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青藏高原前寒武纪地质调查进展及成果

2007-07-17 11:50:39  作者:何世平  来源:  浏览次数:579  文字大小:【】【】【

     一、国内外前寒武纪地质研究概况及进展

     (一)国外研究概况及进展

     20世纪后半叶,特别是90年代以来,前寒武纪地质已成为全球构造研究的重要内容之一。在全球构造研究中,超大陆和超大陆旋回成为研究的主线。并且继研究冈瓦纳大陆以后,中-新元古代Rodinia超大陆的研究已成为新的热点,尤其是新元古代在整个地质历史中是一段十分重要而颇具特色的时期,除众所周知的全球性广泛分布的冰川活动和艾迪卡拉动物群的出现,超大陆的汇聚和裂解构成该时期的又一特色,使全球大地构造格局发生了重大变化。

     Rodinia超大陆是格林威尔造山运动及在时代上与其相当的造山运动形成的全球性超级大陆,因此,格林威尔造山运动及在时代上与其相当的造山运动信息是重建Rodinia超大陆重要的地质依据。

     Rodinia超大陆的研究成果促使研究全球构造的地质学家猜想,在该超大陆形成前的古-中元古代可能还存在另一个时代更老的超大陆(Condie K C,1999)。早在20世纪80年代后期,Hoffman就强调了晚古元古代2000~1800Ma造山作用是一次超大陆地质事件(Hoffman P F,1988),他认为北美6个太古宙克拉通是通过晚古元古代造山作用最终联合的。1996年Rogers提出早于1500Ma时,全球存在3个大的陆块群(Rogers J J W,1996),2000年他提出Columbia超大陆存在的可能性(Rogers J J W,2000),2002年又全面阐述了他对Columbia超大陆的认识(Rogers J J W,2002),公布了他们对古—中元古代Columbia超大陆的综合研究成果,并提出了1900~1500Ma期间简略的Columbia超大陆复原图。目前,国际地质学界大多认为与Rodinia超大陆的形成有关的格林威尔及其相当的造山运动时限为1190-980Ma,即为中元古代晚期(Moore J M等,1980;Rivers T,1997)。

     此外,随着国外前寒武纪陆块中矿产资源(磁铁石英岩型铁矿、绿岩型金矿及层状基性-超基性杂岩型铜镍矿等)的大量开发利用,对前寒武纪超大陆汇聚、裂解事件和古大陆复原倍受重视,认为前寒武纪具有巨大的成矿潜力,并且这些成矿作用与超大陆旋回的关系十分密切。

     每年一次的HKT(喜马拉雅-喀喇昆仑-西藏)学术讨论会是世界罕见的,表明喜马拉雅与青藏高原是世界地学界永恒的主题。国外科学家介绍的新进展主要是在高原周边地区,显示与会议主题有一定的差距。

     (二)国内本学科研究现状

     国内许多研究者将新元古代(1000~900Ma)构造岩浆事件(晋宁运动)与全球性格林威尔碰撞造山作用对应起来,作为Rodinia超大陆形成的标志或响应(郭进京等,1999;万渝生等,2003),认为中国各主要克拉通地块(包括华夏地块、扬子地块、华北地块、阿拉善—祁连—柴达木地块、塔里木地块)曾经通过该时期的碰撞拼合发生过一次全面的多块体复杂拼贴,形成中国当时的统一大陆,绝大多数学者认为中国的晋宁运动不早于1000Ma,是格林威尔造山运动在中国的滞后效应。陆松年等认为不宜将我国的新元古代造山运动或热-构造事件群与中元古代的格林威尔造山运动视为同时期的造山运动(陆松年等,2002,2003)。

     国内地质学家普遍认为2100~1600Ma的碰撞事件使得Columbia超大陆各组成陆块拼合在一起(赵国春,2002a;赵国春,2002b)。沿着北美/波罗的东部、北美西南部和亚马逊西缘有明显的大陆边缘外侧的生长,表现为侵入到变质表壳岩中的深成岩基较为发育。这些岩浆岩带的火山岩和侵入岩主要形成于岛弧和大陆边缘环境(Patchett P J,et al,1986),表明这些岩浆岩带可能代表与俯冲有关的Columbia超大陆边缘的向外增生带(赵国春,2002a;赵国春,2002b;ROGERS J J W,2002)。

     我国华北克拉通基底可分为东部陆块、西部陆块和中部带(赵国春,2002a;赵国春,2002b),在1850Ma前后,西部陆块与东部陆块沿中部带发生碰撞拼合而形成现今的华北克拉通基底,即吕梁运动使得我国华北地区早期不同陆块最终碰撞、拼合,形成华北克拉通统一的结晶基底(白瑾,1993;白瑾等,1996;金巍等1996;ZHAO G C,et al,2000;赵国春等,2002a;赵国春等,2002b)。陆松年等在研究了中国华北古大陆2000~1800Ma期间吕梁造山运动的性质、特点和同位素年龄数据后提出Columbia超大陆汇聚主要峰期与吕梁-中条造山运动的时限相一致,华北古大陆属于Columbia超大陆的组成部分,推断2000~1800Ma应是形成Columbia超大陆过程中最重要的时段(陆松年等,2002)。

     二、青藏高原前寒武纪地质调查工作部署及进展情况

     (一)以往地质工作程度评述

     青藏高原地广人稀,自然条件差,地质构造复杂,地质工作程度相对滞后和偏低,前寒武纪地质调查和研究工作显得更为滞后。青藏高原前寒武纪地质研究,总体和其它地质工作,如区调、找矿普查、专题研究、物、化、遥等统一部署,同步进行,但多数这类工作涉及前寒武系甚少。

     国土资源大调查以前,青藏高原地质科研工作主要围绕高原隆升及其环境效应、地壳结构、新构造运动、矿产资源评价以及油气资源调查等方面。其间,对前寒武纪的地质调查与研究主要在高原周边地区,并编制了1∶100万青藏高原地质图。

     1999年国土资源大调查实施以来,在中国地质调查局的统一部署下,青藏高原空白区1∶25万地质填图工作全面展开,国家投资数亿元在青藏高原空白区部署了约150万km2(约占青藏高原总面积的60%);在区域化探、遥感、重力、航磁等方面,也投入了数亿元进行基础地质调查和矿产勘查评价。与此同时,中国地质调查局还设立了四个区域性计划项目牵头的综合研究:①西北地区重要成矿带基础地质综合研究;②青藏高原北部空白区地质调查与研究;③青藏高原南部空白区地质调查与研究;④川渝滇黔地质调查与研究。截至2006年上半年,青藏高原共128幅1∶25万地质填图工作全面完成;四个综合研究项目均完成了阶段性成果报告和系列图件;2004年中国地质调查局和成都地质矿产研究所出版了《1∶150万青藏高原及邻区地质图》和配套的说明书。这些调查工作和综合研究成果为开展青藏高原前寒武纪地质综合研究奠定了坚实的基础。

     (二)青藏高原前寒武纪地质调查工作部署

     通过近7年的艰苦拚搏,青藏高原在区域地质调查、地球化学勘查、重力调查、航磁调查、遥感监测、矿产资源评价、油气资源调查及专题研究等方面获得了海量的实际资料和分析测试数据,取得了一大批新发现、新成果。但这些海量资料和成果大都或基于单个图幅的有限范围,或基于一个项目的某些专业领域,或基于地质作用过程的某一地质时间断代等,缺乏区域性、系统性、多学科的综合汇总集成和对重大科学问题深入研究,难以满足国家和地方国民经济建设的宏观决策与规划和西部大开发实施战略对区域基础地质调查工作的需求。

     2005年底,在成都召开了青藏高原空白区1∶25万区调成果报告会暨“十一五”工作重点研讨会。中国地质调查局张洪涛副局长在会上作了总结发言,指出“前寒武纪重大地质事件”是青藏高原加强综合集成研究的优选重点方向之一。

     为此,中国地质调查局于2006年设立了“青藏高原基础地质调查成果集成和综合研究”计划项目。其中,“青藏高原前寒武纪地质和古生代构造-古地理综合研究”为下属工作项目之一。该工作项目由西安地质矿产研究所承担,工作起止时间为2006年—2010年,青藏高原前寒武纪地质综合研究拟解决的主要问题包括:①青藏高原前寒武纪物质组成的研究;②建立青藏高原前寒武纪构造-地层-热事件序列;③青藏高原前寒武纪构造属性;④(编制1∶150万青藏高原前寒武纪地质图。共划分为3个工作阶段实现:①第一阶段—2006年;②第二阶段—2007~2008年;③第三阶段—2009~2010年。项目预计2008年编制完成青藏高原1∶150万前寒武纪地质图,2010年提交最终成果。

     三、青藏高原前寒武纪区域地质调查和研究取得的主要成果

     (一)青藏高原周边陆块前寒武纪研究的主要成果简介

     青藏高原被外围塔里木-中朝地台、扬子地台和印度地台等三个大陆块所围限,这些陆块前寒武纪的基底类型存在差异。

     新近的科研成果表明,高原东北邻区的中朝地台基底,经太古宙-古元古代多旋回构造-热事件的作用,固结形成于古元古代末(1800-1700Ma),是我国最古老的地台(任纪舜等,1980,1997),其上为中元古界长城系及其以后叠加的稳定型沉积盖层。与青藏高原直接接壤的中朝地台分布有1786Ma、1719 Ma的花岗岩,其上被蓟县系浅变质墩子沟群不整合覆盖。在高原北缘的阿尔金山阿克塔什塔格,获得中国西部最老地壳年代学信息(3500~3000Ma、3100~3000 Ma)(陆松年等,2003)。在铁克里克的克里阳也存在有太古代古老变质侵入体的年龄信息(2977±140Ma,据肖序常口述)。

     高原东南邻区为形成于中元古代末的扬子地台基底,与青藏高原直接接壤的基底岩系包括古-中元古界昆阳群、会理群、康定群、宝兴杂岩及彭灌杂岩等变质基底。由于1000-800 Ma的Rodinia超大陆汇聚碰撞(即晋宁运动),在昆阳群之上不整合覆盖了晚元古代澄江砂岩(刘宝珺等,1994),在澄江砂岩与上覆南沱冰碛岩之间,形成与超大陆解体有关的伸展不整合。总之,扬子地台西缘的广大地区,表现为灯影组灰岩的广泛超覆,其上显生宙为稳定的沉积盖层。

     高原南部邻区为古元古代固结形成的印度地盾,与高原直接接壤的部分是印度地盾的北部,其基底是经过泛非期(600-500 Ma左右)的变质作用和构造运动形成的褶皱变质基底。上覆盖层主体是奥陶纪以来的稳定型沉积。

     (二)青藏高原前寒武纪研究的主要成果简介

     青藏高原以北部的康西瓦-木孜塔格-玛沁-勉县-略阳结合带和中部的班公湖-怒江结合带为界,自北向南总体上可划分为3个大构造区(即一级构造单元):秦祁昆构造区、羌塘-三江构造区和冈底斯-喜马拉雅构造区。

     1、秦祁昆构造区前寒武纪研究的主要成果

     秦祁昆构造区早前寒武纪(Ar-Pt1)具有多陆块、多类型特点。较具代表性的有东昆仑微陆块白沙河岩群、西昆仑库浪那古岩群(可能还包括赛图拉岩群的一部分)、喀喇昆仑的布伦阔勒岩群、柴南缘的沙柳河岩群、欧龙布鲁克陆块达肯达坂岩群、昆南的苦海岩群;祁连地区的马衔山岩群、陇山岩群等;秦岭地区的秦岭岩群、佛坪岩群等。这些岩群主体为一套高角闪岩相(金水口群含麻粒岩相)的高级变质、强变形的无序岩石组合,既有变质表壳岩系,也存在大量的古老变质侵入体,他们可能代表了高原本部不同陆块上的结晶基底。1∶25万区调获得大量同位素资料,主体集中于1879±64Ma,1929 Ma,1927 Ma(U-Pb)及2322±160Ma,2469Ma两组。

     昆仑地区被认为是蛇绿岩组成部分的清水泉超镁铁质岩获得1279Ma、1331.38±78.63Ma、1372±85Ma同位素年龄值,吉日迈超镁铁质岩获得1480±3Ma同位素年龄值,万宝沟玄武岩获得1441Ma同位素年龄值,诺末洪郭勒超镁铁质岩获得1004.71Ma同位素年龄值,西昆仑阿拉玛斯岩群变质火山岩获得1012 Ma(εNd(t)=+8)同位素年龄值。以上岩石组合及同位素年代学数据表明,青藏高原是否存在与Columbia超大陆和Rodinia超大陆汇聚、裂解有关的构造作用?成为青藏高原前寒武纪值得进一步综合研究的另一个主要问题。

     1∶25万都兰县幅通过对测区变质基底的调查和研究,对测区出露的原达肯大坂岩群进行了解体,区分出两套变质表壳岩系统—中元古代沙柳河岩群和古元古代达肯大坂岩群,同时识别出古元古代和新元古代的两期花岗片麻岩,初步建立了柴北缘2300-2400Ma、1900-2000Ma、1200-1300Ma、750-1000Ma等构造年代格架。

     1∶25万汉中市幅将原划太古界佛坪岩群变质表壳岩系,重新厘定为佛坪深熔片麻岩系,其与龙草坪TTG花岗质片麻岩套一起组成了南秦岭微板块变质结晶基底。将原划中-新元古代长角坝岩群厘定为古元古代-中元古代克拉通化陆表盆地沉积盖层,具孔兹岩系特征。

     1∶25万合作镇、岷县幅对陇西-武山一带零星出露一套前人置于早古生代经绿片岩相-低角闪岩相变质的火山-陆源碎屑-碳酸盐岩系进行了重新厘定,认为该套地质体经历了多期变质变形地质作用,其原始层序无法识别,取而代之的是透入性区域构造面理。根据区域对比将其拟定为早-中元古代陇山岩群。认为其经历了主期 区域动力热流变质作用下的高绿片岩相-低角闪岩相。期后又叠加低绿片岩相退变质,表现为斜长石绢云母化,角闪石次闪石化等。

     1∶25万石棉矿幅基本查明调查区敦煌地块主要由基底变质岩系—米兰岩群、各期变质深成体(以新太古代TTG岩系为主)和盖层—安南坝群组成。将原划归拉配泉群的火山岩区分出基性火山岩和中酸性火山岩两类,前者为蛇绿岩的组成部分,后者可能为陆缘弧环境的产物。

     2、羌塘-三江构造区构造区前寒武纪研究的主要成果

     综合研究历年区调成果,认为羌塘-三江构造区残留若干微陆块,有相同或相似的岩石组合,主要变质期(1800Ma)变质相、构造变形性相近。原是一个有成生联系的微陆块群,有层无序、顶底不全,多系构造接触的中高级变质岩系。历年建立的羌塘戈木日岩群,三江地区宁多岩群、雄松岩群、石鼓岩群、苍山岩群、哀牢山岩群、吉塘岩群、崇山岩群、大勐龙岩群等12个岩群,构成本区早期大陆地壳-结晶基底。

     关于羌塘基底的时限,一些地质学家根据近年在双湖戈木日和果干加年山等地前泥盆系变质岩锆石U-Pb测年得出509~548Ma到2056~2310Ma等5组年龄,认为羌塘地区存在前寒武纪变质基底乃至更老的太古宙古陆核,基底具有“双重结构”(黄继钧,李永铁,王成善,王国芝等,1995……),但另一些地质学家根据锆石的封闭温度、晶形、晶面特征,认为锆石是碎屑锆石,用它所给出的年龄来“建立元古宙—太古宙岩石系统框架和演化模式是不可靠的”,建立“青藏高原基本最古老陆核的依据是不够充分的”,认为羌塘“中央隆起带”前泥盆系……已解体……主要为石炭纪—二叠纪等沉积地层……不存在元古宙变质基底、太古代陆核。

     最近完成的1∶25万区调在羌塘构造区发现了众多断续出露的角闪岩相变质地质体,由于同位素年代学资料较少,其时代被暂时划归AnT、AnC、AnS或AnO等。这些变质地质体与外围古生代—中生代仅发生轻微变质地层显然不协调,他们是否应划归前寒武纪值得进一步综合研究。

     3、羌塘-三江构造区构造区前寒武纪研究的主要成果

     对于班公湖-怒江结合带之南青藏高原南部前寒武纪基底的认识趋于一致,认为中晚元古代时期表现为印度地台的边缘沉积带(刘增乾等,1990),喜马拉雅区以中-新元古代聂拉木岩群、南迦巴瓦岩群为代表,雅鲁藏布江区以拉日轨岩岗群为代表,在冈底斯-腾冲区以念青唐古拉岩群、松家山岩群为代表。在经历了500-600Ma的重要构造热事件(泛非运动)之后,形成角闪岩相和绿片岩相的变质岩,构成了“泛非期变质基底”,造就了奥陶系与下伏地层的造山不整合。

     近年1∶25万地质调查中首次在聂拉木群之上发现了底砾岩,这无疑对基底时限、构造事件划分等有着重要意义,但仍有一些问题需进一步查明。上述底砾岩很可能相当于邻区尼泊尔加布扬一带马托里群之上加布扬群底部的“拉拉姆砾岩层”,而尼泊尔的地层已有古生物依据,加布扬群整合于含化石的奥陶系之下,其本身也含腹足类和海百合化石碎片,因而将其上部划属寒武系(或奥陶系—寒武系),下部“拉拉姆砾岩层”视为底砾岩(中国地质科学院亚洲地质图编辑组及前地质部情报研究所,1980,66~72页),沉积构造特征也暗示了这里“泛非事件”的存在。加布扬群之下尚有一套较厚的“浅变质岩系”,其上部含有ColleniaBaicalia叠层石,故可能属新元古界;“浅变质岩系”与其下变质深的片麻岩类未发现有明显的不整合接触关系。根据与邻区尼泊尔的上述对比,以下问题需进一步查实:①甲村组(早奥陶世)之下的“肉切村群”应予以解体,过去划分的该群上部的“黄带组”显然应归属显生宇,但应进一步找寻古生物依据;“底砾岩”的发现是否只限于聂拉木幅?砾岩的组成特征、性质等需进一步研究。②肉切村群下部的北坳组,主要也是一套浅变质岩系,与邻区尼泊尔的“浅变质岩系”相对应,但后者已有确切的叠层石化石依据,在中国境内应进一步寻找叠层石等古生物化石依据。③过去对基底变质岩系—聂拉木群也做过锆石同位素测年,主要为644~664Ma,亚东地区相应的变质岩系还出现718Ma的数据(中法合作考察报告总论,1988,1~6页),而1∶25万江孜县幅、亚东县幅等区域地质调查对基底岩系中的“基性麻粒岩”和基性岩脉、变质花岗岩中锆石U-Pb同位素测年主要为(461±1.6)~(513±10)Ma,并认为是加里东期的产物。以上先后2组测年数据,偏老的644~664Ma,严格地说已早于原非洲泛非旋回(事件)的时限(600~550Ma),应与加丹加旋回对应。因之,还需进一步采集基底变质岩系的标本,特别是西部聂拉木幅、吉隆幅等中的基底变质岩系样品作锆石SHRIMP测年,并对锆石成因等作详细对比研究

     继墨脱县南迦巴瓦岩群中进一步证实有高压麻粒岩外,在定结县、亚东及帕里一带也相继发现基性麻粒岩和与之伴生的深成相超镁铁岩和超浅成相超镁铁岩(1144~1064Ma、845~736Ma);此外,在甘孜-理塘带也有元古宙镁铁质-超镁铁质火山岩的显示。对上述镁铁质-超镁铁质火山岩需要进一步加强岩石学、岩石地球化学及形成环境研究,判别他们是否属于蛇绿岩的组成部分或为残存的蛇绿混杂岩,进而探讨中晚元古代青藏高原与Rodinia大陆裂解、汇聚事件相当的演化历程。

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