北祁连构造带位于青海和甘肃两省交界中段(图1), 挟持于塔里木地块、华北地块和中祁连— 柴达木地块之间, 呈NW向延伸, 经历了大洋扩张和俯冲, 是一个具有典型的沟— 弧— 盆体系早古生代造山带 1824。目前对北祁连构造演化观点较为一致接受的是宋述光等^[11]的四阶段划分:新元古代— 寒武纪洋壳发育阶段; 奥陶纪大洋俯冲闭合阶段; 志留纪为残余海盆阶段; 早泥盆纪造山形成磨拉石建造, 中晚泥盆世之后为剥蚀夷平期。笔者采用此划分方案, 并以此作为构造演化过程对比的基础。

图1

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	图1 祁连山造山系构造单元划分(据文献[17]修改)

研究区地层系统属华北地层大区秦祁昆地层区祁连— 北秦岭地层分区之北祁连地层小区^[25], 出露地层均呈NW— SE向展布, 不同时代地层多以平行区域构造线方向的断层相隔, 呈断块彼此镶嵌。由于各地层单元所处大地构造环境各不相同, 反映在岩性组合、建造类型及沉积相方面均有显著差异(表1)。

表1

表1

表1 研究区沉积建造类型及构造环境特征 年代地层 代号 沉积建造类型 沉积构造环境 界 系 统 新生界 第四系— 新近系 Q— N 河流相砾岩、砂岩建造 山间 盆地 中生界 白垩系 K 下部山麓— 河湖相砾岩夹砂岩、泥岩建造, 上部河流相砾岩夹砂岩建造 侏罗系 J 山间盆地滨湖— 湖沼相碎屑岩、碳酸盐岩建造, 局部含煤 三叠系 T 上部湖沼相含煤碎屑岩建造, 下部河湖相杂色砂岩夹砂岩、泥页岩建造 上叠 盆地 上古生界 二叠系 P 滨湖— 湖沼相砂岩建造 石炭系 C 上部海陆交互相含煤碎屑岩建造, 下部滨浅海— 浅海相碎屑岩、碳酸盐岩建造 泥盆系 D 河流相粗碎屑岩建造 板内伸展盆地 下古生界 志留系 S 由下至上为砾岩、砂岩、粉砂岩建造 前陆盆地 奥陶系 上奥陶统 O3 中基性— 中酸性火山岩、碳酸盐岩、碎屑岩夹灰岩、硅质岩建造 火山弧及弧边缘海盆 中奥陶统 O2 由下至上为砂岩夹板岩、板岩、千枚岩夹硅质岩、砂岩夹千枚岩、砾岩建造 火山弧 下奥陶统 O1 由下至上为碎屑岩、火山岩、碳酸盐岩建造 扩张洋盆 寒武系 ∈ 酸性火山岩夹碎屑岩、基性火山岩夹砂板岩、基性— 酸性火山岩、碎屑岩建造 裂谷 古元古界 Pt1 斜长角闪岩— 片麻岩、片岩、石英岩— 镁质大理岩等表壳岩建造

表1 研究区沉积建造类型及构造环境特征

北祁连构造带中的蛇绿岩主要分布在托莱、玉石沟、川刺沟、边麻沟、清水沟、百经寺、达坂山、冷龙岭等地区。大多数学者经过多年的研究认为 2629, 其形成时代主要是寒武— 奥陶纪, 寒武纪蛇绿岩为典型N-MORB 型, 奥陶纪蛇绿岩则为SSZ型, 标志着北祁连洋洋脊扩张到俯冲带的形成。而区内侵入岩时代主要为奥陶纪及志留纪, 反映了洋陆俯冲及陆陆碰撞阶段。吴才来等^[12]通过SHRIMP定年, 结合区内其他花岗岩体的定年资料认为, 早古生代北祁连洋板块向南俯冲, 至少引发了两期花岗质岩浆作用, 第一次岩浆作用形成柯柯里斜长花岗岩(512 Ma)、野马咀花岗岩(508 Ma)和柯柯里石英闪长岩(501 Ma), 第二次花岗质岩浆作用形成牛心山花岗岩(477 Ma)。陈化奇^[30]在北祁连冷龙岭宁缠河地区也获得了英云闪长岩中锆石U-Pb同位素年龄为463± 3.9 Ma, 为俯冲造山岛弧型花岗岩; 北祁连山为典型的环太平洋型俯冲带, 榴辉岩锆石的SHRIMP年龄为464± 5 Ma^[31], 代表早古生代祁连洋俯冲变质的时代。大约440 Ma之后, 洋盆闭合, 柴达木陆块和阿拉善陆块对接碰撞, 形成北祁连造山带。青海玉龙滩等四幅1∶ 5万区域地质调查^[32]在花石峡北、加浪沟南花岗闪长岩中分别获得锆石U-Pb同位素年龄值为418.2± 1.1 Ma、420.32± 0.96 Ma, 时代为志留纪, 形成于碰撞造山阶段。

对微量元素的地球化学研究表明, 微量元素定量模型可用来研究岩浆岩的演化过程, 亦可以其含量分配特征划分岩石类型或确定岩体产出的大地构造部位^[13]。北祁连造山带是原特提斯阶段加里东运动的产物^[34], 在单一旋回造山过程的不同时段、构造环境中, 幔源、壳源元素以其本体固有的相容、不相容特性存在于不同类型的岩石中, 从而可以很好地区分造山带不同的构造环境。

在初始地球化学模式中, 超基性— 基性岩本身具有亲铁元素和亲铜元素的高含量, 它反映岩性自身的特点^[16]。相容元素Co、Cr、Ni作为幔源或硅镁质地壳的组成元素, 表达了超基性— 基性岩浆作用的信息^[24], 通常分布于区域性拉张的构造环境之中, 随地幔岩的出现而分布。北祁连构造带区Co、Cr、Ni形成高背景的元素异常, 在元素比值蛛网图中, 3个元素在古元古代— 奥陶纪时期有着同步的曲线变化趋势, 在寒武纪时达到高峰, 表明北祁连构造带在古元古代之后发生裂解构造事件, 寒武纪为裂张最盛时, 之后洋壳的拉张活动很有可能进入萎缩阶段而转入另一种性质的构造环境中。

北祁连构造带水系沉积物中相容元素Cu、Au、Bi在下古生界地层中形成相对较强的地球化学异常, 但Cu与Au、Bi异常曲线随寒武— 志留纪不同时代变化而稍显差异, Cu正异常峰值出现在寒武系, 随后正异常略下降, 在奥陶系至志留系仍保持着较高的正异常; 而Bi除在古元古界结晶基底富含^[35]之外, 其和Au的高含量均出现于奥陶系。邓军^[36]对夹皮沟金矿构造地球化学进行了系统研究, 结果表明, 中生代太平洋板块向华北板块俯冲、碰撞, 激发了幔源和壳源岩浆的发生, 形成区域性Cu、Au、Bi地球化学异常。在祁漫塔格早古生代岛弧环境地层中, 出现相同的元素富集构造地球化学特征^[37]。赵元艺等^[38]认为班公湖— 怒江缝合带Bi矿化带的成因与俯冲、碰撞的环境有关, 这些研究均表明在俯冲、碰撞构造背景下的构造带中, 具有形成Cu、Au、Bi水系沉积物的元素异常特征。北祁连构造带于奥陶纪经历了大洋的俯冲— 闭合阶段^[11], 研究区Au、Bi 和部分Cu的水系沉积物元素异常与该构造阶段出现同步的响应关系。但如前述, 北祁连于寒武纪为裂张最盛时, 因此, 在裂谷发育至洋壳形成过程中, 大量蛇绿岩组分中的超基性— 基性岩所含的Cu即为本区形成Cu异常的主要贡献者。研究区中酸性侵入岩中Cu含量低于克拉克值也证实了这一认识。

自寒武纪至泥盆纪, 研究区Pb、Zn异常有着相同的变化趋势; 从寒武纪后开始元素含量增高, 奥陶纪即已具有较强的正异常, 并于志留纪达曲线顶峰。据该时期区域内已出现岛弧的地质特征判断, Pb、Zn异常可能是与奥陶— 志留纪弧盆体系中局部的洋底火山活动中的热液喷流有关。

与大多数元素异常在志留纪之后相对平静不同, Hg和Sb背景值于泥盆纪有一峰值, 尤其是Hg经历了一次陡然升高的“ 富汞事件” 。目前研究认为, 北祁连构造带于早泥盆纪时已形成巨厚的磨拉石建造^{[11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19]}, 晚泥盆世处于强烈挤压之后转向伸展垮塌时期^[39], Hg、Sb异常可能是造山带伸展垮塌时强烈的壳内断裂活动所致, 虽然这两个元素在泥盆系中丰度值较高, 但区域上并没有汇聚成矿的事实。因此, Hg、Sb富集的构造环境及动力学背景尚需更深入的探究。

在北祁连整个地质发展过程中, Mo含量先在志留系地层中出现降低, 之后开始缓慢增高, 泥盆系中已形成正值异常, 石炭系中元素异常达到顶峰。Mo作为中等相容元素, 它的出现通常意味着其所处的构造带有着中酸性岩浆的侵入活动, 但本区尚没有发现任何自泥盆纪以来的岩浆活动记录, 这至少说明石炭纪时北祁连构造带周边处于强烈抬升剥蚀阶段, 致使此前形成的含Mo花岗岩遭受风化剥蚀, Mo迁移沉积于石炭系地层中。

北祁连构造带中的W、Sn异常与壳源重熔改造型花岗岩、花岗闪长岩有着密切的联系^[35], 该构造带中花岗岩形成于洋壳在奥陶纪、志留纪俯冲碰撞的构造背景下, W、Sn异常为岩浆侵入时中高温热液迁移活动的记录, 其和地块间俯冲碰撞的构造事件之间有着一致的响应。

对北祁连造山带中水系沉积物Ag、As、Au、Ba、Bi、Co、Cr、Cu、Fe、Hg、Mo、Mn、Ni、Pb、Sn、Sb、Ti、W、Zn特征进行研究, 将具有时间属性的各元素通过衬值法处理得到每组元素随地质时代演化的地球化学异常特征变化规律。通过对该规律与北祁连造山带各构造演化阶段的对比, 结果显示:Co、Cr、Ni异常响应于古元古代之后至寒武纪的大陆裂解构造活动; Au、Bi和部分Cu异常对奥陶纪— 志留纪北祁连构造带俯冲碰撞闭合构造阶段有很好的对应; Pb、Zn异常可能与奥陶— 志留纪弧盆体系中局部的洋底火山活动热液喷流有关; Hg、Sb异常反映的是北祁连构造带晚泥盆世强烈挤压之后的伸展垮塌地球动力学背景; Mo异常对应的构造环境尚不明, 需在今后工作中重视此方面的研究; W、Sn异常与俯冲碰撞环境下的壳源重熔改造型花岗岩、花岗闪长岩有着密切的联系。水系沉积物测量元素异常特征变化与构造带构造演化具有同步的规律。

基于上述事实, 认为水系沉积物元素异常与造山带重大构造事件之间有着同步的响应关系, 采用水系沉积物元素异常研究造山带构造演化是一种可行的新方法。

致谢:笔者在成文过程中得到了中国地质大学(武汉)郑有业教授的悉心指点, 青海省地质调查院教授级高级工程师王秉璋给予了很大的帮助, 另与本院教授级高级工程师祁生胜、中国地质调查局武汉地质调查中心柯贤忠博士进行了有益的讨论, 在此一并表示感谢!