燕遼裂陷槽中、新元古界地層柱中青白口系的年代

燕山地區(qū)最近的愿望：pb時間為1368ma12ma，。這一成果對中國北方中、新元古代地層及年代界線是爆炸性的挑戰(zhàn)。該挑戰(zhàn)在于以下4個方面:(1)以往1000Ma作為薊縣系頂界的年齡是依據(jù)其中的海綠石年齡資料。下馬嶺組鋯石SHRIMPU-Pb1368Ma年齡將限定薊縣系鐵嶺組頂界的年齡不可能超越1400Ma。(2)薊縣中元古界的長城系、薊縣系“標準”剖面的時限很可能是1800~1200Ma,而非1800~1000Ma。下馬嶺組分為5段,1368Ma年齡值是在第3段黑色層中獲得的,距下馬嶺組底界尚有相當(dāng)?shù)某练e厚度,因此1400Ma作為該組底界的年齡是合理的,但頂界年齡是不確定的,由于下馬嶺組頂部地層遭侵蝕而缺失,其頂界年齡估計在1300~1200Ma之間。(3)下馬嶺組斑脫巖所反映的島弧環(huán)境,提示我們要深入認識與解釋中元古代燕遼裂陷的弧后擴張構(gòu)造環(huán)境,在進行燕山地區(qū)中、新元古界重新測年的同時,必須同步進行有關(guān)島弧火成巖年代學(xué)、巖石組合的研究,并尋找已消失的中元古代的洋殼殘片。(4)對傳統(tǒng)概念與思維的挑戰(zhàn)。地史上沉積間斷的時間要遠遠大于現(xiàn)有地層形成的時間。但人們總是希望中國的中、新元古界剖面(指薊縣剖面)要連續(xù)、要完整,在整個中元古代的時限內(nèi)均為地層所填滿,以達到對比標準。下馬嶺組新的年齡值徹底沖破了傳統(tǒng)思維,還薊縣剖面以真實的面目。即:以新的長城系(1800~1600Ma)、薊縣系(1600~1400Ma)為代表的中元古界下部及中部地層是一個相當(dāng)標準的可作對比的剖面,但1300~1000Ma之間則是殘缺的。1南方東南角的年齡與中、新元古界的界線圖1中的剖面不是傳統(tǒng)的以地層厚度編制的地層柱,而是以年代為軸線編制的燕山地區(qū)中、新元古界地層柱。它是一個各種地質(zhì)記錄的高度綜合與概括,是對中、新元古界年代與界線的科學(xué)預(yù)測,也可作為進一步的研究思路與研究途徑的基礎(chǔ)。(1)在這個地層柱中,將下馬嶺組從青白口系中分出,置于中元古界上部,下馬嶺組很可能是1400~1200Ma(一個系)中的下部的地層單位。這個系暫時以北京“西山”來命名,北京西山是下馬嶺組的命名地區(qū)。西山系僅保留了下統(tǒng)(下馬嶺組),1300~1200Ma之間地層缺失。(2)新概念的青白口系包括龍山組及景兒峪組,是新元古界最下部的一個系,時限1000~800Ma,這個時限是依據(jù)海綠石年齡確定的,需重新測定。目前龍山組與景兒峪組中尚無直接的目標層,從構(gòu)造環(huán)境考慮,火山直接噴發(fā)形成斑脫巖的可能性不大,龍山組砂巖中再沉積的碎屑鋯石對于確定青白口系的界線年齡則是多解的。圖1青白口系下部不使用長龍山組及駱駝嶺組,建議仍使用郝貽純于1954年命名的龍山組,這是尊循地層學(xué)中的優(yōu)先原則。南方龍山系早已解體,不存在系、組名稱重復(fù)與混亂的問題。(3)將高于莊組從原長城系頂部調(diào)整至薊縣系底部,主要考慮:①大洪峪組已有年齡為1600Ma,可作為調(diào)整后長城系與薊縣系的界線年齡。②高于莊組與大紅峪組之間存在區(qū)域性間斷,從北京西山、軍都山、燕山山脈至遼北均可追蹤。③高于莊組置于薊縣系后,則薊縣系是一個以碳酸鹽巖為主的系。(4)圖1左側(cè)是一個建議性的方案,是考慮到下馬嶺組的年齡數(shù)據(jù),也預(yù)測將來在鐵嶺組、洪水莊組和楊莊組中可能獲得的預(yù)期年齡。這個方案維持了原長城系及薊縣系所包含的組(僅調(diào)整了高于莊組),但界線年齡有大的改變,即1600Ma為長城系與薊縣系的界線年齡,1400Ma為薊縣系與青白口系的界線年齡,1200Ma可作為中元古界與新元古界的界線年齡。這樣的調(diào)整符合目前已有的年齡記錄,并留有將來調(diào)整的余地,也與Gradstein建議的1800Ma、1600Ma、1400Ma、1200Ma、1000Ma為元古宇中各系的界線年齡是吻合的,即200Ma為一個系的時間長度。圖1左側(cè)列出的意見,表明薊縣元古宇的長城系與薊縣系(1800~1400Ma)是具優(yōu)勢的剖面,若將1200Ma作為中、新元古界的界線年齡,則薊縣中元古界剖面1800~1200Ma之間仍然是相對層序完整、可作為全球?qū)Ρ鹊钠拭?而中元古界頂部與新元古界則非常不理想,難以做對比的“標準”。(5)圖1年代地層柱中,從1800Ma至800Ma的時間長度中,沉積間斷時間遠大于地層沉積所占有的時間長度,這是真實的地質(zhì)記錄。這些間斷均已命名,對它們的全球構(gòu)造意義則應(yīng)重新認識。1800Ma可看做全球第一個超大陸在中朝板塊內(nèi)的反應(yīng)。芹峪運動形成巨厚的、醒目的鐵嶺組灰?guī)r頂部紅土型風(fēng)化殼與鐵礦層,這個芹峪古大陸過去被公認為1000Ma的Rodinia超大陸在中朝板塊內(nèi)的響應(yīng)。由于下馬嶺組底界的年齡定為1400Ma,芹峪古大陸應(yīng)被解釋為全球第2個超大陸,即王鴻禎最早提出的PageanⅡ,即哥倫比亞超大陸(Columbia)在中朝板塊內(nèi)的響應(yīng)。蔚縣上升指龍山組與下馬嶺組之間的間斷,這個間斷是中、新元古代中時間最長(達200Ma)的地層缺失。(6)燕山中元古界中有3個缺氧的黑色層:長城系串嶺溝組、薊縣系洪水莊組及下馬嶺系中的黑色硅質(zhì)層和黑色頁巖。這3個缺氧層恰與中元古代的溝-弧-盆板塊體系的3次弧后擴張相聯(lián)系。另外還發(fā)育3個紅層,分別是團山子組、楊莊組與景兒峪組。前2個組為障壁瀉湖相,分布局限;景兒峪組則是一個內(nèi)陸海中的沉積。(7)侵位于河北平泉地區(qū)下馬嶺組中的輝綠巖墻的Rb-Sr全巖年齡為980Ma?,這個年齡信息顯示Rodinia的年齡。沿北京西山永定河剖面,龍山組、景兒峪組中均有輝綠巖墻侵位,它們與侵位于下馬嶺組的輝綠巖墻是否同期尚待確定。龍山組中的輝綠巖墻若與下馬嶺組中侵位的輝綠巖已知年齡一致,則可間接提示龍山組底界的年齡為1000Ma。很可能青白口系底界的年齡將求助于龍山組與景兒峪組中的輝綠巖墻。由于溝-弧-盆體系環(huán)境,圖1中的許多層位均存在斑脫巖,將是系統(tǒng)測年的目標層。2基于構(gòu)造環(huán)境的思考①為什么中朝板塊北部中元古代處于拉張構(gòu)造環(huán)境?燕遼裂陷槽(Aulacongen)的動力學(xué)系統(tǒng)是什么?②為什么燕遼裂陷槽內(nèi)中元古界中有頻繁的地震記錄與火山活動?③中元古代的海盆與外海是如何連通的?④層控礦床的礦源來自那里?下馬嶺組斑脫巖的島弧構(gòu)造環(huán)境,解決了筆者長期困惑與思考的問題。2.1區(qū)域地質(zhì)背景下馬嶺組斑脫巖源巖類型判別與Nb-Y構(gòu)造背景判別圖,明確提示下馬嶺組火山巖為活動陸緣的島弧環(huán)境。北京市北部、河北省北部、遼寧西部與河北省交界處,即沿平泉、隆化-豐寧-赤城斷裂之南分布著眾多的元古宙酸性侵入體:花崗巖、花崗閃長巖、石英閃長巖等,它們極可能是中元古代的火山島。圖2給出了下馬嶺組沉積時期的古地理、古構(gòu)造面貌,下馬嶺組的沉積環(huán)境是火山島后的弧后擴張盆地,形成深水沉積與缺氧層,火山噴發(fā)源地很可能位于圖中的火山島。火山島鏈之北是當(dāng)時的外海。這種溝-弧-盆的板塊體制很可能一直控制著整個中朝板塊北部中元古代的沉積。2.2中元古代海盆結(jié)構(gòu)特征與機制圖3表示燕遼裂陷槽長城系(1800~1600Ma)與薊縣系(1600~1400Ma)的古構(gòu)造圖,它的古地理邊界完全由弧后擴張斷裂控制。北京密云沙廠著名的球斑花崗巖(rapakivigranite)則是典型的裂陷槽初期拉張作用下的侵入體。弧后擴張盆地中部,沿密云-興隆-平泉-凌源為NE向的軸部斷裂,赤城-灤縣、赤峰-建昌為2條NW向的轉(zhuǎn)換斷層。中元古代地震事件記錄均沿這一軸部斷裂與轉(zhuǎn)換斷層分布。新的研究結(jié)果表明:“內(nèi)蒙地軸”是由古元古界與中元古界變質(zhì)巖組成的,不應(yīng)作為中元古代海盆北部的古陸。中元古代弧后擴張海盆(燕遼裂陷槽)是經(jīng)過北部的火山島鏈間隙與外海相溝通的。圖4剖面進一步解釋燕遼裂陷槽形成的板塊構(gòu)造體制。火山島大體寬40~60km,依據(jù)Condie對現(xiàn)代島弧資料的總結(jié),從火山島鏈距海溝軸部的距離,給出了中元古代當(dāng)時海溝的大體位置,也是古洋殼開始俯沖的位置。火山島之北(指現(xiàn)今方位)是中元古界的變質(zhì)地層,應(yīng)是當(dāng)時的弧前增生楔沉積。俯沖帶的俯沖角度也是參考Condie對現(xiàn)代畢烏夫帶地震源深度估計的。圖4進一步解釋了燕遼裂陷槽弧后擴張的弧后盆地環(huán)境,沿著俯沖帶是地震源區(qū),從板塊動力學(xué)機制解釋了燕遼裂陷槽長城系—薊縣系眾多地層中的古地震事件記錄(圖1、圖3、圖4)形成的原因,也解釋了長城系—薊縣系眾多層位中賦存火山噴出的斑脫巖和層控礦床礦源來自深部。本文也考慮同樣的弧后擴張環(huán)境,為什么下馬嶺組中尚未有地震記錄的報道。可能原因:①在深水沉積中地震難以誘發(fā)軟沉積物液化變形。②需進一步在下馬嶺組的東部相對淺水的砂巖(圖2東部)中找尋古地震記錄。2.3青白口紀海盆的覆蓋圖5是新概念的青白口系古地理圖。其古地理面貌與中元古代完全不同,是在中元古代溝-弧-盆板塊體系停止,近200Ma或300Ma的間斷剝蝕后的沉積是Rodinia超大陸上典型的淺海沉積。青白口紀海盆幾乎覆蓋了中朝板塊大部分地區(qū),向東延至遼寧東部及徐淮地區(qū);中朝板塊南部邊緣的青白口紀海盆則與當(dāng)時的秦嶺洋相連。圖5中的中央隆起是依據(jù)古生物研究資料確定的。3個邊緣水下隆起圍繞盆地邊緣組成相對高的水下地形,它們在1400~1200Ma時是當(dāng)時海盆的蝕源區(qū)。3采用一種多文飾屬種,豐富了中元古代生物組合在原青白口系中,下馬嶺組與龍山組的古生物組合有較大的區(qū)別,尤其龍山組砂頁巖中產(chǎn)有宏觀藻類化石,具明顯固著與直立的“Longfengshania”,據(jù)全球古生物記錄,該生物應(yīng)屬于1000Ma之后的種群。而下馬嶺組中微古植物的突出特點為Asper-atopsophosphaeraevlensis,Archaeofavosinasimplex,Brochopsophosphaeraminimus,Microsconcentricainduplicate,Orygmatopspheridiumkerianum,Pterospermopsissoculatus等多文飾的屬種,繼承了中元古代生物組合的特點,而與龍山組產(chǎn)大量的具核Nucellosphaeridium、具環(huán)Zonosphaeridium和具孔Tasmanites的屬種有著截然不同的演化組合。因此,據(jù)古生物演化分析將下馬嶺組從青白口系中分出來,置于中元古界,是較為合理的。特別是據(jù)宏觀藻類將龍山組底界的時代置于1000Ma,與全球生物記錄不矛盾。4地質(zhì)意義和方法的研究(1)在新的元古宇地層柱(圖1)中,需要確定1200~1000Ma的地層單位,據(jù)目前的地質(zhì)記錄,需要從南方昆陽群或會理群及其他相當(dāng)?shù)娜骸⒔M中,以及新疆相關(guān)的地層中找尋。若以1200Ma為中、新元古界的界線年齡,則天津薊縣剖面仍然是很理想的中元古界標準剖面或?qū)有推拭妗Ｍ暾男略沤缙拭嫘柙谀戏酱_立。(2)下馬嶺組1368Ma年齡值的測試結(jié)果是可信的,還需要對燕山及北京西山地區(qū)長城系、薊縣系中的斑脫巖、大紅峪組火山巖及侵位于中、新元古界的巖墻進行系統(tǒng)的鋯石SHRIMPU-Pb定年,并最終排定中元古界各系和中、新元古界的界線年齡。(3)對中元古代島弧火成巖(侵入巖及噴出巖)進行系統(tǒng)定年,并討論其巖石組合與構(gòu)造環(huán)境;盡可能在河北北部與內(nèi)蒙古找尋已消失的中元古代洋殼殘片。(4)板塊體制的確立將很容易解釋燕遼裂陷槽中層控礦床的成因機制。(5)新一輪的中、新元古界研究應(yīng)以年代學(xué)為主軸,并將帶動沉積學(xué)、火成巖、古構(gòu)造、古災(zāi)變事件的全面研究,即從地球系統(tǒng)科學(xué)高度多學(xué)科的綜合研究,在最短的時間內(nèi)取得研究結(jié)果,以利地質(zhì)調(diào)查的進行。(6)下馬嶺組第三段黑色頁巖富有機質(zhì),北京西山一帶下馬嶺組第三段曾被當(dāng)?shù)厝罕姰?dāng)作煤層開采;河北下花園煤礦坑道中的下馬嶺組第三段黑色層里發(fā)現(xiàn)稠油,說明下馬嶺組第三段是很好的烴源巖層,其中油氣沿上覆蔚縣運動面(圖1)進入龍山組砂巖儲層,被景兒峪組泥晶灰?guī)r覆蓋,是理想的生儲蓋組合。本文新定義的長城系、薊縣系中同樣具有良好的烴源巖形成條件,并且有較好的儲蓋層。金之鈞在詳細討論塔里木盆地的油氣成藏條件、