燕山褶断带下板城盆地课件

燕山褶断带下板城盆地杏石口组沉积特征及其构造意义,刘健1 赵越1 柳小明2 1.中国地质科学院地质力学研究所，北京，100081 2.西北大学大陆动力学重点实验室，西安710069,盆地沉降和沉积充填是构造作用的结果（刘少峰等，2001），区域大地构造背景对沉积盆地的形貌和充填起影响和控制作用（Cloetingh S. et al.，1999），沉积物的充填及其形态也反映了盆地的形貌和构造动力过程（Alfredo A et al.，1999）。盆地快速充填代表了其周缘山脉的快速剥露。盆地沉积的物质成分信息记录了盆地沉积物源与源区剥露过程，为揭示盆缘邻区山脉岩石隆升和侵蚀演化提供了重要证据(Hendrix M S et al.1996，2000)。而盆地碎屑沉积物中的锆石不但广泛分布而且具有极强稳定性（闫义等，2003），已成为近年来国际上通过沉积岩碎屑锆石年龄分布确定碎屑沉积岩物质来源、沉积时代和形成构造环境的热点之一（Wysoczanski R J et al.,1997；Geslin J K et al.,1999；Bohm C O et al.,2000；Cawood P A.,2000）。,前人（赵越，1990；Davis et al.，2001）认为燕山褶断带在前燕山期发生过强烈的构造活动。由于燕山褶断带常被晚侏罗世甚至更新时代地层所掩盖以及后期构造叠加改造等，致使长期以来人们对其构造演化历史存在不同的认识（赵越，1990；Davis et al.，1998，2001）。但是，不同时期盆地的充填记录和原型盆地的特征是受控于区域构造演化（Cloetingh S. et al. 1999，Alfredo A et al.1999，刘少峰等，2004）。本文通过冀北典型盆地下板城盆地沉积记录、物源分析以及杏石口组中的花岗岩砾石和碎屑锆石年代学分析，初步探讨了杏石口组的形成时代及其指示盆缘山脉隆升和剥露过程。,一、区域地质背景,燕山褶断带位于华北地块北缘，由于晚古生代华北地块与蒙古地块碰撞拼合，华北蒙古联合板块最终形成，华北地块北缘由板缘逐步转变为板内构造环境（Davis et al.，2001）。燕山褶断带以平泉古北口断裂分为南北两大构造单元（赵越，1990）。断裂以北广泛出露太古宙片麻岩，以南主要是中、新元古界地层以及其上沉积的古生代、中生代地层。,二、下板城盆地杏石口组充填记录,杏石口组为一套由砾岩、砂岩夹煤层组成的陆相粗碎屑含煤岩系，底部砾岩与下伏中三叠世二马营组紫红色地层具明显的冲刷侵蚀特征，属于微角度不整合或平行不整合接触。根据岩性结构、垂向序列变化特点进一步划分为三个段。,三、杏石口组沉积物源与源区剥露过程,下侏罗统杏石口组一段中的砾石成分是以石英砂岩类和碳酸岩类为主，其次为片麻岩类，花岗岩类和火山岩类仅占少量。杏石口组二段砾岩的砾石成分则以片麻岩和石英砂岩为主，花岗岩类和火山岩类仍为次要组份。,对比杏石口组一、二 段砾岩砾石成分含量变化，可以发现：从一段到二段，石英砂岩类砾石含量逐渐减少，而片麻岩类砾石由较少或不含变为砾岩中的主要部分；碳酸岩类砾石仅出现在杏石口组一段中，在二段中基本没有出现，而花岗岩、火山岩由下向上含量略有增加。这种砾石成分在纵向上的变化规律以及结合其古流向整体向南及南东方向反映了位于其北部和北西部物源区长城系地层和太古代结晶基底大面剥露，早期侵入的花岗岩也已经被剥露至地表。另外，火山岩砾石的出现说明晚古生代内蒙古隆起上可能存在火山喷发活动。,四、杏石口组底部砂砾岩碎屑锆石 LA-ICP-MS 测年结果,样品的采集地点：,锆石U-Pb年龄,样品xbc35中共分析了60粒锆石的LA-ICP-MS分析结果。由上图可知，大多数据点沿谐和线或其附近分布，部分数据点存在明显铅丢失。按碎屑锆石年龄分布范围，该样品中碎屑锆石年龄可划分为3个年龄范围。,（1）2025Ma2565Ma，该年龄范围中有18粒碎屑锆石。 （2）1659Ma1888Ma，该年龄范围中有25粒碎屑锆石 。 （3）193Ma691Ma，该年龄范围共有17粒碎屑锆石。,五、讨论,1）杏石口组沉积时代,杏石口组早期被推定为早中侏罗世。后来由于在北京西山地区杏石口组中采集以Danaeopsis-Cladophlebis为代表的真蕨类植物化石，该植物化石与我国北方以延长植物群为代表的晚三叠世植物群特征相近，其时代被认定为晚三叠世（河北省地质局，1976；河北省地质矿产局，1989，1996；）,根据最新公布的“国际地层表”（Gradstein F. M. et al.,2004）把侏罗系下限年龄限定为199.60.6Ma，早侏罗世与中侏罗世界线年龄定为175.62.0Ma。因此，杏石口组的沉积时代应为早侏罗世。,2、早侏罗世内蒙古隆起剥露过程探讨,三叠纪，冀北下板城出现了开阔谷地环境下的曲流河相沉积。总体沿东西向展布，受构造线方向所控制。杏石口早期沉积环境和构造背景开始明显改变，砾石成分和古水流均发生了显著的变化。随着平泉古北口断裂向南强烈逆冲,其南侧盆地普遍发育与断裂相关的扇状砾岩体，呈长条带状，其分布明显与三叠纪东西向河流谷地展布相一致，但分布范围较小。杏石口组物质成分研究显示其从一段到二段石英砂岩砾石含量逐渐减少，而片麻岩类（包括花岗片麻岩）砾石由较少或不含逐渐变为砾岩中的主要部分，并且花岗岩类砾石由下向上含量有增加的趋势。该套砾岩沉积特征及古流向显示为冲积扇相结合其古流向整体向南及南东方向反映了平泉古北口断裂北部和北西部内蒙古隆起被“剥蚀去顶”的构造作用过程。,从杏石口组碎屑锆石的年龄主要分布在2.5Ga2.0Ga、1.9Ga1.7Ga和193Ma302Ma之间，这3组年龄的峰值分别为25055Ma、17838Ma和2514Ma表明，约2.5Ga峰值年龄说明杏石口组中部分碎屑物质来自于新太古代晚期的陆壳物源区，这与华北克拉通太古宙基底时代组成的有关认识相吻合。 除了有太古宙碎屑锆石外，还有峰值约为1.8Ga碎屑锆石存在，这表明物源区存在相应时代的构造热事件。近年来，华北克拉通基底相当于吕梁运动的构造热事件已受到广泛关注（郭敬辉等，2001；耿元生等，2000；毛德宝等，1999）。这一构造热事件代表了华北最终克拉通化（Rogers J J W et al.,2002；Zhao Guochun et al.,2002）。杏石口组砂砾岩中1.9Ga1.7Ga碎屑锆石的存在，进一步说明了这一构造热事件的存在。,193Ma302Ma范围碎屑锆石存在说明物源区晚古生代早中生代侵位的岩体在早侏罗世已被剥露出地表。近年来，燕山地区早中生代之前构造变形问题已得到国内外研究者的重视（崔盛芹等，2000；Davis et al.,2001；胡玲等，2002；张栓宏等2004a,b；Zhang S H et al.,2006）。内蒙古隆起发育大量的晚古生代早中生代构造变形带及岩浆活动（张栓宏等2004a,b），其代表了燕山中生代板内变形带是在晚古生代板缘构造变形的基础上发育起来的（Davis et al.2001）。Davis et al.（2001）将该地区这一时期的构造笼统地确定为前180Ma构造幕。杏石口组中193Ma302Ma的碎屑锆石存在，进一步说明内蒙古隆起晚古生代早中生代发育岩体在早中生代已被剥露出地表，并且开始为盆地提供物源。,内蒙古隆起上发育的晚古生代侵入岩普遍发育片麻状构造（张栓红，2004b），而杏石口组的花岗岩砾石却保持原岩结构构造。这种花岗岩砾石的原岩是否是早中生代侵入岩？笔者曾经对平泉古北口断裂上盘出露规模最大的早中生代侵入岩体王土房杂岩体进行了野外调查，该杂岩体呈块状构造，未见有韧性变形的迹象，曾对其花岗岩锆石LA-ICP-MS U-Pb定年，结果表明其侵位年龄为1901Ma（刘健，2006b）。值得注意的是该花岗岩体的侵位年龄与杏石口组中最年轻碎屑锆石的加权平均年龄1976Ma在误差范围内一致。,前人（1：5万平泉幅区域调查报告）获得花岗岩的K-Ar全岩等时线年龄为17510Ma及王季亮等（1994）后来获得花岗岩的RbSr全岩等时线年龄约为19810 Ma。上述同位素测年结果表明花岗岩的冷却年龄值与其侵位年龄在误差范围内非常相近，暗示了该岩体可能在早侏罗世发生了快速冷却过程。因此，早侏罗世内蒙古隆起可能发生了快速隆升，致使在早侏罗世与王土房杂岩体同期侵入的岩体被剥露至地表并为盆地提供物源，这一构造作用过程暗示在早侏罗世平泉古北口断裂向南逆冲以及杏石口组砾岩快速沉积相伴随。结合前人（Davis et al.，2001）对燕山褶断带早中生代前构造变形时期的认识，更为合理的变形时代是在197180Ma之间。,六、结论,通过对冀北下板城盆地杏石口组沉积物的成分、古水流和砾岩及其砂岩的碎屑锆石LA-ICP-MS U-Pb测年结果分析，并结合来源区的构造与岩浆作用的调查，表明下板城盆地杏石口组沉积期砾石成分及古水流与其下覆的早中生代地层发生了显著的变化。杏石口组一段至二段的沉积特征记录了该时期内蒙古隆起上的太古界和元古界地层依次被抬升剥露过程。,杏石口组底部砂砾岩中的碎屑锆石U-Pb年龄主要分为3组：2025 Ma2565Ma 、1659 Ma1888Ma 和193Ma691Ma 。其中最年轻的两粒碎屑锆石的加权平均年龄为1976Ma，表明杏石口组的砂砾岩沉积时代应晚于1976Ma，即其沉积时代应为早侏罗世。碎屑锆石年代学分析进一步表明华北克拉通太古界基底、元古界侵位的岩体以及晚古生代早中生代侵位岩体在早