中國北方造山區(qū)地殼基本構造格局的主要進展

中國北方造山區(qū)地殼基本構造格局的主要進展

中國北方造山系指中國大陸以北40線以北的地區(qū)，包括阿爾泰山脈、天山山脈（包括華北）、陰山-千山山脈、大興安嶺、小興安山脈和白山山脈。行政區(qū)劃屬于中國西北、華北和東北地區(qū)的邊界盆地（圖1）。已有的地質文獻中分別把該區(qū)的前中生代構造劃歸華力西褶皺、中亞蒙古弧形褶皺區(qū)(以中蒙古-德爾布干斷裂為界,南部為天山興安地槽褶皺區(qū),北部為薩彥-額爾古納地槽褶皺區(qū))、北亞陸間區(qū)或北方活動區(qū)、中國北方構造成礦域、中亞褶皺區(qū)、Altaids和Manchounids、古亞洲造山區(qū)、中亞造山帶或北亞造山區(qū);將中生代以來的構造分別劃歸為濱太平洋構造域或東亞造山區(qū)。該區(qū)絕大部分地殼是在古生代期間固結形成的,以相對年輕的物質組成、鑲嵌疊覆的地質結構、漫長復雜的地質歷史和巨大的資源潛力為特征,是人類社會認識大陸形成演化、重建地球地質歷史的天然實驗室,也是中國主要的礦產(chǎn)資源基地。為了盡快查明該區(qū)礦產(chǎn)資源潛力并科學部署礦產(chǎn)資源勘查開發(fā)工作,更好地利用境外資源,確保中國國家資源安全,也為了能為地球科學的發(fā)展作出中國地質界的貢獻,中國地質調查局于2010年開始實施“天山-興蒙造山區(qū)造山過程與成礦地質背景研究”計劃項目,由中國地質科學院地質研究所、沈陽地質調查中心、天津地質調查中心和西安地質調查中心共同承擔,參加單位有中國地質科學院地質力學研究所、吉林大學、新疆大學、北京大學、西北大學等。原計劃該項目至少持續(xù)6年,分為2010年至2012年和2013年至2015年2個階段。第一階段下設8個工作項目,承擔單位分別是中國地質科學院地質研究所、沈陽地質調查中心、天津地質調查中心、西安地質調查中心和黑龍江省地質調查總院,研究內容包括該區(qū)地殼的基本構造格局、古亞洲洋構造體制與濱太平洋構造體制疊加轉變、花崗巖演化、火山巖漿作用對成礦的制約、主要中生代沉積盆地演化與能源潛力、造山區(qū)內古老陸塊性質與成礦背景、大興安嶺北段-松嫩盆地地學剖面綜合調查、北山-天山蛇綠巖成因類型構造環(huán)境和SHRIMP年代學研究等。截止2012年,該計劃項目的第一階段工作已經(jīng)結束?；仡欉^去3年的工作,在中國地質調查局的領導下,經(jīng)過全體參與該計劃項目的地質科研工作者的辛勤努力,獲得了一批重要的新資料,基本查清了該區(qū)地殼的基本構造格局、造山過程和不同地質時期的成礦地質背景,同時也發(fā)現(xiàn)一些有待于進一步研究和查清的制約該區(qū)礦產(chǎn)資源勘查工作的重大地質構造問題。本專輯所包括的論文只是這些研究成果的一部分。這些階段性成果的獲得,特別是其中新資料的獲得,為厘定該區(qū)一些重要地質體的形成時代和構造屬性,進而正確了解該區(qū)的地殼結構和地質歷史,為查清該區(qū)不同地質時期的成礦地質背景,提供了令人信服的科學依據(jù),為該計劃項目總體目標的實現(xiàn)奠定了堅實的基礎。同時這些成果也充分反映出,在中國基礎性和公益性地質調查工作中及礦產(chǎn)資源勘查工作中,基礎地質科研項目的設立和實施,不僅是區(qū)域地質礦產(chǎn)調查工作的重要補充,而且也可以為提高區(qū)域地質礦產(chǎn)調查工作的質量提供重要的支撐和幫助。為了使該計劃項目第二階段的目標任務更具有針對性,為了使該項目相關的研究成果更好地服務于該區(qū)的礦產(chǎn)資源勘查工作,本文對該計劃項目第一階段取得的成果進行了簡要的概括和總結。1地質構造及對比在中國北方造山區(qū)中零星出露多處變質地體。以往的研究資料中,多根據(jù)這些變質地體在變質程度方面與有時代依據(jù)的顯生宙地質體的明顯差別,將其置于前寒武紀的不同地質時期,作為中國北方造山區(qū)中的古老塊體。在中國西北,這些塊體有阿爾泰、伊犁-中天山、旱山、準噶爾-吐哈,在中國東北有寶音圖或狼山、艾力格廟-錫林郭勒、扎蘭屯(興安)、哈爾濱(松嫩)、額爾古納、雙井子、佳木斯、興凱等。近年來,基于對其中部分地質體的同位素地質年代學研究,一些學者對已有的認識提出了質疑。這些變質地體是否都是前寒武紀古老塊體的組成部分,如果是,它們與哪一個古陸有親緣關系?如果不是,它們是何時在何種構造背景下變質的?這些問題成為研究該區(qū)地殼結構和構造演化必須面對的重大地質問題,也是該區(qū)礦產(chǎn)資源勘查工作部署必須面對的問題。針對上述問題,本計劃項目專門設立了一個工作項目收集研究這些變質地體的已有資料,對沒有確切時代依據(jù)的變質地體開展野外地質調查、室內同位素年代學分析和巖石組合研究,在此基礎上,編制了研究區(qū)變質地體的時空分布圖,取得了如下主要進展。1.1變質深成巖的形成時代研究表明,前人所描述的古老陸塊大部分是存在的,它們分別在中元古代和新元古代早期變質固結,多數(shù)經(jīng)歷了新元古代晚期和古生代期間強烈地質作用的改造,僅庫魯克塔格地塊是在早前寒武紀晚期,即古元古代固結的。相關研究獲得了以下新資料和新認識。(1)西天山北部溫泉縣安格里格鄉(xiāng)至西部卡贊一帶分布的溫泉巖群由變質表殼巖系和變質侵入體組成。其中,變質表殼巖系的主要巖石類型為石英巖、白云母石英巖、黑云母石英片巖、黑色斜長角閃巖、厚層透閃石大理巖、石英大理巖、粗晶大理巖。變質侵入體則包括條帶狀-片麻狀石英閃長巖、二長花崗巖、巨斑狀花崗巖和片麻狀二長花崗巖。野外接觸關系表明,溫泉巖群表殼巖的形成時代早于變質侵入巖。采用LA-ICP-MS測年技術,獲得的溫泉巖群石英巖碎屑鋯石的主要年齡峰值為1.71Ga,其次為1.59Ga、1.42Ga和2.48Ga,此外還有幾粒鋯石的年齡分別為2.09Ga、2.33Ga、2.65Ga、2.83Ga和3.06Ga,最小的碎屑鋯石年齡為1.41Ga;片麻狀石英閃長巖的成巖年齡為904Ma。這些資料均說明,溫泉巖群變質表殼巖的形成時代可能為中元古代中晚期,變質深成巖則主要是在新元古代形成的,而不是先前認為的古元古代(孫立新等未發(fā)表的資料)。(2)在博斯騰湖以南識別出新元古代中期的石榴輝石麻粒巖,其經(jīng)歷了早期的高壓麻粒巖相變質作用和晚期的角閃巖相退變質作用,對其進行鋯石LA-ICP-MSU-Pb年齡測定,獲得0.9~1.0Ga,1.8~2.0Ga和2.4~2.6Ga三組年齡,對其原巖的形成時代給出比較好的約束;不同樣品的變質鋯石給出了介于790~820Ma之間的變質年齡。(3)4個片麻巖和片巖的鋯石U-Pb年代學分析結果表明,庫爾勒鐵門關地區(qū)變質巖的原巖形成時代為古元古代早期(約2370Ma),經(jīng)歷了1890~1850Ma角閃巖相變質作用和980~910Ma構造熱事件的改造(孫立新等未發(fā)表的資料)。(4)星星峽以北沿312國道出露的石英閃長質片麻巖的原巖為石英閃長巖,鋯石U-Pb測年結果表明其原巖形成時代為425Ma,變質時代為320~360Ma,認為是古生代南天山洋向北俯沖的產(chǎn)物。(5)北山地區(qū)馬鬃山、石板井等地原來認為是太古宙的片麻巖,主體是不同時代的糜棱巖化花崗巖,其中古堡泉榴輝巖的圍巖眼球狀片麻巖原巖形成年齡約為880Ma,石板井一帶的花崗質片麻巖變質年齡為~455Ma(孫立新等未發(fā)表的資料)。(6)敦煌地塊內三危山和黨河水庫敦煌群正片麻巖的年齡為1850Ma,玉門關一帶的混合巖化片麻巖鋯石U-Pb定年結果顯示其原巖時代約為900Ma,蘑菇臺附近的變質巖為約440Ma變質的高壓基性麻粒巖,三危山副變質巖為約430Ma變質的高壓變泥質巖石,瓜州南混合巖化片麻巖鋯石年齡約450Ma(孫立新等未發(fā)表的資料)。這些資料表明,敦煌地塊作為一個古老陸塊,遭受了新元古代早期和古生代早期強烈造山作用的改造。(7)組成狼山北部寶音圖地塊的寶音圖群變質巖由變質侵入體和表殼沉積巖組成,其中變質侵入體SHRIMP鋯石U-Pb年齡為1672Ma±10Ma,表殼沉積的石英巖碎屑鋯石最年輕的U-Pb年齡為1426Ma,限定了寶音圖群的形成時代應晚于中元古代中期,而不是前人所說的古元古代。(8)在錫林郭勒地塊內識別出遭受了451Ma變質改造的中元古代中期的變質侵入體(詳見本專輯孫立新等的論文),通過碎屑鋯石研究初步確定該地塊內部分變沉積巖的原巖是在434Ma以后沉積的。(9)測得額爾古納地塊北部漠河紅旗林場一帶花崗片麻巖的鋯石年齡為792Ma±2Ma,該地塊南部莫爾道嘎一帶太平川變質巨斑狀黑云正長花崗巖的鋯石U-Pb年齡為791Ma。在該地塊新元古界南華系佳疙瘩組中發(fā)現(xiàn)了具有枕狀構造的富鈉堿性玄武巖,在韓家園子西北十七站附近發(fā)現(xiàn)了巖漿鋯石核部年齡為古元古代晚期的片麻巖。(10)獲得興安地塊北部韓家園子—興華渡口一帶眼球狀黑云二長片麻巖中巖漿鋯石核部U-Pb年齡為1726~1856Ma,表明其原巖是在古元古代末期形成的侵入體(詳見本專輯孫立新等的論文);在韓家園子-興華一帶興華渡口群中新發(fā)現(xiàn)一套由灰白色中厚層含礫石英巖、條帶狀磁鐵石英巖、含石榴斜長白云母石英巖、含石榴黑云二長淺粒巖、黑云母片巖和蛇紋石化橄欖大理巖組成的含鐵礦層的變質巖系,獲得其中變質砂巖碎屑鋯石年齡譜中鋯石U-Pb年齡分布范圍為730~2500Ma,集中在700~956Ma之間,峰值為826Ma,揭示出興華渡口群變質巖的原巖既有古元古代晚期的侵入巖,也有新元古代晚期的沉積巖(孫立新等未發(fā)表的資料)。1.2晚石炭世—明確一些地區(qū)原來被認為是前南華紀的變質巖實際上是古生代地質體(1)扎蘭屯—阿榮旗一帶出露的變質表殼巖前人稱為扎蘭屯群,后又改稱興華渡口群(或寶音圖群),其主要巖石類型為高綠片巖相的灰黑色條帶狀黑云母石英片巖、黑灰色條帶狀斜長黑云石英片巖、條帶狀黑云斜長片麻巖、斜長綠簾-綠泥片巖、綠泥斜長變粒巖、變質長石石英細砂巖,蝕變碎裂條帶狀絹云斜長片巖等,并被多條基性脈巖穿插。該套巖石變形強烈,發(fā)育大量的石英條帶,小褶皺構造發(fā)育,片柱狀礦物定向排列形成片理,以片理面為變形面形成同斜褶皺,內部發(fā)育大量石英條帶順層固態(tài)流變褶皺。該套巖石組合因受強烈而復雜的構造作用影響,主體為近北東—東西走向。2件變質砂巖的碎屑鋯石U-Pb年齡分布在456~3000Ma之間,有3個強峰,最強為456~586Ma,峰值為512Ma,限定了扎蘭屯群原巖的時代應為古生代,而不是古元古代(孫立新等未發(fā)表的資料)。(2)雙井微地塊或古陸并非古老地塊,而是晚石炭世—早二疊世受變形改造的侵入體雙井片巖為內蒙古自治區(qū)第十地勘院在內蒙古東部西拉木倫河一帶雙井地區(qū)建立的非正式構造巖石地層單位,1:20萬地質圖中將其置于奧陶紀—志留紀,為一套變質較深的長英質巖石和由云母片巖、含石墨片巖、變粒巖和斜長角閃巖構成的表殼巖。1992年內蒙古區(qū)域地質志將其歸為古元古界寶音圖群,該變質巖出露區(qū)被稱之為雙井古陸。研究發(fā)現(xiàn),在雙井片巖出露區(qū),主體為具有片麻狀構造的花崗質片麻巖、花崗閃長質片麻巖,其與雙井片巖具有明顯一致的變質變形特征,韌性剪切變形廣泛發(fā)育。鋯石測年結果顯示變質深成巖體的形成時代為283~306Ma,屬于晚石炭世—早二疊世巖漿活動的產(chǎn)物,部分變質沉積巖的原巖是在二疊紀中晚期沉積的,變質作用則主要發(fā)生在中生代期間(李錦軼等未發(fā)表的資料)。(3)阿爾泰山脈中不存在前南華紀古陸關于阿爾泰山脈中出露的變質巖,前些年根據(jù)變質程度和不太精確的年代學及古生物化石資料,新疆地質部門將其置于前寒武紀。李會軍等根據(jù)一些樣品中殘留的古老鋯石資料,認為存在一個阿爾泰古陸。近年來,相繼實施的國家305項目和973項目對這些變質巖和沉積巖開展了鋯石年代學研究,沉積巖碎屑鋯石年代學資料顯示,它們多是在早古生代中晚期弧相關環(huán)境下沉積的;變質深成巖的鋯石年代學研究表明,它們的原巖分別是在寒武紀、奧陶紀—志留紀、泥盆紀和二疊紀形成的,其變質作用主要發(fā)生在泥盆紀和二疊紀。迄今為止,在中國阿爾泰山脈中,還沒有發(fā)現(xiàn)確切的前寒武紀地質體。因此,阿爾泰山脈中很可能不存在古老陸塊。2主要研究工作中國北方地殼的基本構造格局是多年以來持續(xù)研究的重大地質構造問題之一。在本計劃項目實施以前,筆者相繼在國家305項目、國家973項目和前一輪國土資源大調查項目的資助下,重點對中亞地區(qū),亦即研究區(qū)西段開展了多年的相關研究。因此,本計劃項目實施后,與地殼基本構造格局的相關研究主要側重于東段,開展的具體研究工作主要為:(1)唐山-東烏旗地質走廊帶的地質構造調查與研究;(2)松遼盆地東、西兩側華北北緣古生代晚期巖漿活動和成礦地質構造背景研究;(3)鄂爾多斯西緣地區(qū)阿拉善地塊與華北古陸之間構造關系的研究;(4)塔里木盆地北緣古生代中期巖漿活動及其地質構造背景研究;(5)研究區(qū)古生代火山巖形成時代與構造環(huán)境的研究;(6)研究區(qū)花崗巖時空分布與地殼演化的研究;(7)部分中生代盆地成因類型與構造環(huán)境的研究;(8)中國東北地區(qū)古亞洲洋構造體制與濱太平洋構造體制疊加轉換的研究等。經(jīng)過近3年的工作,取得了以下主要進展。2.1成巖年齡及構造意義(1)在赤峰以北地區(qū),發(fā)現(xiàn)了可以與華北克拉通內部太古宙地質體進行對比的新太古代晚期地質體,其北側為一條長期多次活動的大型斷裂構造。據(jù)此,把赤峰地區(qū)華北克拉通的北界向北移動了約50km到該斷裂帶的位置,從而解決了原來把該界線置于赤峰一帶但是一直苦于沒有確切地質證據(jù)這一重大地質構造問題,同時也為該區(qū)成礦地質構造背景研究提供了科學依據(jù)。相關論文目前正在撰寫。(2)通過對陰山-燕山和遼北-吉中地區(qū)古生代晚期巖漿巖的研究,發(fā)現(xiàn)松遼盆地東西兩側的華北古陸北緣晚古生代巖漿巖在活動期次、巖石組合和序列及每期構造背景等方面都可以進行對比。據(jù)此得出結論,至少是在晚古生代期間,松遼盆地東西兩側的古老地質體都屬于華北古陸的組成部分,從而使長期爭論的松遼盆地東西兩側是否都屬于華北古陸或克拉通,以及古生代造山帶是否可以對比連接這一重大地質構造問題有了比較確定的答案。相關研究成果見張拴宏等,以及本專輯王志偉等和王子進等的論文。(3)通過對赤城-崇禮一帶原紅旗營子群及相關巖漿巖的研究,初步確定紅旗營子群原巖是在二疊紀沉積形成的,從而為華北北緣二疊紀構造格局的確定提供了新的約束。相關論文目前正在撰寫。(4)在烏丹鎮(zhèn)以北,西拉木倫河以南地區(qū),發(fā)現(xiàn)的早古生代弧巖漿巖(相關資料正在整理過程中),為華北北緣早古生代造山帶的確立提供了科學依據(jù)。(5)在西拉木倫河一帶,從前人劃分的寶音圖群變質巖中識別出二疊紀弧巖漿巖組合,結合區(qū)域地質資料,確定西拉木倫河一帶寶音圖群變質巖實際上為二疊紀期間島弧根帶的巖石。(6)在西拉木倫河上游的柯單山以東地區(qū),發(fā)現(xiàn)并實測了二疊紀混雜巖剖面,為確定那里古板塊俯沖極性提供了令人信服的證據(jù)(相關論文正在撰寫)。(7)在西拉木倫河以北地區(qū),識別出二疊紀晚期海相火山巖帶(相關資料正在整理),進一步證實了二疊紀早期雙峰式巖漿巖帶和石炭紀巖漿弧,從而為確定該區(qū)古生代晚期構造格局提供了新證據(jù)。(8)在西拉木倫河以南地區(qū),識別出泥盆紀富堿侵入巖,晚石炭世至二疊紀中期弧巖漿巖和二疊紀晚期至三疊紀與碰撞造山相關的巖漿巖,本專輯劉建峰等的論文也屬于這一成果的部分,為該區(qū)古生代晚期構造格局的確定提供了可靠的地質資料。(9)研究確定內蒙古查干諾爾地區(qū)石炭系本巴圖組火山巖由玄武巖和英安巖組成,同位素年齡范圍為313~308Ma,其中的基性火山巖屬于堿性玄武巖系列,英安巖為堿含量較高的鈣堿性系列。內蒙古達茂旗滿都拉地區(qū)胡吉爾特—查干哈達廟一帶玄武巖和輝長巖的鋯石SHRIMPU-Pb年齡分別為273.7Ma±1.0Ma和278.5Ma±3.0Ma;具有高(143Nd/144Nd)i值(0.51262~0.51270)、較高的正εNd(t)值(3.4~8.0)和Mg#值(49~54),表明其來源是虧損的軟流圈地幔。(10)初步確定了阿拉善與鄂爾多斯2個古陸于古生代中期拼合在一起通過對鄂爾多斯與阿拉善之間奧陶紀和泥盆紀地層的沉積構造及碎屑鋯石的研究,結合區(qū)域地質資料,證明阿拉善地塊與華北克拉通之間在早古生代期間發(fā)育古洋盆,在早古生代晚期才與華北克拉通拼合,成為晚古生代華北古板塊的一部分。(11)在狼山發(fā)現(xiàn)二疊紀晚期的枕狀玄武巖,并對其形成環(huán)境和構造意義進行了初步探討(詳見本專輯張進等的論文)。(12)北山北帶基性—超基性巖包括了不同時期不同環(huán)境的幔源雜巖在野外觀察的基礎上,采用鋯石SHRIMPU-Pb年代學定年技術,獲得了北山紅石山層狀輝長巖的鋯石年齡為363Ma±3Ma,清河口輝長巖的鋯石年齡為284Ma±3Ma(含320~340Ma和400~440Ma的捕獲晶),紅石山安山巖的鋯石年齡為320Ma±3Ma,高鋁玄武巖的鋯石年齡為304Ma±2Ma;紅石山片麻狀花崗巖的年齡為278Ma±3Ma,未變形紅色花崗巖的年齡分別為277Ma±2Ma和272Ma±2Ma。紅石山大部分玄武巖LREE相對于HREE虧損,與NMORB相當;LILE相對于HFSE富集,Nb相對Th和La虧損,類似于SSZ型蛇綠巖;清河口玄武巖LREE相對于HREE虧損,HREE相對NMORB虧損;LILE相對于HFSE富集,Nb相對Th和La虧損,類似于IAT(島弧拉斑玄武巖的)地球化學特征。這些資料表明北山北帶基性超基性巖可能是晚泥盆世、晚石炭世和早二疊世至少3期幔源巖漿活動的產(chǎn)物,各期構造環(huán)境不同,不是一條簡單的蛇綠巖帶(簡平等未發(fā)表的資料)。(13)初步確定北山南帶蛇綠巖為早寒武世SSZ型蛇綠巖在野外觀察的基礎上,采用鋯石SHRIMPU-Pb定年,獲得了紅柳河玻安巖的鋯石年齡為534Ma±3Ma(含1077~2545Ma的捕獲晶);白云山產(chǎn)于蛇綠混雜巖(蛇紋巖為基質)的斜長巖塊的年齡為524Ma±2Ma;洗腸井產(chǎn)于蛇綠混雜巖的斜長斑巖(巖墻)巖塊的年齡為527Ma±4Ma,蛇綠混雜巖的層狀輝長巖巖塊的年齡為535Ma±6Ma,表明北山南部蛇綠巖形成于早寒武世。共生火山巖地球化學研究表明,紅柳河、白云山、洗腸井和月牙山等地區(qū)玄武巖為典型的IAT和玻安巖系列巖石,屬于SSZ型蛇綠巖,代表一個早寒武世的消減帶。在紅柳河地區(qū),識別出一個400~380Ma的輝長巖-花崗巖巖套。這一巖套侵入蛇綠混雜巖,與蛇綠巖在空間上重合,特別是其中的輝長巖與蛇綠巖容易混淆。在白云山,洗腸井和月牙山地區(qū),蛇綠混雜巖外的輝長巖-閃長巖和中酸性火山巖為二疊紀地幔巖漿活動的產(chǎn)物。這些巖石與蛇綠巖的顯著區(qū)別在于未發(fā)生變形,但由于在空間上與蛇綠混雜巖高度疊置,部分巖性相似,極易與蛇綠巖混淆(簡平等未發(fā)表的資料)。(14)在北山東部地區(qū)識別出1.4Ga的花崗巖和輝長巖北山地區(qū)位于塔里木古陸與華北克拉通之間,其構造歸屬一直是研究的重點。通過2009年及2010年的工作,在板灘、金廟溝分別發(fā)現(xiàn)有1.4Ga的強變形的富堿花崗質片麻巖和輝長巖(王濤等未發(fā)表的資料)。這對重新認識北山的演化,特別是前寒武紀的構造屬性具有十分重要的意義。(15)首次確定塔里木盆地北緣發(fā)育一條古生代中期的巖漿巖帶在塔里木盆地北緣識別出一條從庫車以北向東到庫魯克塔格地區(qū)的古生代侵入巖漿巖帶,其中奧陶紀侵入巖以二長花崗巖為主,志留紀和泥盆紀侵入巖組合為石英閃長巖、花崗閃長巖和二長花崗巖;石炭紀侵入巖主要為二長花崗巖。為確定塔里木古陸北緣古生代地質構造環(huán)境及其與天山造山帶的關系提供了新的證據(jù)(詳見本專輯郭瑞清等、賈曉亮等和尼加提等的論文)。(16)對西天山大哈拉軍山組火山巖的層序、巖石組合、形成時代和構造環(huán)境進行了重新厘定近年研究發(fā)現(xiàn),在西天山地區(qū)被劃歸下石炭統(tǒng)的大哈拉軍山組火山巖,是不同時代的火山活動的產(chǎn)物。在本項目執(zhí)行期間,結合其它地質調查項目,對這套火山巖進行了比較系統(tǒng)的研究,重新厘定的大哈拉軍山組具有由陸相轉化為海相的進積序列的特征,以哈拉峻山地區(qū)最具代表性,下部自下而上依次為礫巖、凝灰質砂巖、泥灰?guī)r、薄層灰?guī)r構成的5~6個韻律旋回沉積,上部為火山熔巖及其碎屑巖。結合同位素地質測年資料,認為大哈拉軍山組火山巖的形成時代以早石炭世杜內階為主。其中的火山巖是以安山巖為主的玄武巖、安山巖、英安巖和流紋巖組合,不同地段巖石組合不盡相同。所含礦床以阿希金礦為代表。巖石化學資料表明,該組火山巖屬于鈣堿系列,少部分巖石具有拉斑系列和堿性系列的特征,稀土元素配分曲線呈輕稀土富集型,具有弱的Eu負異常,稀土元素總量高。無論是大離子親石元素(如Rb、Ba、Th、U)還是高場強元素,均相對于原始地幔富集,與島弧或者大陸邊緣弧火山巖相似。(17)在東天山(哈密市東)發(fā)現(xiàn)了二疊紀中期脫?；瘔A性花崗巖墻在野外工作和薄片鑒定的基礎上,對位于哈密市以東約20km,侵入到花崗巖中的脫玻化堿性花崗巖墻開展年代學研究,確定其形成時代為270Ma,為東天山北段中晚二疊世伸展環(huán)境提供了新證據(jù)(王濤等未發(fā)表的資料)。(18)在中國阿爾泰山南緣東段厘定出了瑪因鄂博蛇綠巖瑪因鄂博蛇綠巖由堆晶輝石巖、橄欖輝石巖、輝長巖、輝綠巖墻、玄武巖、硅質巖及復理石基質構成,輝長巖的鋯石ICP-MS測年結果為366.5Ma±8.7Ma,屬晚泥盆世;同一地區(qū)的斜長角閃巖鋯石ICP-MS測年結果為437Ma±12Ma,屬志留紀。初步認為該蛇綠巖的形成時代介于志留紀—早泥盆世之間(徐學義等未發(fā)表的資料)。(19)研究區(qū)中生代盆地研究獲得了大量新資料和新認識通過野外觀察、數(shù)據(jù)采集和室內研究,獲得了中生代沉積盆地形成演化的一批古水流等多方面的新資料,提出了對該區(qū)中生代古地理古構造格局變化的新認識,為中生代地質構造格局的重建提供了新的依據(jù),部分成果詳見彭楠等和本專輯章惠等、彭楠等、薛沛霖等、陳軍等、許歡等、曠紅偉等的論文。(20)大興安嶺北段-松嫩盆地地學剖面綜合調查研究取得豐碩成果大興安嶺北段-松嫩盆地地學剖面是中國地質調查局利用中俄石油管線施工揭露出大量基巖這一難得的機會,部署的一個工作項目,由黑龍江省區(qū)域地質調查研究所承擔。經(jīng)過3年的艱苦工作,完成興安-嫩江段基巖剖面編錄長度573.6km,1∶5萬填圖面積1488km2,1∶500剖面測制28km,采集原巖光譜樣5814件、薄片樣6027件、土壤樣4903件、標本8977件,同位素測年、稀土元素、微量元素、硅酸鹽測試配套樣品230多套。獲得了如下研究進展:(1)通過剖面測制和路線填圖,在管線廊帶域內初步劃分出巖石地層單位24個,侵入巖巖石填圖單位41個,根據(jù)新獲得的資料,重新厘定了部分地質單元的形成時代;(2)初步確定剖面沿線中生代火山巖基本屬于堿性—亞堿性高鉀鈣堿性巖系,將其劃分為4個火山巖噴發(fā)帶、6個火山巖噴發(fā)亞帶,初步證實本區(qū)中生代火山巖在南北向大地構造單元內不存在巖石系列的演化差異;(3)將剖面沿線變質巖劃分為9個區(qū)域熱動力變質帶和3條動力變質巖帶;(4)剖面穿過地區(qū)自北而南劃分為額爾古納島弧、呼瑪溝-弧-盆系、新林蛇綠混雜巖帶和多寶山溝-弧-盆系(興安-松嫩地塊),與以前的認識相比,將以得爾布干斷裂(呼瑪河斷裂)為界劃分的額爾古納島弧南界南移至大烏蘇一帶,而把該斷裂作為漠河盆地的南界;(5)開展了剖面沿線樣品的地球物理和地球化學研究,獲得了一批新資料;(6)發(fā)現(xiàn)了多處蝕變礦化現(xiàn)象(張昱等未發(fā)表的資料)。(21)基本查清了研究區(qū)大型斷裂構造格架(李錦軼等將另文詳細論述)。(22)初步編制了研究區(qū)基礎性專題圖件綜合已有資料,編制了研究區(qū)古老陸塊的時空分布圖、花崗巖時空分布圖、天山-興蒙造山區(qū)西段火山巖成礦地質背景圖、大興安嶺地質圖和中國北方及鄰區(qū)地殼構造格架圖等基礎性圖件,完成了唐山-東烏旗地質走廊帶地質構造圖和大興安嶺北段-松嫩盆地地學剖面圖。2.2通過初步研究，揭示了研究領域地殼的基本結構綜合上述新資料和前人的已有資料,發(fā)現(xiàn)研究區(qū)中國西北和中國東北地殼構造格架有比較明顯的差別,具有明顯的橫向分區(qū)、縱向分層的特征。2.2.1石炭紀中期的構造格局本文涉及的中國西北地區(qū)主要為塔里木盆地以北的新疆北部地區(qū)。該區(qū)地殼基本構造格架表現(xiàn)為以中生代地層與下伏地質體之間的不整合界面和西域礫巖底界面為界,劃分出前中生代大陸地殼聚合固結、中生代至新生代中期陸內演化、新生代晚期陸內造山3個構造層。在每一個構造層內可以恢復出不同的構造格局和構造單元。該區(qū)前中生代構造層表現(xiàn)為古洋陸相間的構造格局,陸塊主要為塔里木、伊犁、巴倫臺、庫魯克塔格、卡拉塔格-旱山(東天山隆起帶和北山中部馬鬃山隆起)、準噶爾-吐哈和塔城等。塔里木與卡拉庫姆、東歐可能為一個古陸或比較靠近的陸塊群,其在中國境內部分通常被稱之為塔里木古板塊。庫魯克塔格陸塊發(fā)育古生代巖漿巖,其南側的塔里木盆地北緣滿加爾坳陷寒武紀和奧陶紀地層具有類似被動陸緣沉積巖系的特征,表明其可能是一個洋中的微陸塊,在古生代中期增生到塔里木古板塊北緣,成為晚古生代塔里木古板塊的組成部分。伊犁和塔城與中亞的諸陸塊共同構成了古洋盆中的哈薩克斯坦古板塊;卡瓦布拉克斷裂沿線蛇綠巖塊體的發(fā)育以及巴音布魯克盆地周緣的斷裂特征,表明巴倫臺和卡拉塔格-旱山2個古陸塊體與伊犁陸塊是被洋盆分開的,它們是屬于洋中獨立的古陸塊群還是哈薩克斯坦古板塊的組成部分,還有待于進一步研究。近年獲得的資料越來越證實,準噶爾-吐哈陸塊是存在的,而且是靠近西伯利亞古板塊南緣的微大陸之一。筆者獲得的資料進一步支持位于星星峽-且末斷裂南東的敦煌地塊與阿拉善地塊構成一個統(tǒng)一的古陸塊體,其在早古生代晚期增生到華北古陸西緣,它們共同構成晚古生代的華北古板塊。這樣,大體以查爾斯克-額爾齊斯-達拉布特-北天山、南天山等縫合帶和星星峽-且末斷裂帶為界,把中國西北前中生代構造層劃分為西伯利亞、哈薩克斯坦、塔里木和華北4個古板塊及其增生邊緣(圖2)。上述幾個古板塊在石炭紀晚期至二疊紀中期相繼聚合碰撞,成為了歐亞板塊的一部分。在三疊紀和侏羅紀期間,該區(qū)夾持在古太平洋和古特斯洋2個洋盆之間,既具有陸內的特征,又具有陸緣的特征,其構造格局為古生代造山后的盆山相間。隨著古太平洋沿蒙古-鄂霍茨克帶在侏羅紀晚期的關閉,以及揚子、羌塘地塊在三疊紀晚期與華北和塔里木南緣的碰撞,中國西北部在白堊紀至新近紀中期處于比較典型的陸內地球動力學環(huán)境,其構造格局以陸內盆山相間為特征。新近紀晚期開始,受印度與歐亞板塊碰撞的影響,中國西北地區(qū)發(fā)生了比較強烈的陸內造山,堆積了以西域礫巖為代表的同造山前陸盆地沉積巖系,形成了現(xiàn)今所見的盆地與山脈相間的陸內構造格局(圖1)。2.2.2晚古生代構造與成礦與中國西北地區(qū)類似,中國東北地區(qū)地殼同樣可以劃分為3個構造層,但是這些構造層的界限與組成都與中國西北地區(qū)有所不同。中國東北前中生代構造層的地殼構造格架主要表現(xiàn)為西伯利亞古陸增生邊緣、華北古陸增生邊緣與布列亞-佳木斯古板塊的鑲嵌(圖3)。西伯利亞古陸增生邊緣由具有前南華紀基底的額爾古納和扎蘭屯地塊及其間和周緣的古生代造山帶組成;華北古板塊北緣表現(xiàn)為早古生代弧陸碰撞形成的增生邊緣及疊置其上的晚古生代溝-弧-盆系統(tǒng)鑲嵌與疊覆;布列亞-佳木斯古板塊與西段的哈薩克斯坦古板塊類似,屬于洋中多個陸塊聚合形成的古板塊,由哈爾濱(松嫩)地塊、鶴崗地塊、麻山地塊和興凱地塊等鑲嵌組成,它們的聚合主要發(fā)生在早古生代晚期,在其東緣發(fā)育晚古生代至中生代的增生邊緣。上述不同古板塊在石炭紀晚期至二疊紀期間聚合碰撞,所形成的地質記錄疊加在上述不同陸緣之上,構成了復雜的縱向結構。中國東北地區(qū)中生代以來的構造要比中國西北地區(qū)復雜得多。與蒙古-鄂霍茨克造山帶前身洋盆收縮關閉相關的地質記錄,包括三疊紀至中侏羅世與大洋巖石圈板塊俯沖相關的構造變形與巖石,晚侏羅世至早白堊世期間與陸緣碰撞相關的構造與巖石,以及白堊紀中期開始的大型熱塌陷的陸相為主的沉積盆地,廣泛疊置在古生代增生-碰撞構造之上。其上又疊加了新生代伸展背景下的幔源巖漿巖和大型陸相沉積盆地。3古板塊構造山的構造背景經(jīng)過近年的持續(xù)研究,初步確定中國北方及鄰區(qū)顯生宙造山過程既包括了上述西伯利亞、哈薩克斯坦、塔里木、華北和布列亞-佳木斯5個古板塊聚合過程中的陸緣增生造山和碰撞造山,也包括了它們聚合以后,原西伯利亞古陸面向古太平洋的大陸邊緣沿蒙古-鄂霍茨克帶碰撞造山、印度與歐亞板塊碰撞引發(fā)的陸內造山。古板塊的陸緣增生造山分別發(fā)育在西伯利亞古陸面向古亞洲洋的增生邊緣和面向古太平洋的增生邊緣、哈薩克斯坦古板塊南北兩側的增生邊緣、塔里木古板塊的北部邊緣、中朝古板塊的北部邊緣,以及布列亞-佳木斯古板塊周緣的增生邊緣;它們之間的碰撞造山作用形成了齋桑造山帶、天山造山帶、北山-索倫山-吉中造山帶、齊齊哈爾-黑河造山帶和蒙古-鄂霍茨克造山帶,其中的天山造山帶和陰山-燕山造山帶都屬于經(jīng)歷了陸緣增生、陸間碰撞和陸內疊加多種造山作用的復合造山帶(相關文章正在撰寫)。4討論和結論4.1不同學者的研究思路、對象和地區(qū)都不完全相同中國東北地區(qū)的構造體制轉折問題一直是中國地質界關注的重大地質構造問題。在本計劃項目實施期間,專門設置了一個工作項目,對這一問題開展了比較系統(tǒng)的研究。在中國東北地區(qū),所謂的古亞洲洋構造體制一般理解為近東西向的構造,濱太平洋構造體制理解為北北東向的構造。關于這2種體制的轉換時間,以往有三疊紀(印支運動)、中—晚侏羅世(燕山運動)、早白堊世和現(xiàn)今太平洋體制開始于新生代中期等不同認識。筆者研究發(fā)現(xiàn),產(chǎn)生這些不同認識的原因在于,不同研究者的研究思路、對象和地區(qū)都不完全相同。例如,關于三疊紀轉換的論點,主要依據(jù)是中國東北二疊紀和三疊紀地層沉積特征及變形特征,推測從中三疊世開始,該區(qū)已經(jīng)屬于濱太平洋構造體制。持中—晚侏羅世(燕山運動)轉換論點的學者,主要考慮了中侏羅世地層序列及變形和火山弧的出現(xiàn);早白堊世轉換完成的論點主要源于對燕山地區(qū)火山巖形成時代的測定和構造線方向的改變;而持新生代早期的論點,則主要考慮到日本海的打開和現(xiàn)今太平洋體制的開始時限,以及蒙古-鄂霍茨克造山帶所屬構造體制在機制與方向上與古亞洲洋和現(xiàn)今太平洋體制的差別,并認為在中國東北地區(qū)應該是古亞洲洋、古太平洋和現(xiàn)今太平洋3個構造體制。在本項目實施期間,對這一重大地質構造問題,著重開展了區(qū)域地質構造背景、古生代晚期以來巖漿活動、沉積作用和構造變形及相關變質作用等幾個方面的工作,初步認為古亞洲洋構造體制結束的時間是三疊紀中期,三疊紀晚期至白堊紀主要受古太平洋構造體制的作用和影響,而現(xiàn)今太平洋構造體制則開始于新生代中期。其中,古太平洋構造體制在中國東北地區(qū)產(chǎn)生的構造線走向主體是北東東向,與現(xiàn)今太平洋構造體制的北北東向是完全不同的。古太平洋和現(xiàn)今太平洋2個體制下的地質產(chǎn)物,大體上對應李四光提出的華夏構造和新華夏構造,二者不僅在方向上,而且在時間、過程和機制方面也都是不同的。4.2應用及地質環(huán)境的初步成果成礦地質背景研究是地質構造研究服務于礦產(chǎn)勘查工作的一個重要方面,具體包括在確定不同地質體形成時地球動力學環(huán)境的基礎上,劃分不同地質時期的構造單元,重建相關地區(qū)的地質歷史,進而確定一個地區(qū)在不同地質時期的成礦地質背景?？梢哉f,迄今為止,大地構造研究或地質構造研究成果未能很好地服務于礦產(chǎn)勘查工作,一個比較重要的原因就是以往的構造研究側重于一個地區(qū)地殼固結的時代,而對其地球動力學環(huán)境及其隨地質歷史發(fā)展而發(fā)生的變化重視不夠,特別是不同時期地質體形成時的地球動力學環(huán)境不同,這一地質現(xiàn)象在相關構造圖上如何表示,仍沒有得到很好的解決。針對這一問題,本項目實施期間,把各種地質體形成時的地球動力學環(huán)境和一個地區(qū)不同地質時期地球動力學環(huán)境的變化給予了足夠的重視,并對在一張地質圖上如何表示清楚一個地區(qū)地球動力學環(huán)境的變化,做了初步的嘗試。獲得了如下初步成果。(1)基于對構造格局及其隨地質發(fā)展變化的研究,識別出中國北方造山區(qū)中一個有利于斑巖型銅礦形成的活動大陸邊緣,其西起吐哈盆地,向東通過北山北部、蒙古南部,穿越大興安嶺中段延伸到小興安嶺北段的多寶山地區(qū)。(2)基于對不同構造單元精細結構的研究,發(fā)現(xiàn)中亞地區(qū)的礦區(qū)阿爾泰進入中國境內不遠即發(fā)生尖滅。因此,在中國阿爾泰大部分地區(qū)不具備形成與中亞地區(qū)礦區(qū)阿爾泰類似礦床的地質條件。同樣的原因,蘊藏有巨型礦床的中亞地區(qū)的中天山也在中國境內變窄乃至尖滅,因此,中國天山不存在與穆龍?zhí)椎染扌徒鸬V類似的金屬礦床成礦的有利地區(qū)。(3)中國境內的西準噶爾和東準噶爾,西天山北部和東天山北部,原來屬于不同的大陸邊緣,成礦地質環(huán)境有比較大的差別,導致這些地區(qū)成礦作用差別明顯,賦存的礦產(chǎn)資源也不同,因而找礦工作部署的目標和重點應該有所不同。(4)華北北緣經(jīng)歷了古元古代晚期碰撞造山、中元古代大陸裂解、古生代早期被動大陸邊緣、古生代中期弧陸碰撞、晚古生代早期陸緣伸展、晚古生代晚期溝弧盆體系和古生代末期至中生代初期的碰撞造山、中生代中期陸內造山和中生代晚期以來陸緣裂解伸展等多期復雜的演化歷史,因而是成礦作用極為有利的地區(qū)。然而,由于后期地質作用的多期疊加,早期形成的礦床被不同程度破壞改造。(5)中國東北及鄰區(qū)中生代成礦作用涉及到古太平洋大陸邊緣增生碰撞和現(xiàn)今太平洋大陸邊緣演化。中國大興安嶺中段和北段,與境外的蒙古東部及俄羅斯的外貝加爾在成礦地質條件方面完全相同。這表明,在大興安嶺中段和北段具備與境外類似的有利成礦條件,該區(qū)找礦工作前景可觀,資源潛力巨大。5地質構造問題經(jīng)過近3年的研究,取得了上述重要的研究進展,同時也發(fā)現(xiàn)如下需要進一步研究的與該區(qū)地殼構造格局和成礦地質背景相關的重大地質構造問題。(1)在北山和內蒙古東部都發(fā)現(xiàn)了1.4Ga前后的巖漿活動,這期巖漿活動與華北內部同時期的巖漿活動是否有內在聯(lián)系,它們分別形成于何種地球動力學背景?(2)二疊紀晚期至三疊紀,研究區(qū)發(fā)育比較強烈且?guī)r石類型多樣的巖漿活動,其巖漿成因和地球動力學背景目前還不是很清楚。(3)目前雖然基本查清了該區(qū)古老陸塊的空間分布,但是對這些陸塊的構造親緣性和含礦性還知之甚少。(4)中國東北