邵積東
內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院 呼和浩特 010020
對內(nèi)蒙古太古代地層劃分及形成時代的重新認識
邵積東
內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院呼和浩特010020
五十至六十年代有不少學(xué)者對內(nèi)蒙古的早前寒武紀變質(zhì)地層進行了劃分,九十年代末巖石地層清理,在綜合1∶20萬區(qū)調(diào)成果和相關(guān)研究工作的基礎(chǔ)上,將內(nèi)蒙古的早前寒武紀變質(zhì)地層劃分為早太古代興和巖群,中太古代集寧巖群和烏拉山巖群,晚太古代色兒騰山巖群。近十余年有不少學(xué)者于孔茲巖系和相關(guān)深成侵入體中獲得大量SHRIMP和LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素年齡,提出了孔茲巖系形成于古元古代,也有的認為是新太古代,爭議較大。筆者根據(jù)地質(zhì)關(guān)系和大量的同位素年齡資料的分類統(tǒng)計,和對鋯石經(jīng)受深熔作用和超高溫變質(zhì)作用改造的詳細研究,認為所獲大量25Ga的年齡數(shù)據(jù)應(yīng)當(dāng)是成巖年齡,更多的是19Ga左右的年齡數(shù)據(jù),應(yīng)當(dāng)是呂梁期的一次重要構(gòu)造熱事件年齡,所以其形成時代應(yīng)為新太古代。
內(nèi)蒙古太古代地層劃分及形成孔茲巖系古元古代SHRIMPU-Pb
前人在五十至六十年代將內(nèi)蒙古的太古代變質(zhì)地層分別劃分為下太古界桑干群(系)和上太古界五臺群(系)。六十至八十年代中期1∶20萬區(qū)調(diào)工作對各地區(qū)的早前寒武系分別進行了重新命名,西部區(qū)將千里山和桌子山一帶的早前寒武系命名為千里山群,將阿拉善地區(qū)的早前寒武系命名為阿拉善群;中部區(qū)將烏拉山、大青山地區(qū)的早前寒武系命名為烏拉山群,將興和地區(qū)的早前寒武系命名為集寧群,并且進一步劃分到組;東部區(qū)將太仆寺旗——多倫以南一帶的早前寒武系命名為紅旗營子群,將喀喇沁旗——敖漢旗以南一帶的早前寒武系命名為建平群。
八十年代末期內(nèi)蒙古地層表和內(nèi)蒙古地質(zhì)志對內(nèi)蒙古太古代地層在1∶20萬區(qū)調(diào)劃分的基礎(chǔ)上,通過對比研究又進行了進一步的梳理和劃分(詳見劃分沿革表)。

內(nèi)蒙古西部地區(qū)太古界劃分沿革表

內(nèi)蒙古中部地區(qū)太古界劃分沿革表

內(nèi)蒙古東部地區(qū)太古界劃分沿革表
九十年代中期,內(nèi)蒙古巖石地層依據(jù)巖石組合特征對比、同位素年齡將地質(zhì)志所劃分的下集寧群劃歸為早太古代興和群;將上集寧群改稱為集寧群,和烏拉山群一并劃歸中太古代,根據(jù)巖石建造的相似性及同位素年齡將千里山群、下阿拉善群、紅旗營子群、建平群劃歸烏拉山群;根據(jù)新獲得同位素年齡將色爾騰山群劃歸晚太古代,并進一步劃分了5個組級單位。對比劃分情況見下表。

內(nèi)蒙古太古代地層劃分對比表
各巖群及巖組特征如下:
1.興和(巖)群
主要分布于興和地區(qū),在烏拉山、下濕壕以北有零星出露。為一套以紫蘇斜長片麻巖、輝石斜長片麻巖。二輝麻粒巖為主,夾紫蘇透輝磁鐵石英巖的一套巖石組合,原巖主要是一套拉斑玄武巖、鈣堿質(zhì)英安巖、安山巖等中基性火山巖及少量火山碎屑巖,缺乏陸源碎屑巖和碳酸鹽巖。同時有英云閃長巖、奧長花崗巖、花崗閃長巖侵入。它們共同經(jīng)受了麻粒巖相變質(zhì),是內(nèi)蒙古地區(qū)最古老的地質(zhì)體。于興和群中獲得Sm-Nd等時線年齡2,875±9Ma,于侵入該群的紫蘇斜長花崗巖中獲得鋯石U-Pb年齡3,323±44Ma。任務(wù)上述年齡為麻粒巖相變質(zhì)熱事件年齡,興和群的形成年齡應(yīng)大于3,500Ma。
2.集寧(巖)群
主要分布于集寧以南的涼城——興和一帶。下部以矽線石榴石鉀長(二長)片麻巖為主,夾石榴石黑云斜長片麻巖、含石墨片麻巖及透輝大理巖;上部以含石榴石淺粒巖為主,夾矽線石榴石鉀長(斜長)片麻巖。以不含沉積變質(zhì)鐵礦和賦石墨層為特色。變質(zhì)程度達麻粒巖相——高角閃巖相。沈其韓1987年于該群中獲得Sm-Nd等時線年齡2,316±38Ma,認為是變質(zhì)年齡。
3.烏拉山(巖)群
分布廣泛,從巴彥烏拉山——雅不賴山——迭布斯格——狼山——烏拉山——大青山以及太仆寺旗南——寧城縣——敖漢旗以南一帶。下部以黑色片麻巖組合為主,主要為角閃斜長片麻巖、黑云斜長片麻巖、斜長角閃巖,夾黑云變粒巖、磁鐵石英巖。原巖為鈣堿性基性火山巖、部分為拉斑玄武巖和正常碎屑巖沉積;中部為淺色片麻巖組合,主要為含石墨透輝斜長片麻巖、變粒巖、矽線石榴石片麻巖、橄欖透輝大理巖,反映其原巖以富鋁的高粘土質(zhì)砂巖、含有機質(zhì)粘土巖碳酸鹽巖夾中基性——中酸性火山巖。上部以長石石英巖、大理巖夾淺粒巖及黑云斜長片麻巖。屬正常沉積的碎屑巖及碳酸鹽巖組合。以高角閃巖相變質(zhì)為主,局部達到麻粒巖相。在狼山東升廟溝、達拉蓋溝、及格爾敖包溝的黑云斜長片麻巖中獲得Sm-Nd等時線年齡2,826± 65Ma、2,910±56Ma、3,000±12Ma。認為其形成時代為2,826~3,000Ma。
4.色爾騰山(巖)群
主要分布于色爾騰山地區(qū),在三合明及武川以東的大灘一帶有廣泛出露。并詳細劃分為陳三溝組、東五分子組、柳樹溝組、北召溝組、點力素太組。
陳三溝組:下部為灰綠色斜長角閃片巖、斜長角閃巖,中部為淺灰綠色陽起黑云斜長片巖、鈉長陽起片巖,上部為黑云斜長變粒巖,頂部為灰白色蛇紋石化含橄欖透輝大理巖。
東五分子組:底部為灰綠色糜棱巖化黑云斜長片巖,下部為灰綠色糜棱巖化黑云斜長角閃片巖夾片狀角閃磁鐵石英巖,中部為灰綠色綠簾斜長片巖夾二云石英片巖,上部為灰黑色糜棱巖化黑云斜長片巖夾二云長石石英片巖、含石墨黑云斜長變粒巖,頂部為白色大理巖。
柳樹溝組:底部為灰黑色黑云石英片巖,下部為淺灰綠色角閃黑云石英片巖、灰白色黑云斜長變粒巖夾二云石英片巖,中部為灰白色二云石英片巖、絹云石英片巖夾長石石英巖及淺灰色黑云綠泥鈉長片巖,上部為深灰色黑云斜長片巖、糜棱巖化黑云綠泥綠簾鈉長片巖、鈉長陽起片巖,頂部為灰白色含蛭石方柱石透輝大理巖。
北召溝組:底部為深灰色糜棱巖化絹云石英片巖,下部為深灰色糜棱巖化黑云石英片巖、淺灰色二云斜長片巖,中部為暗灰色糜棱巖化綠簾黑云母片巖、黑云斜長片巖,上部為淺灰色二云斜長片巖、黑云斜長片巖夾石榴石二云石英片巖、透閃石大理巖。
點力素太組:下部為青灰色石英巖、灰白色長石石英巖夾灰黑色黑云二長變粒巖,中部為灰白色大理巖夾灰色含堇青黑云石英片巖,上部為灰白色方柱石大理巖、蛇紋石化大理巖。
上述色爾騰山巖群的劃分方案,是建立在90年代初的1∶5萬區(qū)調(diào)劃分的基礎(chǔ)上。1∶5萬區(qū)調(diào)和1∶5萬區(qū)調(diào)片區(qū)總結(jié)均獲得了不少鋯石U-Pb和Sm-Nd等時線同位素年齡。于綠泥陽起石英片巖中獲得鋯石U-Pb年齡2,323~2,485Ma,于黑云角閃片巖中獲得Sm-Nd等時線年齡2,526Ma,于侵入該群的斜長花崗巖、花崗閃長巖、花崗巖中獲得鋯石U-Pb年齡分別為2,367Ma、2,441Ma、2,470Ma,據(jù)此確認其為新太古代。
近十幾年來,有不少學(xué)者對內(nèi)蒙古太古代變質(zhì)巖系進行了不同程度的研究,由于獲得了大量新資料,所以對其形成時代提出了不同的認識和看法。
1987年錢祥麟等首先提出,從山西大同到內(nèi)蒙古興和一線,原集寧群(或桑干群)可劃分為下部為中性麻粒巖和灰色片麻巖,應(yīng)為變質(zhì)深成巖,上部為孔茲巖系。并認為上部孔茲巖底部的長石石英巖以不整合與下伏中性麻粒巖的不同巖性接觸,二者間存在一個區(qū)域性不整合界面。
1990年陳亞平和錢祥麟等把下部灰色片麻巖命名為葛胡窯片麻巖,上部孔茲巖命名為豐鎮(zhèn)群。同年,沈其韓等把廣義的集寧群分為上、下兩個巖組,下巖組又稱麻粒巖-片麻巖-花崗巖雜巖系;上巖組又稱含石墨富鋁片麻巖系,并認為上、下巖組間大部分為斷層接觸。
趙宗溥等(1993)在認定麻粒巖系和孔茲巖系為角度不整合的基礎(chǔ)上,把內(nèi)蒙古興和、涼城、豐鎮(zhèn)一帶原集寧群的孔茲巖命名為下白窯群。并認為集寧群下部的麻粒巖系主體是變質(zhì)雜巖體,其中的變質(zhì)表殼巖可以命名為馬市口群。
1996年出版的《中國地層典》,沈其韓、耿元生等認為,晉冀蒙交界地帶的深變質(zhì)巖可分為兩部分:下部以淺色麻粒巖為主,上部以孔茲巖為主。對上部以孔茲巖為主的部分采用集寧巖群一名,并將其時代暫定為新太古代;下部的麻粒巖系,目前研究已揭示其主體為變質(zhì)巖漿巖,其中表殼巖常以殘留層、大型包體存在于淺色麻粒巖中,分布不連續(xù),不夠建群條件,故采用雜巖這一術(shù)語,并采用桑干雜巖一名。
楊振生、徐中元、劉振宏等(2000)在包頭市1∶25萬區(qū)調(diào)中獲得了幾組3500~2800Ma的鋯石U-Pb同位素年齡,認為大青山地區(qū)的麻粒巖組合應(yīng)為古太古代,孔茲巖系與黑云斜長片麻巖、角閃斜長片麻巖、大理巖為一套組合,時代應(yīng)為中太古代。
2000年萬渝生等在《華北克拉通及鄰區(qū)孔茲巖系的時代及對太古宙基底組成的制約》一文中根據(jù)地質(zhì)、地球化學(xué)和Nd同位素研究,認為華北克拉通及鄰區(qū)孔茲巖系主要形成于古元古代。
吳昌華等2006年撰文《烏拉山——集寧孔茲巖鋯石激光探針等離子質(zhì)譜(LA-ICP-MS)年齡——孔茲巖沉積時限的年代學(xué)研究》對碎屑鋯石測年得到烏拉山——集寧的孔茲巖變質(zhì)鋯石一致給出≈1.8Ga的變質(zhì)年齡,與已有的TIMS法≈1.85Ga的變質(zhì)年齡一致;烏拉山哈達門溝石墨廠、包白鐵路桃兒灣、忽雞溝窯子灣和集寧興和黃土窯等四處孔茲巖給出的碎屑鋯石年齡有老有新,最老的≈2.3Ga,多數(shù)諧和的碎屑鋯石年齡在2.2~2.0Ga之間,因為沉積時代以最年輕的碎屑鋯石年齡限定,所以孔茲巖的沉積時代不是太古代而是古元古代。烏拉山-集寧地區(qū)的TTG片麻巖年齡比孔茲巖的碎屑鋯石年齡大,表明孔茲巖不是由附近太古宙巖石提供碎屑物質(zhì)的原地沉積,而是經(jīng)呂梁運動碰撞進入下地殼。才與附近太古宙巖石產(chǎn)在一起的外來構(gòu)造巖片。
Xia等(2006)對冀西北的蔓菁溝、興和、卓資、集寧等地的孔茲巖使用鋯石的激光燒蝕法測年,獲得的年齡分別為1,902±6Ma、2,056±40Ma、1,945±71Ma、1,946±15Ma,樣品的207Pb/206Pb表面年齡多小于2,100Ma,最大的表面年齡為2384±9Ma,最小的表面年齡為1,842±16Ma,推測孔茲巖的形成時代小于1,900Ma。
2007年董春艷、劉敦一等在《科學(xué)通報》上撰文“華北克拉通西部孔茲巖帶形成時代新證據(jù):巴彥烏拉——賀蘭山地區(qū)鋯石SHRIMP定年和Hf同位素組成”對華北克拉通西部孔茲巖帶西段巴彥烏拉-賀蘭山地區(qū)片麻狀花崗巖和賀蘭山巖群石榴云母二長片麻巖進行了鋯石SHRIMP U-Pb定年和Hf同位素組成研究。片麻狀花崗巖巖漿鋯石年齡為2323±20Ma,兩期變質(zhì)鋯石年齡分別為1923±28 和1856±12Ma。并得出如下結(jié)論:(1)賀蘭山巖群孔茲巖系形成于古元古代,而不是以往認為的太古宙;(2)研究支持了華北克拉通西部鄂爾多斯陸塊和陰山陸塊之間存在一規(guī)模巨大的古元古代孔茲巖帶的認識;(3)孔茲巖帶內(nèi)大量存在的古元古代早期地質(zhì)體可能是孔茲巖系碎屑沉積物物源區(qū)之一;(4)鄂爾多斯地塊、陰山地塊和東部地塊大致在同時發(fā)生相互碰撞拼合,導(dǎo)致華北克拉通最終形成。
通過對華北地塊太古代基底的大量年代學(xué)數(shù)據(jù)研究,目前除遼東和冀東發(fā)現(xiàn)有3,800Ma年齡記錄(劉敦一等,1994)、太行山地區(qū)存在3,400Ma年齡信息(高林志等,2005)以及泰山地區(qū)TTG成巖年齡為2,700Ma外,其他地區(qū)太古代表殼巖和TTG巖石的成巖年齡均接近2,500Ma,這一事實對傳統(tǒng)的前寒武紀劃分認識提出了強烈的挑戰(zhàn)。
從變質(zhì)巖與變質(zhì)作用的研究方面,也有一些新的認識。
1991年盧良兆在《巖石學(xué)報》上撰文“內(nèi)蒙古集寧地區(qū)太古宙麻粒巖相變質(zhì)作用的PTt軌跡及其大地構(gòu)造意義”認為本區(qū)太古界的麻粒巖系和孔茲巖系經(jīng)歷兩次變質(zhì)作用:第一次結(jié)束于2,400Ma左右,其PTt軌跡為順時針,早期為角閃巖相,T=600~650℃,P0.60~0.80GPa,接著近等壓增溫,峰期為麻粒巖相,T≈850℃,P=0.8~1.0GPa,相應(yīng)深度30km左右,冷卻階段壓力變化不大,這種軌跡仍代表陸殼因碰撞而增厚的造山帶;第二次發(fā)生于1,800~2,000Ma,PTt軌跡亦為順時針,但早期增溫同時減壓,峰期T≈770℃,P=0.60GPa,接著近等熱減壓,壓力降至0.4GPa左右,然后大幅度降溫,這種軌跡可能形成于晚期地殼松弛性拉張和減薄環(huán)境下。
鐘長汀等1998年在《晉冀蒙高級地體石榴石基性麻粒巖地質(zhì)特征及其構(gòu)造意義》一文中提出了“在晉、冀、蒙交界處的高級變質(zhì)巖區(qū),沿孔茲巖系和懷安麻粒巖雜巖的接觸帶上廣泛發(fā)育石榴石基性麻粒巖,據(jù)同位素年齡資料顯示,巖石的定位年齡約為1800Ma,因此,石榴石基性麻粒巖是下地殼深源巖漿在呂梁運動時沿不同地體的對接帶上侵的深源侵入體,并和孔茲巖巖片、(超)基性巖體一同構(gòu)成復(fù)雜的具混雜巖性質(zhì)的構(gòu)造巖漿雜巖帶,其出現(xiàn)部位能指明不同地體的對接部位。”
李江海1998年在《華北中北部晚太古代高壓麻粒巖的地質(zhì)產(chǎn)狀及其出露的區(qū)域構(gòu)造背景》一文中指出,高壓麻粒巖形成與出露的過程中,主要經(jīng)歷4期構(gòu)造變形:D1低角度逆掩剪切變形;D2NW向伸展作用;D3區(qū)域規(guī)模的NNE-NE向褶皺;D4大規(guī)模右旋走滑剪切變形。以上變形明顯受區(qū)域構(gòu)造所控制,先后涉及鄂爾多斯和阜平陸塊晚太古代構(gòu)造拼合,太古代末五臺裂谷的張開及閉合,以及早元古代冀北陸緣活動帶向南俯沖造成的掀斜作用。
2009年劉守偈、李江海等認為在內(nèi)蒙古中南部集寧——豐鎮(zhèn)——土貴烏拉地區(qū)發(fā)育了一條古元古代超高溫變質(zhì)巖帶。
在構(gòu)造單元劃分與演化的研究方面也提出了一些不同的認識。
2002年趙國春等在《華北克拉通基底構(gòu)造單元特征及早元古代拼合》一文中認為“華北克拉通基底可分為東部陸塊、西部陸塊和中部帶。西部陸塊是由其南部的鄂爾多斯陸塊和北部的陰山陸塊沿華北西部孔茲巖帶在早元古代(~19Ga)碰撞對接而成。在~18.5Ga,西部陸塊與東部陸塊沿中部帶發(fā)生碰撞拼合而形成現(xiàn)今的華北克拉通統(tǒng)一結(jié)晶基底”。2005年將西部地塊進一步劃分為陰山地塊、鄂爾多斯地塊與中部的孔茲巖帶,并認為1,850Ma以前,東部地塊與西部地塊之間發(fā)育古老洋盆,西部地塊東緣為被動大陸邊緣,東部地塊西緣為活動大陸邊緣。在被動大陸邊緣之上沉積了類似古元古代孔茲巖類沉積物,在活動大陸邊緣形成包括TTG、島弧火山巖,甚至具有洋殼特點的鎂鐵質(zhì)-超鎂鐵質(zhì)巖石,洋盆消減方向為由西向東。1,850Ma,洋盆徹底消減,導(dǎo)致陸——陸碰撞。
Kusky(2003,2007)華北構(gòu)造單元劃分承襲東部地塊、西部地塊和中部造山帶的構(gòu)造格局,與趙國春等模式區(qū)別之處在于Kusky認為東部地塊與西部地塊在2.5Ga時以弧/陸形式匯聚,伴隨造山過程東部地塊形成青龍前陸盆地,而西部地塊則遭受麻粒巖相變質(zhì)。造山之后很快發(fā)生伸展作用,有大量巖墻群和盆地形成,北段伸展成洋盆,2.3Ga與北部地塊發(fā)生碰撞,形成長達1400km的內(nèi)蒙古——冀北古元古代造山帶。
有不少學(xué)者根據(jù)SHRIMP測年資料研究,提出華北地塊只存在1.85~1.8Ga變質(zhì)鋯石年齡,提出華北地塊是通過呂梁運動碰撞造山事件拼合的,不存在時代更老的造山事件(Zhao,1998,1999,2001,2005;Kroner,2002,2005;Wilde,2002,2005),也有相當(dāng)數(shù)量學(xué)者根據(jù)不同時代變質(zhì)基底在巖石組合、變質(zhì)作用、構(gòu)造樣式差異,認為華北很可能存在2.5Ga(Zhai,2001,2005;李江海,1997,2000)甚至2.3Ga的造山事件(趙宗溥,1993)。
太古代末期2500Ma前后是華北地塊前寒武紀地質(zhì)演化一個重要的階段,是地殼巨量增生的一個重要的階段,存在大量的以TTG和綠巖帶為代表的巨量地幔物質(zhì)添加(Zhao,1999,2000,2002,2005;Wu,2005;Wilde,2002,2005;Kroner,2001,2002,2005)。這一現(xiàn)象在華北地塊中部造山帶、華北地塊南緣、華北地塊北緣大青山地區(qū)和冀東地區(qū)均有十分明顯的顯示,表明太古代末期2500Ma前后在一個狹小時間段內(nèi)華北地塊存在巨量地殼添加。
從上面的討論中可知,不只對五臺運動提出了不同的認識,對呂梁運動的性質(zhì)和時限也提出了不同的觀點。李江海等(2000)提出了古元古代末期不存在造山事件,“呂梁運動”的實質(zhì)為華北克拉通古元古代末期(1.90~1.70Ga)經(jīng)歷的伸展構(gòu)造熱事件的綜合記錄。翟明國等(2000,2001)提出2,000~1,700Ma的構(gòu)造事件以伸展運動為主,代表了地殼減薄、熱松弛引起的伸展塌陷過程。趙國春等(2002)則認為呂梁運動是華北地塊前寒武紀一次主要的造山事件,在~1.85Ga,西部陸塊與東部陸塊沿中部帶發(fā)生碰撞拼合而形成現(xiàn)今的華北克拉通統(tǒng)一結(jié)晶基底。
郭敬輝(1999)、鐘長汀(2006、2007)、翟明國、張華鋒等認為在卓資——涼城一帶存在一條走向近東向的古元古代構(gòu)造——巖漿巖帶。
王權(quán)等(2012)在大同市幅1∶25萬區(qū)調(diào)中,將原太古代變質(zhì)巖系依據(jù)巖石組合、建造類型、同位素年齡、接觸關(guān)系劃分為表殼巖和變質(zhì)深成侵入巖兩部分,表殼巖劃分為新太古代陽高巖組和集寧巖群,集寧巖群又進一步劃分為黃土窯巖組、沙渠村巖組、東溝村巖組三個巖組;變質(zhì)深成侵入巖劃分為葛胡窯片麻巖、義合片麻巖、峨溝片麻巖、紫蘇花崗巖。各巖組特征見下表。

早前寒武紀變質(zhì)地層特征表
從表中的巖石組合特征可以看出,該幅所劃的陽高巖組實際上就是內(nèi)蒙古所劃分的興和巖群。興和巖群均呈捕擄體產(chǎn)于葛胡窯片麻巖中,葛胡窯片麻巖所獲得鋯石巖漿結(jié)晶年齡均在25億年左右,說明興和巖群的形成時代要早于25億年,故將其時代確定為新太古代。
本次工作在沙渠村巖組的石榴淺粒巖采集同位素測年樣品,打點118個,其年齡主要集中于1,840~2,000Ma之間,最大為2,544Ma,最小為1,820Ma;在黃土窯巖組的石榴斜長二輝麻粒巖(變質(zhì)基性火山巖)中獲得了巖漿成因的鋯石核部2,453±19Ma的加權(quán)年齡與2,443±11Ma的上交點年齡,另外還獲得了19個測點加權(quán)平均年齡1,824±18Ma的幔、邊部年齡,該年齡認為是變質(zhì)年齡。
從上述年齡結(jié)果來看,集寧巖群中負變質(zhì)巖類的年齡普遍偏小,多在1,820~2,000Ma之間,但屬于變質(zhì)基性火山巖年齡則可獲得了25億年左右的數(shù)據(jù),顯示了形成于新太古代的年齡信息。
徐中元等(2013)在集寧市幅1∶25萬區(qū)調(diào)中,將前寒武紀變質(zhì)地層劃分為興和巖群和集寧巖群,其中興和巖群又劃分麻粒巖巖組和黑云角閃片麻巖巖組;集寧巖群進一步劃分為榴云片麻巖巖組和大理巖巖組。
麻粒巖巖組為角閃二輝麻粒巖和細粒二輝麻粒巖,透輝石和紫蘇輝石的含量相當(dāng),與炭窯村紫蘇花崗質(zhì)片麻巖相間出現(xiàn),形成書列式結(jié)構(gòu),經(jīng)過野外調(diào)查,認為導(dǎo)致這種現(xiàn)象的出現(xiàn)的主要原因是發(fā)生在2.5Ga左右和1.9Ga左右的兩期變質(zhì)事件;黑云角閃片麻巖巖組為斜長角閃巖、角閃二長片麻巖、黑云斜長片麻巖、黑云二長片麻巖,是由原烏拉山巖群厘定過來的。
于麻粒巖中獲得SHRIMPU-Pb測年巖漿核的平均年齡為2,495±10Ma,幔部和邊部平均年齡1,918±9Ma;于黑云角閃片麻巖中獲得SHRIMPU-Pb測年巖漿核的平均年齡為2,450±25Ma,幔部和邊部平均年齡為1,920±20Ma。由CL圖像和Th/U比值表明,盡管這些鋯石核部具有巖漿鋯石的特征,但其黑白相間的結(jié)晶環(huán)帶顯示出模糊化的現(xiàn)象,反映出在后期的變質(zhì)作用過程中受到一定程度的擾動,有不同程度的均一化,不能完全代表原巖年齡,所以兩個組的兩組年齡代表了兩期變質(zhì)作用,它們的形成年齡應(yīng)該大于2,450±25Ma和2,495±10Ma。
榴云片麻巖巖組主要為一套矽線石榴黑云片麻巖組合,與石榴石片麻狀花崗巖和大理巖所共生。根據(jù)侵入的石榴二長花崗巖的年齡1,928±9Ma,說明該套地層形成時代早于于1,928±9Ma。
本次區(qū)調(diào)是將原1∶20萬區(qū)調(diào)所劃分的烏拉山巖群二段的大理巖組和集寧巖群二段的大理巖組以及桑干巖群三段大理巖統(tǒng)一歸并為集寧巖群大理巖巖組。為一套強蛇紋石化橄欖大理巖、含金云母蛇紋石化橄欖大理巖、金云透閃大理巖、伊丁石化橄欖大理巖,多與榴云片麻巖巖組、斜長角閃巖巖組共生,相互之間呈構(gòu)造接觸的關(guān)系。多被正長花崗巖和輝長巖所侵入。
本次工作中,在大理巖中發(fā)現(xiàn)了變質(zhì)長石砂巖夾層,對砂巖中的殘留巖漿鋯石進行LA-ICP-MS測年,獲得巖漿核部年齡最大為2,451Ma,最小為2,107Ma;獲得幔部加權(quán)平均年齡為1,912±50Ma。綜合上面碎屑鋯石的核部年齡,該變質(zhì)長石砂巖的形成年齡在1,912±50Ma~2,107Ma之間。由此將大理巖的形成時代置于古元古代。
一邊做“虧心事”這個“事”,一邊又想著“不被懲罰”那個“事”,一事又一事,“好事”連連呀。可哪有這等“好事”?是的,“也許”有吧。可世上的“事”都是有關(guān)聯(lián)、有因果的。撒什么種子結(jié)什么果“手莫伸,伸手必被捉”——你們的因是“有事”,你們的果怎會是“沒事”呢?
曾慶榮、銀海、陳海東等(2013)在1∶25萬呼和浩特市幅區(qū)調(diào)中,將早前寒武紀變質(zhì)地層劃分為中太古代興和巖群,新太古代烏拉山巖群和集寧巖群。烏拉山巖群劃分為黑云角閃片麻巖組、榴云片麻巖——淺粒巖組、石英巖——變粒巖組、大理巖組,集寧巖群劃分為黃土窯巖組、沙渠村巖組、東溝渠巖組。
本次工作在興和巖群的紫蘇斜長麻粒巖、紫蘇斜長角閃巖、二輝斜長麻粒巖中分別獲得SHRIMP鋯石U-Pb同位素年齡1,819±5Ma、1,906.7±7.9Ma,認為是呂梁期構(gòu)造熱事件年齡;在侵入烏拉山巖群的斜長角閃巖中獲得鋯石U-Pb同位素年齡2,548±4Ma,于眼球狀花崗質(zhì)片麻巖中獲得鋯石U-Pb同位素年齡2,540±23Ma,于黑云斜長片麻巖中獲得鋯石U-Pb同位素年齡2,540Ma;于侵入集寧巖群的片麻狀紫蘇正長花崗巖中獲得鋯石U-Pb同位素年齡2,218Ma,引用大同市幅于黃土窯組斜長二輝麻粒巖中獲得鋯石U-Pb同位素年齡2,412±51Ma,于沙渠村組石榴淺粒巖中獲得鋯石U-Pb同位素年齡2,544Ma。由此將其時代置新太古代。
由于獲得了上述諸多新資料,所以產(chǎn)生了許多不同的認識和意見,且爭議比較大。鑒于此,筆者對上述諸多問題做一全面的梳理、分析研究,提出較為合理的劃分意見。
1.對同位素年齡的解釋還存在有一定的爭議
雖然碎屑鋯石可以用來限定其沉積時代,但對于高級變質(zhì)巖系來說,經(jīng)歷了高達麻粒巖相的變質(zhì)和深熔作用、超高溫變質(zhì)作用的改造,其鋯石U-Pb同位素體系在高溫條件(集寧巖群麻粒巖相變質(zhì)測溫獲得了近800℃的變質(zhì)溫度,集寧巖群的重熔溫度也高于800℃)下是否還能處于封閉狀態(tài),值得研究。實際上,高級變質(zhì)區(qū)變質(zhì)巖石中的礦物應(yīng)當(dāng)都是由變質(zhì)作用形成,即使有殘留鋯石,但經(jīng)過幾次熱事件改造,也很難判別,同時也就難以準(zhǔn)確的測定其成巖年齡。這也就是造成爭議的主要原因。
正如萬渝生(2000)所指出的那樣,確定具有孔茲巖系性質(zhì)的集寧巖群的形成時代仍然是一件十分困難的工作,主要原因由于其經(jīng)歷了高級變質(zhì)作用和強烈變形作用的改造,對其形成時代的研究影響因素眾多,主要為:(1)由于后期構(gòu)造強烈破壞,孔茲巖系與下伏地質(zhì)體之間的不整合關(guān)系如果存在,也很難準(zhǔn)確判定。(2)孔茲巖系中變玄武質(zhì)巖石出露不多,成因復(fù)雜,部分巖石顯然遭受陸殼物質(zhì)的影響,可能還有變質(zhì)基性巖脈的存在,不論Sm-Nd或Rb-Sr同位素分析,樣品點都難以構(gòu)成很好的等時線。(3)同時代的中酸性火山巖很少存在,難以利用鋯石年齡測定確定孔茲巖系的形成時代。(4)后期侵入的中酸性巖體(脈)的年齡測定只能給出孔茲巖系形成時代的上限。(5)雖對孔茲巖系變泥沙質(zhì)巖石的變質(zhì)碎屑鋯石進行了大量年齡測定,獲得了大量1.8~2.1Ga的年齡數(shù)據(jù),但它們給出的同樣只是孔茲巖系形成時代的上限,并不真正代表孔茲巖系的形成時代。另外,也難以排除其變質(zhì)碎屑鋯石的U-Pb同位素年齡是否會在麻粒巖相變質(zhì)作用條件下和后期重熔作用的高溫條件下受到破壞。從而從年代學(xué)角度看,孔茲巖系形成時代難以確定主要與缺乏合適的測定對象和測定方法有關(guān)。
2.對以往獲得同位素年齡數(shù)據(jù)的認識和利用上存在一些偏差
以往獲得的同位素資料更多的是Rs-Sr等時線、Sm-Nd等時線、組合鋯石、未分類的單顆粒鋯石年齡,精度不是很高。隨著科學(xué)技術(shù)水平的發(fā)展,目前比較盛行的SHRIMP 和LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素測年方法,認為精度較高,被大家普遍認可。持有孔茲巖系形成于古元古代觀點的一些學(xué)者,由于他們獲得了一些古元古代的SHRIMP或LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素年齡數(shù)據(jù),認為可信度高,劃分準(zhǔn)確,所以提出了各自的不同看法。因而出現(xiàn)了不同的認識和劃分意見。另外,近幾年也確實獲得一些25Ga左右,或大于25Ga的SHRIMP和LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素年齡數(shù)據(jù),但是,從大量的文獻中看,利用的不多。主要原因是這些年齡數(shù)據(jù)不支持自己的觀點和認識,另一點可能認為別人對鋯石的選取、打點做得不是那么太理想,所以避而不談。即使引用了,也只是持有新太古代觀點的人們,符合自己意圖的,才加以利用和討論。由于觀點的不同,所以在認識上存在一些偏差。應(yīng)當(dāng)是,綜合各類資料,統(tǒng)籌分析,合理的判定。
3.變質(zhì)表殼巖中的副變質(zhì)巖和變質(zhì)基性火山巖以及與侵入其中的變質(zhì)深成侵入巖的年齡存在矛盾
大同市幅1∶25萬區(qū)調(diào),于集寧巖群沙渠村巖組石榴淺粒巖中獲得鋯石同位素年齡多集中在1,820-2,000Ma之間,最大為2,544Ma(變質(zhì)基性火山巖)。在侵入該組的白牙岔山片麻巖中獲得了2,024.6±7.3Ma,教廠灘片麻巖中獲得了1,994.1±3.5Ma的巖漿結(jié)晶年齡。從而說明,沙渠村巖組變質(zhì)碎屑鋯石的年齡可能更多是代表變質(zhì)時代,而非沉積時代的上限。在義合片麻巖中獲得LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素年齡2,518±21Ma和2,526±12Ma。其侵入葛胡窯片麻巖和黃土窯組。而黃土窯巖組的石榴斜長二輝麻粒巖(變質(zhì)基性火山巖)中獲得了巖漿成因的鋯石核部2,453±19Ma的加權(quán)年齡與2,443±11Ma的上交點年齡。由此可以說明負變質(zhì)巖類的年齡普遍偏小,屬于變質(zhì)基性火山巖年齡則偏大,侵入其中的義合片麻巖年齡更大(諧和年齡加權(quán)平均為2,518±21Ma,不一致線與諧和線的上交點年齡為2,525±12Ma,代表著原巖形成時代)。從這些資料看,存在著明顯的矛盾。應(yīng)該綜合各類資料,進行綜合分析,予以合理的判定和劃分。
在葛胡窯片麻巖中獲得(8組)2,500~2,558Ma LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素年齡數(shù)據(jù)。其中于興和縣小沙溝一帶的紫蘇斜長麻粒巖中獲得核年齡2534±14Ma、幔年齡2,527±17Ma、邊年齡1,893±31Ma;于興和縣合教窯一帶的紫蘇斜長麻粒巖中獲得核年齡2,527±21Ma、幔年齡2,509±48Ma、邊年齡1,863±13Ma。這些年齡既代表著成巖年齡,同時也代表著熱事件改造年齡。各變質(zhì)表殼巖組合和變質(zhì)深成體均獲有此類的年齡數(shù)據(jù)。由此可以看出,這一帶的變質(zhì)表殼巖和變質(zhì)深成體形成于新太古代,在新太古代晚期經(jīng)受一次熱事件改造,在古元古時期又經(jīng)受一次更強烈的熱事件改造,由此導(dǎo)致出現(xiàn)了大量的1,800-2,000Ma的年齡數(shù)據(jù),甚至更大。
筆者對1∶25萬大同市幅于變質(zhì)表殼巖和變質(zhì)深成體中所獲得40余件LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡數(shù)據(jù)進行了分類統(tǒng)計分析,其中1,820~1,881Ma的數(shù)據(jù)13個,1,900~1,992Ma的數(shù)據(jù)19個,2,000~2,098Ma的數(shù)據(jù)9個,2,373Ma的數(shù)據(jù)1個,2,440~2,487Ma的數(shù)據(jù)6個,2,500~2,591Ma的數(shù)據(jù)6個。如果按相近的年齡段劃分,實際上就是兩個年齡區(qū)間,這兩個區(qū)間的年齡數(shù)據(jù)相對比較集中。一個是2,440~2,591Ma,有12個,這一批年齡可能既有成巖年齡,也有新太古代晚期的構(gòu)造熱事件年齡;另一個是1,851~2,149Ma,有28個,這一批年齡應(yīng)當(dāng)是古元古代的構(gòu)造熱事件年齡。日本高知大學(xué)桑托斯教授(來我院講學(xué)2011)在土貴烏拉一帶孔茲巖系中獲得了假藍寶石等超高溫變質(zhì)礦物組合,同時獲得了1,920Ma鋯石SHRIMP同位素年齡。據(jù)此,認為其是哥倫比亞超大陸拼合帶,拼合時間為1,920Ma。從另一側(cè)面也證實了主要構(gòu)造熱事件形成于1,920Ma這一期間。
另外,有多個變質(zhì)深成體和變質(zhì)侵入巖侵入上述表殼巖組合,變質(zhì)深成體年齡數(shù)據(jù)在1,850~2,567Ma間;變質(zhì)侵入巖的年齡數(shù)據(jù)多在1,800~1,850Ma之間。而且,黃土窯組石榴淺粒巖中就獲得了2,544Ma的年齡數(shù)據(jù)。由此可以進一步說明,集寧巖群和興和巖群同屬于太古代。由于還未獲得大的年齡數(shù)據(jù),可暫置于新太古代。
根據(jù)上述資料可以總結(jié),2,400~2,600Ma的年齡數(shù)據(jù),偏大數(shù)據(jù)可能是變質(zhì)表殼巖和變質(zhì)深成體的形成年齡,偏新的數(shù)據(jù)可能是新太古代晚期的熱事件年齡;1,851~2,149Ma的年齡數(shù)據(jù),應(yīng)當(dāng)是古元古代的構(gòu)造熱事件年齡,也就是變質(zhì)變形作用的改造年齡;還有一批經(jīng)受輕微變質(zhì)未經(jīng)受變形作用改造的花崗巖類,年齡多在1,800~1,850Ma之間,這一批侵入巖應(yīng)當(dāng)是變質(zhì)變形作用之后侵入的,也就是古元古代變質(zhì)變形作用之后的巖漿活動。
4.地質(zhì)關(guān)系上的一些相關(guān)證據(jù)
王權(quán)等(2012)認為,集寧巖群原始沉積于以葛胡窯片麻巖為代表的大同——陽高巖漿巖帶之上,近期研究發(fā)現(xiàn)在華北其他地區(qū)如呂梁山、霍山、太行山阜平地區(qū)、小秦嶺魯山地區(qū)也有極為類似的高鋁沉積變質(zhì)巖套,表明這類孔茲巖系的地質(zhì)分布并不限于華北北部的麻粒巖相帶內(nèi),該孔茲巖系呈面狀分布,應(yīng)被不同的變質(zhì)相帶疊加改造。NE-NNE向的五臺——呂梁花崗——綠巖帶在構(gòu)造上截切孔茲巖系原沉積盆地,這種空間交切關(guān)系和不同時代、性質(zhì)的巖系的上下疊置,進一步證實集寧巖群孔茲巖系不能因同位素年齡不夠確切而歸于古元古代。鑒于在五臺群已獲得大量(2.60~2.30Ga)的同位素年齡數(shù)據(jù),孔茲巖系應(yīng)置于新太古代而非古元古代,古元古代主要是記錄了構(gòu)造熱事件疊加改造的年齡。
在三合明——下濕豪一帶,有大量的烏拉山巖群和少部分興和巖群出露,其片麻理構(gòu)造總體呈現(xiàn)穹窿狀,而在三合明及其南東一帶被呈線形構(gòu)造的新太古代色兒騰山巖群切割。說明其一定要早于色兒騰山巖群。由此可以說明,將烏拉山巖群(含孔茲巖系)置于古元古代是不妥的。這些不可爭的地質(zhì)事實我們一定要尊重。
關(guān)于集寧巖群原始沉積于葛胡窯片麻巖之上的認識,可能不盡合理。一是葛胡窯片麻巖侵入興和巖群(陽高組),如果集寧巖群再沉積于葛胡窯片麻巖之上,那么,集寧巖群與興和巖群就存在一大的間斷,也就是大的區(qū)域不整合,這樣將上述兩個巖群一同劃歸新太古代就不盡合理。勢必要將興和巖群劃歸中太古代。如果要將集寧巖群劃歸古元古代,那么,新太古代色兒騰山巖群呈線形構(gòu)造截切含有孔茲巖系的烏拉山巖群則無法解釋。二是集寧巖群黃土窯組中有大量葛胡窯片麻巖侵入體,正如1∶25萬大同市幅中所說的,你中有我,我中有你,很難剝離。這也無法解釋。實際上,它們應(yīng)該是新太古代、或中新太古代沉積后侵入,并一同經(jīng)受變形變質(zhì)作用改造的一大套變質(zhì)雜巖,它們交織在一起很難剝離,也很難確定它們的接觸關(guān)系。
徐中元等(2012)在1∶25萬集寧市幅,于集寧巖群大理巖組中發(fā)現(xiàn)變質(zhì)長石砂巖夾層,并于其中獲得1,912±50~2,107Ma的碎屑鋯石年齡。據(jù)此,將集寧巖群劃歸古元古代。筆者認為這樣劃分不盡妥當(dāng)。變質(zhì)砂巖為低綠片巖相最低級別的變質(zhì),最多也就是絹云母——綠泥石帶,而集寧巖群為麻粒巖相變質(zhì),二者就不是一個變質(zhì)級,怎么能劃到一起。首先要進一步研究大理巖與變質(zhì)砂巖的接觸關(guān)系,如果說就是整合接觸連續(xù)沉積的一套巖石組合,那么只能將其劃歸古元古界二道洼巖群,由于變質(zhì)極淺絕不能劃歸集寧巖群。如果說大理巖與變質(zhì)砂巖為構(gòu)造接觸,那么就是兩個老的大理巖構(gòu)造巖片夾持著變質(zhì)砂巖,是這種情況,就應(yīng)將變質(zhì)砂巖從中剔除,劃歸二道洼巖群。
至于華北克拉通基底可分為東部陸塊、西部陸塊和中部帶。西部陸塊是由其南部的鄂爾多斯陸塊和北部的陰山陸塊沿華北西部孔茲巖帶在早元古代(~19Ga)碰撞對接而成。在~18.5Ga,西部陸塊與東部陸塊沿中部帶發(fā)生碰撞拼合而形成現(xiàn)今的華北克拉通統(tǒng)一結(jié)晶基底。這一認識應(yīng)當(dāng)是正確的。在固陽——武川以南的烏拉山——大青山一帶確實為一規(guī)模巨大的東西向強平行化構(gòu)造帶,構(gòu)造線方向主體呈東西向,還存在一系列的大型逆沖推覆構(gòu)造。這些資料可以證實東西向大型構(gòu)造帶的存在。所獲得大量的19Ga左右的年齡就是這期構(gòu)造熱事件年齡,并非孔茲巖系的形成年齡。而興和縣以南的黃土窯一帶的片麻巖系,并不是線形構(gòu)造,更不是東西向帶狀分布,總體上呈現(xiàn)的是穹隆狀構(gòu)造。由此可以說明,孔茲巖系并不都是構(gòu)造拼合帶的產(chǎn)物。
根據(jù)上述資料的全面分析,我們認為興和巖群與集寧巖群分布于同一地區(qū),又經(jīng)受了同樣類型的變形變質(zhì)作用的改造,其時間間隔應(yīng)當(dāng)不會太大,說明二者之間不會存在大的構(gòu)造界面。考慮興和巖群又沒有太大的年齡數(shù)據(jù),所以將其同劃歸新太古代是合理的。如果將集寧巖群劃歸古元古代,那么所獲得大量25Ga的年齡則無法解釋。而同屬新太古代的色兒騰山巖群與烏拉山巖群,雖然也分布于同一地區(qū),但是二者經(jīng)受的變形變質(zhì)作用截然不同,前者變質(zhì)程度主體為高綠片巖相,局部達低角閃巖相,而且前者呈線形構(gòu)造切割后者,說明二者之間存在兩個不同構(gòu)造層次的一個大的構(gòu)造界面,應(yīng)當(dāng)是不整合接觸。集寧巖群的黃土窯組與烏拉山巖群的榴云片麻巖組同屬孔茲巖系,層位相當(dāng),應(yīng)當(dāng)并列,而不是上下關(guān)系。關(guān)于色兒騰山巖群,雖然獲得了一些25Ga左右的年齡,如于綠泥陽起石英片巖中獲得單顆粒鋯石U-Pb年齡2,323~2,485Ma,于黑云角閃片巖中獲得Sm-Nd等時線年齡2,526Ma,但測試精度可能不是很高,還需進一步做SHRIMP和LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素年齡予以核實,極有可能為古元古代早期的產(chǎn)物。
[1]內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局編著,1991,內(nèi)蒙古自治區(qū)區(qū)域地質(zhì)志,地質(zhì)出版社.
[2]內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局編著,1996,內(nèi)蒙古自治區(qū)巖石地層,地質(zhì)出版社.
[3]陳亞平,錢祥鱗,劉金中,1990,華北克拉通北緣中段太古代變質(zhì)雜巖序列.巖石圈地質(zhì)科學(xué),北京:北京大學(xué)出版社.
[4]盧良兆,1991,內(nèi)蒙古集寧地區(qū)太古宙麻粒巖相變質(zhì)作用的PTt軌跡及其大地構(gòu)造意義.
[5]鐘長汀,吳昌華,梅華林等,1998,晉蒙高級地體石榴石基性麻粒巖地質(zhì)特征及其構(gòu)造意義,前寒武紀研究進展.
[6]李江海、錢祥麟、劉樹文、王仁民等,1999,華北克拉通早期大陸性質(zhì)和演化的重要問題,地學(xué)前緣,Vol.6,No.3,P48.
[7]萬渝生,耿元生,劉福來,沈其韓,劉敦一,宋彪,2000,華北克拉通及鄰區(qū)孔茲巖系的時代及對太古宙基底組成的制約,前寒武紀研究進展
[8]李江海,錢祥麟,侯貴廷,劉樹文,陳晶,2000,"呂梁運動"新認識,地球科學(xué)——中國地質(zhì)大學(xué)學(xué)報.
[9]翟明國、郭敬輝、趙太平,2001,新太古代華北陸塊構(gòu)造演化的研究進展,前寒武紀研究進展,vo1.24,No.1.
[10]趙國春,孫敏,S.A.W ilde,2002,華北克拉通基底構(gòu)造單元特征及早元古代拼合,中國科學(xué)(D輯).
[11]吳昌華,孫敏等,2006,烏拉山-集寧孔茲巖鋯石激光探針等離子質(zhì)譜(LA-ICP-MS)年齡——孔茲巖沉積時限的年代學(xué)研究,巖石學(xué)報.
[12]趙國春,2007,從變質(zhì)作用觀看板塊構(gòu)造何時在華北克拉通開始,地學(xué)前緣(中國地質(zhì)大學(xué),北京).
[13]鐘長汀,鄧晉福,萬渝生,毛德寶,李惠民,2007,華北克拉通北緣中段古元古代造山作用的巖漿記錄:S型花崗巖地球化學(xué)特征及鋯石SHR IMP年齡,地球化學(xué).
[14]翟明國,彭澎,2007,華北克拉通古元古代構(gòu)造事件,巖石學(xué)報.
[15]趙國春,2009,華北克拉通基底主要構(gòu)造單元變質(zhì)作用演化及其若干問題討論,巖石學(xué)報.
[16]劉守偈,李江海,2009,內(nèi)蒙古中南部古元古代高溫型雙變質(zhì)帶及其構(gòu)造意義,高校地質(zhì)學(xué)報.
[17]王權(quán)等,2012,大同市幅1∶25萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告.
[18]徐中元等,2013,集寧市幅1∶25萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告.
[19]曾慶榮等,2013,呼和浩特市幅1∶25萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告.
[20]高榮寬、陳志勇等,1993,色兒騰山地區(qū)6幅1∶5萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告.