秦岭造山带的认识.docx

1、秦岭造山带的认识秦岭造山带的认识 杨德飞 （资工072班 200707333）摘 要 秦岭造山带由三大套构造岩石地层单位所构成，即1、二类不同的前寒武纪基底岩系;2、晚元古代一中三叠世主造山时期受板块构造和垂向增生构造控制的相关构造岩石地层单元;3、中新生代后造山期的陆内断陷与前陆和后陆盆地沉积及广泛的花岗岩浆活动。它们反映着秦岭带三个主要演化时期，在不同构造体制下的三种不同的基本地壳物质组成与结构。它们记录着秦岭造山带长期发展历史中的不同演化阶段的多种造山作用及其不同动力学机制的丰富信息。主题词 秦岭 造山带 构造地层单元 板块构造演化秦岭是一条具有复杂的地壳组成和结构，经历长期不同构造体制

2、演化的复合型大陆造山带。它现今的基本构造岩石地层单元虽因经历多次构造变动、消减作用、逆掩推覆和剥蚀，致使有很多残缺，但仍是秦岭造山带形成和演化的最真实纪录，故研究其构造岩石地层单元的特点及其构造性质，对探索秦岭造山带构造演化、成因和动力学无疑具有重要意义。迄今对秦岭造山带的研究证明，其形成和演化可概括为三个主要演化时期:1.晚太古代一早中元古代古老结晶基底和过渡性浅变质基底的形成阶段;2.晚元古代一中三叠世板块构造和板内垂向增生构造复合的主造山作用时期;3.中新生代后造山陆内构造演化时期。现今秦岭造山带的组成和结构是长期构造发展的产物，现今秦岭的基本构造格架是由主造山作用奠定的，其中包容先期残

3、存构造和后期陆内造山的强烈迭加改造。秦岭造山带的南北边界在不同演化阶段有不同的变化，现今的边界如图1的F，和Fl。按此边界，秦岭造山带主要构造单元依据商南一丹凤(下简称商丹)(SF，)和勉县一略阳(下简称勉略)(SFZ)二个断裂构造带(原秦岭的两个板块主缝合带)，可划分为三块(图1):华北地块南缘(I，即原华北板块南缘)，扬子地块北缘(l，原扬子板块北缘)和其间的秦岭地块(l，即原秦岭微板块)，进而可细分出八个构造带(图l)(张国伟1993)。秦岭复合造山带地表出露三大套构造岩石地层单位，即1.二类不同的前寒武纪基底岩系(Ar一Pt1一2);2.主造山作用(R3一TZ)期间受板块构造和垂向增生

4、构造控制的相关构造岩石地层单元;3.中新生代后造山期在陆内断陷、前陆和后陆盆地沉积及广泛的花岗岩浆活动形成的构造岩石地层单元。它们反映了秦岭造山带三个主要演化时期，在不同构造体制下形成的三种不同的基本地壳组成和结构。1两类不同的造山带基底岩系1.1晚太古代一早元古代结晶墓底变质杂岩系包括晚太古代的太华群、鱼洞子群、后河群及作为秦岭东延部分大别山的大别群等。早元古代有铁铜沟群、秦岭杂岩、陡岭群、小磨岭杂岩、佛坪杂岩以及东延的桐柏群等。它们的共同特点是:同位素年龄值集中于分属晚太古代和早元古代。它们都以古老结晶基底岩块出现，呈大小不一的构造岩块或残存地块，分散弧零分布，由于屡经构造变动、改造变位，

5、它们已非原地原貌。整个秦岭一大别造山带自东而西依次出露深、中、浅不同构造层次，因构造作用古老结晶基底常以造山带核部和根部带的深层变质杂岩出露。尤以大别群中高压和超高压变质岩石(张树业1990;徐树桐1991;翟明国1992)的大面积暴露为地学界所瞩目。各岩群都经历了多期变质变形和深熔岩浆作用，一般为角闪岩相，部分达麻粒岩相，强烈混合岩化，发育TTG岩套。变形复杂，以多期复合迭加和深层塑性流变为特征(张国伟1988;游振东，1993)，晚太古代岩块具有太古宙高级片麻岩区特征。各岩沼羊原岩建造多以沉积一火山岩系为主，发育巨厚活动性碎屑岩建造，含有BIF、石墨大理岩和孔兹岩。上述各岩群在岩石组合、变

6、质作用和变形序列样式诸多方面非常相似。尤其区域重力场、磁场及其不同高度的向上延拓所反映的深部古老基底的地球物理场的异常场方位和强度贯通南北，对应一致(管志宁，周国落1991)。大别群的区域磁场以及川中基底和华北太古宙基底磁场的高值正异常也十分相似.因此，在充分考虑各岩块的构造变动和漂移分离的情况下，这些古老岩群的地质和地球物理的相似性，无疑对研究认识秦岭、华北、扬子等地块古老基底关系具有重要意义。新近对上述古老基底岩群的地球化学研究证明，它们(如太华、鱼洞子、后河和腔岭等岩群)存在着地球化学上稀土和稀有元素的丰度和分配型式的显著差异，扬子、华北、秦岭地块的基底分属不同的地球化学省(张本仁199

7、4;张宗清等1994)。北秦岭变质碎屑沉积岩的Sm一Nd模式年龄和错石U一Pb年龄集中在2.oGa左右(张宗清等1994)，反映北秦岭在2.OGa左右有一次重要地壳增生事件，有大量慢源物质进入地壳，使地壳组分发生新的分异、混合和调整。Sr和Nd同位素也显示华北、扬子和秦岭三地块的基底岩系存在一定的差异。这种地球化学的差异性，实质含意究竟是表明这些结晶岩块原分属各自独立的古老陆块，还是由于早期岩石岩石学报1995年圈的非均一性所致，或是因各岩块后来处于不同构造环境中演变和分异的结果，尚难定论，但不论怎样，这种差异对于分析认识各古老岩块关系约束条件，显然是很重要的。 综合概括秦岭造山带的晚太古代一

8、早元古代各古老结晶基底的基本特点，可得如下初步认识:(l)秦岭及其周缘现存着众多古老结晶杂岩，反映秦岭造山带基底的形成已经历长期复杂演化历史，自有其早期陆壳形成演化的构造体制。但因后期强烈改造而呈残存状态，尚难准确恢复重建。(2)它们的地质和地球物理的相似性和地球化学的差异性，表明秦岭造山带早期基底是非均一的，原来可能分属不同成因的初始或早期陆壳，后曾一度拼合为统一的。克拉通或相近陆块，使之后来具有了相似的地质演化历史。秦岭造山带正是在这样早期地质演化基础上又经历了后来的造山作用才形成的。这对于研究中国大陆壳早期的形成、增生演化提供了重要信息。1.2中元古代浅变质过渡性基底秦岭中元古代浅变质岩

9、系不具有真正结晶基底性质，但与盖层相比又具有基底特征，故称之过渡性基底。它是以火山岩为主的变质沉积一火山岩系，分布广泛，包括熊耳群、官道口群、洛峪群、宽坪群、武当群及与之相当的郧西群、随县群和毛堂群(?)，部分耀岭河群，红安群、西乡群、火地娅群、碧口群等等，名称繁多，随地而异，但最突出的是它们普遍具有如下共同性:(1)同位素年代学研究和地层关系证明，它们的同位素年龄值集中于1.6一1.oGa(张宗清等1994和未发表资料)，属中元古代，其中部分岩群下部起始于早古元代，而部分上部则可延续到晚元古代(0.8一0.7Ga)。总体来看，它们彼此层位相当，或部分相当，或为上下关系(WangHongzhe

10、n1990)。(2)这些岩群除少数是陆缘碎屑沉积外，大多是火山一沉积岩系。火山岩具非典型双模式特征(刘国惠1993)，下部发育酸性，上部多为基性，武当群及其大致相当的岩群尤为显著。基性火山岩富Mg、Fe，富碱性或偏碱性，富LIL元素，REE分配型式为富集型，具明显裂谷火山岩特征。但其中部分(如宽坪群、松树沟等)为大洋或岛弧拉斑玄武岩(刘国惠1993;张国伟1988)，而有些如西乡群中火山岩则更多具大陆溢流玄武岩特征，岩系复杂多变。从岩浆演化看，它们具不连续性，缺乏或不发育中性岩，常伴随大量陆源碎屑岩层，故从各岩群岩石组合，地球化学和变质变形特征综合分析，虽各有差异，但普遍显示具伸展机制下大陆裂

11、谷火山岩性质，反映它们形成于扩张裂谷构造环境。但它们并非都是简单的单一裂谷产物。以宽坪群为例，火山岩Sm一Nd年龄为1142士15(2。)一956士169(2。)Ma(张宗清1994)，由绿片岩、斜长角闪岩、云英片岩、石英岩及大理岩所组成，原岩主要是拉斑玄武岩、碎屑岩及碳酸盐岩等。基性火山岩从下部具大陆拉斑玄武岩的显著地球化学特点向上渐变为REE为平坦的轻稀土亏损型式(La/Sm)o，基性火山岩的。Nd(t)=+5.5+7.1(张宗清等1994及未发表资料)，表明它们主要由亏损地慢源不同程度部分熔融和结晶分异而形成。它们大量地加入地壳中，这对于秦岭地壳成分、性质和地球化学特征的变化以及成矿都起

12、着重要作用。广泛的中元古代火山岩系已是秦岭成矿的重要母岩，也是秦岭地壳构造变形的主要滑脱层系，因而具十分重要地质意义。中晚元古代火山岩与南秦岭花岗岩的同位素地球化学特征显示中晚元古代秦岭地壳底部曾存在板底垫托作用(张宏飞1993)，可能是导致秦岭中晚元古代地壳强烈扩展、裂谷发生、大量慢源物质上涌和火山岩喷出的重要动力来源，值得进一步研究。(6)秦岭中元古代火山岩系与晚元古代火山岩系间的关系，研究证明决非单一简单关系。包括大比例尺填图证明有些地带的两者之间显著有造山性质的晋宁期构造变动，具构造角度不整合关系，但不少地区却清楚地反映两者为非造山性质关系，甚至是连续过渡关系(张国伟1988;刘国惠1

13、993)。这表明10一8亿年的晋宁期强烈构造运动，虽在巴山以南扬子地区使众多不同结晶地块经过复杂的拼合，形成统一的初始扬子地块，接受震旦系统一盖层，但其北缘的秦岭区并未结束其自中元古代似来的扩张裂解进程，呈现复杂的构造格局，既有裂谷和小洋盆闭合，导致基底拼合;又有未封闭，甚至继续扩张，出现火山活动(0.8一0.7Ga)。这可能正是秦岭晋宁期构造性质的独特性。秦岭也正是在这样的基础上开始发生，进而转入板块构造演化阶段的。岩石学报1995年概括以上，秦岭中元古代火山岩系是秦岭造山带的重要基底，占有重要地位。这些火山岩系是由大陆伸展扩张的裂谷系构造体制形成的。裂谷和小洋盆并存分割众多古老结晶基底岩块

14、，而后在晋宁期多数以不同方式闭合，但秦岭带并未结束扩张，继续延入晚元古代，最终导致秦岭晚元古代一古生代洋盆的拉开，转入新的板块构造演化时期。显然，10一8亿年的晋宁构造期是秦岭由陆内裂谷构造体制向板块构造体制的转化时期。2 主造山作用时期(R3一TZ)板块构造体制下的构造地层岩石单元秦岭造山带晚元古代一中三叠世的岩石、地层，就出露的主体部分而言，它们都是在秦岭板块构造复合垂向增生构造的主造山作用过程中(R。一TZ)发生、发展和演化的。按照构造演化和时代可分为四个构造岩石单元。2.1晚元古代沉积火山岩系八十年代以来，多种方法配套的同位素年代学研究(张宗清1994;李曙光1991)，并结合地质研究

15、证实，秦岭造山带中晚元古代广泛发育火山岩系，不但在晋宁期(1.00.SGa)，而且可延到0.80.6Ga。现已在二郎坪、丹凤蛇绿岩中发现至少有1.00.7Ga和0.4Ga士的基性火山岩，其中在南召、西峡、周至等地已获得基性火山岩sm一Nd年龄708士63Ma、822士89Ma、847士198Ma(张宗清等1994)，同时在跃岭河群、西乡群和刘家坪群等火山岩和架川群碱性火山岩中也测得800一600Ma左右的息m一Nd年龄(张宗清等1994)，集中反映秦岭带继承中元古代至晋宁期的火山活动，一直到6一8亿年时期仍继续强烈发育基性一中酸性裂谷型火山与小洋盆型蛇绿岩，而且它们与其上下岩层关系随地而异，有

16、造山性质角度不整合关系，又有连续过渡关系，反映处于一种特殊构造演化背景之下，即秦岭区正处于由大陆裂谷体制转换为现代板块构造体制的初始阶段。2.2，旦纪一志留纪两类不同性质大陆边缘建造秦岭区大巴山南缘至汉南西乡一宁强一线以南，如同扬子地块内部一样发育完整的上下震旦系。但以北的南秦岭地区，在商丹缝合带以南主要分布上震旦系陡山沱组和灯影组，而普遍缺失下震旦系;商丹以北的北秦岭区则普遍缺失扬子相震旦系，却发育了像陶湾群与之完全不同的震旦系。陶湾群(586士6oMa一682士6oMa，张宗清1994)是一套被后期强烈剪切变形改造的被动陆缘沉积(刘国惠1993)。秦岭带震旦系的这一独特基本事实，可以说明:

17、在晚元古代震旦世初期，秦岭区未接受统一的扬子型初始盖层沉积，仍发育裂谷型火山岩;至少晚震旦纪前，秦岭区沿商丹一线已出现洋盆，被分离为扬子和华北两板块，进入板块构造演化阶段。秦岭造山带早古生代，以商丹带为界南北显然是两套不同的建造组合。2.2.1扬子板块北缘的被动大陆边缘建造商丹带以南，即扬子板块北缘接受一套任一S的巨厚被动陆缘沉积体系，其中最有特色的是发育富硅、碳质的陆缘裂谷型深水沉积(张国伟1988)，尤以其内发育碱性镁铁质一超镁铁质潜火山杂岩(Sm一Nd法测得431.gMa，黄月华1993)和慢源金云角闪辉石岩捕虏体第n卷第2期张国伟等:秦岭造山带主要构造岩石地层单元的构造性质及其大地构造

18、意义107(4oAr一3，Ar法测得700一gooMa，黄月华1993)引人瞩目。据夏林沂等(1994)研究认为这种捕虏体属高压地慢成因并受到地慢交代作用，它们的部分熔融产生碱性镁铁质一超镁铁质火山岩浆，岩浆向上运移，将这些捕虏体携带到近地表或地表。这说明南秦岭早古生代存在着深部地质背景下的伸展裂陷作用，并非是简单的被动陆缘结构与沉积。2.2.2华北板块南缘的活动大陆边缘建造商丹带以北，即在华北板块南缘，与扬子板块北缘同时但却发育二条以镁铁质火山岩为主的火山一沉积岩带，其中包括二郎坪蛇绿岩、丹凤蛇绿岩以及其间以秦岭杂岩为基底的岛弧火山岩带(张国伟1988;张本仁1994)，显示了活动大陆边缘特

19、征。此时秦岭南北同期遥相对应的两个不同性质的大陆边缘的并存，无疑可以推断其间必存在过现已消失了的秦岭洋，它分割华北和扬子两个板块。据岛弧火山岩和俯冲型花岗岩的同位素年代和古生物证据(张国伟1988)，至迟中奥陶世扬子板块已向北俯冲于华北板块之下，可以推断，震旦纪到早奥陶世时期曾是秦岭洋最大扩张期，中奥陶世开始俯冲消减，从而构成华北板块南部的活动大陆边缘。2.3蛇绿岩带关于秦岭造山带蛇绿岩及其性质、类型和时代，迄今仍有争议。据我们综合研究认为在秦岭带的镁铁质一超镁铁质岩石组合中，除去非蛇绿岩者外，具有蛇绿岩组合基本特征者可概括为三种类型:小洋盆型、弧后边缘海型和岛弧型，并分为三个时代，即中晚元古

20、代、古生代、晚古生代一中三叠世，它们呈三条断续的带分布:二郎坪东西一线，商丹带，勉略带.迄今为止秦岭带还没有发现真正典型的大洋中脊型蛇绿岩，所见残存者多是与陆缘相关的类型，即552型(Edelman1958;Robertson1992;Ishiwatari1992)。中晚元古代宽坪群、松树沟等小洋盆型蛇绿岩已如前述。关于丹凤、二郎坪、勉略蛇绿岩带可概括简述女丁下。2.3.1丹凤岛弧蛇绿岩和岛弧火山岩带该带沿商丹主缝合带以残留混杂岩块出露，其岩石组合、地球化学特征和变质变形复杂多变，其中包容了类似MORB、洋岛和岛弧型等不同火山岩类，它们都遭受后期强烈剪切变形。这里的蛇绿岩不具完整层序，不发育下

21、部超基性岩类，具有辉长堆晶岩、辉绿岩墙、块状枕状拉斑玄武岩和硅质岩等组合。基性岩类有下列三种产出情况和两种岩石系列，且拉斑系列与钙碱性系列共生。残留于基性火山岩中的角砾状早期包体系列，以辉长岩和拉斑玄武岩为主，REE丰度低，谱型呈平坦一弱亏损型，贫LIL，知d、十6，类似N一MORB型，可能为洋壳残片或初始岛弧产物;主体火山岩系列，拉斑玄武岩和钙碱性系列共生，以LREE富集型为主，微量元素特征反映既有洋岛又有大陆岛弧环境产物特征。其中还有近似于上述包体系列者;以侵入关系产出于火山岩系列中的晚期基性岩类，明显以钙碱性系列为主，并有少量碱性玄武岩。从丹凤带北侧发育一列俯冲型花岗岩(552一361M

22、a，张宗清等2994;骆庭川2994)和商丹带内部发育碰撞型花岗岩(262一198Ma，张宗清等1994;骆庭川1994)来看，也证明丹凤火山岩带与板块俯冲碰撞密切相关。商丹带在这一消减过程中形成和演化，成为包容混合了以岛弧火山岩为明显特征的混杂有岛弧蛇绿岩、洋岛和大陆岛弧火山岩的岩浆构造混杂带，其形成和演化过程极为复杂，涉及到缝合带长期的壳慢岩浆演化、消减、流体、构造等岩石学报1995年作用的共同过程，值得进一步研究。2.3.2二郎坪弧后型蛇绿岩以二郎坪和大河区为代表，以枕状、块状拉斑玄武岩为主，有辉长堆晶岩，橄榄辉长岩，厚层放射虫硅质岩，超镁铁质岩不甚发育，但却伴生M型花岗岩和花岗闪长岩，

23、具弧后型蛇绿岩组合特征。基性火山岩中大洋拉斑玄武岩和岛弧低钾拉斑玄武岩共生。前者属N一MORB型，REE分配型式为平坦型到轻稀土弱亏损型，后者为轻稀土富集型。它们的蜘d(t)为+5.8+7.1，“，Sr/86Sr初始比值为0.703一0.706(张宗清等1994;张本仁一993)，主要来自亏损地慢，属同一岩浆演化系列。它们形成于弧后扩张构造背景下，成一裂陷带，而其中部分地段如二郎坪和大河等，扩张而成为弧后小洋盆，成串珠状分布。它们与南侧商丹俯冲带同期并列。共同指示了古生代华北板块南缘活动大陆边缘的板块构造体制。2.3.3勉县一略阳蛇绿构造混杂岩带(SF:)它是秦岭中仅次于商丹带的又一板块缝合带

24、。这条带西接文县一玛曲一花石峡而通昆仑缝合带，东至镇巴县高川地区，再东则被巴山弧形一襄樊一大别燕山期巨大向南的逆冲推覆所掩盖。勉县一略阳一带是保存较好的一段缝合线遗迹。勉略段宽约1一skm，由多条主干断裂构成，在各断片中，强烈剪切基质包容大量An任，Z一任，D一C地层和众多超镁铁质的不同构造岩块，形成自北向南的叠瓦逆冲推覆构造，成为显著的蛇绿构造混杂岩带。该带从勉略到高川缺失O一S地层，发育D一C深水浊积岩、炭硅质岩等陆缘沉积岩系，与其南北两侧大范围内普遍缺失D一C地层形成鲜明对照。更为重要的是该带有基性一超基性岩块214个，其中有众多是蛇绿岩块，尤以略阳三叉最典型。它由超基性岩、堆晶辉长岩，

25、拉斑玄武岩和硅质岩组成。基性和超基性岩类岩石地球化学特征具有T一MORB和552型岛弧蛇绿岩特点，REE为强亏损型和富集型并存，d(t)、+6.0。同时带内还有钙碱性安山岩和岛弧低钾拉斑玄武岩等岛弧火山岩的残存。与之相匹配，该带北侧有一列印支期俯冲型花岗岩(219一205Ma，u一Pb，陈亚东，李曙光函告1994)。综合分析，显然指示勉略带曾是一泥盆纪开始打开的洋盆，属于东古特提斯洋北侧分支洋盆，分割了扬子和秦岭板块。2.3.4同位素年代学与生物地层学证据据同位素年代学与生物地层学证据，勉略带蛇绿岩从勉略一高川间地层构造关系判断应是D一TZ时期的产物，新近从其基性火山岩获得241士4.4Ma(

26、Sm一Nd)，。Nd(t)=+6.2;220士Ma(Rb一Sr)(李曙光函告，1994)。同时考虑到勉略带有众多不同的蛇绿岩块，各有差异，故可以认为勉略蛇绿岩主要形成于海西晚期一印支早期，而变质变形主要构造就位于TZ一3。二郎坪弧后蛇绿岩，据放射虫及多门类生物化石定年为任一C，以02为主。基性火山岩的同位素年代获得:963士s5Ma，已Nd(t)=+6.5士0.6;847士198Ma，eNd(t)=+2士1.3;822士oMa，已Nd(t)=+6士0.4;708士63Ma，cNd(t)=+3.7士0.4;405Ma，Nd(t)=+1.4(张宗清等1994)。据地质关系综合分析，以上资料既反映了

27、二郎坪蛇绿岩组成的复杂，同时也表明它作为一个弧后盆地在从扩张裂陷到弧后洋盆发展、消减和封闭的长期过程中，弧后岩浆系列的分异演化和构造拚接混杂的多样性。故目前可以认为二郎坪蛇绿岩形成于晚元古代一古生代。丹凤岛弧蛇绿岩和岛弧火山岩中的沉积夹层含海百合茎，硅质岩中有放射虫化石，第n卷第2期张国伟等:秦岭造山带主要构造岩石地层单元的构造性质及其大地构造意义109定年为O一S)，sm一Nd同位素年代学研究获得914lo15Ma，知d(t)一+7.1(全岩等时线年龄，张宗清等，未发表数据)和402士14Ma，队d(t)一+2.7(矿物等时年龄李曙光1989)，与二郎坪弧后蛇绿岩时代相似，结合与之相关的前述

28、花岗岩的年龄(316一382Ma)，可以认为丹凤蛇绿岩和火山岩系形成于晚元古代一古生代，而构造就位则为晚古生代一中三叠世(276ZllMa，U一Pb，39Ar一4oAr)。2.4晚古生代一中三盈世构造岩石地层单元秦岭南部勉县一略阳蛇绿岩构造混杂带的厘定(张国伟1993)，表明从泥盆纪秦岭已开始由早古生代扬子和华北两板块沿商丹带的相互作用转变为三个板块:华北、扬子和其间的秦岭微板块，形成沿商丹和勉略两个缝合带俯冲碰撞新的板块构造格局，同时还复合迭加着同期在深部地质背景下的诸如佛坪、武当的垂向构造，使秦岭晚古生代至中生代初期地壳结构、沉积地层和构造演化发生了重要调整变化。2.4.1两个洋盆与新的陆

29、缘沉积勉略一高川地区的蛇绿岩和沉积地层反映了勉略带自泥盆纪开始逐渐拉张打开，形成扬子和秦岭板块间的东古特提斯洋北侧分枝有限洋盆的地质进程。该带在Z一任基础上，直接接受DZ_3踏坡组粗砾碎屑岩和浊积岩所代表的初期裂陷边坡扇裙沉积，而三河口群和高川地区D一TZ沉积岩系则代表打开的勉略洋南北两侧不同的陆缘沉积岩系，它们与其两侧同时代沉积地层显著差异，它们真实客观地记录了该带裂陷扩张到洋盆最终闭合的历史。而与之同期的商丹带，原是扬子和华北板块间的俯冲带，泥盆纪开始变为秦岭和华北板块间的俯冲残余洋盆，C一TZ洋盆已几近消亡，逐渐变为残余海盆，以致填满出现沼泽煤系沉积，这包括刘岭群(DZ一3)，二峪河群(C)和商丹带南缘的弧前沉积