新元古代裂解的沉积学证据
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发布时间：2022-04-24 09:24
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时间：2023-10-09 08:52
笔者曾在20世纪90年代初通过区域地质填图，对龙首山地区广布的一套砾状白云岩成因进行过讨论（李文渊，1991，1992），初步提出其是震旦纪早期*裂谷环境下形成的碳酸盐质碎屑流沉积。近年来进一步研究发现该层位砾状白云岩不仅龙首山存在，甘肃北山、祁连山亦均有大面积分布，其应代表了*裂谷初期的沉积产物。与其伴生的基性火山岩表明可能存在地幔柱上涌，导致*壳拉裂，从而形成崩塌堆积，并随即沿裂谷斜坡下滑，在海水作用下逐渐形成碎屑流而整体运移并保存下来。不是所有的*裂谷都可能形成碳酸盐质碎屑流沉积，但晚前寒武纪在陆壳较厚的情况下，再有过稳定的碳酸盐台地相沉积，突发的大规模裂谷活动形成典型的碎屑流沉积应该是普遍的，具有重要的构造意义，是*地壳裂解的先兆和标志。可能是全球Rodinia超*裂解事件的响应。
（一）新元古代碳酸盐质碎屑流沉积地质分布
龙首山地区的砾状白云岩，西起龙首山东端的小口子，向西经马房子至藏布太以西，长百余km（图3-7）。以中段马房子、烧火筒一带最厚，达百余m，向两段逐渐变薄。由于后期构造褶曲和逆冲断裂的改造，横向上表现为重复出现，过去地质普查中曾将其确定为不同层位相同岩相的重复出现，直至20世纪80年代1∶5万区域地质调查中才查明为同一层位的构造重复（李文渊，1992）。近年来，甘肃北山、祁连山地区的区域地质调查中亦鉴别出类似龙首山地区砾状白云岩特征的岩石分布，区域上划归为震旦系。
龙首山地处华北陆块的西段阿拉善地块南缘，龙首山群为结晶基底，岩性主要为条带状、眼球状混合岩夹斜长角闪岩、花岗质片麻岩、黑云斜长片麻岩等，间有大理岩、石英岩、片岩和变粒岩等，花岗质片麻岩中单颗粒锆石U-Pb法定年为1914±8.5Ma（修群业，陆松年，于海峰等.2002），侵入片麻岩中的红色花岗岩全岩Sm-Nd等时线年龄为1734～1768Ma（汤中立、李文渊，1995），应为古元古代或更早时期的产物。龙首山群上覆墩子沟群、烧火筒群等中、新元古代地层。墩子沟群下部由含炭硅质板岩和变长石石英砂岩组成，上部为硅质条带白云岩、层纹状白云岩、藻白云岩和含铁白云岩等，含炭硅质板岩测得全岩Rb-Sr等时线年龄为（1261±21）Ma，并发现众多的Leiopsophophaera sp.，L.Solida，Lignum Striatum，L.minor Schep等微古植物化石，综合判定形成于蓟县纪。烧火筒群由三层岩石组合组成：砾状白云岩、含砾千枚岩和含炭绢云千枚岩、绢云石英千枚岩。从区域岩相分布分析，砾状白云岩中所含砾石来源于下伏墩子沟群硅质条带白云岩的特点，应为烧火筒群下部层位，中部为含砾千枚岩，上部含炭绢云千枚岩、绢云石英千枚岩。根据上部含炭绢云千枚岩中发现大量Leiopsophophaera solida，Laminarites antiquissimus等震旦纪偏晚期的微古植物化石的特点，烧火筒群总体应为新元古代中晚期产物，或者说砾状白云岩可能形成于新元古代华南纪-震旦纪。
龙首山地区显生宙地层分布零星，除以底界为含磷层位为特点的寒武纪碎屑岩、碳酸盐岩局部分布外，早古生界缺失，晚古生界有紫红色泥盆纪磨拉石和安山质凝灰岩、玄武岩和石炭-二叠纪纪碎屑岩呈局部断陷盆地分布。
（二）新元古代碳酸盐质碎屑流沉积岩相特征及典型剖面类型
砾状白云岩呈灰色-灰白色，为砾状结构的含砾-砾质白云岩和白云岩质砾岩，有时在顶部见有薄层不含砾白云岩层，局部夹有已变质呈千枚岩的细碎屑岩层。区域上可相变为灰绿色绿片岩、钠长阳起片岩、绿泥钠长片岩和绿泥钠长绿帘片岩，原岩恢复为正变质岩，系形成于*裂谷环境的基性火山岩系（汤中立和李文渊，1995）（图3-11）。
砾状白云岩砾石类型单一，仅见白云质和硅质砾石。白云质砾石含量占整个砾石的85%以上，砾石轮廓清晰与杂基白云岩显著区别。个别白云质砾石为层纹状白云岩，与下伏蓟县纪墩子沟群层纹状白云岩极其类似，局部还见有显示肋状硅质条纹的白云质砾石（图3-12）；硅质砾石主要为燧石和发生重结晶而成的石英岩质砾石，在砾石含量中小于15%。石英岩质砾石基本由下伏墩子沟群硅质条带状白云岩中具重结晶粒状变晶结构的“硅质条带”构成。
图3-11 龙首山地区烧火筒群基性火山岩地球化学投图
图3-12 砾状白云岩野外露头素描
由此可见，砾石来源于下伏地层，是原地的。岩层中不同砾径的大小砾石混杂，砾径一般为0.2～30cm，个别可达40cm以上，大小悬殊，但不同地段，砾石的砾径整体上存在差别，砾石面积占整个岩层表面积的20%～60%。通过露头单位面积砾石分布特点统计（图3-13），表明砾径0.5～1cm砾石占整个砾石量的80%～90%。白云质砾石一般有一定磨圆，呈次圆、次棱角状，而硅质砾石基本上无磨圆，多表现为棱角状、次棱角状。砾石表面平滑，未见任何冰川“丁”字型擦痕和压蚀坑、槽等冰碛砾石的特征。
砾石排列无序呈杂乱分布，但随出露地段沉积厚度、砾石砾径的不同而有所差异。在沉积厚度大、砾石砾径大的地段，砾石多呈梨状、卵石状等不规则形态，厚几米至几十米不等。局部顶部分布不含砾石白云岩，最厚不足2m，除见水平层纹外，亦不见其他层纹构造。最为特征的是，砾状白云岩中砾石均呈漂浮状均匀分布于白云岩杂基中，即使很大的砾石也呈漂砾状漂浮其中，少见相互紧依的现象，可见为非牛顿流体所成（Shaw，1988）。
图3-13 砾状白云岩砾石砾径统计图
很显然砾状白云岩作为新元古代末的产物，其不整合于中元古代蓟县系墩子沟群之上（李文渊，1992），其间至少缺失新元古代青白口纪的沉积（图3-14）。龙首山砾状白云岩层在区域分布上的变化特点，可归纳为4种基本典型剖面类型（图3-15）：
图3-14 龙首山烧火筒一带砾状白云岩地质剖面及综合地层柱状示意图
A型剖面：沉积厚度薄，一般约几米，沉积类型单一，砾石成分单纯，主要由白云岩构成，砾径小，砾石具定向排列，砾石磨圆相对较好，可能代表了一种晚期濒临沉积事件结束的组成，或暂缓期的沉积。这类型剖面主要见于龙首山地区的北部青石窑一带。
B型剖面：由两层沉积组成，上部为厚不足2m的不含砾白云岩层，下部是厚达几十米的砾状白云岩层，砾径粗大，砾石分布不均。主要见于龙首山地区的烧火筒一带。
C型剖面：均由砾状白云岩层组成，但可见至少由连续的三层组成，每层厚几米至几十米不等，不同出露地段厚度有所差异，一般底部一层厚度最大，多在几十米以上。有稳定的正粒序显示。这类剖面主要出露于龙首山的中部地区，是主要剖面类型，分布最广，北山和北祁连山也多见该类型沉积。
D型剖面：由已变质为千枚岩的细碎屑岩和砾状白云岩组成。前者厚仅几cm到十几cm，以后者为主，厚十几m以上，有些地段可达几十m。这种类型剖面在龙首山中西段是井口一带多见，最多可见连续叠置三层，反映了多次沉积事件的发生。
图3-15 砾状白云岩砾石类型素描图
