华北燕山造山带结构要素组合

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关 键 词 : 燕山造山带 ;结构要素组合 ;造山带演化 中图分类号 : P542 文献标识码 : A 文章编号 : 100627493 (2004)2032315209
1 概 述
1. 1 造山带典型演化历史 Oxburgh (1983) 认为 ,在许多造山带地质历史早期 ,大陆地壳的扩张是一个很重要的作用 。
年代/ Ma
地 层
火山与沉积建造
侵入岩组合
构造变形相与变质作用
96
K2
K1
135 J 3
154 J 2
175
J 1
203 T3
孙家湾组 阜新组 九佛堂组 义县组 寿王坟组 张家口组 后城组 髫髻山组
九龙山组
下花园组 南大岭组
类磨拉石 ( ?)
含煤建造
湖相建造 BA2L2T2R 组合 ,
摘 要 : 采用造山带结构要素组合的概念 ,对华北燕山造山带进行了研究 。燕山造山带各演化阶 段的结构要素组合特征如下 :前造山和初始造山幕 (J 1) , 早侏罗世早期为前造山伸展构造 ,结构要 素组合有 :三叉式裂谷带 、板内型玄武岩 、含煤建造 ;早侏罗世晚期为初始造山收缩构造 ,结构要素 组合有 :向北倾伏的褶曲与逆冲 、九龙山组类磨拉石建造 ,硬绿泥石 - 十字石 - 蓝晶石为标志的低 温 、中 - 高压变质带 。早期造山幕 (J2) ,中侏罗世早期为同造山伸展构造 ,结构要素组合有 :岩石圈 上隆伸展有关的火山盆地及可能的同期侵入岩 ,火山岩线型分布 ;中侏罗世晚期为收缩构造 ,有关 的结构要素组合为 :逆冲推覆和褶曲变形 、磨拉石建造 、同构造侵入体和角闪岩相变质岩 。峰期造 山幕 (J3) ,晚侏罗世早期同构造伸展构造 ,结构要素组合有 :岩石圈上隆伸展有关的火山盆地与同 期侵入岩 ,火山岩面型分布 ,火成岩组合中出现高压粗面岩类 ,较大量的流纹岩 ;晚侏罗世晚期收 缩构造有关结构要素组合为 :逆冲推覆和褶曲变形 、磨拉石建造 、同构造侵入体和角闪岩相变质 岩 ,侵入岩中出现高压正长岩类 。早白垩世早期 ( K11) 晚造山幕有关的结构要素组合为 :收缩变形 分布较局限 ,湖相沉积建造替代磨拉石建造 ,侵入岩组合中出现过碱性石英正长岩 ,大晶洞构造的 花岗岩及科马提质辉长岩等 。早白垩世晚期 ( K12) 后造山幕伸展有关的结构要素组合为 :正断层 、 变质核杂岩 、双峰式岩墙辟 、典型的过碱性花岗岩和含煤建造 。
2 华北燕山造山带地质事件时间序列
地质学与同位素定年的相互约束是建立造山带岩浆 - 构造事件序列的最佳途径 (如 Davis et al , 2001 ; 邓晋福等 ,2003) 。基于这一途径 ,从表 1 可见最近我们进一步完善的华北地质事 件时间序列的框架 (Deng et al , 2004) 。兹以角度不整合为界 ,识别出 5 个造山幕 ,它们是 : (1) 前造山和初始造山幕 (J1) ; (2) 早期造山幕 (J 2) ; (3) 峰期造山幕 (J 3) ; (4) 晚期造山幕 ( K11) ,和后 造山幕 ( K12) 。除后造山幕之外 ,每一幕相当于一个岩浆 - 构造事件中的小旋回 ,均从火山喷 发开始 ,经过沉积作用与侵入活动 、逆冲收缩构造和变质作用 ,到抬升剥蚀结束 。
早白垩晚期 ( K12) 变质核杂岩 (119~114 Ma) 和正断层
υ2δ2η2ξ2A/ξ2γ组合 133~127 Ma
早白垩早期 ( K11) 局部发育逆断层
υ2δ2Qη2ξ2γ组合 148~136 Ma
υ2δ2Qη2γ组合 , 174~151 Ma
J 3 晚期向南的逆冲 (148~132 Ma) (四合堂 、古北口)
η2γ组合 ( ?) 199~196 Ma
印支期向南的逆冲推覆 ( > 188 或 > 199 Ma) (平泉2承德) 和赤
城糜棱岩带 (~211 Ma)
注 :B 玄武岩 ,BA 玄武安山岩 ,A 安山岩 ,L 安粗岩 ,D 英安岩 ,T 粗面岩 ,R 流纹岩 υ, 辉长岩 δ, 闪长岩 η, 二长岩 ,Qη石英 二长岩 ξ, 正长岩 ,A/ξ碱性正长岩 γ, 花岗岩 ,A/γ碱性花岗岩 , 角度不整合
基金项目 :国家自然科学基金重点项目 (40234048) ;教育部岩石圈构造 、深部过程和探测技术重点实验室 (2003010) ; 中国地 质调查局项目 (200113900018) ;国土资源部重大项目 (200010202) ;科技部 IGCP430 国际合作项目 (2001cb711002) 联合资助 第一作者简介 :邓晋福 ,男 ,1935 年生 ,中国地质大学 (北京) 教授 ,博士生导师 ,主要从事岩石大地构造的教学与研究工作 。
与初始造山收缩构造有关的结构要素组合从表 1 可以看出 ,J1 晚期由于收缩构造 ,三叉式 裂谷封闭 ,转变为真正的造山带 ,与此有关的结构要素主要包括 , (1) 向北倒伏的褶曲与逆冲 , (2) 九龙山组类磨拉石建造 , (3) 以硬绿泥石 - 十字石 - 蓝晶石为标志的低温 、中 - 高压变质 带。
135~121 Ma 磨拉石
BA2L2T2R 组合 , 148~140 Ma 磨拉石
B2BA2A2D2R 组合 , 173~161 Ma
类磨拉石
含煤建造 (夹灰 岩 ,180~178 Ma)
B2BA 组合 , 188 Ma
A/γ2γ组合 (118~119 Ma) , 双峰岩墙群
(120~114 Ma)
Oxburgh (1983) 指出 ,通常一个造山带的热演化是与它的变形历史紧密联系的 。 由上 ,构造变形 ,岩浆活动 ,变质作用和沉积建造是表征造山作用的主要地质事件 ,褶曲 、 断裂 、劈理 、片理 、火成岩 、变质岩和沉积岩等则是构筑造山带的主要结构要素 ,作者暂把某些 特征的结构要素的共生称为结构要素组合 (structural elements association) ,本文将以这一概念讨 论造山带的形成与演化 。
第 10 卷 第 3 期 2004 年 9 月
高 校 地 质 学 报
Geological Journal of China Universities
Vol . 10 No. 3 Sept . 2004
华北燕山造山带结构要素组合
邓晋福 , 苏尚国 , 赵国春 , 刘 翠
(岩石圈构造 、深部过程和探测技术教育部重点实验室 ,中国地质大学 ,北京 100083)
以硬绿泥石 - 十字石 - 蓝晶石为标志的低温 、中 - 高压变质带主要分布在北京西山地区 ,
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图 1 燕山造山带早侏罗世火山岩与含煤沉积建造的概略分布图 Fig. 1 The distribution of early Jurassic volcanic rocks and coal bearing sedimentary formations in Yanshan Orogenic Belt
Davis 等在 2001 年指出 ,燕山造山带的褶曲 ,逆冲和倒转断层 ,伸展断层 ,走滑断层和侵入 岩是早已认识到的该带主要的结构要素 ( structural elements) 。此前马托埃 (1980) 曾认为 ,构造 变形 ,区域变质 ,深成作用 ,磨拉石 ,构造期后的火山作用等是与山脉演化有关的地质事件 。而 霍布斯等早在 1976 年就提出了结构组合 ( structural association) 的概念 ,指出 ,区域地质制图表 明 ,地壳是由多种结构形态和不同变质程度的各类岩石所组成 ,把在世界许多地方以及不同时 代的岩石中重复出现的结构集合体称为结构组合 。为将 structure 与 tectonics 加以区分 ,作者暂 把前者译为结构 ,后者译为构造 。
3 华北燕山造山带各造山幕的结构要素组合
表 1 可作为矩阵 ,纵向代表时间序列 ,横向则表示每一幕的地质事件群及其结构要素组合。 3. 1 前造山和初始造山幕 (J1)
3. 1. 1 与前造山伸展构造有关的结构要素组合 早侏罗世南大岭组以玄武岩为主的火山岩组合和下花园组含煤沉积建造 (夹凝灰岩) ,是
表征前造山伸展构造有关的结构要素组合中的 2 个主要要素 。南大岭组与下花园组的空间分 布显示了大陆伸展构造特征的类似三叉式裂谷展布的样式 (图 1) ,它是另一个重要的伸展变 形的结构要素 。图 1 展示 ,三叉式裂谷的展布可能有 2 个三联点 ,一个位于西部 ,NWW 走向一 支沿怀来 —张家口 —尚义分布 ,NE 走向的一支主要分布于北京西山 ,NEE 走向一支沿滦平 — 承德分布 ;东部的一个可能不完整 ( ?) ,其中 ,NE 走向的一支是辽西是辽西的沿北票 —南票 — 建昌西分布 ,另一支与西部的三联点共有 ,为滦平 —承德带 ,其 SE 应有第三支 ( ?) ,可能埋于渤 海湾中 ( ?) (漆家福等 ,2003) 。该三叉裂谷的主支是沿辽西 —滦平 —承德 —北京西山分布 , 那
ห้องสมุดไป่ตู้
3 期 邓晋福等 :华北燕山造山带结构要素组合 3 17
表 1 华北燕山造山带岩浆 - 构造事件序列初步框架 Table 1 The preliminary frame work of magma - tectonic events in Yanshan Orogenic Belt , North China
里分布 3 块大面积的侏罗纪 —白垩纪火山岩 。另外 ,由图 1 可以看出 ,早侏罗世的伸展裂谷带 大体上位于先前华北晚太古形成的克拉通上面的中元古裂陷槽处 ,表明燕山挤压造山运动之 前的伸展构造是沿着原先的克拉通内部岩石圈的薄弱带发生的 ,2 个三联点部位可能相当于 2 个局部的岩石圈隆起 。另外 ,北京西山北岭向斜内分布的南大岭玄武岩的高 TiO2 (1. 53 % → 2. 68 %) 、高 Zr (25 ×10 - 6 →353 ×10 - 6) 和 Cr2Y 关系 (图 2) 支持大陆伸展构造环境 (王人镜等 , 1990) 。由上 ,该区与前造山伸展构造有关的结构要素组合包括 3 个要素 :三叉式裂谷带 ,玄武 岩 ,与含煤建造 。 3. 1. 2 与初始造山收缩构造有关的结构要素组合
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本文采用现今通用的术语 : 前造山 (pre2orogenic) , 同造山 ( syn2orogenic) 和后造山 (post2 orogenic) ,它们大致与马托埃的 (1) 地槽期 , (2) 褶皱期 , (3) 褶皱后均衡调整期分别对应 。 1. 2 造山带的结构要素组合 (Structural elements association)
与角闪岩相变质作用 (143~138 Ma)
J 2 晚期 —J 3 初期向北的逆冲 (161~148 Ma) (承德 、十三陵 、 兴隆) 与角闪岩相变质作用
(159~151 Ma)
J 1 晚期向北倒伏的褶曲和逆冲 (北京西山) ,和硬绿泥石2十
字石2蓝晶石变质作用 ( < 180 , > 178 Ma)
马托埃 (1980) 指出 , (1) 山脉形成之前 ,地槽的沉积史并不能看成是属于山脉形成史 ,山脉史的 确始于已受伸展作用的地槽受挤压作用时 ,从这个时候起 ,山脉开始经历演变 ; (2) 一般认为 , 山脉形成之前的伸展沉积期持续的时间长 ,挤压期在地质上来说是极为迅速甚至是瞬时地出 现 ; (3) 挤压期形成地壳的缩短和山根形成 ,大多情况下 ,山根地带相当于巨型隆起带 ; (4) 挤压 作用一旦停止 ,山脉便在山根作用下 ,发生均衡调整 ,必产生隆起作用 ,只要还有山根存在 ,则 隆起地形便会在自身的破坏中得到改造 ,当山根和隆起消失 ,即可以说 ,山脉被“准平原化”了 , 于是 ,便会在地表上出现原来属于很深部位的岩石 ,这是山脉生命最后阶段 ,实际上它已属于 山脉以后的事件了 。
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