区域地质演化史

区域地质发展简史~

研究区所在的大地构造位置围限于扬子陆块、柴达木陆块及羌塘-昌都陆块之间，它的形成及演化必将与3个陆块的离散与汇聚有关，故在长期的地质时期演进过程中盆地性质亦几经转化，最终于晚三叠世晚期或侏罗纪初期盆地充填封闭，并由此形成松潘-甘孜古特提斯-特提斯造山带（汪校锋，2005）。依据区域地质资料，其演化过程大体经历了如下几个阶段：
1.原特提斯阶段（Z—S）
黄河源区褶皱基底主体部位未出露。区域上扬子陆块西缘经晋宁运动后，由中、新元古代的活动陆缘转变为被动陆缘，于前震旦纪火山弧的基底上发育了一套震旦纪—志留纪巨厚浅海—深海相沉积盖层。西倾山（扬子陆块裂离的微陆块）沉积史表明，大约在泥盆纪—石炭纪开始了碳酸盐缓坡、台地的发育，由此黄河源区进入了古特提斯演化阶段。
2.古特提斯阶段（D—T2）
为巴颜喀拉古特提斯演化的主要时期。从早古生代昆仑前峰弧和康滇陆缘弧裂离出来的唐古拉-他念他翁残余弧，构成了泛华夏大陆西南缘的晚古生代前峰弧（潘桂棠等，2002），此时期巴颜喀拉山盆地则构成这一残余弧之北的弧后盆地，并可能由于热幔柱上涌而引起弧后盆地的不断扩张，出现了阿尼玛卿、甘孜-理塘、金沙江等一系列扩张脊，导致巴颜喀拉古特提斯多岛洋形成，在区内发育了一套浅海—次深海相马尔争组生物滩、中基性火山溢流喷发、高密度浊流沉积组合。晚二叠世，因扬子陆块的向西楔入，巴颜喀拉洋域双向（北向柴达木陆块，南向羌塘-昌都陆块）俯冲消减，在其南北活动陆缘形成了一系列蛇绿混杂岩带（阿尼玛卿、甘孜-理塘、金沙江）、火山岛弧（义敦、江达-德钦、巴塘等）及弧前增生楔。北缘洪水川组、闹仓坚沟组碎屑岩明显地表现为北薄南厚的增生特征，并在弧前增生楔及阿尼玛卿蛇绿混杂岩带的南侧斜坡部位，发育了巴颜喀拉山群砂岩板岩组（TB1）和砂岩组（TB2）海底扇（中内扇-中扇）浊流沉积。
3.特提斯阶段（T2—T3）
中—晚三叠世因古太平洋的向西俯冲，驱动了扬子陆块向巴颜喀拉作陆内楔入，柴达木隆起及东昆仑山链向南冲断（兼有左行走滑）位移，使巴颜喀拉因冲断荷载而发生地壳挠曲沉降，周缘前陆盆地形成，沉积了一套早期同造山（TB2、TB3）浅海-次深海复理石中-外扇细浊积岩。同造山后期早侏罗世年保组陆相火山质磨拉石沉积显示，巴颜喀拉-松潘-甘孜造山带形成而结束了洋陆转换的全过程，相应特提斯主海域也迁至班公湖-怒江一带。
4.侏罗纪—新近纪区域持续挤压阶段
据区域资料，侏罗纪—新近纪，黄河源区处于陆内持续挤压、隆升造山的盆山构造期。在这一时期的早—中侏罗世，仅于巴颜喀拉东南部等地区发育局部裂陷，形成内陆湖泊成煤盆地，并兼有陆相裂陷或中酸性火山喷发活动。白垩纪局部断陷成湖，形成红色陆相碎屑岩沉积，与侏罗纪地层一并构成了巴颜喀拉周缘前陆盆地之零星沉积盖层。但本区缺乏相应的沉积记录，从而表明在这一演化阶段，黄河源区可能一直处于区域性持续挤压、陆内隆升造山之中，隆升与剥蚀占据主导地位。
5.新近纪内陆群湖发展阶段
进入新近纪，受印度板块与欧亚板块碰撞应力远程效应影响，黄河源区构造活动性加剧，出现一系列断块山与断陷盆地间列的构造-古地理格局，且贯穿巴颜喀拉山主脊及其南北两侧。研究区内曲果组相对强烈的断裂及褶皱变形及巴颜喀拉山群普遍逆冲其上，也表明了新近纪与第四纪之交构造运动较为强烈，并由此进入第四纪演化阶段。

以三次大海侵为标志,可以把三清山地区10亿多年的地质演化发展历史分为三大的演化阶段,若干个演化时期,见表2.1。

表2.1 三清山地区构造运动演化

(据杨明桂等,2009;章森桂等,2009修改)
(1)从中元古代到震旦纪中期
距今1400Ma的中元古代,当时三清山地区的地壳运动处于沉降阶段,海水浸没达4亿年之久,沉积数千米厚的复理石沉积建造,并夹杂有海底火山喷发物。晋宁运动才结束了三清山的沉降历史,地壳开始逐渐抬升为陆地,三清山地区进入相对稳定的地台发展阶段。
距今1000Ma的新元古代,三清山地区是华南洋中的一个岛弧,北为扬子古板块、南为华夏古板块。约900Ma前后,扬子古板块与华夏古板块碰撞,成为罗迪尼亚(Rodinia)超大陆的组成部分,洋盆消失,形成了赣东北古板块结合带,留下了珍贵的古洋壳残迹,即蛇绿混杂岩带和蓝闪石片岩(是古板块对接的重要见证)。
距今800Ma左右,三清山地区进入裂谷期,罗迪尼亚超大陆裂解,三清山位于扬子大陆板块与华南裂谷海盆之间的过渡带,形成海相磨拉石、复理石和双峰式火山岩建造。区内处于陆表海的沉积环境,以碎屑建造为主;随着“雪球地球”事件出现,留下了古冰川活动遗迹——南沱组冰碛砾岩。
(2)震旦纪晚期到晚奥陶世
在距今600Ma的震旦纪晚期,海水又浸没了三清山地区达1.6亿年之久,一直延续到奥陶纪末期。震旦纪晚期,陆壳基本固结,气候转暖,冰雪消融,并形成了广泛的海侵,其间沉积超过4000 m厚的浅海相砂岩和碳酸盐岩建造,并出现了三叶虫、笔石和海绵等海相古生物。
早寒武世,三清山地区为半障壁性质的潮下浅水海盆,属缺氧环境,形成了富含钒、铀、硫、磷等元素的黑色页岩,底部夹石煤层。早寒武世晚期—晚寒武世,海侵范围扩大,沉积了约数百米厚的浅海相碳酸盐岩和钙泥质沉积物,并发生了生物大爆发,三叶虫、腕足类生物大量出现。
奥陶纪早中期,海洋水体比较稳定,有利于笔石动物的繁衍,形成了笔石页岩建造。奥陶纪晚期沉积了介壳相碳酸盐岩建造。奥陶纪末,地壳总体处于逐渐抬升状态,水体变浅。加里东造山运动第一幕使三清山地区再次“变海为陆”。
(3)早志留世到第四纪
在距今440Ma的志留纪早期,发生第三次大海侵。志留纪早中期,沉积了具类复理石构造特征的碎屑建造。加里东运动使地壳整体抬升,遭受较长时期的剥蚀夷平,因而三清山地区缺失志留纪中后期、泥盆纪早中期的沉积。
晚泥盆世时,古特提斯海水侵入华南古大陆,三清山地区在晚泥盆世至三叠纪早期沉积了以滨浅海相泥砂质建造、碳酸盐岩建造、海陆交互相的碎屑建造和含煤建造。
中三叠世末,印支运动强烈作用,结束了包括三清山在内的大规模海侵历史,欧亚板块与太平洋板块发生强烈碰撞并产生挤压抬升,盖层继而发生强烈褶皱与断裂,发生了区域性地壳隆升,形成了中、上三叠统间普遍的角度不整合接触。华南古大陆成了欧亚大陆板块的组成部分(程裕淇等,1994;马丽芳等,2002)。印支期我国的地质构造应力场发生转变,构造应力场以北西西向为主,中国大陆结束了南海北陆的状况,开始东西分异(黄定华等,1999)。
距今180Ma的燕山运动也是我国地质构造发展的另一个新阶段。燕山期中国东部地区岩浆活动十分强烈,中期达到顶峰,并伴有大规模的酸性火山喷发和岩浆侵入活动。晚侏罗世至早白垩世,随着太平洋板块的俯冲挤压,三清山地区发生中酸性岩浆喷发活动,形成钙碱性的中酸性火山岩组合,可划分为石溪和周家店两个岩浆活动旋回(同位素年龄为91.7～110.8Ma与119.2～128.3Ma,王勇等,2002)。早白垩世在拉张的构造环境下,三清山地区酸性岩浆大规模强烈上侵冷凝,形成了大面积的“三清山花岗岩体”(张星蒲,2001)。三清山花岗岩体的物质基础从此形成,三清山进入内陆发展的新阶段。可以说,中生代是三清山花岗岩的奠基时期。此后,又通过新生代的塑造,才造就了现今的奇特的花岗岩景观和独特的生态系统,特别是距今2～3Ma的新构造运动将三清山花岗岩体多次抬升,才形成现在的地质地貌和生态格局。

前人大量的同位素年代学及同位素示踪研究表明，新疆北部地区存在有4个不同时代基底的大陆地块，即塔里木地块——具有太古宙基底；天山地块——具有古元古代的基底；准噶尔地块——具有中元古代—新元古代的基底；阿尔泰地块——具有古—中元古代的基底。新疆北部地区的地质历史最早应追溯到3300～3000Ma前，在塔里木地块北缘库鲁克塔格地区的一套古—中元古代杂岩构成了我国西部地区古—中元古代的原始大陆地核，并可以与欧亚大陆中其他大陆核相呼应。塔里木地块古—中元古代大陆核经过大约2800Ma和2500Ma前的构造、变质、岩浆活动，逐渐扩大和成熟，形成了塔里木地块的古老基底，且干布拉克矿区混合岩化斜长角闪岩Sm-Nd全岩等时线年龄为2453Ma，ε_Nd（t）=+2，西山口一带被震旦系不整合覆盖的蓝石英花岗岩中单粒锆石蒸发Pb同位素年龄（2487.7±5.1）Ma（高振家，1990），大陆地壳进一步扩大（例如，辛格尔南片麻状花岗岩的全岩Rb-Sr等时年龄为2028Ma±82Ma）。辛格尔运动（大约2500～2400Ma前）之后，进入了元古宙的演化阶段。随着海洋的逐渐扩大，出现了巨厚的陆源碎屑岩和碳酸盐岩的沉积，局部地区也有火山喷发活动，兴地塔格群不整合覆盖于太古宙杂岩上，为第一个元古宙的盖层，其底界年龄由Pb-Pb全岩等时线年龄确定为（2399±33）Ma，ε_Nd（t）＝+4.3。在大约2000～1900Ma前，正值兴地运动期间，塔里木北缘地区普遍发生了一次区域变质作用，形成大量的混合岩化花岗岩，使得在大约2000～1800Ma前的一次重要的壳幔分异事件形成了近东西向的天山基底，天山东段星星峡群变质岩系得到的Sm-Nd全岩等时线年龄为（1829±143）Ma，ε_Nd（t）=4.5；天山西段温泉群变质岩1727Ma，ε_Nd（t）=＋5.3，以及一些花岗岩的Sm-Nd模式年龄等均说明了这次地壳增生事件的存在，与世界上广泛发生的一次地壳构造运动相一致。

阿尔泰地块的基底也在这一时期形成，阿尔泰地区一系列花岗岩、火山岩及变质岩的单个样品的Sm-Nd同位素模式年龄多数在1600～1300Ma范围内，这与富蕴附近出露的变质岩的时代，以及西延至哈萨克斯坦部分的锆石U-Pb年龄大约1400Ma是相一致的，因此，它可能反映了基底物质的地壳存留时间，考虑到“混合”的因素，1600～1300Ma应该是基底中古老地壳物质的最低年龄，即阿尔泰的基底应该至少是中元古代的。何国琦等（1989）在福海县达汗的里等花岗片麻岩中曾获得过1800～2400Ma的U-Pb年龄；本文在用铅同位素讨论阿尔泰诺尔特地区阿提什花岗岩体的成因时，也推算得到了2071Ma的壳幔分异时间，该年龄反映了阿尔泰地区地壳的形成时间。因此，阿尔泰地块应具有古—中元古代的基底。

大约1600Ma前，进入中元古代后，天山与塔里木地区有着不同的特征。在塔里木地块北缘，爱尔基干群不整合覆盖于兴地塔格群之上；在柯坪塔格，出露了产状平缓的阿克苏群等，其Pb-Pb全岩等时线年龄为（1663±16）Ma和（1596±66）Ma，可以作为这段地质历史时间的记录。天山地区缺乏这段时间地质作用的同位素年龄记录。但是到了中元古代的中期，即长城纪末，天山以北地区却发生了大规模的构造、岩浆、变质作用。在天山西段，长城纪时处于相对稳定沉积环境的特克斯群发生褶皱运动，其上被蓟县系科克苏群不整合覆盖；在天山活动区，则取得了大量大约1400Ma的年龄数据，如和静县艾肯达坂硅质岩Rb-Sr全岩等时线年龄（朱杰辰等，1986）。另外，在阿尔泰地区富蕴附近沿东西向分布的混合岩化片麻岩等变质岩也可能是这个时期壳幔分异作用产生的大陆地壳，但是尚无地质证据来支持大约1400Ma的地质作用。这一时期，塔里木北缘地区，相对比较稳定。蓟县纪时期，全区相对稳定，除局部地区褶皱隆起外，天山和塔里木大部分地区都处于长期稳定的沉积状态。在广阔的滨海、浅海环境中普遍沉积了巨厚的以镁质为主的碳酸盐岩层。蓟县纪末期的阿尔金运动影响范围比较广泛。塔里木边缘开始褶皱隆起，在东大山震旦系冰碛砾岩中，巨大花岗岩砾石的黑云母⁴⁰Ar/³⁹Ar年龄谱中出现的视年龄1080Ma就是这一运动的反映。在天山地区，地质构造运动表现得比较强烈，不但发生了变质作用，同时还伴有岩浆的侵入，甚至发生了壳幔分异作用。

塔里木运动发生在大约800Ma前，尤其在塔里木北缘地区，大量的年龄数据表明900～800Ma前，这里发生过强烈的区域变质、混合岩化作用。之后，在局部地区，如辛格尔以南地区，开始隆起。在天山地区，由于后期地质运动的影响，尤其是受到海西运动强烈的改造，仅局部保留了这个时期的运动痕迹。塔里木运动使塔里木及天山的前震旦系地块最终形成。此后，在整个范围内，震旦系不整合覆盖于青白口系之上。震旦纪时期，塔里木北缘除局部地区处于沉积环境外，大部分地区处于隆起、剥蚀构造环境，而天山与阿尔泰地区则处于沉积变质环境。

在古生代，准噶尔大洋壳的形成、扩张以及大陆块的俯冲等构造运动制约了新疆北部大陆地壳的演化与发展。由唐巴勒蛇绿岩套浅色辉长岩榍石及长石的Pb-Pb等时线以及辉长岩的Sm-Nd等时线的年龄结果表明，西准噶尔大洋壳形成的时间大约从500Ma前开始，并延续到大约400Ma前。由于洋壳的逐步形成、扩张以及不断地向北部西伯利亚板块和南部的塔里木板块俯冲等，使新疆北部大陆地壳活跃起来，处于多次的拉张－挤压过程，岩浆侵入，火山喷发作用十分频繁，从新疆北部地区所获得的同位素年龄数据看，在400Ma、350Ma、300Ma、250Ma等年龄范围内获得了大量的年龄数据，在年龄统计图中形成高峰值，尤其在海西早期400Ma及中—晚期300Ma和250Ma尤为明显。在这个阶段，由于板块之间的碰撞、深大断裂的形成、壳幔物质相互循环等，一些成矿元素不断由地幔带入地壳，通过壳内岩浆作用进一步演化富集成矿。因此，晚古生代是天山、准噶尔、阿尔泰等地区贵金属和有色金属的成矿期。在大约350～300Ma前，由于板块之间的碰撞，新大陆形成，3个板块逐渐闭合成一体。古生代以后，塔里木北缘在振荡式的隆起过程中，处于一个相对稳定的环境。因此有利于生油、储油，而天山以北地区造山运动频繁，提供了金属矿产的成矿条件。二叠纪之后，整个新疆北部呈现整体上升的格局，从过去的动荡不定逐渐走向稳定的过程。

在中、新生代时期，南北方向上的挤压使构造活动又活跃起来。前人及本次研究在阿尔泰地区获得一些印支、燕山期时间范围内的年龄数据，特别是一些⁴⁰Ar/³⁹Ar,Rb-Sr全岩等时线、锆石U-Pb等计时方法的年龄结果均表明中生代构造、变质作用及成矿作用的存在，并可能存在中生代的岩浆活动。另外，由⁴⁰Ar/³⁹Ar计时方法确定了青河西北的玄武岩属新第三纪，年龄为18Ma（胡霭琴等，1994），证实了新疆北部阿尔泰地区有新生代的火山喷发活动。

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