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1、第卷第期地质论评年月秦岭商丹缝合带变质砂岩地球化学特征及构造环境探讨于在平孙勇张成立西北大学地质系,西安。联邦德国美茵茨大学地球科学学院秦岭商丹变质砂岩分布于一般认为的华北板块与扬子板块的结合带。常量、微量、稀土元素地球化学特征和岩石学、区域地质构造的综合分析表明其形成构造环境像是岛弧一活动大陆边缘型,沉积物质主要来源于北秦岭构造带的秦岭杂岩。与、等的地球化学判别参数相比,这套岩石的、。、含量和刃值偏高,主要是受沉积源岩成分的直接影响所致。因而,地化参数不是判别构造背景的唯一标志,应根据区域地质背景与源岩性质而加以修正。商丹断裂带是秦岭造 山带中最重要的主干断裂之一,一般认为是华北板块与扬子板
2、块间的缝合带。商丹缝合带变质砂岩以下简称为商丹 变质砂岩是商丹缝合带沉积岩系指沿商丹断裂带分布的一套以变质砂岩为主、夹 变质火山碎屑岩和大理岩的变质沉积岩 系中的主要岩石类型。这套岩系是笔者等在大比例尺地质填图过程中,根据区域地层和地质构造的研究,从刘岭群中划分出来的一套岩石地层系统。近年来,秦岭基础地质研究在许多方面取得 了长足的进展,但在有 关秦岭缝合带 的位置及其构造特征、华北板块和扬子板块古大陆边缘的性 质、古洋盆的闭合时代,以及大地构造发展历史等基本问题上,仍然存在着重要的分岐意见一。查明该 岩系的地质特征和形成环境,有助于这些问题的解决。有关这套岩系的一般地质特征已有专文报导。本文
3、主要根据该岩系中变质砂岩的岩石学和地球化学特征,探讨其形成时的构造环境。一、区域地质概况秦岭造山带 内以洛南断裂和商丹断裂带为界划分为三个构造带,即华北地块 南缘构造带、北秦岭构造带和南秦岭构造带图。华北地块南缘构造带具有与华北地块内部相似的基底和盖层,但 变形强烈,构造上属于造 山带范畴。该带在建造和改造两方面具有 分属华北地块和秦岭造山带的双重性。北秦岭构造带是秦岭造山带中变形变质和岩浆活动最强烈的地区。带内广泛分布着前寒武纪变质杂岩,大 量不同时代的花岗岩以及南、北两带古生代蛇绿岩套。北秦岭的主体被认 为是古生注本文为国家 自然科学基金资助项目批准号似。本文年月收到,年月改回,罗正华编辑
4、。期于在平等秦岭商丹缝合带变质砂岩地球化学特征及构造环境探讨工铂。户户。工。目的工月蚀旅。一丝工之洲,毛压明三。刀卜 州比。的、。一尸尸 日的工甲巴妇妇上 的工口工月召 二味口目。卜干。的 “节仍工肠。妇工叫认三。“切招妇三二忿比侧卜尸妇二,月比渭的切一二三助成工卜。的工 闷卜召切口。妇眺。工日的帐时月润,晰扒。月妇三仍工卜念月妇习工二口月,月的的熟“卜。目材习映补月卜扫口工中埃噢鑫宋的两公开团偏报以撕少骤哈扮中便哈扮宋任中职啊妇扯保噢盛划唱,早夏塑屏息林坦铸四鑫到早二哈翔湘曦厌蔽世仍二椒湘娜截二湘率赞唱俐湘退裸牟砌邹截。工件湘双裸邺镬火湘碟含礁叭靛愈衰卜晰湘断智区中二湘日只的协湘自呜榭,湘咚
5、挂曰试妈粼忍喊湘班健华巾翻欢趣口仍帐川袱洲切吸团城工祠。润宕助。比工喇。月妇叫妇叫,的妇叫。叫吕另祠铂叫卜喇冬切璐,日。月卜切叫衬日、出以日昭川日。拐认功卜豁妇目。叫习比恳口曰。川妇书叫妇叫祠芍切润 沙月仍。叫卜。叫日日叭旧。昭如。月目。祠。刹的工日。叫切。加叫灿众衰长拼纲髯车曰纲愈旅肠田一防俄卜晒坦耸兴吴姆众帐狈彩螺车巾翻嗽担临叭困担鸽裂因裂喊索恤逻工困奋粼粼粼粼粼麟麟麟地质论评卷代秦岭古岛弧,是华北板块南缘沟弧盆体系的组成部分。南秦岭构造带的基底主要为中、晚元古代浅变质火山一沉积岩系和中、深变质的结晶杂岩。沉积盖层自震旦系至中三叠统,除早、晚古生代地层间存在着平行不整合和局部角度不整合外,
6、基本构成一套连续的稳定陆缘型大西洋型沉积体系,表规为扬子板块北缘的自然延伸。研究区位于陕西丹凤地区。该区横跨南、北秦岭构造带。区内主要的岩石地层单元自北而 南可划分为早元苦代秦岭杂岩、早古生代丹凤蛇绿岩、商丹缝合带沉积岩系和中上泥 盆统刘岭群。商丹缝合带沉积岩系主要分布在油房一鱿鱼嘴韧性断层以北、铁峪铺碎裂一角砾岩带以南的狭长区域内图。该岩系内迄今尚未发现可靠的化石证据,其时代归属正 在进一步研究之中。目前根据岩石组合特点和区域地质构造分析,将其暂置于古生代。张国伟等指出,分隔南、北秦岭构造带的商丹断裂带并非单一的深大断裂带,而是由不同时期、不同深度层次上形成 的多条断裂复合而成的断裂系统,断
7、裂系统及其间夹持的构造岩块,共同构成了具有重要构造意义的断裂边界地质体,代表华北板块与扬子板块之间的主缝合带,。根据这种认识,丹凤地区断层以北的秦岭杂岩分布区属北秦岭构造带断层以南的刘岭群 属南秦岭构造带,与之间属商丹断裂边界地质体,商丹缝合带沉积岩系则是该 断裂边界地质体的一个组成部分。二、岩石类型和物质来源商丹变质砂岩的蔓变质程度不均一。大部分岩石的变质程度为高绿片岩相一低角闪岩相,少部分为低绿片岩相。根据岩石中主要矿物成分及含量、变质程度和结构构造,可分为以下四种主要的岩石类型。长石石英片岩主要矿物成分为石英 一般为一、斜长石一般约、角闪石一、透辉石一及黑云母一,副矿物有电气石、帘石、石
8、榴石、栩石、错石、磷灰石等。多数副矿物明显具有沉积碎屑的特征。部分地段如铁峪铺西的八里坡一带的长石石英片岩中含一定数量的方柱石约一。变粒岩这类岩石中的斜长石含量一通常接近或大于石英含量一。根据岩石中角闪石和黑云母含量,又可分为角闪变粒岩和黑云变粒岩两类。角闪变粒岩中角闪石含量可达士,另含有少量透辉石约。黑云变粒岩中黑云母含量一。两类岩石中的副矿物基本相同,均为帘石、磷灰石、石榴石和桐石等。帘石类矿物包括绿帘石、黝帘石和揭帘石。个别样品中见有片麻岩细岩屑。该区的变粒岩通常具有发育良好的片理,据结构构造亦可定名为斜长片岩类。由桃花铺西上 园子剖面图三个变粒岩样品中部分斜长石的电子探针分析结果表,斜
9、长石中包括较多的高牌号斜长石。含量在同一个样品中的差值最高可达。该区区域变质程度仅达绿片岩相一低角闪岩相。这些高牌号斜长石显然不是区域变质的产物,而是来自中高级侵人一变质地体的矿物碎屑这一推论可从岩石中同时含有片麻岩岩屑得到佐证。云英片岩主要由石英一、斜长石一、白云母绢云母。一、黑云母一及少量绿泥石、绿帘石、钾长石、磷灰石、黝帘石等组成。部分样品中见有细粒岩屑 主要为缝石,其含量最高达士。云英片岩一般呈厚层状夹层产于变粒岩或长石石英片岩中,在整个岩系中所占比例较小。上述三类岩石除了含有少量岩屑和矿物碎屑外,普遍具有特征的变余沉积韵律层构造,因此均属变质碎屑岩无疑。期于在平等秦岭商丹缝合带变质砂
10、岩地球化学特征及构造环境探讨娜城眨翻 翻睡翻 团健翻 医 习童匆 巴侣绷 峨 五圈团圈回民习 压口图主召陕西丹凤地区八里坡、上园子采样剖面图丫困组哩四功,解,滋一第四系,一绢云斜长石英片岩,一黑云斜长石英片岩,一角闪斜长石英片岩,一黑云变拉岩,一含榴角认 变校岩,一绢白云石英片岩,一黑云石英片岩,一黑云透辉长石石英片岩,一斜长角闪片岩,一电气石黑云 变拉岩,一石榴石斜长角闪片岩一大理岩,一花岗岩,一韧、脆性断层,一断层角砾岩,卜眼球状糜棱岩,一花岗质糜棱岩,一基性糜梭岩,一采样位置及编号一,一一一一,一一一一,一一一,一一一,一一一一,一。元一一,一止一一主,一一主止。一一一,一,一一一一一一
11、,一,一,一一,一,一一,一,一多一,变质杂砂岩变质程度较浅,变余杂基支撑结构。杂基 由重结晶的微粒石英、长石和绢云母等组成,含量一般超过,部分达。碎屑包括岩屑和矿物碎屑。岩屑成分以花 岗岩、片麻岩、斜长角闪岩和片岩类较为常见。岩屑在碎屑物质中所占比例较小,通常不超过。“矿物碎屑包括长石 斜长石为主、角闪石、石榴石、石英及黑云母等。碎屑斜长石均已蚀变,普遍发生绢云母化、绿帘石化和碳酸盐化。碎屑黑云母亦 已大多绿泥石化。矿物碎屑在岩石中的分布很不均匀。不同样品中,斜长石碎屑在碎屑中所占比例 由写变化到。角闪石碎屑含量一般较高一,但在少数样品中基本不含此类矿物。此外,石英碎屑含量普遍较低,仅 为一
12、。在巧九等的一图解中“,除三个云英片岩中有一个投在岩屑砂屑岩区、二个投在长石砂岩区外,其余三类岩石的样品大多 投在杂砂岩区及其附近图。图解特点总体反映这是一套未经良好分选的低成熟度碎屑岩。关于这套岩石的物质来源,由于该区变形变质强烈,原生沉积构造大都遭到破坏,水流方向难以确定,因此历来存在着沉积物质来 自北方和来 自南方两种看法。根据目前的研究,笔者认为地质论评卷农商丹变质砂岩中部分拱长石成分曰。户 ”川颐倪】泣肠加雌样品编号丁一岩石类型角闪变拉岩角闪变位岩黑云变位岩云英片岩人洲盆,总计。侣。,。、。了。一。一。采样地点上园子北上园子北上园子北毛坪注氧化物单位均为重里百分比,在联邦德国大学矿物
13、学系用电子探钎分析采样地点参见图及图。沉积物质主要来自紧邻其北的秦岭杂岩。其主要依据如下。秦岭杂岩是 由云斜片麻岩、矽线石榴片麻岩等多种类型的片麻岩以及斜长角闪岩、大理奋一夕尹户砚夕、卜,、沪时八十 。二。食一。圣一。怕 二一。一。图一一图解 据的等简化,引自王仁 民等,图中数字为样品序号同图、表,一,双而,玩由址,人一杂砂岩区,一岩屑砂屑岩区,一长石砂岩区,亚长石砂岩区,一亚岩屑砂屑岩区,一石英砂岩区岩、变粒岩等构成的变质杂岩。商丹变质砂岩中的大部分碎屑矿物种类在秦岭杂岩中都有发现。此外,片麻岩岩屑中见有矽线石黑云母斜长石矿物组合。这种组合与秦岭杂岩 中矽线石榴片麻岩的典型矿物组合矽线石十石
14、榴石黑云母十钾长石斜长石十石英很相似。矿物成分的可对比性说明秦岭杂岩很可能是这套砂岩的物源区。商丹变质砂岩矿物成熟度低,未经 良好分选,具近源沉积特点。如果认为碎屑物质来 自南方而不是来 自紧邻其北的秦岭杂岩,那么在该区以南的邻近地 区应有相应的沉积母岩。从区域上看,南秦岭能够提供商丹变质砂岩所需物质的唯有早前寒武纪变质杂岩如火地坯群、控岭群等。这类杂岩体目前主要分布在距此以外的地区。考虑到变形缩短,原始距离势必更长。距离较近者如陡岭、小磨岭杂岩出露局限,分布零星,其周缘的震旦系和古生界地层均为正常沉积的碎屑一碳酸盐岩,迄今没有发现与商丹变质砂岩类似的沉积地质体。因此沉积物质来 自南方的假设是
15、难以成立的。商丹变质砂岩地球化学性质 详见后述显示其形成环境属岛弧一活动大陆边缘型。包括期于在平等秦岭商丹缝合带变质砂岩地球化学特征及构造环境探讨秦岭杂岩在内的北秦岭构造带在古生代时期具有岛弧性质。商丹变质砂岩的时代虽有待进一步研究,但根据其变形变质特征以及与相关地质体的构造关系,一般认为属古生代。根据这种认识,把秦岭杂岩作为商丹变质砂岩的主要源岩,把商丹变质砂岩解释为弧前沉积,可以与上述区域构造模式较好地吻合。三、地球化学特征和形成构造环境砂岩成分与板块构造环境之间关系的研究近年来受到了重视。这种研究的 出发点在于,不同的板块构造环境如岛弧、活动陆缘和稳定陆缘等具有不同的物质组成,因而控制着以其为源区的砂岩矿物成分和化学成分。反之,可利用砂岩的成分特征来帮助恢复其沉积时的构造背景。这方面,国外一些学者进行了较为详细的研究,提出了一系列 用于判别砂岩形成构造环境的判别参数和图解卜,。等的砂岩骨架组分判别模式图田一般具有较好的判别效果。但 对于造山带中的变质砂岩来说,因受变质作用影响,骨架颗粒的正确鉴定往往非常困难,从而使这种方法的应用受到限制。另一方面,就砂岩总的化学成分特征而言,尽管在变质作用过程中有一些化学成分的迁移,但基本是在同一系统中进行的,因而总的化学成分变化不大。造山带中变 质砂岩化学成分和地珠化学特征的研究,在很多情况下可以提供用其它方法
