APP下载

天山山脉中新生代差异隆升及其机制探讨

2016-08-17陈正乐韩凤彬孟令通

大地构造与成矿学 2016年2期
关键词:径迹白垩纪磷灰石

孙 岳, 陈正乐, 王 永, 韩凤彬, 吴 玉, 孟令通, 张 昊



天山山脉中新生代差异隆升及其机制探讨

孙 岳1, 2, 3, 陈正乐1, 2, 王 永2, 韩凤彬2, 吴 玉2, 孟令通2, 张 昊3

(1.东华理工大学 地球科学学院, 江西 南昌 330013; 2.中国地质科学院 地质力学研究所, 北京 100081; 3.中国地质大学(北京) 地球科学与资源学院, 北京 100083)

为了揭示长约2500 km的天山山脉中新生代隆升特征, 本文系统梳理分析了已发表的磷灰石裂变径迹数据和本次野外采样测得磷灰石裂变径迹数据约 460个, 岩性以花岗岩和砂岩为主。结果显示整个天山山脉隆升具有明显的时空差异性。白垩纪以前记录的径迹数据约占 14%, 白垩纪以来的数据约占 86%, 晚古生代末天山已有径迹年龄记录, 到晚侏罗世天山部分地区发生隆升, 整体隆升不明显, 早白垩世以来整个天山普遍隆升, 且存在多期隆升事件, 但隆升剥蚀速率存在明显差异。南北方向上, 自南向北径迹年龄有减小的趋势, 揭示山脉隆升自南天山向北天山扩展; 东西方向上,西天山隆升时限较东天山隆升早, 但白垩纪以来东、西天山均有隆升记录。天山山脉差异性隆升是不同陆块对亚洲板块南缘碰撞增生作用的共同结果, 其内部块体的结构特征和力学性质是差异隆升的基础和前提。

天山山脉; 差异隆升; 裂变径迹; 中新生代

天山山脉地质构造复杂, 成矿条件优越, 是斑岩铜–金矿、黑色岩系金矿、火山岩型铁矿的矿集区带, 山脉的隆升剥露对早期形成的矿产具有揭示和剥蚀作用(陈正乐等, 2012; 朱志新等, 2013), 同样约束盆地油气的形成和演化。研究天山山脉中新生代构造隆升与剥露过程, 对理解陆内造山带的构造变形过程与机理具有重要意义(张培震等, 1996; 杜治利和王清晨, 2007; 吕红华等, 2013), 对探讨区内金属矿产揭顶过程和保存条件进而指示区域找矿方向及盆地油气勘探工作具有实用价值。低温热年代学的研究可以揭示山脉的隆升剥露历史, 国内外许多学者利用裂变径迹年代学方法对天山北缘(张志诚等, 2007)、南天山南缘(杨树锋等, 2003)、依连哈比尔尕山(沈传波等, 2008; 姚志刚等, 2010)、博格达山(朱文斌等, 2006; Shen et al., 2006; 王宗秀等, 2008)、吐哈盆地周缘(Zhu et al., 2005; Yuan et al., 2007; Zhu et al., 2008; 高洪雷等, 2014)、准噶尔南缘(李丽等, 2008; 曹金舟, 2009)、塔里木北缘(Sobel and Dumitru, 1997; Sobel et al., 2006; 朱文斌等, 2007; 张志勇等, 2008; 刘红旭等, 2009; Zhang et al., 2009; Zhang et al., 2011; Yang et al., 2014)、伊犁盆地南缘(韩效忠等, 2008)、库车盆地(杨庚和钱祥麟, 1995)、乌库公路(马前等, 2006)、独子山–库车公路(王彦斌等, 2001; 郭召杰等, 2006; Jolivet et al., 2010)、巴伦台(吕红华等, 2013)及境外(Dobretsov et al., 1996; Bullen et al., 2001, 2003; Buslov et al., 2006; De Grave et al., 2007)等地进行了隆升剥露的研究,此外还有学者(Dumitru et al., 2001; 陈正乐等, 2006,2008; 杜治利和王清晨, 2007; Wang et al., 2009)探讨了中新生代天山大范围地区的隆升剥露历史。但前人的研究主要针对天山某一部位的采样来研究该区的隆升剥露及构造演化特征, 缺乏系统性的分析整个天山山脉隆升剥露的时空差异特征。本文收集和梳理了前人已发表的磷灰石裂变径迹数据以及本次在阿吾勒拉山、巴音布鲁克等地采集的花岗岩和砂岩样品, 探讨了中新生代整个天山山脉隆升剥露的时空差异性及其隆升机制。

1 区域地质概况

天山山脉是亚洲中部一条重要的板内造山带,长约2500 km, 宽150~300 km, 呈东西走向, 位于准噶尔和塔里木盆地之间, 向西延入哈萨克斯坦和吉尔吉斯斯坦境内(图1)。天山山脉由元古代到新生代以来的各类变质岩、火成岩和海、陆相沉积岩构成(新疆维吾尔自治区地质矿产局, 1993), 出露的地质体主体为古生代形成的海相火山沉积岩系, 其内为各种侵入岩和变质岩, 山脉的山间盆地及山前盆地主要分布中生代以来的陆相沉积岩系(李锦轶等, 2006; 陈正乐等, 2012)。区内发育一系列近东西向的走滑断层、逆冲断层和山间盆地, 如那拉提南缘–库米什断裂、塔里木北缘逆冲断裂及伊犁盆地、伊塞克湖盆地、吐哈盆地等。

晚古生代随着古天山–准噶尔洋、南天山弧后盆地相继闭合, 塔里木古板块和哈萨克斯坦古板块碰撞, 天山缝合带开始形成并进入板内演化阶段(吴世敏等, 1995; 舒良树等, 2004; 朱志新等, 2013; Yang et al., 2014)。中新生代期间, 天山山脉经历了多期构造运动和隆升过程, 晚新生代以来, 天山山脉的构造变形表现为持续南北向挤压和缩短, 且缩短量从南向北、从西向东逐步减少(Yin et al., 1998; Chen et al., 1999; 邓起东等, 2000; 牛之俊等, 2007), GPS监测亦显示现今天山山脉南北向缩短抬升的特征(王晓强等, 2005; Lei et al., 2013)。为了方便讨论天山山脉的隆升特征, 以博罗科努断裂–阿其克库都克断裂和哈尔克山–包尔图断裂为界将整个天山地区分为北天山、中天山和南天山; 沿乌鲁木齐–库尔勒一线将天山山脉划分为东天山和西天山(图1)。

2 天山山脉隆升时间特征

自 20世纪 90年代以来, 裂变径迹热年代学方法广泛应用于境内外天山山脉隆升剥露的研究。本文全面收集整理了前人发表的磷灰石裂变径迹数据,并测试了西天山阿吾拉勒山等地 31个样品(另文报道), 总共约460个年龄数据(图1), 样品岩性以花岗岩为主, 约310个, 部分为砂岩, 约130个, 另有少量火山岩和片岩, 测试矿物均为磷灰石。结果显示天山山脉在二叠纪有径迹年龄记录, 出现初始隆升,在三叠纪和侏罗纪隆升较为普遍, 自白垩纪以来整个天山处于相对活跃的隆升阶段, 三个阶段的隆升呈阶梯式的特点(图2)。

2.1 晚古生代末期隆升

磷灰石裂变径迹数据记录最早的时间是二叠纪,一是花岗岩样品, 位于独库公路中段旁侧, 径迹年龄为275.4±7.9 Ma(Dumitru et al., 2001), 记录岩体隆升时间; 一是头屯河地区侏罗系砂岩样品, 年龄为 253.7±16.5 Ma(郭召杰等, 2006), 记录了源区冷却年龄, 后期埋深较浅, 没有经历完全退火。这两个数据大致在同一纬度, 经度相差约 3°, 说明在晚古生代天山山脉不同部位已经存在隆升剥露的记录。前人(李锦轶等, 2006; 左国朝等, 2008; 朱志新等, 2013)根据岩体时代和构造变形时代证据揭示天山古生代洋盆在晚石炭世关闭, 在二叠纪开始进入造山演化阶段。磷灰石径迹年龄也记录了该时段天山地区进入陆内演化并开始发生隆升剥露。

2.2 三叠纪–侏罗纪隆升

已整理的三叠纪–侏罗纪磷灰石裂变径迹年龄数据有52个, 在花岗岩和砂岩样品中均有记录。花岗岩样品主要分布在伊塞克湖盆地北缘(160~130 Ma, De Grave et al., 2007)、昭苏(158~157 Ma, 陈正乐等, 2006)、库鲁克塔格(146 Ma, 朱文斌等, 2007; 140~ 135 Ma, Yuan et al., 2007)、独库公路沿线(245~135 Ma, Dumitru et al., 2001; 郭召杰等, 2006; 张志诚等, 2007)、乌拉斯台(143 Ma, 郭召杰等, 2006)、阿克苏(240~168 Ma, Dumitru et al., 2001)及库车(197 Ma, Dumitru et al., 2001)。砂岩样品主要分布在独库公路(178~140 Ma, 郭召杰等, 2006; 张志诚等, 2007)、头屯河(169~151 Ma, 郭召杰等, 2006)、柯坪塔格(164 Ma、155 Ma, Sobel et al., 2006)、木兹杜克(170 Ma、135 Ma)、喀什盆地边缘逆冲断层(216~135 Ma)、玛拉斯河(187 Ma, Hendrix et al., 1994)和吐鲁番盆地(190 Ma, Zhu et al., 2005)。

该时段在天山山脉不同部位均出现隆升和源区剥露的径迹年龄记录, 年龄集中在侏罗纪, 说明整个天山已处在隆升剥露阶段。磷灰石裂变径迹年龄记录应证了自侏罗纪开始, 天山造山带的演化主要表现为陆内褶皱–冲断隆升活动及山体的剥露和山间盆地沉积。关于该阶段的隆升剥露速率, 韩效忠等(2008)根据径迹数据估算伊犁盆地南缘剥露速率为72~177 m/Ma, 在其他地区虽然没有具体估算隆升剥露速率, 但从前人报道的热史模拟曲线中可以看出该时段隆升剥露速率相对于新生代较为缓慢。

2.3 白垩纪以来隆升

135 Ma以来记录的磷灰石裂变径迹年龄广泛分布于整个天山山脉(图1)。由图2可知, 白垩纪以来天山存在115~90 Ma, 75~60 Ma, 50~40 Ma, 30~15 Ma四个相对快速隆升时段, 其中渐新世–中新世的隆升最为明显。准噶尔盆地南缘乌苏附近及巴音布鲁克盆地在早白垩世存在隆升剥露, 中新世以来发生快速隆升; 玉希莫勒盖达坂地区与盆地南缘、冰达坂南乌拉斯台及乌鲁木齐以西的头屯河地区晚渐新世–中新世(25 Ma左右)发生快速隆升(郭召杰等, 2006)。学者研究认为依连哈比尔尕山在白垩纪以来存在多期隆升事件: 沈传波等(2008)认为有5次隆升, 最大隆升发生在中新世, 速率为306.1 m/Ma; 曹金舟(2009)认为晚白垩世、古新世及中新世发生快速隆升, 最快隆升速率为127 m/Ma; 姚志刚等(2010)认为至少经历了早白垩世和中新世以来 2次明显的隆升事件。虽然初始隆升时间及隆升速率不同, 但是白垩纪以来依连哈比尔尕山存在多次隆升, 特别是中新世的快速隆升。博格达–巴里坤山链在新生代隆升有3个明显阶段(47~42 Ma, 30~20 Ma和19~5.6 Ma), 且隆升由西向东迁移(王宗秀等, 2008)。博格达山东段和哈尔里克地区自白垩纪以来经历了多期隆升事件, 晚白垩世–早新生代中期隆升平均速率为183 m/Ma(朱文斌等, 2006)。吐哈盆地南缘阿齐山–雅满苏一带在晚白垩世–始新世间发生强烈的隆升剥蚀事件, 最大剥蚀速率达270~580 m/Ma, 而20~12 Ma以来, 隆升相对缓慢, 剥蚀速率约 23~50 m/Ma(刘红旭等, 2014), 与该区普遍缺少白垩系相吻合。盆地南缘觉罗塔格地区自晚白垩世以来的平均剥蚀速率为39 m/Ma(Zhu et al., 2008), 与雅满苏地区晚白垩世以来平均隆升速率(43.1 m/Ma)(高洪雷等, 2014)相近, 揭示吐哈盆地南缘地区在始新世(50 Ma)以后构造活动相对稳定, 未发生显著隆升剥蚀过程。

天山西部吉尔吉斯斯坦段楚河盆地以南在中新世发生快速隆升, 速率为 400 m/Ma(Bullen et al., 2001); 伊犁盆地南缘在白垩纪–古近纪经历快速隆升(韩效忠等, 2008); 乌鲁木齐–库尔勒段晚白垩世隆升速率为126 m/Ma, 中新世发生快速隆升, 速率为306 m/Ma, 巴伦台地区中新世发生快速隆升, 隆升速率可能>200 m/Ma(马前等, 2006); 独山子–库车公路一带在白垩纪和中新世存在隆升作用(王彦斌等, 2001); 南天山库车和阳霞断裂在中新世有一次构造隆升, 速率为139~199 m/Ma(杨树锋等, 2003)。塔里木盆地北部萨瓦甫齐及塔里克地区记录了晚白垩世–始新世末(73~38 Ma)、渐新世–中新世(30~9 Ma)和中新世末(9~4 Ma)3个阶段式隆升阶段(刘红旭等, 2009); 库鲁克塔格地区存在晚白垩世早期和新生代晚期的隆升, 中新世隆升速率在200~260 m/Ma之间(朱文斌等, 2007)。库车坳陷库车河剖面及库车盆地在白垩纪以来存在3次隆升剥蚀事件, 晚白垩世剥蚀速率约40~50 m/Ma, 30 Ma以来剥蚀速率为70 m/Ma(贾承造等, 2003; 杜治利等, 2007)。

磷灰石裂变径迹年龄数据表明天山山脉普遍经历白垩纪以来的多次快速隆升过程, 在中新世除吐哈盆地南缘, 山体其他地区均发生快速隆升, 但不同地区快速隆升剥露的速率差距较大, 西天山快速隆升剥蚀的速率普遍比东天山隆升剥蚀较快。通过GPS监测表明天山山脉现今仍在构造变形和隆升中(Abdrakhmatov et al., 1996; 牛之俊等, 2007; Lei et al., 2013)。

图2 磷灰石裂变径迹年龄直方图Fig.2 Histogram of the ages of apatite fission track in the western Tianshan

3 天山山脉隆升空间特征

磷灰石裂变径迹数据显示, 天山山脉的隆升具有空间差异性(图1)。为此, 我们分别从南北方向上和东西方向上对天山山脉的隆升规律进行探讨。

3.1 南北向隆升差异

南天山裂变径迹数据主要分布在塔里木盆地北缘和独库公路南段, 在阿图什、阿克苏、库车和库鲁克塔格均有三叠纪–侏罗纪径迹年龄记录, 同时又有白垩纪以来的隆升事件。中天山裂变径迹数据分布在伊塞克湖盆地周缘和伊犁盆地南缘察汗乌苏山。吉尔吉斯境内伊塞克湖盆地周缘径迹年龄主要记录侏罗纪和中新世的隆升, 径迹年龄有向东减小趋势(Dobretsov et al., 1996; Dumitru et al., 2001; De Grave et al., 2007)。察汗乌苏山裂变径迹除昭苏煤矿南侧 2个样品记录了侏罗纪年龄外, 其他径迹年龄均集中在白垩纪以来, 且年龄的分布具有自南向北扩展的趋势(陈正乐等, 2006)。北天山裂变径迹数据主要分布于依连哈比尔尕山、博格达山和哈尔里克地区及吐哈盆地周缘, 这些地区在白垩纪以来存在多期隆升事件, 以新生代隆升为主, 中新世隆升最强烈(Zhu et al., 2005; 朱文斌等, 2006; 沈传波等, 2008;王宗秀等, 2008; 曹金舟, 2009; 姚志刚等, 2010)。

天山山脉南北方向上总体隆升具有先南后北的趋势, 且具有阶段性持续隆升剥露特征, 既有侏罗纪隆升, 又有白垩纪以来不同时期的隆升剥露。可能是不同时期不同陆块向亚洲板块南缘碰撞增生所致, 局部隆升剥露与构造抬升有关。

3.2 东西向隆升差异

西天山吉尔吉斯境内、伊犁盆地东南缘、塔里木北缘的萨瓦甫齐、塔里克、库车及独库公路一线径迹年龄在晚古生代、三叠纪–侏罗纪和白垩纪以来均有记录, 在中新世存在快速隆升。东天山依连哈比尔尕山、博格达–巴里坤山链、塔里木盆地东北缘磷灰石径迹年龄记录的隆升事件均发生在白垩纪以来, 随后又发生多次隆升。在东天山吐哈盆地南缘阿齐山、雅满苏地区除一个样品(F11, 花岗岩)径迹年龄为146 Ma(朱文斌等, 2007), 其余样品径迹年龄记录了晚白垩世的隆升剥露事件, 而在新生代无径迹年龄记录, 与盆地北缘新生代存在快速隆升有所差异。由此可见, 东天山地区径迹年龄记录的主要是白垩纪以来的年龄, 西天山在白垩纪以前隆升已相对普遍; 白垩纪以来, 东、西天山均出现快速隆升剥蚀, 但东天山吐哈盆地南缘在新生代以来相对稳定。

从地貌特征上看, 西天山山脉发育较宽且整体海拔较高, 东天山山脉较窄海拔偏低; 从地质和地球物理特征上看, 西天山发育较多的蛇绿岩带, 大面积分布古生代火山岩和沉积层系, 且具有薄岩石圈厚地壳(熊小松等, 2011), 东天山以出露前寒武纪角闪岩相变质岩系为主, 具有厚岩石圈薄地壳。东、西天山的地质和地球物理差异及塔里木盆地的顺时针旋转(Chen et al., 1990; Avouac et al., 1993)可能是导致山脉东西差异隆升的主要原因。

4 天山山脉隆升机制

目前, 国内外学者普遍认为不同陆块对亚洲板块南缘的碰撞增生作用是影响天山地区中新生代构造变形与隆升的主要原因, 包括晚三叠世(230~200 Ma)羌塘地块增生作用, 晚侏罗世(140~125 Ma)拉萨地块增生作用, 晚白垩世(80~70 Ma)科西斯坦–德拉斯岛弧的增生作用以及55 Ma以来印度板块与欧亚板块的碰撞增生作用, 这些事件成为天山山脉不同时期隆升的动力来源(Hendrix et al., 1992; Dumitru et al., 2001; Bullen et al., 2001; 朱文斌等, 2007; De Grave et al., 2007; 沈传波等, 2008; 张志勇等, 2008;刘红旭等, 2009, 2014; 高洪雷等, 2014)。Chen et al. (1990)和Avouac et al. (1993)根据古地磁研究以及雷显权等(2011)利用有限元数值模拟方法得出新生代以来的天山山脉的构造变形和隆升直接动力是塔里木块体的顺时针旋转, 而第四纪以来山体变形和隆升除塔里木块体的旋转外, 还有西部帕米尔高原对天山的强烈推挤作用(张培震等, 1996; 牛之俊等, 2007)。不论是塔里木块体的旋转或帕米尔高原的推挤, 其根本的动力来源应是印度板块向亚洲板块的碰撞及俯冲。

关于天山山脉隆升的差异因素, 不同学者的观点不尽相同: (1)东西天山差异隆升的原因为古生代时期南天山洋盆的自东向西剪刀状闭合和塔里木板块的斜向碰撞(郭召杰等, 2002); (2)天山地区GPS测量结果表明西天山的变形强于东天山的主要原因可能是西部帕米尔高原对天山的直接俯冲推挤作用,而东天山的构造活动则是塔里木块体对其缓慢推挤的结果(王晓强等, 2005); (3)天山造山带不同区域深部特定条件下的差异性活动、热-流变学性质的差异性以及不同构造边界活动的差异性(沈传波等, 2006, 2008); (4)天山造山带内部先存的晚古生代后形成的刚性块体和早期发育的大型断裂带影响着新生代山脉的差异隆升(陈正乐等, 2009); (5)深地震探测显示的西天山薄的岩石圈、厚地壳及东天山相反特征是不同区段隆升差异的原因(熊小松等, 2011)。从前人研究得出的结论可知, 影响山体差异隆升的主要因素是外力作用和山体自身结构特征两个方面。

作为中亚巨型造山带的天山山脉, 是多个(微)古板块拼合而成, 古板块之间及缝合处具有不同的构造特征和力学性质, 决定了天山内部结构形态的不均一性。深地震探测也显示天山山脉岩石圈内部结构存在差异, 如南天山上地幔顶部的地震高速异常体, 中天山和北天山的低速异常体, 整个天山的地壳分层结构及层速度和厚度变化大等(卢德源等, 2000; 郭飚等, 2006)。可见, 天山山脉内部不同的结构特征为差异隆升提供了基础和前提。对已有的裂变径迹年龄分析可知, 天山山脉的快速隆升历史基本对应着不同陆块对亚洲板块南缘的碰撞增生事件,作用在天山的这些外力和造山带内部的结构特征共同导致了造山带的隆升具有时空差异性。此外, 构造带对径迹年龄也存在影响, 通过对已有样品的位置和径迹年龄分析, 径迹年龄的相对大小与样品位置是否处在构造活动部位关系密切, 不同的构造部位决定了径迹年龄的差异: 靠近构造带的样品径迹年龄比非构造部位相对偏小, 可能原因是构造活动产生的热量使得径迹发生部分退火, 径迹缩短减少,另一方面也可能是深部的地质体在构造活跃处快速隆升至磷灰石部分退火区间或地表。

新生代以来, 天山山脉隆升的主导因素是印度–欧亚板块俯冲碰撞的远程效应, 在区域挤压应力作用下, 整个天山地区的构造活动是一种北(南)天山冲断层向南(北)倾, 向北(南)逆冲的双向逆冲缩短过程, 并伴随着走滑作用和不同程度的差异隆升剥露作用。天山现今的地貌特征表现为山体由多条平行山脉组成, 且南、北缘山脉海拔明显高于中部山系(图 1), 表明天山的形成是一种由于挤压作用, 地壳逆冲叠加增厚的过程, 与陆陆碰撞造山的机制有所不同。总之, 天山造山带的内部结构特征和不同时期的地质作用共同导致山脉隆升剥露的时空差异性。

5 结 论

(1) 天山山脉呈现出二叠纪、三叠纪–侏罗纪和白垩纪以来三个阶梯式隆升特点, 白垩纪以来是天山主要的隆升时期, 不同部位快速隆升剥蚀速率存在明显差异, 且山体现今仍处在强烈构造变形和隆升阶段。

(2) 南北方向上, 裂变径迹年龄显示山体的隆升剥露具有从南天山向北天山减小趋势, 南天山径迹年龄多处在白垩纪以前, 北天山径迹年龄普遍在白垩纪以来; 东西方向上, 西天山地区隆升相对早于东天山, 但在白垩纪以来, 除东天山南缘只有晚白垩世隆升记录, 东、西天山其他地区均存在多期快速隆升剥露。

(3) 天山山脉隆升剥露是不同陆块对亚洲板块南缘碰撞增生的共同结果, 但造山带的内部结构特征是差异隆升的基础和前提。

致谢: 非常感谢两位匿名审稿人对本文提出的建设性修改意见, 在此表示感谢。

曹金舟. 2009. 准噶尔南缘磷灰石裂变径迹定年及其构造意义. 西北大学学报(自然科学版), 39(4): 649–655.

陈正乐, 李丽, 刘健, 宫红良, 蒋荣宝, 李胜祥, 郑恩玖,韩效忠, 李细根, 王成, 王国荣, 王果, 鲁克改. 2008.西天山隆升–剥露过程初步研究. 岩石学报, 24(4): 625–636.

陈正乐, 鲁克改, 王果, 陈柏林, 李丽, 蒋荣宝, 崔玲玲,宫红良. 2009. 天山两侧山前新生代构造变形特征及其成因刍议. 地学前缘, 16(3): 149–159.

陈正乐, 万景林, 刘健, 李胜祥, 郑恩玖, 韩效忠, 李细根, 宫红良. 2006. 西天山山脉多期次隆升-剥露的裂变径迹证据. 地球学报, 27(2): 97–106.

陈正乐, 周永贵, 韩凤彬, 陈柏林, 郝瑞祥, 李松彬, 刘增仁. 2012. 天山山脉剥露程度与矿产保存关系初探.地球科学, 37(5): 903–916.

邓起东, 冯先岳, 张培震, 徐锡伟, 杨晓平, 彭斯震, 李军. 2000. 天山活动构造. 北京: 地震出版社: 1–265.

杜治利, 王清晨. 2007. 中新生代天山地区隆升历史的裂变径迹证据. 地质学报, 81(8): 1081–1101.

杜治利, 王清晨, 周学慧. 2007. 中新生代库车–南天山盆山系统隆升历史的裂变径迹证据. 岩石矿物学杂志, 26(5): 399–408.

高洪雷, 刘红旭, 何建国, 田明明, 车永飞. 2014. 东天山地区中–新生代隆升–剥露过程: 来自磷灰石裂变径迹的证据. 地学前缘, 21(1): 249–260.

郭飚, 刘启元, 陈九辉, 赵大鹏, 李顺成, 赖院根. 2006.中国境内天山地壳上地幔结构的地震层析成像. 地球物理学报, 49(6): 1693–1700.

郭召杰, 张志诚, 廖国辉, 方世虎. 2002. 天山东段隆升过程的裂变径迹年龄证据及构造意义. 新疆地质, 20(4): 331–334.

郭召杰, 张志诚, 吴朝东, 方世虎, 张锐. 2006. 中、新生代天山隆升过程及其与准噶尔、阿尔泰山比较研究.地质学报, 80(1): 1–15.

韩效忠, 李胜祥, 蔡煜琦, 郑恩玖, 陈正乐, 张字龙, 刘权. 2008. 伊犁盆地南缘隆升剥蚀及其盆地南部的沉积响应——利用磷灰石裂变径迹分析. 岩石学报, 24(10): 2447–2455.

贾承造, 陈汉林, 杨树锋, 卢华复, 周宇章. 2003. 库车坳陷晚白垩世隆升过程及其地质响应. 石油学报. 24(3): 1–6.

雷显权, 陈运平, 赵炯洋. 2011. 天山现今地壳变形的非连续接触模型模拟. 中南大学学报(自然科学版), 42(9): 2754–2762.

李锦轶, 王克卓, 李亚萍, 孙桂华, 褚春华, 李丽群, 朱志新. 2006. 天山山脉地貌特征、地壳组成与地质演化. 地质通报, 25(8): 895–909.

李丽, 陈正乐, 祁万修, 王世新, 陈宣华, 吴益平, 宫红良, 魏新昌, 杨屹, 李学智. 2008. 准噶尔盆地周缘山脉抬升–剥露过程的FT证据. 岩石学报, 24(5): 1011–1020.

刘红旭, 董文明, 刘章月, 陈晓林. 2009. 塔北中新生代构造演化与砂岩型铀成矿作用关系——来自磷灰石裂变径迹的证据. 世界核地质科学, 26(3): 125-183.

刘红旭, 颜丹平, 何建国, 陈峰, 高洪雷, 所世鑫, 王勋,张晓, 曹清艳, 王永文, 赵建. 2014. 阿齐山–雅满苏地区中–新生代构造隆升裂变径迹证据: 兼论构造活动对核废选址场的意义. 高校地质学报, 20(1): 81–92.

卢德源, 李秋生, 高锐, 李英康, 李德兴, 刘文, 张之英. 2000. 横跨天山的人工爆炸地震剖面. 科学通报, 45(9): 982–988.

吕红华, 常远, 王玮, 周祖翼. 2013. 天山中新世早期快速剥露: 磷灰石裂变径迹与(U-Th)/He 低温热年代学证据. 中国科学(D辑), 43(12): 1964–1974.

马前, 舒良书, 朱文斌. 2006. 天山乌–库公路剖面中、新生代埋藏、隆升及剥露史研究. 新疆地质, 24(2): 99–104.

牛之俊, 游新兆, 杨少敏. 2007. 利用GPS分析天山现今地壳形变特征. 大地测量与地球动力学, 27(2): 1–9.

沈传波, 梅廉夫, 张士万, 刘麟, 汤济广, 周锋, 严淑澜,骆吉春. 2008. 依连哈比尔尕山和博格达山中新生代隆升的时空分异: 裂变径迹热年代学的证据. 矿物岩石, 28(2): 63–70.

舒良树, 郭召杰, 朱文斌, 卢华复, 王博. 2004. 天山地区碰撞后构造与盆山演化. 高校地质学报, 10(3): 393–404.

王晓强, 李杰, 王琪, Zubovich A. 2005. 天山现今地壳运动的形变场分析. 大地测量与地球动力学, 25(3): 63– 68.

王彦斌, 王永, 刘训, 傅德荣, 王军, 王世成. 2001. 天山、西昆仑山中、新生代幕式活动的磷灰石裂变径迹记录. 中国区域地质, 20(1): 94–99.

王宗秀, 李涛, 张进, 柳永清, 马宗晋. 2008. 博格达山链新生代抬升过程及意义. 中国科学(D辑), 38(3): 312–326.

吴世敏, 卢华复, 马瑞士, 贾东, 蔡东升. 1995. 西天山一带大地构造相划分及其构造演化特征. 中国区域地质, 2: 149–157

新疆维吾尔自治区地质矿产局. 1993. 新疆维吾尔自治区区域地质志. 北京: 地质出版社: 1–841.

熊小松, 高锐, 李秋生, 王海燕, 卢占武, 侯贺晟. 2011.天山造山带的深部结构. 地球物理学进展, 26(6): 1906–1914.

杨庚, 钱祥麟. 1995. 中新生代天山板内造山带隆升证据:锆石、磷灰石裂变径迹年龄测定. 北京大学学报(自然科学版), 31(4): 473–478.

杨树锋, 陈汉林, 程晓敢, 肖安成, 周宇章, 卢华复, 贾承造, 魏国齐. 2003. 南天山新生代隆升和去顶作用过程. 南京大学学报(自然科学版), 39(1): 1–8.

姚志刚, 周丽发, 高璞, 高珊, 佘刚. 2010. 北天山中、新生代隆升和剥蚀史研究. 中国矿业大学学报, 39(1): 121–126.

张培震, 邓启东, 杨晓平, 彭斯震, 徐锡伟, 冯先岳. 1996.天山的晚新生代构造变形及其地球动力学问题. 中国地震, 12(2): 127–140.

张志诚, 郭召杰, 吴朝东, 方世虎. 2007. 天山北缘侏罗系地层热历史演化及其地质意义: 磷灰石裂变径迹和镜质体反射率证据. 岩石学报, 23(7): 1683–1695.

张志勇, 朱文斌, 舒良树, 万景林, 杨伟, 苏金宝. 2008.新疆阿克苏地区前寒武纪蓝片岩构造–热演化史. 岩石学报, 24(12): 2849–2856.

朱文斌, 舒良树, 万景林, 孙岩, 王锋, 赵忠岩. 2006. 新疆博格达–哈尔里克山白垩纪以来剥露历史的裂变径迹证据. 地质学报, 80(1): 16–22.

朱文斌, 张志勇, 舒良树, 万景林, 卢华复, 王胜利, 杨伟, 苏金宝. 2007. 塔里木北缘前寒武基底隆升剥露史: 来自磷灰石裂变径迹的证据. 岩石学报, 23(7): 1671–1682.

朱志新, 董连慧, 王克卓, 赵同阳, 徐仕琪, 陈邦学, 李平, 靳留圆. 2013. 西天山造山带构造单元划分与构造演化. 地质通报, 32(2/3): 297–306.

左国朝, 张作衡, 王志良, 刘敏, 王龙生. 2008. 新疆西天山地区构造单元划分、地层系统及其构造演化. 地质论评, 54(6): 748–767.

Abdrakhmatov K Y, Alddazhanov S A, Hager B H, Hamburger M W, Herring T A, Kalabaev K B, Makarov V I, Molnar P, Panasyuk S V, Prilepin M T, Reilinger R E, Sadybakasov I S, Souter B J, Trapezinkov Y A, TsurkovV Y and Zubovich A V. 1996. Relative recent construction of the Tien Shan inferred from GPS measurements of present day crustal deformation rates. Nature, 384: 450–453.

Avouac J P, Tapponnier P, Bai M, You H and Wang G. 1993. Active thrusting and folding along the northern Tianshan and Late Cenozoic rotation of the Tarim relative to Dzhungria and Kazakhstan. Journal of Geophysical Research, 98: 6755–6804.

Bullen M E, Burbank D W and Garver J L. 2003. Building the northern Tien Shan: Integrated thermal, structural, and topographic constraints. Journal of Geology, 111(2): 149–165.

Bullen M E, Burbank D W, Garver J L and Abdrakhmatov K Y. 2001. Late Cenozoic tectonic evolution of the northwestern Tien Shan: New age estimates for the initiation of mountain building. Geological Society of America Bulletin, 113(12): 1544–1559.

Buslov M M, De Grave J, Bataleva E A V and Batalev V Y. 2006. Cenozoic tectonic and geodynamic evolution of the Kyrgyz Tien Shan Mountains: A review of geological, thermochronological and geophysical data. Journal of Asian Earth Sciences, 29(2/3): 188–204.

Chen C M, Lu H F, Jia D, Cai D S and Wu S M. 1999. Closing history of the southern Tianshan oceanic basin, western China: An oblique collisional orogeny. Tectonophysics, 302(1): 23–40.

Chen Y, Cogne J P, Courtillot V, Avouac J P, Tapponnier P, Butfertaur E, Wang G, Bai M, You H, Li M and Wei C. 1990. Paleomagnetic study of Mesozoic continental sediments along the Northern Tainshan (China) and heterogeneous strain in central Asia. Journal of Geophysical Research, 96: 4065–4082.

De Grave J, Buslov M M and Van den haute P. 2007. Distant effects of India-Eurasia convergence and Mesozoic intracontinental deformation in Central Asia: Constraints from apatite fission-track thermochronology. Journal of Asian Earth Sciences, 29(2/3): 188–204.

Dobretsov N L, Buslov M M, Delvaux D, Berzin N A and Ermikov V D. 1996. Meso- and Cenozoic tectonics of the Central Asian mountain belt: Effects of lithospheric plate interaction and mantle plumes. International Geology Review, 38: 430–466.

Dumitru T A, Zhou D, Chang E, Graham S A, Hendrix M S, Sobel E R and Carroll A R. 2001. Uplift, exhumation, and deformation in the Chinese Tian Shan // Hendrix M S and Davis G A. Paleozoic and Mesozoic Tectonic Evolution of Central and Eastern Asia: From Continental Assembly to Intracontinental Deformation. Geological Society of America Memoir, 194: 71–99.

Hendrix M S, Dumitru T A and Gramham S A. 1994. Late Oligocene-early Miocene unroofing in the Chinese Tian Shan: An early effect of the India-Asia collision. Geology, 22: 487–490.

Hendrix M S, Gramham S A, Carroll A R, Sobel E R, McKnight C L, Schulein B J and Wang Z X. 1992. Sedimentary record and climatic implications of re current deformation in the Tian Shan: Evidence from Mesozoic strata of the north Tarim, south Junggar, and Turpan basins, northwest China. Geological Society of America Bulletin, 104(1): 53–79.

Jolivet M, Dominguez S, Charreau J, Chen Y, Li Y and Wang Q C. 2010. Mesozoic and Cenozoic tectonic history of the central Chinese Tian Shan: Reactivated tectonic structures and active deformation. Tectonics, 29, Doi: 10.1029/2010TC002712.

Lei X Q, Chen Y P, Zhao C B and Zhao J M. 2013. Three-dimensional thermo-mechanical modeling of the Cenozoic uplift of the Tianshan mountains driven tectonically by the Pamir and Tarim. Journal of Asian Earth Sciences, 62: 797–811.

Shen C B, Mei L F, Peng L, Zhang S W, Liu L and Tang J G. 2006. Fission track evidence for the Mesozoic-Cenozoic tectonic uplift of Mt. Bogda, Xinjiang, Northwest China. Chinese Journal of Geochemistry, 25(2): 143–151.

Sobel E R and Dumitru T A. 1997. Exhumation of the margins of the western Tarim basin during the Himalayan orogeny. Journal of Geophysical Research, 102: 5043–5064.

Sobel E R, Chen J and Heermance R V. 2006. Late Oligocene-Early initiation of shortening in the Southwestern Chinese Tian Shan: Implication for Neogene shortening rate variations. Earth and Planetary Science Letters, 247: 70–81.

Wang Q C, Li S J and Du Z L. 2009. Differential uplift of the Chinese Tianshan since the Cretaceous: Constraints from sedimentary petrography and apatite fission-track dating. International Journal of Earth Sciences, 98: 1341–1363.

Yang W, Jolivet M, Dupont-Nivet G and Guo Z J. 2014. Mesozoic-Cenozoic tectonic evolution of southwesternTian Shan: Evidence from detrital zircon U/Pb and apatite fission track ages of the Ulugqat area, Northwest China. Gondwana Research, 26: 986–1008.

Yin A, Nie S, Craig P, Harrison T M, Ryerson F J, Qian X L and Yang G. 1998. Late Cenozoic tectonic evolution of the southern Chinese Tian Shan. Tectonics, 17: 1–27.

Yuan W M, Bao Z K, Dong J Q, Guo Z J and Deng J. 2007. Zircon and apatite fission track analyses on mineralization ages and tectonic activities of Tuwu-Yandong porphyry copper deposit in northern Xinjiang, China. Science in China (Series D), 50(12): 1787–1795.

Zhang Z Y, Zhu W B, Shu L S, Wan J L, Yang W, Su J B and Zheng B H. 2009. Apatite fission track thermochronology of the Precambrian Aksu blueschist, NW China: Implications for thermo-tectonic evolution of the north Tarim basement. Gondwana Research, 16: 182–188.

Zhang Z Y, Zhu W B, Shu L S, Wan J L, Yang W, Zheng B H and Su J B. 2011. Multi-stage exhumation of the NE Tarim Precambrian bedrock, NW China: Constraints from apatite fission track thermochronology in the Kuluketage area. Terra Nova, 23: 324–332.

Zhu W B, Wan J L, Shu L S, Sun Y, Guo J C and Wang F. 2005. Mesozoic-Cenozoic thermal history of Turpan-Hami Basin: Apatite fission track constraints. Progress in Natural Science, 15(4): 331–336.

Zhu W B, Wan J L, Shu L S, Zhang Z Y, Su J B, Sun Y, Guo J C and Zhang X Y. 2008. Late Mesozoic thermotectonic evolution of the Jueluotage Range, Eastern Xinjiang, Northwest China: Evidence from apatite fission track data. Acta Geologica Sinica, 82(2): 348–357.

Mechanisms of Meso-Cenozoic Differential Uplift of Tianshan Mountains

SUN Yue1, 2, 3, CHEN Zhengle1, 2, WANG Yong2, HAN Fengbin2, WU Yu2, MENG Lingtong2and ZHANG Hao3
(1. School of Earth Sciences, East China University of Technology, Nanchang 330013, Jiangxi, China; 2. Institute of Geomechanics, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100081, China; 3. School of Earth Science and Resource, China University of Geosciences (Beijing), Beijing 100083, China)

This paper discusses the characteristics of the Meso-Cenozoic uplift and exhumation of the about 2500 km long Tianshan Mountains, on the basis of more than 460 ages of apatite fission track including our own work and those in the literatures. The results show that the uplift and exhumation history of whole Tianshan Mountains is obviously differential both temporally and spatially. About 14% of apatite fission track datas record the uplift before Cretaceous, and 86% for the uplift since Cretaceous. Local uplift of the Tianshan Mountains took place at the end of Late Paleozoic, and more in Late Jurassic, whereas uplift the whole Tianshan Mountains occurred since Early Cretaceous. The periodic uplift and exhumation of the Tianshan Mountain are heterogeneous. The northward decrease of fission track ages reveals a south to north uplifting. The west Tianshan Mountain uplifted earlier than the east Tianshan Mountain, however, Cretaceous and Cenozoic uplifts were recorded in the whole Tianshan Mountains. The differential uplifting of the Tianshan Mountains is likely the result of collisions of continental blocks and the accretion to the southern Asia plate. The internal structural characteristics and mechanical properties of the Tianshan Mountains are causes of differential uplift and exhumation.

Tianshan Mountains; differential uplifting; fission track; Meso-Cenozoic

P597

A

1001-1552(2016)02-0335-009

10.16539/j.ddgzyckx.2016.02.011

2015-03-21; 改回日期: 2015-06-16

项目资助: 国家自然科学基金新疆联合重点基金(U1403292)、国家科技支撑计划项目(2015BAB0613-4), 中国地质调查局地质大调查项目(12120115033801)和公益性行业科研专项(201411024-3)联合资助。

孙岳(1986–), 男, 博士, 讲师, 主要从事构造地质学研究。Email: sy0136@163.com

陈正乐(1967–), 男, 研究员, 博士生导师, 主要从事构造地质与矿田构造研究。Email: chenzhengle@263.net

猜你喜欢

径迹白垩纪磷灰石
基于蒙特卡罗模拟方法的圆筒形固体核径迹氡探测器探测效率的研究
白垩纪大逃杀
珊瑚羟基磷灰石表面改性的工艺
霸王龙称霸白垩纪
七千万年前的一天有多长?听听白垩纪海底贝壳怎么说
α径迹法用于分辨高浓铀和Pu微粒的方法研究
羟基磷灰石在铀富集成矿中的作用
白垩纪历险记
眼球摘除后一期眶内植入羟基磷灰石(HA)义眼台治疗的效果观察
核乳胶中质子径迹计算机辅助识别方法研究