探索新疆发现古陆核和大陆增生的秘密
一般认为,在38亿年前,地球还没有形成足够稳定的硅铝壳构造环境。这种认识源于理论推断和与月球的比较。地球和月球都形成于大约46亿年或45亿年前。它们是由星际尘埃的冷却和凝结形成的。后来由于重力势能和放射性热能的释放,经历了全部或部分熔融,原始地壳出现在42亿年前左右。由于小行星和陨石的撞击,在月球形成的最初几亿年里,外部被完全融化了数百公里(深)。大约42亿年前,当外壳冷却下来时,撞击继续使其表面布满陨石坑。在37亿至35亿年间,由于放射性元素的衰变,玄武岩浆在200公里深处大规模熔融,向上溢出填满陨石坑,从而形成了今天观测到的月海玄武岩。因为39亿年后陨石对月球的撞击率迅速下降,上述作用形成的月球外壳才能保存至今。推测地球前期经历了类似的过程,但后期的地质作用破坏了早期的遗产。
无论地球如何冷凝,原始地壳应该是像月球一样的硅质镁地壳,原始硅质铝地壳直到大约38亿年前才被保存下来。一般认为元古代(25亿年)是古陆核形成时期。此后,地壳既表现为围绕古陆核的边缘增生,又表现为穿插改造,即相当一部分新陆缘来自古陆核的改造重组。
2.新疆古陆核的发现
新疆古陆核的形成也是在25亿年前。瑞典和芬兰的太古宙造山运动(25亿年前)被称为斯维克芬运动,一般认为泛大陆I形成于这一造山运动之后。大致和王宏镇院士(1990)提出的第一个泛大陆形成于25亿年前差不多。东北鞍山群下的铁家山花岗岩不整合年龄为29.7亿年,东鞍山花岗岩年龄约为29.9亿年。在新疆库鲁克塔格青格尔以南地区,在太古宙灰色片麻岩中发现了28.5亿年的肉红色片麻岩状云母花岗岩,认为这一28亿年的数据可能是该地区太古宙(25亿年前)地质历史中区域变质作用的最早记录。这些发生在新太古代(28亿~ 25亿年)的构造-热事件进一步固结了太古代地层,形成了地壳中最古老的大陆核。后来卢松年等人在阿尔金山发现了36亿年前左右的岩浆活动,这些都是新疆古陆核形成的证据。
3.古陆核的增殖——原始古陆的形成。
在古陆核周围,地壳不断增殖扩张,发展成为原始古陆。
地壳运动的基本概念。物质总是在不断运动,没有不运动的物质,也没有不运动的物质。地壳也是如此,一直在运动,有破坏,有增殖,有发展,有时剧烈(突变),有时缓慢(渐变)。这种运动被称为地壳运动。广义上是指地壳中物质的一切物理化学运动,包括地壳的变形、变质和岩浆活动;狭义上主要是地壳隆起、凹陷、各种构造变形(褶皱、断层等)的形成。)和地球内力引起的岩浆活动。地质学家常把地壳运动的剧烈(突变)时期称为构造运动,也有学者把这一事件称为构造-热事件。
新疆原始古陆的形成。从新太古代(28亿~ 25亿年)到古元古代(25亿~ 1.8亿年),中国发生过多次地壳突变,如25亿年的阜平运动、24亿年的五台运动、1.8亿年的中条山(吕梁)运动,并伴有相应的岩浆侵入,如五台运动中的钾。新疆库鲁克塔格地区的蓝色石英片麻状斜长花岗岩和石英闪长岩的年龄为24.87亿年,似乎与阜平和五台运动相当。新疆称青格尔运动时,元古界地层不整合覆盖在太古宙地层之上,古陆核进一步固结、增殖、扩张,逐渐发展为原始陆。
地质学家们在极其艰苦的环境中,一次又一次地探访、探索、追寻着远离我们很久的新疆的面貌。在茫茫大漠群山中,在纷繁复杂、支离破碎的地质遗迹中,寻找能反映新疆昔日面貌的线索。他们终于有了新的发现,初步确认在元古代(654.38+0.8亿~ 25亿年),新疆发生过两次重要的变质作用和地壳增生事件,一次发生在22亿~ 23亿年,证据是阔克苏地区元古代花岗岩的Sm-Nd模式年龄大多在22亿~ 23亿年之间,表明发生过壳幔分异事件。另一次发生在20亿年至654.38+0.8亿年之间,有较大的区域变质作用。该区片麻岩的Rb-Sr等时线年龄为20亿-654.38+0.8亿年,锆石U-Pb年龄为20.76-5438+0亿年,灰色片麻岩的Rb-Sr等时线年龄为20亿-654.38+0.8亿年,可以证实这一结论。后来九五期间国家305项目在侵入托格拉克布拉克杂岩的宏伟庄花岗片麻岩中获得的约654.38+0.9亿年的U-Pb年龄也支持了上述结论。这些反映了在古元古代(25亿~ 654.38+0.8亿年),地壳持续增生,发展成为原始古陆。由于太古宙-元古代经历了漫长的地质历史和强烈的构造变动,原始构造已基本消失。综合这些零散的信息,只能推断所谓的原始古陆可能是泛大陆I的一部分,是新疆大陆的一个古基底。
4.原始古土地的开裂
所谓“久分必合,久分必合”,可能是物质运动的一种表现。
新疆的这些古老原始的古陆块,很多又一次被浩瀚的大海淹没。地质学家在伊犁-赛里木地块发现了一套由石灰岩、碳酸镁和含叠层石化石的单大陆碎屑组成的中元古代-新元古代稳定沉积,覆盖了元古代的变质基底,可称为被海水淹没的古陆。根据叠层石化石和岩性特征分析,属于滨海-浅海环境沉积。新疆很多地方都发现了类似的情况,证明当时的新疆是汪洋一片。虽然它们现在已经消失得无影无踪,但地质历史的遗迹却为它们留下了铁一般的证据。另一类是主动沉积,反映古代陆地被完全撕裂,形成海洋。地质学家把一套代表海洋环境的特殊岩石组合称为蛇绿岩套。虽然这些曾经以千千米甚至更宽划分陆地的海洋已经消失,但人们总是可以通过海洋灭绝留下的蛇绿岩或蛇绿岩混杂岩的碎片来追溯它们的出现。
中元古代(654.38+0.8亿~ 654.38+0亿年前)新疆大陆多处开裂,部分由裂谷发展为海洋,将原本统一的大陆分割成一片片。最明显的有两个大洋,一个叫元古宙南天山洋,一个叫元古宙昆仑-阿尔金洋洋。前者位于塔里木北缘(今位置)。古元古代末期(654.38+08亿年前)至中元古代早期(654.38+08亿年后),大陆开始分裂,形成裂谷。裂谷进一步延伸形成海洋,以654.38+0.663亿年的阿克苏群蓝片岩和654.38+0.57亿年的昌嘎屋子沟蓝闪石钠长石片岩和蛇绿岩碎块为代表,向东延伸至北山地区(今位置),海水逐渐变浅,形成半封闭盆地。在中元古代-新元古代,元古代南天山洋萎缩并向北俯冲,形成了环绕中天山的陆缘活动带。元古代末,广阔的元古代南天山洋消失闭合,使北部的伊犁地块与南部的古塔里木地块再次合并。
元古宙昆仑-阿尔金洋位于塔里木南缘(现位置)。中元古代(654.38+0.8亿~ 654.38+0.0亿年)继承了元古代的活动和地壳伸展拆离。中元古代长城系早期发现细碧-角斑岩建造,反映地壳伸展作用形成,强烈双峰式火山喷发向东延伸至阿尔金山,蓟县早期(早期)。
蓟县末期(654.38+0亿~ 654.38+0.4亿年)的阿尔金山运动是一次极其重要的元古代汇聚碰撞运动,它闭合了元古代昆仑-阿尔金洋,使中元古代地层(654.38+0亿~ 654.38+0.8亿年)发生强烈变形,造成绿片岩相变质,同时在造山运动中留下麻坑。变质浅海-滨海浅海相的稳定沉积不整合覆盖下伏地层。此时新疆的海侵范围不仅大大缩小,海水也变浅了。昔日雄伟的海洋已经消失得无影无踪。西昆仑、东天山、北阿尔泰、祁漫塔格、塔西南都上升到陆地,遭受剥蚀。这是全球联合古陆-罗迪尼亚超大陆的形成时期(图1-9-1)。
5.罗迪尼亚超大陆的形成和分裂。
古人说“瞎子摸象”,摸大象的腿觉得大象像棍子,另一个摸大象的耳朵说大象像扇子。其实大象既不像棍子,也不像扇子,大象就是大象。因此,我们在探索新疆大地构造特征及其发展演化时,必须与全球大地构造相结合,否则就成了井底之蛙,不可能了解新疆陆地发展演化的真实面貌。毕竟新疆大陆是全球大陆不可分割的一部分。相对而言,无论它有多小,它的发展和演变都必须受到全球结构发展和演变的控制。
20世纪90年代以来,随着格林维尔造山运动全球概念的确立,McManamin (1990)首先提出了罗迪尼亚联合大陆的概念,指新元古代早期形成的后大陆,后来其他学者在实践中不断完善。霍夫曼(1991)和澳大利亚学者李正翔(1995)认为罗迪尼亚联合大陆形成于11亿年前的格林维尔造山事件晚期,达尔泽尔(1992)研究了早寒武世的基底岩系。但根据古气候、古冰川、古地磁、同位素年龄等资料,多数学者认为大陆解体可能发生在7亿年前。
20世纪80年代,苏联学者юаа·扎伊采夫根据对哈萨克斯坦乌鲁陶-捷尔斯克地区的研究,确立了约6543.8+0.5亿年前造山运动的存在,并将其命名为伊塞东运动,与格林维尔运动相比较。后来的研究不断丰富和发展这些观点,推测伊势东运动后,形成了包括萨彦岭和蒙古高原在内的广大地区。
如上所述,当新疆原始古陆裂解形成的元古宙南天山洋和元古宙昆仑-阿尔-金洋消失闭合时,除了一些隆起的古陆,新疆几乎被滨海海或陆表海淹没,浩瀚的海洋不复存在。这一海陆变迁运动发生在约6543.8+00亿年前,在新疆被称为阿尔金山运动,因为在这里非常明显的是稳定的浅海相沉积没有整合在下伏的变质岩系上。
近年来在阿尔泰地区也有类似报道(张传林等,2003),即深变质古元古代地层被震旦系不整合覆盖,有轻微变质或未变质。推测该不整合面可能代表1亿年至8亿年的一次强烈构造事件,并可与格林维尔运动大致对比。
根据陆松年等(1998)的研究,认为甘肃北山、柳园和柴达木北缘在元古宙末存在两条榴辉岩和花岗片麻岩带。柳园花岗片麻岩的单锆石U-Pb年龄为8.8亿年,榴辉岩为8.6亿年。柴达木北缘花岗片麻岩的年龄为9.5-8.7亿年。敦煌大泉沟同一构造时期的伟晶岩年龄为965,438+03百万年。根据对这些碰撞下形成的岩石的分析,表明塔里木、华北和柴达木地块在新元古代早期曾一度汇聚形成统一的大陆,包括扬子地块,任继顺称为古中国地台,可能是全球联合古陆罗迪尼亚的一部分。
从南华-震旦系冰碛物和寒武系底部含磷矿床广泛分布于新疆、华南、华北、中亚和西伯利亚的观点来看,我们不能不承认,在元古代末期,确实存在一个联合古陆——罗定尼亚古陆——包括中亚和东亚。许多科学家认为,新元古代晚期(约8.5亿年)至早古生代(约5.2亿年)的浅层碳酸盐沉积、大型磷酸盐沉积和冰川沉积广泛覆盖在前寒武纪克拉通上,如西伯利亚、华南、印度、哈萨克斯坦、新疆、蒙古等。,在北美、西非和澳大利亚也发现了类似的情况,反映出当时都处于低纬度地区,并认为这是一个广阔的被动大陆边缘。
南华纪(8-6.8亿年)-震旦纪(6.8-5.4亿年),罗定的尼亚古地开始开裂。新疆库鲁克塔格地区可见三次冰期(贝依希、特赖肯、汉格尔乔克),并伴有含冰碛物砾石层的厚层冰碛物碎屑岩中的碱性火山喷发,是古陆正在裂解形成裂谷的标志。
名词(noun的缩写)EylsC.Young(1994)认为每次超大陆解体,都会有一次大规模的冰川活动。比如以休伦湖冰期为代表的早元古代冰期,分布在北美的加拿大、南非、澳大利亚等地。罗迪尼亚超大陆形成后,大约8-6亿年前开始裂谷作用,导致了三次冰期。南澳大利亚的Studt冰期和Malino冰期分别相当于中国扬子地块和塔里木地块的长安冰期和北义西冰期、南沱冰期和特里艾肯冰期,而罗泉冰期或汉格尔乔克冰期可能是第三冰期,相当于澳大利亚庞德石英岩底部的砾岩层。表明中国扬子-塔里木地块在新元古代可能与澳洲东南极拼接,并接近北美(张慧敏,1993)。赫拉斯科娃(1988)指出,6.2-5.7亿年是“罗迪尼亚”古陆解体的高峰,在东冈瓦纳形成裂谷系统,这个裂谷的一部分保留在现在哈萨克斯坦-北天山陆块的边缘,形成地堑组合——道德岩状、冰碛状双峰式火山活动,类似新疆库鲁。认为这种裂陷作用使塔里木、瑟尔河-乌鲁陶-北天山(哈萨克斯坦)、准噶尔-巴尔喀什等地块从东冈瓦纳边缘裂开,然后在寒武纪早期5.3亿年左右部分形成洋盆,与东冈瓦纳完全分离,向北漂移。新疆北准噶尔红古勒楞发现6.2亿年的蛇绿混杂岩带,表明其开启较早。但从西准噶尔唐巴勒发现的4.8-5亿年蛇绿岩、东准噶尔阿尔曼的4.9亿年蛇绿岩和南天山的4.2亿年蛇绿岩可以看出,奥陶纪(4.8-4.4亿年)是海洋形成和发展的主要时期。