扬子板块西北缘新元古代早-中期构造演化

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扬子板块西北缘新元古代早-中期构造演化过程是扬子板块乃至华南板块前寒武纪地质研究的重要科学问题之一。深入理解该科学问题对于进一步精确地重建新元古代Rodinia超大陆的古地理格局并约束其裂解机制具有重要理论意义。在详细的野外地质调查基础上,本文通过系统的地层学、沉积学、构造地质学、同位素年代学、岩石地球化学和锆石Hf同位素等多学科方法对扬子板块西北缘碧口微地块北部新元古代中期横丹群的地层序列、沉积时限、沉积物源、沉积环境和构造变形特征进行了综合研究。在此基础上,结合前人研究成果限定和重建了扬子板块西北缘新元古代早-中期的构造演化背景及演化过程,并对扬子板块(或华南板块)在新元古代Rodinia超大陆古地理格局中的位置及该超大陆的裂解机制进行了探讨。主要取得以下进展和认识:1.横丹群自下而上可划分为白杨组、秧田坝组和口头坝组,总体呈向上变细的层序特征。白杨组主体为一套灰绿色火山质碎屑重力流沉积岩系,可划分为下段和上段两个岩性段,下段岩石类型主要为浅灰绿色-灰绿色凝灰质砂岩、粉砂质-泥质板岩、含砾粗砂岩和砾岩等,上段岩石类型以浅灰绿色-灰绿色凝灰质砂岩和粉砂质-泥质板岩为主。秧田坝组主体为一套灰色-灰黑色陆源碎屑重力流沉积岩系,可划分为下段和上段两个岩性段,下段岩石类型以灰色-灰黑色砂岩、粉砂质泥质板岩、含砾粗砂岩和砾岩为主,上段岩石类型以灰色-灰黑色砂岩和粉砂质-泥质板岩为主。口头坝组岩石类型主体为层厚为厘米级-毫米级的细砂岩、粉砂岩和粉砂质-泥质板岩,呈韵律互层状,单层厚度较小,但累计厚度较大,局部可见硅质岩条带或团块。白杨组岩相类型根据沉积过程中支撑沉积物颗粒的主要作用机理可分为火山质碎屑浊流沉积相、火山质碎屑碎屑流沉积相和火山质碎屑液化流沉积相等。秧田坝组岩相类型根据沉积过程中支撑沉积物颗粒的主要作用机理可进一步划分为陆源碎屑浊流沉积相、陆源碎屑碎屑流沉积相等。口头坝组主体为陆源碎屑浊流相-深海相沉积组合。横丹群垂向沉积序列组合的类型多样,主要包括滑塌沉积与浊流沉积的垂向沉积组合、多期叠置的碎屑流沉积组合、多层叠置的浊流沉积组合和浊流与深水悬浮沉积组合等典型沉积序列,它们的空间分布特征综合指示横丹群为一套半深海-深海相斜坡重力流沉积。2.岩相学和碎屑骨架成分统计表明横丹群砂岩的结构成熟度和成分成熟度均较低,杂基含量较高且多为泥砂质。白杨组砂岩的主要岩石类型为长石岩屑砂岩和岩屑砂岩,秧田坝组砂岩的主要岩石类型为岩屑长石砂岩和长石岩屑砂岩,二者平均碎屑骨架成分分别为Q19F18L63和Q32F34L34,且它们的物源区具有从未切割弧或过渡弧向切割弧演化的趋势。此外,秧田坝组砾岩层中两颗花岗岩砾石的结晶年龄(743±6 Ma和762±4 Ma)和岩相学特征指示米仓山-汉南微地块中的新元古代岩浆岩可能为横丹群的重要物源。砂岩岩石地球化学研究结果显示白杨组、秧田坝组和口头坝组砂岩的岩石地球化学特征较为相似,与国际标准(PAAS,NASC和UCC)地层相比,Si O2、Na2O含量较高,Ti O2,Fe2O3T,Mg O,K2O,P2O5含量较低,具轻稀土元素相对富集,呈轻稀土元素右倾、重稀土元素平坦的配分曲线模式,且主体呈正Eu/Eu*和Ce/Ce*异常。砂岩岩石地球化学特征指示横丹群砂岩物源区的化学风化作用和搬运过程中的沉积物再循环作用程度较弱,同时表明横丹群的物源区主体应由中-酸性岩浆岩组成且该群的沉积环境应与大陆岛弧体系相关。碎屑锆石U-Pb年代学研究表明白杨组、秧田坝组和口头坝组砂岩的碎屑锆石U-Pb年龄组成特征也较相似,碎屑锆石年龄主体均介于ca.950-740 Ma,均显示出单峰的特点,与汇聚构造环境中碎屑沉积物的碎屑锆石U-Pb年龄谱特征相似。此外,该年龄段(ca.950-740 Ma)的碎屑锆石主体为次棱角-棱角状且发育岩浆振荡环带,指示横丹群的物源区分布较近且主体应由新元古代早-中期岩浆岩构成。最年轻的峰值年龄(n≥3)限定白杨组和秧田坝组的沉积下限为740 Ma,口头坝组的沉积下限则为ca.722 Ma。3.结合前人研究成果,横丹群为一套于ca.740-717 Ma期间沉积就位于扬子板块西北缘叠置于碧口岩群之上弧前盆地中的半深海-深海斜坡重力流沉积岩系,物源主要为分布于扬子板块西北缘的新元古代岩浆岩,米仓山-汉南微地块为其主要物源区。4.根据对横丹群现今构造变形特征及相关构造要素的统计和分析,按照构造变形岩石及组合差异,划分出四期构造变形序列。第一期(D1)(主构造变形期)构造变形主体为压扁-剪切褶皱变形并伴随有韧性逆冲断层构造,该期构造变形与新元古代中-晚期(ca.717-700 Ma)扬子板块西北缘陆-陆或弧-陆碰撞造山作用相关;第二期(D2)构造变形为地质体边部或应力集中带中发育的斜向逆冲推覆构造变形,该期构造变形与扬子板块西北缘印支期陆内造山作用相关;第三期(D3)构造变形为地质体边部或应力集中带中发育的脆韧性走滑剪切变形,与燕山期碧口微地块的向西挤出逃逸过程相关;第四期(D4)构造变形为地质体边部脆韧性-脆性剪切变形,与喜山期碧口微地块的向东楔入过程相关。5.扬子板块西北缘在新元古代早-中期(ca.835-720 Ma)为活动大陆边缘构造环境。结合区域地质研究成果,扬子板块西北缘中元古代晚期-新元古代构造演化阶段可以划分为:(1)中元古代晚期(ca.1200-1000 Ma)被动大陆边缘构造环境阶段;(2)新元古代早-中期(ca.950-720 Ma)长时期俯冲作用阶段,发育增生造山作用;(3)新元古代中-晚期陆-陆或弧-陆碰撞(ca.720-700 Ma)阶段及随后的伸展裂解阶段(ca.700-541 Ma)三个主要构造演化阶段。其中新元古代早-中期构造演化过程还可细分为前进式俯冲作用阶段(ca.950-820 Ma),构造体制转换阶段(ca.820-800 Ma)和后撤式俯冲阶段(ca.800-720 Ma)。在此基础上,进一步结合前人研究成果获得了扬子板块(或华南板块)应位于Rodinia超大陆的西北缘和Top-down模型是导致超大陆边缘位置裂解的主导性作用机制等初步结论。
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