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燕山构造带内蒙古隆起东段晚古生代—早中生代构造岩浆活动及其地质意义

张拴宏  
【摘要】: 位于华北地块北缘的燕山构造带,是中国地质工作的摇篮地区之一,以中新生代强烈的板内变形而闻名于世。从上个世纪初开始,国内外学者就这一地区中新生代及早前寒武纪的地质与构造问题开展了大量的研究工作,取得了许多重要的认识。但是对燕山构造带晚古生代一早中生代期间的变形历史及内蒙古隆起的剥露过程仍知之甚少。 在燕山构造带北缘的内蒙古隆起内,发育了大量的晚古生代侵入岩,但对其侵位时代一直没有准确限定。近年来的研究结果还发现,在内蒙古隆起主要韧性剪切带内,存在有晚古生代的构造变形记录。这些侵入岩及韧性剪切带一起,构成了沿内蒙古隆起出露的晚古生代—早中生代构造—岩浆岩带。由于该带内的侵入岩及变形带常被侏罗—白垩纪地层不整合覆盖,因此记录了燕山构造带晚古生代—早中生代期间变形及剥露的历史,值得深入研究。 本论文以发育于燕山构造带北部内蒙古隆起东段的晚古生代—早中生代构造—岩浆岩带为研究对象,运用锆石SHRIMP U-Pb测年、K-Ar热年代学、压力估算、宏微观构造变形分析、构造年代学及岩石地球化学等多种手段,对岩体侵位时代、岩体及韧性剪切带的构造变形特征及历史、岩体剥露过程及幅度大小、岩体成因及其地球动力力学背景进行了研究。在此基础上探讨燕山构造带板内变形的启动机制。 通过本论文的研究,取得一些新的认识及进展,主要包括以下几个方面: 1、在以往所认为的太古宙—古元古代结晶基底岩系内,发现了大量的晚古生代花岗质侵入岩体,其中隆化石英闪长岩、大光顶石英闪长岩、波罗诺石英闪长岩的锆石SHRIMP U-Pb年龄分别为311±2 Ma、327±8 Ma、303±4 Ma,虎什哈花岗岩及岩脉的锆石SHRIMP U-Pb年龄分别为304±3 Ma和301±8 Ma,说明这些岩体均侵位于晚古生代,而不是以往所认为的太古宙—古元古代。由于这类岩体普遍被侏罗—白垩系不整合覆盖,且不整合面上覆盖的最老地层为下侏罗统南大岭组,因此晚古生代—早中生代期间,岩体经历了明显的抬升及剥露过程,至早侏罗世岩体主体已剥露至地表。这些岩体的发现也表明内蒙古隆起现今广泛出露的深位岩石是在晚古生代—早中生代期间的构造变形过程中逐步剥露出来的。另外还获得了丰宁光岭山钾长花岗岩的锆石SHRIMP U-Pb年龄为253±4 Ma,表明该岩体侵位于二叠纪末期。 2、通过对华北地块北缘内蒙古隆起区侵入岩SHIMP U-Pb测年及前人已经发表的同位素测年资料,确定晚古生代期间本区分别在早泥盆世(400±10 Ma)、早石炭世末—晚石炭世(315±15 Ma)及二叠纪末—三叠纪初(250±10 Ma)发生过三期明显的岩浆活动。其中早泥盆世岩浆岩主要为碱性岩类,以水泉沟碱性杂岩体为代表,同期侵入的还有一些沿断裂带分布的超基性—基性岩;早石炭世末—晚石炭世岩浆岩主要为闪长岩类,以隆化石英闪长岩、大光顶石英闪长岩、波罗诺石英闪长岩及孤山闪长岩体为代表:二叠纪末—三叠纪初岩浆岩主要为花岗岩类,以韩家店花岗岩、光岭山花岗岩体为代表。 3、野外地质调查及室内显微构造研究表明,晚古生代—早中生代期间侵位的岩体均发生过不同程度的韧性或韧—脆性变形,但不同时代侵位岩体的变形特征又有明显差别。 1)早泥盆世水泉沟岩体的变形与尚义—赤城韧性剪切带密切有关,变形形式以韧性剪切带为主,变形温度为450℃—500℃,为中地壳层次的变形,变形时代在早石炭世末期(320Ma±)。 2)早石炭世末—晚石炭世岩体的变形受韧性剪切带和强挤压应力作用下同侵位构造变形两种因素控制,即岩体在强挤压应力条件下主动侵位,由于强烈的膨胀及侧向挤压,形成了呈环状分布的面理及放射状分布的线理;在岩体侵位后期未完全冷却条件下由被韧性剪切带构造变形改造。如隆化岩体及大光顶岩体在侵位后期未完全冷却情况分别被丰宁—隆化剪切带及大光顶剪切带改造,而波罗诺岩体及虎什哈岩体受剪切带的影响不明显,仅保留了强挤压应力条件下主动侵位所形成的同侵位构造。这类岩体的变形温度为450℃—500℃,变形时代约为早石炭世末期—晚石炭世(330—300 Ma)。 3)二叠纪末—三叠纪初岩体变形温度300—450℃,为中浅地壳层次变形,变形时间在250 Ma之后。 4、对前人在内蒙古隆起内确定的主要韧性剪切带的构造变形特征进行了野外及室内研究。这些韧性剪切带主要为近E—W向,运动性质主要为由北向南的剪切。而位于近E—W向韧性剪切带之间的NE—NEE向韧性剪切带则具有左旋逆冲性质。这些韧性剪切带的形成,可能与古亚洲洋板块向华北地块俯冲—消减—碰撞所产生的近N—S向挤压应力有关。同时研究结果也显示,中生代期间本区主要强烈活动的脆性断裂带与这些早期的韧性剪切带有明显的继承性。 5、通过变形矿物的同位素测年及构造分析,结合前人研究成果,初步确定燕山地区晚古生代期间至少存在有4期明显的构造变形,其变形时代分别为早泥盆世(400 Ma左右)、早石炭世末—晚石炭世(320—300 Ma)及早二叠世(280—260 Ma)及晚二叠—早三叠世(250 Ma之后)。构造变形与岩体侵位时代有明显对应性,但又不完全一致。早泥盆世构造变形与岩浆活动及早石炭世末—晚石炭世的构造变形与岩浆活动可能与古亚洲洋板块向华北地块两次强烈的俯冲—消减相对应,而早二叠世构造变形可能是蒙古地块与华北地块的最终碰撞拼合及古亚洲洋的消失在华北地块北缘的响应;早三叠世构造变形则可能代表了燕山构造带板内变形的开始。这些多期次的构造变形及岩浆活动,构成了燕山地区规模巨大的晚古生代—早中生代构造—岩浆岩带。 6、运用矿物压力计对各岩体的结晶压力及侵位深度进行了估算,其中早泥盆世岩水泉沟岩体的平均剥露幅度近20km;早石炭世末—晚石炭世岩体的平均剥露幅度为14 km左右。在此基础上推算出内蒙古隆起晚古生代初至早中生代期间(侏罗纪之前)的剥露幅度约为20 km;晚石炭世初至早中生代期间的剥露幅度约为14 km。结合主要岩体热历史资料,对晚古生代—早中生代期间内蒙古隆起的隆升及剥露过程进行了探讨。 7、运用岩石化学、微量元素、稀土元素及Sr、Nd、Pb、O等同位素资料。对晚古生代—早中生代侵入岩形成环境、物质来源及成因进行了研究。 1)早泥盆世水泉沟岩体的形成可能与华北地块北缘古亚洲洋板块向南俯冲及尚义—赤城深大断裂(韧性剪切带)的活动有关。物质来源为地幔或地幔与下地壳物质的混合,可能为幔源玄武质岩浆结晶分异的产物,在成岩过程中有地壳物质混合及太古宙变质基底的广泛参与。 2)早石炭世末—晚石炭世花岗质岩石具火山弧性质的花岗岩,为Ⅰ型花岗岩。岩体的物源为壳—幔混合,并不同程度地同熔有太古宙变质基底片麻岩的成分。岩体形成于挤压构造环境,属钙碱性系列的岩石,这些岩体的侵位与晚古生代古亚洲洋板块向华北地块的俯冲—消减密切相关。 3)二叠纪末—三叠纪初花岗岩主要为一套后造山的A型花岗岩,形成于板块碰撞之后伸展环境,这套岩系的广泛出现,表明此期二叠纪末本区北侧蒙古地块与华北地块的碰撞拼合过程已经完成。 4)晚三叠世岩体物源虽以幔源或壳—幔混合为主,但已具有后碰撞花岗岩和板内花岗岩的特征,也表明岩体形成于蒙古地块与华北地块碰撞拼合之后。 对内蒙古隆起晚古生代—早中生代不同时期侵入岩地球化学及其成因的研究结果表明,蒙古地块与华北地块碰撞拼合的时间应在300 Ma(火山弧花岗岩的最新侵位年龄)—260 Ma(碰撞后花岗岩的最早侵位年龄)之间,结合构造变形年代学资料,推测两板块最可能的碰撞拼合时间为280—260 Ma。同时研究结果也表明,晚古生代华北地块北缘应为—主动大陆边缘,古亚洲洋板块向南俯冲于华北地块之下,在华北地块北缘发育了规模较大的构造—岩浆岩带。 8、对燕山构造带中生代板内变形的启动机制进行了探讨。由于燕山构造带晚古生代期间处于板块俯冲消减带边缘,受古亚洲洋板块向华北地块俯冲—消减—碰撞构造过程的影响,在本区发育了大量的晚古生代—早中生代构造变形带及岩浆活动。这些构造变形带的存在,成为本区重要的构造薄弱带,而大量发育的岩浆侵入活动则提供了促使岩石圈局部软化的热源并形成了大量的热软化带。这些先存构造薄弱带及热软化带为燕山板内变形启动提供了重要的前期基础。因此,燕山中生代板内变形带是在晚古生代板缘构造变形带的基础上发展起来的。


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