华北板块早古生代构造_沉积演化_刘波

1999年7月SCIEN T I A G EO LO GI CA SIN ICA34(3):347—356华北板块早古生代构造-沉积演化*刘　波 钱祥麟 王英华(北京大学地质学系　北京　100871)摘　要　任一特定时期的地质演化都必定源自前期背景,并影响后继地质作用。

元古宙的构造特征及晚古生代的地质记录可帮助我们更好地认识早古生代华北板块的构造-沉积演化,这一演化包括4个阶段。

第1阶段(∈1—∈3)以被动陆缘的发育和全球海平面上升为特点,二者叠加形成强烈的相对海平面上升,并在南、北边缘形成早期沉积。

第2阶段(O1y—O1l)表现为因洋壳俯冲导致的西南部构造抬升及全球海平面下降,二者结合形成的相对海平面下降在华北中部及西南部形成分布广泛的不整合面及白云岩。

第3阶段(O1m—O2)期间,来自南、北的挤压导致以边缘上凸为特点的板块变形,在伴以全球海平面上升的情况下导致轻度的相对海平面上升并形成板块中部局限陆表海的膏岩沉积。

第4阶段(O3—C1)则是强烈的南北挤压和全球海平面下降导致华北大陆板块整体鞍状抬升和长期不整合的发育,该不整合在北部及南部的侵蚀作用明显强于中部。

关键词　早古生代　华北板块　构造-沉积演化1　构造背景早古生代华北板块包括现在的鄂尔多斯及朝鲜半岛。

华北板块在晚太古代进入板块构造机制演化(钱祥麟1986,1995)之后,在中、新元古代形成了以大套浅海相沉积为特点的第一套盖层,其典型代表是蓟县中上元古界剖面。

元古宙广泛裂谷火山岩及岩墙群的存在表明此时华北板块已属成熟刚性板块(候贵庭等,1994,1998)。

沉积岩系展布及火山岩系性质显示中、新元古代的华北具有拗拉槽的构造背景。

元古代时华北板块内存在两条主要拗拉槽,即燕辽拗拉槽和中条拗拉槽(孙枢等, 1981,1982;李继亮等,1987)。

或者说华北板块元古宙最主要的构造单元是燕辽、太行和中条拗拉槽构造(钱祥麟,1986)。

华北板块南部边缘存在北西西向的豫淮拗拉槽,该拗拉槽一直活动到元古宙末(震旦纪)。

沉积层序及火山岩的对比研究表明,华北板块中东部在元古宙时主体拗拉槽可能是同一拗拉槽,这一拗拉槽几乎从豫淮裂谷一直向北伸向华北北缘并向南开口,而不是分别向南、北开口的两个拗拉槽(刘波等,1996)。

该拗拉槽在南部保存了比北部更全的地层记录,这是因为沉积作用在南部启动早而结束晚的缘故。

典型的元古宙拗拉槽层序由下部的碎屑岩为主和上部的碳酸盐岩为主构成(陈晋镳等1980)。

*国家自然科学基金资助项目。

刘波,男,1965年4月生,讲师,大地构造学及沉积学专业。

1998-12-03收稿,1999-05-07改回,王桂凤编辑。

348地　质　科　学1999年元古代华北板块边缘也以裂谷型沉积及火山作用为主。

北缘在白云鄂博一带发育中元古代的边缘拗拉槽查尔太群和大陆斜坡沉积的白云鄂博群,显示被动大陆边缘之特征(王鸿祯等,1990)。

鄂尔多斯深钻资料揭示,华北地台西缘元古宙时期也是一向南开口的拗拉槽¹,相当于现贺兰山所在位置,并与秦岭和祁连共同构成三联裂谷。

华北南缘元古宙稍显复杂,吴汉宁等(1990)认为存在元古宙的秦岭微板块。

张国伟等(1987)和贾承造(1988)据地化分析认为华北南缘存在中、新元古代的安山型活动陆缘。

Wang等(1984)也认为,华北南缘中、新元古代,特别是晋宁期曾存在洋壳向大陆边缘的向北府冲。

因此华北南缘元古宙显示活动陆缘特征。

华北东部自古生代以来,特别是中、新生代以来的构造改造使元古宙记录保存较少,仅朝鲜半岛有几个元古宙残余盆地的记录(Lee,1988)与华北南部相似。

沃川、平南等地的晚震旦冰绩岩、沃川带西南侧的新元古代页岩沉积,以及辽东南部震旦系地层的存在(王敏成等,1986;杨欣德,1988)表明元古宙时华北东部边缘属于结束时间较晚的被动大陆边缘。

元古宙末形成的稳定而均一的大陆是早古生代陆表海碳酸盐岩发育的基础。

元古宙末明显的地层缺失表明,拗拉槽演化阶段之后整个华北抬升,特别是北部及中部。

在新一轮地质演化中,元古宙的构造-沉积格局被继承。

元古宙时的活动带在古生代时仍为强沉降带,古生代的沉降、沉积中心与元古宙相一致。

元古宙末期泛大陆的形成并未造成强烈构造抬升,未产生大幅度的地势差,因而其后的沉积作用基本继承了中晚元古代以碳酸盐岩为主的沉积类型。

2　后期构造晚古生代之初的沉积记录是早古生代结束之后板块基本构造格局的反映。

弄清早古生代结束后长达1.3亿年的地层缺失的原因是完善早古生代地质演化的关键。

晚古生代华北仍处陆表海环境,但其古地理构造格局已有所改变。

中石碳世岩相古地理实际上反映了早古生代末以来华北板块构造形变导致的地势变化情况(图1)。

华北板块晚古生代无论从沉积格局还是沉积类型上与早古生代都有很大差别。

地势格局一改早古生代时中高边低的面貌而为南北两面较高的凹形。

岩相古地理分析表明,石碳纪时华北板块地形表现为以鄂尔多斯东部为南北脊的不对称鞍状。

北部鞍头高于南部,故此期北部是主要物源,而南部则以海湾与大海相通º。

鞍状地势北部高地位于乌兰格尔—杭锦旗以北,呈东西向,并向南突出。

南部高地在吴旗、庆阳一带。

北部高地奥陶系地层全被剥蚀,南部高地保留约100—400m奥陶系。

鞍的西翼部地势陡窄,东翼部宽缓。

在沉积类型上,上古生界陆源碎屑已占相当大比例,碳酸盐岩明显减少。

西翼大量保存了奥陶系马家沟组及峰峰组地层,局部地方保存了更高层位的平凉组。

东翼则以朝鲜半岛中部保存的下古生界层位最高。

李河荣曾认为其最高层位为志留系,但安太庠等(1990)认为是中奥陶世地层,并进一步确定该套地层相当于华北的八陡段。

因此,当时朝鲜半岛应属于东部古地势低洼区。

由于南北向鞍状隆起阻隔,西翼部因快速构造沉降,形成了近千米的中石炭统含煤建造;而、»曾少华,1989,鄂尔多斯地下古生界碳酸盐岩油气富集条件研究,石油总公司研究报告。

¹º王德发,1996,华北上古生界沉积、层序展布及储层特征研究,石油总公司新区项目报告。

东翼广大宽缓地区内形成了厚度不超过30m 的典型地台型本溪组陆表海沉积¹。

早古生代祁连加里东碰撞带(左国朝等,1987)或俯冲增生楔(张建新等,1998)的形成是造成鞍部西翼陡窄的原因,而此时东翼可能是受控于扩张边缘的开阔海洋。

图1　华北板块中石炭世本溪期岩相古地理图Fig.1　Lithofacies-paleogeographic mapof the Middle Carboniferous Benxi Period ,N Ch ina plate以上表明,华北南北边缘在早古生代结束后和在中石炭世以前曾有过强烈抬升,这一抬升是由于北部及南部洋壳消减板块向华北陆板下俯冲造成的。

其结果在北部形成了西拉木伦河以北的早古生代蛇绿岩套(何国琦等,1983)。

该套蛇绿岩代表了晚奥陶世北部洋壳向华北板块之下的俯冲(王鸿祯,1990)。

尽管对秦岭群归属存在分歧,但基本一致认为华北南界也存在加里东期蛇绿岩带和大陆增生(张国伟等,1987;贾承造等,1988),或存在加里东期造山带(王鸿祯,1990),或存在以构造热事件为特征的加里东运动(邓清禄等,1996)。

但在该加里东褶皱带的大陆一侧(华北)并未出现造山带沉积(王鸿祯,1990),更准确地说是未见这种沉积被保存到今日。

根据构造格架、火山岩特点、古地势及岩相古地理状况推测加里东时华北北部为陆缘弧,为连续物源区;南部为岛弧,形成指状物源区。

北带由于海西带的向北退却,因而在后来的构造运动中没有强烈抬升,古生代构造保存较全;南带则因中生代强烈的陆-陆碰撞导致大别山带深部榴辉岩带的出露及加里东期蛇绿岩的缺失。

由此可见,华北板块南北两侧的俯冲作用应开始于石碳纪之前。

北部因中新生代改造弱而留下了此期地质记录。

南部则因中生代时强烈的陆-陆碰撞掩盖了在陆陆碰撞之前的洋壳俯冲作用。

349　3期刘　波等:华北板块早古生代构造-沉积演化3　华北早古生代构造-沉积演化地质作用过程就全球来说是连续的,但某种类型地质作用在某一特定区域则可能存在明显的阶段性。

对某一地区地质作用阶段性的划分正是为了更好地了解过程的全貌,也是了解地质作用过程的唯一易行的途径。

因此,笔者将通过阶段性地质作用特点的阐述来说明华北早古生代构造-沉积演化过程。

3.1　演化阶段的划分从沉积、沉降史的研究(刘波,1997)不难发现控制沉积层序展布的三大因素中基底构造运动和海平面变化共同控制了华北早古生代陆表海盆地的形成、发育和消亡的全过程。

早古生代华北板块构造运动表现为大陆板块的连续宽缓的弯曲变形,海平面变化则表现为高频率的小幅度振荡。

构造作用和海平面变化的叠加控制了华北下古生界沉积产物的类型及分布样式。

古地磁记录及沉积记录本身都表明在早古生代时华北地区具有较一致的干燥温暖气候条件,因此气候因素对沉积样式的改变不会有重大贡献。

图2　沉积率和侵蚀率对瞬时上升函数的影响(据Tur cotte et al .,1984)Fig.2　S ketch map show s effectings of sedimentaryand erosion velocities on in stantaneou s r ise function T urcotte 等(1984)在建立综合地层模式时引进一相对海平面下降期间的剥蚀作用因素。

就华北地区而言,据这几个变量的相互作用,应产生一个瞬间上升的复合相对海平面变化的函数曲线(图2)。

在沉积层序中体现这几个因素相互作用关系的就是层序界面(或不整合面)。

华北早古生代地质记录中的两个明显不整合面,即:早奥陶世的亮甲山组顶部不整合面和中奥陶世峰峰组顶部不整合面。

这些作为层序结构或盆地性质转换界面(许效松,1995)的不整合面反映了控制沉积作用的各地质因素重要性的调整,因此,不整合面是划分构造及沉积作用演化阶段的重要标志。

在更小尺度的构造演化中,华北板块晚震旦世至早古生代属于同一个演化阶段,并以被动大陆边缘的发育为特征(Yin An etal .,1996)。

本文据不整合面及层序结构变化将华北早古生代构造-沉积演化分成4个阶段(图3)。

第1阶段为陆表海盆地形成期,第2、3阶段是盆地发展期,第4阶段则是华北早古生代陆表海盆地的消亡时期。

各阶段表现出不同构造-沉积演化样式。

3.2　各阶段的构造—沉积作用3.2.1　寒武纪(图3-a,4-a) 元古宙末泛大陆的形成导致在华北板块上形成一个广泛分布的夷平面。

古生代时首先在华北东北部及南部豫淮地区发生沉积作用,并保存了较完整的寒武系地层。

海侵首先350地　质　科　学1999年图3　华北早古生代构造-沉积演化的分阶段剖面模式图Pt 3——新元古界;∈——寒武纪(系);O ——奥陶纪(系);S ——志留纪(系);C ——石炭纪(系);O 1y ——早奥陶世冶里期;O 1l ——早奥陶世亮甲山期;O 1m ——早奥陶世马家沟期;O 2f 中奥陶世峰峰期;U F 1——马家沟组底部不整合;UF 2——马家沟组或峰峰组顶部不整合Fig.3　Section m odel of tectono-sedimentary evolu tion stages,the Early Paleozoic N Ch ina Plate发生的边缘地区,如北部的燕辽地区、南部的豫淮地区、东部的辽东南部和朝鲜半岛北部,以及西部的鄂尔多斯西南缘等地均发育了最低的寒武系层位和最高的元古界层位。