华夏陆块晚新元古代-早古生代沉积物源的组成与演化及其对冈瓦纳大陆重建的意义

华南板块是冈瓦纳大陆的重要组成部分,其在冈瓦纳大陆中的古地理位置是恢复古大陆格局的关键要素,也是地质学界争论的焦点。本文汇总并对比了华南东南部华夏陆块多个盆地的成冰纪-奥陶纪碎屑沉积岩的岩石地层学、全岩地球化学和碎屑锆石数据,厘清了华夏陆块晚新元古代-早古生代三次重要的沉积-构造事件:晚成冰世砾岩指示的近源沉积事件,晚埃迪卡拉世硅质岩指示的海进事件,以及中寒武统底部平行不整合界面、砂岩中砾石的广泛出现指示的构造抬升事件。成冰纪-奥陶纪沉积岩中含有大量格林威尔早期(1300~1000 Ma)和晚期(1000~900 Ma)的碎屑锆石,分别主要来自澳大利亚和印度板块。印度东部为华夏盆地长期提供物质补给,而澳大利亚西部在晚埃迪卡拉世从主要源区变为次要源区。中寒武世华夏陆块抬升使内部850~700 Ma岩浆岩出露成为主要物源之一,是对外部构造应力的远程响应。因此,华夏陆块在晚新元古代-早古生代位于东冈瓦纳北缘,与印度、澳大利亚具有长期稳定的联系,毗邻东南极洲。在冈瓦纳大陆聚合过程中,印度和澳大利亚泛非期造山带的形成、抬升和剥蚀影响了华夏陆块沉积盆地的物源变化。

兴蒙造山系新元古代-古生代沉积盆地演化

在系统分析兴蒙造山系新元古代-古生代24个沉积盆地类型、沉积建造、生物地层与年代地层等特征的基础上,划分了6个沉积大地构造演化阶段并对其进行讨论:(1)新元古代-寒武纪早期陆缘增生阶段:额尔古纳地块向南增生并与兴安地块拼贴,形成环宇-新林蛇绿岩拼合带;(2)寒武纪纽芬兰世-第二世陆缘稳定沉积阶段:各地块边缘发育相对稳定的碎屑岩-碳酸盐岩沉积,佳木斯地块受晚泛非造山作用影响;(3)早-中奥陶世多岛弧盆系形成阶段:多宝山地区弧盆系发育,其他地块边缘均有不同强度陆间洋壳俯冲作用;(4)晚奥陶世-志留纪普里道利世多岛弧盆系发展阶段:各地块隆升遭受剥蚀;(5)早泥盆世-早石炭世多岛弧盆系消减阶段:早石炭世晚期额尔古纳-兴安地块与松嫩地块拼贴,佳木斯西缘由被动陆缘转为活动陆缘;(6)晚石炭世-二叠纪乐平世拼合后洋-陆转化阶段:从早石炭世晚期开始至二叠纪末,佳木斯地块分别与松嫩地块、兴凯地块拼贴,至此东北各地块拼贴完成.

柴达木盆地北缘新元古代-早古生代大洋的形成、发展和消亡

柴达木盆地北缘构造带是一条典型的早古生代造山带,是由陆壳深俯冲形成的高压/超高压变质带,产于其中的高压/超高压变质岩石原岩形成时代普遍大于750Ma,原岩的性质为陆壳属性,但柴北缘东段都兰沙柳河地区出露的含柯石英榴辉岩原岩的形成时代为516Ma,原岩的性质为洋壳属性,证实柴北缘局部地段还存在洋壳深俯冲,柴北缘地区可能记录了从大洋俯冲到大陆俯冲再到碰撞造山这一完整的演化历史。本文主要从岩石学、年代学、地球化学以及同位素地球化学等方面对柴北缘地区陆壳深俯冲前新元古代-早古生代大洋发展与演化的岩石记录进行了系统总结,认为柴北缘地区在700~850Ma时受Rodinia超大陆裂解事件的影响发生了裂解;535~700Ma时在裂解事件的基础上形成了一个新元古代-早古生代的大洋,沿柴北缘连续分布的岩石记录表明该洋盆可能在早古生代已具有一定的规模;460~535Ma时该洋壳发生了俯冲消减作用;450~460Ma期间洋盆闭合消失。这一认识对全面深入了解柴北缘高压/超高压变质带早古生代构造演化历史具有重要意义。

祁连山新元古代——早古生代火山作用与铁-铜多金属成矿

祁连山造山带新元古代—早古生代是板块构造演化与成矿的最重要时段,铁、铜多金属矿产资源丰富,成矿作用与新元古代—早古生代火山作用密切相关。根据矿床产出构造位置,将祁连山铁、铜多金属矿床分为4类:大陆裂谷型铁(铜)矿床、岛弧-岛弧裂谷型铜多金属矿床、陆缘裂谷型铜多金属矿床、扩张脊型铜矿床。镜铁山铁(铜)型矿床是新元古代大陆裂谷火山作用过程中热水沉积作用的产物;东沟铜矿为晚寒武世大洋扩张脊火山作用的产物;白银矿田铜多属矿床是奥陶纪与岛弧-岛弧裂谷火山作用的产物;石居里铜矿是晚奥陶纪弧后扩张脊有关火山作用的产物;红沟铜矿则是晚奥陶世陆缘裂谷火山作用的产物。

东天山新元古代—古生代大地构造格架与演化新认识

基于基础地质调查获得的新资料,对涉及东天山新元古代—古生代大地构造演化格局存在争议或认识模糊的准噶尔-吐哈地块、北天山洋盆和康古尔洋盆的属性及相互时空关联进行了重新界定。提出准噶尔-吐哈地块为相对刚性的、深部为0.8~0.55Ga新生地壳但表层存在>1.0Ga古老陆壳残片的具有大洋高原性质的统一块体,北界范围随着北部边缘的裂拚演化过程而随时间发生变化。基于对吐哈地块与中天山之间新发现的大草滩蛇绿岩以及其他蛇绿混杂岩带的系统梳理,提出古生代两阶段不同性质的洋盆演化模型。具有显著不同板块分隔意义的北天山洋盆主要出现于寒武—中泥盆世,代表长期分隔准噶尔-吐哈地块与中天山-塔里木板块的主大洋,而康古尔古洋盆是石炭纪—早二叠世早期叠加在已经缝合的北天山洋盆的古大陆边缘体系之上重新打开的持续时间较短的有限小洋盆。结合近年来其他相关研究新成果,重新构建了东天山地区新元古代—古生代构造演化模型。

湘东南南华系—寒武系砂岩地球化学特征及对华南新元古代—早古生代构造背景的制约

湘东南位于扬子板块与华夏地块的交接地带,南华纪—寒武纪期间形成了巨厚的复理石、类复理石连续沉积。其中的砂岩总体上以中等的SiO2含量、高的K2O/Na2O值和Al2O3/(Na2O+CaO)值、较高的(Fe2O3*+MgO)含量及低的CaO含量为特征。稀土元素球粒陨石标准化曲线与典型的后太古宙页岩和上陆壳相似,以轻稀土富集、重稀土平坦、铕负异常显著为特征。主量元素和微量元素特征显示出被动大陆边缘、活动大陆边缘和大陆岛弧等多种环境信息。从不同构造背景下的剥蚀原岩及风化条件和搬运沉积过程来看,大陆岛弧和活动大陆边缘形成的砂岩应具有显著区别于被动大陆边缘的地球化学特征,而被动大陆边缘形成的砂岩则可能包含较多的大陆岛弧和活动大陆边缘环境的地球化学信息。因此,湘东南南华系—寒武系砂岩应形成于被动大陆边缘环境。这一判断与古元古代—中元古代岛弧与活动大陆边缘形成岩石为重要原岩,以及沉积盆地因强烈陆内伸展断陷而具一定活动性等客观事实相吻合。华南板溪群与冷家溪群间至少存在40～60Ma的沉积缺失,江南造山带新元古代碰撞造山成因的岩浆活动,板块交接带南华纪—早古生代沉积物中岛弧火山物质的缺乏,以及湘(东)南中元古界(甚至更早)结晶基底横向上的连续性等,表明扬子板块与华夏地块之间新元古代—早古生代期间的沉积盆地不是洋盆,而是陆内裂谷盆地。上述基于湘东南砂岩地球化学研究,和根据区域资料分析所得出的关于扬子板块与华夏地块间新元古代—早古生代盆地构造性质的结论,彼此提供了良好的约束。

祁连山新元古代中—晚期至早古生代火山作用与构造演化

祁连山地区的新元古代中-晚期至早古生代火山作用显示系统地时、空变化,其乃是祁连山构造演化的火山响应.随着祁连山构造演化从Rodinia超大陆裂谷化-裂解,经早古生代大洋打开、扩张、洋壳俯冲和弧后伸展,直至洋盆闭合、弧-陆碰撞和陆-陆碰撞,火山作用也逐渐从裂谷和大陆溢流玄武质喷发,经大洋中脊型、岛弧和弧后盆地火山活动,转变为碰撞后裂谷式喷发.850~604Ma的大陆裂谷和大陆溢流熔岩主要分布于祁连和柴达木陆块.从大约550Ma至446Ma,在北祁连和南祁连洋-沟-弧-盆系中广泛发育大洋中脊型、岛弧和弧后盆地型熔岩.与此同时,在祁连陆块中部,发育约522~442Ma的陆内裂谷火山作用.早古生代洋盆于奥陶纪末（约446Ma）闭合.随后,从约445Ma至约428Ma,于祁连陆块北缘发育碰撞后火山活动.此种时-空变异对形成祁连山的深部地球动力学过程提供了重要约束.该过程包括：（1）地幔柱或超级地幔柱上涌,导致Rodinia超大陆发生裂谷化、裂解、早古生代大洋打开、扩张、俯冲,并伴随岛弧形成;（2）俯冲的大洋板片回转,致使弧后伸展,进而形成弧后盆地;（3）洋盆闭合、板片断离,继而发生软流圈上涌,诱发碰撞后火山活动.晚志留世至早泥盆世（420~400Ma）,先期俯冲的地壳物质折返,发生强烈的造山活动.400Ma后,山体垮塌、岩石圈伸展,相应发生碰撞后花岗质侵入活动.

阿尔金南缘构造带西段新元古代—早古生代变质岩系的变质作用

阿尔金南缘构造带西段新元古代一早古生代变质岩系为一套绿片岩相一低角闪岩相的中浅变质岩系，并形成绢云母-白云母带、黑云母带和石榴石-角闪石带3个递增变质带。通过对石榴石-角闪石带变质作用P-T轨迹的深入研究表明，其经历了3个阶段变质作用：即经历了俯冲碰撞深埋到30～35km深度的中高压变质作用（M1），压力可达7．27×10^8～9．63×10^8Pa；随后经历了快速抬升所导致的近等温降压变质过程（M2），压力降至4．1×10^8～5．62×10^8Pa；晚期经历了降温降压退变质作用（M3）。整个过程为顺时针方向演化的P—T轨迹，其地质动力学过程属于较典型的板块俯冲碰撞→抬升模式，表明阿尔金南缘构造带的地质构造演化经历了俯冲碰撞及碰撞后的快速抬升过程。

保山地体新元古代——早古生代沉积岩碎屑锆石年代学及其构造意义

滇西潞西地区位于青藏高原东南缘,大地构造位置上属于保山地体。由于新生代强烈的陆内变形作用,保山地体与青藏高原腹地体的对应关系难以确定。野外观察及LA-ICP-MS锆石U-Pb测年结果表明,潞西新元古代—早古生代地层(震旦系—寒武系蒲满哨群及下奥陶统大矿山组)大部分碎屑锆石Th/U>0.1,说明其大多为岩浆成因。U-Pb年龄跨度较大,太古宙—早古生代都有分布,且具有明显的562Ma、892Ma及2265Ma年龄峰,以及较弱的1680Ma和2550Ma年龄峰。保山地体潞西地区沉积岩碎屑锆石年龄分布特征与特提斯喜马拉雅、南羌塘沉积地层碎屑锆石年龄分布特征相似,说明其具有相同的物源——冈瓦纳大陆北部的印度大陆。在新元古代晚期—早古生代,保山地体位于印度大陆北缘,与南羌塘、喜马拉雅地体相邻。伴随着俯冲相关的增生造山过程,保山地体形成相应的新元古代末期—早古生代沉积地层。

初论昆祁秦缝合系

中央造山带范围内的诸多新元古代晚期-早古生代蛇绿岩带可视为一个系统——昆祁秦缝合系。大致可分西、中、东3段。西段包括库地-苏巴什和麻扎-康西瓦2条缝合带及西昆中微地块;中段包括阿尔金、北祁连、柴达木北缘、祁漫塔格-乌妥及东昆仑南缘5条缝合带和中-南祁连、柴达木、阿牙克库木及玛沁4个较大的微地块及诸多较小的微地块;东段为商丹缝合带和勉略缝合带及其所夹持的秦中-大别微地块。昆祁秦缝合系是Rodinia超大陆经历了早-中震旦世（约780～600Ma）初期裂解阶段,晚震旦世-奥陶纪（约600～440Ma）昆祁秦多岛洋阶段,晚奥陶世-早志留纪（约440～400Ma）昆祁秦多岛洋闭合阶段形成的一个包含若干条缝合带和若干个微地块的体系,是中央造山带的基础。

东昆仑造山带龙什更公玛混杂岩岩石地球化学特征及其古环境重塑

东昆仑造山带清水泉南部的龙什更公玛混杂岩(新元古界万保沟岩群—下古生界纳赤台岩群)按岩性可分为3类岩片:复理石岩片、碳酸盐岩岩片、玄武岩岩片,其中复理石岩片根据其形成年代不同分为新元古界复理石岩片和下古生界复理石岩片。对复理石岩片、玄武岩岩片的沉积学特征和岩石地球化学特征的研究结果表明,龙什更公玛混杂岩中的新元古界复理石岩片为洋盆斜坡浊积扇环境的产物,新元古界玄武岩岩片为火山岛弧环境的产物,下古生界复理石岩片为有限小洋盆浊积扇远端相或远洋环境的产物。研究区龙什更公玛新元古界—下古生界混杂岩建造代表东昆仑造山带晋宁—加里东阶段陆壳裂解—闭合的洋陆转化过程,新元古代-加里东早期为洋盆裂解期,加里东中晚期洋盆由扩张状态转变为汇聚收缩状态,加里东晚期的中志留世末为小洋盆碰撞闭合期。

柴北缘欧龙布鲁克微陆块西段原“达肯大坂岩群”的沉积时代、源区及其对冈瓦纳大陆重建的制约

柴北缘欧龙布鲁克微陆块西段原古元古代达肯大坂岩群中新识别出一套新元古代晚期-早古生代早期浅变质地层,其原岩沉积时代、沉积物质来源研究可为欧龙布鲁克微陆块在冈瓦纳大陆重建中的古地理位置提供有效约束。岩石学、碎屑锆石U-Pb年代学研究表明,该浅变质地层主体为一套发育绿片岩相-低角闪岩相变质的石英片岩组合,最大沉积年龄为548~563Ma,并具有~2486Ma、~1594Ma、~1108Ma、~936Ma、~776Ma及~548Ma等6个碎屑锆石年龄峰值,与发育高角闪岩相-麻粒岩相变质的古元古代达肯大坂岩群存在明显差异。此外,通过与周边其他地块同时代地层的碎屑锆石年龄谱系的综合对比,认为欧龙布鲁克微陆块在新元古代晚期-早古生代早期主要接受了来自印度板块东北部的沉积物质;在冈瓦纳大陆重建中,该陆块与南祁连、阿拉善、羌塘等微陆块均位于印度板块东北缘。