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豫西中元古界小沟背组和云梦山组沉积相与古地理分析

李文超

豫西中元古界小沟背组和云梦山组沉积相与古地理分析

李文超1
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作者信息

  • 1. 中国地质大学(武汉)
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摘要

恢复和重建地球的演化史是地球科学研究的基本任务之一。地质历史时期的沉积作用及其空间分异是地球演化史的重要内容。沉积学和古地理学在地球科学中占据相当关键的位置。沉积相和古地理分析研究以现代地质学理论为指导,结合岩石学、地层学、大地构造学、地球化学及地貌学等学科研究手段,研究地质历史时期的沉积物的来源、沉积条件、沉积环境、沉积作用及其相互关系,再造当时的海陆分布、自然地理和气候特征等。 古元古代末期的吕梁运动使古元古代早期裂解的古华北板块被重新“焊接”起来,形成统一的华北古陆块。中、新元古代,华北板块发育了陆内三叉裂谷及边缘裂陷槽,华北大陆南缘进入拉张裂陷—边缘破裂—沉积充填的陆壳扩大增生和微型地块(或岛弧)形成阶段,并最终完成向成熟硅铝壳大陆的演化过程。华北南缘保存有较完整的中元古代地层,是认识华北南缘中元古代构造演化的重要地区。然而对于该套地层中沉积物的来源、沉积环境、沉积作用及其相互关系,当时的海陆分布范围等细节的认识稍显不足。论文以豫西渑池县中元古界小沟背组、云梦山组陆源碎屑岩为研究对象,通过详实的野外调查,采用沉积学古流、碎屑岩碎屑骨架颗粒统计、砂岩地球化学和碎屑锆石年代学等分析手段,研究了豫西渑池县小沟背组、云梦山组的沉积环境、物质来源,并结合区域资料讨论了中元古代华北南缘的古地理。 豫西中元古界小沟背组和云梦山组沉积相与古地理研究表明: (1)豫西中元古代存在陆地和海洋两个一级古地理单元。陆地上既存在剥蚀区,还发育有冲积扇、河流等陆相沉积区。在海域中,有滨海和浅海两个二级古地理单元。豫西中元古代裂谷火山岩系熊耳群形成后,经历了一定长时期的间断和剥蚀。一些地方为古陆剥蚀区,而另一些地区则发育了小沟背组冲积扇、河流沉积。其后,随着南方秦岭洋的海水的向北侵入,华北古陆在其外围形成云梦山组前滨-临滨沉积。 (2)根据其沉积相标志可以把小沟背组和云梦山组分为四个沉积相类型:a、冲积扇相仅发育在小沟背组下部。小沟背组下伏地层为熊耳群安山岩,接触处可见古风化壳和古侵蚀面。小沟背组呈扇形分布,古流向呈辐射状。主要为复成份杂砾岩及砂砾岩,向上逐渐夹砂岩。砾岩成分复杂,分选差,呈棱角状或次棱角状,局部呈迭瓦状排列,并见有粒序层理。砾岩一般呈块状。自下而上构成由粗变细的序列。b、辫状河流相发育在小沟背组中、上部。由分选相对较好、颗粒支撑的复成份砾岩和含砾粗砂岩组成多个沉积旋回,底部与下伏旋回层之间为明显的冲刷面,向上为含砾长石石英砂岩,发育槽状、板状及楔状交错层理。c、辨状河三角洲相仅发育云梦山组底部。云梦山组与下伏熊耳群的接触界面凸凹不平,有古风化壳存在,云梦山组底部为复成分砾岩、含砾粗砂岩等,厚50m左右,砾石成分主要为脉石英和熊耳群火山岩,沉积构造发育有大型板状、槽状、楔状交错层理,属于辨状河三角洲河道沉积。内部发育有数十公分大的棱角状的同沉积泥砾,可能为分支河道间泥质沉积向河道中垮塌的产物,变形层理指示的古坡向为由北向南逐渐变低。d、海岸环境中的临滨、前滨相广泛发育在云梦山组。云梦山组其下部为过渡带或下临滨的薄层状粉砂岩、泥质粉砂岩或细砂岩,仅见水平层理、波状层理和小型交错层理。中部为上临滨多为中粗粒石英砂岩,发育大型板状交错层理、楔状交错层理及平行层理。偶尔也可见到冲洗交错层理和浪成对称或不对称波痕。 (3)据赵太平[57]等运用SHRIMP U-Pb方法对熊耳群火山岩和同期的次火山岩-侵入岩锆石进行了精确定年,确定熊耳群形成于1.80Ga~1.75 Ga;最近苏文博[40]等对华北克拉通南缘河南汝州阳坡村附近洛裕群洛峪口组中部层凝灰岩夹层开展了锆石U-Pb同位素年代学研究,通过LA-MC-ICMPS方法获得了1611±8Ma高精度年龄。从而限定了小沟背组和云梦山组的沉积年限介于1750Ma-1600Ma。 (4)云梦山组古流交错层理倾向玫瑰花图与周洪瑞、黄秀等[60]统计结果基本一致。云梦山组的古流向两者主体特征都是南北向为主。小沟背组由于是最近在区域地质调查过程中命名的新组,该地区该组古水流研究尚属首例。在统计的31个数据中没有发现交错层理倾向向北的,基本介于SE120°-SW240°之间,表明其古流向应该为由北向南。根据古流向分析:小沟背组与云梦山组物源来自于东北部的华北古陆,物源方向由北东向南西。 (5)对剖面中的中细粒砂岩样品(小沟背组6件,云梦山组14件),采用碎屑成分(颗粒主要包括单晶石英(Qm)、多晶石英(Qp)、长石(F)、沉积岩屑(L))计点统计(>200个)表明小沟背组为大陆克拉通内部的沉积,但具有岛弧的性质;云梦山组为大陆克拉通内部的沉积。小沟背组两个常量元素样品全都投入大陆岛弧区。小沟背组为大陆岛弧背景下的沉积。因而,豫西中元古界小沟背组和云梦山组为具有岛弧火山岩性质的大陆裂谷背景沉积。 (6)测试的样品锆石年龄表现为2800Ma-2400Ma和2000Ma-1800Ma两个峰值、少量年龄在3200Ma左右。结合区域构造演化:2800Ma-2400Ma期间的热事件在华北板块中部中央造山带大量存在;2000Ma-1800Ma期间的热事件可能与西部板块孔兹岩带、华北东西部板块拼合有关。另外,大于3.0Ga的岩石及碎屑目前大多发现于华北。最年轻的年龄为1831Ma,熊耳群的其岩浆作用时限1800Ma-1750Ma。所以,豫西中元古界小沟背组和云梦山组的碎屑物质不具有熊耳群的物质,豫西中元古界小沟背组和云梦山组的碎屑物质可能主要来自华北板块。

关键词

中元古代/沉积相/碎屑锆石/古地理分析/大地构造

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授予学位

硕士

学科专业

地质工程

导师

徐亚军/黄志强

学位年度

2013

学位授予单位

中国地质大学(武汉)

语种

中文

中图分类号

P5
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