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地质构造单元划分及地质特征

一.概述

不同的学派对该区的构造单元有不同的理解。概括起来,它们主要包括:

李四光(1925 ~ 1955)根据当时获得的有限地质资料,从地质力学的观点,将祁连山定为齐鲁河山形构造体系的西翼,其中兰州、白银、武威为该山-阿宁地盾马蹄形地盾的一部分,阿拉善地区为阿宁地盾南侧的弧形构造带。甘肃省地矿局(1989)将上述思想进一步具体化,指出祁连山可进一步分为:弧前西翼褶皱带和西翼反射弧,祁连山和龙首山存在多种构造体系,主要有古河西系、齐鲁河西翼、青藏之字形(主要分布在祁连山及其南侧)、陇西系和阿拉善弧形构造,此外还有纬向和纬向构造。

在“海槽-地台”理论的指导下,早在1945年,黄就在《中国主要地质构造单元》一书中简要论述了阿拉善(龙首山)和祁连山的范围和地质构造特征,认为前者是中朝地台的一部分,是塔里木地台和华北地台之间的纽带,后者是典型的优势地槽。时隔10年,他将祁连山由南向北划分为:南山地槽沉积带、南山地槽边缘沉积带、山前凹沉积带,并指出祁连山系中新生代盆地有找油的希望;10年后,他再次将这一地区划分为:阿拉善太龙走廊过渡带、北祁连山褶皱带、祁连中隆起带、南祁连山褶皱带、祁连南缘过渡带。认为北祁连山的主要褶皱期是加里东期而不是华力西期。同年指出,北祁连山是优良的地槽褶皱带,南祁连山是地槽褶皱带,都具有多旋回构造发展的特点。20世纪70年代末,黄等人综合板块构造的新观点,将该区重新划分为阿拉善隆起(中朝准地台的一部分)、走廊过渡带、祁连山山前坳陷、北祁连优良地槽褶皱带、中祁连隆起带和南祁连褶皱带。这是以多旋回槽式地台结构理论为基础,对祁连山构造格局及其演化进行的一次全面系统的探讨。由于吸收了板块构造理论,他们的上述划分和讨论在当时起到了建立模型的作用,在今天仍有很大的参考价值。

根据地槽地台理论和历史发展演化观点,根据本区构造特征,屠光池还将本区划分为阿拉善隆起带、走廊坳陷带、北祁连加里东褶皱带、中祁连前寒武纪褶皱带、南祁连早古生代-中生代(或早古生代-三叠纪)坳陷带、南祁连加里东褶皱带和印支褶皱带(或

持断块论的学者,如赵生贵(1996),将本区划分为阿拉善地块、龙首山断隆、河西走廊盆地、永昌中宁陆缘断陷带、北祁连裂谷、中祁连断隆、南祁连断陷和柴北缘断隆。他提出的祁连地区以硅铝造山作用(A型俯冲)为主,北祁连地区早古生代早期火山作用以中基性为主,晚期以中酸性为主,大部分火山岩属于钙碱性系列,仅局部发育细碧斑岩系列的观点,具有一定的参考价值。

20世纪70年代初,尹赞勋、李春雨和傅承义率先将板块构造理论引入中国。也是李春雨率先运用板块构造理论研究该区大地构造和地质发展史,将该区划分为阿拉善隆起带、北祁连褶皱带(包括走廊带)、中祁连隆起带和南祁连褶皱带。认为北祁连是一个早古生代洋盆,蛇绿岩完整,呈蓝色。1982年,他从亚洲的全球构造出发,认为祁连山实际上是中朝板块和扬子板块的缝合带。在他的启发和指导下,许多学者开始涉足这一领域。王全(1976)写道,这一带有古海洋;肖旭昌(1978)在该区做了大量的野外研究工作,提出该区存在多期蛇绿岩;吴汉全(1980)研究北祁连山高压变质带。张志猛(1980)首次提出祁连山存在沟弧盆地体系,走廊相当于弧后盆地。夏等人(1991)对该区火山岩进行了深入研究,进一步证明该区存在沟弧盆地体系,并向北俯冲;左(1986,1987)认为北祁连属于“有限洋盆”;许志琴(1994)提出了该区向阳后退岛弧增生的动力学模式。张琦等(1997)对北祁连蛇绿岩进行了系统研究,指出该区蛇绿岩具有多样性。冯一民自20世纪70年代以来也对祁连山进行了研究,认为中祁连山与柴达木同属一个板块,早古生代华北古陆西南缘存在两套裂谷-板块构造体系。造山带分为俯冲造山、碰撞造山和陆内造山,是一个复合造山带。唐仲礼、李、熊(1995)在该区进行了金昌-门源地学断面研究。他们认为龙首山断裂早期是一条低角度的正断层,将超大型和大型矿床的形成和成矿模式与大地构造背景联系起来。

以上研究工作是我们工作的基础。

第二,华北板块西南缘的构造格局

我们从历史演化的观点出发,以活动论和系统论为指导,以本区沉积建造、岩浆作用、构造作用、成矿作用等最基本的地质事实为依据,在前人大量研究成果的基础上,系统地、全面地、多层次地、综合地论述了本区各构造单元的范围、性质、演化及其与成矿系统的耦合关系。勾勒出本区加里东期构造格局(图1-1)。从北到南,构造单元依次为:龙首山大陆边缘带、河西走廊边缘盆地、北祁连缝合带、中祁连离散岛弧地体、南祁连弧后盆地和柴达木地块。它们的主要特点总结如下:

图1-1华北古大陆西南缘构造格架及成矿系统

(A)龙首山大陆边缘区

北以潮水盆地为界,南以龙首山深大断裂河西走廊为界,西以金塔-丁鑫断裂为界,东接塔里木板块,指向银川以西,略呈东西弧形分布。该区域的主要岩石单位是原长城鸡笼山岩群(AnChL)。该岩组因年代久远,后期遭受多期多旋回变质变形,变得支离破碎,序列不清,属于非史密斯地层。下部为白家嘴子组,西部有磁铁矿石英岩和磁铁矿角闪石,称为东大山组。原石还原(唐仲礼,李,1995;王崇礼,1994),原岩建造相当于火山-沉积建造,白家嘴子组为碳酸盐建造和基性火山岩建造,东大山组为碎屑磁铁矿石英岩和基性火山岩建造。考虑到基性火山岩(斜长角闪岩)呈层状,代表了本区最早的岩浆活动记录,测得的3056Ma(Sm-Nd法,平均,王崇礼,1994)年龄应属中太古代喷发,表明龙首山岩群具有古陆核性质。此外,切穿混合岩并发生弯曲变形的变质辉绿岩脉的年龄为(2486 16) Ma ~ (2796 56) Ma,平均为2600Ma(王崇礼,1994),是上述太古代时代的一个证明。龙首山群下部岩石的稀土元素分布模式也表明其属于太古宙产物,因为新太古代岩石的稀土元素分布曲线偏右很多(见后面讨论)。龙首山岩群上部主要由中酸性火山-碎屑岩组成,时代为(2147±74)Ma(r b-Sr等时线法,西北地质调查所,1993),相当于古元古代。该带缺失长城期沉积,蓟县期沉积为复杂的陆相碎屑亚稳沉积(墩子沟群),缺失青白口期沉积。震旦纪沉积为冰水沉积和碳酸盐-碎屑沉积(寒木山群),碳酸盐-碎屑岩底部含磷。早古生代为抬升剥蚀区,晚古生代为碎屑岩-碳酸盐(含煤)建造和磨拉石建造,中、新生代为河湖相和山前相碎屑岩(磨拉石)建造。该区还发育加里东期和华力西期花岗岩,应分别是祁连洋及其次大洋向北俯冲和陆内A型俯冲造山作用的产物(这里所说的方位仅为现代方位,不代表地质历史方位,下同)。

东大山铁矿形成于中-新太古代古陆缘活动带。中元古代早期,金川含镍铜超基性杂岩在裂解条件下形成。唐仲礼(1995)得到的(1508 31) Ma (SM-ND内等时线法)年龄应该是上述岩浆离开地幔的时间。

(2)河西走廊边缘盆地

目前,河西走廊边缘盆地非常狭窄,呈近东西向带状分布。如果能考虑其形成演化的历史,就不难推断当时(加里东期)是一个广阔的大陆边缘盆地。大陆边缘盆地的基底是华北古陆的南延伸。寒武系陆侧(北侧)为浅陆棚碎屑岩单元(大黄山组D),具有复理石特征。其中有波浪状的冲刷面、印痕和交错层,远离大陆边缘(南部),出现碳酸盐岩和火山岩(黑刺沟组H),反映了海水由北向南变深、地质活动增加的特点。奥陶纪总的趋势是继承了寒武纪火山-沉积建造的特点,但不同的是盆地内火山活动更加强烈和成熟,局部地区(老虎山和榆树沟山)出现扩张的洋壳-蛇绿岩。志留纪盆地萎缩,晚期形成笔石碎屑岩相(迪日沟组Sa)、砂页岩组(夏寒组Sh)、泥盆纪道德岩组(老君山砾岩),标志着盆地的消失和造山运动的开始。

(3)北祁连缝合带

北祁连造山带作为柴达木-中祁连板块与华北板块之间的缝合带,最早由李春雨提出,并得到了大家的认可。但问题是,这个缝合带是华北板块和柴达木板块(特提斯造山带)开合的产物,还是柴达木-中祁连板块或加里东期(科迪勒拉造山带)两个板块碰撞的结果?北祁连小洋盆外有原生洋(祁连洋)吗?问题不仅限于此。作为一个缝合带,北祁连造山带本身复杂多样,东西有别,南北有别,西部微陆块众多。那么这些微陆块从何而来?它的形成机制是什么?各家的意见也不一致。根据模式对比原理,我们初步认为上述微陆块和中祁连微陆块是祁连洋向南俯冲的结果,导致它们从柴达木陆块边缘分裂出来。其构造框架就像西南太平洋的多岛构造场景。

简言之,北祁连缝合带内部构造单元虽然复杂多样,但主要由以下单元组成:微陆块、混杂岩带、蛇绿岩、脊岛火山岩、岛弧(包括大陆边缘弧和洋壳岛弧)火山岩和岛弧沉积(图1-2)。微陆块主要由前寒武纪地层组成,其上有加里东岛弧花岗岩。前者的具体岩性为灰色片麻岩、云英岩片岩、大理岩(北大河组安丘、野满山组安丘)、巨厚蛇绿混杂岩(敖游沟组查)、千枚岩、碎屑岩,局部夹碳酸盐岩、变质砂岩和铁矿层(桦树沟组Chh)。此外,还见到中元古界托来山群(Ch-JxT)杂色碎屑岩和碳酸盐岩的形成,以及青白口贡茶群(QnG)碎屑岩和碳酸盐岩的形成。南北两条蛇绿混杂岩带。北带主要沿肃南九个泉、白泉门一带呈NW-SE向分布,延伸至玉门昌马寒山地区。南带较大,主要分布在马沟-清水沟-巷子沟-果米寺-祁连县-泾阳岭南,南北宽约20-25 km,断续延伸近500km,呈NW-SE向。清水沟发现榴辉岩,伴生蓝片岩年龄为440 ~ 460 Ma(蓝闪石、多晶白云母、39Ar/40Ar法),北部酒泉蓝片岩年龄为447Ma(吴汉全,未发表资料)。北带称为低品位蓝片岩带,南带称为高品位蓝片岩带。蛇绿混杂岩带主要由大陆边缘弧(南部带)、洋壳岛弧(北部带)、复理石增生楔、高级(南部带)和低级(北部带)蓝片岩和蛇绿岩带组成。缝合带内有三个蛇绿岩带,自南向北依次为:玉石沟-川拉沟-小白包蛇绿岩带;大岔大板蛇绿岩(带);九个泉-白泉门蛇绿岩带;上述三条蛇绿岩带的时代为加里东期,而分布于微陆块中的蛇绿岩带的时代为中元古代。加里东期蛇绿岩多具有洋脊或洋岛玄武岩特征,部分与勃姆石共生,如大岔大板蛇绿岩(张琦,1997)。推测蛇绿岩形成于海洋岛屿和弧间盆地。考虑到北祁连造山带硅质岩等深海沉积物丰富,火山作用强烈,蛇绿岩和蓝片岩构造叠加在增生的深海沉积物和火山弧上,蛇绿岩应属科迪勒拉型。陆缘弧和沉积早期(新元古代-中寒武世)火山岩相当于黑拉沟组,陆缘弧型(岛弧裂谷型)火山岩主要分布在白银、清水沟、白柳沟、黑石沟、小黑拉沟、棉碱沟等地。由于它发育在华北古陆基底之上的薄弱带上,开始形成陆相碱性玄武岩系列。随着陆缘弧基底划分的加深,溢流形成该区海相基性火山岩的主体,而在白银等地,由于地壳较厚,基性岩浆上升缓慢,造成下地壳深部熔融,产生富硅岩浆。这种富硅岩浆首先上升形成酸性火山岩,然后下部基性岩浆上升与上部地层形成基性岩浆,构成双峰式组合。这些酸性火山岩是白银厂铜及多金属块状硫化物矿床的直接围岩。

图1-2华北板块与柴达木-中祁连板块缝合带内部结构示意图(根据张琦1997修改)

1-前寒武纪;2-蓝色片岩带;3-蛇绿岩;4-阿拉斯加型岩体;5-橄榄岩-闪长岩体;6-早有沟蛇绿岩;7-大陆边缘弧;8——洋壳岛弧。编号,① ~ ⑨为蛇绿岩:①-九泉;(2)-大叉大板;③—边马沟;④玉石沟;⑤—冰沟;6 ——小巴别塔;⑦—白静寺;8-虎山;⑨-榆树沟山。A ~ G为阿拉斯加型岩体:A-萨拉赫岩体;b-油葫芦山;C—扎马石沟;D—冰沟以南;东——水洞峡;穆白峡谷;g-大沙滩;老虎山橄榄岩-闪长岩型岩体

早期大陆边缘以火山碎屑物质为主的岛弧沉积,此外还可见岛弧斜坡相重力流、滑塌沉积和岛弧复理石,未见早期裂谷的河湖相沉积。中晚期洋壳型岛弧火山岩和岛弧沉积相当于一些下水道群(OY)和鲍忠群(OZ),东起白银北,西经永登县石灰沟、民乐县西路,止于阿尔金断裂,西沿南山走廊分布。岛弧火山岩主要为拉斑玄武岩、钙碱性玄武岩、安山岩(银沟群分子)和岛弧碱性橄榄石粗面岩、粗面岩、钠长石方沸岩和钠长石粗面岩(鲍忠群分子)。表明中奥陶世岛弧已经成熟。岛弧沉积主要由火山碎屑岩、沉积岩和藻灰岩组成。

(4)祁连山中部的离散岛弧地体。

研究区中部离散岛弧地体呈NW-SE带状分布,东起兰州东部,西经青海民和、乐都、西宁、湟源、疏勒山,也止于阿尔金断裂,北以中祁连北缘断裂为界,南以中祁连南缘断裂为界与弧后盆地毗邻。宽70 ~ 80 km,长约1000km。主要表现为在古基底上广泛发育晋宁期和加里东期中酸性岩浆岩,与铜、钨、钼、铅、锌矿物有关。

(5)南祁连弧后盆地

中祁连岛弧与柴达木板块在加里东中晚期正式分离后,形成南祁连弧后盆地,主要为志留纪火山-正常沉积,西部有大量中基性火山喷发,东部为寒武系(奥陶纪)蛇绿岩。

(6)柴达木地块

只有达肯达坂岩群比较分散。