华北板块北缘中元古代造山带的确立及其构造演化_刘正宏

文章编号:1008-0058(2000)02-0110-05

华北板块北缘中元古代造山带的

确立及其构造演化

刘正宏,刘雅琴,冯本智

(长春科技大学地球科学学院,吉林长春 130026)

摘要:华北板块北缘发育一条中元古代晚期大陆边缘碰撞造山带,它由内蒙西部狼山起向东延伸到辽西和吉林东部一带,全长2000余km 。造山带内部发育了不同类型变质的沉积岩、火山沉积岩,以及各种类型深成侵入岩。在1.0Ga 左右,由西伯利亚板块和华北板块对接碰撞,形成了巨大陆缘碰撞造山带。这次构造事件是Rodinia 超大陆拼合事件的一部分,表明了在Ro dinia 超大陆时期华北板块和西伯利亚板块是连在一起的。

关键词:华北板块北缘;造山带;中元古代中图分类号:P542.4 文献标识码:A

收稿日期:1999-10-08

基金项目:国家自然科学基金项目(49872071)与国土资源部地调局内蒙古大青山地区6幅1B 5万区调项目

(0199209031)

作者简介:刘正宏,男,1960年生,副教授,博士,主要从事构造地质学和区域地质研究工作1

华北板块是我国最大、最古老的古陆,其北缘地区的区域构造研究是我国区域大地构造研究的重要内容之一。多年来,许多著名的地质学家对该区的大地构造单元划分和归属进行了论述[1~8],对该区的大地构造研究起了极大推动作用。近年来在该区开展了一系列的区域地质调查研究,取得了许多地质成果和发现。在华北板块北缘相继发现和厘定出许多中元古代变质沉积地层,变质火山沉积地层,以及各种类型的深成侵入岩和各种样式的构造形迹[9,10]。对这些变质地层和岩体形成的构造环境及构造事件日益引起了人们的关注。作者自90年代初一直在该区进行区域地质调查工作,结合前人研究成果和近年来新的发现,确定出在华北板块北缘存在一条巨型的中元古代大陆边缘造山带。

1 大陆边缘造山带的确立及其地质特征

在绵延2000余km 的华北板块北缘,由于加里东期以来的地壳构造变形和岩浆活动的改造与破坏,使得该区中元古代变质地层、深成侵入体和构造形迹残缺不全,出露不连续,加之以往对这些地质体缺乏深入详细的研究工作,对它们形成的构造环境

和变质变形时间一直没有统一的认识。

中元古代变质地层在华北板块北缘西部内蒙地区出露多、发育齐全。渣尔泰山群和白云鄂博群是由一套碎屑岩、碳酸岩和火山沉积岩建造构成,形成于大陆边缘构造环境中。过去认为是加里东弧沟体系的白乃庙群和温都尔庙群,经过详细野外地质关系和同位素年代学研究之后,认为它们形成于中元古代晚期,是中元古代大陆边缘弧沟体系的产物

[7,11]

。在中部赤峰、建平和阜新北部一带,在新

的区域地质调查过程中,将原内蒙地轴之上的太古宙建平群进行了解体,划出一套中元古代变质沉积地层、变质火山沉积地层,并命名为魏家沟岩群[9],其原岩建造为陆缘碎屑岩、碳酸岩和火山沉积岩,形成于被动陆缘到活动陆缘构造环境中。在华北板块北缘东段龙岗地块北部边缘也发育一套中元古代变质地层,即色洛河群,西从山城镇,经色洛河、五间房,向东延伸到海沟一带,全长180km 。向西进入辽北开原清河流域,向东进入朝鲜青岩一带。该群由变质沉积地层、变质火山沉积地层组成,不整合在太古宙夹皮沟群和古元古宙集安群之上,同时又被古生代黄泥河岩体侵入[12]。

第30卷 第2期 2000年4月

长春科技大学学报JOURNAL OF CHANGCHU N UNIVERS IT Y OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

Vol.30 No.2

A pr.2000

上述这些地质事实表明了中元古代时期华北板块北缘一直处于活动状态,发育了不同类型的沉积建造,同时伴随着岩浆侵入和火山喷发。在中元古代末期发生了一次地壳变形作用和区域动力变质作用,形成了巨大中元古代大陆边缘造山带(图1)。

现在所划分的中元古代大陆边缘造山带包括了西部内蒙渣尔泰山)白云鄂博裂谷系、原内蒙地轴一部分和原天山)兴蒙褶皱带一部分。该构造带从内蒙西部起,向东延伸至赤峰、建平和阜新一带,东到吉林海沟、红旗沟地区,全长2000余km,宽约

100余km 。造山带的北侧与古生代褶皱带相接触,并受到了该构造带改造与破坏。南侧以断层与华北板块早前寒武纪结晶基底相接触。根据该构造带在不同地段出露和发育的情况,将该构造带划分为西

段、中段和东段。西段位于内蒙狼山、白云鄂博、白乃庙、温都尔庙和化德地区,区内中元古代变质地层和侵入岩体十分发育,构造形迹保留较好。中段位于赤峰、建平和阜新北部旧庙一带,发育有魏家沟岩群。东段位于吉林东部海沟、红旗沟和色洛河一带,

出露有色洛河群。

图1 华北板块北缘不同构造单元划分简图

Fig.1 The different tectonic unites map in north m argin of North China plate

1.准噶尔)兴安陆缘褶皱带;

2.锡林浩特微陆块;

3.嫩松)佳木斯微陆块;

4.古生代增生褶皱带;

5.中元古代大陆边缘造山带;

6.华北板块早前寒武纪结晶基底;

7.西伯利亚板块与华北板块分界线;

8.华北板块构造单元分界线;

9.西伯利亚板块构造单元分界线;10.国界线

造山带的南界位于五原、集宁、张家口、丰宁、赤峰和阜新北部旧庙一带,其南侧为华北板块早前寒武纪结晶基底。沿着该分界线是一条呈东西方向略向北东偏转的重力梯度带,重力反演计算表明,其西段莫霍面深度为38~45km,波动幅度达7km 。由于东部地区被大面积中、新生界火山-沉积岩覆盖和我国东部地幔陡带的穿插影响,故使东部的重力反映不够明显。在重力梯度带南北两侧的航磁磁场特点明显不同,北侧为相对平稳的磁场背景上出现沿走向的条带状异常,而南侧磁场强度大。沿该线航磁转换呈近东西方向拉长的条带异常,并有100nT 等值线封闭的异常群呈串珠状。从重力和航磁的特点表明造山带南侧为一岩石圈断裂,该断裂带在地表总体表现为向北陡倾的正断层,倾角60b ~80b ,按其所处的构造部位判断,它是板块边缘引张背景下的正断层,与它相关的中元古代沉积建造空间分布严格受其控制。造山带北界位于乌拉特

后旗、化德、库伦和开原一带,由于古生代以来地质作用的强烈破坏,使界限不规则、不明显。

2 造山带内部的物质组成和其构造环境

华北板块北缘从中元古代伊始地壳伸展变形,到末期造山作用结束,经历了0.8Ga 复杂地质演化历史。依据该区中元古代变质地层原岩建造的特点和岩浆活动特征分析,本区古大陆边缘经历了陆缘裂谷、被动陆缘和活动陆缘演化过程。在不同发展阶段和不同的构造环境中,其沉积建造组合和岩浆活动特点也各不相同。

2.1 造山带内沉积建造及其特征

通过对该区中元古代变质地层岩石组合、同位素年代和构造环境分析,在华北板块北缘从中元古代早期到晚期,变质地层原岩建造可以分为陆缘裂谷型、被动陆缘型和活动陆缘型,分别代表古大陆边缘不同演化阶段构造环境特点。

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第2期 刘正宏,刘雅琴,冯本智:华北板块北缘中元古代造山带的确立及其构造演化

陆缘裂谷型沉积建造主要由渣尔泰山群和白云鄂博群下部地层组成,发育在西段内蒙白云鄂博、狼山)渣尔泰山一带,而在中段和东段地区不发育,表明陆缘裂谷只发育在局部地区。与世界上其它地区裂谷的特征相比较,在该裂谷内火山活动并不十分强烈,以碱性火山岩和碳酸岩为特征。据潭林等对渣尔泰山群岩相古地理分析资料,该裂谷属于陆缘裂陷的海槽[13],与外海相连(图2)。陆缘裂谷是于1.8~1.6Ga 左右在华北板块早前寒武纪结晶基底上发育起来的,是该造山带内最早的沉积建造,与下伏结晶基底呈角度不整合接触。

图2 内蒙渣尔泰山地区中元古代裂谷和被动陆缘岩相古地理简图(据文献[13]简化)

Fig.2 The rock facies and palaeogeographic map of rif t and passive continent in middle Proterozoic in Inner Mongolia

1.裂谷内粗碎屑岩;

2.裂谷内碳酸岩;

3.泥页岩;

4.被动陆缘碳酸岩台地;

5.被动陆缘滨海相碎屑岩;

6.海水流动方向;

7.物源供给方向

在1.6Ga 左右海侵增大,沉积环境趋于稳定,华北板块北缘转变为被动大陆边缘。这一阶段沉积范围广泛,从内蒙到辽西和吉林地区都有被动陆缘型沉积建造发育。此时在内蒙中西部地区发育了白云鄂博群和渣尔泰山群上部滨海-浅海碎屑岩和泥页岩建造。在中段辽西地区和东段吉林地区分别发育了魏家沟岩群、色洛河群碳酸岩和碎屑岩组合,其中碎屑岩以成熟度高、分选好为特征。被动陆缘型沉积建造分布在造山带南侧,多数以断层与早前寒

武纪结晶基底相接触,局部以角度不整合覆盖其上。在中元古代晚期阶段,由于古亚洲洋向华北板块俯冲,该区转变为活动陆缘。火山活动强烈,发育了岛弧型火山沉积建造,如内蒙白乃庙群、辽西魏家

沟岩群和吉林色洛河群,构成了古火山岛弧链,发育大量的钙碱性中酸性火山岩。岛弧型建造发育在造山带的北侧,而在中段辽西和东段吉林地区它们被推覆到早前寒武纪结晶基底之上。在岛弧北侧的俯冲带上发育了温都尔庙群蛇绿岩建造,由火山沉积

岩、辉长辉绿岩和超基性岩构成。2.2 深成侵入岩及其特征

依据岩石组合特征、形成的构造环境和同位素年代,将该造山带内深成侵入岩分为两个时期五个演化阶段。

岩浆演化第一时期是长城纪时期,地壳以拉伸变形作用为主。根据岩石组合特点及同位素年龄,又进一步分为两个阶段。第一阶段是在1.5~ 1.7Ga 期间,地壳拉伸变形作用使得地壳减薄,莫霍面抬升,下部地幔物质沿着深大断裂侵位,形成了碱性辉长岩、正长岩、霞石岩、二长闪长岩等一套富碱岩石组合[5]

,如辽西地区三座庙岩体[10]

和白云鄂博地区一些小型的岩株、岩墙等。第二阶段在1.4Ga 左右,形成了闪长岩、花岗闪长岩、黑云母斜长花岗岩等一系列钙碱性中酸性岩石组合,属于引张深成岩套,形成于陆缘拉伸构造环境,如固阳北部六顶帐房

片麻状斜长花岗岩岩体、乌拉特后旗哈海)塔格岩体和色尔腾山圪妥忽洞石英闪长岩体等

[14]

。同时

伴有钙碱性中基性火山岩,如白云鄂博群呼吉尔图

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组和渣尔泰山群刘洪湾组中变质基性火山岩。

岩浆演化第二时期是蓟县时期,并在第一时期的基础上,进一步划分为第三、四、五三个演化阶段。第三阶段是在1.2~ 1.3Ga 左右,主要岩石类型有二辉岩、苏长辉长岩、辉石闪长岩等一套中基性岩石组合,具有拉斑玄武岩演化特征,岩浆来源于上地幔,其侵位受东西向断裂控制,如辽西旧庙中基性杂岩体[9]。第四阶段是在1.0~1.1Ga 期间,是碰撞挤压造山阶段,沿造山带发育有黑云母斜长花岗岩、石英闪长岩和二长花岗岩等一套钙碱性中酸性岩石组合。它们是同构造侵位岩体,呈岩席、岩墙和岩株状产出,并遭受变形变质作用改造,发育片麻理和糜棱叶理。第五阶段是在1.0~0.9Ga 期间,为构造期后岩体,主要为钾长花岗岩和花岗伟晶岩。

3 中元古代晚期造山作用证据及特征

3.1 造山作用的证据

区域内中元古代变质地层以角度不整合覆盖在古元古代)太古代结晶基底之上,在原岩建造、变质变形和构造样式等方面彼此之间相差极大,反映了它们不是同构造层次上产物。其上部被震旦系)古生界地层以角度不整合所覆盖。在内蒙渣尔泰山到黑拉沟一带,震旦系什那干群呈角度不整合覆盖在渣尔泰山群之上[14]。此外,区内中元古代地层和岩石明显地遭受一次区域性变质变形作用改造,变质程度一般在低角闪岩相)低绿片岩相,同时地层发

生了强烈变形,形成了紧闭同斜褶皱和倒转褶皱。而区域内震旦系)古生代地层和岩石没有遭受这期变质与变形作用改造,以开阔宽缓褶皱样式为特征。二者在构造样式和变质作用的差别,表明了中元古代末期该区曾经发生强烈造山运动。区内中元古代时期岩浆活动十分强烈,尤其在1.0~1.1Ga 期间同造山时期岩浆活动最为特征,它们呈岩席、岩墙和岩株形式沿断裂侵位,是一套陆缘造山带型钙碱性花岗岩。另外,在内蒙、辽西和吉林等地见有新元古代岩体侵入到中元古代变质变形地层中,切割了地层中构造要素,反映了这套地层的变质变形是在这些岩体侵位之前发生的。图3是狼山地区霍各乞矿区由中元古代变质变形地层构成的霍各乞背斜被新元古代闪长岩体切割,闪长岩体呈岩株侵位,其同位素年龄为0.772Ga [15],表明这期褶皱构造变形作用是在新元古代之前发生的。

作者在辽西魏家沟岩群下段大理岩中获得

1.036Ga 的全岩等时线年龄[9],王思源等在狼山地区中元古代云母石英片岩、板岩中获得1.198Ga 的Rb-Sr 全岩等时线年龄[15],吉林色洛河群的Rb-

Sr 年龄集中在1.054~1.139Ga 间[12]

。副变质岩石Rb-Sr 全岩等时线年龄代表地层变质变形时代。

图3 新元古代闪长岩切割霍各乞背斜构造[15]Fig.3 Diorite body intruded Huogeqi antcline

上述证据表明中元古代晚期华北板块北缘发生过强烈造山运动,使得这些地层发生了变质变形。3.2 造山作用的特征

这次造山作用是由北部古亚洲洋板块向华北板块俯冲引起的,缝合带位于温都尔庙一带,形成了温都尔庙蛇绿岩建造。由于这次俯冲作用引起了地壳强烈收缩变形,形成了一系列轴迹东西向延伸复式倒转褶皱、紧闭同斜褶皱,构成了中元古代变质地层主体构造格架。同时还产生了逆冲推覆变形作用,在造山带南部由南西向北东方向推覆,而北部由北

东向南西方向推覆,形成了一些规模巨大逆冲推覆

韧性剪切带。在该次俯冲碰撞造山过程中形成了典型的双变质带,在碰撞俯冲带上的温都尔庙群以高压低温变质作用为特征,出现了特征高压变质矿物,如多硅白云母、文石、硬柱石和青铝闪石,压力为0.5~0.8GPa,温度为350~600e 。低压变质带主要

分布在火山岛弧和大陆边缘地带,在白乃庙群、渣尔泰山群、白云鄂博群、魏家沟岩群和色洛河群中都出现了特征的低压变质矿物,如红柱石和堇青石,压力小于0.4GPa,温度为350~600e 。上述两条变质带呈东西向延伸,但是由于后期地质作用破坏,除了内蒙温都尔庙地区以外,大多数地段高压变质带被破坏消失,而低压变质带在该造山带内大多数地段都有保留。

4 结论与讨论

上述表明了华北板块北缘存在一条巨大的中元古代陆缘碰撞造山带,它是由华北板块与西伯利亚

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板块相互碰撞引起的,与北美格林维尔造山带形成时代相同。这次造山作用是新元古代时期Rodinia 超大陆拼合的主要事件,使得华北板块与西伯利亚板块在新元古代时连在一起,是Rodinia超大陆的一部分。

依据造山带内沉积建造类型、岩浆活动特征和变质变形作用,建立了该古大陆边缘造山带构造演化历史,它经历了陆缘裂谷、被动陆缘、活动陆缘到陆-陆碰撞造山的复杂地质演化过程,切实地反映该造山带演化的动力学机制。

根据地层接触关系、同位素年代资料、构造样式和岩浆活动特征,证明了造山作用是发生在中元古代末期,使得该区地层发生了变质变形,并伴随强烈的岩浆活动,形成了陆缘造山带。这一次构造事件也使得板内拗拉槽抬升隆起,造成了青白口系与蓟县系之间平行不整合接触。从这次造山事件可以看出华北板块北缘具有长期复杂地质演化历史,具有多次增生拼合事件。

该大陆边缘造山带是一个重要的成矿带,尤其是在中西部地区形成了许多大型矿床,白云鄂博铁、稀有稀土矿床居世界之冠,狼山)渣尔泰山地区铜、铅锌和硫铁矿床闻名国内外。这些矿床的形成与该陆缘造山带构造演化密切相关,不同构造演化阶段和不同构造环境形成了不同矿产。该古大陆边缘造山带是今后找矿最有前景区域。

参考文献:

[1]李春昱.中国板块构造轮廓[J].中国地质科学院院报,

1980,2(1):11~201

[2]黄汲清.对中国大地构造若干特点的新认识[J].地质

学报,1994,48(1):36~521

[3]李春昱,王荃1我国北方边陲及邻区的古板块构造与

欧亚大陆的形成[A]1见:中国北方板块文集[C],北京:地质出版社,1983.

[4]王荃,刘学亚,李锦轶.中国华夏与安加拉古陆间的板

块构造[M].北京:北京大学出版社,1991.

[5]王楫,李双庆.狼山)白云鄂博裂谷系[M].北京:北京

大学出版社,1993.

[6]胡骁,许传诗,牛树银.华北地台北缘早古生代大陆边

缘构造演化[M].北京:北京大学出版社,1990.

[7]洪作民.华北地台北缘中晚元古代地壳运动[J].化工

地质,1994,(3):145~153.

[8]程浴淇主编.中国区域地质概论[M].北京:地质出版

社,1994.

[9]刘正宏,徐仲元,杨振升.华北板块北缘中段中元古代

魏家沟岩群的建立及其地质意义[J].长春科技大学学报,1999,29(1):9~141

[10]费平1辽西建平三座庙序列侵入岩年代[J].辽宁地

质,1992,(3):36~42.

[11]内蒙古自治区地质矿产局.内蒙古自治区岩石地层

[M].北京:地质出版社,1996.

[12]吉林省地质矿产局.吉林省地质矿产志[M].北京:地

质出版社,1989.

[13]潭林.内蒙古渣尔泰山群岩相古地理[M].北京:地质

出版社,1991.

[14]内蒙古地质矿产局.内蒙古自治区区域地质志[M].

北京:地质出版社,1993.

[15]王思源,杨海明.狼山造山带喷溢成矿研究[M].武

汉:中国地质大学出版社,1993.

THE ESTABLISHMENT AND TECTONIC EVOLUTION OF PROTEROZOIC

OROGENIC BELT IN THE NORTH MARGIN OF NORTH C HINA PLATE

LIU Zheng_hong,LIU Ya_qin,FENG Ben_zhi

(Changchun Univer sity of Science and Technology,Changchu n130026,China)

Abstract:There is the collision orogenic belt w hich was developed in late middle Proterozoic era,in north margin of North China plate.The belt extends from Langshan in Inner M ongolia to Western Liaoning prov ince and Eastern Jilin province.Its length is over2000km.A variety of metamorphic sedimentary rocks,volcanic rocks and plutonic rocks w ere developed in this tectonic belt.This significant tectonic belt w as formed by the collision betw een Siberia plate and North China plate in about1.0Ga.T his tectonic event w as a part of Rodinia super continent convergence event.It is clear that Siberia platform connected with North China platform during period of Rodinia supercontinent.

Key words:m argin of north China plate;orogenic belt;middle proterozoic ear

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