柴北緣灘間山群的時代及形成環(huán)境

柴北緣灘間山群的時代及形成環(huán)境

0柴北緣-北風帶柴達木盆地北緣（柴北緣）賽什騰山、呂涼山、錫鐵山、沙柳河地區(qū)相繼分布。這些巖石系北西，斷裂帶呈擠壓狀，稱為海灘山群（圖1）。因其中賦存重要鉛、鋅、銅、金等多金屬礦床,是有利的成礦構(gòu)造環(huán)境(裴榮富等,2005),倍受關(guān)注。近年在其邊緣元古界達肯大坂群中發(fā)現(xiàn)超高壓榴輝巖帶后,一些學者提出柴北緣-北秦嶺-大別-蘇魯為同一超高壓變質(zhì)帶(楊經(jīng)綏等,1998;張建新等,2000;史仁燈等,2004;吳才來等,2004),認為柴北緣早古生代曾存在古洋盆和古洋盆向陸塊的俯沖作用,可能發(fā)生陸-陸碰撞及弧-陸碰撞的深俯沖作用,把灘間山群火山巖視為碰撞前的弧火山巖(史仁燈等,2004)。上述認識的合理性,在很大程度上取決于對灘間山群時代及其建造序列的確定,后者恰是本區(qū)關(guān)鍵基礎(chǔ)地質(zhì)問題研究的薄弱處。本文根據(jù)幾年的野外調(diào)查和資料綜合分析,提出一些新認識。1錫鐵山灘間山群形成時代柴北緣灘間山群的研究始于上世紀50年代初對錫鐵山鉛鋅礦床的勘查。最初曾將礦區(qū)的含礦綠巖系稱為“錫鐵山群”,時代歸元古宙。1980年青海省地礦局第一區(qū)調(diào)隊在1∶20萬馬海幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查時,在大柴旦鎮(zhèn)灘間山的聯(lián)合溝測制了一套淺變質(zhì)海相火山巖、碎屑巖夾生屑灰?guī)r的地層剖面,建立“灘間山群”(O3tn)地方性地層單位,劃分5個巖組。因在其下部1巖組灰?guī)r夾層中采到珊瑚、腕足化石,將時代定為晚奧陶世。1988年青海省第五地質(zhì)隊在1∶5萬錫鐵山幅、全集河幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查時,沿用“晚奧陶世”觀點,將錫鐵山灘間山群剖面視為單斜構(gòu)造,由北東向南西從老到新依次劃分出四個巖性組:①下部火山-沉積巖組(O3tna,又稱a巖組):進一步分為上部正常沉積巖段(O3tna-2,主要賦礦層位)下部基性和酸性火山巖互層段(O3tna-1);②中基性火山碎屑巖組(O3tnb,又稱b巖組);③紫紅色砂巖組(O3tnc,又稱c巖組);④上部中基性火山巖段(O3tnd,又稱d巖組):進一步為頂部中基性熔巖段(O3tnd-4);上部中基性火山碎屑巖段(O3tnd-3);正常碎屑沉積巖段(O3tnd-2);下部基性火山碎屑巖段(O3tnd-1)。此后,對灘間山群時代雖有一些不同的看法,如李懷坤等(1999)根據(jù)a巖組中變英安巖鋯石U-Pb年齡為486±13Ma,認為灘間山群時代為早奧陶世?？傮w看,上世紀80年代以來,在涉及灘間山群時,多數(shù)文獻沿用“晚奧陶世”觀點和“四巖組”劃分方案,不但出現(xiàn)錫鐵山礦區(qū)的地層劃分方案與區(qū)域劃分方案難以對比局面,而且一些學者在解釋柴北緣早古生代陸殼拉開→沉積海盆形成→海盆碰撞閉合的大地構(gòu)造演化過程、巨厚火山-沉積建造、超大型鉛鋅礦床成礦期等的時間問題時,均限制在短短的晚奧陶世內(nèi)“速成”。2柴北緣o3tnd3-4巖組的地層背景及巖組特征90年代末以來,隨著錫鐵山礦區(qū)找礦工作的不斷深入,許多專家都認識到礦區(qū)的地層疊置關(guān)系并非簡單的單斜構(gòu)造。先后提出倒轉(zhuǎn)背斜(袁奎榮等,1996)、褶疊層(汪勁草等,2000)、復式向斜(趙鳳清等,2003)、“口袋狀”倒轉(zhuǎn)向斜1等多種認識。在前人研究基礎(chǔ)上,作者首先通過實測錫鐵溝山灘間山群剖面,用構(gòu)造-地層和火山-沉積學方法劃分巖性層(段),分辨巖性段的上、下關(guān)系,確定層序,并結(jié)合近三年錫鐵山礦區(qū)深部找礦工程資料,證實了復式倒轉(zhuǎn)向斜的存在。之后,又對柴北緣灘間山群的建群剖面及萬硐溝、公路溝等剖面進行詳細觀察與對比。認為灘間山群的劃分,至少有以下幾點值得重新認識:(1)原建組剖面中各巖組之間的整合接觸關(guān)系和單斜構(gòu)造的認識多不可靠。野外調(diào)查表明,灘間山群變形強烈,倒轉(zhuǎn)層序、逆沖斷層和韌性剪切帶發(fā)育,巖組間多為斷層接觸。并在多期“構(gòu)造巖片”疊置和地層的漸進式拆離滑脫(馬潤勇等,2005)影響下,層序十分復雜。(2)灘間山群中部的紫紅色砂巖組(O3tnc巖組),不是呈單斜狀整合于上、下火山巖組(或b、d巖組)之間。在灘間山萬硐溝一帶可見其以明顯的角度不整合超覆于原O3tnb巖組之上(圖2),接觸面波狀起伏。O3tnc紫色砂礫層向北西方向逐層超覆,底礫巖中含下伏O3tnb巖組中的褐色鐵錳質(zhì)大理巖礫石,并發(fā)育有下粗上細的粒序?qū)印?3)O3tnc巖組的變質(zhì)程度很低,為淺變質(zhì)砂(礫)巖、千枚巖-板巖,片理化弱,原巖結(jié)構(gòu)構(gòu)造十分清晰。而其上、下火山巖組(b、d巖組)變質(zhì)達綠片巖相,原巖結(jié)構(gòu)構(gòu)造殘存極少。是不同變質(zhì)期的產(chǎn)物。在錫鐵山溝剖面中段采集紫紅色千枚巖同位素測年樣一組,獲得Rb-Sr等時線年齡313±1Ma(圖3),在中石炭世范圍。從地質(zhì)角度分析,該年齡值不能說明地層的確切時代,應代表變質(zhì)年齡。但至少說明,O3tnc紫色巖組未經(jīng)歷灘澗山群主變質(zhì)期(加里東晚期)構(gòu)造-熱事件,是主變質(zhì)期之后的產(chǎn)物,為不整合超覆在灘間山群之上的陸相碎屑沉積,應從灘間山群分出。(4)巖性組合對比分析發(fā)現(xiàn),柴北緣區(qū)域上的O3tnb巖組與錫鐵山礦區(qū)的O3tnb巖組的層位不同:區(qū)域上的O3tnb巖組厚1800～2000m,為中基性火山凝灰?guī)r、安山巖、安山玄武質(zhì)熔巖夾沉積巖,延伸穩(wěn)定,它與錫鐵山礦區(qū)的O3tnd3-4的巖性組合(中基性凝灰?guī)r、安山巖、安山玄武熔巖夾沉積巖)及變化完全相似,僅厚度稍小(908.19m),可以對比,應為同一巖性層位。錫鐵山礦區(qū)的O3tnb巖性組,受斷層影響地表出露寬度僅20～50m,主要為一套綠泥(石英)片巖夾薄層大理巖。近年,10余個鉆孔揭露到其深部的變英安流紋質(zhì)火山碎屑巖,我們在礦區(qū)東段綠石崗一帶原O3tnb中又發(fā)現(xiàn)變玄武質(zhì)凝灰?guī)r-變英安流紋質(zhì)火山巖組合的巖性剖面,厚約40m,具有與O3tna-1相同的雙峰式火山巖特征。詳細對比發(fā)現(xiàn),錫鐵山礦區(qū)的O3tnb與O3tnd-1、O3tna-2與O3tnd-2分別為對應的巖性組?；跇?gòu)造地層和火山-沉積特征、同位素年齡等的綜合分析,本文重新厘定的灘間山群見表1。3海灘山群時代為確認灘間山群的時代,我們從以下方面開展綜合研究。3.1礦床形成時代對上世紀80年代以來區(qū)調(diào)工作發(fā)現(xiàn)的和零星論文上發(fā)表的灘間山群中的化石,重新逐一核查,歸納整理結(jié)果見表2。絕大部分化石為只能鑒定到“屬”的非“標準化石”。這種情況下,宜用化石組合帶或頂峰帶時限確定地層時代。如此,灘間山群O3tna-1巖組的化石組合帶時限應為早奧陶世至晚奧陶世,頂峰帶時限至少應為中奧陶世。表中時代意義相對較明確的化石是直脊貝和古石柱珊瑚,分別為中奧陶世和晚奧陶世化石。原定年的另一重要依據(jù)是在錫鐵山礦區(qū)Ⅰ礦帶底部含硅泥質(zhì)大理巖(O3tna-2)中發(fā)現(xiàn)三角脊牙形刺相似種化石(鄔介人等,1987)。一般情況下,牙形刺組合才有明確的時代意義,單個化石只能參考。實際上,這一牙形刺化石,時代分布為整個奧陶紀。而且,鄔介人同時公布的灘間山群下部火山巖(O3tna-1)首個全巖Rb-Sr等時線年齡為464.6Ma(屬中奧陶世),也不在晚奧陶世范圍。從已采集到的古生物化石組合看,灘間山群中的沉積巖部分的形成時代至少應為中奧陶世至晚奧陶世,將灘間山群時代全歸晚奧陶世并不恰當。3.2柴北緣早古生代灘間山群是裂谷在擴張→閉合演化過程中的產(chǎn)物,對裂谷演化過程中的構(gòu)造-熱事件分析,也可為灘間山群的形成時代提供佐證。據(jù)近年研究資料(吳才來等,2004;孟繁聰?shù)?2005),柴北緣早古生代變質(zhì)帶及其旁側(cè)的達肯大坂群片麻巖中存在三種早古生代花崗巖組合,揭示了柴北緣早古生代有三次重大構(gòu)造-熱事件,平均時間大致為473Ma、446Ma和397Ma。其中Ⅰ類花崗質(zhì)巖漿作用于陸緣伸展環(huán)境,并與柴北緣超高壓榴輝巖的退變質(zhì)作用時間(494Ma)大致相同。Ⅱ類花崗質(zhì)巖漿作用形成于同碰撞環(huán)境。Ⅲ類花崗質(zhì)巖漿作用于碰撞后環(huán)境。灘間山群應是這些構(gòu)造-熱事件過程中的地層記錄。3.3灘間山群形成時代探討本文收集了近十幾年來有關(guān)灘間山群及相關(guān)地質(zhì)體的同位素年齡數(shù)據(jù),從灘間山群成巖與變質(zhì)年齡、榴輝巖的形成與退變質(zhì)年齡、早古生代構(gòu)造熱事件等的時間對應關(guān)系看(圖4),柴北緣早古生代多種地質(zhì)作用有規(guī)律變化。其中,灘間山群火山-沉積建造的成巖與變質(zhì)作用時限區(qū)間與重大地質(zhì)事件能耦合。綜上,灘間山群的古生物化石組合、同位素測年數(shù)據(jù)和構(gòu)造熱事件能相互佐證。由此得出結(jié)論:灘間山群的主體時代至少應為整個奧陶紀;灘澗山群中鋯石年齡可以代表早期成巖年齡,全巖Rb-Sr等值線年齡代表晚期或主體年齡,K-Ar法年齡可代表變質(zhì)年齡;496～440Ma應為灘澗山群形成的總體成巖年齡區(qū)間,435～415Ma應為灘澗山群主變質(zhì)期年齡區(qū)間。值得一提的是,灘間山群下部與元古界達肯大坂群之間多為斷層接觸,二者間常見的退色過渡帶(原巖應為碎屑巖)極有可能延伸到晚寒武世。同樣,灘間山群上部亦未見頂,若考慮古生物化石Agetolitessp.的時限和相鄰的南祁連洋在早寒武世中晚期打開、志留紀末封閉的大地構(gòu)造演化過程(車自成等,2002;姜春發(fā),2004),灘間山群時代有可能延至早志留世。這有待更深入研究證實。4關(guān)于海灘山區(qū)的一些地質(zhì)構(gòu)造問題的討論4.1柴北緣榴輝巖形成時代探討繼楊經(jīng)綏等(1998)、張建新等(2000)、吳才來等(2004)報道柴北緣都蘭和魚卡等地發(fā)現(xiàn)榴輝巖以來,榴輝巖帶及其地質(zhì)意義引起地學界重視,一些學者相繼開展年代學及成巖動力學條件研究。課題組也先后在錫鐵山、綠梁山、魚卡等地多處發(fā)現(xiàn)榴輝巖。它們在產(chǎn)出上具以下特點:(1)呈透鏡狀、不規(guī)則條帶狀和巖片狀產(chǎn)于達肯大坂群中,沿北西西向柴北緣斷裂帶北側(cè)零星分布,分布區(qū)間約300km,形成一條顯著的榴輝巖帶,是高壓-超高壓變質(zhì)帶的重要標志。(2)榴輝巖與達肯大坂群白云石英片巖、二云斜長片巖、片麻巖等的接觸界線分明,尖滅快,透鏡體規(guī)模差別大,長軸一般在5～30m之間。魚卡榴輝巖的圍巖(花崗片麻巖)鋯石U-Pb年齡為1190±39～928±18Ma(郝國杰等,2001)。至今,尚未在灘澗山群中發(fā)現(xiàn)榴輝巖體。(3)榴輝巖具塊狀、條帶狀和片麻狀構(gòu)造,不等粒變晶結(jié)構(gòu)。主要由綠輝石、石榴石組成,含少量藍晶石、金紅石和短柱狀石英。綠輝石發(fā)生強烈角閃石化和綠簾石化,石榴石可見層圈構(gòu)造,沿裂隙或圈層有較多細小石英、白云母、黑云母,說明榴輝巖形成后遭受過不同程度的退變質(zhì)作用。(4)關(guān)于榴輝巖的年代問題,近年取得以下重要認識:魚卡河榴輝巖Sm-Nd等時線年齡值(545±8Ma)代表超高壓變質(zhì)年齡(王惠初等,2004),鋯石的U-Pb年齡(494.6±6.5Ma)和多硅白云母的Ar-Ar坪年齡(466.7±1.2Ma,等時線年齡465.9±15.4Ma)分別代表榴輝巖的峰期變質(zhì)年齡和退變質(zhì)過程中的冷卻年齡(張建新等,2000);沙柳河榴輝巖中鋯石U-Pb年齡為484.6±3Ma(郝國杰等,2001);孟繁聰?shù)?2005)用鋯石U-Pb法(TIMS)和SHRIMP測年,獲得錫鐵山地區(qū)的高壓-超高壓變質(zhì)作用發(fā)生的時限為500～485Ma,高角閃巖相變質(zhì)作用發(fā)生在435±7Ma,榴輝巖和片麻巖折返后發(fā)生花崗質(zhì)巖漿上侵的時代為428±1Ma;郝國杰等(2004)認為沙柳河-魚卡超高壓碰撞帶的榴輝巖、蛇綠巖為新元古代和早古生代兩期重要碰撞事件的結(jié)果。綜上,柴北緣的榴輝巖從高壓-超高壓變質(zhì)期(545～485Ma)到折返退變質(zhì)期(466～440Ma),平均時差大于50Ma,其退變質(zhì)時間在灘澗山群的形成時限(496～440Ma)范圍內(nèi)。顯然,超高壓變質(zhì)作用發(fā)生的時間總體應早于灘間山群,將灘間山群火山巖作為超高壓榴輝巖帶形成前的古洋盆向陸塊俯沖過程中的島弧火山巖(史仁燈等,2004),值得商榷。從成礦角度看,如果灘間山群形成于超高壓變質(zhì)作用之前,其中的超大型噴流沉積鉛鋅礦床(錫鐵山等)在超高壓變質(zhì)作用下,還能否如此完好保存,也值得考慮。4.2山帶基性巖年齡柴北緣超高壓變質(zhì)帶中,還斷續(xù)分布大小不一的基性-超基性巖體,包括蛇紋巖、蛇紋橄欖巖、橄輝巖、輝長巖、輝石巖、角閃石巖和變質(zhì)基性熔巖等,類似蛇綠巖組合,但序列不完整或不清。在錫鐵山-綠梁山-賽什騰山一帶,呈透鏡狀或巖片狀產(chǎn)于達肯大坂群中,緊鄰灘間山群,產(chǎn)狀及產(chǎn)出區(qū)間與榴輝巖相似,變質(zhì)達角閃巖相。除圖4中所列的超基性巖體同位素年齡數(shù)據(jù)外,綠梁山蛇綠巖Sm-Nd和Rb-Sr等時線年齡分別為780±22Ma和768±39Ma(楊經(jīng)綏等,2004)。據(jù)目前資料看,基性-超基性巖形成年齡集中在780～496Ma之間,與榴輝巖形成時代相似或更早。楊經(jīng)綏等(2004)認為,綠梁山一帶的變質(zhì)基性-超基性巖(蛇綠巖組合)為新元古代洋殼,與柴北緣的榴輝巖在成分和時代上可以對比,可能就是榴輝巖的原巖。說明基性-超基性巖體與灘間山群的形成時間不一致,二者也是不同構(gòu)造演化階段的產(chǎn)物。4.3柴北緣早古生代構(gòu)造發(fā)育我們認為柴北緣地區(qū)從新元古代-早古生代的大地構(gòu)造演化可能存在兩次陸殼開合演化過程:(1)柴北緣的“南—新元古代-早古生代初的開合演化過程近年的研究表明,原達肯大坂群內(nèi)部變質(zhì)沉積建造差異很大,可“一分為二”:①南西帶的魚卡河-綠梁山-錫鐵山-阿木尼克山、野馬灘-沙柳河等地的二云斜長片麻巖、花崗片麻巖夾斜長角閃片巖等稱為魚卡河群(陸松年等,2002)或沙柳河群(郝國杰等,2004),同位素年齡928～1420Ma(王惠初等,2004),相當于中元古代-新元古代,上覆具沉積蓋層性質(zhì)的寒武系萬硐溝群(碳酸鹽巖及泥質(zhì)巖建造),二者之間為斷層或角度不整合接觸;②北東帶的德令哈-烏蘭一帶(歐龍布魯克微陸塊)的以斜長角閃片麻巖夾重熔淺色脈體為主的深變質(zhì)巖系稱達肯大坂群,U-Pb同位素年齡1939～2205Ma(郝國杰等,2004),屬古元古界。結(jié)合上述魚卡河-沙柳河一帶存在同位素年齡為496～780Ma的類蛇綠巖組合,指示新元古代在柴達木地塊和歐龍布魯克微陸塊之間存在一次大陸裂解→洋殼化過程。新元古代末-早古生代初,洋殼封閉,造成魚卡河群褶皺變質(zhì),在古洋殼向陸塊俯沖、陸-陸碰撞和巖石圈增厚過程中,形成超高壓榴輝巖。20世紀90年代以來,國內(nèi)外前寒武紀研究學者普遍認為,在大約1000Ma前的地球演變史中,曾存在一個羅迪尼亞超大陸(RodinianSupercontinent)。就研究區(qū)及周邊而言,在羅迪尼亞大陸形成之后,祁連地區(qū)在新元古代(約800～750Ma)出現(xiàn)一次大陸裂解→洋盆形成→洋盆閉合過程(郭進京等,1999;楊經(jīng)綏等,2004;翟明國,2006)。柴北緣該時期的大陸裂解-洋殼化→俯沖、碰撞過程應是區(qū)域巖石圈“開-合”演化的結(jié)果。當然,該洋盆的規(guī)模、空間位置與俯沖-碰撞機制等均有待深入細致研究。(2)灘間山群形成環(huán)境本文提出的灘間山群層序中,(下部)火山碎屑巖組(O1-2th)→(中部)沉積巖組(O3tc)是海進巖系,(上部)熔巖次火山巖組(O3ty)與礫巖碎屑巖組(