新疆蛇绿岩时空分布特征及对增生造山过程的制约
2021-04-12赵同阳朱志新
赵同阳 朱志新
摘 要:聚焦新疆区内集中出露的61处蛇绿岩,据其物质组成、构造属性、形成时代、空间分布等特征,将其划分为14条蛇绿混杂岩带,其中多处发育洋岛海山、洋内弧等大洋岩石圈岩石组合,并以塔里木-敦煌地块为界,提出以北属古亚洲洋构造域、以南属特提斯洋构造域。结合俯冲增生造山过程中不同阶段的岩石学记录,确认古亚洲洋形成于新元古代末期至晚石炭世,指示了古亚洲洋经历近500 Ma的长期演化过程。原特提斯洋形成于新元古代—早泥盆世,古特提斯洋形成于早石炭—中三叠世,暗示其分别经历了~800 Ma、~100 Ma的演化历史。并以大陆动力学为主线,以增生造山过程的解析为主要手段,对古亚洲洋、特提斯洋的洋陆转换过程进行全面分析总结,将全疆造山过程划分为太古宙—古元古代古陆核的形成、中元古—新元古代中期塔里木古陆及古生代洋中陆块基底的形成、南华—三叠纪阶段新疆大陆地壳的增生与聚合等3个阶段。
关键词:蛇绿岩;增生造山过程;古亚洲洋;特提斯洋;洋陆转换
造山带蛇绿混杂岩的形成反映了造山带形成过程中洋壳消亡、物质归属、陆壳侧向增生机制和造山带内矿产资源的形成、分布与板块消减作用的关系[1,2]。被视为板块俯冲-碰撞的直接产物而受到广泛重视,对其鉴别厘定一直是确认板块构造汇聚边缘大洋岩石圈俯冲作用和大陆边缘弧盆系形成演化作用的关键问题,是地学界重点研究的领域[1-4]。“蛇绿岩”一词最早由法国矿物学家Alexandre Brongniart 于1813年在关于混杂岩里蛇纹石的研究中所使用,随后将其定义为出现在亚平宁地区的一套火成岩类岩石(超镁铁岩、辉长岩、辉绿岩和火山岩)。德国地质学家Steinmann 在研究地中海山脉内蛇绿岩的文章中[5],把橄榄岩(蛇纹岩)、辉长岩、辉绿岩、细碧岩和有关的岩石都归属为有生成关系的岩石组合,被后人称为“Steinmann三位一体”蛇绿岩。20世纪60年代,随着板块构造理论的逐步建立,在获得了大量海底地球物理资料和对塞浦路斯Troodos蛇绿岩和阿曼Semail蛇绿岩研究的基础上,于1972年在美国召开彭罗斯会议,形成了蛇绿岩的定义:其物质组成包括地幔橄榄岩、辉长岩、席状岩墙、基性熔岩及深海硅泥岩,并认为蛇绿岩是古大洋地壳和上地幔的残片,形成于大洋中脊。近年来,Dilek Y等提出了新的蛇绿岩定义:非原地的上地幔和大洋地壳岩石碎片,板块汇聚作用使形成物的原生火成岩发生了构造置换[6]。这样的岩片从底至顶应包括具备岩石成因和时代联系的橄榄岩、超镁铁质至长英质地壳侵入岩和火山岩的一个岩套(席状岩墙可有可无);其中一些单元可在不完整的蛇绿岩中缺失;且以蛇绿岩生成环境为依据分为与俯冲作用无关的蛇绿岩和与俯冲作用相关的蛇绿岩。蛇绿岩通常被认为是消失的大洋岩石圈残片,蛇绿岩曾是寻找缝合带的关键岩石构造组合,对于恢复古洋盆属性、古地理格局意义重大。
俯冲增生杂岩带又称增生楔、增生棱柱体或消减杂岩,是指保存在俯冲消减带中的洋盆消亡残迹,是在洋板块俯冲过程中被刮削下来的海沟浊积岩、远洋沉积物和大洋岩石圈残片,经构造搬运并堆叠在岛弧前的上覆板块前端形成的以逆冲断层为边界的楔形地质体,是消减带的重要组成部分[4],同时也是造山带中蛇绿岩就位的重要地点。它由不同时代、不同构造环境、不同变质程度和不同变形样式的洋盆地层系统和陆(弧)缘斜坡地层系混杂在一起经强烈构造剪切的构造地层及岩石的组合体[2,7]。增生杂岩带地层结构局部有序、总体无序[1],带内普遍有被肢解的蛇绿岩和巨大的韧性剪切带以及高压超高压变质带[8]。由于俯冲增生杂岩发生强烈构造堆叠,增生楔内的岩层多发生明显减薄和混杂堆积,形成“基质”夹“岩块”的构造样式[9]。增生楔除了经典的基质-岩块相互剪切构造关系外,在构造样式上表现为多重逆冲叠瓦扇和双重构造的组合等特征[10],使形成环境不同的地质体强烈的构造混杂在一起。在俯冲增生杂岩带中发育大量的蛇绿岩残片或者构造岩片,它们是增生杂岩中的主要组分。在野外露头研究中,枕状熔岩和硅质岩成为其诊断性识别标志[10]。
增生型造山带是20世纪90年代提出的一种造山带类型,近年来针对增生造山过程的研究受到越来越多的重视[10-13],认为增生型造山带是形成于正在进行的汇聚板块过程,由大量增生的地壳和岩石圈块体组成,增生体主要有增生杂岩体、岛弧、大陆碎块、蛇绿岩残片、洋底高原和海山,是大陆生长的重要方式[12,14]。增生造山作用具多组分、多岛海、多盆地类型、多种性质的岩浆活动、宽阔的增生杂岩、多俯冲极性、多地体拼贴、长期演化的特征,具面状增生等特性[10,14-17]。在增生造山过程中,这些组分进入俯冲带或活动陆缘,经“俯冲工厂”加工或地体拼贴增生在核心大陆边缘,实现古老地块的增生。增生造山过程表现为洋壳消减产生岛弧或陆缘弧的过程,包括增生杂岩的侧向生长、弧-弧和弧-陆拼贴等过程。
新疆位于古亚洲构造域、特提斯构造域核心地区,陆壳的增生与古亚洲、特提斯等大洋的洋陆转换过程密切相关,其造山系物质组成和结构构造异常复杂,特别是经历多次构造运动影响,许多岩石建造组合和构造形迹遭受了不同程度的变质、变形、变位,增加了研究的难度。因此,只有加强对新疆蛇绿混杂带的精细研究,才能正确识别造山系岩石建造及构造背景,破解造山系若干地质难题[18]。本文在充分总结前人研究成果的基础上,系统梳理分析全疆蛇绿混杂岩时空分布特征,以期为研究古增生造山过程提供新的视角。
1 区域构造背景
位于亚洲大陆腹地的新疆,地壳的主体为不同时代古洋盆俯冲-增生形成的造山带,其中混杂着大小不等的地块以及叠覆其上的大型陆内沉积盆地,地质构造复杂多样,同时也保存有亚洲大陸形成演化的重要信息。作为亚洲大陆的一部分,新疆的地壳形成与演化,与亚洲大陆的形成及演化密切相关,与全球构造格局及动力学体系的变迁有着不可分割的内在联系。
从全球大地构造角度看,新疆为东欧、西伯利亚等克拉通之间的巨型复杂构造区的一部分,跨越了古亚洲洋和特提斯洋两大构造域[19](图1)。新元古代罗迪尼亚大陆裂解为北方大陆(劳亚)和南方大陆(冈瓦纳)后,古亚洲洋和特提斯洋空间位置、二者间及与相邻大陆关系等是地学界长期以来一直讨论的重大科学问题[20-24]。部分学者以塔里木-敦煌地块为界[19,25],以北地区是古亚洲构造域乌拉尔-蒙古巨型复杂古生代造山区的组成部分,该造山区南西一侧为东欧、塔里木和中朝等大小不等的古陆,北东一侧为西伯利亚古陆,这些古陆都具有早前寒武纪的结晶基底。塔里木盆地以南的昆仑山,沿走向追索,向东与构成中国中央造山带的祁连山、秦岭和大别山相连;向西有可能与欧洲的海西造山带相接;向南则为特提斯(喜马拉雅-阿尔卑斯)构造域。因此,新疆地壳结构与构造演化与古亚洲洋、特提斯洋两大洋盆的构造演化密切相关。
2 蛇绿混杂岩带基本特征
新疆前寒武纪蛇绿岩相对较少,主要分布于塔里木周边和昆中地带。古生代的蛇绿岩在新疆的各个造山带分布广泛,由于受到后期构造破坏,一般呈团块状、带状分布于构造混杂带中。
从北向南可划分出14条蛇绿混杂岩带,其中比较集中出露的有61处(图2)。丰富的大洋岩石圈残片为恢复古洋盆构造演化历史、探讨陆缘成岩响应提供了坚实的研究基础。这些蛇绿岩以塔里木盆地为界,北部主要为古亚洲洋的洋壳残片,南部主要为特提斯洋的洋壳残片。据前人研究成果可知,新疆蛇绿岩形成于新元古代至晚古生代晚期,以奥陶纪至石炭纪最为集中(图3)。
2.1 古亚洲洋构造域蛇绿岩
主要指零星散布于新疆北部古老造山带内的蛇绿岩、洋内弧、洋岛等特殊岩石组合,主要呈“岩块”或“条带”状就位于俯冲增生杂岩带内,主要出露在额尔齐斯、库吉拜-阿尔曼太、西准噶尔唐巴勒-白碱滩、卡拉麦里、巴音沟-康古尔、夏特-乌兰莫仁、那拉提-中天山南缘、西南天山等地区。其中蛇绿混杂带内岩块由纯橄榄岩、辉橄岩、辉石岩、(堆晶)辉长岩、斜长花岗岩、辉绿岩、枕状玄武岩、硅质岩、灰岩等组成,基质为强变形的泥岩、粉砂岩、凝灰岩等海相沉积地层。在额尔齐斯、库吉拜-阿尔曼太、夏特-乌兰莫仁等地,蛇绿岩带基性岩岩石地球化学特征兼具MORB、SSZ特征。在西准噶尔、卡拉麦里、南天山南带、西南天山齐齐加纳克等地蛇绿岩带基性岩岩石地球化学特征以SSZ型为主,在北天山-康古尔、南天山北带、西南天山吉根等地蛇绿岩带基性岩岩石地球化学特征以MORB为主;另外,在阿勒格达依、和布克赛尔、扎河坝、唐巴勒、达拉布特、卡拉麦里、巴音沟、长阿乌子、达鲁巴依、古洛沟、黑英山、库米什、齐齐加纳克等地,蛇绿岩中基性熔岩还具有OIB特征。其中,额尔齐斯蛇绿岩形成时代为440~322 Ma(S1—C1)。库吉拜-阿尔曼太蛇绿岩形成时代为519~475 Ma(∈2—O1)。西准噶尔南部蛇绿岩形成时代为572~440 Ma(Pt3—O)、410~325Ma(D1—C1);高压变质作用形成的蓝片岩年龄为470~458 Ma(O2-3)[26]。卡拉麦里蛇绿岩形成时代为412~343 Ma(D1—C1)。北天山-康古尔蛇绿岩形成时代为494~330Ma(∈3—C1)。夏特-乌兰莫仁蛇绿岩形成时代为~516 Ma(∈2,夏特玄武岩)、~335 Ma(C1, 乌兰莫仁辉长岩)。那拉提-中天山南缘蛇绿岩形成时代为600~309 Ma(Pt3—C2)。西南天山蛇绿岩形成时代为449~392 Ma(O3—D2)。在古亚洲洋盆中由南向北、自早至晚发育3条洋内弧,分别为西准噶尔南部巴尔雷克-玛依勒晚寒武—早奥陶世洋内弧、西准噶尔北部沙尔布尔提早中奥陶世洋内弧、北准噶尔中泥盆世洋内弧。总体上,古亚洲洋大洋岩石圈残片形成于新元古代末期至晚石炭世,指示了古亚洲洋构造域经历了近500 Ma的长期演化过程。
2.2 特提斯洋构造域蛇绿岩
其大洋岩石圈残片主要分布于红柳沟-拉配泉、阿帕-茫崖、鸭子泉-黑山、青春山-畅流沟、库地-科岗、康西瓦-木孜塔格等地。其中蛇绿混杂带内岩块由蛇纹岩化橄榄岩、蛇纹岩、辉石岩、辉长岩、辉绿岩(席状岩墙)、斜长花岗岩、枕状玄武岩、硅质岩、灰岩等组成,基质为强劈理化的深海、半深海碎屑岩、碳酸盐岩、变质岩、超基性岩等。在红柳沟-拉配泉、阿帕-茫崖、鸭子泉-黑山、青春山-畅流沟等地,蛇绿岩带基性岩岩石地球化学特征以MORB型为主;在库地-科岗、康西瓦-木孜塔格等地蛇绿岩带基性岩岩石地球化学特征以SSZ型为主;红柳沟、南阿尔金长沙沟、畅流沟等地蛇绿岩基性火山岩具OIB地球化学特征。其中红柳沟-拉配泉蛇绿岩形成时代为524~437 Ma(∈2—S1),榴辉岩高压变质作用峰期年龄为~512 Ma[27]。阿帕-茫崖蛇绿岩形成时代为924~464 Ma(Pt3—O2),高压变质作用峰期年龄为509~475 Ma(∈3—O1, 榴辉岩)。鸭子泉-黑山蛇绿岩形成时代为~816 Ma至早石炭世,其中硅质岩含早石炭世放射虫(鸭子泉)、辉长岩年龄为~405 Ma(D1,鸭子泉)、堆晶辉长岩年龄为~816 Ma(Pt3,黑山)。青春山-暢流沟蛇绿岩形成时代为1 279~950 Ma(Pt2-3, 蛇纹岩、辉长岩及角闪岩全岩Sm-Nd)。库地-科岗蛇绿岩形成时代为525~403 Ma(∈2-3—D1,辉长岩)。康西瓦-木孜塔格蛇绿岩形成时代为352~261 Ma(C1—P2, 辉长岩)。综上,原特提斯洋大洋岩石圈残片形成于新元古代至早泥盆世,古特提斯洋大洋岩石圈残片形成于早石炭世至中三叠世。
3 增生造山过程
本文在“新全球构造”思想的指导下,以板块构造学说为基础,以大陆动力学为线索,以增生造山过程的解析为主要手段,以将今论古的现实主义比较构造地质学研究、大地构造时空结构和组成的全球构造观、陆区地质体组成和构造背景研究的现实主义、洋板块物质组成及构造归属的创新研究等为原则,对全疆区域地质构造演化进行全面总结。将全疆造山过程划分为3大阶段:太古宙—古元古代古陆核的形成阶段、中元古—新元古代中期塔里木古陆及古生代洋中陆块基底形成阶段、南华—三叠纪新疆大陆地壳的增生与聚合阶段(图4)。
3.1 太古宙—古元古代:古陆核的形成阶段
太古—古元古代构造阶段是新疆古陆核-原始古陆的形成时期(3 600~1 800 Ma),其中在古元古代与Columbia超大陆的聚合相关。太古代岩石以不同尺寸条状或透镜状出露于古元古代副片麻岩中,组成了新疆最古老的结晶基底。主要分布于塔里木陆块区库鲁克塔格、铁克里克,及敦煌地块阿克塔什等地区,个别被卷入造山带内(中间地块),如秦祁昆造山系中的阿中地块、西藏-三江造山系中的塔什库尔干-甜水海地块等。多由高角闪岩相-低角闪岩相的变质杂岩及TTG组合的片麻状古老侵入岩等组成。塔里木克拉通太古宙—古元古代岩浆活动最明显的高峰时期为2.7~2.35 Ga,在古元古代晚期(1.9~1.8 Ga)塔里木克拉通经历了与哥伦比亚超大陆的聚集有关的区域性岩浆-变质事件。因此,认为塔里木克拉通参与了古元古代哥伦比亚超大陆的俯冲-增生-碰撞过程(图4-a,b)。
3.2 中元古—新元古代中期:塔里木古陆 及古生代洋中陸块基底的形成阶段
分别与Columbia超大陆的裂解、Rodinia超大陆的聚合等事件密切相关(图4-c,d)。塔里木西南缘铁克里克地区~1.78 Ga的基性脉岩群、双峰式火山岩中变质流纹岩锆石U-Pb年龄~1.53 Ga、~1.11 Ga的“A”型花岗岩,阿尔金山北缘~1.19 Ga的斜长角闪岩(原岩为玄武岩),库鲁克塔格西段阿斯廷布拉克地区辉绿岩脉锆石U-Pb年龄1.55 Ga、1.47 Ga,上述岩石学记录可能与全球大部分前寒武克拉通内广泛分布的1.6~1.2 Ga的中元古代造山后和非造山岩浆活动有成因联系,这些1.6~1.2 Ga的岩浆活动都被认为与导致Columbia超大陆裂解的地慢柱活动有关。伊犁-中天山、温泉地区广泛出露0.96~0.90 Ga弧岩浆,地球化学及Hf同位素特征显示,其源于古老岩石的部分熔融,对应罗迪尼亚大陆聚合过程中的地壳增厚-部分熔融和后造山岩浆作用,这一期岩浆-构造事件使得温泉岩群中的表壳岩石在格林威尔期的造山作用中经历了高度变形和角闪岩相的变质作用,与我国华南扬子地块东南缘浙江东北的桃红和西裘英云闪长岩-花岗闪长岩SHRIMP U-Pb 年龄(913±15) Ma和(905±14) Ma大体相一致,与全球该期岩浆活动也可对比,如印度的Eastern Ghats Belt和南极洲东部的Rayner省、非洲北部的Rahaba-Absol地体等。可能与Rodinia超大陆聚合过程中的Grenville造山运动有关。虽然在塔里木克拉通周缘普遍缺失~0.9 Ga岩浆活动,但在塔里木北缘地区报道发育大量0.89~0.83 Ga的与俯冲相关的花岗岩类,同时阿克苏地区发育0.82~0.76 Ga的低温高压变质作用,造成该期岩浆活动和高压变质作用,可能与Rodinia超大陆聚合过程中古洋盆的俯冲相关。
3.3 南华—三叠纪:新疆大陆地壳增生与聚合阶段
新元古代晚期(~760~540 Ma),伴随着Rodinia超大陆的裂解(图4-e),塔里木克拉通南北两侧,分别形成了古亚洲洋、原特提斯洋的雏形,并发育一系列伸展环境下的大陆边缘岩石记录。塔里木周缘及伊犁北部地块发育一套沉积盖层,不整合覆盖于古—中元古代混合岩、TTG岩系、片麻岩、片岩之上。该盖层主要由陆相碎屑岩、碳酸盐岩、少量板内碱性火山岩(755~740 Ma)组成,并夹有冰碛沉积。伊犁地块周缘镁铁质岩脉群和双峰式岩浆岩等岩石记录(~830 Ma)表明,在新元古代早期局部地区已发育大陆裂谷作用。随后,塔里木克拉通周缘发育广泛的~0.7 Ga双峰火山岩和镁铁质岩脉群和与泛非洲造山运动有关的~0.6 Ga基性岩脉群,多数学者将其解释为罗迪尼亚超大陆裂解的岩石记录。另外,西准噶尔玛依勒蛇绿岩形成于577~572 Ma、中天山南缘达鲁巴依蛇绿岩中的辉长岩和玄武岩单颗粒锆石Pb-Pb同位素年龄分别为(590±11) Ma和(600±15) Ma、阿尔金南缘长沙沟蛇绿岩镁铁质岩片(变辉长岩)锆石U-Pb年龄值637~792 Ma、库地蛇绿岩中辉长岩的全岩Sm-Nd等时线年龄为651 Ma、其曼于特蛇绿混杂岩玄武岩全岩Rb-Sr年龄值为(608±3.1) Ma,以上大洋岩石圈残片的形成年龄表明,伴随着Rodinia超大陆的裂解,新元古代晚期塔里木南北两侧均发育洋壳,结合局部地区,如苏巴什地区发育~560 Ma、塔北地区615~541 Ma的洋岛海山岩石组合,说明洋盆已具有一定规模。
寒武纪—早奥陶世(540~470 Ma),新疆洋陆格局主要受古亚洲洋、原特提斯洋控制(图4-f)。该时期古亚洲洋分布于塔里木克拉通北缘,其中包括伊犁、中天山、巴伦台等前寒武纪大陆离散碎片,且以持续扩张为主。在西准噶尔克拉玛依西、和布克赛尔等地发育517~472 Ma的洋岛海山岩石组合,局部地区发育洋内、洋-陆俯冲作用。自北向南发育3条蛇绿岩残片,分别为库吉拜-洪古勒楞-扎河坝-阿尔曼太蛇绿岩带、干沟-康古尔蛇绿岩带、夏特-红柳河蛇绿岩带。新疆北部发育大量寒武纪—早奥陶世蛇绿岩残片表明,古亚洲洋在521~472 Ma期间已形成,且岩石地球化学特征显示主体为洋中脊(MORS)型。在西准噶尔地区,额敏蛇绿混杂岩中发育MORB-Like型玄武岩、Boninite-Like型辉长岩岩块,其地球化学特征显示其形成与于洋内初始俯冲的弧前环境,代表西准噶尔北部最早一期的洋内俯冲作用。西准噶尔地区~500 Ma的蓝片岩说明中寒武世发生洋壳深俯冲。另外,在阿尔泰南缘发育500~486 Ma的高温变质作用、与俯冲相关的岩浆作用,说明局部可能发生俯冲作用。寒武纪—早奥陶世原特提斯洋主要分布于塔里木克拉通南缘,其中包括塔什库尔干、甜水海、祁曼塔格等前寒武纪大陆离散碎片,该阶段原特提斯洋盆持续扩张,并伴随强烈的俯冲增生。北阿尔金红柳沟-拉配泉一带发育570~500 Ma、阿尔金南缘断裂一带发育500~480 Ma的高压-超高压变质作用,代表洋壳深俯冲的高压-超高压变质年龄范围在574~480 Ma,代表俯冲洋壳板块断离的退变质年龄范围为450~455 Ma。另外在阿尔金、南昆仑地区发育大规模与俯冲有关的弧型花岗岩及与俯冲有关具活动大陆边缘属性的火山岩,这些陆缘岩浆岩的年代学研究将俯冲时间大致限定在515~460 Ma。另外,局部地区发育~575 Ma具埃达克岩性质的花岗岩类,说明局部地区早在新元古代末期就发生洋盆的俯冲消减。综合塔里木克拉通南缘蛇绿岩残片年龄(526~479 Ma)、高压-超高压变质时限(574~480 Ma)、活动大陆边缘岩浆年代学证据(520~460 Ma),我们认为原特提斯洋在540~470 Ma期间洋盆持续扩张,并伴随强烈的俯冲增生作用。
中奥陶世—中志留世(470~425 Ma),塔里木克拉通北部的古亚洲洋为持续俯冲增生阶段,塔里木克拉通南缘的原特提斯洋则进入俯冲至碰撞的构造体制转换阶段(图4-g)。在塔里木克拉通以北地区,阿尔泰南缘阿勒格达依、玛因鄂博、西准噶尔玛依勒、白碱滩、南天山长阿吾子、阿尔腾柯斯、库勒湖、满达勒克等地区发育455~425 Ma的蛇绿岩,一系列形成于大洋的岩石组合记录了古洋盆时空展布。结合西准噶尔地区470~458 Ma的高压变质蓝片岩、阿尔泰山南缘~440 Ma的埃达克岩-富铌玄武岩组合、西准噶尔岩浆弧有自南向北迁移的特征,认为伴随古亚洲洋在470~425 Ma期间强烈的俯冲消减,形成了由一系列洋内弧、日本型岛弧、增生弧、大陆弧等组成的多岛洋古地理格局,其控制了中奥陶—中志留世新疆北部的构造样式。塔里木克拉通南部地区,阿尔金地区出露479~437 Ma的大洋岩石圈残片。西昆仑塔什库尔干构造混杂岩带内发育~456 Ma的高压麻粒岩。阿尔金、西昆仑地区小面积出露470~450 Ma弧环境中形成的岩浆岩。在北阿尔金地区同碰撞-后碰撞型花岗岩形成于450~420 Ma、南阿尔金地区为460~400 Ma、西昆仑地区为450~410 Ma、东昆仑为430~400 Ma,显示在460~450 Ma之后整个昆仑山地区进入碰撞造山阶段。据以上岩石记录说明原特提斯洋在~450 Ma闭合,而后进入碰撞造山阶段。另外,在喀喇昆仑、东昆仑等地区,470~425 Ma期间基本不发育弧环境的岩浆岩,且沉积岩以巨厚的复理石建造为主,表明该时期喀喇昆仑-木孜塔格一带为被动大陆边缘环境。
晚志留—晚泥盆世(425~360 Ma),塔里木克拉通北部的古亚洲洋为持续俯冲增生阶段,塔里木克拉通南缘则进入后碰撞构造阶段(图4-h)。在新疆北部阿尔泰南缘库尔提、玛因鄂博一带、西准噶尔地区玛依勒、达拉布特、白碱滩一带、东准噶尔地区卡拉麦里一带、北天山地区巴音沟一带、南天山地区黑英山、阿尔腾柯斯、色日克牙依布拉克、库勒湖、满大勒克、榆树沟、铜花山一带、西南天山地区吉根、齐齐加纳克等地区发育425~370 Ma洋壳残片,且在南天山东段铜花山地区发育~360 Ma的高压变质岩(蓝片岩),证实了古亚洲洋盆在425~360 Ma期间持续扩张、俯冲。加之阿尔泰地区广泛发育以奥长花岗岩-英云闪长岩-花岗闪长岩(TTG)为主的形成于418~376 Ma的岩浆活动、北准噶尔地区中泥盆世形成于洋内弧的一套博宁岩-富铌玄武岩-苦橄岩-高镁安山岩组合、西准噶尔地区422~364 Ma的一套形成于岛弧环境的岩浆岩、东准噶尔地區自北向南发育5个日本型岛弧(具寒武—奥陶纪基底),分别为阿尔曼太-加波萨尔岛弧、库兰卡孜干岛弧、琼河坝岛弧、哈尔里克岛弧、大南湖岛弧及伊犁-中天山第地块两侧的大陆弧,造就了新疆北部地区独特的多岛洋古地理格局。在塔里木克拉通南侧的昆仑-阿尔金地区,广泛发育425~385 Ma后碰撞环境岩浆岩。在晚志留—晚泥盆世,塔里木克拉通南侧沉积作用以中浅海相正常碎屑沉积岩为主,同期不发育弧环境岩浆岩,指示该时期科岗-其曼于特-南阿尔金增生楔以南为被动大陆边缘沉积环境,受原特提斯洋闭合影响,局部小面积发育后碰撞类型的“A”型花岗岩和双峰式岩浆岩。
石炭纪(360~300 Ma),塔里木克拉通北部的古亚洲洋为持续俯冲增生阶段,局部有限洋盆闭合(图4-i)。塔里木克拉通南缘苏巴什至木孜塔格一带处于古特提斯洋盆打开阶段。新疆北部发育352~307 Ma的蛇绿岩残片,主要分布在阿尔泰山南缘科克森套、沙尔布拉克、布尔根、东准噶尔地区卡拉麦里、北天山地区巴音沟、东天山地区苦水、中天山地块南缘卡瓦布拉克等地区,说明在石炭纪末期之前,新疆北部地区仍发育有古洋盆系统。南天山地区346~312 Ma的高压-超高压变质作用说明在晚石炭世早期南天山洋仍发生深俯冲。结合近年来新疆南天山及吉尔吉斯坦阿特巴阿什地区高压变质带报道有233~221 Ma的蓝片岩,南天山西段乌帕塔坎群发现晚二叠世的放射虫硅质岩,认为在石炭纪末代表古亚洲洋主洋盆的南天山洋并未闭合。另外,在阿尔泰南缘、西准噶尔克拉玛依-包古图等地广泛发育360~300 Ma的“A”型花岗岩、“S”型花岗岩、埃达克质闪长岩,认为其形成于洋中脊俯冲引起的板片窗环境,而非前人认为的后碰撞环境。但不排除有限洋盆在石炭纪闭合的可能,如东准噶尔卡拉麦里有限洋盆在早石炭世晚期就已闭合;康古尔洋盆在360~310 Ma以南北双向俯冲为主,306~300 Ma期间进入后碰撞伸展环境。在塔里木克拉通南缘,科岗-库地-其曼于特古增生楔南侧分布有石炭纪蛇绿岩残片,标志着古特提斯洋盆的打开。苏巴什蛇绿岩中辉长岩锆石U-Pb年龄(352.7±3.0) Ma、木孜塔格蛇绿岩中硅质岩含大量晚石炭世切斯特-莫若望期放射虫化石、西昆仑奥依塔克地区339~327 Ma的斜长花岗岩说明该阶段,古特提斯洋盆已逐渐形成。
早二叠—早三叠世(300~240 Ma),塔里木克拉通北部的古亚洲洋逐渐闭合,进入碰撞-后碰撞阶段,而塔里木克拉通南缘苏巴什至木孜塔格一带的古特提斯洋处于俯冲消减阶段(图4-j)。在该阶段,新疆北部地区尚未报道发育蛇绿岩,构造格局以强烈的壳幔深部作用和大规模伸展构造为特征,表现为地壳的裂陷、板内偏碱性岩浆活动、幔源岩浆上侵、大型剪切带的形成和大规模金属成矿作用等为主要特征。新疆北部于~300 Ma主体进入碰撞-后碰撞构造体制,但在伊犁-中天山地块发育有少量早二叠世俯冲型岩浆岩,如阿拉斯加型基性岩、埃达克质闪长岩、弧火山岩等[28-31]。因此,我们认为控制新疆北部晚古生代洋陆格局的古亚洲洋最终闭合的时限应该在中—晚二叠世至早三叠世之间[32]。在塔里木克拉通南部地区,苏巴什蛇绿混杂岩带辉长岩锆石U-Pb年龄为(261.9±2.2) Ma、木孜塔格蛇绿岩带硅质岩中发育大量晚二叠—早三叠世放射虫化石、可支塔格-风华山蛇绿混杂岩玄武岩全岩K-Ar法年龄值(297.71±37.8) Ma,全岩Ar-Ar法坪年龄值(279.60±2.34) Ma、阿克苏库勒蛇绿岩铁镁质单元中辉长岩锆石U-Pb年龄为(270.3±0.7) Ma、枕状玄武岩年龄为(263.4±7.4) Ma,结合塔什库尔干地区阿然保泰一带发育二叠纪洋岛海山岩石组合,以上岩石记录说明在300 Ma至早三叠世,苏巴什-木孜塔格一带仍发育成熟的古大洋,且在西昆仑地区发育291~244 Ma的弧岩浆活动,通过蛇绿岩带、陆缘岩浆弧的配套分析,我们认为古特提斯洋于290~240 Ma期间存在向北持续俯冲,但相对于青海省该时期强烈的弧岩浆作用,新疆境内喀喇昆仑地区侵入岩浆活动明显较弱,其是否与古特提斯洋的平俯冲相关,仍需进一步研究。
中晚三叠世(240~200 Ma),伴随着古亚洲洋的消亡,新疆北部于~300 Ma主体进入碰撞-后碰撞构造体制,而新疆南部喀喇昆仑地区则于~240 Ma进入碰撞-后碰撞构造环境(图4-k)。在古亚洲洋构造域内以板内岩浆活动、沉积作用为主,阿尔泰地区发育中生代花岗岩,岩浆事件从270 Ma到130 Ma均有不同程度发育,认为其形成于稳定板内环境。在东天山觉洛塔格地区,三叠纪(246~230 Ma)花岗岩形成于板内环境,代表了该时期强烈的陆壳垂向增生,并认为东天山是中亚构造体制向特提斯体制转变的产物。塔里木南缘昆仑山地区发育大量中晚三叠世侵入岩,对该期侵入岩浆事件的形成构造背景认识分歧明显,尤其是对初始碰撞的时限看法不一,认为同碰撞发生在~240 Ma、~230 Ma、~220 Ma、200 Ma等不同时限。我们认为古特提斯洋的闭合时限在区域上存在差异,西段马扎-康西瓦地区略早而木孜塔格地区最晚,呈现出由西向东逐渐闭合的样式。另外,受新特提斯洋俯冲消减的影响,新疆喀喇昆仑地区发育白垩纪俯冲-碰撞环境的侵入岩。
综上所述,伴随着古亚洲洋在晚石炭—早二叠世、古特提斯洋在中—晚三叠世的闭合,全疆造山作用由增生型造山转入碰撞型造山,完成了新疆古洋陆转化,至此新疆逐渐进入板内构造演化阶段。
4 结论
(1) 新疆發育14条蛇绿混杂岩带,以塔里木-敦煌地块为界,认为其南、北两侧蛇绿混杂带的形成分别与古亚洲洋、特提斯洋的俯冲、消减相关。
(2) 古亚洲洋形成于新元古代末期至晚石炭世,经历了近500 Ma的长期演化过程。西准噶尔额敏地区发育~517 Ma的形成于洋内初始俯冲环境的岩浆岩,说明自中寒武世起,古亚洲洋进入了俯冲、消减阶段,在经历了长期多岛洋格局的俯冲增生过程后,伴随着二叠纪新疆北部大面积的陆相沉积作用及晚石炭—早二叠世后碰撞岩浆活动,认为古亚洲洋最终闭合于晚石炭世。
(3) 原特提斯洋形成于新元古代至早泥盆世,经历了~800 Ma的演化历史。且在540~470 Ma期间洋盆持续扩张,并伴随强烈的俯冲增生作用;460~450 Ma期间的同碰撞-后碰撞岩浆活动暗示原特提斯洋主体已闭合并进入碰撞造山阶段。
(4) 古特提斯洋形成于早石炭世至中三叠世,经历了~100 Ma的演化历史。西昆仑阿然保泰一带发育的二叠纪洋岛海山岩石组合,说明古特提斯洋在二叠纪已发展为成熟的古大洋。291~244 Ma的弧岩浆活动暗示了古特提斯洋的最终闭合应在中三叠世。
(5) 将全疆造山过程划分为太古宙—古元古代古陆核的形成、中元古代—新元古代中期塔里木古陆及古生代洋中陆块基底的形成、南华—三叠纪阶段新疆大陆地壳的增生与聚合等3个阶段。
致谢:本次研究是在参考前人大量研究成果的基础上完成的,尤其是在蛇绿岩形成时代及地球化学特征等方面,但受篇幅所限,部分成果数据并未逐一列述参考文献,在此表示感谢。另外在成文过程中得到了李锦轶研究员、陈明勇高工的帮助,在此一并致谢。
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Abstract: According to the material composition, structural properties, formation time, spatial distribution and other characteristics of 61 ophiolite outcrops in Xinjiang, it is divided into 14 ophiolitic melange belts, Oceanic lithospheric rock assemblages such as oceanic islands, seamounts and introceanic arcs are developed in many of them. Taking The Tarim dunhuang block as the boundary, it is proposed that the north belongs to the paleoAsian ocean tectonic domain and the south belongs to the Tethys Ocean tectonic domain. Combined with the petrographic records of different stages in the subduction process, it is confirmed that the Paleo-Asian ocean was formed from the late Neoproterozoic to the late Carboniferous, and indicates that the ancient Asian Ocean experienced a long evolution process of nearly 500Ma. The proto-Tethys Ocean was formed in the Neoproterozoic to the early Devonian, the Paleo-Tethys Ocean was formed from the Early Carboniferous to the Middle Triassic, and implies that it has undergone the evolution of ~800Ma and ~100Ma respectively. This paper makes a comprehensive analysis and summary of the Ocean-Continent transition process of the Ancient Asian ocean and tethys Ocean, and the orogenic process of xinjiang is divided into three stages, including Archean - Paleoproterozoic formation stage of the ancient continental nucleus, Middle Proterozoic to Neoproterozoic stage of the formation of Tarim Craton and continental basement in Paleozoic Oceanic and the late Neoproterozoic - Triassic stage of continental crust accretion and congregation.
Key words: Ophiolite; Accretionary Orogenic Processes; Paleo-Asian Ocean; Tethys Ocean; Ocean-Continent Transition