山西大同一內(nèi)蒙古集寧地區(qū)地處華北北中部北東東向 近東西向和北東向構造帶的交會部位,大面積出露有早前寒武紀形成的主要由變質(zhì)程度高達麻粒巖相一高角閃巖相的片麻巖、麻粒巖、淺粒巖、變粒巖、大理巖等組成的變質(zhì)巖。該套變質(zhì)巖的原巖建造幾乎囊括了沉積巖、侵入巖、火山巖的各種類型,并保留有不同時代、不同構造運動形成的樣式各異的構造形跡,幾乎完整記錄了從深部到中淺部變質(zhì)構造相的全貌。本區(qū)所具有的豐富變質(zhì)地質(zhì)現(xiàn)象和獨特的大地構造位置,是研究早前寒武紀變質(zhì)地質(zhì)的理想地區(qū)與關鍵部位。另外,該區(qū)所發(fā)育的典型麻粒巖相變質(zhì)也為高級變質(zhì)作用研究提供了經(jīng)典案例,是難得的探究中下地殼奧秘的窗口。20世紀在本區(qū)東南部高壓麻粒巖和近10多年來在北部超高溫變質(zhì)作用的發(fā)現(xiàn),進一步提升了本區(qū)的地學知名度,吸引了國內(nèi)外眾多學者的廣泛關注,成為國際上早前寒武紀地質(zhì)研究的熱點地區(qū)。
本區(qū)早前寒武紀地學研究雖然受到了國內(nèi)外地學界的廣泛關注,并取得了長足研究進展,但仍有諸多重大關鍵地質(zhì)問題存有爭議。筆者有幸作為項目負責人主持完成了中國地質(zhì)調(diào)查下達的該區(qū)1: 25萬區(qū)調(diào)修測工作,新獲得了大量扎實豐富的野外原始地質(zhì)資料及巖石學、巖石化學、巖石地球化學和高精度同位素測年數(shù)據(jù)。本專著通過對該項目取得的主要成果的總結,系統(tǒng)梳理了該區(qū)早前寒武紀研究方面存在的重大基礎地質(zhì)問題,重新對早前寒武紀地質(zhì)單元進行了劃分,并依據(jù)新的測年數(shù)據(jù)重新對早前寒武紀地質(zhì)體的形成時代、構造屬性進行了厘定,首次在該區(qū)識別出4條構造巖漿巖帶,提出了早前寒武紀地質(zhì)構造單元劃分方案,重塑了本區(qū)早前寒武紀地質(zhì)構造演化史。本著作適用于從事早前寒武紀地質(zhì)研究的學者以及基礎地質(zhì)調(diào)查與研究的科技人員參閱。
本專著由中國地質(zhì)調(diào)查局下達的“山西省1:25萬大同市幅(K49C004004)、偏關縣幅(J49C001003)區(qū)調(diào)修測項目”資助,是依托該項目“大同一集寧一帶早前寒武紀變質(zhì)基底構造單元劃分與演化”的專題研究成果撰寫而成的,因此研究區(qū)主要涉及東經(jīng)112。30 ‘-114°00’,北緯40°00‘ 41。00’的大同一集寧一帶。
該區(qū)地處華北地區(qū)中北部,大面積出露有早前寒武紀變質(zhì)巖系,其巖性組成為麻粒巖相一高角閃巖相的片麻巖、麻粒巖、淺粒巖、變粒巖、大理巖等,巖石類型齊全,巖性復雜多變,其變質(zhì)變形特點幾乎完整記錄了巖石從深部變質(zhì)構造相到淺部變質(zhì)構造相的全貌,也是巖石在不同構造運動期、不同構造環(huán)境中的反映;其原巖建造幾乎囊括了沉積巖、侵入巖、火山巖的各種類型,其構造位置處于早前寒武紀北東東向 近東西向和北東向構造帶交會部位,在趙國春(1999,2002,2005)所劃分的大地構造單元劃分圖上本區(qū)處于近東西向孔茲巖帶與北東向中部碰撞帶的交會部位,其獨特的構造位置使本區(qū)成為早前寒武紀地質(zhì)研究的熱點地區(qū)與關鍵地區(qū)。特別是20世紀研究區(qū)東南部高壓麻粒巖的發(fā)現(xiàn)和近10多年來在研究區(qū)北部發(fā)現(xiàn)的超高溫變質(zhì)作用.進一步提升了本區(qū)在早前寒武紀地質(zhì)研究方面的知名度,吸引了國內(nèi)外眾多學者的廣泛關注。
對大同一集寧一帶變質(zhì)巖系的認識,在成因上和時代上均存在爭議,因此不同研究者從各自的認識出發(fā)分別給予了桑干片麻巖、桑干群、桑干系、桑干雜巖、集寧(巖)群、上下集寧群、豐鎮(zhèn)群、興和(巖)群、葛胡窯片麻巖、懷安雜巖等不同的稱謂。大致在20世紀60年代1: 20萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查工作開展前,多數(shù)研究者認為該套變質(zhì)巖系原巖主體為沉積巖系,因此對其進行了沉積地層的劃分,予以桑干群、桑干系、集寧群等稱謂。隨著1:20萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查的開展,從中認識出了富鋁花崗巖類,稱之為混合花崗巖,對屬于變質(zhì)表殼巖部分仍稱之為桑干群或集寧巖群,并認為其形成于古 中太古代,因此傳統(tǒng)上根據(jù)變質(zhì)程度認為它是山西乃至華北地區(qū)最為古老的巖石之一,這一認識一直延續(xù)到80年代末相關省、自治區(qū)的區(qū)域地質(zhì)志編寫之中。進入80年代末至90年代初,地質(zhì)界逐漸認識到變質(zhì)、變形作用過程中對地質(zhì)體的形態(tài)、物態(tài)和位態(tài)的改變而形成了“同巖異化”“異巖超同”、不同時代、不同成因的地質(zhì)體疊置在一起的現(xiàn)象,按照傳統(tǒng)地層學方法劃分地質(zhì)單位極易造成混亂的局面,從而注重了對原巖建造的研究,提出了中深變質(zhì)巖區(qū)構造一巖(層)石一事件填圖法,并提出了應進行合理的變質(zhì)表殼巖與變質(zhì)深成(侵入)巖的解體,合理建立填圖單位的指導思想。本區(qū)的研究也隨著上述認識的取得,發(fā)生了重大變化。1987年錢祥麟等提出原集寧群可解體為變質(zhì)表殼巖(孔茲巖)與變質(zhì)深成巖,在隨后的生產(chǎn)實踐中,這一認識得到推廣,但對其時代的研究并無大的進展,仍以太古宙為主流觀點。近年來隨著測年技術的進步和對測年鋯石成因研究水平的提高,越來越多高精度同位素年齡的獲得,對傳統(tǒng)變質(zhì)程度越深、時代越老的認識提出了挑戰(zhàn),對具有孔茲巖巖石組合特征的變質(zhì)表殼巖的時代趨向于歸為古元古代。
隨著板塊構造理論的登陸,華北地塊前寒武紀構造演化的研究受到國內(nèi)外學者的空前重視,近10多年來發(fā)表了大量文獻,將研究的重點聚焦于新太古代古元古代構造格局的劃分、五臺運動和呂梁運動構造一熱事件的性質(zhì)、時限等地質(zhì)問題。而這些認識和進展與本區(qū)的早前寒武紀變質(zhì)基底構造單元的劃分和演化的認識密切相關。
正是在這一研究背景下,本專著立足于該區(qū)進行的1:5萬、1: 25萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查工作,以大陸動力學與板塊構造理論為指導,在對本區(qū)早前寒武紀地質(zhì)進行系統(tǒng)調(diào)查研究的基礎上由作者撰寫而成。
本書共分5章,第一章簡要介紹了研究區(qū)地質(zhì)概況。第二章介紹了變質(zhì)表殼巖,在前人將原集寧群解體為變質(zhì)表殼巖與變質(zhì)深成巖的基礎上,進一步將變質(zhì)表殼巖劃分為陽高巖組和集寧巖群,其中陽高巖組為區(qū)內(nèi)最古老的沉積地層,時代可能為新太古代,其巖性組合以條帶狀鐵英巖、變質(zhì)基性火山巖和石榴黑(二)云斜長片麻巖為主,明確了集寧巖群的含義,即是一套具有孔茲巖系巖石組合特征的變質(zhì)表殼巖系,將其劃分為黃土窯巖組、沙渠村巖組、東溝村巖組,并將集寧巖群的時代厘定為古元古代,形成于被動陸緣的構造背景中。第三章詳細介紹了研究區(qū)內(nèi)分布的早前寒武紀巖漿巖,首次在研究區(qū)內(nèi)識別出了4個巖漿巖帶,從北向南分別為涼城一集寧古元古代再造巖漿雜巖帶、大同一陽高新太古代巖漿巖帶和桑干新太古代巖漿巖帶,在此基礎上疊加有陽高一天鎮(zhèn)古元古代巖漿巖帶,同時對各個巖漿巖帶內(nèi)的各個地質(zhì)體的宏觀地質(zhì)特征、巖石學、巖石化學、巖石地球、同位素年代學進行詳細研究,新獲得了大量高精度的鋯石U - Pb年齡,探討了形成的構造背景、巖石成因及構造演化意義,認為大同一陽高新太古代巖漿巖帶形成于島弧構造環(huán)境。涼城一集寧古元古代再造巖漿雜巖帶形成于由碰撞后構造環(huán)境向后造山后伸展構造環(huán)境轉換階段,是集寧巖群在北部陰山陸塊與本區(qū)大同一陽高微陸塊在古元古代發(fā)生碰撞而加厚背景下發(fā)生拆沉作用、基性巖漿底辟上升而重熔的產(chǎn)物。桑干新太古代巖漿巖帶是大同一陽高微陸塊與恒山微陸塊間發(fā)育于大同一陽高微陸塊一側的桑干新太古代陸緣弧。第四章詳細介紹了研究區(qū)變質(zhì)巖與特征變質(zhì)礦物特征,討論了變質(zhì)作用的溫壓條件與變質(zhì)相帶劃分,進行了變質(zhì)期次的劃分,分析了變質(zhì)作用發(fā)生的構造背景及其與變形的關系,總結了變質(zhì)作用演化特點。第五章以地質(zhì)構造分析為主線,首次對包括研究區(qū)在內(nèi)的晉冀蒙交界處早前寒武紀變質(zhì)巖系分布地區(qū)分時代進行了地質(zhì)構造單元的劃分,將新太古代構造演化階段從北向南依次劃分為:陰山新太古代弧盆帶(Ⅰ)、大同一陽高新太古代微陸塊(Ⅱ)、桑干新太古代陸緣弧(Ⅲ)、恒山新太古代微陸塊(Ⅳ)、五臺新太古代弧盆帶(Ⅴ)、阜平新太古代微陸塊(Ⅵ);將古元古代構造演化階段從北向南依次劃分為:陰山陸塊(Ⅰ)、恒山一集寧古元古代碰撞造山帶(Ⅱ)、阜平一五臺陸塊(Ⅲ),并將恒山一集寧古元古代碰撞造山帶進一步劃分為:涼城一集寧古元古代重熔雜巖帶(超高溫變質(zhì)帶)(Ⅱ1),包括古元古代被動陸緣沉積、古元古代后碰撞巖漿弧兩個次級構造單元、古元古代再造雜巖帶(高壓麻粒巖帶)(Ⅱ2)及古元古代陸緣弧;總結各個時代構造變形特征及意義,建立了早前寒武紀地質(zhì)構造演化序列。
上述各章節(jié)由專著作者分頭撰寫,最后由王權綜合統(tǒng)稿而成。另外參加野外工作和室內(nèi)資料整理工作的還有張兆琪、楊五寶、衛(wèi)彥升、劉暢、李猛興、張超、孫思磊、王文、康元順、郭建忠、楊四寶、劉文明、張志嶸等同志。
在專著編寫過程中得到了中國地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)調(diào)查中心苗培森教授級高級工程師、趙鳳清研究員、谷永昌教授級高級工程師、王惠初研究員、辛后田研究員、劉永順教授級高級工程師,河北省地質(zhì)調(diào)查院肖文暹教授級高級工程師,內(nèi)蒙古地勘五院李玉璽高級工程師,北京大學劉樹文教授,中國地質(zhì)科學院萬渝生研究員,中國地質(zhì)大學(武漢)陳能松教授,西北大學地質(zhì)系張成立教授、第五春榮副教授、茍龍龍博士,山西省地質(zhì)調(diào)查院李德勝教授級高級工程師、孫占亮教授級高級工程師等學者的多方指導和幫助。在此一并致謝。
本著作的出版,希望能夠對致力早前寒武紀地質(zhì)研究和在本區(qū)從事地質(zhì)工作的學者有所幫助,起到拋磚引玉的作用,從而將本區(qū)的地質(zhì)研究程度推向一個新高度,筆者將甚感欣慰。
第一章 研究區(qū)地質(zhì)概況
第二章 早前寒武紀變質(zhì)表殼巖
第一節(jié) 劃分沿革
第二節(jié) 本書構造巖石地層單位劃分方案
第三節(jié) 構造巖石地層單位特征
第三章 早前寒武紀巖漿巖
第一節(jié) 新太古代變質(zhì)深成巖
第二節(jié) 古元古代變質(zhì)深成侵入巖
第三節(jié) 早前寒武紀變質(zhì)深成巖類巖漿演化特征與綜合對比
第四節(jié) 火山巖
第四章 變質(zhì)巖與變質(zhì)作用
第一節(jié) 區(qū)域變質(zhì)巖石特征及原巖恢復
第二節(jié) 變質(zhì)礦物特征研究
第三節(jié) 區(qū)域變質(zhì)作用特征
第四節(jié) 混合巖及混合巖化作用
第五章 早前寒武紀地質(zhì)構造及演化
第一節(jié) 新太古代五臺期構造
第二節(jié) 古元古代呂梁期構造
第三節(jié) 早前寒武紀地質(zhì)構造演化
主要參考文獻