塔里木西南中-新元古界研究進展

葉現(xiàn)韜，張傳林

（河海大學(xué)海洋學(xué)院，南京210098）

前人在對塔里木西南地區(qū)進行地層單元劃分時，依據(jù)巖石組合與變形變質(zhì)程度，將大部分前寒武紀地層劃分為古-中元古界，如原劃分的古元古界喀拉喀什群、埃連卡特群、中元古界塞拉加茲塔格群、博查特塔格組等[1]。由于這些地層都經(jīng)歷了不同程度的變質(zhì)作用，早期的定年方法（如：Rb-Sr全巖等時線）存在較大的局限性和不確定性。另外，這些地層的劃分缺乏可靠的古生物化石證據(jù)。因此，塔里木西南前寒武紀地層的沉積時代仍不清楚。

地層沉積時代的確定是地層劃分和對比的基礎(chǔ)，是建立地層格架的重要科學(xué)依據(jù)[2]。隨著定年技術(shù)的發(fā)展，越來越多的地層時代被精確限定，使得全球地層對比成為可能。地層中的火山巖（如流紋巖或凝灰?guī)r）夾層是限定地層沉積時限的最佳定年對象。此外，碎屑鋯石對確定碎屑巖所在地層的層序律也有非常重要的作用。對缺乏化石和未建立生物地層學(xué)控制的地層提供了重要的年代學(xué)約束[3-4]。而且，碎屑鋯石年齡譜對沉積物的物源分析和構(gòu)造背景的判別具有一定的意義[4-5]。

本文總結(jié)了近年來塔里木西南地區(qū)前寒武系的研究成果。依據(jù)新的定年資料及對沉積組合的研究，重新建立了塔里木西南地區(qū)中-新元古代地層格架，并結(jié)合巖石組合、碎屑鋯石的年齡譜對中-新元古代構(gòu)造演化進行了簡要概述。

1 塔里木西南中-新元古界巖石組合與年代學(xué)

塔里木克拉通位于中國西北地區(qū)，是中國最重要的三個克拉通之一，也是中國最主要的前寒武紀克拉通[6]。其面積將近60萬km2，大部分被沙漠覆蓋[7]。因此，塔里木前寒武紀基底主要出露于塔里木盆地周緣地區(qū)，主要有北緣的庫魯克塔格地區(qū)，西南的鐵克里克地區(qū)以及東南的敦煌-阿爾金北緣地區(qū)（圖1a）。塔里木西南前寒紀巖系主要包括古元古代赫羅斯坦雜巖，主要為一套2.4～2.3 Ga的花崗質(zhì)片麻巖，并發(fā)育斜長角閃巖包體[6]。其他前寒武紀地層單元主要包括喀拉喀什群、桑株塔格群、埃連卡特群、塞拉加茲塔格群、絲路群和恰克馬克力克群。

喀拉喀什群（KalakashiGroup）在塔里木西南地區(qū)主要分布在皮山縣南部，呈北西-南東向展布，與埃連卡特群呈斷層接觸（圖1b）?？κ踩合露沃饕尚遍L片麻巖、斜長角閃巖、斜長變粒巖、磁鐵石英巖、黑云石英片巖、大理巖、石英巖以及黑云母綠泥片巖組成；上段主要為石榴子石云母石英片巖、片麻巖和大理巖條帶組成[8-9]。Zhang等[10]對喀拉喀什群下段的石榴石角閃巖和黑云斜長片麻巖中角閃石和黑云母分別進行40Ar-39Ar定年，顯示其變質(zhì)年齡為1 050～1 020 Ma。由于地層發(fā)生角閃巖相變質(zhì)作用，且缺乏直接的年代學(xué)數(shù)據(jù)和化石資料，前人將該地層單元劃為古元古界[1]。最近，Zhang等[11]對喀拉喀什群下段的變流紋巖進行鋯石SHRIMPU-Pb定年，年齡為1 524.7 ± 4.3 Ma（N=18,MSWD=1.3）。準確限定了該地層的沉積時代，同時也證明喀拉喀什群為中元古界，而非前人劃分的古元古界。

桑株塔格群（Sangzhutage Group）主要分布在鐵克里克帶西部庫斯拉甫—恰爾隆一帶，其巖性主要由下部的變質(zhì)砂巖、粉砂質(zhì)板巖、硅質(zhì)巖以及上部的泥晶灰?guī)r組成。桑株塔格群與赫羅斯坦雜巖為斷層接觸，與上覆地層博查特塔格群為角度不整合接觸。通過對碎屑巖中的104粒碎屑鋯石進行U-Pb定年分析顯示，大部分年齡都集中在1 460 Ma左右（圖2），207Pb//206Pb平均年齡為1 468±6 Ma（N=79，MSWD=0.68）[11]。結(jié)合侵入桑株塔格群的花崗巖的年齡為～1.4 Ga[12]，桑株塔格群的沉積年齡可以嚴格限定在1.5～1.4Ga。

塞拉加茲塔格群（SailajiazitageGroup）主要分布于墨玉縣喀拉喀什河、和田市玉龍喀什河和哈拉斯坦河一帶以及阿克齊吾斯塘上游地區(qū)，出露面積約390 km2。野外填圖結(jié)果表明，該套地層可分為巨厚的玄武巖段（下段）和火山-沉積巖段（上段），它們?yōu)閿鄬咏佑|[13]（圖1c）。下段主要分布在葉城縣土安一帶，火山巖可見多個噴發(fā)旋回，厚度可達5 000 m左右，以玄武巖為主，夾四層厚度不等的流紋巖（流紋巖總厚度為800 m）。上段主要分布在新藏公路沿線，主要為碎屑巖-碳酸巖，并夾少量凝灰?guī)r和流紋巖組成（圖1c）?；诘貙又锈涃|(zhì)角斑巖的全巖Rb-Sr等時線年齡（1 764 Ma）。前人將塞拉加茲塔格群劃分為中元古界長城系[1，9]。最近，我們對塞拉加茲塔格群進行了詳細的野外地質(zhì)調(diào)查，對其沉積時代和形成背景進行了系統(tǒng)的研究。塞拉加茲塔格群上段凝灰質(zhì)砂巖的鋯石U-Pb定年結(jié)果顯示最年輕一組年齡為857±3 Ma（N=15，MSWD=1.4）。2018年我們在其中發(fā)現(xiàn)凝灰?guī)r夾層并挑選出大量的鋯石，在天津地質(zhì)調(diào)查中心采用LA-MC-ICPMSU-Pb定年測試，獲得其諧和年齡為839±6 Ma（圖3，表1），表明火山-沉積巖系沉積時代為850～840 Ma。下段巨厚雙峰式火山巖中的流紋巖鋯石SHRIMPU-Pb年齡和LA-ICPMSU-Pb年齡非常一致，均為～890 Ma，它可能是一個被支解的大火成巖省的一部分[14]。

埃連卡特群（Ailiankate Group）主要分布在鐵克里克山至葉爾羌河山前一帶，呈不規(guī)則面狀展布[9]（圖1b）。鐵克里克帶區(qū)域內(nèi)埃連卡特群為一套低綠片巖相變質(zhì)巖系，以富含石英巖條帶二云石英片巖為主，少量淺粒巖、大理巖和砂巖。埃連卡特群的原始沉積組構(gòu)被強烈改造已無法識別，目前為一套無序的構(gòu)造-巖石地層單元。由于地層發(fā)生強烈褶皺，因此，埃連卡特群精確的厚度并不十分清楚。盡管如此，區(qū)域地質(zhì)填圖顯示它的厚度至少可達3 000 m[1]。對埃連卡特群的年代學(xué)研究一直停留在20世紀80年代，前人通過Rb-Sr年齡和地層接觸關(guān)系將其劃分為古元古界。近年來，埃連卡特群的沉積時代受到越來越多的關(guān)注，由于缺乏火山巖和火山碎屑巖，其年代學(xué)研究主要依靠碎屑鋯石估計其最大的沉積年齡[15-17]。這些碎屑鋯石大多為發(fā)育明顯振蕩環(huán)帶和條帶狀構(gòu)造的巖漿鋯石，僅有個別鋯石顯示變質(zhì)鋯石的特征[17]。埃連卡特群中680粒鋯石測試結(jié)果顯示了7個主要的年齡峰值 ：～800 Ma、～960 Ma、～1400 Ma、1 750～1 800 Ma、2 000～2 100 Ma、2400～2 500 Ma和～2 900 Ma（圖2），其中～800 Ma的峰值年齡極其明顯，約占所有鋯石年齡的63%。因此，埃連卡特群的最大沉積年齡為～800 Ma，沉積時代為新元古代，而非古元古代。

圖2 塔里木西南地層柱狀圖、年齡、巖漿活動以及碎屑鋯石年齡頻譜圖（據(jù)參考文獻[11]）Fig.2 A schematic diagram to illustrate the strata column,zircon ages,igneous activities and relative probability plots for detrital zircons of the southwestern Tarim terrane

圖3 塞拉加茲塔格群上段凝灰?guī)r鋯石U-Pb年齡諧和圖Fig.3 Concordia diagram of U-Pb zircon data for the tuff layer from Sailajiazitage Group

絲路群（Silu Group）自下而上包括博查特塔格組、蘇瑪蘭組、蘇庫羅克組。博查特塔格組主要發(fā)育于哈拉斯坦河以東的鐵克里克陸緣斷隆帶內(nèi)，沿庫勒-蘇庫里克-索克曼-塘里切克東一帶呈弧形展布，出露面積約327 km2[1]。該組主要由一套碳酸鹽巖組成，巖石類型主要有白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r、粉砂質(zhì)灰?guī)r等。蘇瑪蘭組主要零星出露于哈拉斯坦河以東蘇里克-坎埃孜北一帶，主要為一套海相灰?guī)r、碎屑巖組合。蘇庫羅克組為一套以碎屑巖為主的雜砂巖系，下部為泥質(zhì)粉砂巖與灰?guī)r互層；中部以薄層狀粉砂巖夾砂巖為主；上部為一套灰色硅質(zhì)巖、粉砂質(zhì)泥巖、雜砂巖[1]。前人主要對博查特塔格組和蘇庫羅克組進行了年代學(xué)研究。研究顯示博查特塔格組和蘇庫羅克組的最大沉積年齡分別為～800 Ma和～830 Ma[16]（圖2）。

恰克馬克力克群（QiakemakelikeGroup）從下至上分別是：波龍組，為海相冰成巖（雜礫巖）建造，以灰色塊狀冰磧、混磧巖為主，夾有硅質(zhì)泥巖、粉砂巖、頁巖及濁積砂巖和碎屑流礫巖；克里西組，該組主要由下部灰綠色砂巖、砂礫巖和上部的泥硅質(zhì)巖組成，與下伏波龍組為整合接觸；雨塘組，主要為粉砂質(zhì)泥巖、泥巖（頁巖）及泥質(zhì)細粉砂巖和砂巖互層，該組與波龍組假整合接觸。此外，該劃分方案將底部的礫巖劃分為牙拉古孜組[18]。定年樣品主要采自波龍組下部的砂巖和冰磧巖中部的薄層砂巖以及克里西組中的砂巖層。這些樣品具有相似的結(jié)構(gòu)和礦物組成，其中巖屑大小不一，變化較大，顯示出低成熟度。此外，所有樣品的鋯石特征顯示，大部分鋯石的自形程度較高，表明它們僅經(jīng)歷了短距離的搬運，或者甚至來源于原地。7個樣品的鋯石U-Pb年齡非常一致。共計378粒鋯石年齡頻譜圖顯示出兩個主要的峰值（～750 Ma和～800 Ma）年齡和四個次要的峰值（～1 830 Ma、～2 270 Ma、～2 500 Ma和2 625 Ma）年齡，而缺乏1 000 Ma到1 800 Ma之間的年齡數(shù)據(jù)（圖2）。以上碎屑鋯石數(shù)據(jù)可以限定恰克馬克力克群的最大沉積年齡為～750 Ma[16-17]。

表1 塞拉加茲塔格群凝灰?guī)r夾層鋯石LA-MC-ICPMS U-Pb年齡Tab.1 Zircon U-Pb age data analyzed by LA-MC-ICPMS from the tuff in the Sailajiazitage Group

研究表明，新元古代時期地球上曾發(fā)生了四次大規(guī)模的冰川事件。同位素年代學(xué)研究成果顯示可能的四次冰期的時間分別為～750 Ma、～750～660 Ma、～650～635 Ma和～580 Ma。塔里木克拉通北緣庫魯克塔格貝義西組冰磧巖可靠的年齡均為～740 Ma[19-20]。這一結(jié)果與恰克馬克力克群波龍組中碎屑鋯石最年輕的年齡接近。另一方面，根據(jù)地層的接觸關(guān)系以及微古生物學(xué)研究結(jié)果，一些學(xué)者也認為恰克馬克力克群波龍組冰磧巖和雨塘組冰磧巖分別與貝義西組冰磧巖和特瑞愛肯組冰磧巖可以對比[21]（圖4）。因此，恰克馬克力克群下部波龍組的沉積年齡可能為～750 Ma，但仍需進一步的研究確認。

2 塔里木西南中-新元古界的沉積環(huán)境

對沉積環(huán)境的判斷主要依據(jù)地層的巖石組合以及巖石的結(jié)構(gòu)構(gòu)造。然而，前寒武系大多經(jīng)歷了復(fù)雜的變形和不同程度的變質(zhì)作用，使得原生的巖石組合、結(jié)構(gòu)構(gòu)造難以識別。碎屑鋯石除了可以對沉積物沉積時限提供限定外，還可以對沉積物的物源分析和構(gòu)造背景進行研究[4，22-23]。

喀拉喀什群的形成年齡為1.52 Ga左右[11]，并在～1.0 Ga發(fā)生了角閃巖相變質(zhì)[10]。盡管喀拉喀什群遭受了強烈的變形和角閃巖相變質(zhì)作用，在喀拉喀什群下部仍然可見由角閃巖和變流紋巖組成的雙峰式火山巖，表明喀拉喀什群形成于拉張構(gòu)造背景。另外，盡管喀拉喀什群已發(fā)生角閃巖相變質(zhì)，但仍可通過變質(zhì)巖的巖性大致推斷其原巖：如片巖的原巖大多為泥巖或者砂質(zhì)頁巖，甚至為火山巖或者白云質(zhì)泥灰?guī)r。因此，喀拉喀什群沉積巖部分的原巖組合大致為碳酸鹽巖和泥頁巖組成。同樣證明其形成于伸展構(gòu)造背景[24]?？κ踩航情W巖相變質(zhì)事件的時間（～1.0 Ga）與全球格林威爾（Grenville）造山事件相同，已有研究資料顯示，此時的塔里木西南地體匯聚在澳大利亞北緣，成為Rodinia超大陸的一部分[25]。

圖4 塔里木西南含冰磧巖恰克馬克力克群以及上下地層柱狀圖（修改自文獻[21]）（進行對比的庫魯克塔格和阿克蘇地區(qū)新元古界來自文獻[19]）Fig.4 Stratigraphic column of the tillite-bearing Qiakemakelike Group in southwestern Tarim

塞拉加茲塔格群下段的火山巖厚度達5 300 m左右（玄武巖4 600 m左右，流紋巖800 m左右）。流紋巖精確的U-Pb年齡顯示其噴發(fā)年齡為～890 Ma，具有典型的大火成巖省特征。并且，該玄武巖具有典型大陸溢流玄武巖（CFB）的地球化學(xué)特征[14,16]。這是迄今為止在塔里木識別出的比較可靠的前寒武紀大火成巖省，可能與新元古代廣泛分布的920～890 Ma的地幔柱相關(guān)[14]。塞拉加茲塔格群上段主要由碳酸鹽巖和碎屑巖夾少量凝灰?guī)r和流紋巖組成，可能代表弧后盆地沉積環(huán)境[14，16]。

埃連卡特群中的碎屑鋯石CL和BSE圖像顯示大部分鋯石自形程度較高，且表面未見刻蝕坑[17]，說明他們僅經(jīng)歷了短距離的搬運。另一方面，它們的鋯石年齡譜與前陸盆地類似，而與裂谷盆地相差較大。一般情況下，前陸盆地樣品（包括巖屑）的年齡最接近樣品的沉積年齡，反映了同碰撞過程中巖漿物質(zhì)的加入[22]。在地層剖面上，埃連卡特群遭受了低綠片巖相變質(zhì)和強烈的變形作用。而其上覆恰克馬克力克群（碳酸鹽巖-碎屑巖-冰磧巖）卻未發(fā)生變質(zhì)和變形作用[9]。因此，埃連卡特群的沉積年齡為～800 Ma，沉積環(huán)境為前陸盆地。

恰克馬克力克群中碎屑鋯石的年齡譜具有被動大陸邊緣的特征[22]：兩組相對年輕的鋯石年齡峰值（～750 Ma和～800 Ma）非常明顯[16，17]。這與匯聚和碰撞盆地完全不同。因為在拉張背景下的盆地（裂谷盆地或被動邊緣）一般缺乏同沉積時期的巖漿活動，主要是更老源區(qū)物質(zhì)的加入[22]。另外，恰克馬克力克群及上覆庫爾卡克組和克孜蘇胡木組的沉積相也顯示沉積環(huán)境從裂谷—被動大陸邊緣的改變[24]。因此，恰克馬克力克群主要代表了Rodinia超大陸的裂解以及最終被動大陸邊緣的形成。

3 塔里木西南中-新元古代構(gòu)造演化

綜合年代學(xué)、地球化學(xué)、碎屑鋯石年齡譜、巖石組合以及巖石變質(zhì)變形特征以探討塔里木西南中-新元古代構(gòu)造演化。塔里木西南地體早前寒武紀地質(zhì)體中廣泛發(fā)育～1.9 Ga左右的變質(zhì)事件，表明此時塔里木西南地體匯聚到Columbia超大陸，可能與西澳大利亞和西伯利亞相鄰[11-12]。而后在1 785 Ma時該超大陸開始發(fā)生裂解，在此拉張背景下形成了阿喀孜基性巖墻、～1 525 Ma的裂谷盆地[11]、～1 400 Ma的A型花崗巖[12]以及晚期～1 117 Ma的A型花崗巖[11]，表明在中元古代，塔里木西南主要處于伸展構(gòu)造背景。直到～1 020 Ma，塔里木西南地體匯聚到澳大利亞北緣[6]（圖5a）。稍晚于1.0 Ga時，沿塔里木中部的洋殼向南俯沖[7，26]，并在850～840 Ma于塔里木西南地體上形成初生的弧后盆地。該弧后盆地以塞拉加茲塔格群上段的火山-沉積地層為代表（圖5b）。當塔里木西南地體和塔里木北緣地體沿塔中匯聚到一起時，塔里木西南地體的應(yīng)力條件從拉張變成了擠壓導(dǎo)致在先前弧后沉積層序的基礎(chǔ)上形成了前陸盆地，沉積了埃連卡特群（圖5c）。此時，阿克蘇群火山-碎屑巖沉積于弧前盆地[27]（圖5d）。最終，前陸盆地的關(guān)閉、低綠片巖相變質(zhì)作用以及褶皺變形可能發(fā)生于760～750 Ma之間。同時，塔里木北緣的阿克蘇群也發(fā)生了藍片巖相變質(zhì)作用[28]。在大約750 Ma后塔里木形成了統(tǒng)一的基底，被動大陸邊緣和裂谷盆地開始發(fā)育，該大地構(gòu)造背景一直持續(xù)到寒武紀，形成新元古代中期到寒武紀未變質(zhì)和未變形的地層單元。

圖5 塔里木西南中-新元古界盆地演化圖（修改自文獻[17]）Fig.5 A schematic diagram to illustrate the relationship between the evolution of the late Mesoproterozoic-Neoproterozoic sedimentary basins and tectonic evolution process along the southwestern margin of the Tarim

4 結(jié)論

（1）最新年代學(xué)研究表明，塔里木西南中元古界包含喀拉喀什群和桑株塔格群，沉積年齡分別為～1.52 Ga和1.4～1.5 Ga；原歸屬于長城系的塞拉加茲塔格群解體為兩部分，下部為～890 Ma的大火成巖省，上部為850～840 Ma的火山沉積巖系。原劃分為古元古界的埃連卡特群重新厘定為新元古界青白口系（～800 Ma）。新元古代中晚期的沉積包括絲路群（＜800～830 Ma）和恰克馬克力克群（～750 Ma）。

（2）塔里木西南地體在～1.9 Ga匯聚到Columbia超大陸之上，從～1 785到～1 117 Ma一直處于裂解、拉張構(gòu)造背景。直到1.0 Ga匯聚到澳大利亞北緣。沿著塔里木西南地體北緣的俯沖作用導(dǎo)致弧后盆地形成，沉積了塞拉加茲塔格群。之后，弧后盆地閉合，在～800 Ma時形成了前陸盆地，沉積了埃連卡特群。直到750 Ma后形成了統(tǒng)一的塔里木基底。

致謝：2000年，我從大學(xué)畢業(yè)到南京地質(zhì)礦產(chǎn)研究所工作（現(xiàn)在的南京地質(zhì)調(diào)查中心）。當時研究經(jīng)費匱乏，我寫信給陸松年老師，希望他能支持我做點塔里木的工作。陸老師當年就安排了部分研究經(jīng)費讓我對塔里木西南地區(qū)的前寒武紀開展研究。此后多年，我的工作一直得到陸老師關(guān)心和指導(dǎo)。我的學(xué)生葉現(xiàn)韜在塔里木西南完成了博士論文，陸老師是答辯委員會主席，對論文做了細致的評閱。值此陸老師八十華誕，寫此小文略表感激之情，衷心祝愿陸老師身體健康，闔家幸福。