阿尔泰造山带玛因鄂博蛇绿混杂岩俯冲-折返拼贴式就位的特征

刘崴国 , 张建东 , 赵恒乐 , 施文翔 , 于洋,冯红刚 , 冯江鹏

(新疆地质矿产勘查开发局第一区域地质调查大队,新疆 乌鲁木齐 830011)

阿尔泰造山带玛因鄂博蛇绿混杂岩俯冲-折返拼贴式就位的特征

刘崴国 , 张建东 , 赵恒乐 , 施文翔 , 于洋,冯红刚 , 冯江鹏

(新疆地质矿产勘查开发局第一区域地质调查大队,新疆 乌鲁木齐 830011)

阿尔泰山南缘原划下石炭统姜巴斯套组实为一套具有洋壳性质的变质岩组成，由玄武岩、辉长岩和少量硅质岩组成，并混杂岩了前寒武纪基底残残块。该洋壳组分位于增生岩楔之中，构造楔形体的形成是俯冲作用一次次“脉冲式”推进的产物，大体可以分为7个岩片，在增生楔下部(南部)见有滑混岩出露。角闪岩相变质的洋壳又经历了退变质作用的影响，显微镜下可见到辉石转变为阳起石、绿帘石交代斜长石的现象。显示折返过程中经历了由角闪岩相绿片岩相的退变质作用演化过程，俯冲的洋壳残片又被仰冲盘携带上升，发生俯冲-折返拼贴式就位，与弧火山岩共同形成了SSZ型蛇绿混杂岩。蛇绿混杂增生岩楔的特征表明洋壳由南向北俯冲，记录了古亚洲洋中支早古生代晚期的演化特点。

俯冲-折返拼贴; 蛇绿混杂岩;SSZ型蛇绿岩

蛇绿岩一词最早是由 Brongniart于1813年在研究意大利北部蛇绿岩以后提出的,现代把蛇绿岩等同于洋壳的观点随着板块构造的出现而出现。1972年美国地质学会 Penrose会议正式将蛇绿岩与板块构造联系起来,认为蛇绿岩是一种可与洋壳对比的独特的镁铁质—超镁铁质岩石组合,它们产于洋中脊扩张构造环境,后来由于板块构造作用而出露于板块汇聚带(马中平等，2004；臧遇时等，2013)。目前普遍认为蛇绿岩一词的本质是可与现代洋壳对比的岩石组合，由于板块构造作用。而出露于板块会聚带,而非原地形成的地壳—地幔岩石。那么，蛇绿岩形成以后通过何种方式就位，便成了研究蛇绿岩构造意义不可或缺的内容，朱云海等(2000)提出蛇绿岩就位机制可大致分为三类，即俯冲刮削拼贴式、俯冲折返拼贴式、种类仰冲推覆式；马冲等(2011)则提出碰撞仰冲型、增生底垫型、俯冲剥离型和角流型4种方式。此外，梁云海等(1999)根据新疆蛇绿岩实际地质特征，将新疆蛇绿岩就位机制分为五型：克拉麦里型(特提斯型)、特克斯型(环太平洋型)、阔克萨勒型(底辟型)、唐巴勒型(过渡型)、西昆仑仰冲型(特罗多斯型)。笔者研究的玛因鄂博蛇绿混杂岩产于增生楔内部，而非位于经典板块构造模式中位于洋壳俯冲面与增生楔之间的位置，从野外实地观察及室内综合研究认为，带内属蛇绿岩组分的岩石变质程度不一，可能经历了俯冲和折返两个阶段，使得不同构造层次的各种岩片相互叠置。蛇绿混杂岩的基质前人划为下石炭统姜巴斯套组(新疆青河县布尔根一带1∶5万区域地质调查报告,2004)，该地层以一套火山-沉积岩为主，其中玄武岩等熔岩具有弧火山岩的特点。蛇绿混杂岩中玄武岩非活动性元素Nb、Ta弱亏损或不亏损，轻稀土元素先亏损后富集，曲线总体为轻稀土富集型，以上特征都表现出洋岛火山岩的特征。在判断构造环境的TiO2-MnO-P2O5图解中，投在洋岛玄武岩区(新疆1∶25万青河县幅区域地质调查报告,2012)。由于俯冲作用的存在，在大陆(青河中间地块)一侧形成与大洋大致平行展布的岩浆弧花岗岩(泥盆纪陆缘弧)，直接就位于阿尔泰陆缘(图1)，形成安第斯型边界，玛因鄂博蛇绿混杂岩与弧火山岩共同组成了古亚洲洋古生代SZZ型蛇绿岩。对于玛因鄂博蛇绿混杂岩的时代问题，笔者对层状辉长岩、枕状玄武岩进行锆石SHRIMP U-Pb测年,谐和年龄分别为403 Ma和397 Ma,刘崴国认为玛因鄂博蛇绿混杂岩为北天山洋盆(古亚洲洋中支)在晚志留—早泥盆世的残余。

1 玛因鄂博蛇绿混杂岩俯冲-折返拼贴特征

古亚洲洋中支洋壳从泥盆纪开始向西伯利亚板块之下俯冲(新疆青河县布尔根一带1∶5万区域地质调查报告,2004)，代表洋壳残片的玄武岩、辉长岩等发生高压变质后通过构造折返作用回到地壳浅部,其特征如下：①经历了俯冲增压和折返减压两个阶段,在俯冲增压过程中,由于埋藏较深,蛇绿岩变质程度较深 ,各岩石类型均发生了不同程度的变质作用。部分玄武岩、辉长岩变质成斜长角闪(片)岩,但多保留了原岩的产出状态，斜长角闪(片)岩规模较小，呈团块状产出，镜下斜长石呈他形粒状，粒径0.6～0.1mm，聚片双晶不发育，轻微绢云母化、绿帘石化，长轴定向排列。角闪石呈他形-半自形长柱状，粒径2.0～0.8mm，具褐绿-黄褐多色性，发育闪石式解理，变质程度达到低角闪岩相。在陆弧碰撞过程中，洋壳被仰冲盘携带上升，发生了折返减压，变质较深的洋壳又经历了退变质作用的影响，显微镜下可见到辉石转变为阳起石、绿帘石交代斜长石的现象(图2)，显示折返过程中经历了由角闪岩相绿片岩相的退变质作用演化过程。②由于经历了俯冲和折返阶段,不同构造层次的各种岩片相互拼贴,既有变质程度不一的洋壳残片，又有构造卷入的基底岩块(新疆1∶25万青河县幅区域地质调查报告,2012)。洋壳已被强烈肢解,呈断块产出，与围岩为构造接触关系。③在俯冲带近大陆一侧引起部分熔融 ,形成大面积大陆弧花岗岩，区内泥盆纪片麻状英云闪长岩(陆缘弧)便是该作用的产物。该期热事件对整个阿尔泰南缘地区都有深远影响，包括富蕴县、青河县一带在内的泥盆纪侵入岩，具有岩性单一、规模大、分布广的特点，是阿尔泰古生代火山弧的重要组成部分。

1.第四系;2.泥盆—石炭系;3.下石炭统姜巴斯套组;4.中元古界苏普特岩群中深变质岩;5.片岩;6.混合岩;7.大理岩; 8.玄武岩;9.辉长岩;10.硅质岩;11.超基性岩;12.二叠纪闪长岩;13.二叠纪二长花岗岩;14.二叠纪钾质花岗岩;15.飞 来峰构造;16.锆石SHRIMP U-Pb测年样品位置图1 玛因鄂博构造带地质构造简图(据新疆1∶25万青河县幅地质图改编)Fig.1 The simplified geological map of Mayinerbuo tectonic zone

2 剖面描述

随着板块俯冲作用的继续，洋壳残片被不断刮削并层层拼贴在阿尔泰陆缘，俯冲带则呈现出跳跃式后退方式，同时在大陆边缘海沟一侧形成陆缘俯冲增生杂岩楔，岩石构造变形、紧闭褶皱十分发育，褶皱轴面产状以50°～65°∠65°～80°为主，反映出向由北向南逆冲推覆。

图3展示了玛因鄂博蛇绿混杂岩与增生楔位置关系，玛因鄂博蛇绿混杂岩产于增生楔内部，从剖面中可以看出，玛因鄂博主断裂北侧的增生楔(图4)以发育叠瓦状逆冲-推覆构造、隆滑构造为特征，形成一系列大、中、小及显微尺度逆冲断层和背、向形构造，导致出露宽度约4 000m、强烈变形的糜棱岩-片岩-片麻岩组合被逆冲推覆于下石炭统姜巴斯套组之上，并在冲断面上盘附近发育一套宽约500～700m的递增动力变质岩带， 由于带内存在大量流体，使区内岩石大多发生强烈的塑性流变，形成一条强烈的韧性变形带。玛因鄂博主断裂南侧阿克阿坦萨依剖面(图5)出露的增生楔，与玛因鄂博冲断-推覆构造带变形特征相比，岩石构造变形、紧闭褶皱发育程度有过之而无不及，褶皱轴面产状以55°～70°∠65°～80°为主。构造楔形体的形成是俯冲作用一次次“脉冲式”推进的产物。大体可以分为七个岩片，从南向北依次为：中酸性火山沉凝灰岩、阳起石片岩+长石黑云母石英片岩+辉长岩、云母石英片岩+二云母片岩+玄武岩、斜长绿帘阳起片岩+辉长岩、斜长绿帘阳起片岩+角闪片岩+辉长岩、二云母石英片岩、黑云二长变粒岩+二云母石英片岩。各个岩片之间为逆冲断裂，呈现无序状态，但也有一定规律，即每一个岩片中都或多或少混有洋壳残片，而且绝大多数情况下总是洋壳残片在南侧、变质(碎屑)岩在北侧。该增生楔的出现，为玛因鄂博构造带的俯冲带属性提供了有力证据，是古亚洲洋中支在古生代构造演化的记录。玛因鄂博蛇绿混杂岩在空间位置上产出于增生楔内部，而并非位于增生楔南侧，反映出该蛇绿混杂岩具有俯冲折返拼贴就位的特征，也是古亚洲洋中支强烈俯冲的表现，蛇绿混杂岩中的辉长岩是该蛇绿混杂岩出露面积最大的组成单元，宏观上呈北西向断续分布，主要岩性有糜棱岩化变质辉长岩、细粒辉长岩等，具有层状构造，与玄武岩呈断块或渐变过渡关系，与硅质岩为断层接触。同时，本次调查在野外实地观察还发现两种与变质辉长岩宏观面貌很难区分的岩石，即斜长角闪片岩和斜长阳起片岩，仔细观察该岩石已发生变质，与辉长岩之间为渐变过渡关系，二者可能是辉长岩的“同物异相”，斜长角闪片岩是洋壳俯冲至较深部位发生变质而成，变质辉长岩是洋壳残片俯冲深度较浅时便被仰冲盘刮削肢解的产物，而斜长阳起片岩则很有可能是发生深部俯冲的洋壳，在折返上升过程中发生退变质形成的。此类岩石的野外产状相似、变质程度差别大，促成了玛因鄂博蛇绿混杂岩俯冲-折返拼贴式就位的特点。在增生楔下部(南部)见有滑混岩出露(图6)，野外产状为：滑混岩呈岩块产于长石岩屑砂岩及火山角砾岩中,形态不规则，有透镜状、椭圆状等，大小从几厘米至数十米不等，滑混岩岩性较为复杂，有砾岩、硅质岩、砂岩等，岩石变形、变质较弱，原岩组构特征表现得较为清楚。从滑混岩的岩性及岩石学特征判断，有可能属蛇绿混杂岩的基质部分。

1～2.斜长角闪片岩宏观与镜下特征；3～4.变质辉绿岩宏观与镜下特征；4～5.斜长绿帘阳起片岩宏观与镜下特征图2 玛因鄂博蛇绿混杂岩宏观及镜下特征Fig.2 The field photo and micro-characteristics of Mayinerbuo ophiolitic Melange

图3 玛因鄂博蛇绿混杂岩与增生楔位置关系图Fig.3 The location map of Mayinerbuo ophiolitic Melange and accretionary wedge

1.第四系冲洪积物;2.粉砂岩;3.硅质岩;4.灰岩；5.凝灰岩;6.变质玄武岩;7.变质英安岩;8.砂板岩;9.云母石英片岩; 10.绢云;绿泥构造片岩;11.逆冲断层;12.正断层图4 玛因鄂博断裂带逆冲-推覆构造实测剖面图(据构造剖面)Fig.4 The measured profile of Mayinerbuo fracture zone thrust-nappe ( According to structural section )

1.长石岩屑砂岩;2.砾岩;3.安山质火山角砾岩;4.火山尘凝灰岩;5.玄武岩;6.辉长岩;7.角闪片岩;8.长石石英微晶片 岩;9.斜长绿帘阳起片岩;10.阳起石片岩;11.云母长石片岩；12.云母石英片岩；13.斜长变粒岩；14.花岗岩；15.砂岩图5 玛因鄂博蛇绿构造混杂增生岩楔剖面图(据Ⅱ号剖面图)Fig.5 The profile of Mayinerbuo ophiolitic Melange accretionary wedge (According to II section)

3 蛇绿混杂岩就位机制探讨

蛇绿岩作为一个独特的地质单元，李锦轶认为其就位过程(图7)应该包括从洋盆岩石圈拆离肢解下来开始，到最终定位于现今构造位置上为止这样一段较长的地质时期，通过研究认为东准噶尔蛇绿岩有着相似的就位过程，可划分出3个阶段，第一阶段为俯冲过程中的侵位，第二阶段为碰撞过程的侵位，第三阶段为地壳缩短期的侵位。结合测区实际地质情况，有关学者认为玛因鄂博蛇绿混杂岩就位过程还应增加地壳伸展减薄阶段的构造就位(刘崴国，2011)。第一阶段为俯冲过程中的侵位，部分洋壳在俯冲过程中被肢解下来，在俯冲带上与弧前物质一同构成增生楔，本来该记录应该被保存在蛇绿岩的北侧，但是当古亚洲洋洋壳在发生强烈俯冲时，被刮削下来的洋壳残片又被仰冲盘携带上升，发生俯冲-折返拼贴式就位(图7)，这种方式就位的蛇绿岩代表了玛因鄂博蛇绿混杂岩的主体。结果是在阿克阿坦萨依多处见到辉长岩、玄武岩岩块位于增生楔内部而非南侧，辉长岩中倾伏向为正北的拉伸线理代表了俯冲早期的构造变形。第二阶段为碰撞过程的侵位，两大板块的对接，使得两个截然不同的大陆边缘系统在此汇聚，起初相对零散的蛇绿岩残片在碰撞过程中叠置在一起，多处可见辉长岩仰冲于玄武岩之上。第三阶段为地壳缩短期的侵位，在实地表现为蛇绿岩残片(辉长岩、玄武岩、硅质岩)与基质(凝灰岩、粉砂岩等)形成逆冲叠瓦状构造。第四阶段为阿尔泰南缘二叠纪地壳伸展减薄阶段，大型走滑剪切作用对蛇绿混杂岩的改造，将地质体切割成多个规模大小不等的右行构造透镜体，已有研究表明，阿尔泰南缘地壳于二叠纪发生了减薄事件(刘崴国，2011)，结果最终形成现今的构造面貌。

1.洋壳;2.前寒武纪基底;3.辉质杂岩;4.玄武岩;5.碳酸盐岩;6.弧型花岗岩;7.滑混岩;8.逆断层图7 玛因鄂博蛇绿混杂岩俯冲-折返拼贴式就位示意图Fig.7 The diagram of Mayinerbuo ophiolitic Melange subduction-reentrant collage emplacement

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Feature of Mayonerbuo Ophiolitic Melange Subduction Reenterant Collage Position in Altay Orogenic Belt

LIU Weiguo, ZHANG Jiandong, ZHAO Hengle, SHI Wenxiang, YU Yang, FENG Honggang,FENG Jiangpeng

(No.1 Regional Geological Survey Team, Xinjiang Bureau of Geology and Mineral Resources Development, Urumqi 830011, Xinjiang, China)

The Lower Carboniferous Jiangbasitao formation in south margin of Altay Mountains is actually oceanic crust metamorphic rocks, constituted by basalt, gabbro and minor silicalite, and mixed Precambrian basement residual block. The oceanic crust components are embedded in accretionary complexes, which can be divided into seven slices; the formation of the tectonic wedge is the result of repeated pulsed advance of subduction; slide melange was found in the lower part of the accretionary wedge. The oceanic crust with amphibolite facies metamorphism experienced retrograde metamorphism; under the microscope, it is observed that pyroxene was transferred into actinolite and epidote plagioclase metasomatic, indicating the retrogressive metamorphism evolution from amphibolite facies and greenschist facies. The remnants of oceanic crust subduction was carried up by the obduction，with a subduction and reentrant collage, and formed the SSZ ophiolitic melange with arc volcanic rocks. Features of ophiolite melange accretionary complex demonstrate the oceanic crust subduction from south to north, and record the evolution characteristics of Paleo-Asian Ocean in late Early Paleozoic era.

subduction and reentrant collage; ophiolitic mélange; SSZ ophiolite

2015-03-07；

2015-05-07

中国地质调查局国土资源大调查项目(1212010911055)

刘崴国(1983-)男,地质矿产工程师,,从事区域地质矿产调查工作。E-mail:lwg8385@sina.com

P588.3

A

1009-6248(2015)03-0178-07