燕辽裂陷槽中、新元古界地层柱中青白口系的年代

燕辽裂陷槽中、新元古界地层柱中青白口系的年代

燕山地区最近的愿望：pb时间为1368ma12ma，。这一成果对中国北方中、新元古代地层及年代界线是爆炸性的挑战。该挑战在于以下4个方面:(1)以往1000Ma作为蓟县系顶界的年龄是依据其中的海绿石年龄资料。下马岭组锆石SHRIMPU-Pb1368Ma年龄将限定蓟县系铁岭组顶界的年龄不可能超越1400Ma。(2)蓟县中元古界的长城系、蓟县系“标准”剖面的时限很可能是1800~1200Ma,而非1800~1000Ma。下马岭组分为5段,1368Ma年龄值是在第3段黑色层中获得的,距下马岭组底界尚有相当的沉积厚度,因此1400Ma作为该组底界的年龄是合理的,但顶界年龄是不确定的,由于下马岭组顶部地层遭侵蚀而缺失,其顶界年龄估计在1300~1200Ma之间。(3)下马岭组斑脱岩所反映的岛弧环境,提示我们要深入认识与解释中元古代燕辽裂陷的弧后扩张构造环境,在进行燕山地区中、新元古界重新测年的同时,必须同步进行有关岛弧火成岩年代学、岩石组合的研究,并寻找已消失的中元古代的洋壳残片。(4)对传统概念与思维的挑战。地史上沉积间断的时间要远远大于现有地层形成的时间。但人们总是希望中国的中、新元古界剖面(指蓟县剖面)要连续、要完整,在整个中元古代的时限内均为地层所填满,以达到对比标准。下马岭组新的年龄值彻底冲破了传统思维,还蓟县剖面以真实的面目。即:以新的长城系(1800~1600Ma)、蓟县系(1600~1400Ma)为代表的中元古界下部及中部地层是一个相当标准的可作对比的剖面,但1300~1000Ma之间则是残缺的。1南方东南角的年龄与中、新元古界的界线图1中的剖面不是传统的以地层厚度编制的地层柱,而是以年代为轴线编制的燕山地区中、新元古界地层柱。它是一个各种地质记录的高度综合与概括,是对中、新元古界年代与界线的科学预测,也可作为进一步的研究思路与研究途径的基础。(1)在这个地层柱中,将下马岭组从青白口系中分出,置于中元古界上部,下马岭组很可能是1400~1200Ma(一个系)中的下部的地层单位。这个系暂时以北京“西山”来命名,北京西山是下马岭组的命名地区。西山系仅保留了下统(下马岭组),1300~1200Ma之间地层缺失。(2)新概念的青白口系包括龙山组及景儿峪组,是新元古界最下部的一个系,时限1000~800Ma,这个时限是依据海绿石年龄确定的,需重新测定。目前龙山组与景儿峪组中尚无直接的目标层,从构造环境考虑,火山直接喷发形成斑脱岩的可能性不大,龙山组砂岩中再沉积的碎屑锆石对于确定青白口系的界线年龄则是多解的。图1青白口系下部不使用长龙山组及骆驼岭组,建议仍使用郝贻纯于1954年命名的龙山组,这是尊循地层学中的优先原则。南方龙山系早已解体,不存在系、组名称重复与混乱的问题。(3)将高于庄组从原长城系顶部调整至蓟县系底部,主要考虑:①大洪峪组已有年龄为1600Ma,可作为调整后长城系与蓟县系的界线年龄。②高于庄组与大红峪组之间存在区域性间断,从北京西山、军都山、燕山山脉至辽北均可追踪。③高于庄组置于蓟县系后,则蓟县系是一个以碳酸盐岩为主的系。(4)图1左侧是一个建议性的方案,是考虑到下马岭组的年龄数据,也预测将来在铁岭组、洪水庄组和杨庄组中可能获得的预期年龄。这个方案维持了原长城系及蓟县系所包含的组(仅调整了高于庄组),但界线年龄有大的改变,即1600Ma为长城系与蓟县系的界线年龄,1400Ma为蓟县系与青白口系的界线年龄,1200Ma可作为中元古界与新元古界的界线年龄。这样的调整符合目前已有的年龄记录,并留有将来调整的余地,也与Gradstein建议的1800Ma、1600Ma、1400Ma、1200Ma、1000Ma为元古宇中各系的界线年龄是吻合的,即200Ma为一个系的时间长度。图1左侧列出的意见,表明蓟县元古宇的长城系与蓟县系(1800~1400Ma)是具优势的剖面,若将1200Ma作为中、新元古界的界线年龄,则蓟县中元古界剖面1800~1200Ma之间仍然是相对层序完整、可作为全球对比的剖面,而中元古界顶部与新元古界则非常不理想,难以做对比的“标准”。(5)图1年代地层柱中,从1800Ma至800Ma的时间长度中,沉积间断时间远大于地层沉积所占有的时间长度,这是真实的地质记录。这些间断均已命名,对它们的全球构造意义则应重新认识。1800Ma可看做全球第一个超大陆在中朝板块内的反应。芹峪运动形成巨厚的、醒目的铁岭组灰岩顶部红土型风化壳与铁矿层,这个芹峪古大陆过去被公认为1000Ma的Rodinia超大陆在中朝板块内的响应。由于下马岭组底界的年龄定为1400Ma,芹峪古大陆应被解释为全球第2个超大陆,即王鸿祯最早提出的PageanⅡ,即哥伦比亚超大陆(Columbia)在中朝板块内的响应。蔚县上升指龙山组与下马岭组之间的间断,这个间断是中、新元古代中时间最长(达200Ma)的地层缺失。(6)燕山中元古界中有3个缺氧的黑色层:长城系串岭沟组、蓟县系洪水庄组及下马岭系中的黑色硅质层和黑色页岩。这3个缺氧层恰与中元古代的沟-弧-盆板块体系的3次弧后扩张相联系。另外还发育3个红层,分别是团山子组、杨庄组与景儿峪组。前2个组为障壁泻湖相,分布局限;景儿峪组则是一个内陆海中的沉积。(7)侵位于河北平泉地区下马岭组中的辉绿岩墙的Rb-Sr全岩年龄为980Ma❶,这个年龄信息显示Rodinia的年龄。沿北京西山永定河剖面,龙山组、景儿峪组中均有辉绿岩墙侵位,它们与侵位于下马岭组的辉绿岩墙是否同期尚待确定。龙山组中的辉绿岩墙若与下马岭组中侵位的辉绿岩已知年龄一致,则可间接提示龙山组底界的年龄为1000Ma。很可能青白口系底界的年龄将求助于龙山组与景儿峪组中的辉绿岩墙。由于沟-弧-盆体系环境,图1中的许多层位均存在斑脱岩,将是系统测年的目标层。2基于构造环境的思考①为什么中朝板块北部中元古代处于拉张构造环境?燕辽裂陷槽(Aulacongen)的动力学系统是什么?②为什么燕辽裂陷槽内中元古界中有频繁的地震记录与火山活动?③中元古代的海盆与外海是如何连通的?④层控矿床的矿源来自那里?下马岭组斑脱岩的岛弧构造环境,解决了笔者长期困惑与思考的问题。2.1区域地质背景下马岭组斑脱岩源岩类型判别与Nb-Y构造背景判别图,明确提示下马岭组火山岩为活动陆缘的岛弧环境。北京市北部、河北省北部、辽宁西部与河北省交界处,即沿平泉、隆化-丰宁-赤城断裂之南分布着众多的元古宙酸性侵入体:花岗岩、花岗闪长岩、石英闪长岩等,它们极可能是中元古代的火山岛。图2给出了下马岭组沉积时期的古地理、古构造面貌,下马岭组的沉积环境是火山岛后的弧后扩张盆地,形成深水沉积与缺氧层,火山喷发源地很可能位于图中的火山岛。火山岛链之北是当时的外海。这种沟-弧-盆的板块体制很可能一直控制着整个中朝板块北部中元古代的沉积。2.2中元古代海盆结构特征与机制图3表示燕辽裂陷槽长城系(1800~1600Ma)与蓟县系(1600~1400Ma)的古构造图,它的古地理边界完全由弧后扩张断裂控制。北京密云沙厂著名的球斑花岗岩(rapakivigranite)则是典型的裂陷槽初期拉张作用下的侵入体。弧后扩张盆地中部,沿密云-兴隆-平泉-凌源为NE向的轴部断裂,赤城-滦县、赤峰-建昌为2条NW向的转换断层。中元古代地震事件记录均沿这一轴部断裂与转换断层分布。新的研究结果表明:“内蒙地轴”是由古元古界与中元古界变质岩组成的,不应作为中元古代海盆北部的古陆。中元古代弧后扩张海盆(燕辽裂陷槽)是经过北部的火山岛链间隙与外海相沟通的。图4剖面进一步解释燕辽裂陷槽形成的板块构造体制。火山岛大体宽40~60km,依据Condie对现代岛弧资料的总结,从火山岛链距海沟轴部的距离,给出了中元古代当时海沟的大体位置,也是古洋壳开始俯冲的位置。火山岛之北(指现今方位)是中元古界的变质地层,应是当时的弧前增生楔沉积。俯冲带的俯冲角度也是参考Condie对现代毕乌夫带地震源深度估计的。图4进一步解释了燕辽裂陷槽弧后扩张的弧后盆地环境,沿着俯冲带是地震源区,从板块动力学机制解释了燕辽裂陷槽长城系—蓟县系众多地层中的古地震事件记录(图1、图3、图4)形成的原因,也解释了长城系—蓟县系众多层位中赋存火山喷出的斑脱岩和层控矿床矿源来自深部。本文也考虑同样的弧后扩张环境,为什么下马岭组中尚未有地震记录的报道。可能原因:①在深水沉积中地震难以诱发软沉积物液化变形。②需进一步在下马岭组的东部相对浅水的砂岩(图2东部)中找寻古地震记录。2.3青白口纪海盆的覆盖图5是新概念的青白口系古地理图。其古地理面貌与中元古代完全不同,是在中元古代沟-弧-盆板块体系停止,近200Ma或300Ma的间断剥蚀后的沉积是Rodinia超大陆上典型的浅海沉积。青白口纪海盆几乎覆盖了中朝板块大部分地区,向东延至辽宁东部及徐淮地区;中朝板块南部边缘的青白口纪海盆则与当时的秦岭洋相连。图5中的中央隆起是依据古生物研究资料确定的。3个边缘水下隆起围绕盆地边缘组成相对高的水下地形,它们在1400~1200Ma时是当时海盆的蚀源区。3采用一种多文饰属种,丰富了中元古代生物组合在原青白口系中,下马岭组与龙山组的古生物组合有较大的区别,尤其龙山组砂页岩中产有宏观藻类化石,具明显固着与直立的“Longfengshania”,据全球古生物记录,该生物应属于1000Ma之后的种群。而下马岭组中微古植物的突出特点为Asper-atopsophosphaeraevlensis,Archaeofavosinasimplex,Brochopsophosphaeraminimus,Microsconcentricainduplicate,Orygmatopspheridiumkerianum,Pterospermopsissoculatus等多文饰的属种,继承了中元古代生物组合的特点,而与龙山组产大量的具核Nucellosphaeridium、具环Zonosphaeridium和具孔Tasmanites的属种有着截然不同的演化组合。因此,据古生物演化分析将下马岭组从青白口系中分出来,置于中元古界,是较为合理的。特别是据宏观藻类将龙山组底界的时代置于1000Ma,与全球生物记录不矛盾。4地质意义和方法的研究(1)在新的元古宇地层柱(图1)中,需要确定1200~1000Ma的地层单位,据目前的地质记录,需要从南方昆阳群或会理群及其他相当的群、组中,以及新疆相关的地层中找寻。若以1200Ma为中、新元古界的界线年龄,则天津蓟县剖面仍然是很理想的中元古界标准剖面或层型剖面。完整的新元古界剖面需在南方确立。(2)下马岭组1368Ma年龄值的测试结果是可信的,还需要对燕山及北京西山地区长城系、蓟县系中的斑脱岩、大红峪组火山岩及侵位于中、新元古界的岩墙进行系统的锆石SHRIMPU-Pb定年,并最终排定中元古界各系和中、新元古界的界线年龄。(3)对中元古代岛弧火成岩(侵入岩及喷出岩)进行系统定年,并讨论其岩石组合与构造环境;尽可能在河北北部与内蒙古找寻已消失的中元古代洋壳残片。(4)板块体制的确立将很容易解释燕辽裂陷槽中层控矿床的成因机制。(5)新一轮的中、新元古界研究应以年代学为主轴,并将带动沉积学、火成岩、古构造、古灾变事件的全面研究,即从地球系统科学高度多学科的综合研究,在最短的时间内取得研究结果,以利地质调查的进行。(6)下马岭组第三段黑色页岩富有机质,北京西山一带下马岭组第三段曾被当地群众当作煤层开采;河北下花园煤矿坑道中的下马岭组第三段黑色层里发现稠油,说明下马岭组第三段是很好的烃源岩层,其中油气沿上覆蔚县运动面(图1)进入龙山组砂岩储层,被景儿峪组泥晶灰岩覆盖,是理想的生储盖组合。本文新定义的长城系、蓟县系中同样具有良好的烃源岩形成条件,并且有较好的储盖层。金之钧在详细讨论塔里木盆地的油气成藏条件、