西秦岭北缘晚古生代构造格局及其演化过程——来自泥盆纪、石炭纪沉积地层的证据

摘要

盆地中碎屑沉积物既是盆地沉积、构造演化的直接证据和重要标志,也是区域构造背景控制下的物源区与沉积盆地有机结合配置的产物,记录了海陆变迁、盆山构造格局形成及周围环境相互作用的演化历史,通过碎屑沉积物分析来恢复再造造山过程、造山事件,进而探讨区域构造演化及构造格局已成为当前地学研究的热点。晚古生代是西秦岭微板块继承早古生代俯冲碰撞造山向下一演化阶段转换的主要阶段,故本论文拟对西秦岭北缘天水地区出露的泥盆纪舒家坝群、大草滩群、西汉水群以及部分石炭纪沉积地层从沉积特征、碎屑组分、岩石地球化学、碎屑锆石LA-ICP-MSU-Pb年龄等几个方面进行物质来源和盆地性质的分析,同时也对其构造变形进行分析,最终确定其形成的古构造环境,并在此基础上,综合区域地质背景的最新研究成果,取得了以下初步认识:
　　1、碎屑组分统计研究表明,舒家坝群砂岩样品中岩屑以变质岩岩屑为主,其次是沉积岩岩屑,火山岩岩屑含量相对较低。Dickinson三角图判别结果表明,舒家坝群碎屑岩的物源主要为切割型岛弧物源和造山带再旋回物源。岩石地球化学主量、微量元素特征及判别图解反映了舒家坝群碎屑成分的多源性和相对稳定性,具有与大陆岛弧、被动大陆边缘和活动陆缘的亲缘性;显示了大草滩群物源区与大陆岛弧和活动大陆边缘环境具有密切的关系,且大草滩群在某些岩石地球化学特征方面与舒家坝群存在显著差异。
　　2、碎屑锆石年龄研究表明,舒家坝群样品TS182碎屑锆石年龄值主要有425~541Ma、786～967Ma、1066～1175Ma、1597～2044Ma、2490～2613Ma5组年龄,其中423～541Ma的同位素的年龄数据约占总体的20％,786～967Ma年龄组有25颗锆石,约占总体积的42%,是占总体比例最大的一组年龄;样品TS192大致可分为413～523Ma、728～988Ma、1131～1396Ma、1574～1856Ma、2090～2766Ma5组年龄,其中413～523Ma年龄组有25颗锆石,约占总体积的42%,该组年龄占总体的最大比例;大草滩群碎屑锆石年龄值主要有422～518Ma,756～887Ma,1100～1231Ma,2417～2736Ma4组年龄,其中年龄组422～518Ma占最大的比例。两个地层的样品共同反映了4期年龄信息(加里东期、新元古代、中元古代、古元古代-太古代4个阶段的年龄信息),大草滩群以加里东期年龄为主,而舒家坝群以新元古代和加里东期年龄为主,并且舒家坝群2件样品年龄分布的差异性也反映了在不同沉积阶段所侧重的物源区不同。结合区域岩浆活动事件,认为整个北秦岭造山带和祁连造山带为舒家坝群的沉积提供了主要物源,造山带结晶基底岩系(部分具有华北板块基底岩系属性)也有提供物源的可能性。大草滩群的物源区主要为其北侧的西秦岭北缘区域。
　　3、从沉积特征方面得出:舒家坝群发育有深海浊积岩的典型特征(鲍马序列),综合认为舒家坝群沉积环境为半深海-深海环境;大草滩群沉积盆地的古地理由北向南依次为辫状河-网状河沉积体系、泛滥平原和冲积扇扇端、半深湖-深湖沉积环境,为一套河湖相粗碎屑岩陆相沉积组合,与舒家坝群存在显著的区别;中-上泥盆统西汉水群为一套浅海陆棚相、碳酸盐台地相的沉积地层;石炭系包括麻沿河-高桥地区石炭系、礼县地区石炭系和杨河-固城石炭系,麻沿河-高桥地区石炭系主要为碳酸盐台地和深水盆地沉积环境,礼县地区石炭系存在有近岸陆棚、远岸陆棚、盆地及斜坡、陡岸边缘和海陆过渡五个沉积环境,杨河-固城石炭系由碎屑流-低密度碎屑浊流沉积-浅海碳酸盐岩陆棚沉积组成。
　　4、通过对西秦岭北缘晚古生代的舒家坝群、大草滩群、西汉水群及石炭系四个地质单元及其它们之间的边界断裂等构造单元的变形特征综合分析研究,认为西秦岭北缘现今主导构造格架是由在早-中三叠世全面陆-陆碰撞造山过程中形成的北西西向褶皱构造以及叠加其上的一系列逆冲推覆构造所构成,同时从每个所研究的地质单元的构造变形特征中分别解析出了若干期次的构造变形。
　　5、结合区域地质背景、古流向及上述各方面的证据,认为中泥盆统舒家坝群沉积原型盆地为碰撞造山后构造环境开始由挤压向伸展转换,至中泥盆世局部地段形成的断陷盆地,舒家坝群是沉积于其中的一套深海-半深海相沉积地层;中-上泥盆统西汉水群正是该断陷盆地进一步演化过程中的沉积形成的一套浅海陆棚相、碳酸盐台地相的沉积地层;上泥盆统大草滩群是沉积于北秦岭加里东期俯冲碰撞造山带增生杂岩体之上的一套河湖相粗碎屑岩陆相沉积组合,盆地性质为山间盆地;石炭纪地层沉积于西秦岭微板块北缘泥盆纪舒家坝群和西汉水群之上的局部伸展裂陷盆地。综合区域岩浆活动事件和研究对象构造变形特征,将研究区的构造演化划分为五个演化阶段,即寒武纪-奥陶纪洋盆打开形成-俯冲消减阶段、志留纪-早泥盆世碰撞阶段、中泥盆世-二叠纪陆内伸展阶段、早-中三叠世全面碰撞造山阶段、中新生代陆内造山阶段。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1.1选题依据及其科学意义

1.2研究现状

1.3研究目的和研究内容

1.4技术路线与研究方法

1.5实验测试方法

1.6主要实物工作量

第二章 区域地质背景

2.1区域大地构造背景

2.2秦岭造山带区域地质概况

2.3研究区主要地质特征

第三章 西秦岭北缘晚古生代盆地沉积作用及盆地属性研究

3.1舒家坝群沉积盆地沉积特征、物源及属性分析

3.2大草滩群沉积盆地沉积特征、物源及属性分析

3.3西汉水群沉积特征及沉积环境分析

3.4石炭系地层沉积特征及沉积环境分析

第四章 西秦岭北缘构造格局特征与构造变形特征

4.1西秦岭造山带基本构造格架

4.2现今主要地质构造单元变形特征分析

4.3主干断裂构造及其构造变形特征

第五章 西秦岭北缘区域构造演化

5.1寒武纪－奥陶纪洋盆打开形成－俯冲消减阶段

5.2志留纪－早泥盆世碰撞阶段

5.3中泥盆世－二叠纪陆内伸展阶段

5.4早-中三叠世全面碰撞造山造山演化阶段

5.5中新生代陆内构造演化阶段

结论及存在问题

参考文献

图版说明及图版

攻读学位期间发表的论文清单及参与科研项目情况

致谢