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  地质通报  2018, Vol. 37 Issue (4): 621-633  
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计波, 余吉远, 李向民, 黄博涛, 王磊. 南祁连党河南山地区巴龙贡噶尔组的解体与岩石地层单位厘定——来自岩石学与年代学的证据[J]. 地质通报, 2018, 37(4): 621-633.
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Ji B, Yu J Y, Li X M, Huang B T, Wang L. The disintegration of Balonggongge'er Formation and the definition of lithostratigraphic unit in Danghenanshan area of South Qilian Mountain: Evidence from petrology and chronology[J]. Geological Bulletin of China, 2018, 37(4): 621-633.
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基金项目

中国地质调查局项目《祁连成矿带肃南—大柴旦地区地质矿产调查》(编号:DD20160012)

作者简介

计波(1986-), 男, 硕士, 工程师, 从事区域地质调查、沉积学、岩石地球化学研究。E-mail:jiboxa@126.com

通讯作者

余吉远(1978-), 男, 硕士, 高级工程师, 从事区域地质矿产调查、岩石地球化学研究。E-mail:yujiyuan111@163.com

文章历史

收稿日期: 2018-01-17
修订日期: 2018-03-02
南祁连党河南山地区巴龙贡噶尔组的解体与岩石地层单位厘定——来自岩石学与年代学的证据
计波1,2,3 , 余吉远1,2,3 , 李向民1,2,3 , 黄博涛1,2,3 , 王磊1,2,3     
1. 中国地质调查局西安地质调查中心, 陕西 西安 710054;
2. 中国地质调查局造山带地质研究中心, 陕西 西安 710054;
3. 国土资源部岩浆作用成矿与找矿重点实验室, 陕西 西安 710054
摘要: 南祁连党河南山地区分布一套变形较强的区域低温动力变质岩系,前人将其划归为巴龙贡噶尔组。通过对该套地层开展岩石学、同位素年代学及地层对比研究,发现其明显区别于典型的巴龙贡噶尔组,将该地层重新厘定为拐杖山组。该组岩石由片岩段与火山岩段组成,构造变形强烈,片岩段原岩为成熟度较低的杂砂岩与岩屑砂岩,火山岩段则以中基性火山岩与火山碎屑岩为主,总体表现为火山-沉积建造特征。在火山岩段获得玄武安山岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为734±8.5Ma,确定其形成时代为新元古代。地层对比结果显示,研究区拐杖山组在南祁连地区出露较好,分布广泛。在沉积环境上,拐杖山组的物源与沉积建造均指示其具有大陆裂谷盆地特征,是对Rodinia超大陆裂解事件的沉积响应。因此,拐杖山组的发现与确立为正确建立祁连陆块地层格架、研究祁连山构造演化提供了重要依据。
关键词: 新元古代    巴龙贡噶尔组解体    岩石地层单位厘定    拐杖山组    党河南山    
The disintegration of Balonggongge'er Formation and the definition of lithostratigraphic unit in Danghenanshan area of South Qilian Mountain: Evidence from petrology and chronology
JI Bo1,2,3, YU Jiyuan1,2,3, LI Xiangmin1,2,3, HUANG Botao1,2,3, WANG Lei1,2,3     
1. Xi'an Center of Geological Survey, China Geological Survey, Xi'an 710054, Shaanxi, China;
2. Orogen Research Center of China Geological Survey, Xi'an 710054, Shaanxi, China;
3. Key Laboratory for the Study of Focused Magmatism and Giant Ore Deposits, Ministry of Land and Resources, Xi'an 710054, Shaanxi, China
Abstract: There exist a series of regional low-temperature dynamometamorphiic rocks in Danghenanshan area of South Qilian Mountain, which were previously classified as Balonggongge'er Formation. Studies of petrology, isotope chronology and stratigraphic correlation show that these rocks are obviously different from typical Balonggongge'er Formation and hence the authors redefined it as Guaizhangshan Formation. The Guaizhangshan Formation is composed of schists and volcanic rocks with strong structural deforma-tion. The original rocks of the schists are low mature greywacke and lithic sandstone, and the volcanic rocks are made of intermedi-ate-basic volcanic rock and pyroclastic rock. Therefore, the rock association indicates the characteristics of volcanic-sedimentary for-mation. The LA-ICP-MS U-Pb high precision age of the basaltic andesite in Guaizhangshan Formation is 734±8.5Ma, suggesting that it was formed in Neoproterozoic. The results of stratigraphic correlation suggest that the Guaizhangshan Formation had a wide distribution. The provenance and sedimentary characteristics of Guaizhangshan Formation indicate that its sedimentary environment was a continental rift basin and its formation resulted from the sedimentary response to the Rodinia supercontinent breakup event. Therefore, the discovery and establishment of the Guaizhangshan Formation provide important evidence for building stratatigraphic framework in Qilian block and studying tectonic evolution of the Qilian Mountain.
Key words: Neoproterozoic    disintegration of Balonggongge'er Formation    definition of lithostratigraphic unit    Guanzhangshan For-mation    Danghenanshan area    

祁连造山带位于华北板块与柴达木微板块之间,是一个早古生代造山系,自北向南由北祁连造山带、祁连陆块和柴北缘高压(HP)-超高压(UHP)变质带组成(图 1)。近年来,许多学者对于北祁连和中祁连陆块的地层划分、火山作用、构造演化等进行了大量的研究工作[1-12],但对于南祁连陆块区域地质的研究十分薄弱。南祁连山地区广泛分布志留纪巴龙贡噶尔组,为一套较厚的碎屑沉积岩系,岩石组合以页岩、板岩、砂岩和砾岩为主,不整合覆盖在前志留纪地质体上[1-2, 12-16]。最初由柴达木石油地质普查大队[17]创名,称“巴龙贡噶尔系”,时代为志留纪—泥盆纪,但多数学者将其划归为下古生界不分;青海第一区调队在刚察县尔德公麻、尕日娄曲发现了笔石化石,时代归为志留纪,但不排除晚奥陶世的可能;《青海省区域地质志》 [13]沿用志留纪;《青海省岩石地层》 [14]清理修订为巴龙贡噶尔组,岩性以灰紫色、灰色、浅灰色中-粗粒复矿物沉碎屑岩为主,夹板岩、粉砂岩,区域上表现为深海相复理石建造和上部粗碎屑岩组成的海-陆相磨拉石建造[2, 15],具典型的前陆盆地沉积特点,时代定为早志留世。

图 1 南祁连党河南山地区地质简图 Fig.1 Regional geological map of the Danghenanshan area in South Qilian

南祁连地区巴龙贡噶尔组分布广泛,但总体研究程度较低,其物质组成和形成时代一直存在争议。南祁连部分地区原划巴龙贡噶尔组与含笔石化石的正层型剖面在岩石组合、变质变形程度等方面都存在较大差异。此外,南祁连多数地区巴龙贡噶尔组中缺乏充分的地质年代证据[18-20],在正型剖面中采集到的早志留世笔石不能完全作为全区划分巴龙贡噶尔组的依据。近年来,有学者将区内原划的巴龙贡噶尔组解体为早奥陶世和中—新元古代地层[19-22]。其中,新厘定的中—新元古代地层的岩石组合与变形特征明显区别于典型的巴龙贡噶尔组。王国华等[19]在南祁连北部拜兴沟地区均解体出一套强变形片岩,划归中—新元古代,命名为“哈尔达乌片岩(Pt2-3Hsch)”;甘肃省地调院在当金山地区发现一套浅变质岩,划归中—新元古代,命名为“拐杖山组(Pt2-3G)”。与此同时,中国地质调查局在南祁连地区开展了多项1:5万地质填图与矿产调查工作显示,原巴龙贡噶儿组可解体出多个中等变质地层或基底岩石。因此,有必要进一步研究该套浅变质、强变形的变质岩系,从而为解答南祁连地区是否存在中—新元古代地层,其形成于何种环境,与中—新元古代祁连构造演化有何联系等问题提供新的线索与资料。鉴于此,本文选择青海省党河南山地区的该套变质岩系为研究对象,开展详细的岩石学、年代学、地层对比研究,讨论其岩石组合特征、地层形成时代与形成环境,进一步探讨其与该时期祁连山构造演化的关系。

1 地质概况与岩石学特征 1.1 地质概况

研究区位于北祁连俯冲碰撞带的南侧,党河南山中段科克巴斯陶—肃北县一带(图 1),南北大致以党河和大格勒腾河为界,属于祁连山地层分区南祁连地层小区。区内地层有奥陶系吾力沟组、盐池湾组与多索曲组,志留系巴龙贡噶尔组、泥盆系砂流水组、石炭系党河南山组、侏罗系享堂组及新近系与第四系。

研究区内原志留系巴龙贡噶尔组主要分布于党河南山南坡,呈北西向带状展布,北与奥陶系多索曲组呈断层接触,南被第四系覆盖。该组按岩石组合可划分为3个岩性段,由北西向南东分别为片岩段、火山岩段及变砂岩段(图 2)。片岩段呈北西向分布,与区域构造线基本一致,主要为一套中低级变质岩系,岩性以石英片岩为主,构造变形最强烈;火山岩段位于片岩段与变砂岩段之间,两侧为断层接触,岩性以中基性火山岩与凝灰岩为主,具有浅变质强变形特征;变砂岩段分布于研究区西南部,与大面积第四系接壤,岩性主要为变长石石英杂砂岩。其中,片岩段与火山岩段变形强烈,与西邻当金山地区拐杖山组特征极相似,本文将其解体为“拐杖山组”。本次实测剖面选择在地层出露较好、岩性特征明显的阿勒腾乡,剖面方位230°,起点坐标为北纬39°7′7″、东经95°21′35″,高程4409m。

图 2 阿腾勒乡地区拐杖山组实测地质剖面及采样位置 Fig.2 Geological cross sections with sampling sites in Atengle area S1b—巴龙贡噶尔组;Pt2-3G—拐杖山组;O3d—多索曲组
1.2 岩相学特征

拐杖山组主要由片岩段与火山岩段组成,岩石变质较浅,变形较强,褶皱发育,原始地层层理已完全被片理置换。岩石中表现出多种塑性变形构造,如顺劈理面的小型褶皱、无根钩状褶皱、“拖尾”构造等(图版Ⅰ-abc)。不同构造层次、不同样式及不同尺度的褶皱发育使地层厚度加大。片岩段岩石以黑云母石英片岩(图版Ⅰ-d)、二云石英片岩(图版Ⅰ-e)、硅化石英片岩等为主,火山岩段以中基性火山岩与火山碎屑岩为主,主要代表性岩石类型岩相特征如下。

图版Ⅰ   PlateⅠ   a.拐杖山组塑性变形中的无根钩状褶皱;b.石英片岩中的“拖尾”构造,显示左行的运动学特征;c.石英片岩中的塑性变形褶皱;d.黑云母石英片岩;e.二云石英片岩;f.玄武安山岩。Qtz—石英;Bt—黑云母;Pl—斜长石;Ms—白云母

黑云石英片岩(图版Ⅰ-d):鳞片变晶结构,片状构造,主要矿物成分为黑云母与石英。岩石中石英为他形粒状,含量60%;斜长石较少,含量约11%;云母定向分布,黑云母含量约24%,白云母含量约5%。镜下小褶皱发育(图版Ⅰ-c),与岩石宏观特征一致。

二云石英片岩(图版Ⅰ-e):粒状变晶结构,微层状、片状构造。主要由石英、长石、黑云母、白云母等组成。石英多数近等轴粒状近平直镶嵌,少数他形粒状不规则镶嵌,变余微层状构造特征明显,含量62%;黑云母与白云母呈鳞片状,两者混杂且粒度相近,总含量30%;斜长石呈他形粒状,含量约8%。镜下构造变形特征明显。

玄武安山岩(图版Ⅰ-f):玄武安山结构,块状构造,主要由斜长石和隐晶质组成。岩石中斜长石呈他形针状,边界多不清楚,具蚀变与碳酸盐化特征,以局部格架状或流动似定向方式排列分布于隐晶质中,含量约48%;隐晶质分布于长石针状晶体之间,含量约47%;含少量方解石与褐铁矿,总含量约5%。

2 样品分析方法

本次在拐杖山组选取8件灰绿色石英片岩地球化学样品和1件玄武安山岩(北纬39°5′21″、东经95° 19′15″)同位素年代学样品,采样位置如图 2所示。样品均采自基岩出露较好的部位,样品呈块状,岩石新鲜。

主量、微量和稀土元素及LA-ICP-MS锆石微区U-Pb测年均在中国地质调查局西安地质调查中心国土资源部岩浆作用成矿与找矿重点实验室分析测试。主量元素采用VF320单道荧光光谱仪(XRF)测定,分析精度优于5%。用碱熔法测Fe2O3,用酸溶法测FeO;微量、稀土元素采用Agilent 7500a等离子体质谱仪(ICP-MS)测定,分析精度优于5%~10%。锆石样品通过人工重砂、电磁选和双目镜下挑选,挑选出具有代表性的锆石,用环氧树脂固定,待其充分固化后抛光至锆石露出核部,进行锆石阴极发光(CL)显微图像分析。锆石U-Pb同位素测定的激光剥蚀系统为GeoLas Pro,ICP-MS为Agilent 7700x。激光剥蚀过程中采用氦气作载气、氩气为补偿气以调节灵敏度,二者在进入ICP之前通过一个T型接头混合。每个时间分辨分析数据包括大约10s的空白信号和40s的样品信号。锆石年龄采用国际标准锆石91500为外标标准物质,元素含量采用NIST SRM610为外标,29Si为内标。对分析数据的离线处理(包括对样品和空白信号的选择、仪器灵敏度漂移校正、元素含量及U-Th-Pb同位素比值和年龄计算)采用软件Glitter 4.4[23]完成,详细仪器参数和测试过程可参考李艳广等[24]

3 分析结果 3.1 原岩恢复

研究区拐杖山组构造变形十分强烈,原始层理已完全被片理置换,常见矿物碳酸盐化和绿帘石化,原始岩性不易识别。因此,本次在片岩段中选取8组石英片岩类样品进行主量、微量及稀土元素分析(表 1)。结合野外地质产状、岩石组合等特征恢复其原岩类型。

表 1 党河南山地区拐杖山组片岩主量、微量和稀土元素分析结果 Table 1 The concentration of major, trace elements and REE for schist in Guaizhangshan Formation in Danghenanshan area

判断正副变质岩最常用且最有效的方法为DF判别函数[25],它常用来区分长英质片麻岩的原岩属性,当DF > 0时,原岩可能为火成岩;DF < 0时,原岩可能为沉积岩。研究区8组样品的DF值介于-0.05~-4.36之间,均属沉积岩类;尼格里图解(Si-(al+fm)-(c+alk)图解[26])可区分正副变质岩类型,划分不同的岩石类型区域,样品点全部落入砂岩范围内(图 3-a);SiO2-TiO2图解[27]可区分变质原岩为碎屑沉积岩或火成岩,样品点均落入沉积岩区;稀土元素是研究区域变质地体的有用工具[28],∑REE-La/Yb图解可用于识别变质岩原岩类型[29],样品点全部落入沉积岩与花岗岩叠合区(图 3-c);Log(SiO2/Al2O3)-Log(Na2O/K2O)图解[30]为判别变质沉积岩原岩类型的常用图解,结果显示,研究区原岩为杂砂岩和岩屑砂屑岩(图 3-d)。

图 3 党河南山地区拐杖山组片岩的原岩判别图解 Fig.3 Diagrams of protolith restoration for schist in Guaizhangshan Formation in Danghenanshan area a—Si-(al+fm)-(c+alk)图解[26];b—SiO2-TiO2图解[27];c—∑REE-La/Yb图解[29];d—Log(SiO2/Al2O3)-Log(Na2O/K2O)图解[30]

CIA指数一般用于确定物源区的化学风化程度[31],通常认为,CIA值在50~100区间的碎屑沉积岩,其物源区岩石遭受一定强度的化学风化。研究区样品的CIA值为61.2~69.9,表明源区岩石化学风化较弱。ICV指数代表沉积物的成分成熟度[32],ICV值越高表明沉积物的成分成熟度越低,样品的ICV值为0.81~0.97,指数值较高,反映研究区内岩石的成分成熟度较低。因此,综合野外地质特征分析,认为拐杖山组片岩段原岩应为成分成熟度较低的沉积岩类,岩性以杂砂岩和岩屑砂岩为主。

3.2 锆石U-Pb年代学

在拐杖山组中采集玄武安山岩(PM01-27TW)同位素样品,获得锆石46粒,锆石测点避开了包体及裂隙进行U-Pb同位素测试,获得有效测点28个,分析结果见表 2。锆石晶粒呈长柱状或不规则粒状,晶体自形程度不一,为自形-他形晶。阴极发光图像(图 4)显示为无核和略显环带结构,Th/U值为0.08~3.9,表现出基性岩浆锆石特征。锆石U-Pb年龄主要分布在300Ma、410Ma、730Ma、980Ma及1830Ma区间(图 5-a)。其中,大于976Ma的老锆石有8个,测点发散分布,无明显集中区,部分具磨圆特征,属于捕获的古老岩浆锆石的年龄信息,其形成与祁连陆块地区发育的元古代岩浆事件有关[33-38]。而300Ma与410Ma区间的锆石测点分别有4个和7个,其形成可能与晚古生代造山期构造事件有关[39-43]。在723~741Ma区间的测点有9个,在U-Pb谐和图中成群集中分布于谐和线上,206Pb/238U年龄加权平均值为734±8.5Ma(MSWD= 0.26)(图 5-b),其中除PM01-27-8的Th/U值小于0.1外,其余的Th/U值范围为0.8~3.9,明显高于变质成因锆石(<0.1),而与岩浆成因的锆石一致[44](>0.4),表明这些锆石为同期岩浆成因。因此,206Pb/238U年龄加权平均值代表了玄武安山岩的形成年龄。

表 2 党河南山地区拐杖山组玄武安山岩锆石U-Th-Pb分析结果 Table 2 Zircon U-Th-Pb dating of andesite basalt in Guaizhangshan Formation in Danghenanshan area
图 4 党河南山地区拐杖山组玄武安山岩锆石阴极发光(CL)图像 Fig.4 CL images of zircons from andesite basalt in Guaizhangshan Formation in Danghenanshan area
图 5 党河南山地区拐杖山组玄武安山岩锆石谐和曲线 Fig.5 U-Pb concordia diagram of zircons from andesite basalt in Guaizhangshan Formation in Danghenanshan area
4 讨论 4.1 地层时代归属

巴龙贡噶尔组的层型剖面位于刚察县尕洛合地区,仅有的古生物地层年代划分依据为青海第一区调队在刚察县尔德公麻、尕日娄曲的板岩中发现的笔石化石:Pseudoclimacograptus sp., pristiograptus cf.acinaces (Tormguist), pristograptus sp., Climacograptus reetangularis M’ coy等,指示时代为早志留世。青海省地质局在1:20万刚察大寺幅灰岩砾岩中采集到腕足类化石,时代为中奥陶世—早志留世;陕西地矿第一地质队在喀克图蒙克地区志留系巴龙贡噶尔组中采集到玄武安山岩同位素测年样品,LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为430±5.7Ma,指示地层时代为早志留世。因此,南祁连地区原巴龙贡噶尔组为早志留世,且岩性以中-粗粒复矿物沉碎屑岩与板岩为主。

近年来,赵生贵等[1]对当金山口—后塘南山一带中等变质地层进行调查研究时认为,将该地层划归至志留系不妥,建议将其归为元古宇;王国华等[19]在拜兴沟地区原巴龙贡噶尔组中发现一套浅中变质、强变形的岩石,命名为“哈尔达乌片岩(Pt2-3Hsch)”,时代划归中—新元古代;甘肃省地质调查院在当金山口之南原划于巴龙贡噶儿组片岩夹层中获得英安质凝灰岩的LA-ICP-MS碎屑锆石峰值年龄为1662~960Ma,最年轻年龄为595±7Ma,时代划归中—新元古代,并将该地层重新命名为“拐杖山组(Pt2-3G)”;李猛等(未发表)在沙柳河、多斯贡、阳康等地区原巴龙贡噶尔组中获得石英片岩LA-ICPMS碎屑锆石峰值年龄为707~1366Ma,最年轻年龄为558±7Ma,时代划归新元古代。因此,依据已有的同位素年龄数据,南祁连地区原巴龙贡噶尔组存在一套中—新元古代变质岩地层,并具有浅变质、强变形特征,研究区的拐杖山组即为该套地层的组成部分。在该组火山岩段中获得玄武安山岩LA-CP-MS锆石U-Pb年龄为734±8.5Ma,与此同时,王磊等(未发表)在研究区内同一层位中获得中基性火山岩的LA-CP-MS锆石U-Pb年龄为713± 4.6Ma,限定该套变质岩地层形成于新元古代。因此,南祁连地区拐杖山组为新元古代地层。该发现为正确建立研究区的地层格架、合理进行区域地层划分与对比等研究提供了新的依据。

4.2 区域地层对比

在区域上,研究区内该套变质岩地层与相邻地区的岩石地层具有可对比性。其西部当金山一带分布一套中—新元古代的变质岩地层(“拐杖山组”),岩石以黑云石英片岩、二云石英片岩、角闪变粒岩、二云变粒岩等为主,局部夹少量大理岩透镜体,原岩主要为杂砂岩与岩屑砂岩类,其宏观上以发育大型劈理褶皱为特征,褶皱类型包括大型倾竖宽缓褶皱、紧闭横卧褶皱,原始地层层序已被完全改造,代之以透入性面理及后期脆韧性变形劈理构造,其间普遍发育变质分异脉体,以及由此而表现出的多种脆韧性流动构造,如顺层掩卧褶皱、复褶皱、变质分异雁列脉等。其东部拜兴沟一带分布一套浅中等变质岩系(“哈尔达乌片岩”),岩石以黑云二长变粒岩、硅化石英片岩、黑云母二长变粒岩为主,原岩以火山碎屑岩和石英砂岩类为主[20],且地层顺层韧性剪切变形特征明显,岩石中揉流褶皱、顺层掩卧褶皱、无根钩状褶皱、糜棱岩化构造、“S”型雁列脉、石香肠构造等塑性流动变形构造强烈发育。研究区内变质岩系变质程度较浅,变形较强,褶皱发育,原始地层层理已完全被片理置换,塑性构造发育。岩石组合以片岩段与火山岩段为主,片岩段主要为黑云石英片岩、二云石英片岩等石英片岩类,原岩为成分成熟度较低的杂砂岩和岩屑砂屑岩;火山岩段则以中基性火山岩、火山碎屑岩为主。因此,研究区内拐杖山组岩石组合特征与刚察一带典型的巴龙贡噶尔组相差甚远,但与其东、西部区域变质地层的岩石组合和变质变形程度十分相似,原岩特征也趋于一致(表 3),区域地层对比较好。而研究区与当金山地区的拐杖山组在地理位置上相邻,岩性组合及原岩特征也更接近,显示其应为当金山拐杖山组向东延伸的部分。

表 3 南祁连北部地区当金山—拜兴沟一带变质地层单位特征对比 Table 3 Characteristics and correlation of metamorphic strata from Dangjinshan to Baixinggou in northern South Qilian
4.3 拐杖山组与北大河岩群的关系

根据拐杖山组的岩石组合与变质变形特征研究,发现其与中祁连北大河岩群片岩组对比良好。北大河岩群岩石组合主要由片岩组、片麻岩组与大理岩组组成,其中片岩组以石英片岩类与云母片岩类为主,具区域中-低压变质作用特征,原岩恢复为泥质粉砂岩与中基性火山岩,与拐杖山组相似。而一直以来北大河岩群被认为形成于古元古代[45-47],但近年的研究成果表明,其时代应属中元古代晚期—新元古代[48-50]。中国地质调查局“祁连成矿带肃南—大柴旦地区地质矿产调查项目”在中祁连大泉口地区获得石英片岩和石英岩的碎屑锆石峰值年龄分别为1420Ma和1400Ma,最年轻的锆石年龄为1160Ma和1250Ma;而红色石英片岩与灰色片麻岩的碎屑锆石峰值年龄分别为782Ma和778Ma,最年轻的锆石年龄为650Ma和600Ma,印证了北大河岩群的形成时代为中元古代晚期—新元古代。因此,拐杖山组与北大河岩群在岩石组合及形成时代上十分相似,很可能同为祁连陆块前寒武纪基底的组成部分,表明南、中祁连曾为统一陆块。

4.4 形成环境

祁连陆块新元古代中—晚期(848~604Ma)主要发育裂谷火山岩系,包括分布于祁连陆块西北部的朱龙关群和多若诺尔火山岩系(738~604Ma),分布于祁连陆块东部的兴龙山群火山岩(824~ 713Ma),以及祁连陆块南部的全吉群裂谷火山岩(约800Ma)[2, 51]。中国若干陆块该时期的火山活动和岩浆作用也是对Rodinia超大陆裂谷化和裂解作用的响应。因此,新元古代拐杖山组中的火山岩(734±8.5Ma)与该时期的火山活动密切相关,应同属大陆裂谷化作用的产物。

片岩段中石英片岩的原岩以成熟度较低的杂砂岩与岩屑砂岩类为主,其地球化学性质能够反映源区岩石的成分特征,对构建其沉积构造环境具有重要意义。Roser等[52]根据碎屑岩主量元素判别函数F1-F2将碎屑岩划分为4个主要物源区:①铁镁质和少量中性火成岩源区(P1);②主要为安山岩的中性火成岩源区(P1);③长英质火成岩源区(P1);④古老的沉积地体或克拉通(P4)。F1-F2判别图(图 6-a)表明,拐杖山组片岩主要落入古老的沉积地体或克拉通中,少量落入酸性火成岩源区。Floyed等[53]利用Hf-La/Th判别图解对不同构造环境的沉积物物源进行判别。从图 6-b可以判断,拐杖山组片岩的物源主要来源于古老沉积地质体与长英质火山岩。而大陆裂谷盆地形成时期,主要依靠不断隆起的大陆断块为其提供大量低成熟度的碎屑岩,同时伴有大陆火山喷发物质[54]。该物源特征与拐杖山组片岩的物源特征十分吻合,因此拐杖山组很可能形成于大陆裂谷盆地。沉积时期粒度较细,岩石以泥岩与细粒杂砂岩为主,属低密度浊流沉积,具有水下扇中扇-外扇的沉积特征,显示形成时期研究区由陆地向深水盆地演变的特点,可能为陆内裂谷化早期裂谷盆地快速沉降时的产物,所以拐杖山组的形成应是对Rodinia超大陆裂解事件的沉积响应。

图 6 党河南山地区拐杖山组片岩物源区判别图解 Fig.6 Discrimination diagrams illustrating sedimentary provenance of the schist rocks of the Guaizhangshan Formation in Danghenanshan area
5 结论

(1)研究区原巴龙贡噶尔组中解体出的浅变质、强变形的地层为拐杖山组,岩性组合以片岩段与火山岩段为主。片岩段岩石组合主要为黑云母石英片岩、二云石英片岩等石英片岩类,原岩恢复为成熟度较低的杂砂岩与岩屑砂岩类;火山岩段主要为中基性火山岩与火山碎屑岩。因此,该套地层岩石组合具有火山-沉积岩特征。

(2)研究区拐杖山组火山岩段中的玄武安山岩LA-CP-MS锆石U-Pb年龄为734±8.5Ma,确定其形成时代为新元古代。该发现为正确建立研究区的地层格架、合理进行区域地层划分与对比等研究提供了新的依据。

(3)地层对比结果显示,研究区拐杖山组与邻区地层具有可对比性,在南祁连地区普遍存在,且其与中祁连北大河岩群在岩性组合与形成时代上具有相似性,表明拐杖山组可能为祁连陆块前寒武纪基底的组成部分,为南、中祁连为统一陆块提供了新的证据。拐杖山组的物源与沉积建造具有大陆裂谷盆地的特征,其形成是对Rodinia超大陆裂解事件的沉积响应。

致谢: 审稿专家和中国地质调查局西安地质调查中心朱涛工程师对本文初稿提出了宝贵的修改意见,实验测试过程中得到西安地质调查中心靳梦琪工程师的热情帮助,野外工作得到山东正元地质勘查院胡兆国和杨超工程师的帮助,在此一并表示衷心的感谢。

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