新疆博格達構(gòu)造帶晚古生代構(gòu)造格局與演化過程探討

鄭有偉，郭建明，鄭建京 ，王亞東，許世陽

(1.甘肅省油氣資源研究重點實驗室(中國科學院地質(zhì)與地球物理研究所蘭州油氣資源研究中心)，中國科學院油氣資源研究重點實驗室，蘭州 730000；2.中國科學院大學，北京 100049)

新疆博格達構(gòu)造帶晚古生代構(gòu)造格局與演化過程探討

鄭有偉1,2，郭建明1，鄭建京1，王亞東1，許世陽1,2

(1.甘肅省油氣資源研究重點實驗室(中國科學院地質(zhì)與地球物理研究所蘭州油氣資源研究中心)，中國科學院油氣資源研究重點實驗室，蘭州 730000；2.中國科學院大學，北京 100049)

文章綜合分析了前人的成果資料，在對博格達地區(qū)野外地質(zhì)實地調(diào)查基礎(chǔ)上，通過對博格達構(gòu)造帶的巖石學、地層學及沉積學的系統(tǒng)的研究，認為博格達山經(jīng)歷了早石炭世初始裂谷、晚石炭世成熟裂谷、早二疊世造山、早二疊世晚期后造山演化四個階段。

博格達山；構(gòu)造格局；構(gòu)造演化；晚古生代；新疆

0 引言

位于吐哈地塊和準噶爾地塊之間的博格達山，在大地構(gòu)造位置上屬于哈薩克斯坦板塊的一部分，對其構(gòu)造格局與構(gòu)造演化過程的認識，是了解中亞造山帶的一個獨特的窗口。

博格達構(gòu)造帶是中亞造山帶在中國境內(nèi)的重要部分。在古生代時期，古亞洲洋為一個較為完整的古生代弧溝盆系統(tǒng)，廣泛分布有不同時期、不同類型、性質(zhì)的巖漿巖體及火山-沉積巖系，以及重要的地質(zhì)構(gòu)造；揭示了古亞洲洋擴張、俯沖消減、碰撞擠壓造山、后造山伸展作用的構(gòu)造演化過程，以及盆地形成的控制過程[1]。晚古生代以陸塊碰撞造山為特點的主造山期，代表了古亞洲洋閉合的演化過程。博格達山構(gòu)造帶正是在這樣的大地構(gòu)造背景下發(fā)展起來的，其構(gòu)造演化嚴格受區(qū)域古大洋演化及造山過程所控制。

前人對博格達構(gòu)造帶及其晚古生代構(gòu)造屬性已做了大量研究工作，但到目前為止，對博格達造山帶晚古生代的構(gòu)造屬性仍存在很大的爭議，部分學者認為是在裂谷基礎(chǔ)上通過裂谷閉合-擠壓造山[2-7]，也有學者認為是滯后弧后盆地[8-10]，或認為是島弧通過板塊碰撞而造山[11-13]。近年來，越來越多的巖石學、巖石地球化學和同位素地球化學研究的證據(jù)表明，博格達構(gòu)造帶晚古生代的構(gòu)造屬性為裂谷環(huán)境[3-4,12-17]，但有關(guān)于其構(gòu)造格局與演化及其巖漿演化的系統(tǒng)報道[18-19]很少。本文在搜集和整理前人關(guān)于博格達地區(qū)晚古生代構(gòu)造屬性等相關(guān)資料的基礎(chǔ)上，結(jié)合對博格達地區(qū)的野外實地地質(zhì)調(diào)查，通過巖石學、地層學及沉積學的研究，力圖對博格達構(gòu)造帶晚古生代構(gòu)造格局與演化過程進行探討。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

博格達造山帶其南靠吐哈地塊，北臨準噶爾地塊，東依克拉美麗—莫欽烏拉蛇綠巖帶，在大地構(gòu)造位置上屬于哈薩克斯坦板塊的一部分。博格達構(gòu)造帶西段弧形走向基本沿博格達山體走向展布，中段近EW向，東段于七角井附近向北東方向延展，總體呈向南的弧形展布。在博格達山出露的地層為主要是石炭系，二疊系主要分布在博格達山南北兩側(cè)，巖性以基性—酸性火山巖及火山-沉積組合為特征，其中侵入有大量的晚石炭世—二疊世的輝綠巖及少量的中酸性巖體；前者多以巖墻、巖脈及小巖株產(chǎn)出，后者多表現(xiàn)為小巖體、小巖株。

表1 博格達造山帶東西段地層對比表

注：博格達造山帶東、西段地層對比資料，據(jù)文獻[3]改編。

博格達造山帶早、中石炭世火山巖主要是海相環(huán)境下的產(chǎn)物。結(jié)合區(qū)域地層命名演化歷史[5]，可將研究區(qū)西段的石炭系劃分為下石炭統(tǒng)七角井組，中石炭統(tǒng)下部柳樹溝組、上部祁家溝組，上石炭統(tǒng)頂部奧爾吐組(表1)。二疊系芨芨槽子群也稱為車轱轆全群。在博格達山東段七角井西的鉆孔中發(fā)現(xiàn)有下石炭統(tǒng)下部塔普捷爾泉組，其在西段未見有出露[3]。

博格達造山帶東段的下石炭統(tǒng)主要出露在七角井—高泉地區(qū)，下石炭統(tǒng)塔普捷爾泉組(C1t)、七角井組(C1q)及中石炭統(tǒng)柳樹溝組(C2l)火山巖出露較完整(見表1)。塔普捷爾泉組為一套淺水沉積的砂巖、粉砂巖夾頁巖、灰黑色炭質(zhì)粉砂巖夾火山灰凝灰?guī)r。七角井組為海相雙模式火山巖建造，塊狀、枕狀玄武巖與流紋巖互層，并夾有少量凝灰質(zhì)砂巖及頁巖；在七角井刺梅溝七角井組上部層位中可見玄武巖與流紋巖組成韻律噴發(fā)旋回，其相互之間呈突變接觸[3]。博格達東段分布的居里得能組為以淺海相基性—酸性火山噴發(fā)巖為主夾陸源碎屑巖的巖石組合(相當于西段的柳樹溝組) ，其與下伏七角井組整合接觸或斷層接觸，而與上覆沙雷賽爾克組(相當于西段的奧爾吐組)呈整合或斷層接觸。總體上，在博格達東段以熔巖沉積為主，俞向西部逐漸變?yōu)樗樾汲练e占據(jù)多數(shù)，巖性總體上變化不大。

2 構(gòu)造背景與巖石成因分析

巖漿巖是由地下形成的富含揮發(fā)分的高溫黏稠狀的硅酸鹽或碳酸鹽熔融狀的巖漿凝固而形成，是地球各圈層之間相互作用的產(chǎn)物，在大陸動力學研究中具有重要的意義。巖漿作為地球各圈層之間物質(zhì)和能量交換的載體，不僅攜帶了地球深部大量而豐富的地球科學信息，而且也是板塊運動與大地構(gòu)造事件的記錄者；通過對巖漿活動產(chǎn)物(火山巖等)的科學分析與研究，可以很好的恢復古構(gòu)造格局和追溯大地構(gòu)造演化歷史。

圖1 火山巖TAS分類圖解Fig.1 TAS plot for volcanic rock classification

圖2 玄武巖w(Zr)/w(Y)—w(Zr)×10-6圖解Fig.2 w(Zr)/w(Y)—w(Zr)×10-6diagram for basalt

將前人有關(guān)博格達地區(qū)下石炭統(tǒng)七角井組、中石炭統(tǒng)柳樹溝組以及祁家溝組火山巖樣品的測試數(shù)據(jù)投在火山巖TAS分類(w(K2O+Na2O)—w(SiO2)分類)圖解(圖1)上，其中大多數(shù)玄武巖樣品投入鈣堿性系列區(qū)；火山巖的w(SiO2)含量在47%～55%和75%～80%之間，存在明顯的Daly成分間斷，在時空上構(gòu)成典型的雙峰式火山巖組合。TiO2和MgO含量分析表明，樣品的w(TiO2)值高于洋脊玄武巖(MORB)平均值，而樣品的Mg#(Mg#=100×Mg/(Mg+∑Fe))值明顯小于MORB，表明玄武巖漿發(fā)生過明顯的橄欖石、輝石分離結(jié)晶作用[20]；富鈉貧鉀、高Al(w(Al2O3)=16%～18%)特征，表明斜長石分離結(jié)晶作用不明顯；微量元素Ni、Cr含量都遠低于原始巖漿的參考值[20]，顯示它們是原始巖漿演化的產(chǎn)物。玄武巖相對富集大離子親石元素(LIL)Sr、K、Ba、K，高場強元素(HFSE)Nb、Ta、Zr虧損明顯，標志著俯沖流體交代的地幔參與了巖漿形成過程，或在巖漿作用過程中發(fā)生過陸殼物質(zhì)同化混染作用。δEu=1.08～1.15，反映Eu無異?；蜉p微正異常，表明原始巖漿在演化過程中斜長石的分離結(jié)晶作用不明顯。在玄武巖w(Zr)/w(Y)—w(Zr)判別圖解(圖2)中，樣品大多投入板內(nèi)玄武巖區(qū)域；w(Zr)—w(Nb)圖解顯示所有樣品都在虧損地幔區(qū)，其結(jié)果表明玄武巖源于虧損地幔的部分熔融。

博格達山晚古生代火山巖中的玄武巖來自于軟流圈地幔巖石的局部熔融部分，得到了很多學者的認同[3-4，21]。但是，博格達山晚古生代流紋巖的元素地球化學特征以及同位素特征卻表現(xiàn)出與其他雙峰式火山巖顯著的差異，其與同期玄武巖有同源性，流紋巖屬由玄武巖巖漿分離結(jié)晶演化而來；博格達東段北緣的伊齊—小紅柳峽一帶的晚石炭世流紋巖Rb-Sr等時線年齡為296 Ma±2 Ma，后造山伸展體制下形成裂陷環(huán)境的陸相流紋巖Rb-Sr等時線年齡278 Ma±2 Ma，火山巖性質(zhì)及其成因有別于其南部七角井早石炭世雙峰式火山巖，其巖石地球化學和同位素特征表現(xiàn)出與玄武巖漿有異源性，其來源不是由同時期玄武巖漿演化而來。

3 晚古生代構(gòu)造格局與構(gòu)造演化

博格達山及其周緣在石炭紀時期處于南北拉張裂陷的構(gòu)造環(huán)境，特別是在構(gòu)造帶及周緣地區(qū)，接受相應的火山-沉積；晚石炭世末—早二疊世初，出現(xiàn)短暫的沉積間斷；早二疊世經(jīng)歷了后造山伸展的裂陷(裂谷)火山-沉積，并伴隨有中酸性小侵入體的侵入作用。晚古生代石炭紀主要表征為板內(nèi)拉張背景下的裂谷盆地，就現(xiàn)有的地質(zhì)及火山巖地球化學、物探資料研究表明，博格達山晚古生代構(gòu)造演化經(jīng)歷了早石炭世初始裂谷演化、晚石炭世成熟裂谷演化、早二疊世碰撞造山演化和早二疊世晚期后造山伸展的裂陷演化過程(圖3)。

3.1 早石炭世初始裂谷演化階段

在古生代時期，博格達山構(gòu)造演化可能與其毗鄰的準噶爾古大洋、吐哈南的康古爾塔格所代表的古大洋擴張、俯沖碰撞的板塊構(gòu)造演化過程具有十分密切的聯(lián)系。目前發(fā)現(xiàn)最老的地層分布在博格達山南側(cè)的七角井一帶，為一套早石炭世早期的典型雙峰式火山巖組合，其玄武巖和流紋巖Rb-Sr等時線年齡分別為342.0 Ma±3.2 Ma和340.3 Ma±3.4 Ma，為大陸裂谷巖漿作用的產(chǎn)物[3]；玄武巖源于虧損的軟流圈地幔，流紋巖為玄武巖漿演化的結(jié)果(圖3-a)。在博格達東段北緣的伊齊—小紅柳峽一帶，發(fā)育有大量的早石炭世中晚期雙峰式火山巖組合，巖石類型主要有塊狀玄武巖和酸性火山凝灰?guī)r夾極少量的英安巖，并獲得了玄武巖Rb-Sr等時線年齡[21]322 Ma±3 Ma；其形成于大陸裂谷環(huán)境，但帶有俯沖流體參與的巖漿作用過程的地球化學信息。

博格達東段早石炭世裂谷火山巖在時空上的分布存在著明顯的差異，博格達山南側(cè)的七角井地區(qū)裂谷雙峰式火山巖組合要早于北側(cè)的。據(jù)此可以得出初步的結(jié)論，從早石炭世早期到晚期博格達裂谷作用具有由南向北遷移的構(gòu)造演化過程，顯示裂谷初期形成演化與康古爾塔格所代表的古大洋演化過程的動力學體制有關(guān)。在區(qū)域大陸動力學作用下，博格達地區(qū)地殼發(fā)生伸展拉張作用致使地殼(巖石圈)減薄進入裂谷發(fā)展階段，巖石圈減薄引起軟流圈地幔上隆降壓發(fā)生部分熔融形成七角井組和柳樹溝組雙峰式火山巖；柳樹溝組雙峰式火山巖中的流紋巖是玄武巖巖漿底侵作用促使下地殼重熔的產(chǎn)物。裂谷作用持續(xù)到晚石炭世末期。

圖3 博格達造山帶構(gòu)造演化模式示意圖(據(jù)文獻[23] 改編)Fig.3 Tectonic evolution model of the bogda mountain area1.陸殼；2.花崗巖侵入體；3.地殼熔融體；4.部分熔融體；5.底侵玄武質(zhì)巖石；6.被早期流體交待過的地幔；7.地幔；8.作用力方向；9.地幔物質(zhì)運移方向

3.2 晚石炭世成熟裂谷演化階段

博格達山晚石炭世裂谷火山巖石鮮有報道。王金榮[5]在博格達山北緣西地—小紅柳峽一帶發(fā)現(xiàn)大量的晚石炭世柳樹溝組雙峰式火山巖組合，主要巖石類型有塊狀、枕狀玄武巖、流紋巖(Rb-Sr同位素等時線年齡為296 Ma±2 Ma)及酸性火山碎屑巖，標志著在晚石炭世，博格達裂谷進入鼎盛的發(fā)展階段，結(jié)束于晚石炭世末期(圖3-b)。晚石炭世博格達裂谷巖漿作用與早石炭世完全不同[3]。早石炭世裂谷巖漿作用形成的雙峰式火山巖中的酸性熔巖(流紋巖)是幔源玄武巖漿演化的產(chǎn)物，為同源產(chǎn)物；晚石炭世柳樹溝組雙峰式火山巖有異源性，即玄武巖漿源自虧損地幔部分熔融的產(chǎn)物，而流紋巖是玄武巖漿底侵作用/熱的地幔底辟體作用于下地殼促使發(fā)生重熔的結(jié)果，具有典型的大陸裂谷巖漿作用的地球化學標志。很有可能是博格達裂谷的演化階段不同而導致不同的巖漿作用過程。

3.3 早二疊世造山演化階段

早二疊世博格達裂谷發(fā)生閉合轉(zhuǎn)為擠壓造山發(fā)展階段(圖3-c)。晚石炭世末期，吐哈地塊南的康古爾塔格古大洋閉合、弧陸碰撞形成康古爾塔格碰撞帶[8]預示著博格達構(gòu)造體制由拉張向擠壓轉(zhuǎn)換，導致吐哈地塊與準噶爾地塊發(fā)生擠壓、博格達陸內(nèi)造山帶的形成，造山作用持續(xù)到早二疊世晚期。在這個時期，博格達主要經(jīng)歷了南北擠壓、地殼快速加厚、隆升和剝蝕作用，在七角井地區(qū)見有下二疊統(tǒng)陸相磨拉石建造角度不整合覆蓋在雙峰式火山巖之上，但同造山巖漿活動極其微弱。早二疊世晚期后造山伸展環(huán)境下形成的陸相酸性火山巖建造(流紋巖Rb-Sr等時線年齡值為278 Ma±2 Ma)標志著博格達造山作用的結(jié)束。由此可見，博格達裂谷閉合和擠壓造山作用應該發(fā)生晚石炭世末，但造山作用持續(xù)的時間較為短暫，不超過18 Ma，同造山巖漿活動十分微弱。

然而，由于博格達造山作用持續(xù)時間短暫，在許多地方造山作用表現(xiàn)的不明顯，甚至沒有出現(xiàn)過同造山巖漿活動及火山-沉積特征。如在吐哈盆地北緣的七角井地區(qū)、桃樹園、照壁山和庫萊等地區(qū)普遍發(fā)育早二疊世雙峰式火山巖系，盡管少量玄武巖帶有俯沖流體參與的巖漿作用的地球化學信息，但均形成于造山期后的伸展裂谷(裂陷)環(huán)境；在烏魯木齊附近，上二疊統(tǒng)下部與下二疊統(tǒng)為整合關(guān)系，二疊系具有厚度達3 670 m的碎屑巖和油頁巖，具有湖相沉積特征，為生油巖之一。

3.4 早二疊世晚期后造山演化階段

到早二疊世晚期，博格達構(gòu)造帶進入后造山演化階段(圖3-d)。加厚的博格達地殼可能由于地殼伸展塌陷再次引起軟流圈地幔上升降壓導致部分熔融。研究區(qū)內(nèi)這次構(gòu)造巖漿事件主要表現(xiàn)為部分熔融產(chǎn)生的玄武巖漿底侵到下地殼底部，使下地殼物質(zhì)發(fā)生重熔形成了陸相噴發(fā)的酸性火山巖及其火山碎屑巖。在博格達山后造山環(huán)境下形成的火山巖石組合相對較為單一，主要由克拉崗組酸性火山巖及其火山碎屑巖組成；在博格達山東北緣的克拉崗組獲得流紋巖Rb-Sr同位素等時線年齡為278 Ma±2 Ma, 形成于早二疊世[5]。元素地球化學特征表明，流紋巖源于大陸下地殼，并且酸性巖漿分異程度較高，地殼厚度較薄?？傮w特征類似于板內(nèi)(陸內(nèi))流紋巖；與Pearce[22]的洋脊花崗巖比較，Nb、Ta、Zr、Hf相對輕微虧損，K、Rb、Ba、Th等相對略富集，與板內(nèi)流紋巖的配分特點相吻合，暗示早二疊世流紋巖應為下地殼中基性物質(zhì)部分熔融的產(chǎn)物，斜長石是源區(qū)主要的殘留相，在巖漿上升過程中陸殼混染作用不明顯。

結(jié)合區(qū)域地質(zhì)背景可以得出如下結(jié)論：在早二疊世時期，博格達經(jīng)歷了強烈的擠壓、地殼縮短加厚、隆升造山過程；到早二疊世中晚期，加厚的地殼可能由于拆沉作用或伸展塌陷，從而使構(gòu)造動力體制由擠壓轉(zhuǎn)為拉張，地殼進一步減薄，誘發(fā)軟流圈地幔上隆降壓產(chǎn)生玄武巖漿的底侵作用，底侵玄武巖漿加熱于下地殼物質(zhì)并促其發(fā)生重熔作用，形成了克拉崗組流紋巖及其火山碎屑巖。

4 結(jié)語

(1)博格達裂谷的構(gòu)造演化過程經(jīng)歷了4個階段：早石炭世初始裂谷演化，晚石炭世成熟裂谷演化，早二疊世造山演化和早二疊世晚期后造山演化。

(2)博格達裂谷作用始于早石炭世(七角井雙峰式火山巖組合中的玄武巖和流紋巖Rb-Sr等時線年齡分別為342.0 Ma±3.2 Ma和340.3 Ma±3.4 Ma)，裂谷發(fā)生閉合碰撞并引起區(qū)域隆起的時間為307.1 Ma±1.3 Ma(大石頭鄉(xiāng)流紋巖Rb-Sr同位素年齡)，由碰撞擠壓到伸展拉張的轉(zhuǎn)折期是298.4 Ma±0.76 Ma(中酸性侵入體Rb-Sr等時線年齡)，之后博格達造山帶進入后造山演化階段。

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Late Paleozoic tectonic framework and evolution process of Bogda tectonic belt in Xinjiang

ZHENG Youwei1, 2，GUO Jianming，ZHENG Jianjing1，WANG Yadong1，XU Shiyan1, 2

(1.KeyLaboratoryofPetroleumResources，GansuProvince/(KeyLaboratoryofPetroleumResourcesResearchInstituteofGeologyandGeophysics,ChineseAcademyofSciences,Lanzhou730000,China)； 2.UniversityofChineseAcademyofSciences,Beijing, 100049，China)

Based on previous data, field investigation in Bogda area and systematic study on petrology, stratigraphy and sedimentation of Bogda tectonic belt we consider that Bogda mountain area was exposed to the early carboniferous initial rift evolution, late carboniferous mature rift valley evolution, the early Permian orogenic evolution and the late early Permian post-orogenic evolution.

Bogda mountain；tectonic frame; tectonic evolution； Late Paleozoic；Xinjiang

2015-02-04； 責任編輯： 王傳泰

中國科學院西部行動計劃項目(編號：KZCX2-XB3-12)、甘肅省重點實驗室專項(編號：1309RTSA041)聯(lián)合資助。

鄭有偉(1988—)，男，博士研究生，主要從事含油氣盆地構(gòu)造研究工作。通信地址：甘肅省蘭州市蘭州市東崗西路382號，中國科學院地質(zhì)與地球物理研究所蘭州油氣資源研究中心；郵政編碼：730000；E-mail：ywzheng@163.com

10.6053/j.issn.1001-1412.2015.04.016

P534.4

A