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河南省的前世今生

河南省位於中國中部,東經110°21′~ 116°39′,北緯31°23′~ 36°22′,面積16。7萬km2。西部有秦嶺東延的豫西山地,包括崤山、熊耳山、伏牛山、外方山,北部有太行山,南部有桐柏山、大別山,中部和東部為平原。這些都是我們在中國地圖上能看到的地理特徵,也是我們平時接觸最多的。

本文介紹我們在

地圖上看不到的河南省的地質歷史

,確切地說,是介紹從地球形成的46億年——人類產生前的200萬年這一時間段的河南省。

河南省的前世今生

圖1,河南省的地質構造區劃

一、河南省的板塊分割槽

河南省在地質板塊上分為3個部分:華北陸塊、北秦嶺褶皺帶和南秦嶺褶皺帶

(圖1)

。河南省以

欒川—固始韌性剪下帶

為界分為華北和秦嶺兩個地層區,秦嶺地層區又以

鎮平—龜山韌性剪下帶

分為北秦嶺和南秦嶺兩個地層分割槽。

現代地理上的河南省分為鄭州市、洛陽市、開封市、南陽市、濮陽市等,是地理分割槽。而本文討論的分割槽是根據板塊區分的。

華北陸塊

:南界為欒川—明港韌性剪下帶,形成於

中嶽運動

(距今18億年),基底為

太古代

(46-25億年)和

早元古代

(25-16億年)不同變質程度的各種變質岩系。蓋層包括

中、晚元古代

(16-10億年、10-6億年)淺海相碎屑岩—碳酸鹽巖、

寒武紀—中奧陶世

(5。7-4。6億年)廣海碳酸鹽巖、

石炭紀—二疊紀

(3。5-2。5億年)海陸互動相含煤碎屑岩系、

中—新生代

(2。5億年至今)陸內斷陷盆地型沉積。

北秦嶺褶皺帶

:為華北板塊南部活動大陸邊緣,是華力西—印支褶皺帶。北部為

中元古代

(16-10億年)陸緣裂谷沉積的寬坪群。中部為

早古生代

(5。7-4億年)裂谷型蛇綠岩帶———二郎坪群及

晚古生代

(4-2。5億年)類復理石沉積的柿樹園組、小寨組。南部為

早元古代

(25-16億年)陸緣沉積秦嶺群和晚元古代陸緣沉積峽河群,以及古生代雁嶺溝組海相碳酸鹽巖外來體。

南秦嶺褶皺帶:

如下圖所示,這個區塊主要位於河南南部的南陽、信陽一帶,圖中的黑線就是北緯31°23′,黑線以為是河南省的區域。這個區塊是揚子板塊的北緣,是

晚古生代

(4——2。5億年)形成的褶皺帶。該帶具有揚子型基底,震旦紀—晚古生代淺海相沉積發育。

帶內有3條大型構造帶:

西峽—周黨韌性剪下

帶為上地殼構造帶,分隔龜山組和南灣組;

內鄉—商城韌性剪下

帶為超地殼構造帶,分隔南灣組與蘇家河群;

大陡嶺—滸灣構造帶

為上地殼斷裂,分隔蘇家河群與陡嶺群、大別群。帶內發育

晚元古代

(10-6億年)弧型花崗岩、碰撞型花崗岩及加里東期、華力西期酸性巖類、基性—超鎂鐵巖類。

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圖2,南秦嶺-大別山褶皺帶(向必得,2007)

二、河南省的出露古地層

在你的家鄉,你一定發現了許多岩石、化石、銅鐵礦、金礦、煤及石油,那麼,它們形成於哪一時代,是如何形成的?我們可以試著以家鄉的上述岩石對應到出露的地層,瞭解家鄉的前世今生。

地層單位

:宇、界、系、統,對應的

時間單位

是:宙、代、紀、世。群、組是小的地層單位

1、太古界

(46-25億年形成的地層):在華北地層區有登封群和太華群。

登封群

由花崗岩——輝綠岩帶組成,花崗質巖系屬

TTG巖系

(英雲閃長巖–奧長花崗岩–花崗閃長巖組成的的岩石組合)。綠巖帶下部為超鐵鎂火山岩,相當於玄武質科馬提巖,上部為沉積岩系,年齡25~28億年。

太華群

下部為英雲閃長巖—奧長花崗岩,上部為綠巖帶,為科馬提巖及沉積岩系,年齡為26億年。

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圖3,TTG巖系

在南秦嶺地層分割槽有大別群,由花崗質巖系及錶殼巖系組成,前者為TTG巖系,後者為沉積岩系,發育高壓變質帶,年齡20~28億年。

2、下元古界

(25-18億年形成的地層):在華北地層區有

嵩山群

,不整合於登封群之上,為濱海—淺海相沉積,由石英岩、雲母片巖、千枚巖夾白雲岩組成,厚1170~ 3228 m,產疊層石,年齡為18億年。

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圖4,河南嵩山下元古界岩石(索書田,2019)

在北秦嶺地層分割槽有陸緣沉積

秦嶺群

,為角閃質和雲母質片麻岩,年齡為20億年。

在南秦嶺地層分割槽有活動陸緣沉積

陡嶺群

,主要為混合巖、斜長角閃片麻岩及大理岩,Sm-Nd法年齡21億年。

3、中元古界

(18-10億年形成的地層):在華北地層區下部為

熊耳群

,上部分別為汝陽群或官道口群。熊耳群不整合於登封群、太華群、嵩山群之上,底部為碎屑岩,主體為陸內裂谷生成的玄武岩、粗面岩、安山岩、流紋岩,厚4 154~ 8 545 m,底部年齡為17。8億年,下部年齡為16。7億年。

汝陽群

不整合於熊耳群之上,為海灘—潮坪相沉積,主要為石英砂岩夾頁岩,上部為礫屑白雲岩,產疊層石,厚939~ 2 346 m,海綠石K-Ar法年齡11~ 12億年。

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圖5,熊耳山欒川縣白土金礦床(王俊德,2020)

官道口群

不整合於熊耳群之上,下部為海灘相石英砂岩,上部為侷限臺地相含疊層石大理岩,產疊層石,厚1 793~ 3 076 m,年齡14億年。在北秦嶺地層分割槽有寬坪群,為陸緣裂谷生成的拉斑玄武岩、復理石雜砂岩、雲母大理岩,K-Ar法年齡12。5~14 億年。

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圖6,疊層石

4、上元古界

(10-5。7億年形成的地層):在華北地層區有

洛峪群

震旦系

欒川群和陶灣群

。洛峪群為濱海—淺海相沉積的頁岩、石英砂岩、白雲岩,產疊層石,厚212~611 m,年齡為10億年。震旦系覆蓋在洛峪群之上,下部為海灘—侷限臺地相礫岩、白雲岩、海綠石砂岩,產疊層石,厚280~ 700 m,年齡為6。5億年。上部為山嶽冰川沉積的冰磧礫岩及頁岩,厚38~ 298 m。

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圖7,大別山地區新元古代8。6億年閃長巖(蔡文春,2021)

欒川群

平行覆蓋在

官道口群

之上,是淺海臺地相沉積的石英岩、雲母石英片岩、大理岩,夾碳質頁岩,頂部有變粗面岩,產疊層石,厚2000多米,年齡為9億年。

陶灣群

為陸緣斜坡環境生成的礫岩、板岩、條帶狀大理岩,具滑塌及風暴沉積,厚350~ 3 100 m。

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圖8,風暴沉積的生物碎屑灰巖

在北秦嶺地層分割槽有

峽河群

,為大陸邊緣生成的雲母石英片岩、斜長角閃片岩夾條帶狀大理岩,在盧氏官坡發育高壓變質帶,年齡為9。7億年。

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圖9,大理岩

在南秦嶺地層分割槽,

毛堂群

下部為石英角斑岩及火山碎屑岩,上部為細碧巖夾絹雲片岩,厚2000-4000米,年齡為8億年。

龜山組

為濁流沉積,主要為石英岩夾角閃片岩、大理岩,年齡7。5億年。

震旦系

為淺海相沉積,下部為砂岩,上部為白雲岩,厚2000多米。

5、下古生界

(5。7-4億年):在華北地層區發育寒武系和奧陶系侷限、開闊臺地沉積。寒武系平行覆蓋於中、上元古界之上。下統為含磷砂岩、含膏白雲岩、雲斑灰巖、泥質白雲岩,厚37~ 483 m,含雙殼類,腹足類,三葉蟲(圖10)。

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圖10,寒武紀海底世界(Fu,2019)

中統為含雲母頁岩、海綠石砂岩夾灰巖、鮞狀灰巖,厚306~ 634 m,產三葉蟲。上統為泥質白雲岩、白雲岩、矽質團塊白雲岩,厚76~ 293 m,含三葉蟲(圖11)。

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圖11,三葉蟲

奧陶系下統為燧石團塊白雲岩、細晶白雲岩,厚60 m,含牙形石(圖12)。中統分佈在

三門峽—禹州

以北,平行覆蓋在下統或上寒武統之上,主要為白雲岩、灰巖、白雲質灰巖,厚約84~ 672 m,有牙形石和頭足類化石。

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圖12,牙形石(郝少波,2021)

在北秦嶺地層分割槽有

二郎坪群、雁嶺溝組

。二郎坪群屬類蛇綠岩套,為細碧巖、石英角斑岩,夾炭質雲母片巖及大理岩,厚1 402~ 5 310 m,下部矽質岩中產放射蟲,上部灰巖中產頭足類,腹足類。

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圖13,東秦嶺豫西地區4。3億年花崗岩(惠爭卜,2021)

雁嶺溝組為大理岩、石墨大理岩,厚557 m,在西峽產蟲牙,在桐柏蔡家凹產高肌蟲及腕足(圖14)、海百合、放射蟲,可延入上古生代及早三疊世,在商城石門衝產珊瑚,牙形石。

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圖14,腕足動物

在南秦嶺地層分割槽有

蘇家河群

和寒武系—志留系。蘇家河群主要為雲母質片麻岩夾角閃質片麻岩、大理岩,年齡5。3億年。在

信陽

附近大理岩中產幾丁蟲及腕足類、有孔蟲、海百合化石碎片。在西峽周進溝大理岩產腕足類、海綿骨針,年齡4。5億年。

淅川

一帶寒武—志留系為淺海陸棚—臺地沉積。

寒武系下統為矽質岩、頁岩、薄層灰巖,厚58。9~ 116。6 m,產三葉蟲,中統為白雲質灰巖、泥質灰巖、紫灰色粉砂岩,厚54~ 278 m,產三葉蟲,上統為白雲岩、含燧石團塊白雲岩,厚551。7~ 1 563 m。

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圖15,白雲岩

奧陶系下統為白雲岩、白雲質灰巖,厚538m,產牙形石。中統下部為玄武岩。上部為粉砂岩、泥岩、泥質灰巖,厚96~ 416 m,產牙形石。上統為灰巖夾泥岩,厚300 m,產牙形石,珊瑚(圖16)。志留系僅有下統,為頁岩、泥灰岩、泥岩,產筆石。

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圖16,珊瑚化石

6、上古生界

(4-2。5億年):華北地層區發育有海陸互動相的石炭系—二疊系。石炭系上統為鐵鋁質巖系、灰巖夾砂岩、泥岩及煤層,厚149 m,產牙形石、雙殼類等。下二疊統為砂岩、頁岩夾煤層,厚366 m,產植物。上二疊統為砂岩、泥岩夾煤層、海綿巖、厚層長石石英砂岩、粉砂岩,厚1 100 m,產植物。

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圖17,石炭紀河畔景觀

在北秦嶺地層分割槽有

小寨組、柿樹園組及石炭系

。小寨組為濁流沉積的黑雲石英片岩、石榴雲母石英片岩,頂部夾基性火山岩,厚3 000~ 5 200 m。柿樹園組為復理石沉積,主要為絹雲石英片岩夾大理岩,產孢子,厚1 167~ 1 591 m。大別山北麓石炭系為沖積扇、海濱、河湖相沉積的砂岩、頁岩夾礫岩、煤層、灰巖,厚7 800 m,產植物,雙殼類。

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圖18,石炭紀小葉杉樹

在南秦嶺地層分割槽有

南灣組

泥盆—石炭系

。南灣組為絹雲石英片岩、變粉砂岩,厚6 893 m,產孢子等。淅川地區泥盆繫上統為海灘沉積的砂岩、頁岩、泥岩夾灰巖,為914 m,產珊瑚,腕足類Y。石炭系下統為淺海陸棚沉積的灰巖、白雲岩,厚920 m,產珊瑚。中石炭統為開闊臺地—濱海沼澤沉積的灰巖、粘土巖,厚90~ 640 m,產珊瑚。

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圖19,石炭紀珊瑚化石

7、中生界

(2。5億年-6500萬年):華北地層區三疊係為河流、湖泊相沉積,下統為紫紅色砂岩夾泥岩,厚329~ 849m,產脊椎動物化石,植物。中統為砂岩與泥岩互層,厚199~ 609 m,含植物。上統為砂岩、泥岩夾泥灰岩、煤層、油頁岩,厚2 718m,產植物,雙殼類。

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圖20,三疊紀魚化石

侏羅系為湖泊、沼澤相砂岩、泥岩夾煤層,可分三統,厚497 m,產植物,雙殼類。

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圖21,侏羅系岩石

白堊系分佈零星,

寶豐

大營有中基性火山岩,厚1 108 m,,年齡為1。1億年,

汝陽

九店有凝灰岩夾礫岩,厚1 807 m。

義馬、三門峽、潭頭盆地

的白堊系主要為河流相紫紅色粉砂岩,產恐龍蛋化石Elongatoolithus等。

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圖22,豫南伏牛山銅山1。4億年花崗岩(梁濤,2021)

在北秦嶺地層分割槽的

盧氏

五里川、

南召

留山盆地有三疊紀湖泊沼澤相含煤沉積岩系,產植物化石。南召馬市坪盆地有河流、湖泊相侏羅—白堊系,為砂岩、泥岩,產昆蟲,雙殼類。

在大別山北麓侏羅系為河流—沖積扇沉積,為礫岩、砂岩、粘土巖,厚1 798~ 3 600 m。白堊系下統為陸相火山岩,厚680~ 2 800 m。上統為河流相礫岩、砂岩、粘土巖,厚400~ 1 330 m,產恐龍蛋化石。

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圖23,恐龍蛋化石

在南秦嶺地層分割槽

西峽、淅川盆地

僅有白堊系,為河流相紫紅色砂岩、礫岩、泥岩、泥灰岩,厚2 263 m,產恐龍蛋化石。

8、新生界

(6500萬年至今):第三系在盆地和凹陷分佈,主要為河流、湖泊相砂岩、粉砂岩、泥岩、泥灰岩。在華北地層區,下第三系在

潭頭、盧氏、三門峽、洛陽、濟源盆地

出露,厚1 000~3000 m。產脊椎動物等。

在北秦嶺地層分割槽的吳城、平昌關盆地有下、上第三系分佈。

在南秦嶺地層分割槽

李官橋盆

地出露有下、上第三系,厚1 000~2 000 m,產哺乳動物化石,在

南陽凹陷

厚達8000 m,有含油岩系。第四系廣泛分佈於平原、山間盆地及山前丘陵一帶。下更新統在豫西為河流—湖泊相沉積,厚43~ 71 m,產哺乳動物,

靈寶—鄭州

黃河兩岸有午城黃土,厚10~ 40m。區域性有冰磧層分佈。

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圖24,午城黃土

中更新統在豫西為河流—湖泊相沉積,厚10~ 40 m,產哺乳動物,

靈寶—鄭州

有離石黃土,厚10~ 80 m。豫西南有衝—洪積層,

南召雲陽

有洞穴堆積,含Homo erectus。

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圖25,離石黃土

上更新統在豫西為河流相沉積,厚5~ 10 m,

靈寶—鄭州

有馬蘭黃土,厚10~ 40 m。全新統為河流沖積層,區域性有湖泊沉積和風積,厚3~ 40 m。

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圖26,馬蘭黃土

三、河南的板塊和山脈是如何變化的

河南省地質構造演化可分為3個階段,中元古代前(46—10億年)為

前造山階段

,晚元古代—三疊紀(10—2億年)為

主造山階段

,侏羅—白堊紀(2億年—6500萬年)為

後造山階段

1、前造山階段

:太古代時,地殼較薄,岩漿活動劇烈,在華北區澠池—確山、華山—魯山及南秦嶺區的桐柏—大別一帶形成TTG巖系,噴發沉積了綠巖帶,形成

登封群、太華群、大別群

嵩陽運動

使太古代地層褶皺抬升,伴隨區域變質。

河南省的前世今生

圖27,嵩山

早元古代在嵩山地區形成淺海相沉積嵩山群,在北秦嶺區形成陸緣沉積秦嶺群,在南秦嶺區形成活動陸緣沉積陡嶺群。

中條運動

使嵩山群連同登封群形成緊閉倒轉褶皺,太華群形成倒轉背斜,奠定了基底,形成華北陸塊。南秦嶺區的陡嶺群褶皺成為基底,與大別群共同組成揚子板塊基底。

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圖28,中條山

中元古代早期,華北陸塊南部的三叉裂谷發育,深達上地幔,發生火山活動,形成陸內裂谷火山岩熊耳群,其中一支沿陸塊南緣形成陸緣裂谷,沉積了寬坪群。

王屋山運動

使裂谷活動停止,導致華北陸塊不均衡抬升,形成侷限海,南侷限海生成官道口群,北侷限海生成汝陽群。

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圖29,河南濟源王屋山

中元古代末,寬坪裂谷閉合。

2、主造山階段

:晚元古代華北陸塊的南侷限海生成

欒川群

及陸內裂谷環境鹼性岩帶,北侷限海生成

洛峪群

。在北秦嶺區形成陸緣環境沉積峽河群。在南秦嶺形成裂谷環境的毛堂群細碧角斑岩系以及濁流沉積

龜山組

晉寧運動使揚子板塊向華北板塊之下俯衝,導致北秦嶺

峽河群

秦嶺群

向南秦嶺龜山組之上逆衝,形成鎮平—龜山斷裂帶,華北陸塊向南逆衝,形成欒川—明港斷裂帶,伴隨俯衝型花崗岩侵入,

寬坪群

增生於華北陸塊之上,華北陸塊南侷限海加深,形成滑塌沉積

陶灣群

,北侷限海萎縮以至消亡,陸塊抬升為陸,形成山嶽冰川沉積(圖30)。

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圖30,山嶽冰川

早古生代華北陸塊成為陸表海,生成寒武—奧陶紀碳酸鹽巖夾碎屑岩沉積,北秦嶺成為華北板塊南緣活動大陸邊緣,形成溝弧盆體系,發育二郎坪裂谷,噴發細碧—角斑岩系———

二郎坪群

。在北秦嶺二郎坪群裂谷南側生成海相碳酸鹽巖———

雁嶺溝組

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圖31,崤山觀四海

南秦嶺為揚子海北緣,北部生成陸緣碎屑岩—碳酸鹽巖

蘇家河群

,南部生成淺海相碳酸鹽巖、碎屑岩沉積。加里東運動使華北陸表海抬升為陸,缺少晚奧陶世—早石炭世沉積,北秦嶺內鄉—商城、朱陽關—大河斷裂向北反衝,二郎坪裂谷閉合。伴隨俯衝、碰撞型花崗岩侵入。

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圖32,花崗岩

晚古生代在陸塊上形成晚石炭世—二疊紀海陸互動相含煤巖系。在北秦嶺南部

雁嶺溝

組繼續沉積,北部海槽存在,形成復理石建造

小寨組、柿樹園組

。揚子板塊北緣形成南灣組復理石沉積及海相碳酸鹽巖。華力西運動使揚子板塊向北俯衝,華北與揚子板塊開始對接,北秦嶺海槽開始閉合,伴隨碰撞造山型花崗岩體侵入。

河南省的前世今生

圖33,大別山

如下圖所示,早—中三疊世,華北盆地整體為統一的大型內陸沉積盆地。晚三疊世,受擠壓碰撞作用影響,華北板塊南、北緣分別發育沿逆衝帶線性展布的陸內前陸盆地。三疊紀華北陸塊形成內陸河湖相沉積。

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圖34,華北板塊南北緣三疊紀構造演化模式圖(彭深遠,2021)

在北秦嶺北部出現斷陷盆地,形成湖相—河流相沉積,南部淺海在

桐柏

短時存在。印支運動使大型斷裂帶發生左行走滑,引起華北板塊向南逆衝,華北板塊與揚子板塊完全對接,成為統一的中國板塊,秦嶺洋消失。

3、後造山階段

:大別山有火山噴發。燕山運動早期陸塊繼續大規模向南逆衝,發生陸內碰撞,北秦嶺褶皺造山。燕山運動晚期向北淺層次反衝由南向北傳遞,在華北陸塊形成

三門峽—魯山

推覆構造帶,造成地殼縮短,奠定了構造格局。

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圖35,大別山地區大陸碰撞後期構造運動過程圖(董樹文,2002)

綜上所述,熱愛河南先從瞭解河南開始,本文

針對現在的河南省地圖位置分別對應到地質歷史階段的位置

,將今論古,讓人們根據家鄉的岩石、地層、化石、礦產資源瞭解河南的前世今生。

參考文獻:

(1)孫樞,從柏林,李繼亮,豫陝中—晚元古代沉積盆地(一),地質科學,1981,(4):314~ 322。(2)河南省地礦局,河南省區域地質志,北京:地質出版社,1989。(3)程裕淇,中國區域地質概論,北京:地質出版社,1994,1~ 517。