敦煌地区晚震旦世-早寒武世沉积地层的发现及其大地构造意义
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Abstract Inrecentyears,duetothedisclosureofmuchinformationofPaleozoicmagmatismandmetamorphisminDunhuangarea, somescholarshaveproposedthe“DunhuangOrogenicBelt”Inthiswork,largescalesedimentarystratawithacontinuoussequence werediscoveredinthenortheasternmarginofDunhuangareaLithologically,thesestrataconsistmainlyofmetamorphoticcoarseto mediumsandstonesandmuddysandstones,interlayeredwithsomemetamorphoticsandymudstonesandalittlepebblysandstonesand siliceousrocksAccordingtozirconUPbdatingonthestrataandgraniteintrudedinthem,theformationageofthestrataislimitedto 5173~5744Ma, belongingtotheLateSinianEarlyCambrian, which provestheexistenceoftheNeoproterozoicPaleozoic sedimentarycoverBasedontherockandheavymineralassemblagesandgeochemistrycharacteristicsofthestrata,combinedwith regionalgeologicalinformation,itcanbeinferredthatthesestratashouldbeformedinacontinentalmarginenvironment,andtheir sedimentarysourcesarederivedfromthePrecambrianmetamorphicbasementsoftheDunhuangMassif,oreventheTarimBlock,which provedtheexistenceoflargescalePrecambrianbasementsinDunhuangareainLateSinianEarlyCambrianMoreover,combinedwith regionalgeologicalbackgroundanalysis,thesestratashouldrepresentthenorthboundaryoftheDunhuangMassif,whichprovidedkey informationforthedeterminingofthetectonicattributeoftheDunhuangMassifanditsregionaltectonicunitdivision Keywords LateSinianEarlyCambrian;Sedimentarystrata;Tectonicsignificance;Dunhuangarea
近年来,笔者等在敦煌地区东北缘进行 15万地质填 图过程中,新发现了一套大规模以变砂岩和变砂质泥岩为主 的沉积地层,通过岩石组合、锆石 UPb测年、重矿物和岩石 地球化学分析,对其形成时代、物源特征和沉积相沉积环境 进行了系统研究,认 为 其 可 能 形 成 于 晚 震 旦 世早 寒 武 世 大 陆边缘滨海环境,其物源应来自敦煌地块甚至塔里木板块的 前寒武变质基底,从 而 为 敦 煌 地 区 新 元 古 代寒 武 纪 存 在 大 规模前寒武纪基底提供了重要信息,并为敦煌地块北部古边 界位置的确定提供了新的依据。
摘 要 近年来,随着敦煌地区越来越多古生代岩浆作用和变质作用等地质信息相继被揭示,许多学者据此提出了“敦煌 造山带”的认识,并受到地质学界的广泛关注。本次工作在敦煌地区东北缘发现了大规模露头连续的沉积地层,岩石组合主 要为变砂岩和变泥质砂岩,夹少量变砂质泥岩,偶夹变砂砾岩和变硅质岩。通过 UPb同位素法对该套沉积岩碎屑锆石和侵 入其中的花岗岩进行年龄测定,限定其沉积时代为 5173~5744Ma,属于晚震旦世早寒武世,由此证明敦煌地区新元古代古 生代沉积地层的存在。综合岩石组合、重矿物特征、岩石地球化学、碎屑锆石结构及年龄频谱等分析,推测该套沉积岩形成于
KangL,LiTH,WangJ,JiWH,WangT,Chen FN,Liu XJand ZhangC2021 DiscoveryofLateSinianEarly CambriansedimentarystratainDunhuangareaanditstectonicsignificancesActaPetrologicaSinica,37(7):2103-2122, doi:1018654/10000569/20210709
1 区域地质背景
敦煌地区位于 塔 里 木 克 拉 通 东 端,东 临 阿 拉 善 地 块,北
接北山造山带,南以阿尔金 断 裂 带 与 祁 连 造 山 带 相 隔 (图 1a),整体呈北东东南西西向带状展布(图 1b)。该地区基岩 露头较为简单,由变质基底(敦煌杂岩)和显生宙岩浆岩组成 (Zhangetal,2013;Zhaoetal,2016,2017;Wangetal, 2017)。在地层方面,广泛发育第三系和第四系,少量侏罗系 (芨芨沟组)和 白 垩 系 (下 部 赤 金 堡 组 和 上 部 新 民 堡 群 ),无 其它时代的地层出露(甘肃省地质矿产局,1989,1997;赵燕, 2017),一直没有发现新元古代古生代沉积地层。
2104
ActaPetrologicaSinica 岩石学报 2021,37(7)
大陆边缘滨海环境,其物源来自敦煌地块甚至塔里木板块前寒武变质基底,揭示了敦煌地区当时应存在着大规模前寒武基 底,同时说明敦煌地块的北部古边界应位于疏勒河断裂附近,为确定敦煌地区构造属性、划分区域构造单元提供了关键信息。 关键词 晚震旦世早寒武世;沉积地层;大地构造意义;敦煌地区 中图法分类号 P534;P542
敦煌地区处于阿尔金主断裂西北侧,位于中亚造山带、 塔里木克拉通、特提斯构造域和华北克拉通的结合部位,其 大地构造属性的研究对于认识中国西部大地构造格架与演 化具有重要意义。
传统观点认为,敦煌地区是具有前寒武纪基底的稳定地 块,称之为“敦煌地块”(任纪舜等,1980;梅华林等,1998;Lu etal,2008;Liuetal,2011)。目前,在前寒武变质基底研究 方面取得了 系 列 重 要 成 果 认 识,普 遍 认 为 敦 煌 地 块 经 历 了 34~27Ga地壳生长(梅华林等,1998;Zhangetal,2013;赵 燕等,2013)、27~25Ga(Zhangetal,2013;Zongetal, 2013)和 181~185Ga地壳改造作用(赵燕等,2013)。近年 来,随着矿物原位测试分析手段不断提高,越来越多的学者 发现敦煌地块高级变质岩普遍存在具顺时针 PTt演化轨迹 特征的早泥盆世志留纪 (480~390Ma)变 质 作 用 (孟 繁 聪 等,2011;Zongetal,2012;Heetal,2014;Zhaoetal,2016, 2017;Wangetal,2017)和大量与俯冲增生造山有关的中奥 陶世二叠纪(4617~275Ma)岩 浆 岩 (张 志 诚 等,2009;朱 涛 等,2014;Zhaoetal,2016,2017;王 楠 等,2016;Baoetal, 2017;赵燕,2017;Shietal,2019;Fengetal,2020),由 此 揭 示出敦煌地区经历了强烈的古生代造山作用,认为该地区并 不存在大规 模 的 前 寒 武 纪 陆 块 (Zhaoetal,2016),应 属 于 “增生造山带”或“构造带”,为中亚造山带的一部分(Zhaoet al,2016,2017;Wangetal,2017;石 梦 岩 等,2017;赵 燕, 2017;范文 寿 等,2018;赵 燕 和 孙 勇,2018;Shietal,2019; Fengetal,2020)。由此引发了对“敦煌地块”的质疑,并受 到地质学界的广泛关注。引起这一分歧的核心问题是:敦煌 地区是否存在大规模前寒武基底?但因为目前的研究仅是 基于对高级变质岩和岩浆岩的锆石 UPb定年、Hf同位素和 岩石地球化学分析的推断,还缺乏指示敦煌地区前寒武基底 大规模存在的有力证据。
敦煌杂岩主要由 TTG片麻岩和表壳岩组成,其中表壳岩 的主要岩石类型为各类片麻岩,以及云母石英片岩、石英岩, 大理岩、斜长角闪岩 等。自 下 向 上 可 划 分 为 四 个 岩 组 (甘 肃 省地质矿产局,1989):第 一 岩 组 主 要 由 条 痕 状眼 球 状 混 合 岩、角闪黑云斜长片麻组主要为不同成分的大 理岩夹少量石榴黑云石英片岩;第三岩组主要为含榴二云母 石英片岩、白云母石英片岩和黑云斜长片麻岩,局部含石榴 黑云斜长角闪岩;第四岩组为黑云石英片岩、黑云母变粒岩、 黑云斜 长 片 麻 岩 等,局 部 具 有 混 合 岩 化 现 象。从 李 志 琛 (1994)在敦煌群中深变质岩系中获得六组 SmNd等时线年 龄值(2935Ma、2949Ma、2946Ma、2956Ma、3237Ma和 3487Ma) 而首次确认敦煌杂岩形于前寒武纪以来,该套地层中相继发 现了太古代(~25Ga,26~27Ga,~301Ga)的 TTG质片 麻岩(Zhangetal,2013;Zongetal,2013;赵 燕 等,2013;赵 燕,2017)和古元古代末期(~18Ga)的基性变质岩(Zhanget al,2012,2013)。此外,这套地层后期还经历了古元古代晚 期中元古代 早 期 (181~185Ga,Heetal,2013;Zhanget al,2013;赵燕等,2013)及早古生代(048~039Ga,孟繁聪 等,2011;Zongetal,2012;Heetal,2014;Wangetal,2017) 的变质作用。
1大陆动力学国家重点实验室,西北大学地质学系,西安 710069 2自然资源部岩浆作用成矿与找矿重点实验室,中国地质调查局造山带地质研究中心,中国地质调查局西安地质调查中心,西安 710054 3西安地质矿产勘察开发院,西安 710054 4中国地质科学院地质研究所,北京 100037 1StateKeyLaboratoryofContinentalDynamics,DepartmentofGeology,NorthwestUniversity,Xi’an710069,China 2MNRKeyLaboratoryfortheStudyofFocusedMagmatismandGiantOreDeposits,CentreofOrogenicBeltGeology,Xi’anCenterofGeologicalSurvey,
CGS,Xi’an710054,China 3Xi’anInstituteofGeologicalandMineralExploration,Xi’an710054,China 4InstituteofGeology,ChineseAcademyofGeologicalSciences,Beijing100037,China 20200605收稿,20210531改回
10000569/2021/037(07)210322 ActaPetrologicaSinica 岩石学报
doi:1018654/10000569/20210709
敦煌地区晚震旦世早寒武世沉积地层的发现及其 大地构造意义
康磊1,2 李天虎2 王杰3 计文化2 王涛4 陈奋宁2 刘学均2 张超3 KANGLei1,2,LITianHu2,WANGJie3,JIWenHua2,WANGTao4,CHENFenNing2,LIUXueJun2andZHANGChao3
本文受国家自然科学基金项目(41202044、41002063)、中国地质调查局二级项目(DD20160009、DD20179607)和陕西省自然科学基金项 目(2012JM5004)联合资助. 第一作者简介:康磊,男,1984年生,副研究员,主要从事区域地质和大地构造研究,Email:kang844@163.com
近年来,笔者等在敦煌地区东北缘进行 15万地质填 图过程中,新发现了一套大规模以变砂岩和变砂质泥岩为主 的沉积地层,通过岩石组合、锆石 UPb测年、重矿物和岩石 地球化学分析,对其形成时代、物源特征和沉积相沉积环境 进行了系统研究,认 为 其 可 能 形 成 于 晚 震 旦 世早 寒 武 世 大 陆边缘滨海环境,其物源应来自敦煌地块甚至塔里木板块的 前寒武变质基底,从 而 为 敦 煌 地 区 新 元 古 代寒 武 纪 存 在 大 规模前寒武纪基底提供了重要信息,并为敦煌地块北部古边 界位置的确定提供了新的依据。
摘 要 近年来,随着敦煌地区越来越多古生代岩浆作用和变质作用等地质信息相继被揭示,许多学者据此提出了“敦煌 造山带”的认识,并受到地质学界的广泛关注。本次工作在敦煌地区东北缘发现了大规模露头连续的沉积地层,岩石组合主 要为变砂岩和变泥质砂岩,夹少量变砂质泥岩,偶夹变砂砾岩和变硅质岩。通过 UPb同位素法对该套沉积岩碎屑锆石和侵 入其中的花岗岩进行年龄测定,限定其沉积时代为 5173~5744Ma,属于晚震旦世早寒武世,由此证明敦煌地区新元古代古 生代沉积地层的存在。综合岩石组合、重矿物特征、岩石地球化学、碎屑锆石结构及年龄频谱等分析,推测该套沉积岩形成于
KangL,LiTH,WangJ,JiWH,WangT,Chen FN,Liu XJand ZhangC2021 DiscoveryofLateSinianEarly CambriansedimentarystratainDunhuangareaanditstectonicsignificancesActaPetrologicaSinica,37(7):2103-2122, doi:1018654/10000569/20210709
1 区域地质背景
敦煌地区位于 塔 里 木 克 拉 通 东 端,东 临 阿 拉 善 地 块,北
接北山造山带,南以阿尔金 断 裂 带 与 祁 连 造 山 带 相 隔 (图 1a),整体呈北东东南西西向带状展布(图 1b)。该地区基岩 露头较为简单,由变质基底(敦煌杂岩)和显生宙岩浆岩组成 (Zhangetal,2013;Zhaoetal,2016,2017;Wangetal, 2017)。在地层方面,广泛发育第三系和第四系,少量侏罗系 (芨芨沟组)和 白 垩 系 (下 部 赤 金 堡 组 和 上 部 新 民 堡 群 ),无 其它时代的地层出露(甘肃省地质矿产局,1989,1997;赵燕, 2017),一直没有发现新元古代古生代沉积地层。
2104
ActaPetrologicaSinica 岩石学报 2021,37(7)
大陆边缘滨海环境,其物源来自敦煌地块甚至塔里木板块前寒武变质基底,揭示了敦煌地区当时应存在着大规模前寒武基 底,同时说明敦煌地块的北部古边界应位于疏勒河断裂附近,为确定敦煌地区构造属性、划分区域构造单元提供了关键信息。 关键词 晚震旦世早寒武世;沉积地层;大地构造意义;敦煌地区 中图法分类号 P534;P542
敦煌地区处于阿尔金主断裂西北侧,位于中亚造山带、 塔里木克拉通、特提斯构造域和华北克拉通的结合部位,其 大地构造属性的研究对于认识中国西部大地构造格架与演 化具有重要意义。
传统观点认为,敦煌地区是具有前寒武纪基底的稳定地 块,称之为“敦煌地块”(任纪舜等,1980;梅华林等,1998;Lu etal,2008;Liuetal,2011)。目前,在前寒武变质基底研究 方面取得了 系 列 重 要 成 果 认 识,普 遍 认 为 敦 煌 地 块 经 历 了 34~27Ga地壳生长(梅华林等,1998;Zhangetal,2013;赵 燕等,2013)、27~25Ga(Zhangetal,2013;Zongetal, 2013)和 181~185Ga地壳改造作用(赵燕等,2013)。近年 来,随着矿物原位测试分析手段不断提高,越来越多的学者 发现敦煌地块高级变质岩普遍存在具顺时针 PTt演化轨迹 特征的早泥盆世志留纪 (480~390Ma)变 质 作 用 (孟 繁 聪 等,2011;Zongetal,2012;Heetal,2014;Zhaoetal,2016, 2017;Wangetal,2017)和大量与俯冲增生造山有关的中奥 陶世二叠纪(4617~275Ma)岩 浆 岩 (张 志 诚 等,2009;朱 涛 等,2014;Zhaoetal,2016,2017;王 楠 等,2016;Baoetal, 2017;赵燕,2017;Shietal,2019;Fengetal,2020),由 此 揭 示出敦煌地区经历了强烈的古生代造山作用,认为该地区并 不存在大规 模 的 前 寒 武 纪 陆 块 (Zhaoetal,2016),应 属 于 “增生造山带”或“构造带”,为中亚造山带的一部分(Zhaoet al,2016,2017;Wangetal,2017;石 梦 岩 等,2017;赵 燕, 2017;范文 寿 等,2018;赵 燕 和 孙 勇,2018;Shietal,2019; Fengetal,2020)。由此引发了对“敦煌地块”的质疑,并受 到地质学界的广泛关注。引起这一分歧的核心问题是:敦煌 地区是否存在大规模前寒武基底?但因为目前的研究仅是 基于对高级变质岩和岩浆岩的锆石 UPb定年、Hf同位素和 岩石地球化学分析的推断,还缺乏指示敦煌地区前寒武基底 大规模存在的有力证据。
敦煌杂岩主要由 TTG片麻岩和表壳岩组成,其中表壳岩 的主要岩石类型为各类片麻岩,以及云母石英片岩、石英岩, 大理岩、斜长角闪岩 等。自 下 向 上 可 划 分 为 四 个 岩 组 (甘 肃 省地质矿产局,1989):第 一 岩 组 主 要 由 条 痕 状眼 球 状 混 合 岩、角闪黑云斜长片麻组主要为不同成分的大 理岩夹少量石榴黑云石英片岩;第三岩组主要为含榴二云母 石英片岩、白云母石英片岩和黑云斜长片麻岩,局部含石榴 黑云斜长角闪岩;第四岩组为黑云石英片岩、黑云母变粒岩、 黑云斜 长 片 麻 岩 等,局 部 具 有 混 合 岩 化 现 象。从 李 志 琛 (1994)在敦煌群中深变质岩系中获得六组 SmNd等时线年 龄值(2935Ma、2949Ma、2946Ma、2956Ma、3237Ma和 3487Ma) 而首次确认敦煌杂岩形于前寒武纪以来,该套地层中相继发 现了太古代(~25Ga,26~27Ga,~301Ga)的 TTG质片 麻岩(Zhangetal,2013;Zongetal,2013;赵 燕 等,2013;赵 燕,2017)和古元古代末期(~18Ga)的基性变质岩(Zhanget al,2012,2013)。此外,这套地层后期还经历了古元古代晚 期中元古代 早 期 (181~185Ga,Heetal,2013;Zhanget al,2013;赵燕等,2013)及早古生代(048~039Ga,孟繁聪 等,2011;Zongetal,2012;Heetal,2014;Wangetal,2017) 的变质作用。
1大陆动力学国家重点实验室,西北大学地质学系,西安 710069 2自然资源部岩浆作用成矿与找矿重点实验室,中国地质调查局造山带地质研究中心,中国地质调查局西安地质调查中心,西安 710054 3西安地质矿产勘察开发院,西安 710054 4中国地质科学院地质研究所,北京 100037 1StateKeyLaboratoryofContinentalDynamics,DepartmentofGeology,NorthwestUniversity,Xi’an710069,China 2MNRKeyLaboratoryfortheStudyofFocusedMagmatismandGiantOreDeposits,CentreofOrogenicBeltGeology,Xi’anCenterofGeologicalSurvey,
CGS,Xi’an710054,China 3Xi’anInstituteofGeologicalandMineralExploration,Xi’an710054,China 4InstituteofGeology,ChineseAcademyofGeologicalSciences,Beijing100037,China 20200605收稿,20210531改回
10000569/2021/037(07)210322 ActaPetrologicaSinica 岩石学报
doi:1018654/10000569/20210709
敦煌地区晚震旦世早寒武世沉积地层的发现及其 大地构造意义
康磊1,2 李天虎2 王杰3 计文化2 王涛4 陈奋宁2 刘学均2 张超3 KANGLei1,2,LITianHu2,WANGJie3,JIWenHua2,WANGTao4,CHENFenNing2,LIUXueJun2andZHANGChao3
本文受国家自然科学基金项目(41202044、41002063)、中国地质调查局二级项目(DD20160009、DD20179607)和陕西省自然科学基金项 目(2012JM5004)联合资助. 第一作者简介:康磊,男,1984年生,副研究员,主要从事区域地质和大地构造研究,Email:kang844@163.com