西天山早古生代花崗巖的成因及其研究現(xiàn)狀

魏　強(qiáng)，劉姣姣

(西北大學(xué)，陜西 西安 710069)

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西天山早古生代花崗巖的成因及其研究現(xiàn)狀

魏強(qiáng)，劉姣姣

(西北大學(xué)，陜西 西安 710069)

[摘要]西天山早古生代與洋殼俯沖有關(guān)的花崗巖主要在南天山構(gòu)造帶產(chǎn)出。早古生代那拉提山以南的中天山南緣為主動(dòng)大陸邊緣，主要有一些島弧I型花崗巖在此形成；但塔里木北緣被認(rèn)為是被動(dòng)大陸邊緣，有巨厚的山前沉積物在此堆積。它們的之間是被稱為南天山洋的復(fù)雜大洋盆，在多期次的收縮和大陸邊緣增生作用之后洋盆在晚古生代成為擁有眾多微型大陸板塊、多個(gè)洋盆且分階段分時(shí)期碰撞造山的多島洋。關(guān)于洋盆的閉合時(shí)間則有泥盆紀(jì)末期、石炭紀(jì)早中期、石炭紀(jì)末期、二疊紀(jì)末期以及三疊紀(jì)等不同認(rèn)識(shí)，也側(cè)面證明了南天山洋盆是一個(gè)復(fù)雜的多島洋。

[關(guān)鍵詞]沉積；鹵水

1構(gòu)造背景和地質(zhì)概況

西天山造山帶位于中亞構(gòu)造帶哈薩克斯坦板塊和塔里木板塊的交界處，是由多種組成部分拼貼而成的巨型造山帶，包括古生代的大陸邊緣巖系和大洋地殼殘留體以及前寒武紀(jì)的微陸塊等，其構(gòu)造演化過(guò)程能反映古亞洲洋在新疆北部的演化歷史。東經(jīng)88°線以西為西天山，其東為東天山(朱志新，2013)。而西天山由北向南依此由北天山造山帶、中天山造山帶、南天山造山帶和西南天山組成(圖1)。北天山包括依連哈比爾尕山與博羅霍努山，呈北西走向；中天山南緣位于那拉提山以南，塔里木北緣以北；哈爾克山、虎拉山和額爾賓山是南天山的重要組成部分；西南天山指的是呈北東走向帶狀展布的一條古生代侵入巖系。西天山造山帶以那拉提南緣斷裂和南天山山前斷裂為界線，由南向被依次劃分為塔里木板塊、南天山造山帶伊犁-中天山板塊。塔里木板塊北緣既有巨量的山前沉積物，又有一系列的侵入巖產(chǎn)出，分布范圍為老虎臺(tái)-黑英山-密勒湖-野云溝-庫(kù)爾勒一帶(郭瑞清，2013)。

圖1　西天山構(gòu)造分區(qū)圖

2塔里木北緣早古生代花崗巖類

新元古代中期的Rodinia超大陸裂解產(chǎn)生了南天山洋盆(李錦軼等，1999；何國(guó)琦等，2001；夏林圻等，2003；李錦軼等，2004；李錦軼等，2006)。這已經(jīng)被大多數(shù)地質(zhì)學(xué)家所肯定，但是它的閉合時(shí)間，則有很多爭(zhēng)議，主要有泥盆紀(jì)、石炭紀(jì)、二疊紀(jì)以及三疊紀(jì)這幾種觀點(diǎn)。俯沖方式的認(rèn)識(shí)上也存在分歧，一些人認(rèn)為南天山洋是向北俯沖并碰撞造山的，古生代時(shí)洋盆北方的伊犁-中天山南緣是主動(dòng)型大陸邊緣，而塔里木盆地北緣是被動(dòng)型大陸邊緣。但是近年來(lái)的研究發(fā)現(xiàn)，塔里木盆地北緣的部分侵入巖類形成于主動(dòng)型大陸邊緣環(huán)境中(姜常義等，2001；朱志新等，2008；王超等，2009)，所以南天山洋盆也可能經(jīng)歷了向南俯沖消減的過(guò)程。

在南天山廣泛發(fā)育有時(shí)代和成因環(huán)境迥異的侵入巖類，但以古生代花崗巖為主?？偟膩?lái)看，島弧環(huán)境產(chǎn)出的鈣堿性I型花崗巖在泥盆紀(jì)-早石炭世比較發(fā)育，同碰撞構(gòu)造環(huán)境產(chǎn)出的S型花崗巖則在晚石炭世比較發(fā)育，而拉張背景下產(chǎn)出的A型花崗巖出現(xiàn)于二疊紀(jì)的后碰撞環(huán)境中(郭瑞清等，2013)。南天山洋的構(gòu)造演化歷史中主要形成了兩個(gè)縫合帶，一是中天山南緣縫合帶，展布范圍沿長(zhǎng)阿吾子地區(qū)向東經(jīng)過(guò)古洛溝、烏瓦門(mén)，直至庫(kù)米什地區(qū)的硫磺山、銅花山、榆樹(shù)溝一帶；二是南天山南緣縫合帶，展布于哈爾克山至虎拉山一帶。在南天山地區(qū)的蛇綠巖年齡為331～600 Ma，前后跨度非常大。這證明南天山洋在新元古代就發(fā)育成為很具規(guī)模大洋了，并且早奧陶世達(dá)到了強(qiáng)盛期，從而形成多島洋的復(fù)雜格局。至晚奧陶世南天山洋開(kāi)始由南向北的俯沖消減作用，而其南側(cè)的塔里木北緣因出露有巨厚的深海盆地斜坡沉積物、沒(méi)有古生代陸緣巖漿的跡象，所以南天山洋南緣被認(rèn)為是被動(dòng)型大陸邊緣。中天山南緣、哈爾克山北坡有很多高壓-超高壓的變質(zhì)巖產(chǎn)出，其年齡分布在415～390 Ma和370～345 Ma兩個(gè)階段，和島弧巖漿侵入時(shí)代一致，說(shuō)明在此期間也發(fā)生了俯沖消減。但是對(duì)于碰撞造山作用的時(shí)間還存在爭(zhēng)議，大多數(shù)人認(rèn)為在晚石炭世南天山洋和伊犁-中天山地塊發(fā)生碰撞造山，二疊紀(jì)的由擠壓的構(gòu)造背景轉(zhuǎn)換為拉張的構(gòu)造背景，伴隨有堿性花崗巖的侵入，此時(shí)南天山洋進(jìn)入后碰撞的構(gòu)造演化階段。但是南天山洋演化過(guò)程并不僅僅這么簡(jiǎn)單，它是一個(gè)在不同地質(zhì)歷史時(shí)期經(jīng)歷了循環(huán)反復(fù)構(gòu)造演化階段的洋盆，在多期次的伸張作用和大陸邊緣增生作用之后，晚古生代終于發(fā)展成為有多個(gè)微型大陸板塊、多個(gè)大洋盆地并存且分段閉合的復(fù)雜的多島洋，且形成了東西向分布的島弧帶伴生有蛇綠巖混雜帶在板塊接觸邊緣產(chǎn)出。

郭瑞清等(2013)認(rèn)為南天山洋在早古生代期間存在雙向俯沖，他在前人在地層、蛇綠巖以及侵入巖研究成果的基礎(chǔ)上，詳細(xì)研究了塔里木北緣早古生代花崗巖，為南天山洋的俯沖消減和俯沖方向提供了新的證據(jù)，在早古生代南天山洋既有由南向北俯沖于中天山南緣之下的作用，也有由北向南往塔里木盆地北緣之下的俯沖作用發(fā)生他認(rèn)為南天山洋盆，且向塔里木盆地北緣的俯沖在志留紀(jì)就開(kāi)始了，到早石炭世俯沖還沒(méi)有結(jié)束，直至晚石炭世南天山洋與中天山南緣發(fā)生碰撞造山作用。對(duì)巖體進(jìn)行的U-Pb定年、巖石學(xué)和地球化學(xué)研究表明其為鈣堿性-高鉀鈣堿性I型花崗巖類，形成于420 Ma的晚志留世，地球化學(xué)特征顯示，富集Rb、K、U等大離子親石元素(LILE)、虧損Nb、Ta、Ti、P等高場(chǎng)強(qiáng)元素(HFSE)，具有俯沖板塊邊緣島弧花崗巖的地球化學(xué)特征。

在辛格爾斷裂以南有一些活動(dòng)大陸邊緣環(huán)境下侵入的鈣堿性花崗巖，其40Ar/39Ar坪年齡為374.7±5.9 Ma，屬泥盆紀(jì)(張燕，2010)。庫(kù)魯克塔格東南緣鉀長(zhǎng)花崗巖是形成于島弧構(gòu)造環(huán)境中的鈣堿性I型花崗巖，鋯石U-Pb年齡為431 Ma，這說(shuō)明庫(kù)魯克塔格地區(qū)的形成與東天山早古生代巖漿弧有關(guān)(校培喜，2006)。Ge et al.,(2012)也在庫(kù)魯克塔格報(bào)道了的一些古生代侵入巖的鋯石U-Pb年齡，為420.6±2.3 Ma、421.7±2.8 Ma、419.8±3.3 Ma。綜上所述，早古生代期間南天山洋盆可能存在南北方向同時(shí)的俯沖消減作用。

這些報(bào)道說(shuō)明塔里木北緣為主動(dòng)型大陸邊緣，且南天山洋在志留紀(jì)開(kāi)始向南部的塔里木盆地北緣之下俯沖，并一直延續(xù)到早石炭世，直至晚石炭世碰撞造山。

3中天山南緣早古生代花崗巖類

中天山南緣的那拉提山以西出露大量不同時(shí)代的花崗巖，龍靈利等(2011)對(duì)瓊庫(kù)斯泰河巖體進(jìn)行了鋯石U-Pb定年和地球化學(xué)研究，得到了430±8 Ma的U-Pb年齡，且?guī)r石的地球化學(xué)特征顯示其為過(guò)鋁質(zhì)的高鉀鈣堿性花崗巖類，復(fù)合俯沖消減作用下的島弧花崗巖的成因特征，這說(shuō)明中天山南緣在志留紀(jì)為活動(dòng)大陸邊緣，南天山洋在志留紀(jì)已經(jīng)開(kāi)始向北俯沖消減(圖2)。

圖2　南天山洋向伊犁中天山板塊之下俯沖圖解

巴音布魯克地區(qū)以東出露的石英閃長(zhǎng)巖體侵入于南天山巴音布魯克組，徐學(xué)義等(2006)得到了446.8±1.2 Ma的年齡，是志留紀(jì)形成的，具有其島弧構(gòu)造環(huán)境的地球化學(xué)特征。該巖體以北出露一個(gè)東西走向的小巖體，對(duì)其進(jìn)行鋯石U-Pb定年研究表明年齡為421.0±11 Ma，通過(guò)地球化學(xué)數(shù)據(jù)的分析，韓寶福等(2004)認(rèn)為中天山南緣早古生代花崗是準(zhǔn)鋁質(zhì)至弱過(guò)鋁質(zhì)的A型花崗巖，它們的形成可能與早古生代一次造山過(guò)程晚期的拉張作用有關(guān)。

中天山南緣為活動(dòng)大陸邊緣這一認(rèn)識(shí)已經(jīng)被多數(shù)學(xué)者所認(rèn)同(高俊等，2006；Xiao et al.,2010； Gao et al.,2011；Xiao et al.,2012)，但是韓寶福等(2004)和徐學(xué)義(2006)等在巴音布魯克地區(qū)早古生代花崗巖的研究表明中天山南緣東延部分的花崗巖成因還存在一定的分歧。因此下一步的工作重點(diǎn)是確定巴音布魯克以東地區(qū)的早古生代花崗巖成因以及形成構(gòu)造環(huán)境。

4南天山早古生代花崗巖

前人的研究表明，中天山南緣為活動(dòng)大陸邊緣(徐學(xué)義等，2006)，那拉提山二長(zhǎng)花崗巖436Ma的年齡(朱志新等，2006)表明南天山洋最晚在早志留世已經(jīng)開(kāi)始向伊犁-中天山板塊之下俯沖。早古生代南天山洋開(kāi)始向北俯沖，形成島弧成因的花崗巖條帶，均為島弧環(huán)境下產(chǎn)生的堿性、過(guò)堿性花崗巖類，形成時(shí)代為志留紀(jì)。近來(lái)，郭瑞清等(2013)在塔里木北緣也發(fā)現(xiàn)了志留紀(jì)的島弧成因花崗巖，這為研究南天山洋形成-閉合的演化過(guò)程提供重要的證據(jù)，對(duì)比塔里木北緣早古生代花崗巖的成因特征以及形成時(shí)代，在志留紀(jì)南天山洋也可能向南俯沖。那么雙向俯沖的發(fā)生是否為同一時(shí)代,或者俯沖消減過(guò)程是否具有一定的先后順序,這些都是面臨的問(wèn)題所在，所以要對(duì)中天山南緣和塔里木北緣的早古生代花崗巖作進(jìn)一步的研究，限定南天山洋俯沖時(shí)限以及俯沖方式。

5結(jié)語(yǔ)

早古生代花崗巖在西天山主要分布在中天山南緣以及西南天山地區(qū)，此外塔里木北緣也有少量花崗巖侵入，并以志留紀(jì)花崗巖為主，多為島弧環(huán)境下形成的I型花崗巖，這與早古生代南天山洋的擴(kuò)張有關(guān)，在洋盆南北兩側(cè)形成了平行展布的島弧帶，洋盆在此俯沖消減并最終碰撞造山。囿于該區(qū)自然環(huán)境惡劣、人力難以到達(dá)等原因，對(duì)很多地區(qū)的侵入巖了解不多，沒(méi)有精確的定年資料及地球化學(xué)資料，有關(guān)洋盆俯沖的時(shí)限以及俯沖極性存在爭(zhēng)議。圍繞這些有爭(zhēng)議的地區(qū)具體展開(kāi)工作可能會(huì)對(duì)南天山洋的演化歷史的研究提出建設(shè)性的成果。

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[中圖分類號(hào)]P619.22+2

[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]B

[文章編號(hào)]1004-1184(2016)02-0209-02

[作者簡(jiǎn)介]魏強(qiáng)(1991-)，男，陜西旬邑人，在讀碩士研究生，主攻方向：礦物學(xué)，巖石學(xué)，礦床學(xué)。

[收稿日期]2015-09-08