北祁连造山带东端早古生代物质组成、变形特征及其构造演化过程

【摘要】：北祁连造山带东端位于秦岭与祁连造山带构造交接部位，是中国北方大陆和南方大陆衔接处和中国大陆东西地质过渡转折地，受到长期活动的天水－宝鸡断裂的影响，二者构造线以斜切的形式交接在一起。研究区地质构造复杂，构造变形强烈，逆冲推覆构造和走滑剪切运动广泛发育。作为秦岭与祁连造山带的交接部位，研究北祁连造山带东端的物质组成、构造变形是整个中央造山系中段研究的主要内容之一，具有重要的理论意义。本文通过构造地质学、岩石学、岩石地球化学、同位素地质年代学研究相结合的方法，主要对祁连造山带东端的物质组成、形成时代、形成环境、变形特征和变形序列进行了综合研究，在此基础上恢复重建了早古生代以来研究区洋－陆构造格局，并探讨了北祁连造山带东端构造演化过程，取得了以下主要新进展和初步认识： 1、北祁连造山带东端物质组成研究 确定了中－晚奥陶世活动大陆边缘型岩浆岩、弧后盆地俯冲形成的陆缘弧型深成侵入岩和早志留世碰撞型花岗岩的形成时代和构造属性，厘定了陆缘裂陷和弧后盆地收缩过程中形成的两套碎屑岩系。 受控于南边主大洋洋壳的俯冲，于中－晚奥陶世在北祁连造山带东端发育活动大陆边缘型岩浆岩。中奥陶统陈家河群中酸性火山岩系主体为一套变质流纹岩、英安岩、斑状流纹岩，夹流纹质熔结角砾岩及凝灰岩，局部夹灰绿色变质玄武岩，通过其地质特征判定陈家河群“双峰式”火山岩产出于大陆边缘弧初始裂陷环境，为南边主洋盆向北俯冲消减作用的产物，并在李家河和后川峡地区获得陈家河群中酸性火山岩LA－ICP－MS锆石U－Pb年龄为461.2±3.1Ma（MSWD=0.35）和462.4±3.4Ma（MSWD=0.17）；上奥陶统红土堡组基性火山岩为一套低绿片岩相变质岩系，原岩为基性火山岩（玄武岩），其地球化学特征显示岩浆来源于受俯冲流体交代的地幔楔，并经历一定程度的分离结晶作用，形成于活动大陆边缘弧后小洋盆构造环境，伴生的硅质岩和枕状玄武岩表明弧后盆地已初具规模；黄门川花岗闪长岩体主要为一套花岗闪长岩，发育有形状各异、大小不一的闪长质包体，寄主岩的地球化学显示其受俯冲流体的影响，具有大陆边缘弧岩浆岩的特征。在黄门川地区获得寄主岩和暗色闪长质包体的LA－ICP－MS锆石U－Pb年龄分别为457.0±3.2Ma（MSWD=0.71）和458.8±2.9Ma（MSWD=0.18）。 晚奥陶世阎家店石英闪长岩体是弧后盆地小洋盆向北俯冲形成的，其岩性以石英闪长岩为主，局部有辉长岩和辉长闪长岩产出，地球化学显示其为一套受俯冲作用影响的陆缘弧型侵入岩。 早志留世草川铺碰撞型花岗岩体主体岩性为二长长花岗岩，具有低Mg埃达克岩的特质，为板块（地块）碰撞过程中加厚下地壳熔融形成的深成侵入岩体。 中奥陶统陈家河群碎屑岩组主要为一套黑云母石英片岩、黑云母斜长变粒岩岩石组合，其原岩主要为碎屑岩（砂岩、杂砂岩、泥质砂岩等）；下志留统葫芦河群为一套低角闪岩相－绿片岩相变质碎屑岩。地球化学组成特征表明，陈家河群砂岩物源区构造环境为活动大陆边缘，母岩以长英质岩石为主，沉积环境可能为活动大陆边初始裂陷盆地；葫芦河群砂岩物源区构造环境为活动大陆边缘向被动大陆边缘转换的环境，物源的母岩以长英质岩石为主，沉积环境很可能为弧后盆地收缩过程的类前陆盆地。 2、北祁连造山带东端构造特征研究 北祁连造山带东端自古元古代以来经历了多期次多类型的构造变形和构造叠加，通过对北祁连造山带东端地质体和构造边界的几何学、运动学和动力学研究，可以将其划分为前寒武纪构造变形、中奥陶世－早泥盆世板块俯冲－碰撞变形、晚泥盆世－早石炭世板块斜向碰撞变形、晚石炭世－早二叠世陆内伸展构造变形、印支期陆内挤压构造变形和燕山－喜山期陆内构造变形六个变形阶段。 3、北祁连造山带东端形成演化研究 北祁连造山带东端经历了漫长而复杂的演化过程，其大致经历过前寒武纪北祁连造山带东端陆缘基底形成、早寒武世－早泥盆世洋－陆演化、中泥盆世－晚二叠世陆内伸展—挤压均衡调整、三叠纪陆内挤压与逆冲推覆构造阶段和中新生代陆内构造演化五个演化阶段。其中早寒武世－早泥盆世洋－陆演化阶段又可细分为主洋盆形成及初始扩展阶段（534～472Ma）、主洋盆洋壳俯冲及活动大陆边缘形成演化阶段（472Ma～440Ma）、陆－陆或陆－弧碰撞造山阶段（440Ma～424Ma）、后碰撞阶段（424Ma～411Ma）四个阶段。