新疆塔什庫(kù)爾干溫泉地區(qū)花崗巖體侵入與新生代構(gòu)造變形：對(duì)東北帕米爾中新世構(gòu)造演化的啟示*

蔡志慧 何碧竹 劉若涵

自然資源部深地動(dòng)力學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所，北京 100037

青藏-帕米爾造山帶是世界上最高、最大的高原，是研究板塊動(dòng)力學(xué)、區(qū)域大地構(gòu)造以及地表抬升-剝蝕過(guò)程的天然實(shí)驗(yàn)室。新生代印度-亞洲大陸碰撞、持續(xù)匯聚過(guò)程是形成青藏-帕米爾造山帶的原始動(dòng)力(Tapponnieretal., 1981, 2001; Burtman and Molnar, 1993; Clark and Royden, 2000; Yin and Harrison, 2000; DeCellesetal., 2002; Roydenetal., 2008)。隨著印度陸塊向北推進(jìn)，喜馬拉雅及青藏高原腹地不斷隆升，大量物質(zhì)側(cè)向擠出，同時(shí)形成青藏高原東、西兩側(cè)的造山帶(Tapponnieretal., 2001)。帕米爾造山帶位于青藏高原的西側(cè)，呈向北凸出的弧形，故又稱(chēng)帕米爾弧形構(gòu)造帶(圖1)。帕米爾弧形構(gòu)造帶是印度/亞洲碰撞效應(yīng)最強(qiáng)烈的地區(qū)之一，其在新生代之前地殼厚度僅為25～30km(Burtman and Molnar, 1993)，而深部地球物理資料顯示現(xiàn)今帕米爾地殼厚度可達(dá)70km(Mechieetal., 2012)。中新世火山巖中的捕擄體表明印度-亞洲大陸碰撞初期帕米爾地區(qū)巖漿-沉積巖石組合曾埋深到>50～80km(Duceaetal., 2003)。此外，帕米爾弧形構(gòu)造帶目前的寬度明顯小于青藏高原主體，有的學(xué)者認(rèn)為帕米爾地殼增厚的同時(shí)，通過(guò)逆沖推覆等方式發(fā)生了強(qiáng)烈縮短變形(Burtman and Molnar, 1993)。

帕米爾弧形構(gòu)造帶受印度-亞洲大陸碰撞及持續(xù)匯聚的影響發(fā)生強(qiáng)烈變形不僅體現(xiàn)在地殼的增厚和縮短，還體現(xiàn)在形成許多大型新生代斷裂(Bruneletal., 1994; Murphyetal., 2000; Lacassinetal., 2004; Schwabetal., 2004; Vallietal., 2008; Robinson, 2009; Amidon and Hynek, 2010; Cowgill, 2010; Klempereretal., 2013)和片麻巖穹窿(Robinsonetal., 2004, 2007, 2012; Schmidtetal., 2011; Stearnsetal., 2013, 2015; Stübneretal., 2013a, b; Rutteetal., 2017a, b)。這些新生代構(gòu)造一方面是碰撞造山的結(jié)果，另一方面它們也改造著帕米爾地區(qū)的構(gòu)造格局，切斷連續(xù)地體，為側(cè)向、深部-淺部物質(zhì)運(yùn)移提供途徑等。例如，在帕米爾弧形構(gòu)造帶東部與青藏高原主體相連接的位置，各地體的寬度明顯變窄，并且被許多新生代斷裂切斷(圖1)，使得帕米爾弧形構(gòu)造帶與青藏高原主體中的地體對(duì)應(yīng)關(guān)系變得難以確定；帕米爾弧形構(gòu)造帶的中、高級(jí)變質(zhì)巖折返到地表過(guò)程主要是通過(guò)大型斷裂及穹窿構(gòu)造實(shí)現(xiàn)的(Robinsonetal., 2004, 2007; Schmidtetal., 2011; Stearnsetal., 2013, 2015; Stübneretal., 2013a, b; Rutteetal., 2017b; Chapmanetal., 2018)。另外，帕米爾弧形構(gòu)造帶受印度-亞洲大陸碰撞和持續(xù)匯聚影響還體現(xiàn)在區(qū)內(nèi)普遍存在中新世陸內(nèi)巖漿活動(dòng)(Jiangetal., 2002, 2012; Duceaetal., 2003; 羅照華等, 2003; Hackeretal., 2005, 2017; 柯珊等, 2006; Robinsonetal., 2007; Chapmanetal., 2018)。許多學(xué)者圍繞這些巖漿巖的地球化學(xué)成分及其所指示的巖漿成因和構(gòu)造背景等展開(kāi)討論，指出這些巖漿巖多為中新世時(shí)期的鉀質(zhì)-超鉀質(zhì)巖石，其形成與地殼減壓熔融、軟流圈上涌有關(guān)(Jiangetal., 2002, 2012; Hackeretal., 2005, 2017)。然而，有關(guān)帕米爾中新世巖漿巖的形成與前面所述該區(qū)大型新生代構(gòu)造之間的聯(lián)系則很少有人研究。例如，中新世巖漿的形成、侵位與大型斷裂或片麻巖穹窿等的形成演化之間是否存在關(guān)系？如果有，其相互影響過(guò)程如何？造山帶是構(gòu)造變形、巖漿以及變質(zhì)過(guò)程的綜合產(chǎn)物，結(jié)合區(qū)域構(gòu)造變形對(duì)巖漿侵入過(guò)程的研究是全面認(rèn)識(shí)造山作用的一個(gè)重要內(nèi)容。選擇帕米爾地區(qū)與中新世巖漿巖相鄰的新生代大型斷裂及片麻巖穹窿等關(guān)鍵位置的構(gòu)造變形研究，進(jìn)行構(gòu)造-巖漿活動(dòng)分析，可以為探討帕米爾造山過(guò)程提供更多信息。

在對(duì)帕米爾東北部進(jìn)行野外考察的基礎(chǔ)上，我們選取新疆塔什庫(kù)爾干溫泉地區(qū)新生代巖漿巖及其圍巖進(jìn)行構(gòu)造變形、U-Pb及Ar-Ar年代學(xué)測(cè)試分析，其目的是闡述巖漿侵入過(guò)程與公格爾伸展斷裂系及慕士塔格片麻巖穹窿構(gòu)造形成之間的關(guān)系，進(jìn)一步探討其對(duì)東北帕米爾新生代構(gòu)造演化的啟示，并為印度-亞洲大陸碰撞后東北帕米爾新生代構(gòu)造演化提供科學(xué)依據(jù)。

1 地質(zhì)背景

根據(jù)若干大型斷裂及古老蛇綠巖殘片的分布，可將帕米爾弧形構(gòu)造帶劃為北帕米爾、中帕米爾、南帕米爾及興都庫(kù)什等幾個(gè)地體(Burtman and Molnar, 1993; Robinsonetal., 2004, 2007; Schmidtetal., 2011; Stübneretal., 2013a)(圖1)。

圖1 帕米爾東部構(gòu)造簡(jiǎn)圖(據(jù)Robinson et al., 2012修改)GMD-公格爾-慕士塔格片麻巖穹窿；KKP-卡日巴生-苦子干巖體；KKF-喀喇昆侖斷裂；KES-公格爾伸展斷裂系；TAF-塔阿西斷裂；NK-公格爾山北地區(qū). ①溫泉構(gòu)造單元; ②慕士塔格峰西構(gòu)造單元; ③慕士塔格南構(gòu)造單元; ④塔阿西南部構(gòu)造單元; ⑤公格爾山及慕士塔格峰構(gòu)造單元; ⑥馬爾洋構(gòu)造單元. B-B′為東北帕米爾NE向剖面，見(jiàn)圖8Fig.1 Sketch tectonic maps of the eastern Pamir region (after Robinson et al., 2012)

新疆塔什庫(kù)爾干地區(qū)位于帕米爾弧形構(gòu)造帶的東北部，區(qū)內(nèi)大型新生代構(gòu)造包括喀喇昆侖斷裂、公格爾伸展斷裂以及公格爾-慕士塔格片麻巖穹窿等?？鰯嗔褳閰^(qū)內(nèi)規(guī)模最大的斷裂，前人圍繞其規(guī)模、走滑位移量、形成時(shí)間、以及對(duì)印度亞洲大陸碰撞后物質(zhì)側(cè)向擠出貢獻(xiàn)等方面進(jìn)行了廣泛討論(Bruneletal., 1994; Murphyetal., 2000; Lacassinetal., 2004; Schwabetal., 2004; Vallietal., 2008; Robinson, 2009; Amidon and Hynek, 2010; Cowgill, 2010; Klempereretal., 2013)。除喀喇昆侖斷裂之外，帕米爾弧形構(gòu)造帶東部的新生代公格爾伸展斷裂系(Bruneletal., 1994; Robinsonetal., 2004, 2007, 2010, 2012; Caoetal., 2013)規(guī)模也較大，長(zhǎng)約250km，并被認(rèn)為與北帕米爾中部的卡拉庫(kù)爾地塹(Robinsonetal., 2004; Amidon and Hynek, 2010)具有近一致的初始活動(dòng)時(shí)間，二者的形成皆晚于早中新世，標(biāo)志著東北帕米爾與北帕米爾從地殼增厚到局部伸展轉(zhuǎn)換的時(shí)間(Robinsonetal., 2004; Amidon and Hynek, 2010)。Robinsonetal.(2004)提出公格爾山正滑斷裂E-W向大規(guī)模伸展開(kāi)始于中新世，并認(rèn)為其演化模式為由公格爾山向西擴(kuò)展或由木吉向東擴(kuò)展。除了上述新生代大型斷裂之外，東北帕米爾塔什庫(kù)爾干地區(qū)另外一種顯著的新生代構(gòu)造為片麻巖穹窿。區(qū)內(nèi)的片麻巖穹窿主要為公格爾-慕士塔格片麻巖穹窿，其形成與公格爾山伸展斷裂系的演化密切相關(guān)(Robinsonetal., 2004, 2007, 2010, 2012)。Caoetal.(2013)也強(qiáng)調(diào)這一點(diǎn)，并指出慕士塔格-公格爾片麻巖穹窿快速折返時(shí)間集中在6～4Ma和3～1Ma。Thiedeetal.(2013)從低溫?zé)崮甏鷮W(xué)研究的角度出發(fā)，指出東北帕米爾片麻巖穹窿形成于同造山、E-W向伸展作用過(guò)程中。Caietal.(2017)對(duì)慕士塔格麻巖穹窿西側(cè)和東側(cè)兩條剪切帶進(jìn)行了構(gòu)造變形及年代學(xué)分析，指出二者分別具有向W-SW和向E剪切指向，在12～8Ma時(shí)位于中上地殼。

除了上述大型斷裂及片麻巖穹窿之外，東北帕米爾塔什庫(kù)爾干地區(qū)還包括大量新生代巖漿巖(Jiangetal., 2002, 2012; 羅照華等, 2003; 柯珊等, 2006)，如卡日巴生-苦子干巖體及昝坎巖體(Jiangetal., 2002)?？ㄈ瞻蜕?苦子干巖體屬于Sares-Murgab巖體的一部分，位于塔什庫(kù)爾干河谷西側(cè)，侵入在二疊系及前寒武紀(jì)布倫闊勒群中(河南省地質(zhì)調(diào)查院, 2004(1)河南省地質(zhì)調(diào)查院. 2004.中華人民共和國(guó)1/25萬(wàn)塔什庫(kù)爾干塔吉克自治縣幅(J43C003003)、克克吐魯克幅(J43C003002)、葉城縣幅(J43C003004)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告)。鋯石U-Pb同位素年代學(xué)研究表明卡日巴生-苦子干巖體形成時(shí)代為10～11.9Ma(柯珊等, 2006; Robinsonetal., 2007; Jiangetal., 2012; 徐曉尹等, 2017)，巖漿具有中新世加厚下地殼(Jiangetal., 2002)或地幔(Jiangetal., 2012)來(lái)源，或成分不同的巖漿具有地幔和地殼不同來(lái)源(羅照華等, 2003)。

2 塔什庫(kù)爾干溫泉地區(qū)新生代巖體及其圍巖的構(gòu)造變形特征

塔什庫(kù)爾干溫泉新生代巖體位于溫泉剖面西段(圖2、圖3a)，其為卡日巴生-苦子干巖體東側(cè)一部分(圖1)。溫泉剖面的巖體主體為花崗巖，主要成分包括長(zhǎng)石、石英及云母等。另外在巖體主體的圍巖布倫闊勒群片巖中還侵入許多花崗巖脈，其成分與巖體主體花崗巖成分相似。這些較小的花崗巖脈規(guī)模大小不等，若干厘米至若干米寬；形態(tài)各異，呈條帶狀(圖3b)，透鏡狀(圖3c、e)或“布丁”狀(圖3f)。內(nèi)部無(wú)明顯變形，礦物顆粒自形且粒度較大，靠近圍巖布倫闊勒群片巖位置顆粒變細(xì)，具有冷凝邊，反映了花崗巖脈與片巖之間的侵入接觸關(guān)系。

圖3 溫泉地區(qū)野外地質(zhì)現(xiàn)象Fig.3 Field photos of outcrops in the Wenquan region

溫泉地區(qū)布倫闊勒群主要為云母長(zhǎng)石石英片巖，變質(zhì)程度較低，主要體現(xiàn)在形成絹云母和綠泥石等低溫變質(zhì)礦物，局部可見(jiàn)原生沉積層理。布倫闊勒群巖石變形主要分為二期：第一期表現(xiàn)為沿片巖層理方向面理化D1(圖3b-h)，面理產(chǎn)狀以中等-高角度向NE傾為主(圖3b-h)。該期變形作用早于新生代花崗巖侵入，但根據(jù)本文數(shù)據(jù)無(wú)法限定其具體時(shí)代。第二期為與花崗巖侵入有關(guān)的剪切變形D2。在新生代巖體與布倫闊勒群片巖接觸位置巖石發(fā)生較明顯變形。由長(zhǎng)石及石英等礦物定向組成的線理產(chǎn)狀向E、SE方向傾伏(圖3d)。片巖中可見(jiàn)細(xì)小“σ”形石英脈及不對(duì)稱(chēng)褶皺形石英脈等，顯示其經(jīng)歷正滑韌性剪切過(guò)程，剪切指向?yàn)镋、SE方向(圖3f-h)。花崗巖脈產(chǎn)狀明顯與片巖的面理(軟弱面)相關(guān)，多沿著片巖面理侵入、局部位置小角度斜切面理(圖3c, e, f)。而稍大些的花崗巖脈常常表現(xiàn)為部分斜切片巖早期面理(圖3b)，反映了片巖面理形成早于花崗巖年齡。有的透鏡狀花崗巖脈呈“σ”形，顯示逆沖運(yùn)動(dòng)指向(圖3e)。與其緊鄰的片巖局部的不對(duì)稱(chēng)褶皺也顯示逆沖的運(yùn)動(dòng)特征(圖3d)，這反映了花崗巖脈由下向上逆沖侵入的過(guò)程。與其非常緊鄰的片巖中的不對(duì)稱(chēng)褶皺由于巖體向上拖曳作用而呈現(xiàn)逆沖特征。有的花崗巖脈侵入過(guò)程受到片巖中斷裂或節(jié)理的影響而產(chǎn)生位移等明顯形狀改變(如圖3f中的褶皺狀花崗巖脈的形態(tài)受到小斷裂的影響)?！安级　睜罨◢弾r脈則顯示被“拉斷”的形態(tài)，且“布丁”中各段巖體非矩形而是呈透鏡狀(圖3f)，反映了花崗巖脈的侵入與水平方向的拉張是同時(shí)發(fā)生的。

顯微鏡下，溫泉花崗巖脈中長(zhǎng)石、石英及云母等礦物自形，不顯示定向排列特征(圖4a)。布倫闊勒群片巖中礦物定向排列(圖4b-d)，石英變形特征為有的邊界不平滑(圖4b, c)、具有帶狀消光(圖4c)；有的石英邊部顯示細(xì)小顆?；?、消光位置明顯發(fā)生改變(圖4b, c)，體現(xiàn)了其以亞晶粒旋轉(zhuǎn)和膨凸為主的塑性變形特征。長(zhǎng)石主要以碎裂變形為主，斜長(zhǎng)石雙晶紋較平直(圖4b, c)。石英帶狀消光位置與巖石面理之間銳角夾角指示下滑的剪切指向(圖4c)，為D2變形產(chǎn)物。面理被花崗巖脈斜切或橫切的片巖樣品顯微鏡下石英、長(zhǎng)石及云母等定向排列，石英明顯拉長(zhǎng)，剪切指向不明顯(圖4d)，此期變形早于花崗巖脈的侵入，為D1。有的片巖樣品中局部顯示石英近等粒狀、邊部較平直且常與相鄰顆粒呈120°夾角，黑云母顆粒碎小，邊界不平整(圖4b, d)，說(shuō)明流體的存在，黑云母被溶蝕，巖石經(jīng)歷靜態(tài)重結(jié)晶過(guò)程(Evansetal., 2001)。

圖4 溫泉樣品薄片顯微照片Bt-黑云母; Fsp-長(zhǎng)石; Pl-斜長(zhǎng)石; Qz-石英Fig.4 Microscopic photographs of petrologic thin sections from the Wenquan region

總而言之，塔什庫(kù)爾干溫泉地區(qū)新生代構(gòu)造變形在花崗巖體內(nèi)部不明顯，而主要表現(xiàn)在圍巖布倫闊勒群片巖中，其變形主要分為二期：第一期體現(xiàn)為沿片巖層理方向的面理化D1；第二期為韌性下滑剪切D2。D2整體疊加于D1之上，雖然由于巖體侵位造成應(yīng)變分布不均使得片巖局部顯示逆沖特征，但總體反映了此時(shí)溫泉地區(qū)處于拉張的應(yīng)力環(huán)境。

3 塔什庫(kù)爾干溫泉地區(qū)巖石同位素年代學(xué)特征

3.1 樣品描述

采集塔什庫(kù)爾干溫泉地區(qū)布倫闊勒群云母長(zhǎng)石石英片巖XK4-1-2與XK4-1-8，以及侵入到布倫闊勒群中的花崗巖脈(約50cm寬)樣品(XK4-1-3)，采樣點(diǎn)見(jiàn)圖2c。片巖XK4-1-2與XK4-1-8樣品為淺灰色片狀變晶結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造，中等粒度，主要礦物為石英(50%～60%)、長(zhǎng)石(25%～35%)、黑云母(15%～18%)及白云母(5%～8%)等?；◢弾r脈XK4-1-3呈中粗粒花崗結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造(圖4a)。主要由長(zhǎng)石(40%～50%)、石英(30%～40%)以及黑云母(5%～10%)組成，副礦物主要為鐵的氧化物、磷灰石、榍石及鋯石等，其與卡日巴生巖體的礦物組成(柯珊等, 2006)類(lèi)似，屬于花崗巖系列。

3.2 測(cè)試方法

將樣品粉碎后用重液和磁力分選方法初步選出鋯石, 然后在顯微鏡下挑選出較完整的、典型的顆粒，將其粘置于環(huán)氧樹(shù)脂中制靶，打磨拋光，使鋯石內(nèi)部充分暴露，接著進(jìn)行陰極發(fā)光照相。鋯石的陰極發(fā)光照相在中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所完成。LA-MC-ICP-MS鋯石U-Pb同位素年代學(xué)分析在中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所MC-ICP-MS實(shí)驗(yàn)室完成，分析所用儀器為Finnigan Neptune型MC-ICP-MS及與之配套的Newwave UP 213激光剝蝕系統(tǒng)。鋯石U-Pb測(cè)年激光剝蝕所用斑束直徑為25μm，頻率為10Hz，能量密度約為2.5J/cm2，以He為載氣。信號(hào)較小的207Pb、206Pb、204Pb、202Hg用離子計(jì)數(shù)器(multi-ion-counters)接收，208Pb、232Th和238U信號(hào)用法拉第杯接收，實(shí)現(xiàn)了所有目標(biāo)同位素信號(hào)的同時(shí)接收并且不同質(zhì)量數(shù)的峰基本上都是平坦的，進(jìn)而獲得高精度的數(shù)據(jù)。詳細(xì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試過(guò)程可參見(jiàn)侯可軍等(2009)。采用ICPMSDataCal程序(Liuetal., 2010)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。采用ISOPLOT程序(Ludwig, 2003)進(jìn)行諧和圖繪制及加權(quán)平均年齡計(jì)算等。

用來(lái)進(jìn)行Ar-Ar測(cè)年的黑云母分選方法與鋯石分選方法相似：利用重液和磁選方法初步選出黑云母，接著在顯微鏡下進(jìn)一步挑選，然后仔細(xì)清洗選出的黑云母。將清洗后的樣品封入石英瓶中送至中國(guó)原子能科學(xué)研究院進(jìn)行中子照射。照射總時(shí)間為1440分鐘，同時(shí)接受中子照射的還有用來(lái)監(jiān)控的標(biāo)樣。Ar-Ar同位素測(cè)年分析在中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所同位素?zé)崮甏鷮W(xué)實(shí)驗(yàn)室完成。使用石墨爐對(duì)樣品進(jìn)行階段升溫加熱，每階段加熱10分鐘，凈化30分鐘。采用HelixMC多接收稀有氣體質(zhì)譜儀進(jìn)行質(zhì)譜分析，每組峰值均采集20個(gè)數(shù)據(jù)。所有數(shù)據(jù)在回歸到時(shí)間零點(diǎn)值后再進(jìn)同位素校正。詳細(xì)實(shí)驗(yàn)流程參考文獻(xiàn)(張彥等，2006)。用ISOPLOT程序(Ludwig, 2003)進(jìn)行坪年齡計(jì)算。

3.3 測(cè)試結(jié)果

花崗巖脈XK4-1-3中的鋯石顆粒中等-較大粒度，長(zhǎng)軸約50～150μm，淺褐色-淺黃色，晶體自形程度較高，多為柱狀-長(zhǎng)柱狀。鋯石陰極發(fā)光圖像顯示大多數(shù)鋯石具有明顯的巖漿結(jié)晶振蕩環(huán)帶(圖5a)，說(shuō)明其巖漿成因；有的鋯石具有較大、形狀不規(guī)則的繼承鋯石核(圖5a)。13個(gè)具有振蕩環(huán)得鋯石測(cè)點(diǎn)的Th/U皆大于0.1(表1)，其206Pb/238U表面年齡的加權(quán)平均值為11.8±0.2Ma(MSWD=1.19)(圖5b)。31顆繼承鋯石的年齡范圍為208～2420Ma(圖5c、表1)。

圖5 溫泉地區(qū)樣品中鋯石的陰極發(fā)光圖像(a)和LA-ICP-MS U-Pb諧和圖(b-e)Fig.5 Cathodoluminescence images (a) and LA-ICP-MS U-Pb concordia diagrams (b-e) of representative zircons from Wenquan region

溫泉地區(qū)2個(gè)布倫闊勒群片巖樣品(XK4-1-2和XK4-1-8)中的鋯石呈淺褐色-淺黃色-無(wú)色，長(zhǎng)軸約80～150μm，晶體具有一定磨圓度，少數(shù)可見(jiàn)柱狀、短柱狀自形(圖5a)，表明鋯石經(jīng)歷了一定距離搬運(yùn)，為碎屑鋯石。陰極發(fā)光圖顯示多數(shù)鋯石具有巖漿生長(zhǎng)振蕩環(huán)帶，少部分具弱環(huán)帶或顏色較均勻(圖5a)。2個(gè)片巖樣品的鋯石U-Pb測(cè)試顯示，絕大多數(shù)鋯石Th/U>0.1(表1)。樣品XK4-1-2中22顆碎屑鋯石年齡分布范圍為544～3587Ma (圖5d)。樣品XK4-1-8中20顆碎屑鋯石年齡分布范圍為515～3098Ma (圖5e)。

續(xù)表1

續(xù)表1

片巖樣品XK4-1-8中的黑云母Ar-Ar同位素測(cè)年分析數(shù)據(jù)列于表2。840～1400℃連續(xù)9個(gè)溫度階段獲得的加權(quán)平均坪年齡為10.8±0.1Ma(MSWD=1.02)(圖6、表2)，10.8 Ma代表了冷卻到黑云母Ar-Ar同位素體系封閉溫度(約300℃)的時(shí)代。

表2 溫泉地區(qū)片巖樣品白云母40Ar-39Ar階段升溫加熱測(cè)年結(jié)果

圖6 溫泉樣品X4-1-8黑云母 40Ar-39Ar階段升溫年齡譜Fig.6 40Ar-39Ar age spectrum of biotite in the Sample XK4-1-8 from Wenquan region

4 討論

4.1 塔什庫(kù)爾干溫泉地區(qū)花崗巖脈中繼承鋯石及圍巖片巖中碎屑鋯石的源區(qū)

本文2個(gè)溫泉布倫闊勒片巖樣品XK4-1-2和XK4-1-8中最小碎屑鋯石年齡分別為544Ma和512Ma。綜合這2個(gè)樣品測(cè)試結(jié)果可見(jiàn)：溫泉地區(qū)布倫闊勒群片巖沉積時(shí)代晚于512Ma，具有500～550Ma、750～800Ma及～1000Ma的碎屑鋯石年齡峰，另外也有較多年齡為2500～2600Ma的鋯石(圖7a)。而花崗巖脈中繼承鋯石年齡分布特征與其圍巖布倫闊勒群片巖碎屑鋯石年齡分布特征明顯不同，主要表現(xiàn)在：具有200～300Ma、450～550Ma及750Ma的年齡峰(圖7b)。與塔什庫(kù)爾干其它地區(qū)巖石碎屑鋯石年齡譜對(duì)比可見(jiàn)：溫泉地區(qū)布倫闊勒群的鋯石年齡分布特征(圖7a)與慕士塔格峰西側(cè)(圖1-②)布倫闊勒群副片麻巖(Robinsonetal., 2012)以及塔什庫(kù)爾干河谷東塔阿西斷裂南部地區(qū)(圖1-④)副片麻巖中鋯石年齡分布特征(Zhangetal., 2018)(圖7c)相似，不同點(diǎn)是溫泉及塔阿西斷裂南部碎屑巖的變質(zhì)程度較低，并未記錄～200 Ma的變質(zhì)年齡(Yangetal., 2010; Robinsonetal., 2012; Zhangetal., 2018; 本文)(圖7c)。而溫泉地區(qū)花崗巖脈中繼承鋯石年齡分布特征(圖7b)與公格爾山及慕士塔格峰地區(qū)(圖1-⑤)及馬爾洋地區(qū)(圖1-⑥)副片麻巖中的鋯石年齡分布特征(Robinsonetal., 2012)(圖7c)相似。即溫泉地區(qū)花崗巖脈并非本地溫泉地區(qū)沉積巖熔融產(chǎn)物，而是非?？赡軄?lái)源于公格爾山和慕士塔格峰地區(qū)或馬爾洋地區(qū)的沉積巖。

圖7 鋯石U-Pb直方統(tǒng)計(jì)圖Fig.7 Zircon U-Pb cumulative age probability plots

結(jié)合東北帕米爾地區(qū)碎屑鋯石U-Pb年齡及Sr-Nd同位素?cái)?shù)據(jù)與青藏高原其他地區(qū)碎屑鋯石年齡數(shù)據(jù)，Robinsonetal.(2012)將東北帕米爾塔什庫(kù)爾干地區(qū)進(jìn)行了構(gòu)造單元?jiǎng)澐?圖1、圖7)：慕士塔格峰西構(gòu)造單元②與慕士塔格南構(gòu)造單元③同屬于中帕米爾地體；公格爾山和慕士塔格峰構(gòu)造單元⑤與馬爾洋構(gòu)造單元⑥屬于同一地體，具有與麻扎-松潘-甘孜地體相同的前中生代基底；塔阿西斷裂南部構(gòu)造單元④與羌塘地體具有相同的前中生代基底(Robinsonetal., 2012)。據(jù)此劃分溫泉構(gòu)造單元①屬于中帕米爾地體(圖1)，本文溫泉地區(qū)布倫闊勒群片巖碎屑鋯石年代學(xué)特征也支持此觀點(diǎn)(圖7a, d)。另外碎屑鋯石年代學(xué)研究還表明中帕米爾與羌塘地體的碎屑鋯石年齡分布相近(Robinsonetal., 2012)，即二者在其沉積時(shí)曾屬于同一地體。溫泉地區(qū)布倫闊勒群片巖與羌塘地體的碎屑鋯石年代分布圖類(lèi)似也說(shuō)明這一點(diǎn)(圖7a, d)。溫泉構(gòu)造單元(屬于中帕米爾)與公格爾山及慕士塔格峰以及馬爾洋構(gòu)造單元(屬于麻扎-松潘-甘孜地體)之間存在一條中生代逆沖斷裂，公格爾山及慕士塔格峰以及馬爾洋構(gòu)造單元位于斷裂下盤(pán)(Robinsonetal., 2012)。東北帕米爾塔什庫(kù)爾干曾發(fā)生印支期古特提斯洋閉合事件(Yangetal., 2010; Robinsonetal., 2012; Zhangetal., 2018)，二者在此時(shí)拼合為一(Robinsonetal., 2012)。

4.2 塔什庫(kù)爾干溫泉地區(qū)新生代花崗巖侵入與公格爾伸展斷裂系的關(guān)系

由上可見(jiàn)公格爾伸展斷裂系(KES)的E、W兩側(cè)的構(gòu)造單元屬于不同地體。然而這些地體主要區(qū)別是具有不同的前中生代基底，它們之間的界限為中生代斷裂。故此我們推測(cè)新生代公格爾伸展斷裂系是幾乎沿著已存在的印支期斷裂基礎(chǔ)上開(kāi)始活動(dòng)的。又由于本文溫泉花崗巖脈中的繼承鋯石來(lái)自斷裂東側(cè)，說(shuō)明公格爾伸展斷裂系初始活動(dòng)時(shí)間應(yīng)不早于花崗巖脈形成時(shí)代(11.8Ma)。

卡日巴生-苦子干巖體北部黑云母Ar-Ar坪年齡為11.2Ma，本文溫泉地區(qū)片巖黑云母Ar-Ar坪年齡為10.8±0.1Ma，說(shuō)明卡日巴生-苦子干巖體侵位到圍巖片巖中、圍巖發(fā)生下滑剪切之后快速冷卻到黑云母封閉溫度的時(shí)代為10.8～11.2Ma，這之后溫泉地區(qū)巖石沒(méi)有發(fā)生明顯的構(gòu)造熱事件。其他文獻(xiàn)中熱年代學(xué)數(shù)據(jù)也顯示公格爾伸展斷裂系主斷裂上盤(pán)的云母冷卻年齡皆大于8.5Ma(Robinsonetal., 2007; Caietal., 2017)，而斷裂下盤(pán)云母冷卻年齡明顯較低，如慕士塔格峰及公格爾山附近的云母Ar-Ar年齡多小于8Ma，最小年齡為～2Ma(Robinsonetal., 2007)，即公格爾伸展斷裂系E、W兩側(cè)的巖石記錄的冷卻年齡明顯不同，可推斷公格爾伸展斷裂系具有一定規(guī)模和位移量。Robinsonetal.(2007)根據(jù)野外觀測(cè)及低溫?zé)崮甏鷮W(xué)數(shù)據(jù)提出公格爾斷裂系北段的位移量大于南段位移量，北段E-W向水平伸展位移量可達(dá)～20km，而南段<3km，并認(rèn)為這種現(xiàn)象可能是由于帕米爾地區(qū)弧形彎曲或向外側(cè)逆沖過(guò)程導(dǎo)致的(Robinsonetal., 2007)，而不支持公格爾伸展斷裂系為右行喀喇昆侖斷裂的北端彎曲伸展轉(zhuǎn)換部分的觀點(diǎn)(Ratschbacheretal., 1994; Murphyetal., 2000)。本文數(shù)據(jù)雖然無(wú)法協(xié)助判斷喀喇昆侖斷裂的演化是否是公格爾伸展斷裂系形成的主要誘因，但可初步表明在公格爾伸展斷裂系形成之前或同時(shí)發(fā)生地殼部分熔融、形成花崗巖漿，而此部分熔融過(guò)程在單純的走滑剪切環(huán)境下難以發(fā)生。

4.3 塔什庫(kù)爾干溫泉地區(qū)中新世巖漿巖侵入模式

卡日巴生-苦子干巖體整體呈NEN-SWS走向(圖1、圖2)、與公格爾斷裂系相平行。說(shuō)明卡日巴生-苦子干巖體的侵入很可能與公格爾斷裂系的初始活動(dòng)位置類(lèi)似，皆沿著NEN-SWS走向的中生代斷裂面發(fā)生(Robinsonetal., 2012)。雖然有的花崗巖脈侵入引起附近一小部分片巖顯示逆沖變形，但巖體“布丁”構(gòu)造及大部分圍巖變形特征表明溫泉花崗巖脈是由于該地區(qū)拉張伸展過(guò)程中形成的。即巖漿侵入可引起局部圍巖被動(dòng)褶皺等變形，在圍巖中同時(shí)存在伸展和擠壓構(gòu)造，但以伸展構(gòu)造為主。這種與斷裂等構(gòu)造密切相關(guān)的模式稱(chēng)為“被動(dòng)同構(gòu)造侵入”(passive syntectonic emplacement)，經(jīng)常在拉張應(yīng)力環(huán)境下發(fā)生(Hutton, 1988; Eliassonetal., 2003)。宏觀及顯微現(xiàn)象表明卡日巴生-苦子干巖體及花崗巖脈內(nèi)部幾乎無(wú)變形，與圍巖透入性面理構(gòu)造(D1)沒(méi)有直接聯(lián)系，圍巖布倫闊勒群片巖面理構(gòu)造D1表現(xiàn)為巖石壓實(shí)過(guò)程發(fā)生礦物重結(jié)晶，可能形成于東北帕米爾某個(gè)地殼加厚或布倫闊勒群深埋的階段。花崗巖體內(nèi)部靠近巖體與圍巖邊界的位置沒(méi)有明顯的面理，說(shuō)明巖體的侵入產(chǎn)生微量應(yīng)變，幾乎沒(méi)有后期構(gòu)造事件及區(qū)域應(yīng)變對(duì)此巖體-圍巖邊界位置產(chǎn)生作用?；◢弾r脈圍巖布倫闊勒群片巖黑云母Ar-Ar年齡沒(méi)有明顯年輕于花崗巖脈U-Pb年齡也說(shuō)明沒(méi)有后期熱事件的改造。

4.4 東北帕米爾中新世構(gòu)造演化的啟示

新生代印度-亞洲陸塊碰撞以及持續(xù)匯聚使得青藏高原及帕米爾高原地殼明顯增厚(Rowley, 1996; Yin and Harrison, 2000; Bell and Sapkota, 2012)。地殼不斷加厚并且程度不均，導(dǎo)致重力不均衡，從而引起地殼局部伸展、減薄(Stübneretal., 2013a,b; Rutteetal., 2017a,b)，同時(shí)通過(guò)部分熔融作用，形成大量花崗巖漿(如卡日巴生-苦子干巖體及本文溫泉片巖中花崗巖脈)。地殼局部伸展減薄的重要渠道是伸展斷裂系的活動(dòng)。伸展斷裂可以表現(xiàn)在深層次的韌性剪切，通過(guò)應(yīng)變量的增大導(dǎo)致地殼水平減薄。根據(jù)目前資料，我們初步認(rèn)為在12～11Ma時(shí)，公格爾伸展斷裂系已經(jīng)開(kāi)始發(fā)生韌性變形(如本文溫泉地區(qū)的韌性下滑剪切記錄)。此時(shí)，在公格爾伸展斷裂以及東側(cè)庫(kù)克西力克斷裂的作用下慕士塔格穹窿物質(zhì)也開(kāi)始緩慢折返(Sobeletal., 2011; Caietal., 2017)(圖8a)。6～4Ma時(shí)，伴隨印度亞洲陸塊繼續(xù)匯聚、塔里木地塊的南向下插，公格爾伸展斷裂開(kāi)始快速活動(dòng)，并在近地表產(chǎn)生明顯位移量，慕士塔格片麻巖穹窿也在此時(shí)快速折返(圖8b)。塔什庫(kù)爾干及鄰區(qū)低溫?zé)崮甏鷮W(xué)數(shù)據(jù)存在明顯6～4Ma峰值也可以說(shuō)明此過(guò)程的存在(Caoetal., 2013)。

圖8 東北帕米爾中新世構(gòu)造演化模式圖剖面位置見(jiàn)圖1中B-B′Fig.8 Model for the Miocene tectonic evolution of the Northeast Pamir

5 結(jié)論

本研究展示了東北帕米爾塔什庫(kù)爾干溫泉地區(qū)巖漿巖及圍巖接觸帶的構(gòu)造變形現(xiàn)象、U-Pb和Ar-Ar年代學(xué)測(cè)試結(jié)果，得到的主要結(jié)論如下：

(1)東北帕米爾塔什庫(kù)爾干溫泉地區(qū)侵入到布倫闊勒群片巖中的花崗巖脈鋯石U-Pb年齡為11.8±0.2Ma，與其相鄰的卡日巴生-苦子干巖體年齡近一致。

(2)花崗巖侵入體內(nèi)部幾乎無(wú)變形，圍巖片巖主要體現(xiàn)為近E-W向的伸展構(gòu)造，局部少量擠壓構(gòu)造，反映了拉張為主的應(yīng)力環(huán)境。

(3)溫泉中新世花崗巖脈中繼承鋯石與鄰區(qū)公格爾山、慕士塔格峰構(gòu)造單元巖石碎屑鋯石的U-Pb年齡分布特征類(lèi)似，說(shuō)明其具有類(lèi)似松潘-甘孜地體的物質(zhì)來(lái)源；圍巖布倫闊勒片巖中的碎屑鋯石與慕士塔格西地區(qū)碎屑鋯石的U-Pb年齡分布特征相似，說(shuō)明其屬于中帕米爾地體。

(4)溫泉布倫闊勒片巖黑云母Ar-Ar測(cè)年結(jié)果為10.8±0.1Ma，說(shuō)明溫泉地區(qū)巖石在此時(shí)已冷卻到大約300℃，并且后期沒(méi)有發(fā)生過(guò)較強(qiáng)烈的構(gòu)造熱事件。

(5)結(jié)合東北帕米爾區(qū)域構(gòu)造背景，我們認(rèn)為溫泉地區(qū)巖漿巖形成在東北帕米爾地殼擠壓增厚向局部伸展轉(zhuǎn)換的過(guò)程中。公格爾伸展斷裂系可能在此過(guò)程開(kāi)始部分啟動(dòng)。直到6～4Ma，公格爾伸展斷裂系開(kāi)始快速運(yùn)動(dòng)、公格爾-慕士塔格片麻巖穹窿快速折返。

致謝感謝張建新研究員與李廣偉教授的意見(jiàn)與建議; 感謝馬緒宣博士的建議和幫助。