豫西变质核杂岩形成的时代问题

Question

如题所述

Answer 1

豫西的三个变质核杂岩何时隆升于地表，是豫西区域构造及区域成矿作用研究中最有争议的问题。如前所述，豫西变质核杂岩是伸展拆离阶段形成的，其中早期

变形阶段形成边缘剪切带的构造岩，其形成时代即应为

变形阶段的时代。而北美科迪勒拉型变质核杂岩的研究结果表明，伸展拆离剪切作用是快速的，在时间间隔很短的情况下（约1～2 Ma）发生。因此

变形阶段糜棱岩形成时代的确定应当基本上解决核杂岩的形成时代问题。我们以小秦岭变质核杂岩为重点进行研究，所测定的两个样品均采自小秦岭核杂岩的边缘剪切带。在小秦岭变质核杂岩周缘，沿拆离断层呈带状分布的闪长岩侵入体，构造分析表明这些岩体为伸展拆离的同期产物，这种现象在小秦岭东南翼的周家山表现得最为明显（图5-58）。在该剖面上，闪长岩体侵入于糜棱状岩带（糜棱状片麻岩夹糜棱状花岗岩）中，对糜棱面理产生影响，使面理在岩体边界上随岩体边界发生隆起。但闪长岩体边部也形成糜棱岩化，岩体内部则形成较窄的弥散状糜棱岩带，糜棱岩化的闪长岩内面理和线理与围岩中的糜棱面理和线理产状一致。由此可见，该岩体应为与糜棱状岩带同期形成，更确切地说应是形成于伸展拆离剪切带活动的晚期。

图5-58　周家山闪长岩体与糜棱状岩带的关系

（据张进江，1998）

为确定闪长岩的年龄，对岩体岩石样品中的黑云母进行了³⁹Ar-⁴⁰Ar坪年龄和等时年龄以及K-Ar年龄的测定。其中³⁹Ar-⁴⁰Ar的测试参数列于表5-15，坪年龄及全熔年龄见图5-59,³⁹Ar-⁴⁰Ar等时年龄见图5-60,K-Ar年龄数据列于表5-16。

表5-15　周家山闪长岩黑云母39Ar-40Ar坪年龄参数

图5-59　周家山闪长岩黑云母³⁹Ar-⁴⁰Ar坪年龄

样品黑云母Vg:6325～6334;X_min=0;X_max=3200;Y_min=0;Y_max=18000；全熔年龄Tf=(124.55±2.49)Ma；坪年龄T_p=(124.72±2.94)Ma。测试单位为中国科学院广州地球化学研究所

表5-16　周家山闪长岩黑云母K-Ar稀释法年龄数据

图5-60　周家山闪长岩黑云母³⁹Ar-⁴⁰Ar等时线年龄

样品 黑云母 Vg=6325～6334；点数：10；斜率B=5.3304；初始值Aro=219.6；校正参数 R=0.9999；等时线年龄：（127.07±2.54)Ma

测试单位为中国科学院广州地球化学研究所

虽然³⁹Ar-⁴⁰Ar等时线年龄测定中⁴⁰Ar-³⁶Ar初始比值较低，表示有⁴⁰Ar的丢失，但等时线性关系很好，说明各点的丢失均匀，等时线斜率所反映的年龄还是可靠的。³9Ar-⁴0Ar等时线年龄为（127.07±2.54)Ma，坪年龄为（124.72±2.49)Ma，两者大体一致，坪年龄较小可能是⁴⁰Ar的丢失所致。故此周家山闪长岩侵位冷却年龄应在127 Ma左右，即拆离断层在127Ma左右时已经处于活动阶段，更确切地说已处于活动的晚期。

张进江（1998）用³⁹Ar-⁴⁰Ar年龄测定方法根据华山岩体与拆离断层的构造关系和岩体年龄，确定了小秦岭拆离断层活动的时间上限。华山岩体呈多单元侵位，其早期单元（年龄为162 Ma）仅呈很薄的壳状不完全连续包络于岩体边部，并在柴厂处被拆离断层改造形成糜棱状岩石（图5-61）。该岩体的主体由后期单元组成，从后期单元分支出的岩脉侵位于拆离断层糜棱状岩带中而未糜棱岩化，但被后期垮塌伸展的退化变质糜棱岩带切割成多米诺状。所以这些岩脉侵位时拆离断层已停止活动，其侵位年龄应是拆离断层活动时间的上限。

图5-61　华山岩体及其岩脉与拆离断层的关系

利用岩脉中的黑云母进行³⁹Ar-⁴⁰Ar年龄测定，所测数据及年龄分析结果见表5-17和图5-62。其中主坪年龄为（123.9±0.9)Ma，另有一个反映后期热事件的次级坪年龄为（71.9±3.3)Ma。等时线年龄为（123.2±1.8)Ma，与坪年龄基本一致，其初始值（图5-62小图中的A）正常，年龄较可靠。因此，张进江认为NWW-SEE拆离伸展活动结束于123Ma左右，内部后期垮塌伸展开始于其后。

表5-17　华山花岗岩脉黑云母³⁹Ar-⁴⁰Ar坪年龄参数

以上的两个年龄数据结果十分相近，仅凭这两个年龄数据，似乎NWW-SEE向拆离伸展活动的时代问题已经完美地解决。同时张进江对采自

变形阶段的退化变质糜棱岩中的绢云母样品进行了K-Ar年代测试，其表面年龄主要集中在85.2～120 Ma，对同一构造带的4个年龄值进行等时线分析，其初始比A0=-66.7，等时线斜率β＝7.01×10^-3，拟合度γ＝0.994，等时线年龄值为116Ma，从而得出变质核杂岩内部的垮塌伸展发生于116 Ma±。鉴于小秦岭东南缘的灵宝盆地在古近纪早期才出现太古宙片麻岩的砾石，因此张进江认为小秦岭变质核杂岩历经了123Ma之前的伸展拆离剪切、123Ma之后的垮塌伸展，直至早古近纪时核部才出露于地表。

图5-62　华山花岗质岩脉的³⁹Ar-⁴⁰Ar年龄测定结果

A—坪年龄；B—等时线年龄

当我们将上述结论与野外宏观的地质现象进行分析时，发现二者之间存在如下一些矛盾。

A.在小秦岭东南侧五亩—项城一带的灵宝盆地之中，沉积了以紫红色砂砾岩层为主的南朝组及以灰绿色、黄绿色、杂色泥岩为主夹泥灰岩、砾岩层的项城组。南朝组中由于发现了巨型瑶屯恐龙蛋化石（Macroolithues yaotunensis）及其他晚白垩世动植物化石，时代已得到确认；项城组中亦发现介形虫、腹足类、植物和孢粉化石，其时代已确定为古新世—始新世。以上两套地层虽相距甚近但野外未见到直接接触关系，由南朝组以陡倾角向SE倾斜而项城组以缓倾角向SE倾斜判断，二者之间应为不整合接触。

对南朝组砾岩的砾石成分研究表明，砾石以熊耳群火山岩为主，少部分来自官道口群的白云岩、石英岩、板岩，极少数砾石为寒武系鲕状灰岩及其他碳酸盐岩砾石，砾岩层中从未发现太古宙片麻岩砾石，从而表明晚白垩世南朝组沉积时期，太古宙片麻岩地体尚未出露于地表；项城组中的砾岩层很少，但为数不多的砾岩层中见到大量的各类片麻岩及花岗岩的砾石及长石砂岩碎屑，张进江在其中找到微角砾岩的砾石，因此小秦岭变质核杂岩核部隆升于地表应早于古近纪初期及晚于晚白垩世南朝组沉积。而据河南地研所近年来一直研究恐龙蛋化石的王德有同志面告，瑶屯恐龙蛋在河南出现在上白垩统靠上的层位，由此则小秦岭变质核杂岩隆升于地表的时间应较晚。为此必须采用有别于北美变质核杂岩一次隆升至地表的模式，而不得不采用两段隆升模式，即早白垩世早期发生拆离伸展，随后由于核杂岩的隆升发生伸展垮塌作用，而再经过约50Ma±才又一次出露到地表，显然其间时间跨度太长。

B.南朝组处于拆离断层上盘，在灵宝周家山至王义沟一带南朝组紫红色砂砾岩层沿拆离断层外缘呈陡倾斜断续出露，但接触部位被残积坡物覆盖。1995年6月郑亚东教授分别在灵宝周家山后沟及王义沟挖开残坡积物，在南朝组与拆离断层面分界处发现了断层泥。周家山后沟见厚约20cm的断层泥（包括断层角砾），呈黑色、绿色，具层纹状且保存擦痕，断层泥产状为120°∠21°，而拆离断层下部有厚约5m的由绿泥石碎裂岩破碎而成的疏松角砾岩，其下部为绿泥石化碎裂岩。在王义沟西沟的山坡上，南朝组红色砂砾岩层与拆离断层之间亦见到绿色断层泥（图5-63），其下部为边缘剪切带的构造岩。同样的现象也见于熊耳山变质核杂岩拆离断层边缘（图5-44），这里覆于拆离断层之上的红层虽然未发现恐龙蛋化石，但其时代最老不可能早于晚白垩世。以上现象表明伸展拆离剪切带活动结束时间应在上述红层沉积之后，与前述结论相悖。

图5-63　王义沟西沟构造剖面图

①晚白垩世红层；②拆离断层及紧靠断面的断层泥；③绿泥石化碎裂岩；④糜棱岩

C.豫西的三个变质核杂岩中，大量出现深成花岗岩体，其中熊耳山的花山岩体、金山庙岩体、小秦岭的华山岩体、娘娘岩体等处于变质核杂岩边缘处均受到拆离断层影响或发生糜棱岩化，或在拆离断层之下出现绿泥石角砾岩，但上述岩体形成时代争议较大，前面我们已罗列了各个岩体用不同的方法测定的年代数据，黄萱（1991）、朱铭（1995）曾公布一批小秦岭核杂岩内部花岗岩体的³⁹Ar-⁴⁰Ar年龄数据，如华山岩体为（106.6±1)Ma、蓝田岩体为（96.59±0.68)Ma，张家坪岩体为（194.7±3.0)Ma。以上岩体中，华山岩体Rb-Sr年龄为163Ma，但由地质科学院张宗清先生精心挑选的浅色锆石测出的U-Pb年龄值却为100Ma。以上岩体中张家坪岩体及河南境内的桂家峪岩体属元古代A型花岗岩已无争论，但其他岩体同位素年龄数据均出现偏差较大的现象，在问题未解决之前仅利用个别年龄数值得出的结论难以被公众接受。

朱铭曾鉴于秦岭地区花岗岩体的K-Ar表面年龄分散，重新对前人测定的K-Ar年龄数值用⁴⁰Ar/³⁶Ar-⁴⁰K/³⁶Ar等时线图处理，表明分散的表面年龄在等时线图中有良好的线性关系，确定小秦岭核杂岩内的几个花岗岩体K-Ar等时线年龄值如下：华山岩体为95.59 Ma，老牛山岩体为95.54Ma，牧护关岩体为115Ma及120Ma；以上年龄数据的意义如何有待研究。综上所述，豫西变质核杂岩中各种岩体的年代学数据是分别于不同时间、由不同的实验室用不同的方法测定的，矛盾很多，用来确定核杂岩形成时代尚感困难。

以上叙述表明，豫西的变质核杂岩的年代学研究程度偏低，需要做进一步研究。

张进江博士（1998）根据测定的年代学数据及小秦岭核杂岩早期NWW-SEE的伸展拆离方向平行于造山带（实际上小秦岭所在的西部地区造山带走向近东西，二者之间有一定交角），认为小秦岭变质核杂岩早期属于与东秦岭造山阶段同期的同造山伸展（135～124 Ma）。鉴于宏观地质现象显示小秦岭核杂岩早期的伸展可能发生在晚白垩世晚期至古近纪早期，因此是否能够换一种思维方法，即鉴于后造山阶段广泛出现走滑断层，是否有可能在大的走滑背景下局部出现近东西向的伸展走廊及其中呈雁行状排列的NE向盆地和山岭？