柴北缘滩间山群的时代及形成环境

柴北缘滩间山群的时代及形成环境

0柴北缘-北风带柴达木盆地北缘（柴北缘）赛什腾山、吕凉山、锡铁山、沙柳河地区相继分布。这些岩石系北西，断裂带呈挤压状，称为海滩山群（图1）。因其中赋存重要铅、锌、铜、金等多金属矿床,是有利的成矿构造环境(裴荣富等,2005),倍受关注。近年在其边缘元古界达肯大坂群中发现超高压榴辉岩带后,一些学者提出柴北缘-北秦岭-大别-苏鲁为同一超高压变质带(杨经绥等,1998;张建新等,2000;史仁灯等,2004;吴才来等,2004),认为柴北缘早古生代曾存在古洋盆和古洋盆向陆块的俯冲作用,可能发生陆-陆碰撞及弧-陆碰撞的深俯冲作用,把滩间山群火山岩视为碰撞前的弧火山岩(史仁灯等,2004)。上述认识的合理性,在很大程度上取决于对滩间山群时代及其建造序列的确定,后者恰是本区关键基础地质问题研究的薄弱处。本文根据几年的野外调查和资料综合分析,提出一些新认识。1锡铁山滩间山群形成时代柴北缘滩间山群的研究始于上世纪50年代初对锡铁山铅锌矿床的勘查。最初曾将矿区的含矿绿岩系称为“锡铁山群”,时代归元古宙。1980年青海省地矿局第一区调队在1∶20万马海幅区域地质调查时,在大柴旦镇滩间山的联合沟测制了一套浅变质海相火山岩、碎屑岩夹生屑灰岩的地层剖面,建立“滩间山群”(O3tn)地方性地层单位,划分5个岩组。因在其下部1岩组灰岩夹层中采到珊瑚、腕足化石,将时代定为晚奥陶世。1988年青海省第五地质队在1∶5万锡铁山幅、全集河幅区域地质调查时,沿用“晚奥陶世”观点,将锡铁山滩间山群剖面视为单斜构造,由北东向南西从老到新依次划分出四个岩性组:①下部火山-沉积岩组(O3tna,又称a岩组):进一步分为上部正常沉积岩段(O3tna-2,主要赋矿层位)下部基性和酸性火山岩互层段(O3tna-1);②中基性火山碎屑岩组(O3tnb,又称b岩组);③紫红色砂岩组(O3tnc,又称c岩组);④上部中基性火山岩段(O3tnd,又称d岩组):进一步为顶部中基性熔岩段(O3tnd-4);上部中基性火山碎屑岩段(O3tnd-3);正常碎屑沉积岩段(O3tnd-2);下部基性火山碎屑岩段(O3tnd-1)。此后,对滩间山群时代虽有一些不同的看法,如李怀坤等(1999)根据a岩组中变英安岩锆石U-Pb年龄为486±13Ma,认为滩间山群时代为早奥陶世。总体看,上世纪80年代以来,在涉及滩间山群时,多数文献沿用“晚奥陶世”观点和“四岩组”划分方案,不但出现锡铁山矿区的地层划分方案与区域划分方案难以对比局面,而且一些学者在解释柴北缘早古生代陆壳拉开→沉积海盆形成→海盆碰撞闭合的大地构造演化过程、巨厚火山-沉积建造、超大型铅锌矿床成矿期等的时间问题时,均限制在短短的晚奥陶世内“速成”。2柴北缘o3tnd3-4岩组的地层背景及岩组特征90年代末以来,随着锡铁山矿区找矿工作的不断深入,许多专家都认识到矿区的地层叠置关系并非简单的单斜构造。先后提出倒转背斜(袁奎荣等,1996)、褶叠层(汪劲草等,2000)、复式向斜(赵凤清等,2003)、“口袋状”倒转向斜1等多种认识。在前人研究基础上,作者首先通过实测锡铁沟山滩间山群剖面,用构造-地层和火山-沉积学方法划分岩性层(段),分辨岩性段的上、下关系,确定层序,并结合近三年锡铁山矿区深部找矿工程资料,证实了复式倒转向斜的存在。之后,又对柴北缘滩间山群的建群剖面及万硐沟、公路沟等剖面进行详细观察与对比。认为滩间山群的划分,至少有以下几点值得重新认识:(1)原建组剖面中各岩组之间的整合接触关系和单斜构造的认识多不可靠。野外调查表明,滩间山群变形强烈,倒转层序、逆冲断层和韧性剪切带发育,岩组间多为断层接触。并在多期“构造岩片”叠置和地层的渐进式拆离滑脱(马润勇等,2005)影响下,层序十分复杂。(2)滩间山群中部的紫红色砂岩组(O3tnc岩组),不是呈单斜状整合于上、下火山岩组(或b、d岩组)之间。在滩间山万硐沟一带可见其以明显的角度不整合超覆于原O3tnb岩组之上(图2),接触面波状起伏。O3tnc紫色砂砾层向北西方向逐层超覆,底砾岩中含下伏O3tnb岩组中的褐色铁锰质大理岩砾石,并发育有下粗上细的粒序层。(3)O3tnc岩组的变质程度很低,为浅变质砂(砾)岩、千枚岩-板岩,片理化弱,原岩结构构造十分清晰。而其上、下火山岩组(b、d岩组)变质达绿片岩相,原岩结构构造残存极少。是不同变质期的产物。在锡铁山沟剖面中段采集紫红色千枚岩同位素测年样一组,获得Rb-Sr等时线年龄313±1Ma(图3),在中石炭世范围。从地质角度分析,该年龄值不能说明地层的确切时代,应代表变质年龄。但至少说明,O3tnc紫色岩组未经历滩涧山群主变质期(加里东晚期)构造-热事件,是主变质期之后的产物,为不整合超覆在滩间山群之上的陆相碎屑沉积,应从滩间山群分出。(4)岩性组合对比分析发现,柴北缘区域上的O3tnb岩组与锡铁山矿区的O3tnb岩组的层位不同:区域上的O3tnb岩组厚1800～2000m,为中基性火山凝灰岩、安山岩、安山玄武质熔岩夹沉积岩,延伸稳定,它与锡铁山矿区的O3tnd3-4的岩性组合(中基性凝灰岩、安山岩、安山玄武熔岩夹沉积岩)及变化完全相似,仅厚度稍小(908.19m),可以对比,应为同一岩性层位。锡铁山矿区的O3tnb岩性组,受断层影响地表出露宽度仅20～50m,主要为一套绿泥(石英)片岩夹薄层大理岩。近年,10余个钻孔揭露到其深部的变英安流纹质火山碎屑岩,我们在矿区东段绿石岗一带原O3tnb中又发现变玄武质凝灰岩-变英安流纹质火山岩组合的岩性剖面,厚约40m,具有与O3tna-1相同的双峰式火山岩特征。详细对比发现,锡铁山矿区的O3tnb与O3tnd-1、O3tna-2与O3tnd-2分别为对应的岩性组。基于构造地层和火山-沉积特征、同位素年龄等的综合分析,本文重新厘定的滩间山群见表1。3海滩山群时代为确认滩间山群的时代,我们从以下方面开展综合研究。3.1矿床形成时代对上世纪80年代以来区调工作发现的和零星论文上发表的滩间山群中的化石,重新逐一核查,归纳整理结果见表2。绝大部分化石为只能鉴定到“属”的非“标准化石”。这种情况下,宜用化石组合带或顶峰带时限确定地层时代。如此,滩间山群O3tna-1岩组的化石组合带时限应为早奥陶世至晚奥陶世,顶峰带时限至少应为中奥陶世。表中时代意义相对较明确的化石是直脊贝和古石柱珊瑚,分别为中奥陶世和晚奥陶世化石。原定年的另一重要依据是在锡铁山矿区Ⅰ矿带底部含硅泥质大理岩(O3tna-2)中发现三角脊牙形刺相似种化石(邬介人等,1987)。一般情况下,牙形刺组合才有明确的时代意义,单个化石只能参考。实际上,这一牙形刺化石,时代分布为整个奥陶纪。而且,邬介人同时公布的滩间山群下部火山岩(O3tna-1)首个全岩Rb-Sr等时线年龄为464.6Ma(属中奥陶世),也不在晚奥陶世范围。从已采集到的古生物化石组合看,滩间山群中的沉积岩部分的形成时代至少应为中奥陶世至晚奥陶世,将滩间山群时代全归晚奥陶世并不恰当。3.2柴北缘早古生代滩间山群是裂谷在扩张→闭合演化过程中的产物,对裂谷演化过程中的构造-热事件分析,也可为滩间山群的形成时代提供佐证。据近年研究资料(吴才来等,2004;孟繁聪等,2005),柴北缘早古生代变质带及其旁侧的达肯大坂群片麻岩中存在三种早古生代花岗岩组合,揭示了柴北缘早古生代有三次重大构造-热事件,平均时间大致为473Ma、446Ma和397Ma。其中Ⅰ类花岗质岩浆作用于陆缘伸展环境,并与柴北缘超高压榴辉岩的退变质作用时间(494Ma)大致相同。Ⅱ类花岗质岩浆作用形成于同碰撞环境。Ⅲ类花岗质岩浆作用于碰撞后环境。滩间山群应是这些构造-热事件过程中的地层记录。3.3滩间山群形成时代探讨本文收集了近十几年来有关滩间山群及相关地质体的同位素年龄数据,从滩间山群成岩与变质年龄、榴辉岩的形成与退变质年龄、早古生代构造热事件等的时间对应关系看(图4),柴北缘早古生代多种地质作用有规律变化。其中,滩间山群火山-沉积建造的成岩与变质作用时限区间与重大地质事件能耦合。综上,滩间山群的古生物化石组合、同位素测年数据和构造热事件能相互佐证。由此得出结论:滩间山群的主体时代至少应为整个奥陶纪;滩涧山群中锆石年龄可以代表早期成岩年龄,全岩Rb-Sr等值线年龄代表晚期或主体年龄,K-Ar法年龄可代表变质年龄;496～440Ma应为滩涧山群形成的总体成岩年龄区间,435～415Ma应为滩涧山群主变质期年龄区间。值得一提的是,滩间山群下部与元古界达肯大坂群之间多为断层接触,二者间常见的退色过渡带(原岩应为碎屑岩)极有可能延伸到晚寒武世。同样,滩间山群上部亦未见顶,若考虑古生物化石Agetolitessp.的时限和相邻的南祁连洋在早寒武世中晚期打开、志留纪末封闭的大地构造演化过程(车自成等,2002;姜春发,2004),滩间山群时代有可能延至早志留世。这有待更深入研究证实。4关于海滩山区的一些地质构造问题的讨论4.1柴北缘榴辉岩形成时代探讨继杨经绥等(1998)、张建新等(2000)、吴才来等(2004)报道柴北缘都兰和鱼卡等地发现榴辉岩以来,榴辉岩带及其地质意义引起地学界重视,一些学者相继开展年代学及成岩动力学条件研究。课题组也先后在锡铁山、绿梁山、鱼卡等地多处发现榴辉岩。它们在产出上具以下特点:(1)呈透镜状、不规则条带状和岩片状产于达肯大坂群中,沿北西西向柴北缘断裂带北侧零星分布,分布区间约300km,形成一条显著的榴辉岩带,是高压-超高压变质带的重要标志。(2)榴辉岩与达肯大坂群白云石英片岩、二云斜长片岩、片麻岩等的接触界线分明,尖灭快,透镜体规模差别大,长轴一般在5～30m之间。鱼卡榴辉岩的围岩(花岗片麻岩)锆石U-Pb年龄为1190±39～928±18Ma(郝国杰等,2001)。至今,尚未在滩涧山群中发现榴辉岩体。(3)榴辉岩具块状、条带状和片麻状构造,不等粒变晶结构。主要由绿辉石、石榴石组成,含少量蓝晶石、金红石和短柱状石英。绿辉石发生强烈角闪石化和绿帘石化,石榴石可见层圈构造,沿裂隙或圈层有较多细小石英、白云母、黑云母,说明榴辉岩形成后遭受过不同程度的退变质作用。(4)关于榴辉岩的年代问题,近年取得以下重要认识:鱼卡河榴辉岩Sm-Nd等时线年龄值(545±8Ma)代表超高压变质年龄(王惠初等,2004),锆石的U-Pb年龄(494.6±6.5Ma)和多硅白云母的Ar-Ar坪年龄(466.7±1.2Ma,等时线年龄465.9±15.4Ma)分别代表榴辉岩的峰期变质年龄和退变质过程中的冷却年龄(张建新等,2000);沙柳河榴辉岩中锆石U-Pb年龄为484.6±3Ma(郝国杰等,2001);孟繁聪等(2005)用锆石U-Pb法(TIMS)和SHRIMP测年,获得锡铁山地区的高压-超高压变质作用发生的时限为500～485Ma,高角闪岩相变质作用发生在435±7Ma,榴辉岩和片麻岩折返后发生花岗质岩浆上侵的时代为428±1Ma;郝国杰等(2004)认为沙柳河-鱼卡超高压碰撞带的榴辉岩、蛇绿岩为新元古代和早古生代两期重要碰撞事件的结果。综上,柴北缘的榴辉岩从高压-超高压变质期(545～485Ma)到折返退变质期(466～440Ma),平均时差大于50Ma,其退变质时间在滩涧山群的形成时限(496～440Ma)范围内。显然,超高压变质作用发生的时间总体应早于滩间山群,将滩间山群火山岩作为超高压榴辉岩带形成前的古洋盆向陆块俯冲过程中的岛弧火山岩(史仁灯等,2004),值得商榷。从成矿角度看,如果滩间山群形成于超高压变质作用之前,其中的超大型喷流沉积铅锌矿床(锡铁山等)在超高压变质作用下,还能否如此完好保存,也值得考虑。4.2山带基性岩年龄柴北缘超高压变质带中,还断续分布大小不一的基性-超基性岩体,包括蛇纹岩、蛇纹橄榄岩、橄辉岩、辉长岩、辉石岩、角闪石岩和变质基性熔岩等,类似蛇绿岩组合,但序列不完整或不清。在锡铁山-绿梁山-赛什腾山一带,呈透镜状或岩片状产于达肯大坂群中,紧邻滩间山群,产状及产出区间与榴辉岩相似,变质达角闪岩相。除图4中所列的超基性岩体同位素年龄数据外,绿梁山蛇绿岩Sm-Nd和Rb-Sr等时线年龄分别为780±22Ma和768±39Ma(杨经绥等,2004)。据目前资料看,基性-超基性岩形成年龄集中在780～496Ma之间,与榴辉岩形成时代相似或更早。杨经绥等(2004)认为,绿梁山一带的变质基性-超基性岩(蛇绿岩组合)为新元古代洋壳,与柴北缘的榴辉岩在成分和时代上可以对比,可能就是榴辉岩的原岩。说明基性-超基性岩体与滩间山群的形成时间不一致,二者也是不同构造演化阶段的产物。4.3柴北缘早古生代构造发育我们认为柴北缘地区从新元古代-早古生代的大地构造演化可能存在两次陆壳开合演化过程:(1)柴北缘的“南—新元古代-早古生代初的开合演化过程近年的研究表明,原达肯大坂群内部变质沉积建造差异很大,可“一分为二”:①南西带的鱼卡河-绿梁山-锡铁山-阿木尼克山、野马滩-沙柳河等地的二云斜长片麻岩、花岗片麻岩夹斜长角闪片岩等称为鱼卡河群(陆松年等,2002)或沙柳河群(郝国杰等,2004),同位素年龄928～1420Ma(王惠初等,2004),相当于中元古代-新元古代,上覆具沉积盖层性质的寒武系万硐沟群(碳酸盐岩及泥质岩建造),二者之间为断层或角度不整合接触;②北东带的德令哈-乌兰一带(欧龙布鲁克微陆块)的以斜长角闪片麻岩夹重熔浅色脉体为主的深变质岩系称达肯大坂群,U-Pb同位素年龄1939～2205Ma(郝国杰等,2004),属古元古界。结合上述鱼卡河-沙柳河一带存在同位素年龄为496～780Ma的类蛇绿岩组合,指示新元古代在柴达木地块和欧龙布鲁克微陆块之间存在一次大陆裂解→洋壳化过程。新元古代末-早古生代初,洋壳封闭,造成鱼卡河群褶皱变质,在古洋壳向陆块俯冲、陆-陆碰撞和岩石圈增厚过程中,形成超高压榴辉岩。20世纪90年代以来,国内外前寒武纪研究学者普遍认为,在大约1000Ma前的地球演变史中,曾存在一个罗迪尼亚超大陆(RodinianSupercontinent)。就研究区及周边而言,在罗迪尼亚大陆形成之后,祁连地区在新元古代(约800～750Ma)出现一次大陆裂解→洋盆形成→洋盆闭合过程(郭进京等,1999;杨经绥等,2004;翟明国,2006)。柴北缘该时期的大陆裂解-洋壳化→俯冲、碰撞过程应是区域岩石圈“开-合”演化的结果。当然,该洋盆的规模、空间位置与俯冲-碰撞机制等均有待深入细致研究。(2)滩间山群形成环境本文提出的滩间山群层序中,(下部)火山碎屑岩组(O1-2th)→(中部)沉积岩组(O3tc)是海进岩系,(上部)熔岩次火山岩组(O3ty)与砾岩碎屑岩组(