北山地区古生代构造演化阶段与成矿关系探讨

马继琛+张善明+张军胜+汪为+王永晖

摘要：北山造山带构造形迹复杂，分布四条蛇绿岩带和多条深大断裂及区域性揉皱构造，该区大地构造背景的研究，即是中亚造山带构造演化的关键问题之一，也是认识区域成矿作用和成矿规律的基础。有关北山地区构造单元的划分和构造演化历史，长期以来各家观点不尽一致。本文以沉积建造分析为基础，通过对众多文献的梳理，综述了占主流观点的北山地区构造演化历史，并探讨了与之相关的矿床成矿系列。

关键词：北山；构造演化；沉积建造；成矿系列

北山造山带的形成涉及多个微陆块、岛弧、洋壳和增生杂岩等在早古生代至早中生代长期的、多次的俯冲和碰撞拼贴作用，其北部是由多个洋内岛弧拼贴形成的复杂增生系统，包括双鹰山、马鬃山、黑鹰山、旱山等岛弧，在古生代晚期拼贴形成公婆泉复合岛弧。而其南部的构造单元主要包括具有古老微陆块性质的花牛山地块和石板山地块，以及位于两者之间的柳园混杂岩带。北山造山带发育一系列走向近E-W的大型剪切带及蛇绿岩带，可能为上述地体单元之间的界线。

1.古大陆裂解阶段

北山地区下寒武统双鹰山组不整合于新元古界园藻山群之上，园藻山群下岩组为一套冰碛岩，该岩类中含有较大的砾石（砾径大小一般在1cm～20cm，磨圆较好）和漂砾，且在园藻山群内可见双鹰山组坠石。根据形成环境分析，园藻山群中的冰碛岩的形成环境以大陆冰川沉积为主，但也包括少量滨海冰川环境的沉积。区域上来看，北山地区及其邻区存在一些由前寒武纪地体构成的微地块，前人对分布于这些地块之上的南华系和震旦系做过详细的地层学研究，发现在震旦系的上覆寒武系地层之底部，普遍发育一套含磷岩层，在震旦系和南华系地层中存在2层～3层大致可以对比的冰成岩或冰碛岩。露头尺度上，可见后期侵入体内的片麻岩捕掳体，且捕掳体内见明显铜矿化，岩体内却无矿化。所有上述地质记录均暗示新元古代时期，北山地区存在一个古大陆。在北山沙坡泉地区下寒武统双鹰山组不整合于新元古界古硐井群之上，不整合面之上存在一古風化壳，古风化壳之上为含磷砾岩，双鹰山组主要为一套黑色硅质岩夹薄层状灰岩、生物碎屑灰岩组合，显示其为深海相（缺氧环境）化学沉积的产物。古硐井群为一套砂岩、薄层状大理岩组合，显示其为浅海相或者滨海相沉积。从寒武系地层与元古界地层的接触关系以及二者的物质组成来看，北山地区从早寒武世开始已逐渐处于伸展环境，这是北山早古生代洋盆开启的重要证据。

2.洋盆演化及洋陆转换阶段

从早寒武世中期开始，北山地区大陆裂谷进一步发展，古陆壳被拉断，出现大洋。形成红柳河一牛圈子一洗肠井蛇绿岩为代表的北山早古生代有限洋盆，蛇绿岩岩石类型为以基性岩类岩体占优势，超基性岩类大多与基性岩呈杂岩体的形式产出，这一过程一直持续到晚奥陶世，并在红柳河一牛圈子—洗肠井一线形成带状分布的裂谷型火山岩。赵泽辉等（2007）认为北山地区450-420Ma的I型花岗岩与俯冲造山有关，毛启贵等（2012），赵泽辉等（2007）认为中志留世有埃达克质花岗岩产出，即北山早古生代有限洋盆俯冲从晚奥陶世已经开始，抑或为古亚洲洋（主洋盆）向南俯冲。王国强（2105）基于中一晚志留世公婆泉群岛弧火山岩为北山早古生代有限洋盆向北俯冲引发的陆缘岩浆作用的产物的认识和明水一旱山微陆块存在的地质事实，认为北山早古生代有限洋盆存在双向俯冲，俯冲最早可能从晚奥陶世末开始。丁嘉鑫等（2015）认为，早志留世，花牛山一双鹰山岛弧两侧存在双向俯冲，北侧与公婆泉岛弧以月牙山—洗肠井洋相隔，南侧为柳园洋。晚志留世，月牙山一洗肠井洋消减完毕，公婆泉岛弧与双鹰山一花牛山发生碰撞，陆壳的缩短和构造的增厚导致陆壳重熔形成过铝岩浆。同时，在明水一旱山地块以北的广大地区正经历着古亚洲洋的裂解和大洋化过程，如分布在北山北部黑鹰山一带的碎石山组，为一套海相碳酸盐岩、碎屑岩组合，碎屑岩内夹灰岩透镜体及硅质岩薄层，富含珊瑚、三叶虫等化石。从志留纪开始古亚洲洋进入俯冲消减阶段，古亚洲洋于明水一旱山地块以北的双沟山一狐狸山一带向南俯冲，形成古亚洲洋域南缘的活动大陆边缘，即双沟山早古生代活动陆缘和大狐狸山早古生代活动陆缘。而北山早古生代有限洋盆经历着南、北双向俯冲消减作用，在明水一旱山地块的南缘形成分布于白云山—斜山一东七一山一带的志留纪陆缘弧，这一俯冲消减至中泥盆世才结束，并发生碰撞造山，地壳被抬升发生剥蚀，导致在北山中南带泥盆系地层的普遍缺失，仅在明水一旱山以北的雀儿山一园包山一带形成依克乌苏组和雀儿山组，前者为一套沉积岩建造，富含腕足类、珊瑚等化石。后者为一套中酸性火山岩夹碳酸盐岩建造，为古亚洲洋向南俯冲的岛弧岩浆作用的产物。北山北带的泥盆系地层在区域上与下伏碎石山组平行不整合，与上覆早石炭世绿条山组呈不整合接触，甘肃北山地区上泥盆统三个井组不整合覆盖在下寒武统双鹰山组、上奥陶统咸水湖组之上（图1、2）。

3.板内伸展及裂谷盆地演化阶段

中晚泥盆世碰撞型花岗岩的出现，则标志着碰撞造山作用的终结。从晚泥盆世开始，北山南部及北部先后进入碰撞后的板内伸展阶段，区域多处见上泥盆统与下石炭统呈角度不整合接触（图3），这一区域性不整合代表了一次重大的地质事件，即亚洲古生代洋盆的结束和陆内演化的开始。

在甘蒙北山地区石炭一二叠纪裂谷系由三部分组成：北山北部石炭一二叠纪裂谷、中部的芨芨台子一小黄山石炭纪裂谷和南部的干泉一帐房山一梧桐沟石炭纪一二叠纪裂谷，在这些裂谷的局部地段，由于强烈的裂谷拉伸，出现了新生洋壳，形成了早石炭世红石山一百合山—蓬勃山、芨芨台子一小黄山、账房山为代表的红海型洋盆地质记录。如贾元琴等（2016）认为风雷山地区的白山组流纹岩具陆缘弧火山岩岩石地球化学特征，其是早石炭世红石山大洋向南俯冲于明水一旱山陆块之下，而在大陆边缘形成陆缘岩浆弧的产物，年龄测定显示该流纹岩形成在晚石炭世。

早、中二叠世，北山地区又迎来了新一轮的板内伸展阶段。形成了厚度巨大的海相火山岩或火山碎屑岩一碎屑岩一碳酸盐岩沉积建造。中二叠世末期，区内经历了大面积的构造抬升，形成了中晚二叠世间的不整合（图4）。晚二叠世时期，北山地区海陆格局发生重大变化，北山大部隆升为陆，发育大面积陆相火山岩，但局部仍有一部分残留洋盆，形成海相沉积。同时在北山北部沙林浩来一哈尔陶勒盖一带、玛瑙滩一带发生南北向局部拉张，形成近东西向展布的晚二叠世裂陷槽，裂陷槽内发育陆相中基性火山岩，形成一套杏仁状高钛玄武岩、安山玄武岩组合，偶可见绳状构造。

晚二叠世末期，北山地区完全结束海相裂谷、裂陷环境，发生造山作用，至此甘蒙北山及邻区进入统一的陆内演化阶段。

4.构造演化一沉积建造与成矿

古生代多期次的构造·岩浆活动促使了强烈成矿作用的发生，并形成系列矿产。其中古大陆裂解阶段形成的矿床系列有与黑色岩系有关的V-P-Mn-u一重晶石矿床成矿系列、与幔源基性侵入岩一喷出岩有关的Fe-V-Ti-Cu-Co-Ni矿床成矿系列、与蛇绿岩有关的Cu-Cr-Co-Ni-石棉一滑石一蛇纹岩矿床成矿系列；洋盆演化及洋陆转换阶段形成的矿床系列有与碰撞阶段花岗闪长岩或岛弧火山岩有关的Cu-Mo-Au-Pb-Zn-Fe矿床成矿系列、与加里东后期幔源基性超基性岩有关的Cu-Ni硫化物矿床成矿系列；板内伸展及裂谷盆地演化阶段形成与双峰式火山岩建造有关的Fe-Cu多金属矿床成矿系列、与中酸性火山一深成岩建造有关的Fe-Cu-Mo-Pb-Zn-Au-Ag-W-Sn-稀有金属矿床成矿系列、与海相火山一沉积作用有关的Fe-Co-Ni矿床成矿系列、与镁铁一超镁铁岩建造有关的Cu-Ni-Fe-Ti矿床成矿系列、与海相火山一沉积作用有关的Cu-Mn矿床成矿系列、与含矿流体在含炭质碎屑岩建造内成矿有关的Au多金属矿床成矿系列、与陆相火山岩建造有关的Au、Ag矿床成矿系列、与陆相基性岩有关的V-Ti-Fe-稀有稀土金属矿床成矿系列。

4.结论

综合众多前人研究可得出以下结论，北山大地构造演化可划分为古大陆裂解阶段（z一∈₂）、洋盆演化及洋陆转换阶段（∈₂一D₂）、板内伸展及裂谷盆地演化阶段（D₂-P₃），其中每一阶段又可划分为多个构造期，每一期又形成多个构造相。同时，不同构造阶段有与文相关的成矿系列。endprint