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庐山不仅以它秀丽的风光和灿烂的文化吸引着古今游人的纷至沓来,而且也由于该地区丰富的地质现象,历来为中外地质学家所瞩目。庐山大地构造位置处于扬子和华夏板块的碰撞结合带上,是江南新元古造山带的重要组成部分。庐山地区出露的星子群是扬子克拉通东南缘唯一一块深变质岩系,这就使该地区成为研究华南大地构造演化和前寒武纪地质的“热点”。古生代该地区处于相对稳定的构造环境中,形成了区域上从寒武纪-三叠纪之间巨厚的碳酸盐岩及碎屑岩建造。中生代该地区进入强烈构造-岩浆活动时期,发育多期岩浆事件,及典型的伸展拆离构造。对该地区中生代的构造演化模式争论已久,主要有变质核杂岩模式、隆.滑机制或短轴背斜成因,这些模式虽然都解释了该地区部分地质现象,但仍有许多问题难以解释。本文作者选取庐山地区为实例,以关键事件的年代学研究为主题,辅助区域变质-变形特征分析,结合前人的研究成果,进行综合分析研究,初步建立该地区的构造演化阶段,为研究华南构造演化提供了具体的例证。
根据初期的室内研究和室外工作认为,该地区具有典型的穹状构造,但可能并非前人认为的变质核杂岩,而可能是板内片麻岩穹窿。由于变质核杂岩与片麻岩穹窿在构造特征甚至成因上存在许多相似之处,极易将两者混淆,因此作者首先广泛阅读国内外关于片麻岩穹窿和变质核杂岩的文献。综述了国内外关于片麻岩穹窿的研究进展,简要总结了片麻岩穹窿形成机制的动力学成因和分类,指出其成因的多样性和复杂性,重点论述了片麻岩穹隆底辟成因的最新研究成果。作者详细讨论了片麻岩穹隆与变质核杂岩的异同,提出了两者不同的鉴定特征和地质意义;最后还指出片麻岩穹隆研究中存在的问题及今后的研究方向。
变质核杂岩存在的重要标志是大型拆离断层造成的地层构造缺失,而判断地层之间缺失最直接有效的方法是对比相邻地层间的成岩年龄的异同。前人研究认为,星子群为古元古代地层,并将其与华南早期地壳的形成与演化和中生代变质核杂岩构造相联系。本文利用二次离子探针(SIMS)原位微区定年技术,对星子群浅粒岩中碎屑锆石的年代学进行研究。碎屑岩中锆石大多具有棱柱状-次棱状外形,阴极发光图像显示其具有岩浆锆石典型的环带结构,Th/U值变化范围为0.15~1.29,表明原岩物质主要来自于火成岩的剥蚀区。锆石样品中53个测试点都位于不一致线上。其中上交点处49个206Pb/308U加权平均年龄(834±4)Ma,代表了该套地层沉积时代的下限;再结合其上覆筲箕洼组830±5Ma的火山岩年龄,将星子群的地层时代限定于新元古代。这一研究结果表明庐山地区并未出露古元古代的变质基底,前人厘定的中生代变质核杂岩构造也值得商榷。根据碎屑锆石U-Pb不一致线下交点年龄为133±20Ma,推断星子群的变质作用发生在中生代。另外,由星子群单一的碎屑锆石年龄、锆石形态特征及矿物组成特征推断,星子群是源区花岗质岩石快速抬升、风化剥蚀和搬运沉积的产物,暗示着强烈的地壳运动过程,可能与Rodinia超大陆的裂解有关。
片麻岩穹窿一般具有高级变质岩和花岗岩组成的核部。对核部岩浆-变质作用相互关系的研究,是揭示其成因机制的重要途径。本次研究发现,星子群内部混合岩的类型主要有有条带状混合岩、眼球状混合岩及肠状混合岩。根据混合岩镜下特征,推断其主要为交代/变质分异成因。对混合岩浅色体中锆石研究发现,其大部分具有核边结构,核部表现为岩浆锆石特征,而边部为典型的变质成因。36个测试点基本都位于不一致线上,不一致线上交点年龄为841±20Ma,下交点处7个测试点的协和年龄为142.5±1.6Ma,分别代表了原岩的形成年龄以及变质年龄。该结果印证了星子群原岩形成于新元古代,同时为星子群的变质时间提供了准确的年龄制约,这也得到星子群角闪石Ar-Ar年龄(~140Ma)的支持。
结合大量热年代学资料及构造特征,将庐山地区构造演化主要分为三个阶段:~140Ma:庐山地区处于岩石圈伸展环境,发育基性岩脉及地层的变质-深熔作用阶段;140~127Ma:庐山片麻岩穹窿的形成阶段。该阶段表现为强烈的岩浆活动,地层中发育各种与穹窿隆升相关的韧-脆性变形构造;从穹窿中心向外围依次出现韧性-脆韧性-脆性构造变形,变质矿物分带也指示地层温度从穹窿中心向外围降低的趋势。暗示了该期构造-变质事件是同期热事件的产物,可能与下部侵入的隐伏巨大岩基有关。127~90 Ma:穹窿后期改造破坏阶段。主要表现为赣江断裂白垩纪走滑运动、石背山等岩体的侵入,以及对庐山地区地壳热结构的改造。最后是鄱阳湖盆地的形成及庐山穹窿右翼高角度脆性正断层的发育阶段。
新的研究结果发现,庐山地区并不存在大规模的地层构造缺失,野外也没有找到变质核杂岩型拆离断层的存在。并根据星子群具有缓慢的冷却曲线以及放射状的拉伸线理等现象认为,庐山地区并不是前人认为的变质核杂岩构造,而是由于局部地壳活化后,岩浆底侵形成的片麻岩穹窿构造。