华南奥陶华南五峰组龙马溪组与华北下马岭组的钾质斑脱岩及黑色岩系两个地史转折期板块构造运动的沉积响应.docxVIP

华南奥陶华南五峰组龙马溪组与华北下马岭组的钾质斑脱岩及黑色岩系两个地史转折期板块构造运动的沉积响应

0层圈耦合及对比

地裂缝延伸段，尤其是蛇绿岩带和前陆盆地沉积等大陆边缘材料的记录，无疑是历史学家确定古板块界限、恢复旧大陆结构最直接、最重要的依据。但是,越是形成年代久远、规模越小的克拉通板块,其早期增生边缘在后期构造运动及岩浆活动等过程中的改造和破坏程度也会越严重,从而使上述依据往往消失殆尽。中国的华北及华南就是这种情形,尽管在具体组成上存在明显差异。

关于华北地块以及华南地块在不同的地史时期的构造古地理格局,经过中外学者长期不懈的努力,近20年来取得了重大进展[1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,1,4,6,7,9,13]。但关于某些时段的具体问题,迄今仍存在着很大争议,比如新元古代华北地块与Rodinia超大陆或联合古陆Pangea850之间关系[5,6,8,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,6,17,23,24,25],以及早古生代扬子地块和华夏地块之间的关系[1,4,5,9,13,15,27,28,29,30,31,32,33,34,35,1,4,9,13,27,29,30,31]等。其中一个重要原因,就是上述相应记录的缺失或者难以识别。那么,能否根据层圈耦合的观点,在这一时代的板内盆地中寻找其他物质记录,并以此推测、反演可能曾经发生过的构造运动呢?

黑色/暗色页岩-板岩岩系是一类特殊的沉积组合,主要代表相对缺氧的还原静水环境,通常出现在深海及远洋区。一些学者注意到,克拉通出现的这类沉积,往往与该板块边缘地区特殊的构造古地理背景和引力场相关,同时,斑脱岩或沉凝灰岩往往源于大陆边缘或岛弧地区的火山喷发,与板块俯冲及碰撞对接等过程相联系[39,40,41,42,43,44]。由于这两类沉积往往可以完好地保存在远离大陆边缘的克拉通内部盆地中,对其进行深入研究,就有可能获取有关大地构造背景的重要信息。欧美学者通过对北美古生代黑色岩系的时空分布,以及劳伦大陆周边地区早古生代钾质斑脱岩的分析等[39,40,41,42,43,44],成功再造了相应的构造古地理格局及其演化。从理论上讲,如果能够在黑色岩系当中发现这类斑脱岩,就能将两者的优势结合起来,更加有效地开展这类工作。

华南奥陶纪—志留纪之交的五峰组—龙马溪组底部,以富含笔石化石的黑色碳质页岩、碳硅质页岩为特征。近年,笔者在华南广大范围内的这段地层中发现了多层钾质斑脱岩,并初步确认了其可比性,表明在这个时期,扬子地块及其周边地区曾发生过多次大规模的火山喷发。这些斑脱岩的源岩岩浆为中酸性火山岩,源于同碰撞岛弧及板内背景。研究表明,这套含有钾质斑脱岩的黑色页岩,代表了华夏地块与扬子地块碰撞阶段在稳定克拉通内部及其边缘地区形成的物质记录。

近来的研究发现,华北新元古界下马岭组,也存在着与华南五峰组—龙马溪组底部类似的岩性组合,也是以黑色碳硅质页岩-板岩为主,并夹有多层斑脱岩,它们在纵向地层序列上也与华南有着很强的可比性(图1)。因此我们认为,新元古代华北地块边缘,可能也曾发生过类似于华南早古生代那样的板块构造活动。

根据现有资料[5,6,8,14,15,16,17,18,19,20,23,24,25,26,50,51,52,53,6,17,23,24,25,50,51,52,53],华北新元古界下马岭组及其上下地层恰好形成于Rodinia超大陆发育的高峰阶段,并与新元古代宏观藻类为代表的生物群的辐射演化期在时间上密切相关。因此,以钾质斑脱岩与相应层位的黑色岩系为重要线索,研究这个时期的构造古地理及层圈耦合作用,对于进一步认识这个时期的地球表层系统演变与生物过程具有重要的科学意义。

由于华北新元古代的大陆边缘沉积组合已难寻觅,而华南扬子地块和华夏地块之间的早古生代地缝合线虽然已近湮灭,但其边缘海沉积有很好的地层记录,与稳定克拉通盆地的黑色页岩及斑脱岩相结合,能够用于恢复大地构造演化的研究。本文拟以此前在华南地区奥陶—志留纪之交的相关研究为基础和参照,通过黑色(暗色)页岩岩系形成模式和钾质斑脱岩源岩背景的比较研究,剖析华北地块新元古代这段地层所蕴含的板块构造运动信息。

1层序列分析与比较

1.1北西-太平洋板块的北西南西向褶皱带

华北与华南地块的被改造程度存在明显差异。华北地块因整体完成克拉通化的时间较早,且夹持于西伯利亚地台与华南地块群之间,除形成于新太古代—古元古代的碰撞遗迹——华北中间造山带(Trans-NorthChinaOrogen)[11,22,54,55,56,57]之外,中、新元古代的类似建造虽有发现[6,58,59,60,6,58,59,60],但在认识上仍存在较大分歧,而如何从时空上