中国北方造山区地壳基本构造格局的主要进展

中国北方造山区地壳基本构造格局的主要进展

中国北方造山系指中国大陆以北40线以北的地区，包括阿尔泰山脉、天山山脉（包括华北）、阴山-千山山脉、大兴安岭、小兴安山脉和白山山脉。行政区划属于中国西北、华北和东北地区的边界盆地（图1）。已有的地质文献中分别把该区的前中生代构造划归华力西褶皱、中亚蒙古弧形褶皱区(以中蒙古-德尔布干断裂为界,南部为天山兴安地槽褶皱区,北部为萨彦-额尔古纳地槽褶皱区)、北亚陆间区或北方活动区、中国北方构造成矿域、中亚褶皱区、Altaids和Manchounids、古亚洲造山区、中亚造山带或北亚造山区;将中生代以来的构造分别划归为滨太平洋构造域或东亚造山区。该区绝大部分地壳是在古生代期间固结形成的,以相对年轻的物质组成、镶嵌叠覆的地质结构、漫长复杂的地质历史和巨大的资源潜力为特征,是人类社会认识大陆形成演化、重建地球地质历史的天然实验室,也是中国主要的矿产资源基地。为了尽快查明该区矿产资源潜力并科学部署矿产资源勘查开发工作,更好地利用境外资源,确保中国国家资源安全,也为了能为地球科学的发展作出中国地质界的贡献,中国地质调查局于2010年开始实施“天山-兴蒙造山区造山过程与成矿地质背景研究”计划项目,由中国地质科学院地质研究所、沈阳地质调查中心、天津地质调查中心和西安地质调查中心共同承担,参加单位有中国地质科学院地质力学研究所、吉林大学、新疆大学、北京大学、西北大学等。原计划该项目至少持续6年,分为2010年至2012年和2013年至2015年2个阶段。第一阶段下设8个工作项目,承担单位分别是中国地质科学院地质研究所、沈阳地质调查中心、天津地质调查中心、西安地质调查中心和黑龙江省地质调查总院,研究内容包括该区地壳的基本构造格局、古亚洲洋构造体制与滨太平洋构造体制叠加转变、花岗岩演化、火山岩浆作用对成矿的制约、主要中生代沉积盆地演化与能源潜力、造山区内古老陆块性质与成矿背景、大兴安岭北段-松嫩盆地地学剖面综合调查、北山-天山蛇绿岩成因类型构造环境和SHRIMP年代学研究等。截止2012年,该计划项目的第一阶段工作已经结束。回顾过去3年的工作,在中国地质调查局的领导下,经过全体参与该计划项目的地质科研工作者的辛勤努力,获得了一批重要的新资料,基本查清了该区地壳的基本构造格局、造山过程和不同地质时期的成矿地质背景,同时也发现一些有待于进一步研究和查清的制约该区矿产资源勘查工作的重大地质构造问题。本专辑所包括的论文只是这些研究成果的一部分。这些阶段性成果的获得,特别是其中新资料的获得,为厘定该区一些重要地质体的形成时代和构造属性,进而正确了解该区的地壳结构和地质历史,为查清该区不同地质时期的成矿地质背景,提供了令人信服的科学依据,为该计划项目总体目标的实现奠定了坚实的基础。同时这些成果也充分反映出,在中国基础性和公益性地质调查工作中及矿产资源勘查工作中,基础地质科研项目的设立和实施,不仅是区域地质矿产调查工作的重要补充,而且也可以为提高区域地质矿产调查工作的质量提供重要的支撑和帮助。为了使该计划项目第二阶段的目标任务更具有针对性,为了使该项目相关的研究成果更好地服务于该区的矿产资源勘查工作,本文对该计划项目第一阶段取得的成果进行了简要的概括和总结。1地质构造及对比在中国北方造山区中零星出露多处变质地体。以往的研究资料中,多根据这些变质地体在变质程度方面与有时代依据的显生宙地质体的明显差别,将其置于前寒武纪的不同地质时期,作为中国北方造山区中的古老块体。在中国西北,这些块体有阿尔泰、伊犁-中天山、旱山、准噶尔-吐哈,在中国东北有宝音图或狼山、艾力格庙-锡林郭勒、扎兰屯(兴安)、哈尔滨(松嫩)、额尔古纳、双井子、佳木斯、兴凯等。近年来,基于对其中部分地质体的同位素地质年代学研究,一些学者对已有的认识提出了质疑。这些变质地体是否都是前寒武纪古老块体的组成部分,如果是,它们与哪一个古陆有亲缘关系?如果不是,它们是何时在何种构造背景下变质的?这些问题成为研究该区地壳结构和构造演化必须面对的重大地质问题,也是该区矿产资源勘查工作部署必须面对的问题。针对上述问题,本计划项目专门设立了一个工作项目收集研究这些变质地体的已有资料,对没有确切时代依据的变质地体开展野外地质调查、室内同位素年代学分析和岩石组合研究,在此基础上,编制了研究区变质地体的时空分布图,取得了如下主要进展。1.1变质深成岩的形成时代研究表明,前人所描述的古老陆块大部分是存在的,它们分别在中元古代和新元古代早期变质固结,多数经历了新元古代晚期和古生代期间强烈地质作用的改造,仅库鲁克塔格地块是在早前寒武纪晚期,即古元古代固结的。相关研究获得了以下新资料和新认识。(1)西天山北部温泉县安格里格乡至西部卡赞一带分布的温泉岩群由变质表壳岩系和变质侵入体组成。其中,变质表壳岩系的主要岩石类型为石英岩、白云母石英岩、黑云母石英片岩、黑色斜长角闪岩、厚层透闪石大理岩、石英大理岩、粗晶大理岩。变质侵入体则包括条带状-片麻状石英闪长岩、二长花岗岩、巨斑状花岗岩和片麻状二长花岗岩。野外接触关系表明,温泉岩群表壳岩的形成时代早于变质侵入岩。采用LA-ICP-MS测年技术,获得的温泉岩群石英岩碎屑锆石的主要年龄峰值为1.71Ga,其次为1.59Ga、1.42Ga和2.48Ga,此外还有几粒锆石的年龄分别为2.09Ga、2.33Ga、2.65Ga、2.83Ga和3.06Ga,最小的碎屑锆石年龄为1.41Ga;片麻状石英闪长岩的成岩年龄为904Ma。这些资料均说明,温泉岩群变质表壳岩的形成时代可能为中元古代中晚期,变质深成岩则主要是在新元古代形成的,而不是先前认为的古元古代(孙立新等未发表的资料)。(2)在博斯腾湖以南识别出新元古代中期的石榴辉石麻粒岩,其经历了早期的高压麻粒岩相变质作用和晚期的角闪岩相退变质作用,对其进行锆石LA-ICP-MSU-Pb年龄测定,获得0.9~1.0Ga,1.8~2.0Ga和2.4~2.6Ga三组年龄,对其原岩的形成时代给出比较好的约束;不同样品的变质锆石给出了介于790~820Ma之间的变质年龄。(3)4个片麻岩和片岩的锆石U-Pb年代学分析结果表明,库尔勒铁门关地区变质岩的原岩形成时代为古元古代早期(约2370Ma),经历了1890~1850Ma角闪岩相变质作用和980~910Ma构造热事件的改造(孙立新等未发表的资料)。(4)星星峡以北沿312国道出露的石英闪长质片麻岩的原岩为石英闪长岩,锆石U-Pb测年结果表明其原岩形成时代为425Ma,变质时代为320~360Ma,认为是古生代南天山洋向北俯冲的产物。(5)北山地区马鬃山、石板井等地原来认为是太古宙的片麻岩,主体是不同时代的糜棱岩化花岗岩,其中古堡泉榴辉岩的围岩眼球状片麻岩原岩形成年龄约为880Ma,石板井一带的花岗质片麻岩变质年龄为~455Ma(孙立新等未发表的资料)。(6)敦煌地块内三危山和党河水库敦煌群正片麻岩的年龄为1850Ma,玉门关一带的混合岩化片麻岩锆石U-Pb定年结果显示其原岩时代约为900Ma,蘑菇台附近的变质岩为约440Ma变质的高压基性麻粒岩,三危山副变质岩为约430Ma变质的高压变泥质岩石,瓜州南混合岩化片麻岩锆石年龄约450Ma(孙立新等未发表的资料)。这些资料表明,敦煌地块作为一个古老陆块,遭受了新元古代早期和古生代早期强烈造山作用的改造。(7)组成狼山北部宝音图地块的宝音图群变质岩由变质侵入体和表壳沉积岩组成,其中变质侵入体SHRIMP锆石U-Pb年龄为1672Ma±10Ma,表壳沉积的石英岩碎屑锆石最年轻的U-Pb年龄为1426Ma,限定了宝音图群的形成时代应晚于中元古代中期,而不是前人所说的古元古代。(8)在锡林郭勒地块内识别出遭受了451Ma变质改造的中元古代中期的变质侵入体(详见本专辑孙立新等的论文),通过碎屑锆石研究初步确定该地块内部分变沉积岩的原岩是在434Ma以后沉积的。(9)测得额尔古纳地块北部漠河红旗林场一带花岗片麻岩的锆石年龄为792Ma±2Ma,该地块南部莫尔道嘎一带太平川变质巨斑状黑云正长花岗岩的锆石U-Pb年龄为791Ma。在该地块新元古界南华系佳疙瘩组中发现了具有枕状构造的富钠碱性玄武岩,在韩家园子西北十七站附近发现了岩浆锆石核部年龄为古元古代晚期的片麻岩。(10)获得兴安地块北部韩家园子—兴华渡口一带眼球状黑云二长片麻岩中岩浆锆石核部U-Pb年龄为1726~1856Ma,表明其原岩是在古元古代末期形成的侵入体(详见本专辑孙立新等的论文);在韩家园子-兴华一带兴华渡口群中新发现一套由灰白色中厚层含砾石英岩、条带状磁铁石英岩、含石榴斜长白云母石英岩、含石榴黑云二长浅粒岩、黑云母片岩和蛇纹石化橄榄大理岩组成的含铁矿层的变质岩系,获得其中变质砂岩碎屑锆石年龄谱中锆石U-Pb年龄分布范围为730~2500Ma,集中在700~956Ma之间,峰值为826Ma,揭示出兴华渡口群变质岩的原岩既有古元古代晚期的侵入岩,也有新元古代晚期的沉积岩(孙立新等未发表的资料)。1.2晚石炭世—明确一些地区原来被认为是前南华纪的变质岩实际上是古生代地质体(1)扎兰屯—阿荣旗一带出露的变质表壳岩前人称为扎兰屯群,后又改称兴华渡口群(或宝音图群),其主要岩石类型为高绿片岩相的灰黑色条带状黑云母石英片岩、黑灰色条带状斜长黑云石英片岩、条带状黑云斜长片麻岩、斜长绿帘-绿泥片岩、绿泥斜长变粒岩、变质长石石英细砂岩,蚀变碎裂条带状绢云斜长片岩等,并被多条基性脉岩穿插。该套岩石变形强烈,发育大量的石英条带,小褶皱构造发育,片柱状矿物定向排列形成片理,以片理面为变形面形成同斜褶皱,内部发育大量石英条带顺层固态流变褶皱。该套岩石组合因受强烈而复杂的构造作用影响,主体为近北东—东西走向。2件变质砂岩的碎屑锆石U-Pb年龄分布在456~3000Ma之间,有3个强峰,最强为456~586Ma,峰值为512Ma,限定了扎兰屯群原岩的时代应为古生代,而不是古元古代(孙立新等未发表的资料)。(2)双井微地块或古陆并非古老地块,而是晚石炭世—早二叠世受变形改造的侵入体双井片岩为内蒙古自治区第十地勘院在内蒙古东部西拉木伦河一带双井地区建立的非正式构造岩石地层单位,1:20万地质图中将其置于奥陶纪—志留纪,为一套变质较深的长英质岩石和由云母片岩、含石墨片岩、变粒岩和斜长角闪岩构成的表壳岩。1992年内蒙古区域地质志将其归为古元古界宝音图群,该变质岩出露区被称之为双井古陆。研究发现,在双井片岩出露区,主体为具有片麻状构造的花岗质片麻岩、花岗闪长质片麻岩,其与双井片岩具有明显一致的变质变形特征,韧性剪切变形广泛发育。锆石测年结果显示变质深成岩体的形成时代为283~306Ma,属于晚石炭世—早二叠世岩浆活动的产物,部分变质沉积岩的原岩是在二叠纪中晚期沉积的,变质作用则主要发生在中生代期间(李锦轶等未发表的资料)。(3)阿尔泰山脉中不存在前南华纪古陆关于阿尔泰山脉中出露的变质岩,前些年根据变质程度和不太精确的年代学及古生物化石资料,新疆地质部门将其置于前寒武纪。李会军等根据一些样品中残留的古老锆石资料,认为存在一个阿尔泰古陆。近年来,相继实施的国家305项目和973项目对这些变质岩和沉积岩开展了锆石年代学研究,沉积岩碎屑锆石年代学资料显示,它们多是在早古生代中晚期弧相关环境下沉积的;变质深成岩的锆石年代学研究表明,它们的原岩分别是在寒武纪、奥陶纪—志留纪、泥盆纪和二叠纪形成的,其变质作用主要发生在泥盆纪和二叠纪。迄今为止,在中国阿尔泰山脉中,还没有发现确切的前寒武纪地质体。因此,阿尔泰山脉中很可能不存在古老陆块。2主要研究工作中国北方地壳的基本构造格局是多年以来持续研究的重大地质构造问题之一。在本计划项目实施以前,笔者相继在国家305项目、国家973项目和前一轮国土资源大调查项目的资助下,重点对中亚地区,亦即研究区西段开展了多年的相关研究。因此,本计划项目实施后,与地壳基本构造格局的相关研究主要侧重于东段,开展的具体研究工作主要为:(1)唐山-东乌旗地质走廊带的地质构造调查与研究;(2)松辽盆地东、西两侧华北北缘古生代晚期岩浆活动和成矿地质构造背景研究;(3)鄂尔多斯西缘地区阿拉善地块与华北古陆之间构造关系的研究;(4)塔里木盆地北缘古生代中期岩浆活动及其地质构造背景研究;(5)研究区古生代火山岩形成时代与构造环境的研究;(6)研究区花岗岩时空分布与地壳演化的研究;(7)部分中生代盆地成因类型与构造环境的研究;(8)中国东北地区古亚洲洋构造体制与滨太平洋构造体制叠加转换的研究等。经过近3年的工作,取得了以下主要进展。2.1成岩年龄及构造意义(1)在赤峰以北地区,发现了可以与华北克拉通内部太古宙地质体进行对比的新太古代晚期地质体,其北侧为一条长期多次活动的大型断裂构造。据此,把赤峰地区华北克拉通的北界向北移动了约50km到该断裂带的位置,从而解决了原来把该界线置于赤峰一带但是一直苦于没有确切地质证据这一重大地质构造问题,同时也为该区成矿地质构造背景研究提供了科学依据。相关论文目前正在撰写。(2)通过对阴山-燕山和辽北-吉中地区古生代晚期岩浆岩的研究,发现松辽盆地东西两侧的华北古陆北缘晚古生代岩浆岩在活动期次、岩石组合和序列及每期构造背景等方面都可以进行对比。据此得出结论,至少是在晚古生代期间,松辽盆地东西两侧的古老地质体都属于华北古陆的组成部分,从而使长期争论的松辽盆地东西两侧是否都属于华北古陆或克拉通,以及古生代造山带是否可以对比连接这一重大地质构造问题有了比较确定的答案。相关研究成果见张拴宏等,以及本专辑王志伟等和王子进等的论文。(3)通过对赤城-崇礼一带原红旗营子群及相关岩浆岩的研究,初步确定红旗营子群原岩是在二叠纪沉积形成的,从而为华北北缘二叠纪构造格局的确定提供了新的约束。相关论文目前正在撰写。(4)在乌丹镇以北,西拉木伦河以南地区,发现的早古生代弧岩浆岩(相关资料正在整理过程中),为华北北缘早古生代造山带的确立提供了科学依据。(5)在西拉木伦河一带,从前人划分的宝音图群变质岩中识别出二叠纪弧岩浆岩组合,结合区域地质资料,确定西拉木伦河一带宝音图群变质岩实际上为二叠纪期间岛弧根带的岩石。(6)在西拉木伦河上游的柯单山以东地区,发现并实测了二叠纪混杂岩剖面,为确定那里古板块俯冲极性提供了令人信服的证据(相关论文正在撰写)。(7)在西拉木伦河以北地区,识别出二叠纪晚期海相火山岩带(相关资料正在整理),进一步证实了二叠纪早期双峰式岩浆岩带和石炭纪岩浆弧,从而为确定该区古生代晚期构造格局提供了新证据。(8)在西拉木伦河以南地区,识别出泥盆纪富碱侵入岩,晚石炭世至二叠纪中期弧岩浆岩和二叠纪晚期至三叠纪与碰撞造山相关的岩浆岩,本专辑刘建峰等的论文也属于这一成果的部分,为该区古生代晚期构造格局的确定提供了可靠的地质资料。(9)研究确定内蒙古查干诺尔地区石炭系本巴图组火山岩由玄武岩和英安岩组成,同位素年龄范围为313~308Ma,其中的基性火山岩属于碱性玄武岩系列,英安岩为碱含量较高的钙碱性系列。内蒙古达茂旗满都拉地区胡吉尔特—查干哈达庙一带玄武岩和辉长岩的锆石SHRIMPU-Pb年龄分别为273.7Ma±1.0Ma和278.5Ma±3.0Ma;具有高(143Nd/144Nd)i值(0.51262~0.51270)、较高的正εNd(t)值(3.4~8.0)和Mg#值(49~54),表明其来源是亏损的软流圈地幔。(10)初步确定了阿拉善与鄂尔多斯2个古陆于古生代中期拼合在一起通过对鄂尔多斯与阿拉善之间奥陶纪和泥盆纪地层的沉积构造及碎屑锆石的研究,结合区域地质资料,证明阿拉善地块与华北克拉通之间在早古生代期间发育古洋盆,在早古生代晚期才与华北克拉通拼合,成为晚古生代华北古板块的一部分。(11)在狼山发现二叠纪晚期的枕状玄武岩,并对其形成环境和构造意义进行了初步探讨(详见本专辑张进等的论文)。(12)北山北带基性—超基性岩包括了不同时期不同环境的幔源杂岩在野外观察的基础上,采用锆石SHRIMPU-Pb年代学定年技术,获得了北山红石山层状辉长岩的锆石年龄为363Ma±3Ma,清河口辉长岩的锆石年龄为284Ma±3Ma(含320~340Ma和400~440Ma的捕获晶),红石山安山岩的锆石年龄为320Ma±3Ma,高铝玄武岩的锆石年龄为304Ma±2Ma;红石山片麻状花岗岩的年龄为278Ma±3Ma,未变形红色花岗岩的年龄分别为277Ma±2Ma和272Ma±2Ma。红石山大部分玄武岩LREE相对于HREE亏损,与NMORB相当;LILE相对于HFSE富集,Nb相对Th和La亏损,类似于SSZ型蛇绿岩;清河口玄武岩LREE相对于HREE亏损,HREE相对NMORB亏损;LILE相对于HFSE富集,Nb相对Th和La亏损,类似于IAT(岛弧拉斑玄武岩的)地球化学特征。这些资料表明北山北带基性超基性岩可能是晚泥盆世、晚石炭世和早二叠世至少3期幔源岩浆活动的产物,各期构造环境不同,不是一条简单的蛇绿岩带(简平等未发表的资料)。(13)初步确定北山南带蛇绿岩为早寒武世SSZ型蛇绿岩在野外观察的基础上,采用锆石SHRIMPU-Pb定年,获得了红柳河玻安岩的锆石年龄为534Ma±3Ma(含1077~2545Ma的捕获晶);白云山产于蛇绿混杂岩(蛇纹岩为基质)的斜长岩块的年龄为524Ma±2Ma;洗肠井产于蛇绿混杂岩的斜长斑岩(岩墙)岩块的年龄为527Ma±4Ma,蛇绿混杂岩的层状辉长岩岩块的年龄为535Ma±6Ma,表明北山南部蛇绿岩形成于早寒武世。共生火山岩地球化学研究表明,红柳河、白云山、洗肠井和月牙山等地区玄武岩为典型的IAT和玻安岩系列岩石,属于SSZ型蛇绿岩,代表一个早寒武世的消减带。在红柳河地区,识别出一个400~380Ma的辉长岩-花岗岩岩套。这一岩套侵入蛇绿混杂岩,与蛇绿岩在空间上重合,特别是其中的辉长岩与蛇绿岩容易混淆。在白云山,洗肠井和月牙山地区,蛇绿混杂岩外的辉长岩-闪长岩和中酸性火山岩为二叠纪地幔岩浆活动的产物。这些岩石与蛇绿岩的显著区别在于未发生变形,但由于在空间上与蛇绿混杂岩高度叠置,部分岩性相似,极易与蛇绿岩混淆(简平等未发表的资料)。(14)在北山东部地区识别出1.4Ga的花岗岩和辉长岩北山地区位于塔里木古陆与华北克拉通之间,其构造归属一直是研究的重点。通过2009年及2010年的工作,在板滩、金庙沟分别发现有1.4Ga的强变形的富碱花岗质片麻岩和辉长岩(王涛等未发表的资料)。这对重新认识北山的演化,特别是前寒武纪的构造属性具有十分重要的意义。(15)首次确定塔里木盆地北缘发育一条古生代中期的岩浆岩带在塔里木盆地北缘识别出一条从库车以北向东到库鲁克塔格地区的古生代侵入岩浆岩带,其中奥陶纪侵入岩以二长花岗岩为主,志留纪和泥盆纪侵入岩组合为石英闪长岩、花岗闪长岩和二长花岗岩;石炭纪侵入岩主要为二长花岗岩。为确定塔里木古陆北缘古生代地质构造环境及其与天山造山带的关系提供了新的证据(详见本专辑郭瑞清等、贾晓亮等和尼加提等的论文)。(16)对西天山大哈拉军山组火山岩的层序、岩石组合、形成时代和构造环境进行了重新厘定近年研究发现,在西天山地区被划归下石炭统的大哈拉军山组火山岩,是不同时代的火山活动的产物。在本项目执行期间,结合其它地质调查项目,对这套火山岩进行了比较系统的研究,重新厘定的大哈拉军山组具有由陆相转化为海相的进积序列的特征,以哈拉峻山地区最具代表性,下部自下而上依次为砾岩、凝灰质砂岩、泥灰岩、薄层灰岩构成的5~6个韵律旋回沉积,上部为火山熔岩及其碎屑岩。结合同位素地质测年资料,认为大哈拉军山组火山岩的形成时代以早石炭世杜内阶为主。其中的火山岩是以安山岩为主的玄武岩、安山岩、英安岩和流纹岩组合,不同地段岩石组合不尽相同。所含矿床以阿希金矿为代表。岩石化学资料表明,该组火山岩属于钙碱系列,少部分岩石具有拉斑系列和碱性系列的特征,稀土元素配分曲线呈轻稀土富集型,具有弱的Eu负异常,稀土元素总量高。无论是大离子亲石元素(如Rb、Ba、Th、U)还是高场强元素,均相对于原始地幔富集,与岛弧或者大陆边缘弧火山岩相似。(17)在东天山(哈密市东)发现了二叠纪中期脱玻化碱性花岗岩墙在野外工作和薄片鉴定的基础上,对位于哈密市以东约20km,侵入到花岗岩中的脱玻化碱性花岗岩墙开展年代学研究,确定其形成时代为270Ma,为东天山北段中晚二叠世伸展环境提供了新证据(王涛等未发表的资料)。(18)在中国阿尔泰山南缘东段厘定出了玛因鄂博蛇绿岩玛因鄂博蛇绿岩由堆晶辉石岩、橄榄辉石岩、辉长岩、辉绿岩墙、玄武岩、硅质岩及复理石基质构成,辉长岩的锆石ICP-MS测年结果为366.5Ma±8.7Ma,属晚泥盆世;同一地区的斜长角闪岩锆石ICP-MS测年结果为437Ma±12Ma,属志留纪。初步认为该蛇绿岩的形成时代介于志留纪—早泥盆世之间(徐学义等未发表的资料)。(19)研究区中生代盆地研究获得了大量新资料和新认识通过野外观察、数据采集和室内研究,获得了中生代沉积盆地形成演化的一批古水流等多方面的新资料,提出了对该区中生代古地理古构造格局变化的新认识,为中生代地质构造格局的重建提供了新的依据,部分成果详见彭楠等和本专辑章惠等、彭楠等、薛沛霖等、陈军等、许欢等、旷红伟等的论文。(20)大兴安岭北段-松嫩盆地地学剖面综合调查研究取得丰硕成果大兴安岭北段-松嫩盆地地学剖面是中国地质调查局利用中俄石油管线施工揭露出大量基岩这一难得的机会,部署的一个工作项目,由黑龙江省区域地质调查研究所承担。经过3年的艰苦工作,完成兴安-嫩江段基岩剖面编录长度573.6km,1∶5万填图面积1488km2,1∶500剖面测制28km,采集原岩光谱样5814件、薄片样6027件、土壤样4903件、标本8977件,同位素测年、稀土元素、微量元素、硅酸盐测试配套样品230多套。获得了如下研究进展:(1)通过剖面测制和路线填图,在管线廊带域内初步划分出岩石地层单位24个,侵入岩岩石填图单位41个,根据新获得的资料,重新厘定了部分地质单元的形成时代;(2)初步确定剖面沿线中生代火山岩基本属于碱性—亚碱性高钾钙碱性岩系,将其划分为4个火山岩喷发带、6个火山岩喷发亚带,初步证实本区中生代火山岩在南北向大地构造单元内不存在岩石系列的演化差异;(3)将剖面沿线变质岩划分为9个区域热动力变质带和3条动力变质岩带;(4)剖面穿过地区自北而南划分为额尔古纳岛弧、呼玛沟-弧-盆系、新林蛇绿混杂岩带和多宝山沟-弧-盆系(兴安-松嫩地块),与以前的认识相比,将以得尔布干断裂(呼玛河断裂)为界划分的额尔古纳岛弧南界南移至大乌苏一带,而把该断裂作为漠河盆地的南界;(5)开展了剖面沿线样品的地球物理和地球化学研究,获得了一批新资料;(6)发现了多处蚀变矿化现象(张昱等未发表的资料)。(21)基本查清了研究区大型断裂构造格架(李锦轶等将另文详细论述)。(22)初步编制了研究区基础性专题图件综合已有资料,编制了研究区古老陆块的时空分布图、花岗岩时空分布图、天山-兴蒙造山区西段火山岩成矿地质背景图、大兴安岭地质图和中国北方及邻区地壳构造格架图等基础性图件,完成了唐山-东乌旗地质走廊带地质构造图和大兴安岭北段-松嫩盆地地学剖面图。2.2通过初步研究，揭示了研究领域地壳的基本结构综合上述新资料和前人的已有资料,发现研究区中国西北和中国东北地壳构造格架有比较明显的差别,具有明显的横向分区、纵向分层的特征。2.2.1石炭纪中期的构造格局本文涉及的中国西北地区主要为塔里木盆地以北的新疆北部地区。该区地壳基本构造格架表现为以中生代地层与下伏地质体之间的不整合界面和西域砾岩底界面为界,划分出前中生代大陆地壳聚合固结、中生代至新生代中期陆内演化、新生代晚期陆内造山3个构造层。在每一个构造层内可以恢复出不同的构造格局和构造单元。该区前中生代构造层表现为古洋陆相间的构造格局,陆块主要为塔里木、伊犁、巴伦台、库鲁克塔格、卡拉塔格-旱山(东天山隆起带和北山中部马鬃山隆起)、准噶尔-吐哈和塔城等。塔里木与卡拉库姆、东欧可能为一个古陆或比较靠近的陆块群,其在中国境内部分通常被称之为塔里木古板块。库鲁克塔格陆块发育古生代岩浆岩,其南侧的塔里木盆地北缘满加尔坳陷寒武纪和奥陶纪地层具有类似被动陆缘沉积岩系的特征,表明其可能是一个洋中的微陆块,在古生代中期增生到塔里木古板块北缘,成为晚古生代塔里木古板块的组成部分。伊犁和塔城与中亚的诸陆块共同构成了古洋盆中的哈萨克斯坦古板块;卡瓦布拉克断裂沿线蛇绿岩块体的发育以及巴音布鲁克盆地周缘的断裂特征,表明巴伦台和卡拉塔格-旱山2个古陆块体与伊犁陆块是被洋盆分开的,它们是属于洋中独立的古陆块群还是哈萨克斯坦古板块的组成部分,还有待于进一步研究。近年获得的资料越来越证实,准噶尔-吐哈陆块是存在的,而且是靠近西伯利亚古板块南缘的微大陆之一。笔者获得的资料进一步支持位于星星峡-且末断裂南东的敦煌地块与阿拉善地块构成一个统一的古陆块体,其在早古生代晚期增生到华北古陆西缘,它们共同构成晚古生代的华北古板块。这样,大体以查尔斯克-额尔齐斯-达拉布特-北天山、南天山等缝合带和星星峡-且末断裂带为界,把中国西北前中生代构造层划分为西伯利亚、哈萨克斯坦、塔里木和华北4个古板块及其增生边缘(图2)。上述几个古板块在石炭纪晚期至二叠纪中期相继聚合碰撞,成为了欧亚板块的一部分。在三叠纪和侏罗纪期间,该区夹持在古太平洋和古特斯洋2个洋盆之间,既具有陆内的特征,又具有陆缘的特征,其构造格局为古生代造山后的盆山相间。随着古太平洋沿蒙古-鄂霍茨克带在侏罗纪晚期的关闭,以及扬子、羌塘地块在三叠纪晚期与华北和塔里木南缘的碰撞,中国西北部在白垩纪至新近纪中期处于比较典型的陆内地球动力学环境,其构造格局以陆内盆山相间为特征。新近纪晚期开始,受印度与欧亚板块碰撞的影响,中国西北地区发生了比较强烈的陆内造山,堆积了以西域砾岩为代表的同造山前陆盆地沉积岩系,形成了现今所见的盆地与山脉相间的陆内构造格局(图1)。2.2.2晚古生代构造与成矿与中国西北地区类似,中国东北地区地壳同样可以划分为3个构造层,但是这些构造层的界限与组成都与中国西北地区有所不同。中国东北前中生代构造层的地壳构造格架主要表现为西伯利亚古陆增生边缘、华北古陆增生边缘与布列亚-佳木斯古板块的镶嵌(图3)。西伯利亚古陆增生边缘由具有前南华纪基底的额尔古纳和扎兰屯地块及其间和周缘的古生代造山带组成;华北古板块北缘表现为早古生代弧陆碰撞形成的增生边缘及叠置其上的晚古生代沟-弧-盆系统镶嵌与叠覆;布列亚-佳木斯古板块与西段的哈萨克斯坦古板块类似,属于洋中多个陆块聚合形成的古板块,由哈尔滨(松嫩)地块、鹤岗地块、麻山地块和兴凯地块等镶嵌组成,它们的聚合主要发生在早古生代晚期,在其东缘发育晚古生代至中生代的增生边缘。上述不同古板块在石炭纪晚期至二叠纪期间聚合碰撞,所形成的地质记录叠加在上述不同陆缘之上,构成了复杂的纵向结构。中国东北地区中生代以来的构造要比中国西北地区复杂得多。与蒙古-鄂霍茨克造山带前身洋盆收缩关闭相关的地质记录,包括三叠纪至中侏罗世与大洋岩石圈板块俯冲相关的构造变形与岩石,晚侏罗世至早白垩世期间与陆缘碰撞相关的构造与岩石,以及白垩纪中期开始的大型热塌陷的陆相为主的沉积盆地,广泛叠置在古生代增生-碰撞构造之上。其上又叠加了新生代伸展背景下的幔源岩浆岩和大型陆相沉积盆地。3古板块构造山的构造背景经过近年的持续研究,初步确定中国北方及邻区显生宙造山过程既包括了上述西伯利亚、哈萨克斯坦、塔里木、华北和布列亚-佳木斯5个古板块聚合过程中的陆缘增生造山和碰撞造山,也包括了它们聚合以后,原西伯利亚古陆面向古太平洋的大陆边缘沿蒙古-鄂霍茨克带碰撞造山、印度与欧亚板块碰撞引发的陆内造山。古板块的陆缘增生造山分别发育在西伯利亚古陆面向古亚洲洋的增生边缘和面向古太平洋的增生边缘、哈萨克斯坦古板块南北两侧的增生边缘、塔里木古板块的北部边缘、中朝古板块的北部边缘,以及布列亚-佳木斯古板块周缘的增生边缘;它们之间的碰撞造山作用形成了斋桑造山带、天山造山带、北山-索伦山-吉中造山带、齐齐哈尔-黑河造山带和蒙古-鄂霍茨克造山带,其中的天山造山带和阴山-燕山造山带都属于经历了陆缘增生、陆间碰撞和陆内叠加多种造山作用的复合造山带(相关文章正在撰写)。4讨论和结论4.1不同学者的研究思路、对象和地区都不完全相同中国东北地区的构造体制转折问题一直是中国地质界关注的重大地质构造问题。在本计划项目实施期间,专门设置了一个工作项目,对这一问题开展了比较系统的研究。在中国东北地区,所谓的古亚洲洋构造体制一般理解为近东西向的构造,滨太平洋构造体制理解为北北东向的构造。关于这2种体制的转换时间,以往有三叠纪(印支运动)、中—晚侏罗世(燕山运动)、早白垩世和现今太平洋体制开始于新生代中期等不同认识。笔者研究发现,产生这些不同认识的原因在于,不同研究者的研究思路、对象和地区都不完全相同。例如,关于三叠纪转换的论点,主要依据是中国东北二叠纪和三叠纪地层沉积特征及变形特征,推测从中三叠世开始,该区已经属于滨太平洋构造体制。持中—晚侏罗世(燕山运动)转换论点的学者,主要考虑了中侏罗世地层序列及变形和火山弧的出现;早白垩世转换完成的论点主要源于对燕山地区火山岩形成时代的测定和构造线方向的改变;而持新生代早期的论点,则主要考虑到日本海的打开和现今太平洋体制的开始时限,以及蒙古-鄂霍茨克造山带所属构造体制在机制与方向上与古亚洲洋和现今太平洋体制的差别,并认为在中国东北地区应该是古亚洲洋、古太平洋和现今太平洋3个构造体制。在本项目实施期间,对这一重大地质构造问题,着重开展了区域地质构造背景、古生代晚期以来岩浆活动、沉积作用和构造变形及相关变质作用等几个方面的工作,初步认为古亚洲洋构造体制结束的时间是三叠纪中期,三叠纪晚期至白垩纪主要受古太平洋构造体制的作用和影响,而现今太平洋构造体制则开始于新生代中期。其中,古太平洋构造体制在中国东北地区产生的构造线走向主体是北东东向,与现今太平洋构造体制的北北东向是完全不同的。古太平洋和现今太平洋2个体制下的地质产物,大体上对应李四光提出的华夏构造和新华夏构造,二者不仅在方向上,而且在时间、过程和机制方面也都是不同的。4.2应用及地质环境的初步成果成矿地质背景研究是地质构造研究服务于矿产勘查工作的一个重要方面,具体包括在确定不同地质体形成时地球动力学环境的基础上,划分不同地质时期的构造单元,重建相关地区的地质历史,进而确定一个地区在不同地质时期的成矿地质背景。可以说,迄今为止,大地构造研究或地质构造研究成果未能很好地服务于矿产勘查工作,一个比较重要的原因就是以往的构造研究侧重于一个地区地壳固结的时代,而对其地球动力学环境及其随地质历史发展而发生的变化重视不够,特别是不同时期地质体形成时的地球动力学环境不同,这一地质现象在相关构造图上如何表示,仍没有得到很好的解决。针对这一问题,本项目实施期间,把各种地质体形成时的地球动力学环境和一个地区不同地质时期地球动力学环境的变化给予了足够的重视,并对在一张地质图上如何表示清楚一个地区地球动力学环境的变化,做了初步的尝试。获得了如下初步成果。(1)基于对构造格局及其随地质发展变化的研究,识别出中国北方造山区中一个有利于斑岩型铜矿形成的活动大陆边缘,其西起吐哈盆地,向东通过北山北部、蒙古南部,穿越大兴安岭中段延伸到小兴安岭北段的多宝山地区。(2)基于对不同构造单元精细结构的研究,发现中亚地区的矿区阿尔泰进入中国境内不远即发生尖灭。因此,在中国阿尔泰大部分地区不具备形成与中亚地区矿区阿尔泰类似矿床的地质条件。同样的原因,蕴藏有巨型矿床的中亚地区的中天山也在中国境内变窄乃至尖灭,因此,中国天山不存在与穆龙套等巨型金矿类似的金属矿床成矿的有利地区。(3)中国境内的西准噶尔和东准噶尔,西天山北部和东天山北部,原来属于不同的大陆边缘,成矿地质环境有比较大的差别,导致这些地区成矿作用差别明显,赋存的矿产资源也不同,因而找矿工作部署的目标和重点应该有所不同。(4)华北北缘经历了古元古代晚期碰撞造山、中元古代大陆裂解、古生代早期被动大陆边缘、古生代中期弧陆碰撞、晚古生代早期陆缘伸展、晚古生代晚期沟弧盆体系和古生代末期至中生代初期的碰撞造山、中生代中期陆内造山和中生代晚期以来陆缘裂解伸展等多期复杂的演化历史,因而是成矿作用极为有利的地区。然而,由于后期地质作用的多期叠加,早期形成的矿床被不同程度破坏改造。(5)中国东北及邻区中生代成矿作用涉及到古太平洋大陆边缘增生碰撞和现今太平洋大陆边缘演化。中国大兴安岭中段和北段,与境外的蒙古东部及俄罗斯的外贝加尔在成矿地质条件方面完全相同。这表明,在大兴安岭中段和北段具备与境外类似的有利成矿条件,该区找矿工作前景可观,资源潜力巨大。5地质构造问题经过近3年的研究,取得了上述重要的研究进展,同时也发现如下需要进一步研究的与该区地壳构造格局和成矿地质背景相关的重大地质构造问题。(1)在北山和内蒙古东部都发现了1.4Ga前后的岩浆活动,这期岩浆活动与华北内部同时期的岩浆活动是否有内在联系,它们分别形成于何种地球动力学背景?(2)二叠纪晚期至三叠纪,研究区发育比较强烈且岩石类型多样的岩浆活动,其岩浆成因和地球动力学背景目前还不是很清楚。(3)目前虽然基本查清了该区古老陆块的空间分布,但是对这些陆块的构造亲缘性和含矿性还知之甚少。(4)中国东北