新元古代地层年代学研究及其地质意义

发布时间：2017-01-17 21:05

  本文关键词：华北南缘中—新元古代地层年代学研究及其地质意义，由笔耕文化传播整理发布。

《中国地质大学》 2015年

华北南缘中—新元古代地层年代学研究及其地质意义

汪校锋  

【摘要】：华北克拉通的前寒武地质研究近年来受到国内外学者的空前重视,近十年来发表了大量文献,其中的焦点之一就是中-新元古代地层的物质组成、沉积时代、划分对比。在华北克拉通太古宙-古元古宙结晶基底之上,覆盖着大面积的中-新元古代沉积盖层。主要包括北部和东部的长城、蓟县和青白口系,北缘的狼山-渣尔泰山群、白云鄂博群和化德群,和辽南、山东和徐淮地区分布的沉积岩系,以及南缘的熊耳群火山-沉积岩系(1.80-1.75Ga)及其上的中-新元古代地层等。众所周知,华北北部燕辽裂谷盆地蓟县地区的长城系、蓟县系和青白口系地层一直作为中-新元古代标准层序剖面,但自2007年以来,其地层同位素年代学玉作取得了重大进展,下马岭组之下的中元古界时代被重新标定为1.65-1.32Ga之间,原“蓟县纪,,所代表的1.2-1.0Ga期间的剖面记录有待重新建立,寻找该时段的标准剖面是华北地层工作者的重要任务,一些学者寄希望于华北南缘的中-新元古代地层来填补这一空白。此外,中国中元古界的底界时代为长城系(1.8Ga)的底界时代,与国际上的(1.6Ga)不同,其主要依据就是华北北部燕辽裂谷或华北南缘熊耳裂谷的底界时代,由于燕辽长城系的底界被限定为1.65 Ga左右,表明燕辽裂谷发育时限比“熊耳裂谷,,(1.80-1.75Ga)起始时限晚,且熊耳群为火山岩,不同于正常沉积地层,因此,有部分学者主张中国中元古界沉积的起始时限是1.65Ga,与国际接轨。然而这一命题的成立,关键要看华北南缘的熊耳群之上中元古代沉积地层时代,即云梦山组或高山河组时代是否比燕辽地区常州沟组更老。长期以来,华北南缘熊耳群之上的中-新元古代地层时代也存在争论,有归属长城纪、蓟县纪、青白口纪三种观点,如果沉积时限主要发生在长城纪,则有可能是熊耳群之后连续沉积,且表明豫西地区的“长城系”更为完整,那么长城系的底界是否应该以熊耳群的底部为界?如果是原“蓟县纪”期间沉积,是否可能填补中元古代地层柱的空白?或者如果是青白口纪,那如此长的时空间断,则构造上又作何解释?这些都与中国中元古代的地层划分和构造演化等重大基础地质问题密切相关。华北克拉通南缘的中-新元古界主要分布在河南-陕西-山西交界地区,即习惯称呼的“豫陕裂谷”当中,其中又以河南西南部为主。该区中-新元古代地层发育齐全,露头连续,是华北克拉通中元古代地层出露最好的地区之一。因其下有熊耳群火山岩、上有罗圈组冰碛岩的特点,在华北中-新元古代相关研究领域不多见,一直是研究的热点地区之一：二十世纪九十年代以来,在该地地层中发现一些宏观藻类、特殊的微古植物及疑似遗迹化石,使该地区又成为早期生命演化的重要研究窗口；近年来,华北南缘又作为一些学者所提出的“华北中部造山带”的南部主体,是作为探讨中-新元古代华北克拉通与哥伦比亚、罗迪尼亚超大陆演化关系等重大命题的理想地区,因此,该地区又一次引起了人们更多的重视。在传统方案中,河南西南部地区中-新元古界主要包括中元古界长城系熊耳群、蓟县系汝阳群、蓟县系官道口群(含高山河组)、新元古界青白口系洛峪群、栾川群等,其上被“震旦系”黄连垛组、董家组、罗圈组、或者寒武系辛集组等不整合覆盖。但令所有研究者感到困扰的是：豫西南地区中-新元古代地层精确年代学工作明显薄弱,各地层一直缺乏可靠的锆石U-Pb同位素年龄来限定,多年来其沉积时代一直争论不休,给地质生产工作者和科研工作者带来许多不确定性,因此,确定华北南缘的中-新元古代地层时代问题变得十分迫切。近年来随着同位素测年技术的快速发展及地层学的精细研究,精确限定华北南缘的中-新元古代地层的时代正变成可能。地层学者们逐渐意识到精确限定地层需要合适的测年载体,特别是一些火山岩夹层或者中酸性侵入岩,但豫西南中-新元古代地层似乎缺乏这类物质,虽然人们早就在汝阳群云梦山组及官道口群高山河组下部分别发现了偏基性的安山质火山岩夹层,但至今未见公开的锆石U-Pb同位素年龄报道,从而引起了人们的思考,该套火山岩是地层的夹层吗?其精确时代是否可以确定?除此之外,豫西南地区中-新元古代地层之中是否存在其他的火山岩夹层?是否能够获得精确的同位素年龄值?是否存在与地层密切相关的、能够限定地层时代的侵入岩?有没有其他方法对该套地层时代进行约束?笔者于2010年以来在豫西南地区从事区域地质调查工作,围绕这一目标进行了大量资料分析、野外调查和样品测试分析工作,针对各典型剖面中的高山河组火山岩、云梦山组火山岩、高山河组砂岩、云梦山组砂岩、洛峪口组沉凝灰岩,系统采集样品,在岩石学、岩石化学分析的基础上,运用LA-ICP-MS法进行锆石U-Pb同位素定年,获得一批可靠的、高质量的锆石U-Pb同位素年龄资料,并广泛查阅分析区域内侵入岩年代学资料,从不同角度论证了官道口群、汝阳群、洛峪群等地层的沉积时限,为进一步限定华北南缘中-新元古代地层的时代格架提供了重要证据,为建立华北南缘中.新元古代层型剖面和地层格架、为探讨华北南缘前寒武纪地质演化提供依据,也为华北克拉通元古界地层的划分、地层框架的建立和对比以及与全球中元古界层型剖面的对比提供了重要的地质基础。主要认识和进展如下：(1)通过锆石U-Pb同位素年代学研究,获得了原“高山河组火山岩”、“云梦山组火山岩”锆石U-Pb同位素年龄值161±1Ma,代表本期火山事件年龄,排除了其限定元古代地层时代的可能性,并结合一些野外接触关系资料,及板内背景的地球化学特征,将原定于汝阳群、官道口群的火山岩重新解体出来,归于中-晚侏罗纪超浅成的次火山岩,此外,豫西南地区中-晚侏罗纪的火山事件非常稀少,该结果对燕山早期的构造-岩浆事件研究也具有重要意义。(2)确认河南汝州阳坡剖面洛峪口组中部层凝灰岩锆石为岩浆锆石,获得其1640±16Ma的高精度年龄,将洛峪群-汝阳群的时代标定于固结纪(Statherian,1800～1600 Ma)。(3)通过对侵入官道口群的岩体年代学资料分析,提取了一些重要岩体年代学信息,其中陕西洛南县侵入龙家园组地层之中的麻坪碱性正长岩其锆石年龄值1598±9Ma,侵入冯家湾组的小河岩体的U-Pb年龄上交点年龄1463Ma,近似代表了该群上限时代,可粗略地将官道口群也标定为中元古代固结纪。(4)通过高山河组底部碎屑岩、云梦山组底部碎屑岩的锆石U-Pb同位素测年,获得了其最年轻的年龄数据分别为1706±61Ma、1711±37Ma,可初步将其底界限定为1710 Ma左右,即整个华北南缘的官道口群、汝阳群-洛峪群的时限大体应在1710～1600 Ma之间,进一步限定了中元古代沉积地层的起始时限。通过以上年龄数据,结合其他资料,建立了华北南缘的中元古代年代地层格架,这一重要成果对于华北南缘的中元古代地层框架的建立、华北南缘和北缘的地层对比、中元古代长城纪标准剖面的建立及底界时代的确立、早期生命演化、哥伦比亚超大陆演化等重大命题的研究,具有重要意义。(5)高山河组及云梦山组五件样品碎屑锆石207Pb/206Pb年龄范围在3.48-1.70 Ga之间,显示其物源主要为晚太古代-古元古代的地质体,并且表现有很明显的1.83Ga、1.95Ga、 2.15Ga、2.53 Ga、2.73 Ga的年龄峰值,其中1.95Ga、1.83 Ga的年龄峰值代表了华北普遍发生的两期峰期变质作用。以上资料,为限定华北南缘中-新元古代地层的时代格架、为探讨华北南缘前寒武纪地质演化提供重要依据。

【关键词】：
【学位授予单位】：中国地质大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P534.3
【目录】：

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本文编号：238056