度為120～800 m, 將華北北緣中?新元古界的白云鄂博群向北推覆到下古生界白乃廟群之上, 沒有卷入基底的變形(李剛等, 2012; 周志廣等, 2018)。對(duì)盤羊山逆沖推覆體系而言, 根據(jù)斷層對(duì)準(zhǔn)原地巖系的切割關(guān)系以及大灘花崗巖對(duì)推覆體的侵位關(guān)系, 可以斷定盤羊山逆沖推覆構(gòu)造生成于272 Ma到247～244 Ma之間, 與前者晚期活動(dòng)時(shí)間基本同期; 另外該斷層系向南逆沖, 卷入了基底的變形。這兩個(gè)逆沖方向相反的逆沖推覆體系共同代表了該時(shí)期華北克拉通北緣中部地殼的縮短增厚, 反映了中晚二疊世古亞洲洋的最終閉合以及蒙古微陸塊與華北克拉通拼合、碰撞。

7 結(jié) 論

(1) 盤羊山逆沖推覆體系的推覆體由新太古代變質(zhì)侵入巖組合、新太古界色爾騰山巖群柳樹溝組、新元古界震旦系什那干組以及上石炭統(tǒng)拴馬樁組構(gòu)成, 準(zhǔn)原地巖系由下二疊統(tǒng)大紅山組、中二疊統(tǒng)腦包溝組構(gòu)成, 運(yùn)動(dòng)學(xué)指示標(biāo)志顯示了自北向南的逆沖。

(2) 247～244 Ma未變形大灘巖體侵位到變形強(qiáng)烈的推覆體內(nèi), 具有類似于釘合巖體的性質(zhì), 限定了斷層活動(dòng)時(shí)間的上限; 準(zhǔn)原地巖系中最年輕的地層腦包溝組的碎屑鋯石年齡分析表明, 地層的最大沉積年齡為272±8 Ma, 限定了逆沖推覆時(shí)間的下限。因此, 盤羊山逆沖推覆構(gòu)造的活動(dòng)時(shí)間為中二疊世到早三疊世。

(3) 盤羊山逆沖體系可能是中晚二疊世古亞洲洋閉合、華北克拉通與蒙古微陸塊碰撞導(dǎo)致的華北克拉通北緣地殼增厚的響應(yīng)。

感謝中國海洋大學(xué)劉永江教授、中國地質(zhì)科學(xué)院張拴宏研究員以及另外兩名匿名審稿專家的寶貴意見。

陳斌, 趙國春, Simon W. 2001. 內(nèi)蒙蘇尼特左旗南兩類花崗巖的同位素年代學(xué)及其構(gòu)造意義. 地質(zhì)論評(píng), 47(4): 361–367.

陳志勇, 李玉璽, 王新亮, 楊帥師, 黃占起. 2002. 包頭?呼和浩特北部地區(qū)逆沖推覆構(gòu)造. 地質(zhì)通報(bào), 21(4): 251–258.

高爽, 陳衛(wèi)鋒, 任全, 顏小波, 王強(qiáng), 陳培榮, 凌洪飛. 2017. 內(nèi)蒙古察右中旗地區(qū)萬隆昌?大腦包花崗巖成因研究. 高校地質(zhì)學(xué)報(bào), 23(1): 1–15.

葛肖虹. 1989. 華北板內(nèi)造山帶的形成史. 地質(zhì)論評(píng), 35(3): 254–261.

和政軍, 劉淑文, 任紀(jì)舜, 王瑜. 1997. 內(nèi)蒙古林西地區(qū)晚二疊世?早三疊世沉積演化及構(gòu)造背景. 中國區(qū)域地質(zhì), 97(4): 68–74.

黃汲清. 1954. 中國主要地質(zhì)構(gòu)造單位. 北京: 地質(zhì)出版社: 1–162.

李剛, 劉正宏, 徐仲元, 彭向東, 董曉杰, 沙茜, 王挽瓊. 2012. 內(nèi)蒙古白乃廟逆沖推覆構(gòu)造的組成及其構(gòu)造特征. 吉林大學(xué)學(xué)報(bào)(地球科學(xué)版), 42(S2): 309–319.

李景春, 趙愛林, 王力, 崔克英, 金成洙. 2004. “色爾騰山群”的解體及其原巖特征. 西北地質(zhì), 37(1): 74–80.

劉江. 2013. 內(nèi)蒙古大青山中生代構(gòu)造演化. 北京: 北京大學(xué)博士學(xué)位論文: 11–12.

柳長峰. 2010. 內(nèi)蒙古四子王旗地區(qū)古生代?早中生代巖漿巖帶及其構(gòu)造意義. 北京: 中國地質(zhì)大學(xué)博士學(xué)位論文: 80–86.

馬收先, 孟慶任, 武國利, 段亮. 2014, 內(nèi)蒙古隆起晚古生代構(gòu)造隆升的沉積記錄. 地質(zhì)學(xué)報(bào), 88(10): 1771– 1789.

內(nèi)蒙古地質(zhì)調(diào)查院. 2001a. 大灘幅(1∶50000).

內(nèi)蒙古地質(zhì)調(diào)查院. 2001b. 七蘇木幅(1∶50000).

戚國偉, 張進(jìn)江, 王新社, 郭磊. 2007. 內(nèi)蒙古大青山中生代逆沖?伸展構(gòu)造格局及空間關(guān)系. 自然科學(xué)進(jìn)展, 17(3): 329–338.

邵濟(jì)安. 1991. 中朝板塊北緣中段地殼演化. 北京: 北京大學(xué)出版社: 1–136.

王建平, 楊玉東. 1983. 內(nèi)蒙大青山地區(qū)的沖斷和推覆構(gòu)造. 中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所所刊, 2(4): 43–58.

王挽瓊. 2014. 華北板塊北緣中段晚古生代構(gòu)造演化: 溫都爾廟–集寧火成巖年代學(xué)、地球化學(xué)的制約. 長春: 吉林大學(xué)博士學(xué)位論文: 5–6.

王新亮, 胡鳳翔, 李玉璽, 熊煜. 2002. 華北地臺(tái)北緣烏蘭哈雅地區(qū)二疊紀(jì)末?三疊紀(jì)初推覆構(gòu)造. 中國地質(zhì), 29(2): 135–138.

謝靜博, 王風(fēng)華, 尚婷, 李劍鋒, 馬凱波. 2011. 內(nèi)蒙古盤羊山逆沖推覆構(gòu)造系統(tǒng)的組合特征. 地質(zhì)調(diào)查與研究, 34(1): 23–28.

熊光強(qiáng), 趙洪濤, 劉敏, 張達(dá), 王浩然, 王忠. 2013. 內(nèi)蒙古四子王旗黑腦包巖體年代學(xué)與地球化學(xué)特征及其構(gòu)造演化. 地質(zhì)力學(xué)學(xué)報(bào), 19(2): 162–177.

徐備, 陳斌. 1997. 內(nèi)蒙古北部華北板塊與西伯利亞板塊之間中古生代造山帶的結(jié)構(gòu)和演化. 中國科學(xué)(D輯), 27(3): 227–232.

徐備, 趙盼, 鮑慶中, 周永恒, 王炎陽, 羅志文. 2014. 興蒙造山帶前中生代構(gòu)造單元?jiǎng)澐殖跆? 巖石學(xué)報(bào), 30(7): 1841–1857.

袁桂邦, 王惠初. 2006. 內(nèi)蒙古武川西北部早二疊世巖漿活動(dòng)及其構(gòu)造意義. 地質(zhì)調(diào)查與研究, 29(4): 303–310.

張拴宏. 2004. 燕山構(gòu)造帶內(nèi)蒙古隆起東段晚古生代?早中生代構(gòu)造巖漿活動(dòng)及其地質(zhì)意義. 北京: 中國地質(zhì)科學(xué)院博士學(xué)位論文: 1–3.

張拴宏, 趙越, 劉建民, 胡健民, 宋彪, 劉健, 吳海. 2010. 華北地塊北緣晚古生代?早中生代巖漿活動(dòng)期次、特征及構(gòu)造背景. 巖石礦物學(xué)雜志, 29(6): 824–842.

章永梅, 張華鋒, 劉文燦, 周志廣. 2009. 內(nèi)蒙古中部四子王旗大廟巖體時(shí)代及成因. 巖石學(xué)報(bào), 25(12): 3165–3181.

鄭亞東, Davis G A, 王琮, Darby B J, 華永剛. 1998. 內(nèi)蒙古大青山大型逆沖推覆構(gòu)造. 中國科學(xué)(D輯), 28(4): 289–295.

鄭亞東, Davis G A, 王琮, Darby B J, 張長厚. 2000. 燕山帶中生代主要構(gòu)造事件與板塊構(gòu)造背景問題. 地質(zhì)學(xué)報(bào), 74(4): 289–302.

周志廣, 張達(dá), 谷永昌, 王果勝, 李紅英, 於煬森, 柳長峰, 劉文燦. 2018. 內(nèi)蒙古白乃廟逆沖推覆構(gòu)造特征及其地質(zhì)意義. 大地構(gòu)造與成礦學(xué), 42(1): 1–17.

Cope T. 2017. Phanerozoic magmatic tempos of North China., 468: 1–10.

Davis G A, Wang C, Zheng Y D, Zhang J J, Zhang C H and Gehrels G E. 1998. The enigmatic Yinshan fold-and thrust belt of northern China: New views on its intraplate contractional styles., 26(1): 43–46.

Davis G A, Zheng Y D, Wang C, Darby B J, Zhang C H and Gehrels G E. 2001. Mesozoic tectonic evolution of the Yanshan fold and thrust belt, with emphasis on Hebei and Liaoning provinces, northern China., 194: 171–197.

Dickinson W R and Gehrels G E. 2009. Use of U-Pb ages of detrital zircons to infer maximum depositional ages of strata: A test against a Colorado Plateau Mesozoic database., 288(1–2): 115–125.

Li J L, Zhou Z G, He Y F, Wang G S, Wu C, Liu C F, Yao G, Xu W T, Zhao X Q and Dai P F. 2017. Geochronologicaland sedimentological evidences of Panyangshan foreland basin for tectonic control on the Late Paleozoic plate marginal orogenic belt along the northern margin of the North China Craton., 107: 1193–1213.

Shi G R, Archbold N W and Zhan L P. 1995. Distribution and characteristics of mixed (transitional) mid-Permian (Late Artinskian-Ufimian) marine faunas in Asia and their paleogeographical implications.,,, 114: 241–271.

Shi G T and Zhan L P. 1996. A mixed mid-Permian marine fauna from the Yanji area, northeastern China: A paleobiogeographical reinterpretation., 5: 385–395.

Tang K D. 1990. Tectonic development of Paleozoic fold belts at the north margin of the Sino-Korean craton., 9(2): 249–260.

Wang H B, Zhang J J, Fan Y S and Guo L. 2021. Tectonic conversion on the northern margin of the North China Craton in the Early Triassic: Constraints from geochro-nology and petrogenesis of the Datan plutonic complex, middle of Inner Mongolia, China., 388–389: 106038.

Wang Q and Liu X Y. 1986. Paleoplate tectonics between Cathaysia and Angaraland in Inner Mongolia of China. Tectonics, 5(7): 1073–1088.

Xiao W J, Sun M and Santosh M. 2015. Continental reconstruction and metallogeny of the Circum-Junggar areas and termination of the southern Central Asian Orogenic Belt., 6(2): 137–140.

Xiao W J, Windley B F, Hao J and Zhai M G. 2003. Accretion leading to collision and the Permian Solonker suture Inner Mongolia China: Termination of the central Asian orogenic belt., 22(6): 1484–1505.

Xu B, Charvet J, Chen Y, Zhao P and Shi G Z. 2013. Middle Paleozoic convergent orogenic belts in western Inner Mongolia (China): Framework kinematics geochronology and implications for tectonic evolution of the Central Asian Orogenic Belt., 23(4): 1342– 1364.

Xu B, Zhao P, Wang Y Y, Liao W, Luo Z W, Bao Q Z and Zhou Y H, 2015. The pre-Devonian tectonic framework of Xing’an-Mongolia orogenic belt (XMOB) in north China., 97: 183–196.

Yang J H, Wu F Y, Shao J A, Wilde S A, Xie L W and Liu X M. 2006. Constraints on the timing of uplift of the Yanshan Fold and Thrust Belt North China., 246(3–4): 336–352.

Zhang S H, Zhao Y, Kr?ner A, Liu X M, Xie L W and Chen F K. 2009a. Early Permian plutons from the northern North China Block: Constraints on continental arc evolution and convergent margin magmatism related to the Central Asian Orogenic Belt., 98(6): 1441–1467.

Zhang S H, Zhao Y, Song B, Hu J M, Liu S W, Yang Y H, Chen F K, Liu X M and Liu J. 2009b. Contrasting Late Carboniferous and Late Permian-Middle Triassic intrusive suites from the northern margin of the North China craton: Geochronology petrogenesis and tectonic implications., 121: 181–200.

Zhang S H, Zhao Y, Song B, Yang Z Y, Hu J M and Wu H. 2007. Carboniferous granitic plutons from the northern margin of the North China block: Implications for a late Palaeozoic active continental margin., 164(2): 451–463.

Structural Features, Active Time and Tectonic Significance of the Panyangshan Thrust-Nappe System, the Middle of Inner Mongolia

WANG Haibin1, 2, ZHANG Jinjiang1, 2*, GU Daxiang1, 2and FENG Lin1, 2

(1.Key Laboratory of Orogenic Belts and Crustal Evolution, Ministry of Education, Beijing 100871, China; 2. School of Earth and Space Sciences, Peking University, Beijing 100871, China)

In the northeast of Hohhot, the Panyangshan thrust-nappe system extends along Hale-Panyangshan-Wulanheya with roughly E-W strike and top-to-south kinematics. To the south, this system is composed of following structural units: the Nappe of Neoarchean metamorphic intrusive rock association and the Seertengshan Formation, the sheet of Neoproterozoic Sinian Shinagan Formation and the Late Carboniferous Shuanmazhuang Formation, and the quasi-autochthon composed of the Early Permian Dahongshan Formation and the Middle Permian Naobaogou Formation, whereas the Shuanmazhuang Formation is possibly a decollement. The undeformed monzogranite batholith of about 247–244 Ma, which intruded the deformed Neo-Archean nappe in the north, exhibits features of “stitching pluton” and places the upper limit for the thrusting. In addition, U-Pb dating results of detrital zircon from the youngest strata of the quasi-autochthon indicate that the strata were likely deposited after272 Ma. Therefore, the controversial issue about the activity time of the Panyangshan thrust system is solved finally. This thrust-nappe system was likely formed in response to the curst thickening of the north margin of the North China Craton subsequent to the closure of the Paleo Asian Ocean and the collision between the North China Craton and Mongolia microblocks.

the north margin of the North China Craton; Panyangshan thrust-nappe structure; stitching pluton; the Middle-Late Permian

2020-07-03;

2021-05-08

“中國北方中?古生界勘探潛力評(píng)價(jià)與區(qū)塊優(yōu)選”項(xiàng)目(8410102109)和“興蒙造山帶構(gòu)造演化、成礦信息與成礦作用”項(xiàng)目(8201701000)聯(lián)合資助。

王海濱(1994–), 男, 博士研究生, 構(gòu)造地質(zhì)學(xué)專業(yè)。Email: whb2017@pku.edu.cn

張進(jìn)江(1964–), 男, 博士生導(dǎo)師, 教授, 從事構(gòu)造地質(zhì)學(xué)研究。Email: zhjj@pku.edu.cn

P542

A

1001-1552(2021)05-0839-012

10.16539/j.ddgzyckx.2021.05.001