呂梁地區(qū)臨縣東部漢高山群構(gòu)造演化特征淺析*

茍鈞壹 何登發(fā)

（1.中國地質(zhì)大學(xué)（北京）能源學(xué)院 北京 100083；2.海相儲(chǔ)層演化與油氣富集機(jī)理教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 北京 100083）

華北克拉通自古元古代末期呂梁運(yùn)動(dòng)之后固結(jié)形成了穩(wěn)定的結(jié)晶基底，進(jìn)入了地臺(tái)演化階段的穩(wěn)定蓋層發(fā)育期（翟明國，2019），中—新元古界沉積蓋層自此發(fā)育。呂梁地區(qū)漢高山群為一套以陸相—濱海相沉積建造，夾有火山巖沉積，被認(rèn)為是中元古界第一套沉積蓋層（王彥斌等，2022）。喬秀夫等（2014）通過Shrimp 鋯石U-Pb 定年獲得其 年 齡 為 1 778±20 Ma； Yang et al.（2019）通 過 Cameca1280 測(cè) 得 其 中 流 紋 巖 鋯石207Pb/206Pb 的加權(quán)平均年齡為1 776±6 Ma；王彥斌等（2022）通過漢高山群中安山巖鋯石U-Pb 定年獲得其年齡為1 769±9 Ma，限定漢高山群時(shí)代為1 770 Ma；Pang et al.（2022）通過鋯石定年將漢高山群年齡約束在1.8～1.69 Ga，他們都認(rèn)為漢高山群為華北克拉通裂解初期的沉積響應(yīng)。喬秀夫（1985）首先通過火山巖巖漿作用提出了呂梁—陜?cè)チ严莶?；喬秀夫?014）認(rèn)為在呂梁裂陷槽是中元古代早期熊耳裂陷槽向北延伸的三叉裂谷系中其中一支組成部分。一些學(xué)者通過對(duì)比熊耳群火山巖與呂梁地區(qū)小兩嶺組火山巖年齡與同位素對(duì)比特征亦認(rèn)同此觀點(diǎn)（Yang et al.，2019；雷天，2021；雷天等，2022）。漢高山群作為呂梁地區(qū)第一套沉積蓋層，至今在地表仍有出露，中間經(jīng)歷了長(zhǎng)達(dá)近18 億年的地質(zhì)活動(dòng)?；诖?，本文通過野外工作與2D-Move 模擬軟件，截取呂梁地區(qū)漢高山剖面，通過正反演模擬，結(jié)合大地構(gòu)造背景，初步探討漢高山群建造以及后期改造過程，為揭示華北克拉通中元古代裂谷盆地的形成與演化提供新思路。

1 地質(zhì)背景

研究區(qū)漢高山群位于呂梁隆起西側(cè)臨縣東部，方山縣以西5 km 漢高山一帶（圖1a），出露面積約3.1 km2，厚度約700 m，根據(jù)露頭位置可分為南段和北段。區(qū)域上，北段漢高山群西側(cè)與古元古界界河口群黑云斜長(zhǎng)片麻巖呈角度不整合接觸，東側(cè)與中寒武統(tǒng)灰?guī)r呈不整合接觸，南北兩側(cè)被第四系覆蓋；南段漢高山群東側(cè)與中奧陶統(tǒng)白云巖呈斷層接觸，北側(cè)被第四系覆蓋，西側(cè)和南側(cè)與中寒武統(tǒng)灰?guī)r呈不整合接觸，漢高山群中伴隨輝綠巖侵入。前人根據(jù)地層接觸關(guān)系、巖石組合、沉積旋回等將漢高山群劃分為3 個(gè)組，但因其分布局限問題，目前仍未按地理命名，故將其簡(jiǎn)稱為第一組、第二組與第三組（王瑞軍，2013）。此次研究圍繞南段較完整的露頭剖面（圖1b）展開。

圖1 漢高山地區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖（a.據(jù)山西省地質(zhì)礦產(chǎn)局，1989）和漢高山地區(qū)剖面圖（b）Fig.1 Geological sketch map of the Hangao Mountain area（a.Shanxi Provincial Geological Prospecting Bureau，1989）and geological profile of Hangao mountain area（b）

2 地層特征

漢高山群第一組地層整體厚度超過380 m，為漢高山群主要地層，分布于漢高村以南，以角度不整合超覆于古元古界界河口群之上。漢高山群第一組可劃分為3 段，下段以灰黃色、紫紅色礫巖（圖2a）為主，礫石分選磨圓差，礫石成分主要來自下部古元古界界河口群片麻巖、古元古界野雞山群石英巖、變質(zhì)基性火山巖，發(fā)育有板狀交錯(cuò)層理，厚度約80 m；中段由灰黃色含礫砂巖（圖2b）組成，礫石分選性差，磨圓程度低，厚度約50 m；上段為紫紅色頁巖夾薄層灰綠色頁巖、紫紅色鈣質(zhì)細(xì)砂巖，紫紅色砂質(zhì)頁巖（圖2c）與灰黃色砂質(zhì)粗粒長(zhǎng)石砂巖及一層凝灰?guī)r，厚度約250 m。沈其韓（2005）在頁巖層中提取到廣泛發(fā)育于前蘇聯(lián)震旦系和寒武系中的微古植分子：Margominuscula yugosa（有褶厚緣小球藻）、Trachysphaeridium mimtum（小粗面球形藻）。

漢高山群第二組地層厚度約240 m，位于漢高山村南側(cè)，與下覆漢高山群第一組不整合接觸。下部地層為黃色、灰黃色含礫長(zhǎng)石砂巖（圖2d），礫石分選性差，磨圓程度低；上部地層為灰黃色含礫長(zhǎng)石粗砂巖，夾有灰紫色、灰黃色薄層頁巖，上下地層間具有沉積間斷。

漢高山群第三組地層厚度約40 m，分布于漢高村南側(cè)以及漢高山南坡，以不整合覆蓋于漢高山群第二組之上，兩組地層中具有沉積間斷。第三組地層底部為灰白色礫巖，礫石成分以石英巖為主，次為變質(zhì)基性火山巖，呈滾圓狀；中部為一套安山巖，上部為紫紅色頁巖（圖2e）或含云母頁巖與白色中層狀石英砂巖互層（圖2f）。

圖2 呂梁地區(qū)漢高山群野外照片F(xiàn)ig.2 Field photographs of Hangaoshan Group from Lüliang area

3 構(gòu)造演化特征

研究區(qū)位于呂梁隆起西側(cè)，漢高山群地層傾向大致呈SSW（實(shí)測(cè)產(chǎn)狀：217°∠27°，171°∠27°，188°∠29°），橫穿南段漢高山群的近EW 向剖面表現(xiàn)為西傾的單斜構(gòu)造，其中方山斷裂（Ff）為漢高山群的同沉積主斷層（圖1b），斷層上盤為中元古界漢高山群、中-上寒武統(tǒng)和下-中奧陶統(tǒng)，中奧陶統(tǒng)以角度不整合覆蓋于漢高山群之上，隨后第四系覆蓋于奧陶系之上；斷層下盤為古元古界野雞山群、中-上寒武統(tǒng)和下-中奧陶統(tǒng)，中寒武統(tǒng)以角度不整合覆蓋于野雞山群之上，下盤地層與上盤地層相較更陡。通過2D-Move 對(duì)其進(jìn)行反演和正演模擬后，刻畫了如圖3所示的演化剖面示意圖。漢高山群大體經(jīng)歷了中元古代早期的斷陷盆地、早古生代的全面海侵、中生代的構(gòu)造反轉(zhuǎn)幾個(gè)主要演化階段。

圖3 漢高山群演化階段示意圖Fig.3 Evolution stage diagram of Hangaoshan Group

3.1 中元古代早期

呂梁運(yùn)動(dòng)構(gòu)造—熱事件的結(jié)束，標(biāo)志著華北克拉通結(jié)晶基底的形成。中元古代早期（1.8～1.75 Ga）華北克拉通開始伸展裂解，在古呂梁隆起的西側(cè)形成了漢高山斷陷盆地，同時(shí)伴有輝綠巖墻侵入。方山斷裂為漢高山斷陷盆地的邊界斷層。漢高山群第一組底部灰黃色礫巖為同沉積方山斷裂崩塌石塊堆積與泥石流，礫石來自古元古界界河口群的石英巖、片麻巖、變質(zhì)礫巖，為裂解初期堆積的產(chǎn)物；伴隨地殼緩慢拉伸，方山斷裂的持續(xù)活動(dòng)，漢高山群向上逐漸過渡為含礫砂巖、砂巖和薄層泥巖，以辮狀河三角洲、濱湖相為主的陸相沉積為代表；再向上的漢高山群第三組紫紅色泥頁巖及細(xì)粒碎屑巖濱海相環(huán)境的出現(xiàn)，伴隨安山巖的噴發(fā)，表明盆地繼續(xù)擴(kuò)大，陸殼進(jìn)一步伸展，沉積環(huán)境由陸相逐漸向海相過渡轉(zhuǎn)為濱海相沉積。漢高山群整體為一套陸相—濱海相沉積建造，為陸內(nèi)裂谷盆地的典型構(gòu)造特征，盆地為一個(gè)向南傾斜的古地形；河流動(dòng)力學(xué)參數(shù)計(jì)算表明其為高流態(tài)山區(qū)辮狀河，漢高山古河平均流速0.86～2.00 m/s，平均水面坡度為0.008～0.023，流量48.7 m3/s（黃德志，1990）。而火山巖的沉積建造則代表了全球Columbia 超大陸裂解初期的沉積記錄。趙太平等（2004）通過熊耳群與小兩嶺組的火山巖年齡認(rèn)為漢高山斷陷盆地中火山巖停止噴發(fā)的年齡為1 750 Ma，而盆地閉合時(shí)間尚未明確。

3.2 早古生代

早古生代時(shí)期，華北克拉通受北側(cè)古亞洲洋與南側(cè)古秦嶺洋擴(kuò)張影響，克拉通內(nèi)地幔物質(zhì)開始向兩側(cè)洋盆的擴(kuò)張運(yùn)動(dòng)，使得華北克拉通整體下沉，海侵開始，形成了華北陸表海盆地（尚景武，2020）。在呂梁地區(qū)，中-新元古代時(shí)期一直位于呂梁隆起構(gòu)造高部位之上，此期間呂梁隆起一直處于抬升剝蝕階段，雖然從早寒武世開始華北克拉通接受海侵，但呂梁地區(qū)以及華北克拉通內(nèi)大多數(shù)地區(qū)仍為古陸，因而研究區(qū)內(nèi)普遍缺失漢高山群以來中元古界—早寒武統(tǒng)的沉積記錄。從中寒武世開始，海侵范圍逐漸擴(kuò)大，華北克拉通上連續(xù)的古陸被分割，面積逐漸萎縮，呂梁地區(qū)開始接受海相沉積。其中方山斷裂上盤漢高山群之上表現(xiàn)為中寒武統(tǒng)以角度不整合超覆，斷層下盤表現(xiàn)為中寒武統(tǒng)以角度不整合超覆于古元古界野雞山群之上，寒武系海相沉積向呂梁隆起逐漸尖滅，此時(shí)方山斷裂仍為正斷層性質(zhì)且尚未活化。

3.3 中生代

中生代早期，古太平洋板塊向華北板塊俯沖，造成了華北克拉通的破壞，破壞作用主要集中在華北克拉通東部地區(qū)，而西部為克拉通改造（朱日祥等，2011）。呂梁地區(qū)在經(jīng)歷擠壓作用后表現(xiàn)為基底卷入型厚皮構(gòu)造（張北航等，2021）。研究區(qū)在經(jīng)歷加里東運(yùn)動(dòng)改造后，呂梁隆起西側(cè)無志留系—石炭系沉積記錄，二疊系以角度不整合覆蓋于奧陶系之上，此后沉積三疊系地層。早期的方山斷裂此時(shí)重新活化，轉(zhuǎn)變?yōu)槟鏀鄬?，斷層向上傾角逐漸變陡，斷層上盤漢高山群—三疊系地層由于方山斷裂活化反轉(zhuǎn)，沿?cái)鄬愚D(zhuǎn)折軸產(chǎn)生擠壓變形形成背斜，下盤地層由于靠近呂梁隆起核部，受到東西兩側(cè)應(yīng)力擠壓后較上盤地層更陡。漢高山群由此開始向上逆沖，由中元古代早期的斷陷盆地轉(zhuǎn)變?yōu)閰瘟涸焐綆А?/p>

自中生代以來，呂梁地區(qū)一直處于擠壓環(huán)境，方山斷裂不斷活動(dòng)，上盤沉積地層不斷向上逆沖，二疊系—三疊系在呂梁隆起上被剝蝕殆盡，而三疊系之后的地層也因抬升剝蝕而無沉積記錄。最終，漢高山群被抬升至地表沿剝蝕線剝露形成現(xiàn)今樣式，剖面西側(cè)第四系超覆在奧陶系之上。

4 結(jié) 論

華北克拉通臨縣東部漢高山地區(qū)在中元古代早期為一斷陷盆地，漢高山群自此開始沉積，方山斷裂為漢高山群的同沉積斷裂，漢高山群為一套陸相—濱海相沉積建造，伴隨火山巖沉積。之后隨呂梁隆起抬升剝蝕，漢高山地區(qū)缺乏漢高山群之上中元古界—早寒武統(tǒng)沉積記錄，中寒武世海侵?jǐn)U張開始，中寒武統(tǒng)及之上地層的海相沉積以角度不整合覆蓋于漢高山群之上。此后漢高山群經(jīng)歷中生代構(gòu)造反轉(zhuǎn)，呂梁地區(qū)轉(zhuǎn)變?yōu)閿D壓環(huán)境，方山斷裂活化反轉(zhuǎn)為逆斷層，將漢高山群逐漸抬升至地表，區(qū)域內(nèi)二疊系—三疊系地層先后被剝蝕，第四系覆蓋于奧陶系之上，最終漢高山群—奧陶系沿剝蝕線剝露形成現(xiàn)今格局。