华南中生代造山带的发现

华南中生代造山带的发现

一、碰撞型大地构造一些科学家认为，中国东南的中新世火山岩活动与波罗的海和南海下的西部侏罗纪和白牙砂岩有关。在这种格式中，南海岸的部分地区被认为是一个地台，前寒武纪地体和古生代地体的特征被认为是一个地理平台。如图所示。一些学者一向知道,这种“地台沉积物”在中生代造山作用期间受过变形并被花岗岩侵入.许靖华在1979年访问中国期间,研究了中国的地质图.他提出也许可以按照碰撞型造山带来解释华南大地构造.概观中国的1/400万地质图,足以使人们相信华南的大地构造型式可以与阿巴拉契亚中部和南部相对比.四川东部和贵州北部的地质图,看起来很象宾夕法尼亚州和马里兰州的地质图.事实上,这两个造山带的全部构造分带现象惊人地相似:成都一带平卧的中生代地层与阿勒格尼高原的那些地层在大地构造上是相当的;重庆周围的狭长褶皱(图2上的Ⅰ区)可与谷与脊(ValleyandRidge)区的背斜与向斜恰当地对照.贵州的褶皱和冲断层(图2的Ⅱ区)使人联想起阿巴拉契亚大谷地下古生界的变形作用.如果我们用阿巴拉契亚的下一个构造单元蓝脊(BlueRidge)作为对比的模式,我们就得把碳酸盐台地(图1)东南面的“前寒武系”解释作仰冲到古生界之上.最后,中国中南地区和东南地区的变质岩和深成岩可以与阿巴拉契亚的皮德蒙特(Piedmont)相对比.许靖华在《中国科学》的一篇特约稿中提出了这个推理假说(如果不是武断的想法的话).这种想法得到了反响(例如朱夏).因此,在1985年,瑞士联邦理工大学地质研究所与中国科学院地质研究所开始了一项合作计划来检验这个假说.华南已经填制了1/20万的地质图,有些地方完成了更大比例尺的地质图.但是,大地构造解释受了“固定论”很大的影响.1985年我们安排了贵州省和湖南省的一次野外考察来检查是否有另一种可能的解释,几个关键的地点我们都观察到了.这篇文章即是我们第一年的野外调查后的初步结论.二、湘赣浙缝合带中国南方与东南各省的地质记录与中南地区更靠内部的各省的地质记录有明显的不同.将这两个不同地体分开的界线大部分沿着从杭州经玉山到萍乡(江西省)的铁路线延伸,处于下伏有中新生界地层的河谷之中.这条界线向西南继续延伸,位于贵州褶皱带(图2的Ⅱ区)与其东南的花岗岩地体之间.我们推断,这条线标明了一条缝合带的踪迹,我们把它称为湘赣浙缝合带,因为它的延伸跨过了湖南、江西和浙江.这条缝合带以北和以西的内部地区叫作扬子地体;其东南的地体称为华南地体.1.岩石学和地质特征这个地区下伏有大陆壳和一套从前寒武纪到新生代时期的沉积岩系.这个地体的北界是秦岭缝合带,它标志着中生代(印支期)扬子地体和中朝大陆碰撞的位置.西部边界由扬子地体与西藏碰撞处的康滇缝合带和扬子地体与松潘-甘孜地块之间的龙门山冲断带标定.将扬子地体与华南地体分开的边界线便是湘赣浙缝合带.长江三峡剖面是扬子地体典型的震旦系剖面,这套地层主要包括有浅水沉积物和冰碛岩.向东南方向沉积深度变得更大,以致在地体的东南缘页岩类沉积物占有更为重要的地位.古生代和早三叠世沉积物构成大陆架和大陆边缘的几乎连续不断的沉积系列.虽然向求南方向常常在几个时期的岩石中见到碳酸盐沉积变为页岩相,但总的看来碳酸盐沉积占主要地位.蒸发岩存在于寒武系和三叠系岩层内.三叠纪蒸发岩的分布限定了四川盆地中三叠纪后地层的非和谐褶皱的界线(图2的Ⅰ区),而寒武纪蒸发岩的分布大致与贵州褶皱带一致(图2的Ⅱ区).古生代的地质记录表明了早泥盆世的气下暴露期,陆相沉积物沉积在更老的海相沉积物之上.晚二叠世的加速沉降期的出现使得上二叠统放射虫燧石覆于煤系之上.从云南延伸到广西的滇桂区南部的二叠-三叠系沉积物包括了一个海下火山岩、火山碎屑岩、浊积岩与半远洋页岩的巨厚岩系.它们是弧后盆地中的典型沉积物.但是,正如下一节中我们将要讨论的,目前我们尚不能肯定这个盆地究竟是扬子地体的边缘盆地还是湘赣浙大洋另一侧的华南地体的边缘盆地.扬子地体的造山期后沉积物,即印支期磨拉石,包括砂岩、煤系和红层,其时代由晚三叠世延续到新生代.它们是在陆相或海陆交互相环境中沉积的,在四川前陆盆地中总厚度超过4000m.在滇桂区中则常常见到火山岩和火山碎屑岩堆积.扬子地体上最使人迷惑难解的是板溪群(图1中的“前寒武系”和图2中的复理石推覆体).这个板岩和类复理石砂页岩互层岩系中没有大化石产出.包括有枕状熔岩、辉长岩、橄榄岩、纯橄榄岩与蛇纹岩的蛇绿岩在局部地区作为外来岩块出现.常常在较高山区出现的板溪群岩石,在低山地区被古生代碳酸盐岩露头所包围,在几个山头顶上则有前寒武纪的花岗岩作为它们的顶盖.假如这种无化石的岩石构成贵州褶皱带的背斜核,它们就被解释成震旦系沉积物之下的前寒武纪基底.然而,我们认为板溪群露头是受了侵蚀的推覆体的残留体,这些推覆体由东南方向冲断到碳酸盐台地之上.板溪群岩石的意义的正确解释乃是理解华南大地构造的关键所在.2.与重大成岩的地层和沉积相与扬子地体的连绵不断的褶皱岩系截然不同,华南地体的造山前地层受到花岗岩的侵入,沿海各省的那些地层则主要作为中生代深成岩体的顶垂体出现.这个地体可以根据其沉积历史和构造历史进一步划分为湖南褶皱带和沿海火山岩带.(1)湖南褶皱带在湖南省,缝合带东南的前寒武纪震旦系地层主要由陆源碎屑岩组成,它们可能代表与扬子震旦系相当的深水相.在湖南中南部,下古生界包括厚的复理石浊积岩和含笔石页岩,不整合地上覆着中泥盆统或上泥盆统陆源沉积.上古生界诸岩组主要是台相沉积物、碳酸盐、煤系和页岩,类似于扬子地体的以碳酸盐为主的岩系.湖南的造山期后地层是晚三叠世和更新的陆相红层.(2)沿海火山岩区这个地区出现有前寒武纪片麻岩、角闪岩、大理岩和板岩,它们构成了缝合带以南的前震旦纪基底.震旦纪沉积物主要是陆源的.稍微变质的下古生界复理石浊积岩与含笔石板岩的巨厚岩系,出露于浙江省、福建省和广东省,我们把它们称为沿海变质岩.局部地区厚度大于2000m的泥盆系石英岩和其它粗粒碎屑岩不整合地覆盖在老地层上.石炭系、二叠系和三叠系下部包括浅水碳酸盐岩、煤系、放射虫燧石以及海相砂岩和粉砂岩.因此,它们的岩相发育类似于扬子区和湖南区的同时代沉积物.印支期后的沉积物主要是火山岩,其中包括中到酸性的火山岩流和火成碎屑岩以及火山碎屑砂岩和砾岩,其主要时代是侏罗纪.白垩系和新生界大都是红层.三、蛇绿混杂带的初步发现和初步结论把华南作为加里东期后地台的经典解释显然是不正确的.任纪舜在对于印支造山运动及其对中国大地构造演化的意义的强有力的分析中,已经清楚地认识到华南的褶皱作用,而且还列举了中生代时期变形作用的证据.1980年,许靖华通过解阅地质图,推断华南的变形作用是由于大陆碰撞造成的.他注意到了贵州东部和广西西部超镁铁岩的产出,并指出“我们应该在这些超镁铁岩附近地区找寻一条缝合带”.1985年夏天我们寻找了这条缝合带,发现了这个地区碳酸盐台地之上,前寒武纪花岗岩之下的蛇绿混杂带.现在我们持有这样的假说:这个蛇绿混杂带便是两个小型岩石圈板块——扬子地体和华南地体之间的缝合带.这些蛇绿岩和板溪复理石被挤出了海沟并从湘赣浙缝合带向西北仰冲.第二条缝合带由沿海地区的变质地体内的不连续的超镁铁岩出露带代表,它可以与阿巴拉契亚的帝王山带相对比.李春昱等描述了这条“深断裂带从浙江省的丽水延伸到广东的海丰,长约1100km,宽约20—50km,沿断裂带有零星出露的变质中基性火山岩、硅质岩和层状镁铁质与超镁铁质岩石”.他们将丽水-海丰线性构造指定为古生代时期,暗示华南地体曾导致了两个外来地体沿一条加里东消减带的前印支期缝合作用.在下面几节中,我们将依据初步的文献调研和在贵州与湖南的野外观察提出我们的初步结论.1.晚晚寒武统沉积的早期地球物理背景扬子地体以真沉积盖层的薄皮变形构造为特征.构造运移方向是向北西方向,变形强度向南东方向逐渐增强.在这个地区中已经识别出四个构造与自然地理单元,即成都平原、重庆山地、贵州褶皱带和复理石推覆体单元.第五个单元,即滇桂褶皱带(图2的Ⅴ区),构成一个从南到北的边沿带的独立构造单元.(1)成都平原和重庆丘陵下的滑脱变形作用这个红盆地(图2的Ⅰ区)北边以秦岭为界,西边以康滇体系为界,东南以贵州褶皱带为界.成都区下伏着一个前陆盆地.若干钻井已经钻穿了中生界地层.许靖华曾观察过三叠纪蒸发岩的岩心,发现了盆地内平卧的中生代沉积物之下的盐层强烈变形的证据.这种蒸发岩显然起着滑脱层的作用,促进了扬子地体中生代盖层的薄皮冲断作用.重庆周围低山地区的蒸发岩之后的地层插入了尖峭的褶皱中.具有近于垂直的两翼的窄而长的背斜具有类似侏罗山型褶皱的变形式样.这个红盆地的变形作用发生在晚中生代时期,因为侏罗纪和早白垩世沉积都经受了褶皱作用.(2)贵州褶皱带这个褶皱带的地层主要是古生代碳酸盐岩,但是它们向东南逐渐变为页岩单位.薄皮变形作用的滑脱层显然是中晚寒武纪的蒸发岩单位.背斜翼部常常见到断层(见图1).地球物理探测和钻探的详细调查,揭示了仰冲作用占主要地位.这些沉积盖层的变形作用,从大地构造观点来看可以与阿巴拉契亚的谷和脊区相对比,但远不及阿尔卑斯的瑞士(Helvitic)推覆体变形强烈.这个带的东南部邻近板溪复理石出露的地方,受了褶皱的地层老于所推断的滑脱层.最年轻的单位是上寒武统碳酸盐岩,它在构造角砾岩和混杂带中呈透镜状岩块出现.中寒武统是白云岩,它们无例外地都受到严重的破裂.贵州褶皱带向东通过湖北、江西北部、安徽南部延伸到江苏南部(图2的Ⅳ区),在这里,秦岭-大别山带的向东延续部分被埋在来自东南方向的异地褶皱冲断席之下.南边的滇桂褶皱带(图2的Ⅴ区)具有近东西的走向.以二叠-三叠纪时代为主的弧后岩石似乎由于自南而北的冲断作用而已经向北位移,它们对扬子地体而言可能是异地的.2.地中的白云岩贵州褶皱带的东南面,靠近所推断的缝合带处是下伏有厚的无化石板岩与浊积岩岩系的山地地带.它们属于板溪群,并为人们认为是前寒武纪时期的(图1).依据这种正统的解释,这些复理石相的无化石地层构成了复背斜的核心.另一种解释是,这些岩石可能是海沟沉积物,至少一部分与扬子的台地碳酸盐相当,它们可能在印支造山运动期间冲断到碳酸盐台地的顶上.依据下述的观察事实,我们采纳了第二种解释.(1)板溪复理石地层在构造运移过程中显然受到了挤压,并以陡倾斜轴面劈理为特点.如果复理石和古生代地层构成了原地的背斜与向斜,那么这两者都应该有明显的劈理.然而,事实上后者却没有或者只有很少劈理,而呈现出强烈的层理面剪切的证据.(2)中寒武世地层在接近板溪露头的地方,处处都受到破碎,其方式类似于北美西部路易斯仰冲体底部的脆性岩石.如果这些白云岩只是在原地地体中受到了和缓的褶曲,这种变形式样是无法解释的.另一方面,这种强烈的破裂作用易于用我们的假说做出解释,即这些白云岩伏于板溪复理石推覆体下的冲断面之下.推覆体的运动起了象推土机一样的作用,把中上寒武系蒸发岩之上的古生界地层向北西方向推,形成了贵州带的褶皱,同时,使滑脱层下的脆性白云岩变得十分破碎.(3)在梵净山的东侧,板溪复理石与中下寒武系之间显然是断层接触,而梵净山比周围的贵州东部碳酸盐地体高出了2500m.如果梵净山的板溪群是类似于怀俄明落基山的大角山脉的受了仰冲的前寒武纪核心,那么这种差异上升量应该是4000或者5000m,而且我们也应该象大角与普德河盆地那样找到被陆源碎屑充填了的造山期后盆地.事实上,梵净山的板溪复理石以巨大的异地岩板的形式位于碳酸盐地体的中部,形成了碳酸盐台地地层背斜之间的一个向形构造(Synform).(4)板溪复理石被一个蛇绿混杂带构造上覆,而这个混杂带又被梵净山的前寒武纪花岗岩上覆着,在贵州东南部和广西西北部的其它山地也有这种现象.整个的叠积形式显然是从东南冲到碳酸盐台地上的冲断层.这种构造序列可以与阿尔卑斯相类比,那里的奥地利阿尔卑斯推覆体(希尔沃赖塔花岗岩)冲断到蛇绿混杂带(亚罗萨叠瓦带)之上,复理石推覆体(普累提高复理石)冲断到碳酸盐台地(瑞士碳酸盐)之上.在梵净山观察到的构造序列不能用仰冲大地构造理论来解释.被前寒武纪花岗岩覆盖着的复理石地体在湘赣浙缝合带的北边和西边构成一个不连续的带(图2).我们持有这样一种工作假说:它们都是一个巨大的推覆杂岩的侵蚀残留体,可以与阿尔卑斯的前阿尔卑斯飞来峰相类比.板岩、浊积岩和蛇绿岩应该是由深海沟中挤出来的,而花岗岩可能位移了几百公里,其故乡可能在缝合带东南的华南地体中.正如JohnRodgers的恰当阐述,位于褶皱了的梵净山岩石象阿巴拉契亚的塔康飞来峰一样位于一个褶皱了的碳酸盐台地之上.我们对梵净山飞来峰的推断,可能会展开一场争论,这场争论即使不延续到下一世纪也会延续到下个十年.现在一个中国-瑞士联合地质队正在这个地区进行野外工作,收集解释它们究竟是原地的还是异地的这个问题的证据.3.蛇绿岩的地层配置湘赣浙缝合带是由于在板岩和浊积岩中存在一条继续的超镁铁质外来岩块的带而识别出来的.湖南地质局的107勘探队已经对长沙西面的黔阳附近地段作了详细的填图工作和全面的钻井勘探.1985年夏季我们观察了这个地区的露头,得出了如下的认识.刚刚穿过贵州省界之后,在湖南黔阳附近的板溪群中发现了四个大的蛇绿岩岩板.最大的一个长27.5km,却只有410m厚.这些岩板都是陡倾斜的,其中有的岩板具有完全的蛇绿岩序列:玄武岩/辉绿岩、辉长岩、斜长辉石岩、橄榄岩和纯橄榄岩,岩系的顶面面向北西方向.为了找寻铬铁矿钻进最大的岩板的钻孔,揭示了岩板的透镜状形态,在700m深的地方它减薄到露头厚度的一半.勘探队的地质人员把这些蛇绿岩解释为侵入板岩和浊积岩的侵入体,虽然他们也注意到这里并没有侵入接触和热变质现象.在露头区,一条断层或者一条剪切带把蛇绿岩和板溪复理石分开,类似于在梵净山见到的相互关系.在一个露头上的玄武岩/辉绿岩曾被认为是侵入的岩墙.然而,我们在气孔状玄武岩中发现了大量的变质了的深海软泥,因而把它看作是喷出到深海底的熔岩流.在江西玉山附近的一段缝合带中,板溪群内的外来岩块不仅包括蛇绿岩,而且也有二叠纪的细碧岩和放射虫岩(江西省地质局1981年未发表资料).它们在混杂带中的存在证实了我们关于杨子地体和华南地体印支期构造碰撞作用的推断,再继续向东,湘赣浙缝合带由江山-绍兴一线确定.虽然有些超镁铁岩间或出现,但混杂带大部分被白垩纪乃至更新的沉积物覆盖.这条缝合带曾被叫作深断裂,因为它把具有显然不同的地质历史的地体分开来.4.岩石学和古生代华南地体因为具有许多火成侵入与喷发活动一向引人注目.前寒武纪基底只有很有限的分布.震旦纪(晚前寒武纪)和古生代沉积盖层构成易于识别的褶皱带,分布在湖南境内缝合带的两侧,但是,在更向东的地区,它们主要作为顶垂体出现.中国科学院地球化学研究所发表了一幅表示火成侵入体及其时代分布的图.除了在扬子地体顶部作为飞来峰出现的前寒武纪花岗岩之外,在湖南境内侵入的花岗岩几乎都是在缝合带的东南侧见到的.年代有系统的变化,向东南方向逐渐变年轻.中国文献中通常称为加里东期花岗岩的古生代花岗岩主要存在于湖南省境内.它们侵入于下部古生界中,上面不整合地盖有泥盆纪碎屑岩,得到的放射性年龄大约为400Ma.放射性年龄为300Ma或更小的晚古生代花岗岩,只是在最近才识别出来.它们主要呈北东走向的带状分布,该带恰好穿过广西南宁东南的缝合带(在图2上仍然表示为中生代花岗岩,该图是依据1976年发表的地质图修改的);在湖南、江西和其他省内零星分布的花岗岩露头也被划归海西期.华南花岗岩主要是中生代时期的,得到的放射性年龄是从210—100Ma.更年轻的花岗岩在地球化学性质上更碱性些,它们出现于沿海带中,最年轻的可以到70Ma(与杨科佑1985年个人交谈).台湾海峡中的岸外海岛上的“石英斑岩岩墙”更为年轻,年龄为56Ma.在中生代或者是印支期和燕山期,中国的花岗岩具有较高的锶同位素初始比值:0.7060到0.7159.Pitcher识别出侏罗纪和晚白垩世的燕山期花岗岩属于S型,这是海西碰撞造山带的典型类型.沿海带的晚白垩世和老第三纪早期花岗岩具有较低的锶同位素初始比,约为0.706,属于Ⅰ型花岗岩,是安第斯边缘的典型类型.我们饶有兴趣地注意到,Pitcher在燕山期的海西型带西北面,识别出另外一条安第斯型带,这个地区的花岗岩现在被认为是印支期或中生代早期的.沿海的火山岩与含有侏罗纪和白垩纪植物化石的陆源沉积物相伴生;这些火山岩显然与在深处产生燕山期花岗岩的火成活动属于同一时期.四、型安第斯型火山岩扬子地体与华南地体构成了一条碰撞型造山带.扬子地体下伏有大陆壳.在早三叠世,扬子地体象今天的巴哈马台地那样是一个被深大洋环绕的碳酸盐台地(图3a)),在三面发生大陆碰撞之后,这个台地转变为一个内陆盆地.地质记录说明了早中生代或者印支期的一次扬子地体与华南地体的碰撞作用.古扬子台地的东南边陲自晚前寒武纪(震旦纪)到三叠纪中期保持了被动边缘的性质.造山期的晚三叠世.侏罗纪和更新的沉积物不整合地覆盖在经过变形与剥蚀的被动边缘沉积物之上.火成活动记录指出,华南地体的西北边缘至少自古生代以来是一个安第斯型边缘(图3(a)).板溪复理石可能沉积在活动边缘的大洋壳上的海沟中,这个大洋壳现在只作为蛇绿混杂带中的外来岩块保存下来.华南的古生代早期、晚期和中生代早期的花岗岩侵入在安第斯型的造山环境中,因此,就如可靠的资料所指出的,它们属于Ⅰ型花岗岩.燕山期花岗岩是在印支期碰撞作用之后侵位的.地壳楔状体在华南地体下的持续俯冲,导致热体系有利于深熔作用,地壳物质的部分熔融产生了华南的S型花岗岩.沿海地区年轻的Ⅰ型花岗岩似乎具有太平洋在华南地体下消减作用的成因过程,其时代是中生代最晚期或者第三纪早期(图3(c)).Pitcher注意到锡和铜的