遼西地區(qū)早白堊世中期擠壓構(gòu)造事件確認(rèn)的研究進(jìn)展

陳夢(mèng)雅

（東華理工大學(xué)，江西 南昌 730030）

1 概述

遼西地區(qū)中生代火山一沉積地層發(fā)育，該時(shí)期巖漿活動(dòng)十分強(qiáng)烈，并伴有多處構(gòu)造變形，是一種特殊的板內(nèi)造山帶。其發(fā)育在前寒武紀(jì)克拉通的基礎(chǔ)上。前中生代經(jīng)歷了三個(gè)階段，分別為太古宙一古元古代結(jié)晶基底形成階段、中新元古代拗拉槽階段以及古生代蓋層發(fā)展階段。中生代地殼活化開始，并伴有強(qiáng)烈的巖漿活動(dòng)及構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，進(jìn)入板內(nèi)造山階段。

遼西中生代時(shí)期發(fā)生了強(qiáng)烈的地殼運(yùn)動(dòng)，并交替發(fā)生了多期次的伸展和收縮作用。通過總結(jié)前人的成果，發(fā)現(xiàn)對(duì)遼西地區(qū)早白堊世中期的擠壓構(gòu)造事件是否真實(shí)存在缺乏系統(tǒng)性研究。因此，本文以遼西地區(qū)為研究對(duì)象，查明該地區(qū)存在有地層缺失、褶皺變形、逆掩斷層等現(xiàn)象，確認(rèn)了該地區(qū)在早白堊世中期存在過擠壓構(gòu)造事件，為今后該地區(qū)更深入的探索打下了基礎(chǔ)。

2 區(qū)域地質(zhì)概況

遼西地區(qū)位于華北克拉通北部，我國著名的燕山中新生代板內(nèi)造山帶東段，北鄰內(nèi)蒙古生代造山帶，東至下遼河斷陷之西緣，西到赤峰—平泉一線。遼西地區(qū)曾被稱為準(zhǔn)地槽、褶斷帶、活化區(qū)等。這是由于遼寧在呂梁運(yùn)動(dòng)之后，一直處于穩(wěn)定的構(gòu)造環(huán)境中，一直到古生代末期都沒有發(fā)生過明顯的構(gòu)造活動(dòng)。直到中新生代時(shí)期其南側(cè)前中生代的沉降帶與北側(cè)相輔而行的隆起帶，一并發(fā)生強(qiáng)烈的造山作用，共同構(gòu)成具有一定典型意義的古克拉通基礎(chǔ)上線系性較為明顯的陸內(nèi)或板內(nèi)造山帶。

3 區(qū)域地層

遼西地區(qū)在中生代進(jìn)入了一個(gè)新的構(gòu)造演化階段。遼西地區(qū)晚三疊世至早侏羅世，受印支運(yùn)動(dòng)和早燕山運(yùn)動(dòng)的影響，古老的地層發(fā)生了活化，形成了一系列斷裂構(gòu)造。沿著這些斷裂構(gòu)造和山間凹陷形成了大量的小型盆地，并且伴隨著火山活動(dòng)發(fā)育局部分布了厚層火山—沉積地層。遼西地區(qū)地層白堊系下統(tǒng)極為發(fā)育，其巖性及巖相變化大，厚度可至萬米以上。下統(tǒng)自下而上可分為：土城子組、義縣組、九佛堂組以及分布在阜新地區(qū)的沙河組、沙海組、阜新組。

土城子組：自下而上可分為三段：一段為紫紅色凝灰質(zhì)頁巖，夾粉砂巖及礫巖；二段為灰紫色泥砂質(zhì)膠結(jié)礫巖，夾砂巖；三段為綠、紫色凝灰質(zhì)砂巖，夾礫巖及頁巖，與其下部的髫髻山組呈平行不整合角度接觸。

義縣組：主要為紫紅、褐、灰綠色安山巖、玄武巖、流紋巖以及凝灰?guī)r等，總厚713～4000m。與土城子組呈明顯的角度不整合接觸。

九佛堂組：以灰、黃綠色粉砂質(zhì)頁巖、粉砂巖及砂巖為主，厚206.3-2685.1m，平行不整合覆于義縣組之上。

4 擠壓構(gòu)造事件的地質(zhì)證據(jù)

遼西地區(qū)早白堊世中期擠壓構(gòu)造事件的地質(zhì)證據(jù)主要包括了土城子組與上覆義縣組之間的角度不整合接觸以及斷層、褶皺、高壓型粗面巖、埃達(dá)克巖等。

4.1 角度不整合

華北北部侏羅紀(jì)—早白堊世地層序列中，存在三個(gè)角度不整合接觸關(guān)系。其中義縣組與土城子組地層之間就出現(xiàn)了角度不整合接觸關(guān)系。這種角度不整合在遼西地區(qū)較為普遍，尤以在建昌地區(qū)最為明顯。建昌盆地位于遼寧省西部，其早白堊地層由下自上分別為土城子組、義縣組、九佛堂組和沙海組。義縣組底部主要為灰褐色的安山巖，在盆地的西側(cè)不連續(xù)分布，與其下部的土城子組砂礫巖形成了角度不整合（如圖1所示）。角度不整合接觸證明了在土城子組地層形成之后義縣組地層形成之前曾經(jīng)存在擠壓作用，使得已經(jīng)沉積的上白堊統(tǒng)地層發(fā)生變形，形成逆沖斷層及褶皺，地層逐步抬升后遭受剝蝕。并在白堊世中期之后，再次沉降并進(jìn)行沉積，因此形成了沉積間斷。

圖1 義縣組（K1y）與土城子組（K1t）角度不整合

4.2 斷層

早白堊世的斷層由一系列斷層組成，集中發(fā)育在朝陽、北票、凌源等地。斷層將晚侏羅世的地層逆沖于早白堊世的地層之上，又被后期沉積的白堊世地層角度不整合覆蓋。其中凌源—建平—北票逆掩斷層是發(fā)生在早白堊世中期的典型逆掩斷層，證明在該時(shí)間段遼西地區(qū)發(fā)生了擠壓構(gòu)造事件。

凌源—建平—北票逆掩斷層的特征為斷裂延伸較長，并彎曲呈之狀。斷層由西向東分布，從承德、平泉的EW構(gòu)造走向，轉(zhuǎn)為凌源、建平NE構(gòu)造走向，被朱碌科一中三家NNE向走滑斷裂切割，東段斷裂走向有NE-EW-NE-EW向變化，再向東延伸到北票北部。該斷層為中淺層次的構(gòu)造變形，其運(yùn)動(dòng)方向由北東向南西，為卷入基底的逆沖斷層。

北票—凌源逆掩斷層下盤卷入的古生界在凌源附近被早白堊世土城子組不整合覆蓋，逆掩斷層上盤太古宙地層和逆掩斷層被早白堊世義縣組不整合覆蓋。推測(cè)出該逆掩斷層形成時(shí)代應(yīng)為土城子組和義縣組的地層形成時(shí)間之間，暗示在這期間發(fā)生過擠壓構(gòu)造事件。

4.3 褶皺變形

早白堊世因擠壓構(gòu)造運(yùn)動(dòng)形成了褶皺構(gòu)造，主要由中上侏羅統(tǒng)地層組成，頂部被白堊世地層角度不整合覆蓋。褶皺一般呈現(xiàn)對(duì)稱開闊平緩的褶皺，其在盆地邊緣被逆斷層破壞，在西北翼產(chǎn)狀比較陡，甚至發(fā)生直立及倒轉(zhuǎn)。例如在湯神廟盆地南公營子北子山地區(qū)，古生代的地層逆沖于三疊紀(jì)地層之上，它們又逆沖于侏羅紀(jì)髫髻山組和白堊紀(jì)的土城子組之上，導(dǎo)致三疊紀(jì)、侏羅紀(jì)地層發(fā)生褶皺，上部被白堊系的義縣組地層角度不整合覆蓋 （如圖2所示）。這也證明了褶皺形成時(shí)間在土城子組和義縣組形成之間，暗示著在早白堊世中期發(fā)生過擠壓構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，使得地層發(fā)生褶皺。

圖2 湯神廟盆地南公營子北子山構(gòu)造剖面圖

4.4 高壓型堿性粗面巖

粗面巖巖漿的起源較為復(fù)雜，其既可起源于地幔及下地殼，也可由幔源玄武質(zhì)巖漿和殼源花崗質(zhì)巖漿混合產(chǎn)生。研究表明，地殼巖石的深熔作用并不能直接形成粗面巖巖漿。但是在陸殼加厚背景下，地殼底部部分熔融所形成的低熔巖漿是粗面巖巖漿。相當(dāng)于高壓共結(jié)點(diǎn)組成。其稀土元素分布顯示為無負(fù)銪異常。高壓型堿性粗面巖在一般情況下可以指示巖石形成之前地殼處于加厚狀態(tài)，可能發(fā)生過擠壓作用造成了地殼的加厚。

地球化學(xué)研究數(shù)據(jù)表明，遼西建昌地區(qū)義縣組火山巖具有較高的 Si02和堿含量，w （SiO2）=63.52%-65.94%，w （Na2O+K2O）=9.63%一 10.15%，w（Na2O）/w（K2O）為 0.96-1.08，屬于高鉀堿性巖系列，同時(shí)具有較低的w（MgO）（0.75%～1.05%），稀土配分模式為輕稀土富集，重稀土虧損的右傾型模式((La/Yb)N=8.96-12.02），較弱的正 Eu 異常(δEu=1.07 一1.16），相容元素 Cr(1.46x10-6-4.15x10-6,Co(19.8x10-6-45.9x10-6)和Ni(0.100x10-6-1.55x10-6)含量低。微量元素蛛網(wǎng)圖顯示明顯的Ba和Pb正異常，以及Sr,Ti和Y負(fù)異常，此外，Zr和Hf顯示一定的正異常。

主微量元素研究表明，遼西地區(qū)義縣組火山巖屬于高壓型堿性粗面巖，暗示在義縣組火山巖形成之前該區(qū)發(fā)生過擠壓構(gòu)造事件，導(dǎo)致地殼增厚。

4.5 埃達(dá)克巖

通過對(duì)遼西凌源地區(qū)義縣組火山巖進(jìn)行地球化學(xué)研究，結(jié)果表明，該火山巖Si02=65.6%-73.4%，Mg0=0.35%-1.23%,Mg#=16-41，A1203=13.40%-16.79%,Na20=3.54%-4.26%，Sr=(445-774)×10-6，Yb=(0.51-0.97)×10-6，Y=(7-14)×10-6，Sr/Y=49-66，LaN/YbN=33-48，高Sr和Sr/Y比值，低 Y和Yb，輕重稀土元素分異明顯，顯示出埃達(dá)克巖的地球化學(xué)特征，但其Mg#較低。它們可能是加厚的基性下地殼部分熔融的產(chǎn)物。暗示了在義縣組火山巖形成之前該地區(qū)地殼發(fā)生增厚，可能存在擠壓構(gòu)造事件。

5 擠壓構(gòu)造事件的地質(zhì)時(shí)代

通過之前的研究我們可以發(fā)現(xiàn)遼西地區(qū)在早白堊世中期確實(shí)存在過擠壓構(gòu)造事件，時(shí)間是在土城子組形成之后、義縣組形成之前。為了確定這次擠壓構(gòu)造事件具體的時(shí)間，我們需要對(duì)土城子組和義縣組進(jìn)行同位素定年。

遼西地區(qū)土城子組在金嶺寺—羊山盆地分布最廣，張宏（2008）以該地區(qū)的凝灰?guī)r夾層為對(duì)象，對(duì)其進(jìn)行了采樣和測(cè)年。據(jù)統(tǒng)計(jì)該地區(qū)土城子組底部年齡約在146.5±1.7Ma，上部年齡約在 137.2±6.7Ma。鄭月娟（2010）對(duì)遼西北票地區(qū)的凝灰?guī)r和安山巖進(jìn)行采樣和測(cè)年，得出北票地區(qū)土城子組的底部年齡約在147.4±2.2Ma，土城子組頂部年齡約為137.2±6.75Ma。王思恩和高林志（2013）對(duì)遼西地區(qū)凝灰?guī)r進(jìn)行采樣和測(cè)年，得出土城子組頂部年齡約為137.3±1.0Ma。綜合以上數(shù)據(jù)，我們可以得出土城子組的年齡約為148Ma-136Ma。

遼西地區(qū)義縣組的火山巖在建平馬場(chǎng)地區(qū)大量出露，陳井勝（2015）對(duì)該地區(qū)的進(jìn)行了剖面測(cè)制研究。義縣組的火山巖有三期，分別為早中晚三期，形成時(shí)間相差較大，因此分別對(duì)這三期火山巖進(jìn)行采樣及測(cè)年。得出得出義縣組火山巖形成時(shí)間約為128Ma-113Ma。

通過對(duì)土城子組與義縣組的年齡測(cè)定，我們可將遼西地區(qū)早白堊世中期的擠壓構(gòu)造事件的形成時(shí)代定在136Ma-128Ma。

6 結(jié)論

通過對(duì)遼西中生代地層的區(qū)域背景的了解，綜合地層特征、構(gòu)造特征、地球化學(xué)特征等方面的深入研究和分析得出了以下結(jié)論：

1）遼西地區(qū)早白堊世中期存在地層缺失，即土城子組與義縣組之間，指示這一時(shí)間段發(fā)生過構(gòu)造事件，導(dǎo)致沉積間斷。

2）遼西地區(qū)的角度不整合接觸、逆沖斷層、褶皺、高壓型堿性粗面巖、埃達(dá)克巖等現(xiàn)象證明了遼西地區(qū)在早白堊世中期發(fā)生了擠壓構(gòu)造事件。

3）通過對(duì)土城子組和義縣組地層的年齡測(cè)定，我們可將這次的擠壓構(gòu)造事件的發(fā)生時(shí)間定在136Ma-128Ma。