盧惠華 李修平
摘? 要:早在20世紀30年代初,密懷隆起已被我國地學者所關注。50年代末60年代初,北京地質學院區(qū)調隊1:5萬填圖確認,組成該隆起的古老變質片麻巖是火山-沉積巖,屬于太古界。80-90年代,引進國外先進變質巖理論,區(qū)測過程,產生嚴重對立。持新觀點者認為,隆起的絕大部分片麻巖是塊狀無序的變質侵入巖。持傳統(tǒng)觀點者認為,這些片麻巖是變質的表殼巖。認識陷入世界性難題的爭議之中。90年代初,全國開展地層清理。北京采用新觀點認為,未發(fā)現密懷隆起存在面型的表殼巖,因此,原來隆起劃分的兩大群地層失去了加入《中國地層典-太古宇》的機會。世紀末,陳臺溝表殼巖的發(fā)現,給人以啟發(fā)。比較而言,陳臺溝表殼巖面積很小,但是,工作程度較高,依據較充足,受到點贊。密懷隆起有兩套表殼巖,大個體,特點多,信息量大,尚有許多線索有待破解,具備古陸殼研究基地的許多有利條件。
關鍵詞:早前寒武紀:片麻巖:密懷隆起
中圖分類號:P534? ? ?文獻標識碼:A? ? ?文章編號:1007-1903(2018)04-0089-08
前寒武紀是地球起源演化發(fā)展歷史的重要階段,它延續(xù)的時間很長,大約40億年。我國是世界上前寒武紀地層分布較廣的國家之一。我國保存了此期間較完整的巖石、地層和生物形成與演化的歷史記錄。北京的前寒武紀地層分布也比較廣泛。其中,被稱為北京早前寒武紀結晶基底的密懷隆起,是北京地區(qū)最早形成并上隆的地質體。它卵形穹狀出露于地表。它經歷了強烈的變質、變形活動,有多期次的花崗巖侵入和混合巖化作用;賦存有豐富的礦產資源,并顯示出許多具特點的地質條件。研究它,地質理論上具有重要的意義,此外,也具有較廣泛的社會經濟價值。該隆起,具備有利地質條件成為我國早前寒武紀古陸殼的重要研究基地。
1 以往地質工作回顧
1.1 地質和礦產普查階段
北京地質工作歷史悠久,研究程度高。密懷地區(qū)出露古老變質巖面積約1500 km2。早在20世紀20-30年代,我國地學專家孫健初、王日倫(1930)等首次對密云變質巖劃歸太古界,把它命名桑干雜巖或桑干系。50年代初,清華大學、北京大學、華北地質局也在此進行過地質調查和礦產普查。50年代末至70年代末,北京進入大規(guī)模地質調查和礦產普查階段。適應首都工業(yè)化的要求,密云101勘探隊在該區(qū)開展了以鐵(鉻、金)礦為主的地質勘探工作。北京地質學院和北京市地質局聯合組成區(qū)調大隊,在該區(qū)開展正規(guī)15萬區(qū)域地質填圖。70年代中期,長春地質學院應密云101勘探隊邀請,配合找礦(特別是鐵礦)每年組隊對變質巖區(qū)進行了11萬和12.5萬比例尺地質填圖。眾多單位的合作調研,使該區(qū)有了一大批不同比例尺(大、中、?。┑牡刭|填圖成果,為區(qū)域的地質研究提供了豐富的地質信息。在此基礎上,北京市地質局1964年編制出版了120萬《北京市地質圖》和《北京地質》。1975年出版了110萬《北京市地質圖》。這樣,北京以較大比例尺的圖件,領先把其地質全貌向世人作了展示。該成果對古老變質地層劃分為兩大群七個組(表1)。密云群為下太古界,張家墳群為上太古界。密云群片麻巖有復雜的褶皺構造。片麻巖受到較強的混合巖化作用。這些成果,廣為有關部門接受,并一直在生產和教學中使用。
1.2 基礎地質調查研究深化階段
20世紀80年代至世紀末,基礎地質調查轉入研究深化階段。五個方面的情況值得關注:
(1)學國外先進理論。80年代初,引進國外新的變質巖理論和工作方法。80年代后期,地質礦產部在冀東地區(qū)組織對三屯營圖幅進行新理論和工作方法試點。90年代向全國推廣。采用“構造-巖石-事件法”開展變質巖區(qū)填圖和研究。
(2)長春地院隊總結區(qū)域成果。70年代中后期至80年代初,他們完成了高嶺-北莊、穆家峪、沙廠、大城子等主要成礦地區(qū)大比例尺地質填圖后。對密云變質地層、構造、巖石、礦物以及變質作用進行了祥細分析,編寫了總結報告。此外,盧良兆、麥延慶、楊振升、王恩林等發(fā)表了一些有關本區(qū)地質情況的論文。其中,楊振升研究了沙廠地區(qū)太古宙表殼巖早前寒武紀構造變形與變質作用的關系,得出它們在晚太古宙經歷了兩幕重要變形事件的認識,論述了兩次變形的特征和相應的變質作用。盧良兆、麥延慶(1979-1980)建議在密云群沙廠組中新建葦子峪組。麥延慶和 王恩林(1987)在《構造地質??钒l(fā)文,稱原張家墳群是雜巖體。1987-1990年,武漢地質學大學也曾組隊對密懷交界地區(qū)開展區(qū)調工作。
(3)密云101勘探隊開展區(qū)域地質研究。80年代初,開展五個方面的課題(包括地層、構造、含鐵巖系、鐵礦成因、航磁與褶皺等)研究。對張家墳群進行了解體。指出該群椴樹梁組為經受變質作用后的長城系。又從山神廟組下部劃出一部分,新建西灣子組。如此處理之后,新建立了四合堂群。90年代初,該隊開展區(qū)域專題研究。1994年出版《北京早前寒武紀地質及鐵礦》。主要成果:1)肯定本區(qū)有面型表殼巖的存在,堅持兩大群地層的劃分。2)確認本區(qū)存在有三大含鐵巖系,總結了成礦規(guī)律。3)對本區(qū)構造地質進行了全面研究,褶皺構造是研究重點。密云群被認為是緊閉倒轉的復式褶皺系;四合堂群地層呈穩(wěn)定的單斜構造。4)密云群變質巖為麻粒巖相變質,四合堂群為角閃巖相變質。5)變質巖普遍存在中等到弱的混合巖化。遺憾的是,他們在巖漿巖研究方面,未能發(fā)現古老巖體。但發(fā)現原張家墳群石城組的主體片麻巖是變質的閃長巖體,并將其從地層單位中剔除。
(4)北京市地質調查所區(qū)調隊對本區(qū)重點地段進行多圖幅聯測。該隊采用變質巖新理論、新方法開展了1:5萬密云、墻子路、高嶺幅區(qū)調聯測。工作取得了進展。圈出了7個古老的侵入體。均為TTG質深成巖。認為區(qū)內的變質巖絕大部分是塊狀無序的變質侵入巖。未發(fā)現面型的表殼巖。發(fā)現的表殼巖都是零星的小個體,成為變質巖漿巖的“捕虜體”、“殘塊”和“包體”。認為兩群地層沒有大的區(qū)別。主張兩群合并,把張家墳群合并到密云群中去。并指出,本區(qū)按地層層序法和混合巖化觀點工作是“過時了”。
(5)世紀末期,天津地質礦產所在上述幾個單位工作的基礎上,對變質巖區(qū)進行了專題研究。2001年出版了《北京早前寒武紀結晶基底》專著。區(qū)域圖劃出了兩套變質表殼巖(圖1)。
1.3 存在的主要問題
近百年來,從古老變質的片麻巖中區(qū)分出變質的火山-沉積巖,被認為是一道世界性的難題。由于沒找到解決問題的良方,多數單位填圖時都把變質片麻巖認為是層狀的表殼巖。推廣變質巖新理論和工作方法之后,情況大有好轉,各地發(fā)現了不少的老巖體。但是,由于地質情況復雜,沒有經驗,對國外先進理論理解不深,仍發(fā)生有誤判的情況。
80—90年代是推廣先進理論的主要時期。期間,北京有多個地質單位在這里工作。對太古宙主要地質問題的認識,出現了兩種對立的觀點。長春地院實習隊、武漢地質大學隊和北京市地質調查所區(qū)調隊的觀點大體是一致的。他們均認為本區(qū)絕大部分的變質片麻巖是塊狀無序的變質侵入巖。北京市地質調查所區(qū)調隊把密云群片麻巖命名為沙廠英云閃長質片麻巖。屬TTG質巖。王恩林(1987)認為張家墳群是一個受強烈剪切作用夾表殼巖構造殘留體的巨大巖漿雜巖體(英云閃長巖、花崗閃長巖、角閃石巖和閃長巖),他稱其為三棱山雜巖體。麥延慶(1987)則認其為英云閃長巖-花崗閃長巖雜巖體,稱其為三岔口雜巖或三岔口片麻巖。不具地層意義。
勘探隊的看法相反。他們認為,本區(qū)的變質巖大部分是變質的表殼巖,是有序的。并堅持兩大群的劃分,不同意兩群合并。原因主要是:①這些巖石太古老了,都經歷了長期復雜的變質、變形和巖漿作用,都顯得很陳舊、很古董,其外表都與原來的樣子不同了。②組織結構也發(fā)生了大的變化。礦物顆粒變粗,礦物排列成條帶或片麻狀。③從外貌與組構看,它們的確與花崗巖的樣子差不多。④尚未找到和總結出,區(qū)分這兩種巖石(變質的侵入巖和變質的表殼巖)的野外地質標志和依據。
因此,盡管北京是首都,有許多單位在工作,科技力量比較強,但是,由于地質情況復雜,交流不夠,缺少經驗,對此片麻巖的看法并未形成共識。1992-1994年,按上級要求全國各省、市進行地層清理,以便出版新的《中國地層典》。北京在地層清理時認為,密懷地區(qū)出露的老地層,都是小個分散的“殘塊”、“捕虜體”和“包體”。沒發(fā)現面型的表殼巖。沒有面型的表殼巖,無從建立剖面,也無法深入研究。從立典的角度要求,它條件不具備。這就是北京太古代變質表殼巖產地未能進入《中國地層典-太古宇》的主要原因。
北京太古代表殼巖產地沒有進地層典,不少外省、市的也沒有進去。
2 冷靜思考、形成共識
大規(guī)模的礦產勘探和區(qū)域調查完成之后,時光進入了21世紀。在近來的這十多年里,比較多的人,漸漸地認可了,北京存在有大塊古老的表殼巖的事實。這是多年辛勞之后,冷靜下來,反復分析資料,重新思考的結果。五方面的情況值得關注。
2.1 勘探隊員從礦區(qū)勘探中受到的啟發(fā)
勘探隊員對新的變質巖理論和方法,開始不適應、迷惑 。但是,礦區(qū)這個點,“麻雀雖小,五臟俱全”。區(qū)域上發(fā)生的事,多數是要經過礦區(qū)檢驗的。勘探隊員就是通過勘探反復多次的實踐,逐步對一些地質問題形成了認識。例如,沙廠鐵礦構造(單斜與向斜)經歷了10多年激烈的爭議,1976年,被勘探證實為向斜構造。之后,又相繼探明了兵馬營鐵礦向斜 (圖2)、小漕鐵礦向斜、大漕鐵礦背斜、達巖鐵礦背斜等一批褶皺構造礦區(qū)。綜合分析點、面的資料,勘探隊員認識到:
(1)巖漿巖未對鐵礦造成重大破壞? 本區(qū)存在三大含鐵層位,大部分鐵礦產出在含鐵層位里。在這里,侵入體(不管新、老)不發(fā)育,也不對鐵礦產生重大的破壞和影響。侵入巖一般呈現為規(guī)模較小的脈體,對鐵礦產生切斷,并導致小距離的錯動。
(2)表殼巖區(qū)內,鐵礦向下仍呈層狀和似層狀產出,它和沉積鐵礦一樣,是有“根”的,向下有一定的穩(wěn)定延伸。正是由于它有“根”,北京才探明了10億噸鐵礦儲量。故此,鐵礦的形態(tài)和產狀不可能是漂浮在巖漿巖海洋中的“殘塊”、“捕虜體”和“包體”。
(3)大漕-沙廠地區(qū),勘探查明了一批礦區(qū)褶皺構造,眾多的事實說明,密云群片麻巖不是塊狀無序的。相反,它是有序的。在應力和變質作用下,它和鐵礦一起發(fā)生了褶皺。褶皺不是單個的,由背、向斜組成褶皺系,如沙廠鐵礦褶皺(圖3)向外延伸出了礦區(qū)。
(4)作為標志層,鐵礦在含礦層位內的密集出現,為本區(qū)(密云群和四合堂群)面型表殼巖的存在提供了有力的證據。
地質隊員從礦區(qū)勘探得到這些認識,增強了信心和力量,因而力挺本區(qū)有兩套面型表殼巖存在的傳統(tǒng)說法。
2.2 天津地礦所專項研究成果的啟示
(1)強調本區(qū)可以建立兩大類巖石、地層單元。該所認為,據本區(qū)的巖石特點,可以建立兩大類巖石、地層單元,即層狀的表殼巖單元和非層狀的雜巖單元。非層狀雜巖單元,主要是奧長花崗質巖-英云閃長質巖-花崗閃長質巖.、混合巖、區(qū)域變質巖。這三類巖石混在一起產出。此外,還有一些太古宙的變質基性-超基性巖體或巖墻,規(guī)模很小。表殼巖系巖石、地層單元,主要是變質的火山-沉積巖。由于受混合巖化作用,成分上相當于TTG質巖。但據殘留其中的區(qū)域變質巖,可恢復原巖。
(2)確定了兩套表殼巖的分布區(qū)。兩大類巖石、地層單元建立之后,經工作在圖上勾劃出大漕-沙廠混合巖化表殼巖和四合堂混合巖化表殼巖分布區(qū),從而確認了北京兩套表殼巖的存在。經查,這兩套混合巖化表殼巖與原來兩大群地層的分布大體是一致的。產出位置一致,只是規(guī)模比原來的略小一點。此外,高、低變質相(麻粒巖相和角閃巖相)的劃分和分布,也大同小異。該所承認兩大面型表殼巖的存在,使傳統(tǒng)看法得到了有力的支持。
(3)兩套混合巖化表殼巖(表2),其巖性均以變粒巖為主。各種變粒巖約占區(qū)域變質巖類巖石總量的三分之二以上。據原巖恢復,變粒巖的原巖為雜砂巖。密云群常見的變粒巖是(石榴)黑云二輝斜長變粒巖、(石榴)黑云紫蘇斜長變粒巖、(石榴)黑云次透輝斜長變粒巖等。其次,是基性變質巖類和輝石磁鐵石英巖類。其變質建造為(石榴、輝石)黑云斜長變粒巖-(石榴、角閃)斜長輝石(麻粒)巖、(石榴、輝石)斜長角閃巖-輝石磁鐵石英巖。變質相屬麻粒巖相。四合堂群主要區(qū)域變質巖類為變粒巖類和斜長角閃巖類,兩者占總量的90%以上。主要變粒巖是黑云斜長變粒巖和含角閃黑云斜長變粒巖。其次為片麻狀陽起磁鐵石英巖。其變質建造為(石榴、角閃)黑云斜長變粒巖-斜長角閃巖-(陽起)磁鐵石英巖。變質相為低角閃巖相。
由于這些情況,容易導致填圖擴大化、簡單化,嚴重時,地質體被誤判。
2.3 基性巖墻群研究成果引起人們的重視
北京市地質調查所區(qū)調隊發(fā)現,分布于密云水庫一帶的基性巖墻群,北東走向。它切穿了密云群的片麻巖,也切穿了近年發(fā)現的幾個老巖漿巖體。它與河北冀東太平寨的基性巖墻是同一期的地質體。它們在巖性特征、產出狀況和形成時代等方面基本相同。賀高品(1993)等在密云高嶺取樣(輝長巖)進行Sm-Nd法測定。該巖石全巖年齡為2858Ma (等時線)。這個資料很重要,意味著本區(qū)被此類基性巖脈切穿的密云群片麻巖年齡應大于28億年。
2.4 Sm-Nd法測定數據給人的驚喜
利用稀土元素測定變質巖石年齡有了進展。利用稀土元素相對不活潑的特性,對老變質巖進行年齡測定取得有意義的成果。北京市地調所區(qū)調隊對密云群取6個樣進行Sm-Nd法測定,其中,有3個樣品達到3454.98~4049.48 Ma. 再考慮到賀高品的取樣測定成果。北京市地質調查所王世發(fā)等(1994)認為“這可能表明表殼巖的成巖時代為始太古代至古太古代”。
2.5 一些已發(fā)表的文章,起到了溝通和交流的作用
如盧惠華、李修平等發(fā)表的《磁鐵石英巖鐵礦被誰捕虜?》(2013)、《密云鐵礦成因的認識過程》(2016)和《北京太古宙水火之爭》(2017)等。這些文章均在我國地質學史學術年會上發(fā)表。其中的《北京太古宙水火之爭》也曾在《城市地質》(2017)第12卷第1期發(fā)表。有3個方面的重點論述。
(1)回顧了有關北京早前寒武紀主要地質問題的研究狀況。點出了分岐的主要對象和幾個爭議的焦點。北京太古宙地質研究工作已將近百年。前60年,水成派觀點占統(tǒng)治地位;近30多年,火成派占了優(yōu)勢。爭議的主要對象是沙廠英云閃長質片麻巖,爭論的焦點集中在:礦體的形態(tài)和產狀、塊狀無序的變質巖、巖漿巖對鐵礦的影響、混合巖化、兩群合一等5個問題上。放馬峪基性巖墻群的出現,是中太古代晚期基性巖漿活動的一次標志性地質事件。不同觀點的地質填圖,各走極端,都存在嚴重的擴大化傾向。
(2)提出了3條主要的野外地質標志(三大含礦層位,構造模式,片麻巖中區(qū)域變質巖的殘留物)。用此標志將變質巖中的表殼巖區(qū)別出來。區(qū)分出來的密云群和四合堂群表殼巖,其分布范圍約占變質巖區(qū)面積的三分之二,已名符其實成為本區(qū)的主要地質體。
(3)提出的北京早前寒武紀巖石、地層劃分的新方案(表3),是一個三分(古、中、新太古代)的方案。一個激勵人們努力爭取實現的研討方案。
3 獲得新進展的陳臺溝巖組
據報道 ,經地層清理之后,《中國地層典-太古宇》古太古代地層代表產地,就只有河北遷西地區(qū)的曹莊巖組一處了。不過,在世紀末,還是發(fā)現了一處新的古太古代地層產地,這就是遼寧省陳臺溝巖組。沈其韓(2004)在論述《我國早前寒武紀地層研究的主要新進展》中,對其作了介紹。摘要如下。
該表殼巖位于鞍山地區(qū)陳臺溝附近。表殼巖北西-南東走向。帶狀延伸。地層近于直立或稍向南傾。四周為古老花崗巖包圍。頂、底缺失。出露面積僅0.5km2。主要由黑云變粒巖、斜長角閃巖、黑云斜長片麻巖、直閃石鐵英巖、石英巖等組成。分南、北兩帶。南帶地層較北帶齊全。巖層主體變質為角閃巖相。巖石中有花崗質巖席入侵,并受到褶皺。表殼巖的原巖為玄武質和酸性火山巖及不純硅鐵質化學沉積巖和碎屑沉積巖。形成于大陸基底,相當于現在島弧系統(tǒng)的構造環(huán)境。該表殼巖用多種方法進行測試定年。斜長角閃巖有8個樣品用Sm-Nd法測定年齡 (3 040±55) Ma。黑云變粒巖中的單粒鋯石用蒸發(fā)法定年。硅質(長英質)火山巖和花崗巖巖席的鋯石用SHRLMP定年。 據數據分析,原巖形成于古太古代。地層形成年齡為33億年,比鞍山群老。盡管表殼巖面積小,出露厚度也不大。但是,它很老,是稀有之物。工作取得了豐富的資料,因此,它成了寶貝。它引起了大家的高度興趣和重視。它是繼曹莊巖組之后發(fā)現的第二個古太古代表殼巖產地。它受到學術界的高度點贊,被認為是近些年來,我國早前寒武紀地層研究五大主要方面的新進展之一。應該指出,該巖組是在地層清理之后,從古巖漿巖的“海洋”中查找出來的。它獲得新進展的成功,給人許多啟示。今后,人們將關注它提供什么樣的獨特信息,并對早期華北地殼發(fā)展研究有何意義。
4 結語
4.1 密懷隆起的優(yōu)勢與不足
現在,全國地層典上,古太古代地層的代表產地,只有河北曹莊巖組一處。把新發(fā)現的陳臺溝巖組列上,也只有兩處。太少了。要再找一些新產地,才能使華北古陸殼的研究深入下去。筆者認為,密懷隆起就是這樣的產地。它具備有利地質條件成為古陸殼研究的重要基地。
(1)優(yōu)勢
①該隆起出露的面積廣,厚度大。②該隆起有層狀和非層狀兩大類巖石-地層單元產出。而且,這兩大類單元都具有面型分布的特征,含有豐富的地質內涵,為深入研究打下了良好的基礎。③最大的特點和優(yōu)點是,密懷隆起有差異明顯的兩套面型表殼巖,陳臺溝只有一套。因而,前者信息更豐富、資料更珍貴,身價會進一步提高。④陳臺溝表殼巖四周被巖漿巖所包圍。無頂無底。北京的表殼巖四周環(huán)境變化多。古老片麻巖頂、底接觸也比陳臺溝復雜。⑤隆起的表殼巖有豐富鐵礦。三大含鐵層位,幾十個鐵礦產地。陳臺溝沒有。⑥隆起的古老基性巖墻與冀東的很相似,有較大的研究價值。⑦隆起兩套表殼巖的地質構造模式不同。密云群地層同斜緊閉褶皺十分發(fā)育。四合堂群中等傾角的單斜層明顯。陳臺溝只有部分地層顯示同斜褶皺。⑧北京的變質巖情況復雜,有高、低變質相。密云群為麻粒巖相,四合堂群為角閃巖變質相。陳臺溝只有角閃巖相。⑨一些樣品Sm-Nd法測定成果使人受到鼓舞。
(2)不足之處
①一些主要地質問題的看法有待加強交流,進一步凝聚共識。②要總結區(qū)分正副變質片麻巖的經驗和教訓,力爭地層研究有新進展。③要加強混合巖化和構造地質(主要斷裂和褶皺)的研究。④重視鐵礦的研究和利用。⑤大力加強巖石年代學的研究,多采用新方法測試。
總之,比較而言,陳臺溝巖組雖小,可是,工作程度較高,資料較齊全,地層研究受到高度肯定。密懷隆起表殼巖露頭廣,內容多,信息量大,但是,地質情況復雜,研究程度較低,工作尚有許多不足。我們應向陳臺溝學習,把地質工作做深做實,使它符合規(guī)范和入典的要求。
4.2 下一步的工作建議
(1)不要放棄這個項目。比較而言,地球上早前寒武紀地殼物質的分布是頗為有限的,中太古至古太古代的地體,那就更稀罕了。目前,我國遼寧鞍山地區(qū)和冀東地區(qū)不但找到了古太古代的巖體,而且,也找到了古太古代的表殼巖。 密懷隆起的地質情況和冀東地區(qū)很類似。而且,隆起一些樣品也達到了中太古到古太古代的年齡。因此,這個隆起也是一塊寶地。我們不能放過它,要好好地珍視它、愛護它、研究它。作為北京的地質隊員,不希望這項工作停下來,更不想看到它研究的落后。一句話,不能放棄這個項目。
(2)要組織一個研究班子,籌備工作的開展。
(3)提出設計,繼續(xù)工作。設計應是中長期的。當然也包括近期2~3年的計劃。如果中長期規(guī)劃不好弄,可以先搞一個近期的計劃。近期的計劃,就是要對原來的區(qū)調進行修測,工作要達到規(guī)范要求。也即隆起的巖石、地層單位能得到正確的劃分。要有足夠的、可信的巖石定年數據。一些爭議的主要地質構造問題的研究有所進展。如此,北京的表殼巖產地也就可名正言順地進入 《中國地層典-太古宇》,并為整個隆起進一步深入研究打下堅實的基礎。
(4)地質工作的合作。可以考慮學校與地質局合作的模式。
(5)野外基地的選擇??梢赃x兩個基地:沙廠和馮家峪。這兩個基地均進行過勘探,目前有開采礦山,地質內容豐富,交通方便,居住和生活條件較好。 可作為科研和科普的基地。
參考文獻
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