馬 帥, 周兆華, 陳世悅, 賈貝貝, 孫嬌鵬, 王志金, 侯少勇

(1.中國(guó)石油大學(xué)(華東)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,山東青島 266580; 2.中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院廊坊分院,河北廊坊 065007;3.中國(guó)石化勝利油田東勝公司,山東東營(yíng) 257100; 4.西北大學(xué)大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,陜西西安 710069)

新元古代冰川沉積是地球演化歷史中的重要地質(zhì)事件,在全球范圍內(nèi)廣泛發(fā)育[1]。Kirschvink[2]提出的“雪球地球”假說(shuō)使得新元古代冰川沉積成為地學(xué)界關(guān)注的熱點(diǎn)之一,此后Hoffman等[3]對(duì)該假說(shuō)進(jìn)行了多次補(bǔ)充與完善,而冰川事件所引發(fā)的一系列地球系統(tǒng)的變化,如新元古代冰室與溫室效應(yīng)、氣候及海洋變化、BIF鐵礦成因、大氣含氧量增加、碳酸鹽巖巖帽成因、冰川事件早期生物演化的影響及碳硫鍶同位素組成的特殊變化規(guī)律等掀起了眾多專家學(xué)者對(duì)新古代冰川沉積研究的熱潮。由于地層中缺少有利的冰川沉積對(duì)比標(biāo)志,因此對(duì)新元古代低緯度冰川事件的期次、起始及結(jié)束時(shí)限等問(wèn)題仍存在爭(zhēng)議。近年來(lái)基于對(duì)全球冰期等時(shí)性的認(rèn)識(shí),國(guó)際前寒武紀(jì)研究取得重大進(jìn)展,2003年國(guó)際地層委員會(huì)第16號(hào)通知中明確提出成冰系的年代學(xué)定義為以Sturtian冰期為起點(diǎn),以Marinoan的終止(635 Ma)為結(jié)束[4],2004年經(jīng)國(guó)際地科聯(lián)批準(zhǔn)將“新元古Ⅲ系”正式命名為埃迪卡拉系,與此同時(shí)成冰系與拉伸系之間GSSP的選定已提上日程[5]。國(guó)內(nèi)對(duì)新元古代冰川沉積研究開(kāi)始較早且獲得了豐碩成果[6],尤其是一部分學(xué)者將沉積地質(zhì)的定性認(rèn)識(shí)與年代學(xué)、地球化學(xué)的定量研究相結(jié)合[7-8],進(jìn)一步分析探討新元古代冰川事件的特征及期次等問(wèn)題,以期作為Rodinia超大陸裂解后板塊對(duì)比及親緣性的重要證據(jù)。有關(guān)柴達(dá)木盆地北緣(簡(jiǎn)稱柴北緣)地區(qū)冰川沉積的研究工作雖然落實(shí)了新元古代末期(晚震旦世)冰川事件(紅鐵溝組)的存在[9],但整體缺乏對(duì)該套冰成巖沉積特征的研究。筆者通過(guò)對(duì)柴北緣全吉地區(qū)新元古代地層的野外勘察及實(shí)測(cè),從巖石學(xué)及沉積學(xué)角度分析冰成巖的發(fā)育特征及沉積模式,探討冰川事件對(duì)柴北緣地區(qū)地層劃分與板塊對(duì)比的重要意義。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

全吉地區(qū)位于柴達(dá)木盆地北緣歐龍布魯克微地塊之上,地理位置處于青海省海西蒙古自治州大柴旦鎮(zhèn)以東約80 km處(圖1(a)),其變質(zhì)基底由古元古代德令哈雜巖、達(dá)肯大坂群及中元古代萬(wàn)東溝群組成[10]。新元古代沉積地層統(tǒng)成為全吉群,隸屬于柴北緣地層分區(qū),是柴北緣地區(qū)第一套穩(wěn)定型沉積蓋層,自下而上包括麻黃溝組、枯柏木組、石英梁組、紅藻山組、黑土坡組、紅鐵溝組以及皺節(jié)山組。底部麻黃溝組砂礫巖與下伏達(dá)肯大坂群變質(zhì)巖呈角度不整合接觸,接觸面上見(jiàn)明顯的風(fēng)化鋁土層及鐵質(zhì)層,該不整合面構(gòu)成了新元古界構(gòu)造層序的底界,同時(shí)也是Rodinia超大陸聚合在研究區(qū)的體現(xiàn)[11]。研究區(qū)全吉群出露于全吉山、石灰溝以及歐龍布魯克山等剖面(圖1(b)),而晚震旦世紅鐵溝組冰成巖出露于全吉山(西緣、東側(cè))及石灰溝(西部、東部)地區(qū),受新元古代末期構(gòu)造抬升作用影響,歐龍布魯克山地區(qū)紅藻山組以上地層均被剝蝕,未見(jiàn)冰成巖發(fā)育。

2 沉積充填特征

晉寧運(yùn)動(dòng)之后柴北緣地區(qū)構(gòu)造機(jī)制由擠壓轉(zhuǎn)為伸展,于歐龍布魯克微地塊南緣一帶形成裂陷槽,新元古代底部麻黃溝組開(kāi)始發(fā)育沖積扇相、扇三角洲相沉積,受控于裂陷槽持續(xù)擴(kuò)張及海侵加劇,枯柏木組—石英梁組以發(fā)育無(wú)障壁碎屑海岸為特點(diǎn),巖性以灰白色石英砂礫巖為主,砂礫巖厚度大、泥質(zhì)夾層不發(fā)育[10-14]。自紅藻山組早期開(kāi)始,隨著裂陷槽進(jìn)一步發(fā)展,其內(nèi)部出現(xiàn)洋殼,歐龍布魯克微地塊轉(zhuǎn)為洋盆邊緣向南傾斜的被動(dòng)大陸邊緣盆地,研究區(qū)古地理格局發(fā)生了改變,沉積了一套含冰成巖的潮坪白云巖沉積建造[12-14]。

圖1 柴北緣全吉地區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖Fig.1 Sketch geological map of Quanji area in the northern margin of Qaidam Basin

通過(guò)對(duì)全吉山及石灰溝地區(qū)新元古代地層剖面的野外觀察及實(shí)測(cè)工作(圖2(a)),分析紅藻山組—皺節(jié)山組地層序列及沉積相類型。紅藻山組建組于全吉山東側(cè)紅藻山,在全吉山及石灰溝剖面均發(fā)育較全,厚度為169.7～287.3 m。紅藻山組以發(fā)育厚層白云巖為特點(diǎn),底部見(jiàn)一套灰綠色中厚層塊狀玄武安山巖(圖2(b),),下部為灰紫色薄層凝灰質(zhì)細(xì)粉砂巖與灰白色—黃灰色泥晶白云巖互層(圖2(b),⑩ ～),發(fā)育波痕、干裂及巖鹽假晶等暴露構(gòu)造,代表了潮上—潮間帶沉積環(huán)境;上部為中—厚層塊狀含硅質(zhì)條帶白云巖(圖2(c))、疊層石白云巖(圖2(d))及礫屑白云巖(圖2(e)、(f))互層段(圖2(b),⑨),反映了強(qiáng)烈且動(dòng)蕩的水體環(huán)境,整體為一套潮坪沉積。紅藻山組白云巖自下而上砂質(zhì)、泥質(zhì)含量逐漸降低,單層厚度逐漸增大,其頂部的溶洞等古喀斯特現(xiàn)象指示紅藻山組晚期海水變淺直至暴露,總體表現(xiàn)為早期海侵、晚期海退的濱岸—淺海環(huán)境[10-14]。

黑土坡組僅出露于研究區(qū)全吉山地區(qū),以發(fā)育瀉湖相灰黑色薄層炭質(zhì)頁(yè)巖(圖2(g))、泥質(zhì)粉砂巖為特點(diǎn),炭質(zhì)含量較高,可見(jiàn)鐵質(zhì)結(jié)核及微古化石等,底部見(jiàn)薄層泥晶白云巖夾層(圖2(b),⑦～⑧),與下伏紅藻山組及上覆紅鐵溝組均為平行不整合接觸,在全吉山剖面厚度為123.5 m,在石灰溝東部地區(qū)整體缺失。紅鐵溝組為一套冰成巖層(圖2(b),⑥),與上覆皺節(jié)山組為整合接觸。該冰成巖層可分為上、下兩部分,下部為黃綠色、灰綠色(圖2(h))含冰磧礫石泥質(zhì)粉砂巖,厚度為17.3～75 m;上部為紫紅色、磚紅色含冰磧礫石粉砂巖夾紋泥層,厚度為11.2～35 m。紫紅色粉砂巖中巖鹽假晶的發(fā)育表明水體存在間歇性的暴露,而小型板狀交錯(cuò)層理及波痕的發(fā)育顯示沉積期具有一定的水動(dòng)力條件(圖2(i))。地層中發(fā)育豐富的冰磧礫石,從沉積相位置來(lái)看紅鐵溝組冰川沉積與正常潮坪沉積在海盆中位置一致。皺節(jié)山組底部發(fā)育一套厚度約為1.5 m含少量礫石的白云巖層(碳酸鹽巖巖帽)(圖2(b),⑤,圖2(j)),直接覆蓋于紅鐵溝組冰成巖之上,為冰期結(jié)束后,受海侵加劇的影響,研究區(qū)開(kāi)始恢復(fù)為溫暖氣候背景下的正常濱淺海沉積。皺節(jié)山組下部為一套紫紅色粉砂巖(圖2(b),④),上部為灰白色石英砂巖與藻白云巖、硅質(zhì)條帶白云巖互層(圖2(b),①～③,圖2(k)),整體厚度約為14.8～135 m,屬于潮坪沉積。黑土坡組—紅鐵溝組—皺節(jié)山組整體反映了自紅藻山組頂部平行不整合之后的又一次海進(jìn)過(guò)程[12-14]。

圖2 柴北緣新元古代全吉群地層特征及典型照片F(xiàn)ig.2 Stratigraphic features of Quanji Formation and typical pictures in the northern margin of Qaidam Basin

3 冰成巖沉積特征

Schoeman等[15]與Boulton等[16]對(duì)冰川環(huán)境的概念給出了明確的定義以及分類標(biāo)準(zhǔn),其中強(qiáng)調(diào)冰川沉積作用中主要的搬運(yùn)營(yíng)力為冰川冰及冰川消融水,在這兩種地質(zhì)營(yíng)力作用下形成的冰成巖可分為大陸冰川消融成因的冰磧巖以及與冰川相關(guān)的冰水混合沉積巖2種類型。從前述全吉群地層特征來(lái)看,研究區(qū)新元古代紅鐵溝組冰成巖為發(fā)育在濱岸潮坪附近與冰川冰及冰川消融水相關(guān)的事件沉積,并保留大量冰川沉積專屬地質(zhì)特征。

3.1 冰磧礫石特征

3.1.1 礫石成分、分選及磨圓

紅鐵溝組冰磧礫石成分主要為來(lái)自下伏紅藻山組的白云巖與硅質(zhì)巖(圖3(a)),可見(jiàn)少量來(lái)自黑土坡組及石英梁組的碎屑巖礫石,表明歐龍布魯克海盆在黑土坡組之后發(fā)生強(qiáng)制海退并接受冰川刨蝕。

圖3 柴北緣新元古代全吉群冰磧礫石典型特征Fig.3 Typical characteristics of glacier gravel of Quanji Formation in the northern margin of Qaidam Basin

礫石分選極差,粒徑尺寸懸殊(圖3(a)～(c)),最小者長(zhǎng)軸小于1 cm,一般為30 cm×20 cm,最大者可達(dá)1.2 m(圖3(b)),無(wú)疑為冰川漂礫。該套冰磧礫巖以雜基支撐,填隙物為灰綠色(圖3(d))及紫紅色(圖3(e))泥質(zhì)粉砂巖、泥巖,反映了冰川消融時(shí)期冰磧礫石與細(xì)碎屑巖同期快速卸載。由于冰川中的高壓狀態(tài)導(dǎo)致巖石碎屑不斷壓碎,且冰川冰作為一種特殊的黏滯流體,冰川中的碎屑相互接觸、摩擦的機(jī)會(huì)較小,限制磨圓作用的發(fā)生,因此冰磧礫石整體磨圓較差,以棱角狀—次棱角狀為主(圖3(d)、(e))。但仍可見(jiàn)部分礫石存在磨圓很好的現(xiàn)象(圖3(f)),其原因在于礫石在搬運(yùn)過(guò)程中所處的位置及受到的作用力不同。處于冰川底部較大的巖石碎屑,因在冰川搬運(yùn)過(guò)程中頻繁磨蝕而圓度較好;有些處于冰川內(nèi)部的極小碎屑,由于受到冰川內(nèi)部冰水混合流體(沿冰內(nèi)剪切面)的不斷沖刷、侵蝕,圓度逐漸變好;還有些處于冰前楔上較小的巖石碎屑,由于冰川運(yùn)動(dòng)過(guò)程中對(duì)下伏地層產(chǎn)生巨大刨蝕作用,冰前楔位置碎屑不斷增加、破碎、相互碰撞、摩擦,因此磨圓度也較好。

3.1.2 礫石形狀

研究區(qū)紅鐵溝組冰磧礫石形態(tài)多樣,可見(jiàn)菱形、倒三角形、斜方形、楔形、錐形等多種特殊形態(tài)(圖3(d)～(j)),而在全吉山、石灰溝等剖面中發(fā)育的多個(gè)熨斗形礫石被認(rèn)為是冰川作用下典型的冰磧礫石形態(tài)(圖3(k)),是冰川所特有的“優(yōu)先磨平作用”下的產(chǎn)物。由于處于冰川下部的底磧礫石位置較為固定,且有適應(yīng)滑動(dòng)面(冰床、剪切面)的趨勢(shì),因此表面趨于平整,形態(tài)逐漸變?yōu)槿呅戊俣肥?而這些礫石通常只發(fā)育一個(gè)磨平鏡面,少數(shù)存在多個(gè)鏡面[17]。

3.1.3 礫石表面特征

經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)代泥石流及冰川產(chǎn)物的多次調(diào)查及實(shí)驗(yàn)分析,明確冰川擦痕作為冰川作用的專屬指示標(biāo)志,并得到廣泛認(rèn)可。李吉均[17]認(rèn)為冰川所攜帶的巖石碎屑是沿冰床滑動(dòng),更主要的作用是改造冰床,而大規(guī)模的擦痕、刻槽以及冰溜面正是這種作用的直接產(chǎn)物。研究區(qū)紅鐵溝組冰磧礫石擦痕、鏡面及裂紋、裂口等冰川成因沉積構(gòu)造屢見(jiàn)不鮮(圖3(l)),擦痕多呈密集平行排列,一端刻痕略深,長(zhǎng)度為20～30 cm。這些礫石表面構(gòu)造的發(fā)育與巖石碎屑在冰川中的位置有關(guān),多為底磧礫石。剖面中還可見(jiàn)到發(fā)育多組裂縫且破碎嚴(yán)重的冰磧礫石(圖3(m)、(n)),反映冰川搬運(yùn)過(guò)程中強(qiáng)烈的磨蝕、擠壓作用,這種壓裂、扭裂構(gòu)造均可認(rèn)為是冰川作用的專屬構(gòu)造[18]。

3.2 冰成巖地層序列

根據(jù)冰磧礫石的表面形態(tài)、產(chǎn)狀及分布特征,研究區(qū)新元古代紅鐵溝組冰成巖又可分為冰底磧、消融磧以及冰海沉積物等不同的沉積類型,這些不同的沉積類型在垂向上的不同組合關(guān)系構(gòu)成了研究區(qū)不同剖面冰成巖地層序列的差異性。

研究區(qū)全吉山西緣采石場(chǎng)新元古代地層剖面中,紅鐵溝組冰成巖僅發(fā)育下部灰綠色—黃綠色含冰磧礫石泥質(zhì)粉砂巖層,厚度約為17.3 m(圖4(a)),其上被一套中薄層白云巖(碳酸鹽巖帽)直接覆蓋,而紫紅色冰成巖不發(fā)育(圖4(c))。冰底磧?yōu)橹苯佣逊e在下部的塊狀雜礫巖段,層底未見(jiàn)沖刷侵蝕,多數(shù)礫石富集層上下連續(xù)沉積,無(wú)沉積間斷,但橫向上不連續(xù),成堆混雜堆積(圖4(d)),磨圓與分選均較差,可見(jiàn)粒徑較大的冰川漂礫(圖4(e))。這類冰磧礫石中表面擦痕、磨蝕面較為發(fā)育,常見(jiàn)熨斗狀礫石,反映巖石碎屑在冰底磧位置較為固定,經(jīng)歷長(zhǎng)途搬運(yùn)磨蝕而成。向上則過(guò)渡為橫向上呈弱層狀或透鏡狀產(chǎn)出的塊狀冰磧礫巖(圖4(b)),屬于冰水消融磧。該類冰川沉積產(chǎn)物中冰磧礫石含量及粒徑較底磧均有所減小,含少量落石,為冰筏消融出來(lái)的礫石墜入灰綠色泥質(zhì)粉砂巖中、切穿早期紋層,然后繼續(xù)被正常海相紋泥覆蓋所形成(圖3(o));部分礫石略具定向性,其形成原因可能為局部氣候變化導(dǎo)致冰川有所消融,冰水混合作用對(duì)礫石產(chǎn)生改造,而透鏡狀礫巖可能為處于冰川前緣位置的水下消融磧堆積物或冰前水道充填。該剖面紋層發(fā)育的灰綠色泥質(zhì)粉砂巖應(yīng)屬于冰川消融早期冰前正常濱海相細(xì)碎屑巖沉積,消融的冰川對(duì)其影響不大,因此顏色偏還原色。

在全吉山東側(cè)出露點(diǎn),紅鐵溝組冰成巖產(chǎn)出狀態(tài)較采石場(chǎng)處剖面有所變化,下部為灰綠色含冰磧礫石泥質(zhì)粉砂巖層,厚度約為24.7 m;上部則發(fā)育紫紅色、磚紅色含冰磧礫石粉砂巖夾紋泥層,厚度約為11.2 m(圖4(f))。冰底磧僅在灰綠色巖段底部有所發(fā)育,橫向上分布散亂,分選、磨圓較差,未見(jiàn)粒徑較大的漂礫。冰水消融磧發(fā)育于灰綠色巖段中上部,由于融化水的改造作用增加使得成層性較好,單層厚度較薄,可見(jiàn)層理發(fā)育,與冰海沉積物共生。上部紫紅色含冰磧礫石的粉砂巖與紋泥層為冰海沉積,是冰川漂礫與細(xì)粒碎屑物質(zhì)同時(shí)大量、快速?gòu)谋ㄖ邢诔鰜?lái)所形成,由于冰筏所攜帶的碎屑物質(zhì)有所差異導(dǎo)致每一期消融后的落石分布極不均勻,平面上無(wú)規(guī)律,局部存在大量富集(圖4(g))。落石中普遍發(fā)育明顯 “下彎上繞”狀層理,該類墜石一直被認(rèn)為是冰海沉積的最直接證據(jù),攜帶大量巖石碎屑的冰筏搬運(yùn)至濱淺海附近發(fā)生融化,將礫石卸載于早期砂質(zhì)沉積物中,層理被壓彎,后期沉積物繞過(guò)礫石生長(zhǎng),形成這種獨(dú)特的冰海墜石構(gòu)造。紋泥層發(fā)育水平層理,紋層極薄,約為0.5～2 mm,鈣質(zhì)含量較高。紫紅色砂巖中冰磧礫石粒徑普遍較小,磨圓較下部底磧、消融磧好,呈次棱角—次圓狀。

圖4 柴北緣新元古代全吉群冰成巖地層序列Fig.4 Stratigraphic sequence of glacier rocks of Quanji Formation in the northern margin of Qaidam Basin

研究區(qū)石灰溝西部剖面中,紅鐵溝組冰成巖僅發(fā)育上部冰海相紫紅色含冰磧礫石粉砂巖夾紋泥層(圖4(h)),冰磧礫石呈薄層狀產(chǎn)出,粒度整體偏小,分選、磨圓較差。下伏黑土坡組地層整體缺失,紅鐵溝冰成巖段直接平行不整合覆蓋于紅藻山組之上(圖4(i))。在石灰溝東部出露點(diǎn),冰成巖層產(chǎn)出狀態(tài)顯著變化,上部為灰紫色冰成巖層,厚度約為35 m;下部冰成巖層則變?yōu)榛摇野咨?厚度約為73 m,總體大于108 m。

4 討 論

從前述對(duì)不同地區(qū)、不同類型冰川沉積特征的描述來(lái)看,紅鐵溝組冰成巖既保存了不規(guī)則礫石混雜堆積、弱層狀或透鏡狀冰磧礫巖等冰底磧、消融磧冰川沉積類型,同時(shí)也保留了墜石構(gòu)造等冰海沉積證據(jù)。由于冰成巖發(fā)育位置與正常潮坪沉積一致,說(shuō)明冰川作用整體屬于低海拔(圖5)。研究區(qū)自新元古代石英梁組時(shí)期碎顆粒粒徑、層厚明顯下降,碎屑物質(zhì)供給能力降低,紅藻山組—黑土坡組開(kāi)始發(fā)育白云巖—暗色泥巖的潮坪—瀉湖相沉積,完成了由砂礫質(zhì)碎屑海岸到低能混積海岸沉積體系的轉(zhuǎn)換。隨后受冰川活動(dòng)影響,相對(duì)海平面大幅下降,使得早期海相沉積物遭受冰川刨蝕,隨后冰川融化,冰川所攜帶的碎屑物質(zhì)發(fā)生卸載,標(biāo)志著新元古代晚期第二個(gè)沉積旋回的開(kāi)始。冰期結(jié)束后,研究區(qū)開(kāi)始恢復(fù)為溫暖氣候背景下的正常濱淺海沉積,受海侵加劇的影響,再次形成皺節(jié)山組濱淺海相碎屑巖—碳酸鹽巖沉積。

冰成巖礫石雜亂堆積、形態(tài)多樣及表面結(jié)構(gòu)是冰川搬運(yùn)過(guò)程中不斷地摩擦、擠壓、破碎而形成,這些冰成巖沉積構(gòu)造在研究區(qū)各出露點(diǎn)下部灰綠色層段中普遍發(fā)育,是冰川推進(jìn)到濱岸附近卸載堆積的結(jié)果。隨后冰川前楔進(jìn)入海盆之后,固體冰川對(duì)下伏沉積物產(chǎn)生侵蝕并同時(shí)發(fā)生消融,析出的碎屑物質(zhì)形成弱層狀或透鏡狀礫石條帶,反映冰川消融后沉積物原地或近原地的搬運(yùn)卸載。此外,部分冰體消融后破碎脫離冰蓋,形成冰筏向海漂浮推進(jìn),其所攜帶的漂礫及細(xì)碎屑物質(zhì)同時(shí)大量快速卸載,與海床上正常砂泥沉積混合,形成以墜石構(gòu)造為特點(diǎn)的冰海相沉積(圖5)。

圖5 全吉地區(qū)新元古代紅鐵溝組冰川沉積模式(據(jù)文獻(xiàn)[19],有修改)Fig.5 Neoproterozoic glacimarine sedimentary model in Quanji area(After citation [19],modified)

5 地質(zhì)意義

關(guān)于寒武系底界含磷層位與下伏全吉群的接觸關(guān)系,托素湖幅、懷頭他拉幅等青海省區(qū)域調(diào)查報(bào)告[20-21]均認(rèn)可全吉群與寒武系之間存在不整合接觸。在歐龍布魯克山剖面中,寒武系底部含磷礫巖層直接覆蓋于全吉群紅藻山組頂部白云巖之上,紅藻山組厚度僅為107～169 m,并且白云巖頂部發(fā)育的古巖溶也證實(shí)該期沉積間斷、沉積物暴露事件的存在。但在全吉山剖面紅藻山組燧石條帶白云巖之上仍完整保存了黑土坡組、紅鐵溝組以及皺節(jié)山組,紅藻山組厚度大于280 m,這說(shuō)明寒武系與全吉群之間實(shí)際為一區(qū)域性不整合接觸,同時(shí)反映了區(qū)域性水平向擠壓作用下的差異抬升-剝蝕作用(圖6)。而石灰溝剖面僅僅黑土坡組的缺失以及研究區(qū)紅鐵溝組冰成巖短距離內(nèi)(幾百米至幾十公里)厚度的巨大變化(十幾米至上百米),為研究區(qū)新元古代地層劃分與對(duì)比提出了新的可能性。

新元古代末期(580～540 Ma),柴達(dá)木地塊與歐龍布魯克微地塊開(kāi)始靠攏,柴北緣洋殼自南向北俯沖于歐龍布魯克微地塊之下,并于其南緣形成灘間山大陸邊緣弧,歐龍布魯克微地塊南緣由被動(dòng)大陸邊緣轉(zhuǎn)化為具弧后伸展性質(zhì)的盆地類型,該時(shí)期伸展-擠壓的轉(zhuǎn)換事件造成歐龍布魯克微地塊的差異抬升[11-14,20-21]。最近,王勛[10]在全吉山、石灰溝等地取得了重要進(jìn)展,發(fā)現(xiàn)全吉山剖面中紅藻山組白云巖頂部發(fā)育含鐵溶洞,在黑土坡組炭質(zhì)頁(yè)巖中見(jiàn)強(qiáng)烈的變形構(gòu)造,認(rèn)為紅藻山組與黑土坡之間存在風(fēng)化殼,紅鐵溝組與黑土坡組之間存在較為隱蔽的侵蝕平行不整合。因此根據(jù)全吉群在不同剖面的出露情況及區(qū)域?qū)Ρ?結(jié)合前人的研究情況,本次研究認(rèn)為黑土坡組與下伏紅藻山組白云巖及上覆紅鐵溝組冰成巖之間各存在一個(gè)不整合面的觀點(diǎn)是可信的,新元古代末期研究區(qū)至少發(fā)育兩期大規(guī)模構(gòu)造運(yùn)動(dòng),黑土坡組、紅鐵溝組及皺節(jié)山組不同程度的剝蝕是新元古代末期柴北緣洋盆向北俯沖造成的擠壓-剝蝕以及弧后伸展導(dǎo)致的盆地再次沉降-接受沉積轉(zhuǎn)換的直接體現(xiàn)。

黑土坡組上、下不整合面在不同剖面所代表的時(shí)間缺失及剝蝕程度也不盡相同。從同位素年齡來(lái)看,全吉山剖面紅藻山組頂部年齡為600±20 Ma,紅鐵溝組冰磧礫巖膠結(jié)物Rb-Sr等時(shí)線年齡為575 Ma[12],孫崇仁[13]及王云山等[14]給出的全吉山剖面黑土坡組炭質(zhì)頁(yè)巖的Rb-Sr等時(shí)線年齡為590±26 Ma,寒武系底部含磷礫巖層作為這一區(qū)域地質(zhì)事件在柴北緣的體現(xiàn),認(rèn)為其底界年齡大致為520 Ma[22]。結(jié)合前述地層對(duì)比來(lái)看,全吉山地區(qū)受構(gòu)造活動(dòng)影響小,不整合面所代表的沉積間斷較短,抬升-剝蝕及沉降幅度較小,紅藻山組、黑土坡組均保留了較大厚度的沉積,而紅鐵溝組冰成巖沉積厚度較小。石灰溝地區(qū)構(gòu)造活動(dòng)較全吉山地區(qū)強(qiáng)烈,紅藻山組沉積后發(fā)生構(gòu)造抬升,地層遭受剝蝕,隨之沉降沉積了黑土坡組,此后發(fā)生更強(qiáng)烈、持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)的構(gòu)造運(yùn)動(dòng),導(dǎo)致黑土坡組全部及部分紅藻山組地層再次遭受剝蝕,因此紅藻山組地層厚度小于170 m,整體沉積間斷大致在620～580 Ma。由于柴北緣古洋盆在不晚于早寒武世初期時(shí)已開(kāi)始俯沖消減,這意味著柴北緣洋擴(kuò)張與消減轉(zhuǎn)換時(shí)限約為575～540 Ma[11],即紅鐵溝組時(shí)期的冰成巖可能為盆地伸展階段的斜坡相沉積,因此石灰溝東側(cè)剖面中上百米的厚層冰成巖沉積代表了弧后擴(kuò)張階段大幅構(gòu)造沉降下的沉積產(chǎn)物。歐龍布魯克山地區(qū)為構(gòu)造運(yùn)動(dòng)最為強(qiáng)烈的地區(qū),黑土坡組、紅鐵溝組以及皺節(jié)山組全部剝蝕,沉積間斷大致在600～520 Ma。

通過(guò)年代學(xué)證據(jù)的初步對(duì)比以及碳酸鹽巖巖帽的伴生確定紅鐵溝組冰成巖為震旦紀(jì)全球性冰川事件——Gaskiers冰期的產(chǎn)物[22]。新元古代時(shí)期,歐龍布魯克微地塊處于赤道附近,古緯度約為0.4°[23],說(shuō)明紅鐵溝組冰川沉積到達(dá)過(guò)低緯度地區(qū)。圍繞著研究區(qū)晉寧運(yùn)動(dòng)以來(lái)的板塊構(gòu)造演化及新元古代板塊親緣性的對(duì)比問(wèn)題,前人已取得重大進(jìn)展[24],有學(xué)者將紅鐵溝組與華南的南沱冰期層對(duì)比[25],忽略了冰川事件的多期性及差異性,因此以冰成巖為標(biāo)志進(jìn)行板塊親緣性對(duì)比時(shí)需要謹(jǐn)慎。從現(xiàn)有資料來(lái)看,應(yīng)將其與華北南緣羅圈組及塔里木漢格爾喬克組冰成巖層對(duì)比。

圖6 柴北緣新元古代紅藻山組—皺節(jié)山組地層對(duì)比及沉積演化模式Fig.6 Stratigraphic correlation and sedimentary evolution model of Hongzaoshan—Zhoujieshan Formation in the northern margin of Qaidam Basin

6 結(jié) 論

(1)研究區(qū)新元古代全吉群紅鐵溝組發(fā)育冰川沉積,冰成巖層可分為上、下兩部分,下部為黃綠色、灰綠色含冰磧礫石泥質(zhì)粉砂巖,上部為紫紅色、磚紅色含冰磧礫石粉砂巖夾紋泥層,從沉積相位置來(lái)看紅鐵溝組冰川沉積與正常潮坪沉積在海盆中位置一致。

(2)冰成巖地層序列中保留了冰底磧、消融磧以及冰海沉積等不同的沉積類型,其中冰底磧以發(fā)育混雜堆積的冰磧礫石為特征,礫石分選、磨圓均較差,形態(tài)多樣,表面具磨平面;消融磧受冰川融水改造作用呈弱層狀或透鏡狀產(chǎn)出;冰海沉積為冰川漂礫與細(xì)粒碎屑物質(zhì)同時(shí)大量、快速?gòu)谋ㄖ邢诔鰜?lái)所形成,落石含量極高,發(fā)育“下彎上繞”狀層理。

(3)紅鐵溝組冰成巖橫向上厚度變化極大,通過(guò)地層對(duì)比,認(rèn)為其下伏黑土坡組上、下各存在一個(gè)不整合面,新元古代末期研究區(qū)至少發(fā)育兩期大規(guī)模構(gòu)造運(yùn)動(dòng),黑土坡組、紅鐵溝組及皺節(jié)山組不同程度的剝蝕是新元古代末期柴北緣洋盆向北俯沖造成的擠壓-剝蝕以及弧后伸展導(dǎo)致的盆地再次沉降——接受沉積轉(zhuǎn)換的直接體現(xiàn)。