中國東部古生代構造演化與古海洋環境演化

中國東北部位于西伯利亞北部，中國南部板塊和東部太平洋板塊之間的邊界區域內（圖1）。該構造位于中亞造山帶東部。前中生代時期主要受古亞洲洋構造體系控制,中生代以來又受到太平洋板塊活動的強烈改造,構成環太平洋構造帶的重要組成部分,這一地區是解決東北乃至東亞大陸構造演化的關鍵地區。關于興蒙造山帶及鄰區構造格局和演化歷程的認識長期以來一直爭議較大,20世紀80年代前,對該區的構造演化的認識基本上是依據多旋回槽臺理論提出的,本區作為巨大的東亞華力西地槽褶皺區的一部分,主體分為內蒙—大興安嶺和吉黑兩個多旋回地槽褶皺系,其中包含若干興凱期固結的古老地塊,最東部為那丹哈達優地槽褶皺帶。20世紀80年代以來,尤其是90年代隨著板塊構造理論的引入,一些研究者確定了一系列反映板塊構造作用證據的蛇綠巖、藍片巖及與板塊俯沖、碰撞有關的火山-深成巖帶。越來越多的地質事實表明,興蒙造山帶并非簡單的西伯利亞板塊與華北板塊之間的縫合帶,而是由位于兩大板塊之間的中、小塊體群組成的構造拼合帶。1額爾古納—東北及其鄰區大地構造單元劃分依據板塊構造觀點,目前東北及其鄰區通常被劃分為(由西向東)額爾古納地塊、興安地塊、松嫩地塊、布列亞—佳木斯地塊和最東部的侏羅紀以來的陸緣增生帶,以及各個地塊之間的主要構造拼合帶(圖1)。額爾古納地塊的主體在西部俄羅斯和蒙古境內,向南與中蒙古地塊相連,向北與俄羅斯的崗仁地塊相連,以德爾布干構造帶為界與東側的興安地塊相鄰。興安地塊在現今的地理位置上相當于大興安嶺,其基底主要由興華渡口群變質巖組成,與東側松嫩地塊之間以傳統的賀根山構造帶為界。松嫩地塊包括其西南部的錫林浩特地塊,其北部與俄羅斯境內的馬門地塊相連,與東側的布列亞—佳木斯地塊以牡丹江構造帶為界。佳木斯地塊是東北區結晶基底出露面積最大的古老地塊,主體由高級變質的麻山群和黑龍江構造混雜巖組成,該地塊北部與俄羅斯境內的布列亞地塊相連,構成布列亞—佳木斯地塊。2東北亞地區造山帶的建設進展長期以來,槽臺學說將東北地區劃歸東亞海西地槽褶皺帶的一部分,近些年來許多學者提出東北亞地區造山帶中諸多微板塊(佳木斯地塊、松嫩地塊、興安地塊、額爾古納地塊等)的拼貼模式,有關這些地塊的拼貼時間和方式等科學問題一直存在非常大的爭議。2.1晚古生代構造期的文化家世一般認為佳木斯地塊與興安—松嫩地塊沿牡丹江斷裂(圖1)于早古生代拼接,最近相繼報道的黑龍江雜巖的同位素年齡顯示該構造帶記錄有三疊紀—侏羅紀的構造事件。但是,佳木斯地塊東緣和松嫩地塊哈爾濱東部黑龍宮和依蘭東北湯原地區早—中泥盆世沉積砂巖的碎屑鋯石U-Pb年齡都發育有相同的400~568Ma主峰值年齡(圖2),這組年齡與佳木斯地塊基底麻山群的同位素年齡非常類似,說明晚古生代時期佳木斯地塊與松嫩地塊已經拼接,并成為濱東地區的物源區。因此,佳木斯地塊與松嫩地塊在泥盆紀之前就完成了拼合,兩者之間的黑龍江雜巖的中生代同位素年齡很可能代表后期裂解和再閉合的熱事件。2.2巖漿巖的年齡額爾古納地塊與興安地塊之間的拼合帶傳統上一般認為是德爾布干斷裂帶,認為其時代為早古生代。中亞蒙古地塊與興安地塊的拼合界線為克魯倫—賽音山達—德爾布干一線,其蛇綠巖的鍶同位素年齡為600Ma。李春昱等報道了與該構造帶拼合作用有關的鈣堿系列中酸性巖漿巖的同位素年齡為443~567Ma。葛文春對產于大興安嶺北部的額爾古納地塊上的塔河巖體研究表明,該巖體為后造山花崗巖組合,鋯石U-Pb年齡為494~480Ma。標志著額爾古納與南側興安地塊間的碰撞拼合在古生代早期即已完成。同時結合新林蛇綠巖、伊敏河的頭道橋和額爾古納右旗東南的藍片巖的報道,認為額爾古納地塊的東界應該位于新林—喜桂圖旗一線。2.3西南緣晚古生代構造演化傳統上通常認為興安地塊與松嫩地塊沿賀根山—嫩江—黑河構造帶拼接。近年來筆者對傳統的賀根山—黑河構造帶進行了詳細的野外地質調查,研究結果表明,除了賀根山地區以外,該構造帶的中、北段(扎蘭屯—嫩江—黑河)沒有發現殘留洋殼的地質證據,而且該構造帶西南段賀根山蛇綠巖向東延至松遼盆地西緣后,被中生代嫩江—八里罕走滑斷裂所截。李錦軼等認為仰沖到東烏旗一帶的具有被動陸緣特點的泥盆紀堆積物之上的賀根山蛇綠巖,很可能向東沿白城—吉林—延吉一帶延伸,所以南戈壁—扎蘭屯地塊屬于布列亞—佳木斯古板塊的西延部分。另外,吳福元等和張興洲等對東北地區各地塊所開展的Nd模式年齡研究表明,興安地塊和松嫩地塊具有一致的Nd同位素模式年齡(1200~500Ma)(圖3),但是明顯與額爾古納和佳木斯地塊不同,這說明興安地塊和松嫩地塊具有相同時代的基底,兩者很可能為統一的興安—松嫩地塊,其現今的不同構造演化的差異主要是由于中生代以來構造演化造成的。綜上所述,可以推測傳統上劃分的興安地塊和松嫩地塊具有統一基底,其間發育的晚古生代火山巖和花崗巖帶應該是興安—松嫩地塊區域拉張構造背景下的產物。2.4晚古生代構造格局李雙林等提出在西伯利亞與華北板塊之間存在的諸多微陸塊在早、中海西期就完成拼合,形成統一的黑龍江板塊,并認為晚海西期—早印支期黑龍江板塊與華北板塊碰撞拼貼。近年來王成文等對東北地區早泥盆世、石炭紀和二疊紀的沉積地層和化石分布的研究表明,在蒙古—鄂霍茨克縫合帶以南和索倫—西拉木倫河縫合帶以北發育有南、北兩套大陸邊緣沉積,空間上呈東西向在不同的地塊上連續分布,而且沒有發生區域變質,由此提出,東北及其鄰區至少在晚古生代已經存在一個統一的地塊———“佳—蒙地塊”。其分布范圍北至鄂霍茨克縫合帶,南至西拉木倫河縫合帶,東至中錫霍特—阿林構造帶。佳木斯地塊與興安—松嫩地塊至少在泥盆紀沉積前完成了拼合,額爾古納地塊與興安—松嫩地塊在早古生代完成了拼合統一,所以,晚古生代之前東北地區各地塊已經完成拼合,從晚古生代開始就進入了統一的蓋層演化階段。3晚二疊世火山巖-巖石學和物源背景西伯利亞和華北板塊之間的最終閉合位置和時間一直存在較大的爭議。其閉合位置有西拉木倫河縫合帶和賀根山縫合帶之爭,閉合時間有石炭紀和二疊紀末之爭。目前看來西伯利亞與華北板塊的拼合實際上就是佳—蒙地塊與華北板塊的拼合,近年來的研究顯示佳—蒙地塊和華北板塊之間古亞洲洋的消亡一般認為在二疊紀末沿西拉木倫河構造帶閉合,這些研究結果主要依據對西拉木倫河構造帶內發育的各種與碰撞有關的巖石研究和定年。筆者最近通過對佳—蒙地塊南緣索倫、林西地區二疊紀砂巖碎屑鋯石的同位素定年和物源分析研究?,探討了佳—蒙地塊南緣的大地構造屬性和與華北板塊的拼合時間。研究區位于西拉木倫河縫合帶北部林西地區(227LX-1)和索倫地區(JI-19G)(圖1),樣品為晚二疊世林西組砂巖,碎屑鋯石U-Pb年齡測試在西北大學大陸動力學國家重點實驗室完成。測試結果表明,兩地區砂巖碎屑鋯石均具有明顯的~280Ma和~320Ma年齡峰值(圖4),該組年齡與研究區北側蘇尼特左旗—錫林浩特—西烏旗南巖漿弧的時代非常一致[30,31,32,33,34,35,36,37,38,39],因此研究區晚二疊世砂巖沉積的主要物源應為北側蘇尼特左旗—錫林浩特—西烏旗南巖漿弧,是一套弧前沉積。林西地區晚二疊世林西組出現~1800Ma和~2500Ma兩組明顯的鋯石年齡峰值(圖4),這兩組年齡是華北板塊的標志性構造事件年齡,因此,林西地區林西組沉積時已經有來自其南側華北板塊北緣地區的物源供給,說明晚二疊世末東北地區的佳—蒙地塊已經與華北板塊非常接近或開始發生碰撞。這一認識進一步限定了西拉木倫河縫合帶的閉合時間應為晚二疊世末。晚古生代期間早二疊世火山活動強烈,早二疊世火山巖空間上具有南北成分極性,南部林西黃岡梁地區大石寨組火山巖為玄武巖、玄武安山巖組合,北部錫林浩特—西烏旗大石寨組火山巖以安山巖、流紋巖為主體,少量玄武巖。地球化學特征顯示林西黃岡梁火山巖性質為島弧低鉀拉斑玄武巖,錫林浩特—西烏旗早二疊世玄武巖具有由島弧玄武巖向弧后玄武巖和板內玄武巖過渡的特征。這種成分極性表明古亞洲洋板塊向北俯沖到佳—蒙地塊南緣之下?。最近苗來成等對賀根山蛇綠巖的研究表明,賀根山洋是晚石炭世拉開的弧后盆地,與其南側的蘇尼特左旗—錫林浩特—西烏旗南巖漿弧一起構成了中蒙古地塊(佳—蒙地塊)南緣的活動大陸邊緣。4古亞洲洋的殘余晚古生代之前東北地區的佳木斯地塊、興安—松嫩地塊和額爾古納地塊之間已經完成拼合,在北至鄂霍茨克構造帶,南至西拉木倫河構造帶,東至中錫霍特—阿林構造帶的廣大范圍內形成了統一的佳—蒙地塊。從晚古生代開始東北地區進入了統一的蓋層演化階段,在佳—蒙地塊南緣發育了晚古生代具有大陸邊緣沉積特征的蓋層建造。由于古亞洲洋洋殼向北側佳—蒙地塊南緣之下的俯沖,在~320Ma俯沖過程中古亞洲洋板塊發生斷離,形成火山弧花崗巖,同時導致其北側“賀根山”洋的拉開,向北俯沖作用持續導致弧-陸碰撞,并于~280Ma賀根山洋已經完全閉合,此時,蘇尼特左旗地區以南至華北板塊北緣地區仍存在殘余的古亞洲洋。晚石炭世—早二疊世佳—蒙地塊南緣主要發育有一套活動大陸邊緣沉積建造,屬于蘇尼特左旗—錫林浩特—西烏旗南島弧的前弧沉積,中二疊世哲斯組主體