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  地质通报  2018, Vol. 37 Issue (4): 634-641  
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李大磊, 孙东亮, 赵振英, 孙健, 杨张张, 田振, 李小明, 杨本昭. 青海德令哈市夏吾一带巴龙贡噶尔组地质特征及时代[J]. 地质通报, 2018, 37(4): 634-641.
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Li D L, Sun D L, Zhao Z Y, Sun J, Yang Z Z, Tian Z, Li X M, Yang B Z. A discussion on the geological characteristics and formation time of Balonggongga'er Formation in Xiawu area of Qinghai Province[J]. Geological Bulletin of China, 2018, 37(4): 634-641.
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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

李大磊(1985-), 男, 工程师, 从事区域地质调查和造山带岩浆作用研究。E-mail:512903289@qq.com

文章历史

收稿日期: 2017-07-07
修订日期: 2018-03-13
青海德令哈市夏吾一带巴龙贡噶尔组地质特征及时代
李大磊 , 孙东亮 , 赵振英 , 孙健 , 杨张张 , 田振 , 李小明 , 杨本昭     
陕西地矿第一地质队, 陕西 安康 725000
摘要: 1:5万区域地质调查工作对青海夏吾一带巴龙贡噶尔组的岩性特征、基本层序、沉积构造、岩相变化、时代依据等进行了系统收集及研究,于该套地层中新发现了变玄武安山岩。采用LA-ICP-MS锆石U-Pb定年方法,获得锆石U-Pb同位素年龄为427.2±2.8Ma,即该套火山岩形成于早志留世。结合前人研究成果,确定巴龙贡噶尔组的形成时代为早志留世。研究成果对于厘定南祁连的早古生代地层层序及构造演化具有重要意义。
关键词: 青海夏吾    巴龙贡噶尔组    地质特征    时代    
A discussion on the geological characteristics and formation time of Balonggongga'er Formation in Xiawu area of Qinghai Province
LI Dalei, SUN Dongliang, ZHAO Zhenying, SUN Jian, YANG Zhangzhang, TIAN Zhen, LI Xiaoming, YANG Benzhao     
No.1 Geological Party, Shaanxi Bureau of Geology and Mineral Resources, Ankang 725000, Shaanxi, China
Abstract: The Balonggongga'er Formation is distributed in the South Qilian Mountain and belongs to marine terrestrial clastic rock series, and its geological epoch has aroused much attention. Based on 1:50000 regional geological survey, the authors systematically studied the lithological characteristics, basic sequence, sedimentary structure, lithofacies change, and age of the Balonggongga'er For-mation. Some basaltic andesite samples within the Balonggongga'er Formation were identified, and LA-ICP-MS zircon U-Pb analy-ses indicate that the basaltic andesite was formed at 427.2±2.8Ma, belonging to the Early Silurian period. In combination with previous achievements, the authors have further confirmed that the Balonggongga'er Formation was formed in Early Silurian period. These re-sults are of importance for the study of the Early Paleozoic stratigraphic sequence and tectonic evolution in the South Qilian Mountain.
Key words: Xiawu of Qinghai Province    Balonggongga'er Formation    geological characteristics    ages    

祁连造山带位于青藏高原东北部,西段被阿尔金造山带所截,东段与西秦岭相接,北接阿拉善地块,西南与柴达木陆块相接,整体呈北西西向展布[1-7]。南祁连地块位于祁连造山带南部,呈北西西向界于中祁连南缘断裂(疏勒南山一拉鸡山缝合带主断裂)与宗务隆-青海南山断裂之间。向西于阿克塞一带被阿尔金断裂截切,东延尖灭于临夏西一带[8-9]。长期以来,由于自然和交通条件所限,调查研究程度较低,尤其是南祁连广泛分布的巴龙贡噶尔组物质组成、形成时代和形成环境备受地质工作者关注。根据前人资料,区域上巴龙贡噶尔组由片岩段、火山岩段和碎屑岩段组成[1-7],近年来区域地质调查工作对巴龙贡噶尔组进行了解体,片岩段解体命名为中—新元代拐仗山组,火山岩段解体命名为新元古代天俊组,其余碎屑岩段则为巴龙贡噶尔组。近年来笔者参加1: 5万区域地质调查工作时发现,工作区仅出露巴龙贡噶尔组碎屑岩段。以往的研究多集中于前寒武纪、晚古生代及新生代地质体[10-16],对于早古生代带地质体的研究多以花岗岩类为主[17-21]

笔者参与的1:5万区域地质调查工作对巴龙贡噶尔组岩性特征、基本层序、沉积构造、岩相变化及时代依据等进行了系统收集及研究,在巴龙贡噶尔组中新解体出火山岩夹层,通过锆石U-Pb同位素测年获得准确数据,限定其时代、成因及形成的构造背景。本文在区域地质填图资料的基础上,对巴龙贡噶尔组地质特征及时代进行详细讨论,对研究南祁连早古生代构造演化具有重要意义。

1 地质概况

研究区位于南祁连地块南部(图 1-a),出露地层有志留系巴龙贡噶尔组(S1b)、下二叠统勒门沟组(P1-2l)、下三叠统大加连组(T1-2d)、中三叠统切尔玛沟组(T1-2q)、渐新统—中新统白杨河组(E3N1b)和第四系[3-4]图 1-b)。

图 1 青海省德令哈市夏吾一带地质图[5] Fig.1 Geological sketch map of Xiawu area, Delingha City, Qinghai Qhpal—全新世洪冲积物;Qp3pal—晚更新世洪冲积物;E3N1b—白杨河组;P1-2l—勒门沟组
T1-2d—大加连组;T1-2q—切尔玛沟组;S1b1—巴龙贡噶尔组第一岩性段;S1b2—巴龙贡噶尔组第二岩性段;S1b3—巴龙贡噶尔组第三岩性段

巴龙贡噶尔组广泛分布于夏吾一带,呈近北西—南东向不规则条带状产出,面积约170km2,为一套灰绿色细碎屑浊积岩夹深海泥岩,复理石沉积建造。该组南部被二叠纪草地沟组不整合覆盖,北部被新近纪—古近纪白杨河组不整合覆盖,与中部的三叠纪大加连组、切尔玛沟组呈断层接触。岩层的展布方向与主构造线方向基本一致。巴龙贡噶尔组从下到上在岩石特征、基本层序、变形变质等方面有差异,将其划分为3个岩性段。第一岩性段与第二岩性段为断层接触,南侧第二岩性段与第三岩性段为构造面理接触(韧性剪切带),北侧第二、第三岩性段为脆性断裂接触。

巴龙贡噶尔组中层间褶皱及小型断裂较发育,导致岩石发生脆性变形,极为破碎。主要构造变形以层间斜卧紧闭褶皱为主,其中褶皱轴面及小型断裂以北西—南东向为主。该地层经过多期次的变形作用改造,为一套中低级变质岩系。其原始面理及层序部分已被置换,部分现存构造面理为多期变形置换重建的结果,其构造面理具有与原始层理基本平行的特点,在褶皱转折端则与其垂直或大角度相交,因此,局部面理产状基本代表了原始层理的产状。

2 岩石组合特征

巴龙贡噶尔组第一岩性段宏观色调呈灰绿色,第二、第三岩性段宏观色调为紫红色、灰绿色交替出现,这与其特定的岩石组合和沉积时的氧化还原环境密切相关。总体而言,该组为一套深色浊积岩系夹深海泥岩,二者随机重现构成复理石沉积建造,以颜色鲜明、层理规则且横向延伸稳定、分布面积大为特征。该组岩石经历了区域低温动力变质作用,呈低绿片岩相。第一岩性段以灰绿色中细粒变石英砂岩为主,局部夹少量灰绿色粉砂质绢云母板岩(图 2)。第二岩性段主要为灰绿色变长石石英粉砂岩,夹紫红色粉砂质板岩、灰绿色绢云母板岩及少量变玄武安山岩、英安质凝灰熔岩(图 3)。第三岩性段为浅灰绿色粉砂质板岩、泥质板岩夹紫红色泥质、粉砂质板岩(图 4)。

图 2 巴龙贡噶尔组第二岩性段实测地质剖面(图例注释见正文) Fig.2 Measured geological section of the second lithologic section of Balonggongga' er Formation
图 3 巴龙贡噶尔组第三岩性段实测地质剖面(图例注释见正文) Fig.3 Measured geological section of the second lithologic section of Balonggongga' er Formation
图 4 巴龙贡噶尔组第三岩性段实测地质剖面(图例注释见正文) Fig.4 Measured geological section of the third lithologic section of Balonggongga' er Formation

该组岩石组合特征横向上变化不明显,在东部一带的第一岩性段,岩性以变中细粒石英砂岩为主,夹厚0.5~1m的板状粉砂岩。北部的第二岩性段发育较多的闪长岩脉、石英脉,且有基性火山岩夹层,火山岩岩性主要为杏仁状变玄武安山岩、英安质基性熔岩。第三岩性段主要为浅灰绿色绢云母板岩、紫红色泥质粉砂质板岩,发育大量的褐铁矿化石英脉。西部一带第一、第三岩性段的岩石组合与东部没有明显的变化,仅在板状粉砂岩的出露宽度或厚度上稍有不同,第二岩性段中未见中基性火山岩。

变质长石石英杂砂岩:变余砂状结构,定向构造,粒径一般小于0.5mm,多在0.06~0.15mm之间。岩石由石英(50%)、长石(20%~25%)、绢云母、绿泥石、粘土矿物(25%)及少量黑云母、白云母等组成,砾石含量3%~5%(图版Ⅰ-a)。

图版Ⅰ   PlateⅠ   a.灰绿色中细粒长石石英杂砂岩镜下特征(正交偏光);b.褐灰色砂质泥质板岩镜下特征(正交偏光); c.变玄武安山岩宏观特征;d.变玄武安山岩镜下特征(单偏光)

变质长石石英砂岩:变余砂状结构,定向构造,粒径多在0.06~0.15mm间。岩石由石英、长石(15%)、绢云母、粘土矿物、绿泥石(30%)及少量碳酸盐和不透明矿物组成,偶见电气石。

粉砂质板岩:变余粉砂状结构,板状构造,矿物颗粒小于0.06mm。岩石由绢云母、长石、粘土矿物、石英绿泥石及少量不透明矿物组成。

绢云板岩:岩石具鳞片变晶结构,板状构造,矿物颗粒小于0.06mm。岩石由绢云母、粘土矿物、石英、绿泥石及少量不透明矿物组成。

褐灰色砂质泥质板岩:砂质泥质结构、板状块状构造(图版Ⅰ-b),矿物成分主要有水云母-绢云母(50%)、氧化铁(7%)、石英(43%)及微量磷灰石。

变玄武安山岩:斑状结构,块状构造(图版Ⅰ-cd),基质呈变余交织结构,斑晶矿物约占岩石的30%~35%,成分为中基性斜长石,呈半自形板状,粒径大小(0.1~2)mm×(5~9)mm,发生了绢云母化,杂乱散布。基质矿物占岩石的60%~65%,成分以斜长石为主,其次有绿泥石和蚀变矿物,斜长石呈细小的板条状,发生了绢云母化,沿走向排列,均匀分布,其间散布有鳞片状绿泥石,呈变余交织结构,散布一些蚀变矿物,成分有碳酸盐和绿帘石,均呈细小的微粒状,均匀散布。岩石含少量的杏仁体,形状不规则,大小为0.3~1mm,其中充填绿泥石,杂乱散布。

3 沉积环境分析 3.1 基本层序及变化

巴龙贡噶尔组第一岩性段浅灰绿色变砂岩中发育明显的粒序层理,粒序层厚2m,反映该层及其相关层是较近源的浊流沉积物快速堆积而成。巴龙贡噶尔组下部岩石发育韵律型基本层序(图 5-a),由单层厚80cm的浅灰绿色变含砾细砂岩与单层厚40cm的变细砂岩、粉砂岩叠覆而成。变含砾细砂岩中含有黄铁矿晶体,晶体粒径0.5~2mm。基本层序在横向上稳定,纵向上单层厚度有变厚的趋势。巴龙贡噶尔组中、上部岩石呈北北西向,向两侧延伸至图外,为一套未变质或浅变质的细碎屑岩,其中发育2种类型的基本层序。一种为不完整的鲍马层序的ABE型(图 5-b),自下而上由风化面为灰褐色、新鲜面呈灰绿色的中细粒长石杂砂岩(单层厚60cm,其下部发育8cm厚的粒序层理,过渡带2cm)-细砂岩(单层厚50cm)-灰绿色泥岩(单层厚10cm,泥岩发育水平纹层)组成;另一种为不完整的鲍马层序的BE型(图 5-c),由风化面为灰褐色、新鲜面呈灰绿色的中细粒长石杂砂岩(单层厚1.6m)与灰绿色泥岩(单层厚60cm)构成的韵律沉积层序。该层序横向延伸稳定,纵向上单层逐渐变薄,砂岩单层变为90cm,泥岩单层为20cm,泥岩中发育水平纹层和交错纹层。基本层序间及每个基本层序内部单层间都呈突变接触关系。在该组中、上部灰绿色中厚层状细粒长石杂砂岩中见粒级不明显的粒序层理,粒序层厚8cm,反映出该层及其相关层是较远源的浊流沉积产物。这些粒序层理的发现为确定地层的正常沉积层序和沉积环境的分析提供了佐证。

图 5 巴龙贡噶尔组基本层序图 Fig.5 The basic sequence of Balonggongga' er Formation
3.2 岩石地球化学特征

(1)稀土元素

蚀变玄武安山岩稀土元素总量为542.11×10-6~617.73 × 10-6,LREE/HREE值为9.08~10.83,(La/Yb)N值为14.09~19.91,反映轻稀土元素弱富集,轻、重稀土元素分异不明显;δEu在1.016~1.89之间,Eu具弱正异常。

在球粒陨石标准化稀土元素配分模式图(图 6-a)中,曲线呈轻稀土元素富集的右倾斜型,轻、重稀土元素分馏不明显,Ce为负异常,Eu具弱正异常,表明岩石未经历强烈的分离结晶作用,岩浆来源于下地壳的部分熔融。

图 6 玄武安山岩稀土元素配分模式(a)和微量元素蛛网图(b) Fig.6 REE patterns (a) and trace elements spidergram(b) of the basalt andesite

(2)微量元素

在以原始地幔为标准的微量元素蛛网图(图 6-b)中,曲线左侧微隆起,向右倾斜呈锯齿状型式。岩石中强不相容元素Rb、Th、Ba具明显富集特征,中等不相容元素Sr、P、Hf具弱富集特征,Nb、Ta、Zr强亏损,弱不相容元素Ti、P强烈亏损,曲线整体呈隆起状,玄武安山岩的特征表现为大洋玄武岩。

纵观巴龙贡噶尔组宏观岩性、基本层序、沉积构造等各种蕴藏在沉积岩石中的地质信息,指示巴龙贡噶尔组形成于大陆边缘低能的还原沉积环境,位于大陆斜坡海底扇区。形成该组浊积岩的陆源碎屑浊流事件诱发于沉积盆地陡斜坡沉积物的重力滑塌过程,其间伴有极少量的浅海区灰岩的沉积夹层。每次浊流事件间隙期沉积有深海软泥。浊积岩与深海泥岩以不同比例随机重复组合,构成复理石沉积建造。

4 时代依据

笔者在巴龙贡噶尔组新发现的火山岩中采集了锆石U-Pb同位素测年样,样号为PM04-UPb1,岩性为变玄武安山岩,坐标:北纬37°41′33″、东经96°11′45″,海拔4265m。样品重40~50kg。委托河北廊坊尚艺岩矿检测技术有限公司对样品中锆石按常规的方法进行挑选,在双目镜下挑出无色透明、无裂痕无包体的颗粒,进行制靶,最后进行锆石的阴极发光(CL)内部结构及LA-ICP-MS原位微量元素和同位素分析测试。U-Pb定年在西北大学大陆动力学国家重点实验室的激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪(LA-ICP-MS)上完成[22]

笔者对变玄武安山岩(PM04-U-Pb1)样品中无色或灰棕色或无色透明、短柱状、长柱状、环带结构发育的15颗锆石(图 8)进行了测试,其分析数据结果见表 1。在进行普通铅校正后,剔除部分谐和度较差的锆石测点(点2、3、4、9、14),最终选择10颗锆石的10个剥蚀点(点1、5、6、7、8、10、11、12、13、15)参与年龄计算,其206Pb/238U谐和年龄值为430± 5.7Ma[23-28](图9),表面年龄加权平均值为427.2± 2.8Ma[29-32](图9)。锆石中大部分呈短柱状、长柱状,呈棕色或无色透明,围绕核部发育清晰的振荡环带构造,个别发育扇型分带或平行晶体长轴的生长条带,反映锆石具有岩浆结晶特征。因此,表面年龄加权平均值得出427.2±2.8Ma,即代表了巴龙贡噶尔组火山岩的形成时代。

图 7 变玄武安山岩同位素锆石阴极发光图像 Fig.7 Cathodoluminescence images of zircons from basalt andesite
图 8 变玄武安山岩锆石U-Pb同位素谐和图 Fig.8 U-Pb concordia diagram of zircons from basalt andesite
表 1 巴龙贡噶尔组变玄武安山岩锆石U-Pb年龄测试结果 Table 1 U-Pb isotope dating results of zircons from the basalt andesite in Balonggongga' er Formation
5 讨论与结论

巴龙贡噶尔组岩石为细砂岩类-粉砂岩类-泥岩类(均变质),表现为由底向上,由粗到细的复理石建造,局部发育水道砾岩。细砂岩、粉砂岩中杂基含量为25%~30%,指示密度流沉积特点。依据变玄武安山岩岩石地球化学特征,指示巴龙贡噶尔组形成于大陆边缘低能的还原沉积环境,位于大陆斜坡海底扇区。区域上党河南山北坡甘肃北石墙子一带于志留系出现一个向上变粗的海退层序,其下部属海相磨拉石,中上部为陆相磨拉石,研究区内的复理石建造与区外磨拉石建造构成双幕式堆积生长序列,此等双幕式堆积生长序列表明,盆地在奥陶纪为弧后盆地,在志留纪碰撞期已转化为弧后前陆盆地。

青海省地质局第一区调大队在1:20区域地质调查工作中,曾在巴龙贡噶尔组上部采得了海绵骨针,经南京古生物研究所鉴定认为属于下古生界化石。在下环仓幅的尕洛合附近,曾于该组下部的板岩中采得大量笔石,进一步鉴定认为笔石应属早志留世。本次获得的锆石U-Pb年龄为427.2±2.8Ma,确定巴龙贡噶尔组时代为早志留世,同时也揭示,南祁连存在早志留世火山活动。这一新发现和成果对于深入研究南祁连早古生代构造演化具有重要意义。

致谢: 野外地质工作过程中项目组成员付出了艰辛劳动,中国地质调查局西安地质调查中心多位专家指导和帮助,中国地质调查局西安地质调查中心李向民研究员审阅了本稿,并提出宝贵的修改意见,在此一并致以衷心的感谢。

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