北祁连中段冷龙岭地区早古生代构造演化：基于多学科视角的剖析

北祁连中段冷龙岭地区早古生代构造演化：基于多学科视角的剖析一、引言1.1研究背景与意义冷龙岭地区作为北祁连中段的关键组成部分，在区域地质构造中占据着举足轻重的地位。其独特的地质位置，处于多个构造单元的交汇地带，使其成为研究区域地质历史演变的天然实验室。早古生代是地球地质演化的关键时期，这一时期的构造运动深刻塑造了地球的基本面貌，对后续的地质发展产生了深远影响。而冷龙岭地区在早古生代经历了复杂而多样的构造活动，这些活动记录了地球深部动力学过程以及板块间相互作用的信息，对理解区域地质历史和全球构造格局有着重要意义。从区域地质历史角度来看，冷龙岭地区保存了丰富的地质遗迹和构造变形信息。通过研究这些记录，可以重建该地区在早古生代的古地理环境、沉积演化以及构造运动序列，从而深入了解区域地质历史的发展脉络。例如，冷龙岭地区出露的早古生代地层中，不同岩性组合和沉积构造特征反映了当时的沉积环境变迁，从深海相到浅海相再到陆相的沉积演变，暗示了区域构造运动导致的海陆变迁过程。同时，区内广泛发育的褶皱、断裂等构造变形，是研究构造应力场演化和构造运动方式的重要依据。在全球构造格局中，冷龙岭地区所处的北祁连造山带是古亚洲洋构造域的重要组成部分。早古生代时期，该地区经历了洋盆的打开、扩张、俯冲消减以及最终的碰撞造山等一系列构造事件，这些事件是全球板块构造运动的具体体现。研究冷龙岭地区早古生代构造演化，有助于揭示古亚洲洋构造域的演化规律，进而为全球构造格局的重建提供关键支撑。例如，通过对冷龙岭地区蛇绿岩套的研究，可以了解古洋壳的性质和形成环境，为探讨古亚洲洋的扩张机制提供线索；对碰撞造山过程中形成的岩浆岩和变质岩的研究，则可以揭示板块碰撞的深部动力学过程和地壳演化机制。冷龙岭地区丰富的矿产资源与早古生代构造演化密切相关。构造运动导致的地层变形、岩浆活动以及热液运移，为矿产的形成和富集提供了必要条件。深入研究该地区早古生代构造演化，对于指导矿产资源勘查和开发具有重要的现实意义。1.2研究现状国内外学者对北祁连中段冷龙岭地区早古生代构造演化的研究成果丰硕，这些研究涉及地层学、岩石学、地球化学、同位素年代学等多个领域，为深入理解该地区的地质演化提供了重要基础，但仍存在一些不足和有待进一步研究的问题。在早期研究中，多集中于对冷龙岭地区的地层划分与对比。通过对该地区出露地层的详细观察和分析，确定了早古生代地层的序列和分布范围。例如，对寒武系、奥陶系和志留系地层的岩性特征、沉积构造以及化石组合等进行了系统研究，建立了相对完善的地层框架。这些研究成果为后续探讨构造演化提供了基础资料，使得研究者能够依据地层的变化来推断构造运动对沉积环境的影响。然而，早期研究受限于技术手段和研究范围，对地层的年代测定精度相对较低，部分地层的划分和对比存在一定争议。随着地质研究技术的不断发展，岩石学和地球化学分析在冷龙岭地区构造演化研究中发挥了重要作用。学者们通过对区内岩浆岩、变质岩和沉积岩的岩石地球化学特征分析，探讨了岩石的成因、物质来源以及形成的构造环境。例如，对早古生代岩浆岩的主量元素、微量元素和稀土元素分析表明，这些岩浆岩形成于不同的构造背景，包括洋中脊、岛弧和活动大陆边缘等。对变质岩的研究则揭示了区域变质作用的时代和演化过程，为确定构造热事件提供了关键证据。但岩石地球化学研究中，部分样品的代表性和分析结果的解释仍存在一定不确定性，不同学者基于相同数据可能得出不同的构造环境解释。同位素年代学的应用为冷龙岭地区早古生代构造演化的研究提供了精确的时间框架。通过对岩浆岩、变质岩和沉积岩中的锆石、独居石等矿物进行U-Pb、Ar-Ar等同位素定年，确定了重要地质事件的发生时代。如通过对花岗岩体的锆石U-Pb定年，精确限定了岩浆侵入的时间，从而推断出构造运动的时期。然而，同位素年代学研究中，样品的选择和测试方法的局限性可能导致年代数据存在一定误差，不同定年方法得到的结果有时也存在差异，需要进一步综合分析和验证。在构造演化模式方面，学者们基于上述多学科研究成果，提出了多种关于冷龙岭地区早古生代构造演化的模式。主要观点包括洋盆的打开与闭合、板块的俯冲与碰撞以及弧-陆和陆-陆碰撞等过程。一些研究认为，早古生代时期，北祁连洋在冷龙岭地区打开，随后洋壳向北俯冲，形成了岛弧和弧后盆地；奥陶纪末至志留纪，洋盆闭合，发生弧-陆碰撞，最终形成了现今的构造格局。但这些模式在一些关键环节上仍存在争议，如洋盆打开的机制、俯冲极性的确定以及碰撞造山的具体过程等。对于冷龙岭地区早古生代构造演化的深部动力学过程，目前的研究还相对薄弱。虽然有学者通过地球物理方法对该地区的深部结构进行了初步探测，但对于地幔柱活动、板块俯冲过程中的深部物质交换以及岩石圈的演化等深部动力学过程的认识还不够深入。这主要是由于深部地质信息获取困难，地球物理数据的解释存在多解性，需要结合更多的地质、地球化学和地球物理资料进行综合研究。1.3研究内容与方法本研究聚焦于北祁连中段冷龙岭地区早古生代构造演化，涵盖了多个关键方面的研究内容，运用多种先进的研究方法，力求全面、深入地揭示该地区这一时期的构造演化历史和深部动力学过程。在研究内容上，地层学与沉积学研究是基础。详细厘定冷龙岭地区早古生代地层序列，通过对地层中岩石的岩性特征、沉积构造以及化石组合等进行细致分析，重建古沉积环境。例如，通过对地层中碎屑岩的粒度分析、层理构造观察，判断其沉积时的水流能量和水体深度，进而推断沉积环境是浅海、深海还是滨岸。同时，利用地层中的古生物化石，如腕足类、三叶虫等化石的种类和分布，确定地层的时代和古生态环境，分析沉积环境的变迁与构造运动的关系，为后续构造演化研究提供地层学依据。岩石学与地球化学研究是本项目的核心内容之一。对区内不同类型岩石，包括岩浆岩、变质岩和沉积岩进行系统研究。通过显微镜下观察岩浆岩的矿物组成、结构构造，确定其岩石类型和结晶顺序，探讨岩浆的起源和演化过程。利用电子探针等技术分析矿物成分，了解岩浆在上升和结晶过程中的物理化学条件变化。对变质岩的矿物组合、变质结构进行研究，确定变质相和变质作用类型，通过矿物的化学成分和同位素组成，推断变质作用的温压条件和时代，揭示区域变质作用与构造运动的联系。对于沉积岩，分析其碎屑成分、化学组成，研究物源区性质和搬运路径，通过地球化学特征判断沉积时的古气候、古氧化还原条件等，为恢复古地理环境提供依据。年代学研究为构造演化提供精确的时间框架。采用锆石U-Pb定年、Ar-Ar定年等先进的同位素年代学方法，对岩浆岩中的锆石、变质岩中的云母等矿物进行定年。通过精确测定岩浆岩的结晶年龄，确定岩浆活动的时期，从而推断构造运动的时间节点。对变质岩进行定年，确定变质作用的发生时代，分析构造热事件的演化序列。例如，通过对花岗岩体中锆石的U-Pb定年，确定其形成年龄，结合区域地质背景，判断该时期的构造环境是洋壳俯冲、碰撞造山还是后碰撞伸展。构造变形分析是研究构造演化的重要手段。通过野外地质调查，详细测量褶皱、断裂等构造要素，包括褶皱的轴向、枢纽产状、褶皱形态，断裂的走向、倾向、倾角以及断距等。绘制构造地质图，分析构造变形的空间分布规律，确定构造变形的期次和先后顺序。利用构造解析方法，恢复构造应力场，探讨构造变形的动力学机制，研究不同期次构造运动之间的叠加和改造关系，揭示区域构造演化的过程。深部动力学过程研究则从地球物理和地球化学相结合的角度展开。收集和分析重力、磁力、地震等地球物理资料，反演地下地质结构，了解岩石圈的厚度、深部构造界面以及深部物质的分布状态。例如，通过重力异常分析，推断地下岩石密度的变化，识别深部构造单元和断裂构造。结合岩石地球化学特征，研究深部物质的来源和运移，探讨地幔柱活动、板块俯冲过程中的深部物质交换以及岩石圈的演化等深部动力学过程，揭示构造演化的深部驱动机制。在研究方法上，野外地质调查是获取第一手资料的关键。采用穿越法和追索法，对冷龙岭地区进行全面细致的地质填图，观察和记录地质现象，包括地层的出露情况、岩石的特征、构造变形的样式等。采集具有代表性的岩石样品，为后续实验室分析提供素材。在野外调查过程中，注重地质现象的空间分布和相互关系，绘制详细的地质剖面图和素描图，为室内研究提供直观的地质信息。岩石学分析利用偏光显微镜、电子探针等仪器设备，对岩石的矿物组成、结构构造、矿物化学成分等进行详细分析。通过偏光显微镜观察岩石薄片，确定矿物的种类、含量和相互关系，分析岩石的结构构造特征，判断岩石的成因和形成环境。利用电子探针测定矿物的化学成分，研究矿物的化学组成变化规律，推断岩石形成过程中的物理化学条件。地球化学分析运用电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）、X射线荧光光谱仪（XRF）等先进设备，对岩石样品进行主量元素、微量元素和同位素组成分析。通过主量元素分析，确定岩石的类型和化学成分特征，判断岩石的源区性质和演化过程。微量元素分析，特别是稀土元素和高场强元素的分析，能够提供有关岩石形成构造环境的信息，如判别岩浆岩是形成于洋中脊、岛弧还是大陆边缘等环境。同位素组成分析，包括Sr-Nd-Hf同位素等，用于研究岩石的物质来源和演化历史，确定岩石是来自地幔、地壳还是壳幔混合源。同位素年代学分析采用激光剥蚀电感耦合等离子体质谱（LA-ICP-MS）等技术，对矿物中的同位素进行精确测定。LA-ICP-MS技术能够实现对矿物微区的原位分析，获取矿物不同部位的年龄信息，提高年龄测定的精度和可靠性。通过对锆石等矿物的U-Pb定年，确定岩浆岩的结晶年龄和变质岩的变质年龄，为构造演化研究提供准确的时间约束。构造解析运用赤平投影、有限应变测量等方法，对褶皱、断裂等构造变形进行定量分析。赤平投影用于分析构造要素的产状和相互关系，直观展示构造变形的几何特征。有限应变测量通过对岩石中应变标志物的测量和分析，确定岩石变形的程度和方向，研究构造变形的力学机制。利用构造模拟软件，对构造演化过程进行数值模拟，验证和深化对构造变形动力学机制的认识。二、区域地质背景2.1地理位置与地质概况冷龙岭地区位于青藏高原东北段，处于北祁连山脉东段，地理坐标为北纬37.4°-37.8°，东经101.3°-102.3°。其西北-东南走向，西起青海省境内海拔4353米的景阳岭，东止甘肃省境内海拔4303米的得泉山，东西长约225千米，南北宽30-50千米，山峰海拔多为4000-5000米，最高峰为青海省门源县西端的岗什卡雪峰，海拔5254.5米。该地区不仅是黄河水系与内流水系的重要分水岭，南坡冰川融水流入大通河最终注入黄河，北坡冰川融水多注入石羊河成为河西走廊内陆河的主要水源地，还在地质构造上占据关键位置，是研究区域地质演化的核心区域。在地层分布方面，冷龙岭地区地层从寒武系到全新统皆有出露，以古生代和中生代地层为主。早古生代时期，这里经历了复杂的海相沉积过程，形成了具有重要研究价值的地层序列。下寒武统为浅海相复理石建造，其岩石组合主要为碎屑岩，具有韵律性层理，反映了当时动荡的浅海环境，沉积物在水流的搬运和沉积作用下，形成了厚度较大的复理石沉积，暗示了板块边缘的构造活动导致的地形起伏和物质供应变化。下奥陶统为海相中酸性火山岩-碎屑岩建造，中酸性火山岩的喷发表明当时处于强烈的构造活动期，可能与洋壳俯冲或地幔柱活动有关，同时伴随的碎屑岩沉积记录了火山活动间歇期的沉积环境。中奥陶统为滨海相碎屑岩-（含镁）碳酸盐岩建造，反映了海水逐渐变浅，沉积环境从海相向滨海相转变，这一转变可能是由于板块运动导致的地壳抬升或者海平面下降。志留系为浅海相碎屑岩-中酸性火山岩建造，再次显示了构造活动的复杂性，火山活动与碎屑沉积相互交替，记录了区域构造环境的动态变化。晚古生代至全新世，该地区转为陆相盖层沉积。下泥盆统为山麓相磨拉石沉积建造，磨拉石的形成通常与造山运动后的山体隆升和剥蚀有关，粗大的碎屑物质在山麓地带快速堆积，表明当时经历了强烈的构造挤压和山体隆升过程。上泥盆统为湖泊相红色沉积建造，红色沉积指示了氧化环境，可能与当时的古气候干旱以及沉积盆地的封闭性有关，湖泊相沉积则反映了相对稳定的沉积环境。晚古生代至中生代盆地中分布石炭-侏罗纪地层，石炭-新近系上新统地层以碎屑岩为主，沉积相从滨海相（C）逐渐演变为湖泊相（P-T）、河沼相（J）和河湖相（K1和N2），石炭-三叠纪（C-T）沉积具有明显的继承性，这种沉积相的演变记录了区域构造和古地理环境的逐渐变化，从滨海到内陆的环境转变暗示了陆地面积的扩大和地形的相对稳定。上石炭统和下侏罗统为该区的主要含煤地层，煤的形成需要特定的植物生长和沉积环境，表明当时气候温暖湿润，植被茂盛，且沉积环境有利于植物遗体的保存和堆积。上石炭统还产耐火粘土和萤石矿，这些矿产的形成与当时的沉积和热液活动密切相关，热液活动带来的矿物质在特定的地质条件下富集，形成了具有经济价值的矿产资源。在构造单元归属上，冷龙岭地区位于中朝-华北古陆板块与秦祁昆古海洋板块构造的交接复合部位，属于北祁连加里东褶皱带中段北部边缘，是北祁连加里东构造带走廊南山北坡-毛毛山-南华山复向斜之次级构造单元冷龙岭复向斜。该地区经历了复杂的构造演化历史，是构造运动和热液活动比较强烈的地带，对研究区域构造演化和矿产资源形成具有重要意义。在早古生代，北祁连地槽经历了扩张和收缩旋回，中寒武世开始的扩张阶段，地槽在强烈拉张应力作用下，断裂活动加剧，沿断裂带喷发大量基性熔岩，同时发生海浸，海域逐渐加宽，接受了以碳酸盐为主夹有碎屑岩和硅质岩建造的沉积。中期旋回中奥陶世相对平静，以深海相碳酸盐沉积建造为主，晚期地壳运动又趋强烈，有大量中基性岩和碎屑岩堆积，缺失中、上奥陶统沉积。志留纪地槽进入晚期阶段，地壳不断上升，海水逐渐向北退却，沉积了浅灰绿色碎屑岩建造并夹有火山岩。志留纪末，祁连运动使早古生代地层发生强烈褶皱和断裂，泥盆系以角度不整合覆盖于前泥盆系之上，这一构造运动标志着地槽演化的结束和褶皱带的形成，对区域地质构造格局产生了深远影响。2.2区域构造特征冷龙岭地区地质构造复杂，褶皱和断裂构造发育，这些构造的特征和分布规律对研究区域地质演化具有重要意义。区内褶皱构造分为两大类型，加里东期褶皱呈现紧密线状，这是由于加里东期强烈的构造运动导致地层受到强大的挤压应力，使得褶皱形态紧密，轴向多呈西北-东南向，与区域构造应力方向一致。紧密线状褶皱的形成反映了当时板块强烈碰撞挤压的构造环境，岩石在强大应力作用下发生塑性变形，形成紧密排列的褶皱形态。而其他各期褶皱均为开阔平缓状，这表明后期构造运动相对较弱，应力作用相对较小，地层变形程度较轻。开阔平缓褶皱的出现可能与后期构造应力的松弛、岩石的韧性增加以及区域构造环境的相对稳定有关。这些不同类型的褶皱记录了冷龙岭地区在不同地质时期的构造变形历史，为研究区域构造演化提供了重要线索。断裂构造在冷龙岭地区多呈西北-东南向密集分布，其中冷龙岭复向斜南缘断裂带和北缘断裂带构成了区内基本构造骨架。这些断裂带规模较大，延伸较长，对区域地层分布和构造格局产生了重要影响。南缘断裂带和北缘断裂带在早古生代时期可能控制了沉积盆地的边界和沉积环境，使得两侧地层在岩性、厚度和沉积相上存在差异。断裂带的活动还可能导致地层的错动和变形，形成各种构造地貌，如断层崖、断陷盆地等。除了这两条主要断裂带外，区内还发育有一系列次级断裂，它们与主断裂带相互交织，构成了复杂的断裂网络。这些次级断裂的走向和规模各不相同，有的与主断裂带平行，有的则呈一定角度相交。次级断裂的存在进一步增加了区域构造的复杂性，它们可能是在主断裂带活动过程中派生出来的，也可能是由于局部应力场的变化而形成的。从断裂的性质来看，主要包括正断层、逆断层和走滑断层。正断层的发育表明区域在某一时期经历了伸展构造作用，地壳发生拉伸变形，导致地层沿断裂面发生相对错动，上盘相对下降，下盘相对上升。逆断层则反映了挤压构造环境，地层受到强烈挤压，上盘沿断层面向上逆冲于下盘之上。走滑断层的出现说明区域受到水平剪切应力的作用，断层两侧的岩石沿断裂面发生水平位移。不同性质断裂的分布与区域构造演化密切相关，在早古生代洋盆扩张阶段，可能以正断层和走滑断层为主，伴随着洋壳的拉张和扩张；而在碰撞造山阶段，则以逆断层和走滑断层为主，反映了板块间的强烈碰撞和挤压。在空间分布上，褶皱和断裂构造相互影响、相互制约。褶皱的发育可能导致岩石的力学性质发生变化，从而影响断裂的形成和发展。在褶皱的轴部和翼部，岩石的应力状态不同，容易产生断裂。相反，断裂的活动也会对褶皱产生改造作用，使褶皱形态发生变化，甚至破坏原有的褶皱构造。在断裂附近，褶皱的轴向可能发生偏转，褶皱的紧闭程度也可能发生改变。这种褶皱与断裂的相互关系反映了区域构造运动的复杂性和多阶段性。三、早古生代地层与岩石特征3.1早古生代地层序列冷龙岭地区早古生代地层发育较为齐全，从老到新依次为寒武系、奥陶系和志留系，各时期地层在岩性、厚度和接触关系上具有明显特征，这些特征记录了该地区早古生代复杂的地质演化历史。寒武系在冷龙岭地区主要出露下寒武统，岩性主要为一套浅海相复理石建造，以碎屑岩为主，包括砂岩、粉砂岩和页岩等。砂岩成分成熟度较低，主要由石英、长石和岩屑组成，反映了物源区距离较近且遭受了强烈的剥蚀作用。粉砂岩和页岩中常见水平层理和韵律层理，表明沉积环境相对稳定，水动力条件较弱。地层厚度较大，可达上千米，这暗示了沉积过程的长期性和连续性，可能与当时的构造沉降和物源供应稳定有关。下寒武统与下伏新元古代地层呈角度不整合接触，这一接触关系表明在新元古代末期至寒武纪初期，该地区经历了强烈的构造运动，导致地层发生褶皱、抬升和剥蚀，随后在寒武纪时期开始接受新的沉积。奥陶系在区内出露较为广泛，包括下奥陶统、中奥陶统和上奥陶统部分地层。下奥陶统为海相中酸性火山岩-碎屑岩建造，中酸性火山岩主要有流纹岩、英安岩和安山岩等，岩石具斑状结构和流纹构造，表明其形成于火山喷发环境。火山岩中常夹有火山碎屑岩，如凝灰岩和火山角砾岩，这些碎屑岩是火山喷发时产生的火山物质在重力和流水作用下堆积而成。同时，还伴有碎屑岩沉积，如砂岩和页岩，砂岩分选性和磨圆度较差，反映了沉积环境较为动荡。该套地层厚度变化较大，一般在数百米至数千米之间，这可能与火山活动的强度和持续时间以及沉积盆地的沉降速率有关。下奥陶统与下寒武统呈整合接触，说明寒武纪到奥陶纪期间，沉积过程没有发生明显的间断，区域构造环境相对稳定，只是沉积环境由浅海相逐渐转变为海相中酸性火山活动与碎屑沉积交替的环境。中奥陶统为滨海相碎屑岩-（含镁）碳酸盐岩建造，碎屑岩主要为砂岩和粉砂岩，砂岩粒度较下奥陶统变细，分选性和磨圆度有所提高，表明沉积时水动力条件相对减弱，物源区距离可能更远。（含镁）碳酸盐岩主要为白云岩和石灰岩，白云岩中常含有燧石结核，石灰岩中发育生物碎屑结构，常见的生物化石有腕足类、三叶虫和珊瑚等，反映了当时温暖、清澈的浅海环境，适合生物生存和繁衍。地层厚度相对较薄，一般在几十米至数百米之间。中奥陶统与下奥陶统呈整合接触，显示沉积环境的逐渐过渡，从以火山活动和碎屑沉积为主的海相环境转变为以滨海相碎屑岩和碳酸盐岩沉积为主的环境，这一转变可能是由于区域构造运动导致海平面下降，陆地面积扩大，沉积环境逐渐向滨海相演化。上奥陶统仅出露部分地层，岩性为浅海相碎屑岩夹少量火山岩，碎屑岩以砂岩和页岩为主，砂岩中发育交错层理和波痕，表明沉积时受到较强的水流作用。火山岩为基性火山岩，如玄武岩，岩石具气孔构造和杏仁构造，反映了火山喷发时岩浆中气体逸出的特征。该套地层厚度较薄，一般在几十米左右。上奥陶统与中奥陶统呈整合接触，但局部地区存在沉积间断，可能是由于当时构造活动导致的沉积环境变化或海平面波动引起的。志留系主要为浅海相碎屑岩-中酸性火山岩建造，碎屑岩以砂岩、粉砂岩和页岩为主，砂岩成分成熟度和结构成熟度中等，粉砂岩和页岩中发育水平层理和生物扰动构造。中酸性火山岩有流纹岩、英安岩等，与下奥陶统的中酸性火山岩类似，但岩石化学组成和地球化学特征存在一定差异。地层厚度较大，可达千余米。志留系与上奥陶统呈角度不整合接触，这一接触关系表明在奥陶纪末至志留纪初，该地区经历了强烈的构造运动，导致奥陶系地层发生褶皱、抬升和剥蚀，随后在志留纪时期接受新的沉积，沉积环境再次转变为浅海相碎屑岩与中酸性火山岩交替沉积的环境。三、早古生代地层与岩石特征3.2火山岩特征与构造意义3.2.1火山岩岩石学特征冷龙岭地区早古生代火山岩类型丰富，主要包括基性火山岩（如玄武岩）、中性火山岩（如安山岩）和酸性火山岩（如流纹岩），这些不同类型的火山岩在矿物组成和结构构造上各具特色。玄武岩呈灰黑色或黑色，主要矿物成分为基性斜长石和辉石。基性斜长石常呈板状，具聚片双晶，在显微镜下可见其自形程度较好，常呈半自形-自形晶。辉石多为单斜辉石和斜方辉石，单斜辉石呈短柱状，颜色较深，多色性明显；斜方辉石呈柱状，颜色相对较浅。岩石具斑状结构，斑晶主要为基性斜长石和辉石，基质为隐晶质或玻璃质，基质中还常见有磁铁矿等副矿物。此外，玄武岩中常发育气孔构造和杏仁构造，气孔多呈圆形或椭圆形，大小不一，杏仁体则多由方解石、沸石等矿物充填。安山岩呈灰绿色或紫红色，矿物组成主要有中性斜长石、角闪石和少量辉石。中性斜长石呈板状，具卡钠复合双晶，其自形程度中等，多为半自形晶。角闪石呈柱状，具明显的多色性，颜色从深绿色到浅绿色变化。辉石含量相对较少，常呈短柱状。安山岩具斑状结构，斑晶以中性斜长石和角闪石为主，基质为交织结构或玻晶交织结构，基质中可见有少量玻璃质和微晶状的矿物。岩石中常见有块状构造，部分安山岩中还可见到流纹构造，这是由于岩浆在流动过程中，不同成分和颜色的物质呈条带状分布而形成的。流纹岩呈灰白色或肉红色，主要矿物为酸性斜长石、石英和少量钾长石。酸性斜长石呈板状，具聚片双晶，自形程度较低，多为他形晶。石英呈粒状，无色透明，在显微镜下可见其表面光滑，无解理。钾长石常呈他形粒状，具卡氏双晶。流纹岩具斑状结构，斑晶主要为酸性斜长石和石英，基质为隐晶质或玻璃质，基质中常见有球粒结构和霏细结构。球粒结构是由长英质矿物组成的球状体，霏细结构则是由极细小的长英质矿物颗粒组成。流纹岩的典型构造为流纹构造，由不同颜色和成分的条带定向排列而成，反映了岩浆在喷出地表时的流动状态。这些不同类型火山岩的出现，反映了冷龙岭地区早古生代火山活动的复杂性和多样性。从基性到酸性火山岩的演化，暗示了岩浆源区的变化以及岩浆上升过程中的分异作用。基性火山岩的形成可能与深部地幔物质的部分熔融有关，而酸性火山岩则可能是在岩浆上升过程中，经过强烈的分异结晶作用，使岩浆中的硅质成分逐渐富集而形成的。同时，火山岩中的结构构造特征，如气孔构造、杏仁构造、流纹构造等，也记录了火山喷发时的物理化学条件和岩浆的流动过程。例如，气孔构造和杏仁构造的发育，表明火山喷发时岩浆中含有大量的挥发分，这些挥发分在岩浆喷出地表后迅速逸出，形成气孔，随后被后期的矿物充填形成杏仁体；流纹构造则直观地展示了岩浆在地表流动时的方向和速度变化。3.2.2地球化学特征与源区分析冷龙岭地区早古生代火山岩的地球化学特征研究对于揭示其源区性质和形成机制具有重要意义。通过对火山岩主量元素、微量元素及同位素组成的分析，可以深入了解岩浆的起源、演化以及源区的物质组成。在主量元素方面，基性火山岩（玄武岩）具有较高的MgO、FeO和CaO含量，一般MgO含量在6%-12%之间，FeO含量在8%-15%之间，CaO含量在8%-12%之间，而SiO₂含量相对较低，通常在45%-52%之间。这表明其岩浆来源较深，可能与地幔物质的部分熔融有关。中性火山岩（安山岩）的SiO₂含量一般在52%-63%之间，MgO、FeO和CaO含量相对玄武岩有所降低，分别在3%-6%、6%-10%和4%-8%之间，反映了岩浆在演化过程中经历了一定程度的分异作用。酸性火山岩（流纹岩）的SiO₂含量较高，多在63%以上，最高可达75%左右，而MgO、FeO和CaO含量则显著降低，MgO一般小于2%，FeO在3%-6%之间，CaO在1%-3%之间，显示其岩浆经历了强烈的分异结晶，硅质成分高度富集。微量元素分析显示，冷龙岭地区早古生代火山岩具有明显的富集大离子亲石元素（LILE），如Rb、Ba、Th、K等，亏损高场强元素（HFSE），如Ta、Nb、Ti等的特征。以玄武岩为例，其Rb含量通常在50-100ppm之间，Ba含量在500-1000ppm之间，而Ta、Nb含量则较低，Ta一般小于1ppm，Nb在10-20ppm之间。这种微量元素特征与岛弧火山岩类似，暗示其形成可能与板块俯冲作用有关。在俯冲过程中，洋壳物质脱水，释放出的流体携带大量的LILE进入地幔楔，导致地幔楔部分熔融产生的岩浆富集LILE，同时由于Ta、Nb等元素在流体中的溶解度较低，使得岩浆亏损HFSE。稀土元素分析表明，火山岩的稀土元素总量（ΣREE）变化较大，从基性到酸性火山岩，ΣREE总体呈增加趋势。玄武岩的ΣREE一般在100-200ppm之间，轻重稀土元素分馏不明显，(La/Yb)N比值在2-4之间，稀土元素配分模式呈平坦型，具有微弱的Eu负异常，δ(Eu)值在0.8-1.0之间。安山岩的ΣREE在150-300ppm之间，(La/Yb)N比值在3-5之间，轻重稀土元素分馏略有增强，Eu负异常相对明显，δ(Eu)值在0.7-0.9之间。流纹岩的ΣREE较高，可达300-500ppm以上，(La/Yb)N比值在5-8之间，轻重稀土元素分馏明显，Eu负异常显著，δ(Eu)值在0.5-0.7之间。这种稀土元素特征进一步支持了岩浆在演化过程中经历了分异结晶作用，同时也反映了源区物质的不均一性。同位素组成分析是研究火山岩源区性质的重要手段。冷龙岭地区早古生代火山岩的Sr-Nd-Hf同位素组成显示，其Sr初始比值（⁸⁷Sr/⁸⁶Sr）i较高，一般在0.705-0.712之间，Nd初始比值（¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd）i较低，在0.5120-0.5125之间，εNd(t)值为负值，在-5--10之间，Hf同位素的εHf(t)值也多为负值，在-8--15之间。这些同位素特征表明，火山岩的源区可能存在地壳物质的混入。结合区域地质背景，推测在早古生代板块俯冲过程中，俯冲洋壳携带的地壳物质进入地幔楔，与地幔物质发生混合，导致地幔源区的同位素组成发生改变，从而影响了火山岩的同位素特征。综合主量元素、微量元素及同位素组成分析结果，冷龙岭地区早古生代火山岩的源区可能是受到俯冲流体交代的地幔楔，同时混入了一定量的地壳物质。在板块俯冲过程中，洋壳脱水释放的流体使地幔楔发生部分熔融，形成的岩浆在上升过程中，与地壳物质发生混合和相互作用，进一步演化形成了不同类型的火山岩。3.2.3火山岩形成的构造环境依据冷龙岭地区早古生代火山岩的地球化学特征，可以对其形成的构造环境进行有效判断。多种地球化学判别图解和相关指标显示，该地区火山岩形成于岛弧构造环境，这一结论与区域地质背景和构造演化历史相吻合。在Zr-Y-Nb构造环境判别图解中，冷龙岭地区早古生代火山岩样品主要投点于岛弧火山岩区域。Zr元素在岛弧环境下，由于受到俯冲带流体的影响，其含量会发生变化，而Y和Nb元素在不同构造环境下的行为也具有特征性。该地区火山岩样品的Zr含量一般在100-300ppm之间，Y含量在15-30ppm之间，Nb含量在10-20ppm之间，这些元素含量的组合特征表明其形成于岛弧构造环境。在Th-Hf-Ta三角判别图解中，样品同样主要投点于岛弧区域。Th元素在岛弧环境中，由于俯冲带物质的加入而相对富集，Hf和Ta元素则因在不同构造环境下的地球化学性质差异，在岛弧环境下具有特定的含量范围和比值关系。该地区火山岩的Th含量在5-10ppm之间，Hf含量在3-6ppm之间，Ta含量小于1ppm，这种元素组合特征进一步支持了其岛弧构造环境的判断。从微量元素的比值关系来看，冷龙岭地区早古生代火山岩具有高Th/Ta和低Nb/Ta比值的特征。一般来说，岛弧火山岩由于受到俯冲带流体的影响，Th元素相对Ta元素更易富集，导致Th/Ta比值升高；而在岛弧环境中，Nb元素相对Ta元素亏损，使得Nb/Ta比值降低。该地区火山岩的Th/Ta比值一般在10-20之间，Nb/Ta比值在10-15之间，与典型岛弧火山岩的比值范围相符。这种微量元素比值特征是判断其形成于岛弧构造环境的重要依据之一。结合区域地质背景，早古生代时期冷龙岭地区处于板块俯冲的构造环境。北祁连洋的洋壳向北俯冲，在俯冲带上方形成了岛弧。俯冲洋壳脱水释放的流体携带大量的大离子亲石元素进入地幔楔，导致地幔楔部分熔融产生的岩浆具有岛弧火山岩的地球化学特征。同时，俯冲过程中洋壳携带的地壳物质也混入地幔源区，进一步影响了岩浆的成分和性质。在岛弧环境下，岩浆上升喷发形成了冷龙岭地区早古生代的火山岩。冷龙岭地区早古生代火山岩形成于岛弧构造环境，这一认识对于理解该地区早古生代的构造演化具有重要意义。它表明在早古生代，该地区经历了板块俯冲作用，这种构造活动不仅控制了火山岩的形成，还对区域的沉积环境、地层演化以及矿产资源的形成和分布产生了深远影响。3.3侵入岩特征与构造意义3.3.1侵入岩岩石学特征冷龙岭地区早古生代侵入岩主要包括花岗岩、花岗闪长岩和闪长岩等，它们在矿物组成和结构构造方面展现出独特的特征，这些特征蕴含着丰富的地质信息，为研究侵入岩的形成过程和地质背景提供了重要线索。花岗岩呈灰白色或肉红色，主要矿物有钾长石、酸性斜长石、石英和少量黑云母。钾长石常呈他形粒状，具卡氏双晶，颜色多为肉红色，在岩石中含量较高，一般可达30%-40%。酸性斜长石呈板状，具聚片双晶，自形程度较低，多为他形晶，含量约为25%-35%。石英呈粒状，无色透明，表面光滑，无解理，含量在25%-35%之间。黑云母呈片状，具明显的多色性，颜色从深褐色到浅黄色变化，含量较少，一般在5%-10%之间。花岗岩具中粗粒花岗结构，矿物颗粒结晶程度较好，粒度相对较大，晶体之间呈镶嵌状排列。岩石中常见块状构造，表明岩浆在侵入过程中相对均匀，未受到强烈的构造应力作用。花岗闪长岩呈灰绿色或灰白色，矿物组成主要有酸性斜长石、石英、钾长石和角闪石。酸性斜长石含量较高，约为40%-50%，呈板状，具聚片双晶，自形程度中等。石英含量在20%-30%之间，呈粒状，与花岗岩中的石英特征相似。钾长石含量相对较少，一般在10%-20%之间，呈他形粒状。角闪石呈柱状，具明显的多色性，颜色从深绿色到浅绿色变化，含量约为5%-15%。花岗闪长岩具中细粒半自形粒状结构，矿物颗粒相对较小，部分矿物自形程度较差。岩石中发育有块状构造和条带状构造，条带状构造是由于不同矿物成分或粒度的条带相间排列形成的，可能与岩浆的流动或分异作用有关。闪长岩呈灰黑色或深灰色，主要矿物为中性斜长石和角闪石，含有少量辉石和黑云母。中性斜长石呈板状，具卡钠复合双晶，自形程度较好，多为半自形-自形晶，含量在50%-60%之间。角闪石呈柱状，具明显的多色性，颜色较深，多为深绿色，含量约为30%-40%。辉石含量较少，常呈短柱状，颜色较深，多为黑色或墨绿色，含量在5%-10%之间。黑云母呈片状，含量较少，一般在3%-5%之间。闪长岩具半自形粒状结构，矿物颗粒结晶程度中等，晶体之间的排列相对紧密。岩石中常见块状构造，部分闪长岩中可见到小型的节理构造，这些节理可能是岩石在冷却和凝固过程中由于应力作用形成的。这些侵入岩的矿物组成和结构构造特征反映了其形成的物理化学条件和地质过程。从矿物组成来看，不同岩石类型中矿物的种类和含量差异，暗示了岩浆源区的物质组成和岩浆演化过程的不同。例如，花岗岩中钾长石含量较高，可能表明其岩浆源区富含钾质，或者在岩浆演化过程中钾质发生了富集。而闪长岩中以中性斜长石和角闪石为主，反映了其岩浆源区和形成环境与花岗岩有所不同。从结构构造方面，花岗结构、半自形粒状结构等的出现，与岩浆的冷却速度、结晶时间以及构造应力等因素密切相关。中粗粒花岗结构表明花岗岩岩浆在侵入过程中冷却较慢，有足够的时间结晶形成较大的矿物颗粒；而中细粒半自形粒状结构的花岗闪长岩和闪长岩，可能是由于岩浆冷却速度相对较快，或者受到一定的构造应力影响，导致矿物结晶程度和粒度有所变化。3.3.2地球化学特征与源区分析对冷龙岭地区早古生代侵入岩的地球化学特征进行深入分析，有助于准确揭示其源区性质和形成机制，为全面理解区域地质演化提供关键依据。通过对侵入岩主量元素、微量元素及同位素组成的系统研究，可以获取关于岩浆起源、演化以及源区物质组成的重要信息。在主量元素方面，花岗岩具有较高的SiO₂含量，一般在68%-75%之间，显示出酸性岩的特征。Al₂O₃含量在13%-15%之间，全碱（K₂O+Na₂O）含量较高，通常在7%-9%之间，且K₂O含量略高于Na₂O，K₂O/Na₂O比值在1.0-1.3之间。CaO、MgO和FeO含量相对较低，CaO一般小于2%，MgO在0.5%-1.5%之间，FeO在1%-3%之间。这种主量元素组成特征表明花岗岩岩浆经历了高度的分异演化，硅质成分高度富集。花岗闪长岩的SiO₂含量一般在62%-68%之间，属于中性-酸性岩。Al₂O₃含量在14%-16%之间，全碱含量在6%-8%之间，K₂O/Na₂O比值在0.8-1.2之间。CaO、MgO和FeO含量相对花岗岩略高，CaO在2%-4%之间，MgO在1%-3%之间，FeO在3%-5%之间。其主量元素特征显示岩浆分异程度相对花岗岩较低，但也经历了一定程度的演化。闪长岩的SiO₂含量在52%-62%之间，为中性岩。Al₂O₃含量在16%-18%之间，全碱含量在5%-7%之间，K₂O/Na₂O比值在0.6-0.9之间。CaO、MgO和FeO含量较高，CaO在4%-6%之间，MgO在3%-5%之间，FeO在5%-8%之间。表明其岩浆源区相对较深，可能与地幔物质的部分熔融有关。微量元素分析显示，冷龙岭地区早古生代侵入岩普遍富集大离子亲石元素（LILE），如Rb、Ba、Th、K等，亏损高场强元素（HFSE），如Ta、Nb、Ti等。以花岗岩为例，其Rb含量通常在100-200ppm之间，Ba含量在500-1000ppm之间，而Ta、Nb含量则较低，Ta一般小于1ppm，Nb在5-15ppm之间。这种微量元素特征与岛弧环境下形成的侵入岩类似，暗示其形成可能与板块俯冲作用有关。在俯冲过程中，洋壳物质脱水，释放出的流体携带大量的LILE进入地幔楔，导致地幔楔部分熔融产生的岩浆富集LILE，同时由于Ta、Nb等元素在流体中的溶解度较低，使得岩浆亏损HFSE。稀土元素分析表明，侵入岩的稀土元素总量（ΣREE）变化较大，从闪长岩到花岗岩，ΣREE总体呈增加趋势。闪长岩的ΣREE一般在100-200ppm之间，轻重稀土元素分馏不明显，(La/Yb)N比值在2-4之间，稀土元素配分模式呈平坦型，具有微弱的Eu负异常，δ(Eu)值在0.8-1.0之间。花岗闪长岩的ΣREE在150-300ppm之间，(La/Yb)N比值在3-5之间，轻重稀土元素分馏略有增强，Eu负异常相对明显，δ(Eu)值在0.7-0.9之间。花岗岩的ΣREE较高，可达300-500ppm以上，(La/Yb)N比值在5-8之间，轻重稀土元素分馏明显，Eu负异常显著，δ(Eu)值在0.5-0.7之间。这种稀土元素特征进一步支持了岩浆在演化过程中经历了分异结晶作用，同时也反映了源区物质的不均一性。同位素组成分析是研究侵入岩源区性质的重要手段。冷龙岭地区早古生代侵入岩的Sr-Nd-Hf同位素组成显示，其Sr初始比值（⁸⁷Sr/⁸⁶Sr）i较高，一般在0.705-0.712之间，Nd初始比值（¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd）i较低，在0.5120-0.5125之间，εNd(t)值为负值，在-5--10之间，Hf同位素的εHf(t)值也多为负值，在-8--15之间。这些同位素特征表明，侵入岩的源区可能存在地壳物质的混入。结合区域地质背景，推测在早古生代板块俯冲过程中，俯冲洋壳携带的地壳物质进入地幔楔，与地幔物质发生混合，导致地幔源区的同位素组成发生改变，从而影响了侵入岩的同位素特征。综合主量元素、微量元素及同位素组成分析结果，冷龙岭地区早古生代侵入岩的源区可能是受到俯冲流体交代的地幔楔，同时混入了一定量的地壳物质。在板块俯冲过程中，洋壳脱水释放的流体使地幔楔发生部分熔融，形成的岩浆在上升过程中，与地壳物质发生混合和相互作用，进一步演化形成了不同类型的侵入岩。3.3.3侵入岩形成的构造环境依据冷龙岭地区早古生代侵入岩的地球化学特征，利用多种地球化学判别图解和相关指标，可以有效推断其形成的构造环境。研究表明，该地区侵入岩形成于岛弧和活动大陆边缘构造环境，这一结论与区域地质背景和构造演化历史相契合，对于深入理解区域地质演化具有重要意义。在R1-R2构造环境判别图解中，冷龙岭地区早古生代侵入岩样品主要投点于岛弧花岗岩和同碰撞花岗岩区域。R1和R2参数分别反映了岩石中不同元素的组合特征，通过该图解可以直观地判断侵入岩形成的构造环境。该地区花岗岩样品的R1值一般在1000-1500之间，R2值在2000-3000之间，投点位于岛弧花岗岩区域，表明其形成与岛弧环境下的岩浆活动密切相关。花岗闪长岩和闪长岩样品的投点则更靠近同碰撞花岗岩区域，这可能暗示它们形成于板块碰撞过程中，岩浆受到碰撞作用的影响而发生演化。在Y-Nb-Rb构造环境判别图解中，样品同样主要投点于岛弧和活动大陆边缘区域。Y、Nb和Rb元素在不同构造环境下具有不同的地球化学行为，通过分析它们的含量和比值关系，可以判断侵入岩的构造环境。该地区侵入岩的Y含量一般在15-30ppm之间，Nb含量在5-20ppm之间，Rb含量在100-200ppm之间，这种元素组合特征与岛弧和活动大陆边缘环境下形成的侵入岩相符。从微量元素的比值关系来看，冷龙岭地区早古生代侵入岩具有高Th/Ta和低Nb/Ta比值的特征。一般来说，岛弧和活动大陆边缘环境下的侵入岩由于受到俯冲带流体的影响，Th元素相对Ta元素更易富集，导致Th/Ta比值升高；而在这种环境中，Nb元素相对Ta元素亏损，使得Nb/Ta比值降低。该地区侵入岩的Th/Ta比值一般在10-20之间，Nb/Ta比值在10-15之间，与典型岛弧和活动大陆边缘侵入岩的比值范围相符。这种微量元素比值特征是判断其形成于岛弧和活动大陆边缘构造环境的重要依据之一。结合区域地质背景，早古生代时期冷龙岭地区处于板块俯冲的构造环境。北祁连洋的洋壳向北俯冲，在俯冲带上方形成了岛弧和活动大陆边缘。俯冲洋壳脱水释放的流体携带大量的大离子亲石元素进入地幔楔，导致地幔楔部分熔融产生的岩浆具有岛弧和活动大陆边缘侵入岩的地球化学特征。同时，俯冲过程中洋壳携带的地壳物质也混入地幔源区，进一步影响了岩浆的成分和性质。在岛弧和活动大陆边缘环境下，岩浆上升侵入形成了冷龙岭地区早古生代的侵入岩。冷龙岭地区早古生代侵入岩形成于岛弧和活动大陆边缘构造环境，这一认识对于理解该地区早古生代的构造演化具有重要意义。它表明在早古生代，该地区经历了板块俯冲和碰撞作用，这种构造活动不仅控制了侵入岩的形成，还对区域的沉积环境、地层演化以及矿产资源的形成和分布产生了深远影响。四、早古生代构造演化阶段4.1寒武纪-奥陶纪早期：洋盆扩张阶段4.1.1洋盆扩张的地质证据在冷龙岭地区，寒武纪-奥陶纪早期的洋盆扩张存在多方面的地质证据，这些证据从地层、岩石等角度有力地证明了洋盆扩张这一重要地质事件的发生。从地层角度来看，寒武系下统为浅海相复理石建造，其碎屑岩特征反映了特殊的沉积环境。砂岩成分成熟度较低，这意味着物源区距离较近且遭受了强烈的剥蚀作用。大量的碎屑物质快速堆积，暗示了当时的构造活动较为强烈，可能与洋盆扩张导致的地形起伏和物质供应变化有关。同时，粉砂岩和页岩中常见的水平层理和韵律层理，表明沉积环境相对稳定，水动力条件较弱，这与洋盆扩张初期，洋盆边缘相对宁静的浅海环境相契合。这种地层特征表明，在寒武纪时期，冷龙岭地区处于洋盆边缘，接受着来自周边地区的碎屑沉积。奥陶系下统为海相中酸性火山岩-碎屑岩建造，这是洋盆扩张的重要证据之一。中酸性火山岩的广泛出露，如流纹岩、英安岩和安山岩等，表明当时的构造活动极为强烈。火山活动的频繁发生与洋盆扩张过程中地幔物质的上涌密切相关，地幔物质的上涌导致地壳变薄，引发火山喷发。火山岩中常夹有的火山碎屑岩，如凝灰岩和火山角砾岩，是火山喷发时产生的火山物质在重力和流水作用下堆积而成。同时，伴有分选性和磨圆度较差的砂岩和页岩沉积，反映了沉积环境较为动荡，这与火山活动频繁的洋盆扩张环境相符。这种地层组合表明，在奥陶纪早期，冷龙岭地区处于洋盆扩张的活跃地带，火山活动和碎屑沉积相互交替。岩石学证据同样支持洋盆扩张的观点。冷龙岭地区早古生代火山岩的地球化学特征显示，其具有洋中脊玄武岩和岛弧火山岩的某些特征。基性火山岩（玄武岩）具有较高的MgO、FeO和CaO含量，SiO₂含量相对较低，这种主量元素特征与洋中脊玄武岩相似，暗示其岩浆来源与深部地幔物质的部分熔融有关，而洋盆扩张过程中，地幔物质的上涌是常见的地质现象。微量元素分析显示，火山岩富集大离子亲石元素（LILE），亏损高场强元素（HFSE），这与岛弧火山岩的特征类似。在洋盆扩张过程中，洋壳俯冲会导致地幔楔部分熔融，形成的岩浆具有岛弧火山岩的地球化学特征。这种岩石地球化学特征表明，冷龙岭地区早古生代火山岩的形成与洋盆扩张和板块俯冲过程密切相关。冷龙岭地区寒武纪-奥陶纪早期的地层和岩石特征为洋盆扩张提供了充分的地质证据。这些证据相互印证，揭示了该地区在早古生代这一重要时期的构造演化历史，对于深入理解区域地质演化具有重要意义。4.1.2构造环境与动力学机制寒武纪-奥陶纪早期，冷龙岭地区处于洋盆扩张的构造环境，其动力学机制主要与地幔柱活动和板块裂解有关，这一过程受到全球构造背景的影响，对区域地质演化产生了深远影响。在全球构造背景下，早古生代时期地球的板块构造运动较为活跃。冷龙岭地区所在的北祁连地区，处于古亚洲洋构造域的重要位置。当时，古亚洲洋可能受到地幔柱活动的影响，地幔柱的上涌导致岩石圈受热膨胀，强度降低。在寒武纪时期，这种地幔柱上涌作用使得冷龙岭地区所在的岩石圈发生拉伸变形，逐渐出现裂谷。随着裂谷的不断发展，地壳进一步变薄，地幔物质上涌更加剧烈，最终导致洋盆的打开。这一过程与Rodinia超大陆的裂解过程相互关联，Rodinia超大陆的裂解导致了全球板块的重新分布和洋盆的形成与演化。从区域构造环境来看，冷龙岭地区在寒武纪-奥陶纪早期处于洋盆扩张的初始阶段。洋盆扩张过程中，洋壳不断向两侧增生，形成新的洋底。在洋盆边缘，由于洋壳的拉张作用，导致地壳下沉，接受来自周边陆地的碎屑沉积，形成了寒武系下统的浅海相复理石建造。随着洋盆的进一步扩张，地幔物质上涌加剧，引发了强烈的火山活动。奥陶系下统的海相中酸性火山岩-碎屑岩建造就是在这种背景下形成的。火山活动不仅反映了地幔物质的上涌，还表明洋盆扩张过程中板块边界的活动性增强。动力学机制方面，地幔柱活动是洋盆扩张的主要驱动力。地幔柱的上涌使得岩石圈底部受到高温、高压的作用，岩石圈发生塑性变形，产生拉伸应力。在拉伸应力的作用下，岩石圈发生破裂，形成裂谷。随着裂谷的发展，地幔物质不断上涌，填充裂谷空间，形成新的洋壳。同时，洋盆扩张过程中，板块之间的相互作用也起到了重要作用。洋壳的扩张导致洋盆两侧的板块发生相对运动，这种相对运动进一步加剧了板块边界的构造活动，如火山活动、地震等。冷龙岭地区寒武纪-奥陶纪早期的洋盆扩张是在特定的全球和区域构造背景下，由地幔柱活动和板块裂解等动力学机制共同作用的结果。这一构造演化过程对区域地层沉积、岩石形成以及后续的构造发展都产生了深远的影响，为研究区域地质演化提供了关键线索。4.2奥陶纪中期-志留纪：洋壳俯冲与弧-陆碰撞阶段4.2.1洋壳俯冲的地质记录在奥陶纪中期-志留纪期间，冷龙岭地区经历了洋壳俯冲的重要构造事件，这一过程在地质记录中留下了丰富的证据，主要体现在岛弧岩浆岩和蛇绿岩等地质体的特征和分布上。岛弧岩浆岩是洋壳俯冲的重要标志之一。冷龙岭地区在这一时期广泛发育岛弧岩浆岩，包括火山岩和侵入岩。从火山岩来看，中酸性火山岩如安山岩和英安岩大量出现。安山岩呈灰绿色或紫红色，具斑状结构，斑晶主要为中性斜长石和角闪石，基质为交织结构或玻晶交织结构。其矿物组成和结构特征反映了岩浆在上升过程中经历了复杂的演化，与岛弧环境下俯冲洋壳脱水导致地幔楔部分熔融的过程相契合。英安岩也具有类似的特征，其岩石化学组成显示出富集大离子亲石元素（LILE），亏损高场强元素（HFSE）的特点。这种微量元素特征是岛弧火山岩的典型特征，表明岩浆源区受到了俯冲带流体的影响，俯冲洋壳脱水释放的流体携带大量的LILE进入地幔楔，导致地幔楔部分熔融产生的岩浆具有这样的地球化学特征。侵入岩方面，花岗闪长岩和闪长岩等岛弧型侵入岩在冷龙岭地区也有出露。花岗闪长岩呈灰绿色或灰白色，具中细粒半自形粒状结构，矿物组成主要有酸性斜长石、石英、钾长石和角闪石。其地球化学特征显示，富集LILE，亏损HFSE，稀土元素总量（ΣREE）较高，轻重稀土元素分馏明显，具有显著的Eu负异常。这些特征表明花岗闪长岩形成于岛弧环境，岩浆在上升和演化过程中受到了俯冲带物质的影响。闪长岩呈灰黑色或深灰色，主要矿物为中性斜长石和角闪石，含有少量辉石和黑云母。其地球化学特征同样显示出与岛弧环境相关的特征，如相对较高的MgO、FeO和CaO含量，以及亏损HFSE等。这些岛弧型侵入岩的存在，进一步证明了冷龙岭地区在奥陶纪中期-志留纪期间处于洋壳俯冲的构造环境。蛇绿岩也是洋壳俯冲的重要地质记录。冷龙岭地区的蛇绿岩主要由蛇纹石化橄榄岩、辉橄岩、纯橄岩、辉长岩、辉长辉绿岩以及中基性海底喷发岩（主要为细碧岩、角斑岩，具枕状构造）和放射虫硅质岩夹复理石砂板岩等组成。蛇纹石化橄榄岩是地幔橄榄岩在蛇纹石化作用下形成的，其存在表明深部地幔物质参与了洋壳的形成过程。辉橄岩和纯橄岩是蛇绿岩的重要组成部分，它们的岩石学特征反映了地幔物质的部分熔融和分异结晶过程。辉长岩和辉长辉绿岩则是岩浆在深部结晶分异的产物，它们的出现暗示了洋壳形成过程中的岩浆活动。中基性海底喷发岩的枕状构造是海底火山喷发的典型特征，表明这些岩石是在海底环境中形成的。放射虫硅质岩夹复理石砂板岩的存在，进一步证明了蛇绿岩形成于大洋环境。这些蛇绿岩的特征和组合表明，冷龙岭地区在早古生代曾经存在洋壳，并且经历了洋壳俯冲的过程。蛇绿岩套的存在是洋盆闭合、洋壳俯冲消减的重要标志，它们的形成与洋壳俯冲过程中洋壳物质的仰冲和构造侵位有关。4.2.2弧-陆碰撞的证据与过程奥陶纪中期-志留纪期间，冷龙岭地区发生了弧-陆碰撞事件，这一过程有丰富的地质证据支持，且碰撞过程经历了多个阶段，对区域地质演化产生了深远影响。从地质证据来看，地层的不整合接触是弧-陆碰撞的重要标志之一。在冷龙岭地区，志留系与上奥陶统呈角度不整合接触。这种不整合接触关系表明，在奥陶纪末至志留纪初，该地区经历了强烈的构造运动，导致奥陶系地层发生褶皱、抬升和剥蚀，随后在志留纪时期接受新的沉积。这一构造运动很可能与弧-陆碰撞有关，碰撞过程中产生的强烈挤压应力使地层发生变形和抬升，形成了角度不整合。岩浆岩的特征也为弧-陆碰撞提供了证据。在碰撞过程中，由于地壳加厚和深部物质的调整，导致岩浆活动发生变化。冷龙岭地区在这一时期出现了一些与碰撞相关的岩浆岩，如高钾钙碱性系列的花岗岩。这些花岗岩具有较高的K₂O含量，显示出与正常花岗岩不同的地球化学特征。它们的形成可能与碰撞过程中地壳物质的部分熔融有关，碰撞导致地壳加厚，深部岩石在高温高压条件下发生部分熔融，形成了高钾钙碱性系列的花岗岩。此外，一些基性-超基性岩也在碰撞带附近出现，它们可能是深部地幔物质在碰撞过程中被带到地壳浅部的产物。变质岩的发育也是弧-陆碰撞的重要证据。在碰撞带，岩石受到强烈的挤压和变形，同时伴随着高温高压作用，导致岩石发生变质。冷龙岭地区在奥陶纪中期-志留纪期间发育了一系列变质岩，如片岩、片麻岩等。这些变质岩具有明显的片理构造和矿物定向排列，反映了岩石在变质过程中受到了强烈的应力作用。变质矿物的组合和特征也表明，变质作用发生在高压低温的环境下，这与弧-陆碰撞过程中岩石受到强烈挤压和俯冲带的热结构有关。弧-陆碰撞的过程可以分为几个阶段。在洋壳俯冲阶段，北祁连洋的洋壳向北俯冲，在俯冲带上方形成了岛弧。随着俯冲的持续进行，岛弧逐渐向大陆靠近。当岛弧与大陆边缘发生碰撞时，进入碰撞初期阶段。在这一阶段，碰撞带附近的地层受到强烈挤压，形成褶皱和断裂构造。同时，由于碰撞产生的摩擦力和深部物质的调整，导致地壳加厚，岩石发生变质作用。随着碰撞的进一步发展，进入碰撞高峰期。在这一阶段，挤压应力达到最大值，地层变形更加剧烈，形成了大规模的逆冲推覆构造。同时，深部物质的部分熔融产生大量岩浆，岩浆上升侵入形成了各种侵入岩。碰撞后期，随着应力的逐渐释放，构造活动逐渐减弱，进入碰撞后阶段。在这一阶段，地壳开始发生伸展和调整，形成一些伸展构造，如正断层和地堑等。同时，碰撞过程中形成的变质岩和岩浆岩在后期的地质作用下，经历了改造和演化。弧-陆碰撞对冷龙岭地区的地质演化产生了深远影响。它导致了区域地层的变形和变质，形成了复杂的构造格局。碰撞过程中产生的岩浆活动，不仅形成了丰富的岩浆岩，还为区域矿产资源的形成提供了物质基础。碰撞事件还改变了区域的沉积环境，使得沉积相发生了明显的变化。4.2.3构造变形与变质作用奥陶纪中期-志留纪的弧-陆碰撞过程在冷龙岭地区引发了强烈的构造变形与变质作用，这些地质现象深刻地记录了碰撞事件的发生和演化过程，对区域地质构造格局的形成产生了关键影响。构造变形方面，褶皱和断裂构造极为发育。褶皱构造呈现出紧密线状的特征，轴向多呈西北-东南向，与区域构造应力方向一致。紧密线状褶皱的形成是由于碰撞过程中强大的挤压应力作用，使得地层发生强烈的塑性变形。在褶皱的轴部，岩石受到的挤压应力最大，常常出现岩石破碎、片理化等现象。而在褶皱的翼部，岩石的变形相对较弱，但也存在明显的层理弯曲和小褶皱发育。这些褶皱构造的规模大小不一，从数米到数千米不等，它们的存在反映了碰撞过程中应力的不均匀分布和地层的复杂变形。断裂构造在冷龙岭地区多呈西北-东南向密集分布，与褶皱构造相互交织。主要断裂带如冷龙岭复向斜南缘断裂带和北缘断裂带，在碰撞过程中起到了重要的控制作用。这些断裂带规模较大，延伸较长，具有明显的逆冲性质。逆冲断层的上盘沿断层面向上逆冲于下盘之上，导致地层的错动和重复。在断裂带附近，岩石破碎严重，形成了断层角砾岩和糜棱岩等构造岩。这些构造岩的形成是由于岩石在断裂活动过程中受到强烈的挤压和摩擦作用，使得岩石发生破碎和塑性变形。除了主要断裂带外，区内还发育有一系列次级断裂，它们与主断裂带相互配合，进一步增加了区域构造的复杂性。这些次级断裂的走向和规模各不相同，有的与主断裂带平行，有的则呈一定角度相交。它们的存在反映了碰撞过程中应力的分散和局部调整。变质作用在弧-陆碰撞过程中也十分显著。冷龙岭地区发育了区域变质作用和动力变质作用。区域变质作用形成了一系列变质岩，如片岩、片麻岩和变粒岩等。片岩具有明显的片理构造，矿物定向排列明显，主要矿物有云母、石英和长石等。片麻岩则具有片麻状构造，矿物成分复杂，除了云母、石英和长石外，还含有一些变质矿物，如石榴子石、蓝晶石等。变粒岩的矿物粒度相对较小，结构致密，主要由长石、石英和云母等矿物组成。这些变质岩的形成与碰撞过程中岩石受到的高温高压作用有关。随着碰撞的进行，地壳加厚，深部岩石所处的温度和压力条件发生变化，导致岩石中的矿物发生重结晶和变质反应，形成了各种变质矿物和变质结构。动力变质作用主要发生在断裂带附近。在断裂活动过程中，岩石受到强烈的挤压和摩擦作用，导致岩石发生动力变质。动力变质作用形成的构造岩如断层角砾岩和糜棱岩，具有独特的结构和构造特征。断层角砾岩由大小不一的岩石碎块组成，碎块之间被破碎的岩石粉末和胶结物填充。糜棱岩则具有糜棱结构，矿物颗粒被强烈破碎和定向排列，形成了明显的叶理和拉伸线理。动力变质作用不仅改变了岩石的结构和构造，还使得岩石的物理性质发生变化，如岩石的硬度和韧性降低。构造变形和变质作用相互影响。构造变形为变质作用提供了动力和空间，断裂和褶皱构造的发育使得岩石的应力状态发生改变，促进了变质反应的进行。同时，变质作用也影响了岩石的力学性质，使得岩石在构造变形过程中的行为发生变化。例如，变质岩的片理构造会影响岩石的受力方式和变形方向，使得岩石更容易沿着片理面发生滑动和变形。奥陶纪中期-志留纪的构造变形与变质作用是弧-陆碰撞过程的重要表现形式，它们共同塑造了冷龙岭地区复杂的地质构造格局，为研究区域地质演化提供了关键线索。4.3志留纪末-泥盆纪：后碰撞演化阶段4.3.1后碰撞阶段的岩浆活动志留纪末至泥盆纪，冷龙岭地区进入后碰撞演化阶段，岩浆活动呈现出独特的特征，与前期的洋盆扩张和弧-陆碰撞阶段明显不同，这些岩浆活动对于揭示区域构造演化和深部动力学过程具有重要意义。在这一时期，冷龙岭地区发育了一系列后碰撞花岗岩。这些花岗岩主要为高钾钙碱性系列，其岩石学特征与前期的侵入岩有所差异。矿物组成上，以钾长石、酸性斜长石和石英为主，黑云母含量相对较少。钾长石常呈他形粒状，具卡氏双晶，含量较高，一般在30%-40%之间，反映了岩浆源区的钾质富集特征。酸性斜长石呈板状，具聚片双晶，自形程度较低，多为他形晶，含量约为25%-35%。石英呈粒状，无色透明，表面光滑，无解理，含量在25%-35%之间。岩石具中细粒花岗结构，矿物颗粒相对较小，结晶程度较好。与前期侵入岩相比，后碰撞花岗岩的粒度更细，可能是由于岩浆在上升和结晶过程中，受到了不同的物理化学条件影响，如岩浆的冷却速度加快，或者结晶时间缩短。地球化学特征方面，后碰撞花岗岩具有高硅（SiO₂含量一般在70%-75%之间）、高碱（K₂O+Na₂O含量在8%-10%之间，且K₂O含量高于Na₂O）的特点。稀土元素总量（ΣREE）较高，一般在300-500ppm之间，轻重稀土元素分馏明显，(La/Yb)N比值在6-8之间，具有显著的Eu负异常，δ(Eu)值在0.5-0.7之间。这种稀土元素特征与前期侵入岩的稀土元素特征存在明显差异，表明岩浆源区和演化过程发生了变化。微量元素上，富集大离子亲石元素（LILE），如Rb、Ba、Th、K等，亏损高场强元素（HFSE），如Ta、Nb、Ti等。与前期侵入岩相比，后碰撞花岗岩的LILE富集程度更高，HFSE亏损更明显，这可能与后碰撞阶段的构造环境有关，碰撞后的地壳伸展和深部物质调整，使得岩浆源区的成分发生改变，更多的LILE被带入岩浆中，同时HFSE进一步亏损。后碰撞阶段岩浆活动的形成机制与区域构造演化密切相关。在志留纪末的弧-陆碰撞之后，地壳发生加厚，岩石圈处于不稳定状态。随着时间的推移，岩石圈开始发生伸展减薄，软流圈上涌，导致地壳物质部分熔融。这种部分熔融形成的岩浆富含钾质，在上升过程中，与地壳物质发生混合和相互作用，进一步演化形成了高钾钙碱性系列的后碰撞花岗岩。同时，后碰撞阶段的构造环境相对稳定，岩浆在上升和结晶过程中受到的干扰较小，使得矿物结晶相对完整，形成了中细粒花岗结构。后碰撞阶段的岩浆活动记录了冷龙岭地区从碰撞造山到后碰撞伸展的构造演化过程。这些岩浆岩的特征和形成机制为研究区域构造演化和深部动力学过程提供了重要线索，对于深入理解早古生代构造演化的完整过程具有重要意义。4.3.2构造演化与盆地形成志留纪末至泥盆纪的后碰撞阶段，冷龙岭地区的构造演化呈现出独特的特征，这一时期的构造运动对区域地质格局产生了深远影响，同时也控制了盆地的形成和演化。在构造演化方面，志留纪末的弧-陆碰撞使得冷龙岭地区的地壳发生强烈变形和加厚。碰撞后，岩石圈处于不稳定状态，随着时间的推移，岩石圈开始发生伸展减薄。这种伸展作用导致区域应力场发生改变，早期形成的褶皱和断裂构造受到改造。部分逆冲断层转化为正断层，形成了一系列地堑和半地堑构造。例如，冷龙岭复向斜南缘断裂带和北缘断裂带在这一时期的活动性质发生了变化，部分地段出现了正断层活动，导致地层的错动和沉积盆地的边界发生改变。同时，区域内还发育了一些小型的走滑断层，这些走滑断层的出现进一步增加了区域构造的复杂性。走滑断层的活动使得岩石发生水平位移，导致地层的局部变形和构造样式的改变。盆地形成与构造演化密切相关。在岩石圈伸展减薄的背景下，冷龙岭地区形成了一系列陆相沉积盆地。这些盆地主要为山间盆地和断陷盆地，其形成机制主要是由于地壳的伸展作用导致的地壳下沉。山间盆地通常位于山脉之间的相对低洼地区，接受来自周边山脉的碎屑沉积。断陷盆地则是由于正断层的活动，使得地壳发生断陷，形成相对封闭的沉积空间。例如，在冷龙岭地区的一些山间盆地中，沉积了下泥盆统的山麓相磨拉石沉积建造。磨拉石的形成与山脉的隆升和剥蚀密切相关，粗大的碎屑物质在山麓地带快速堆积，形成了具有明显粒度分选和层理构造的磨拉石沉积。这些磨拉石沉积反映了当时的构造活动强烈，山脉隆升迅速，同时也表明盆地的沉积速率较快，能够快速堆积大量的碎屑物质。沉积相在盆地内呈现出明显的分带性。在盆地边缘，由于靠近物源区，主要沉积粗碎屑物质，如砾岩和砂岩，形成了冲积扇和扇三角洲相沉积。冲积扇相沉积的砾石大小不一，分选性差，具有明显的扇状形态。扇三角洲相沉积则具有河流和海洋沉积的双重特征，既有河流带来的粗碎屑物质，又有海洋环境下的生物化石和沉积构造。向盆地中心，粒度逐渐变细，主要沉积粉砂岩和页岩，形成了湖泊相和沼泽相沉积。湖泊相沉积的粉砂岩和页岩中常见水平层理和生物扰动构造，反映了相对稳定的水体环境。沼泽相沉积则富含植物化石，表明当时的气候湿润，植被茂盛，有利于植物的生长和保存。后碰撞阶段的构造演化和盆地形成对冷龙岭地区的地质演化产生了重要影响。构造运动导致的地层变形和盆地的形成，改变了区域的沉积环境和沉积相分布，为后续的地质发展奠定了基础。同时，这一时期的构造演化也与区域的岩浆活动、变质作用等密切相关，共同塑造了冷龙岭地区复杂的地质构造格局。五、构造演化的控制因素与动力学模型5.1板块运动对构造演化的控制板块运动在冷龙岭地区早古生代构造演化过程中起到了根本性的控制作用，其运动方式和相互作用决定了区域构造格局的形成与演变。在寒武纪-奥陶纪早期的洋盆扩张阶段，板块运动表现为岩石圈的拉伸裂解。地幔柱的上涌导致岩石圈底部受热膨胀，强度降低，进而发生拉伸变形。在这一过程中，冷龙岭地区所在的岩石圈逐渐出现裂谷，随着裂谷的不断发展，地壳进一步变薄，地幔物质上涌更加剧烈，最终导致洋盆的打开。这一时期的板块运动使得冷龙岭地区处于洋盆边缘，接受着来自周边地区的碎屑沉积，形成了寒武系下统的浅海相复理石建造。随着洋盆的进一步扩张，地幔物质上涌加剧，引发了强烈的火山活动，形成了奥陶系下统的海相中酸性火山岩-碎屑岩建造。这种洋盆扩张的构造环境是板块运动导致岩石圈伸展的直接结果。奥陶纪中期-志留纪的洋壳俯冲与弧-陆碰撞阶段，板块运动的影响更为显著。北祁连洋的洋壳向北俯冲，在俯冲带上方形成了岛弧。俯冲洋壳脱水释放的流体携带大量的大离子亲石元素进入地幔楔，导致地幔楔部分熔融，形成了岛弧岩浆岩。同时，俯冲过程中洋壳携带的地壳物质也混入地幔源区，进一步影响了岩浆的成分和性质。随着俯冲的持续进行，岛弧逐渐向大陆靠近，最终发生弧-陆碰撞。碰撞过程中产生的强烈挤压应力使地层发生褶皱、断裂和变质，形成了复杂的构造格局。例如，紧密线状褶皱的形成是由于碰撞过程中强大的挤压应力作用，使得地层发生强烈的塑性变形。断裂构造在碰撞过程中也起到了重要的控制作用，主要断裂带如冷龙岭复向斜南缘断裂带和北缘断裂带，具有明显的逆冲性质，导致地层的错动和重复。这种板块俯冲和碰撞的运动方式深刻地改变了冷龙岭地区的地质构造和岩石组成。志留纪末-泥盆纪的后碰撞演化阶段，板块运动导致岩石圈的伸展减薄。在弧-陆碰撞之后，地壳发生加厚，岩石圈处于不稳定状态。随着时间的推移，岩石圈开始发生伸展减薄，软流圈上涌，导致地壳物质部分熔融，形成了后碰撞花岗岩。同时，岩石圈的伸展作用导致区域应力场发生改变，早期形成的褶皱和断裂构造受到改造，部分逆冲断层转化为正断层，形成了一系列地堑和半地堑构造。这些构造的形成和演化都是板块运动在不同阶段的具体表现，反映了板块运动对冷龙岭地区构造演化的持续影响。板块运动通过控制岩石圈的伸展、俯冲和碰撞等过程，深刻地影响了冷龙岭地区早古生代的构造演化。从洋盆扩张到洋壳俯冲、弧-陆碰撞，再到后碰撞演化，每一个阶段都与板块运动密切相关。板块运动不仅决定了区域构造格局的形成，还对地层沉积、岩浆活动和变质作用等地质过程产生了深远的影响。5.2深部地质过程的作用深部地质过程，如地幔柱、岩石圈拆沉等，在冷龙岭地区早古生代构造演化中扮演着关键角色，对区域构造格局的形成和演化产生了深远影响。地幔柱活动被认为是引发冷龙岭地区早古生代洋盆扩张的重要深部驱动力。在寒武纪-奥陶纪早期，地幔柱的上涌使得岩石圈底部受热膨胀，强度降低。这种热动力作用导致岩石圈发生拉伸变形，进而出现裂谷。随着地幔柱上涌的持续进行，裂谷不断发展，地壳进一步变薄，地幔物质大量上涌，填充裂谷空间，最终导致洋盆的打开。地幔柱活动不仅为洋盆扩张提供了物质基础，还影响了岩浆的成分和性质。从冷龙岭地区早古生代火山岩的地球化学特征来看，基性火山岩（玄武岩）具有较高的MgO、FeO和CaO含量，SiO₂含量相对较低，这种主量元素特征与洋中脊玄武岩相似，暗示其岩浆来源与深部地幔物质的部分熔融有关。而地幔柱的上涌正是导致地幔物质部分熔融的重要原因之一。此外，地幔柱活动还可能影响了区域的热流分布和岩石圈的力学性质，对后续的构造演化过程产生了重要影响。岩石圈拆沉作用在冷龙岭地区早古生代构造演化后期发挥了重要作用。在奥陶纪中期-志留纪的洋壳俯冲与弧-陆碰撞阶段，随着洋壳的俯冲和碰撞