华北北缘燕山褶断带早中生代地层年代学格架及其意义

华北北缘燕山褶断带早中生代地层年代学格架及其意义
华北克拉通是世界上最古老的克拉通之一,自¹.8
Ga克拉通化之后保持了长期的相对稳定,直到中生代以来开始活化,
导致了复杂的构造变形、频繁的岩浆活动和剧烈的地貌差异,并形成
了一系列火山–碎屑沉积的山间盆地。

中生代是华北克拉通从相对稳定状态到开始活化的关键时间节点。

燕山褶断带位于华北克拉通北缘,是一条近东西向自内蒙古延伸到辽宁西部的板内造山带。

它在中生代经历了从古亚洲洋到古太平洋构造域的重要构造体制变革,是华北克
拉通北缘中生代岩浆活动、构造变形、盆地演化、生物与环境的协同演化及板块动力学研究的经典地区。

而对上述问题的讨论都要以精准的地层年代学格架为基础,这有赖于详细、系统的地质调查以及对关
键地层和岩体的精确定年。

此前在燕山褶断带的研究多集中在中生代晚期,因此本文聚焦于中生代早期（三叠纪–侏罗纪）。

我们在燕山褶断带的盆地内选择经典剖面对关键层位和重要岩体展开系统的地质
调查和测年工作,并结合前人的研究成果,建立精确的中生代早期的
地层年代学格架。

燕山褶断带三叠系多为陆源碎屑沉积,缺少可以限
定地层时代的生物化石及火山岩夹层,这严重制约了地质工作者对该
区域地层时代及盆地演化的认识。

笔者在冀北下板城盆地上三叠统的辉石安山岩中获得了229±3 Ma的锆石LA–ICP–MS U–Pb年龄和232.6±0.6 Ma的黑云母⁴⁰Ar–³⁹Ar坪年龄。

同一样品使用不同的测年方法获得了误差范围内一致的同位素年龄,
该套火山岩覆盖在蓟县系燧石条带白云岩验证了测年结果的可靠性。

．之上,为下板城盆地最底部地层,其喷发年龄为²30 Ma,
岩性和时代均可与辽西凌源上三叠统水泉沟组火山岩对比。

该套上三叠统火山岩长期被当做侏罗系南大岭组,对该套火山岩时代和层位的
新认识将引发对地层划分和对比、盆地演化和构造事件的重新思考和讨论。

Wong（1927,1929）在北京西山和辽西北票的工作基础上提出
了“燕山运动”。

现在该术语被认为代表广泛发育在中国东部的侏罗
–白垩纪的重要构造活动,对中国东部大地构造的发展和地貌轮廓的
奠定具有决定性作用。

然而,关于“燕山运动”的地层年代学格架、
构造分期及时限、活动方式、构造演化特征等仍然众说纷纭。

北京西山是“燕山运动”研究的经典地区,该地区侏罗纪有两期重要的火山
喷发,分别形成了早期的南大岭组和晚期的髫髻山组。

作为北京西山
最早的一期火山活动,南大岭组火山岩的喷发被认为代表了燕山期的
开始,然而其时代长期没有得到准确限定。

其上的窑坡组因含有可与
中侏罗世英国约克郡植物群对比的植物化石而被认为是早–中侏罗世,进而南大岭组的时代被定为早侏罗世。

我们在北京西山进行详细
的野外调查后选择了五条剖面,对南大岭组火山岩系统取样并进行锆
石U–Pb和⁴⁰Ar–³⁹Ar同位素定年。

彩虹
桥剖面所取南大岭组火山岩样品自下而上分别给出了170±1 Ma（安山岩段底部）、169±3 Ma（安山岩段中部）、168±2 Ma（安山岩段顶部）和175±1 Ma（火山碎屑岩段中部）的锆石U–Pb年龄。

采自法城口剖面的安山岩样品（下部）给出了172±2 Ma的谐和年龄。

锆石
168 Ma,–175年代学数据表明南大岭组火山岩的喷发年龄为Pb–U．时代主要为中侏罗世而非原来认为的早侏罗世。

在青白口地区,闪长玢岩岩床顺层侵入到中–新元古界地层,之后与围岩一起发生变形,
形成青白口背斜,而在此之前,区域上未见明显的构造变形。

在岩床中取闪长玢岩样品进行锆石LA–ICP–MS U–Pb年代学测试,获得了177±1 Ma的岩床侵位年龄,限定了北京西山最早一期构造变形的年龄上限。

由此可知,青白口背斜褶皱变形和燕山期构造作用的起始时间不早于177±1 Ma,大致为早–中侏罗世之交。

南大岭组火山岩
⁴⁰Ar–³⁹Ar测试结果（138–149 Ma之间）相对于锆石U–Pb同位素年代学结果（168–175 Ma）明显年轻,不指示南大岭组火山岩的喷发时代,而是后期的构造–热叠加事件导致的⁴⁰Ar–³⁹Ar同位素时钟重启的结果。

辽西中侏罗统海房沟组主要由沉积碎屑岩夹中酸性火山岩组成,角度不整合覆盖在北票组煤系地层或更老地层之上。

海房沟组之下的角度不整合被认为是燕山运动A幕的产物,且海房沟组沉积地层中Schmeissneria sinensis（中华施氏果）、Xingxueanthus sinensis （中华星学花）和Euanthus Panii（潘氏真花）化石的发现为揭示被子植物起源提供了关键证据,因此精确限定海房沟组的时代对深入了解燕山地区中生代构造活动和古生物演化历史有重要意义。

本文在辽西金岭寺–羊山（金–羊盆地）东南缘选择了两条剖面,对海房沟组火山岩进行系统采样并展开锆石LA–ICP–MS和SHRIMP U–Pb测年工作,获得了海房沟组火山岩段的锆石U–Pb年龄（169–164 Ma）,
将海房沟组与北票组的时代分别限,结合前人在北票地区的研究成果定为169–161 Ma和177–169Ma。

中侏罗统海房沟组中发现被子植物化石,因此被子植物的起源至少可以追溯到中侏罗世。

同为燕山褶断带的煤系地层,辽西北票组的时代老于京西窑坡组。

燕山褶断带中生代形成了一系列陆相火山–沉积盆地,盆地内广泛分布火山岩和火山碎屑岩以及含有陆相生物化石的沉积地层。

地层定年方式主要有两种,一种是依靠沉积其中的古生物化石,另一种则是对其中的火山岩进行同位素定年。

本文将两者结合,在燕山褶断带建立了较为精确的中生代早期的年代学格架。

通过地层划分和对比,本文暂将燕山褶断带中生代早期的构造变形划分为四期:D₁期（中–晚三叠世）为古亚洲洋闭合碰撞导致的的南北向挤压,随后华北进入了碰撞后伸展阶段。

目前人们对D₂期（早侏罗世）的构造环境的认识存在较大争议:一些学者认为杏石口组为同构造磨拉石沉积,是构造挤压的产物;另一部分学者则认为该套砾岩形成于伸展环境。

海房沟–髫髻山组之下的角度不整合原来被认是“燕山运动A幕”的产物,然而同位素年代学数据表明海房沟组时代老于髫髻山组,两者之下的角度不整合有可能为同一构造事件的演化的时空不均一导致,也有可能是对性质不同的两期构造事件的响应。

本文暂将之划分为两期进行讨论（D₃和D₄）。

无论是哪种推测,都需要更细致的野外调查和更有力的地质证据。

Coniopteris–Phoenicopsis植物组合是中国北方侏罗纪煤系地层的重要代表,该植物组合大量出现在中侏罗世中晚期的海房沟组（169–161 Ma）和窑
而在早侏罗世晚期–中侏罗世早期的北票组,）161 Ma–168坡组（．（177–169 Ma）奇缺。

因此,可以确定Coniopteris–Phoenicopsis 植物组合的大量出现是在中侏罗世巴柔期之后,并延续到晚侏罗世。

前人在利用该植物组合判断地层时代时,往往认为该植物组合为早–中侏罗世的代表分子,因此对相关地层时代的认识可能出现偏颇。

在前人研究基础上,结合对Coniopteris–Phoenicopsis时代的新认识,我们对中国北方侏罗纪煤系地层的时代做了些调整。

这次调整综合了已有的古生物学、古气候学、构造学和同位素年代学的研究成果,使得原本比较笼统的中国北方侏罗纪煤系地层的时代有了更为精确的
限定。

中国北方侏罗纪煤系地层的时代主要为中侏罗世,由于气候变化或盆地抬升,中国北方侏罗纪成煤期于晚侏罗世结束。