西準(zhǔn)噶爾達(dá)爾布特蛇綠巖帶薩爾托海巖體深部結(jié)構(gòu)、構(gòu)造特征: 地質(zhì)與地球物理證據(jù)

李 海, 李永軍, 2*, 徐學(xué)義, 3, 萬 閾, 趙 強(qiáng), 楊高學(xué), 2, 王祚鵬

西準(zhǔn)噶爾達(dá)爾布特蛇綠巖帶薩爾托海巖體深部結(jié)構(gòu)、構(gòu)造特征: 地質(zhì)與地球物理證據(jù)

李 海1, 李永軍1, 2*, 徐學(xué)義1, 3, 萬 閾4, 趙 強(qiáng)4, 楊高學(xué)1, 2, 王祚鵬1

(1.長安大學(xué) 地球科學(xué)與資源學(xué)院, 陜西 西安 710054; 2.國土資源部巖漿作用成礦與找礦重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 陜西 西安 710054; 3.中國自然資源航空物探遙感中心, 北京 100083; 4.新疆地礦局第七地質(zhì)大隊(duì), 新疆 烏蘇 833000)

西準(zhǔn)噶爾地區(qū)分布多條蛇綠混雜巖帶, 地表地質(zhì)已有大量研究成果, 但蛇綠巖深部結(jié)構(gòu)構(gòu)造研究相對(duì)薄弱, 一定程度上制約了該地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造演化的深入認(rèn)識(shí)。為此, 本文選取達(dá)爾布特蛇綠混雜巖帶薩爾托海段開展了大比例尺地質(zhì)填圖配套地面重力、磁法和可控源音頻大地電磁測深(CSAMT)等綜合測量, 獲得了該蛇綠巖體地表分布、接觸關(guān)系以及深部的磁性、密度結(jié)構(gòu)和電性特征, 精細(xì)刻畫了蛇綠巖的深部結(jié)構(gòu)與構(gòu)造, 并進(jìn)一步分析了其侵位機(jī)制和動(dòng)力學(xué)過程。薩爾托海蛇綠巖具有低重力、高磁性和變化范圍較寬的電阻率值, 巖體整體以構(gòu)造巖塊狀產(chǎn)出, 表現(xiàn)出擠壓逆沖、走滑剪切、破碎蝕變等變形變質(zhì)。本文及前人研究成果表明, 薩爾托海巖體是在近東西向擠壓兼走滑應(yīng)力作用下以斜向楔沖形式構(gòu)造就位, 并進(jìn)一步受到后期左行走滑和巖漿作用的疊加改造。結(jié)合區(qū)域構(gòu)造演化, 西準(zhǔn)噶爾蛇綠巖的構(gòu)造侵位與晚石炭世板塊匯聚背景下殘余洋盆的收縮有關(guān), 持續(xù)的擠壓兼走滑應(yīng)力使殘余洋盆下伏基底蛇綠巖沿?cái)嗔褬?gòu)造侵位于上覆沉積地層。

蛇綠混雜巖; 深部結(jié)構(gòu)與構(gòu)造; 地球物理; 薩爾托海巖體; 西準(zhǔn)噶爾

0 引 言

蛇綠巖是古大洋巖石圈的殘余, 保存了古洋盆形成和演化的印記, 在恢復(fù)古大洋巖石圈屬性、重建古板塊格局等方面具有重要意義(Dilek and Furnes, 2011, 2014)。造山帶中的蛇綠巖經(jīng)歷了俯沖增生、碰撞造山以及碰撞后改造等多期構(gòu)造作用, 蛇綠混雜巖帶的巖石組合、變形和變質(zhì)記錄了與之相關(guān)的一系列構(gòu)造事件(Coleman, 2014)。對(duì)蛇綠巖體構(gòu)造樣式、變形特征、侵位過程的深入研究, 能夠?yàn)榻鉀Q古洋盆閉合過程和區(qū)域大地構(gòu)造演化等科學(xué)問題提供依據(jù)。

西準(zhǔn)噶爾地區(qū)位于中亞造山帶西南緣(Xiao and Santosh, 2014; Yang et al., 2015, 2019)(圖1a), 區(qū)內(nèi)發(fā)育了唐巴勒、瑪依勒、達(dá)爾布特和克拉瑪依等多條蛇綠混雜巖帶(Feng et al., 1989; Yang et al., 2012; Liu et al., 2014; Zhang et al., 2019)(圖1b), 以這些蛇綠混雜巖帶為代表的古準(zhǔn)噶爾洋盆是古亞洲洋的重要分支。因此, 西準(zhǔn)噶爾地區(qū)是窺探古亞洲洋南段性質(zhì)與演化的理想窗口(雷敏等, 2008; 劉希軍等, 2009), 前人在西準(zhǔn)噶爾蛇綠巖的時(shí)空分布、巖石學(xué)特征、元素地球化學(xué)、同位素年代學(xué)、蛇綠巖型鉻鐵礦成礦理論等方面做了大量研究工作, 取得了豐富的成果(朱寶清等, 1987; 鮑佩聲, 1990; 辜平陽等, 2009; 陳石和郭召杰, 2010; Chen et al., 2013; Liu et al., 2014; Yang et al., 2015, 2019; 田亞洲和楊經(jīng)綏, 2016; Qiu and Zhu, 2018; 田亞洲等, 2019)。在蛇綠巖結(jié)構(gòu)、構(gòu)造方面, 研究者們通過地表地質(zhì)填圖和構(gòu)造解析等方法, 從不同的角度對(duì)蛇綠巖的產(chǎn)出狀態(tài)、深部展布形態(tài)、構(gòu)造侵位方式等展開詳細(xì)研究(Choulet et al., 2012; Chen et al., 2014; 陳石等, 2016; 楊高學(xué)等, 2017; Zhang et al., 2018a; 王國燦和張攀, 2019)。這些基于地表地質(zhì)調(diào)查的研究多帶有間接推斷性, 缺乏精細(xì)的深部地質(zhì)結(jié)構(gòu)等約束, 導(dǎo)致人們對(duì)西準(zhǔn)噶爾蛇綠巖賦存狀態(tài)、侵位和變形機(jī)制的認(rèn)識(shí)存在分歧, 在一定程度上制約了區(qū)域大地構(gòu)造演化的深入研究。

地區(qū)標(biāo)注: NE. 北東部地區(qū); NW. 北西部地區(qū); C. 中部地區(qū); SE. 南東部地區(qū)。

針對(duì)薩爾托海蛇綠巖及其伴生的鉻鐵礦床, 已完成大量鉆探工程和勘探線剖面, 盡管這些點(diǎn)、線工程在垂向和橫向上具有高的分辨率, 但基于鉆井資料的研究往往受限于鉆孔深度, 并且鉆探工程主要部署于薩爾托海巖體北東部鉻鐵礦產(chǎn)區(qū), 缺乏對(duì)整個(gè)巖體的控制。地球物理是探測深部地質(zhì)結(jié)構(gòu)的有效手段, 具有探測深度大、精度高等優(yōu)點(diǎn)(呂慶田等, 2015; 朱衛(wèi)平等, 2017), 并且具備一定的空間約束(趙文津, 2016), 可以提供深部結(jié)構(gòu)構(gòu)造的直接證據(jù), 彌補(bǔ)地面地質(zhì)調(diào)查和鉆探工程在深度和廣度上控制不足的缺點(diǎn)(袁桂琴等, 2011)。Xu et al. (2016)在西準(zhǔn)噶爾地區(qū)部署了長182 km的大地電磁剖面, 利用剖面三維反演成果揭示了這一地區(qū)深部地殼結(jié)構(gòu), 并認(rèn)為西克拉瑪依地區(qū)的基底主要為蛇綠巖, 可能存在一個(gè)北西向古俯沖帶(Xu et al., 2020)。Zhang et al. (2018a)利用橫穿準(zhǔn)噶爾盆地西北緣后山地區(qū)的布格重力異常剖面揭示了達(dá)爾布特蛇綠混雜巖帶下部為高角度賦存的高密度地質(zhì)體, 向下延伸至6～8 km逐漸變寬, 并與克拉瑪依蛇綠混雜巖帶下部的高密度地質(zhì)體有連通趨勢, 暗示在西準(zhǔn)噶爾地區(qū)石炭紀(jì)地層之下存在一個(gè)連續(xù)的混雜巖帶或殘留洋殼基底。Bao et al. (2015)獲得的深部剪切波速資料顯示, 準(zhǔn)噶爾盆地及鄰區(qū)5.0 km深度具有低波速特征(s<2.9 km/s), 而西準(zhǔn)噶爾地區(qū)在22.5、32.5、52.5 km深度均具有顯著的高波速性質(zhì)(s>3.5 km/s), 二者可能分別對(duì)應(yīng)于上地殼厚層盆地沉積和中?下地殼鎂鐵質(zhì)物質(zhì)。此外, 還有諸多研究者在西準(zhǔn)噶爾及鄰區(qū)開展了不同程度的地球物理工作(程懷蒙和張勝業(yè), 2015; 劉文才等, 2015; 許順芳等, 2015; 張壹等, 2015; Yang et al., 2016; Zhang et al., 2017; 王奡等, 2017; Wu et al., 2018; Liu et al., 2019)。然而, 針對(duì)西準(zhǔn)噶爾蛇綠巖體的大比例尺地球物理研究卻未見報(bào)道。

本文在詳細(xì)的野外地質(zhì)調(diào)查基礎(chǔ)上, 結(jié)合鉆探資料綜合分析了達(dá)爾布特蛇綠混雜巖帶薩爾托海地區(qū)平面及剖面地質(zhì)構(gòu)造特征。進(jìn)一步在該地區(qū)開展了有針對(duì)性的地面重力、磁法和可控源音頻大地電磁測深(CSAMT)等綜合地球物理測量, 在地表地質(zhì)信息和鉆探資料的約束下, 對(duì)所獲得的地球物理數(shù)據(jù)進(jìn)行了處理與反演。通過淺表地質(zhì)構(gòu)造分析與深部地球物理成果聯(lián)合解譯, 精細(xì)刻畫了研究區(qū)蛇綠巖的深部地質(zhì)結(jié)構(gòu)和構(gòu)造特征, 進(jìn)而探討了其侵位機(jī)制以及動(dòng)力學(xué)過程。

1 地質(zhì)背景

西準(zhǔn)噶爾地區(qū)位于西伯利亞板塊、哈薩克斯坦?準(zhǔn)噶爾板塊和塔里木板塊之間的聚合帶中, 主要由一系列古生代地層、島弧、蛇綠混雜巖等組成(Windley et al., 2007; Xiao et al., 2008; Xiao and Santosh, 2014; Yang et al., 2015), 是中亞造山帶的重要組成部分(Jahn, 2004)。區(qū)內(nèi)主要出露早古生代以來的沉積地層, 并以石炭系地層分布最為廣泛, 為一套半深海?大陸坡相火山?碎屑沉積巖建造, 巖性主要為凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)粉砂巖、硅質(zhì)巖和火山角礫巖等(李永軍等, 2010; 龔一鳴和縱瑞文, 2015), 并發(fā)育了早石炭世末形成的褶皺帶(張繼恩等, 2009)。區(qū)域巖漿活動(dòng)頻繁, 出現(xiàn)大量晚石炭世?早二疊世時(shí)期的后碰撞花崗巖和中基性巖墻群, 為西準(zhǔn)噶爾地區(qū)的造山后伸展背景下的產(chǎn)物(韓寶福等, 2006; Geng et al., 2009)。石炭紀(jì)以來, 西準(zhǔn)噶爾地區(qū)經(jīng)歷了大規(guī)模的構(gòu)造變形, 發(fā)育大量的褶皺和斷裂構(gòu)造。由東向西近平行分布有達(dá)爾布特、瑪依勒、巴爾雷克等多條NE-SW向左行走滑斷裂, 控制著西準(zhǔn)噶爾地區(qū)現(xiàn)今的構(gòu)造格局(Choulet et al. 2012; 陳宣華等, 2014; 林偉等, 2017)。

沿西準(zhǔn)噶爾地區(qū)斷裂構(gòu)造線方向斷續(xù)出露唐巴勒、瑪依勒、巴爾雷克、達(dá)爾布特、克拉瑪依等多條古生代蛇綠混雜巖帶(Feng et al., 1989; Buckman and Aitchison, 2004)(圖1b)。前人對(duì)西準(zhǔn)蛇綠巖生成的大地構(gòu)造背景存在大洋盆(白文吉等, 1995)、小洋盆或殘余洋盆(朱寶清等, 1987)、洋脊(雷敏等, 2008)、弧前盆地(Feng et al., 1989)、弧后盆地(張弛和黃萱, 1992; Yang et al., 2012; 田亞洲等, 2015)等爭議。然而, 西準(zhǔn)噶爾蛇綠混雜巖帶在區(qū)域上總體呈彌散狀分布, 與圍巖地層呈不協(xié)調(diào)的斷層接觸, 兩側(cè)圍巖地層巖性可對(duì)比, 構(gòu)造樣式基本一致, 變形變質(zhì)相對(duì)較弱, 因此, 目前普遍認(rèn)為西準(zhǔn)噶爾蛇綠混雜巖帶均不具備構(gòu)造單元的分隔意義(Xu et al., 2013; Liu et al., 2014; 王國燦和張攀, 2019)。

達(dá)爾布特蛇綠混雜巖帶為西準(zhǔn)噶爾地區(qū)最大的蛇綠混雜巖帶(圖1b), 在達(dá)爾布特?cái)嗔训奈鞅北P呈串珠狀依次分布有木哈塔依、薩爾托海、達(dá)爾布特、蘇魯喬克等蛇綠巖體。整個(gè)蛇綠混雜巖帶總體上為呈NE-SW向延伸的斷層帶, 并表現(xiàn)出典型的走滑剪切帶特征(Choulet et al., 2012; 陳石等, 2016; 林偉等, 2017; 王國燦和張攀, 2019), 蛇綠混雜巖帶內(nèi)發(fā)生了強(qiáng)烈的構(gòu)造混雜作用, 發(fā)育巖塊?基質(zhì)(block-in- matrix)構(gòu)造, 由韌性剪切變形的蛇紋巖基質(zhì)和變形相對(duì)較弱的構(gòu)造巖塊組成(朱寶清等, 1987)。蛇綠巖與兩側(cè)石炭紀(jì)火山?沉積地層呈斷層接觸, 并被晚石炭世?早二疊世花崗巖和閃長巖侵入(蘇玉平等, 2006)。年代學(xué)和地球化學(xué)研究表明, 達(dá)爾布特蛇綠巖形成于早?中泥盆紀(jì)期間的弧后盆地環(huán)境(張弛和黃萱1992; 辜平陽等, 2009; Yang et al., 2012), 近年來也有與地幔柱有關(guān)的洋島、海山組分相繼發(fā)現(xiàn)(Yang et al., 2012, 2015, 2019; Zhang et al., 2018b)。

2 薩爾托海地質(zhì)構(gòu)造特征

2.1 平面地質(zhì)構(gòu)造

薩爾托海巖體為達(dá)爾布特蛇綠混雜巖帶最具代表性的巖體之一, 出露于蛇綠混雜巖帶的中段, 沿NE-SW向延伸超過20 km。平面上北東部較窄, 由中部向西南逐漸變寬, 過渡為3個(gè)分支, 西南部有也格孜卡拉花崗巖侵入其中(圖1c)。石炭系成吉思汗山組、包古圖組地層分布于蛇綠混雜巖兩側(cè), 巖性為凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)粉砂巖夾紫紅色玄武巖、火山角礫巖和硅質(zhì)巖等。蛇綠巖與兩側(cè)地層的斷層接觸部位常有變形非常強(qiáng)烈的構(gòu)造破碎帶。

蛇綠混雜巖內(nèi)部組構(gòu)比較復(fù)雜, 基質(zhì)以蛇紋巖、蛇紋石化橄欖巖為主, 其次為中基性凝灰?guī)r, 巖塊為斜輝輝欖巖、純橄巖、少量二輝橄欖巖、杏仁玄武巖、輝長巖、輝長輝綠巖、碎裂巖化硅質(zhì)巖、滑石菱鎂巖, 以及卷入蛇綠混雜巖中的圍巖塊體等(圖2a), 均屬于被構(gòu)造肢解的蛇綠混雜巖的組成部分。

構(gòu)造作用不但破壞了蛇綠巖套原有的層序, 也導(dǎo)致巖體產(chǎn)生復(fù)雜的構(gòu)造變形和變質(zhì)作用。蛇綠混雜巖中的超基性巖普遍發(fā)生蛇紋石化、碳酸鹽化、磁鐵礦化, 次有綠簾石化及綠泥石化等, 橄欖石基本被蛇紋石、滑石和磁鐵礦交代(朱永峰等, 2008; Qiu and Zhu, 2018), 變質(zhì)程度達(dá)綠片巖相。蛇綠混雜巖帶內(nèi)各巖塊強(qiáng)烈破碎, 走滑剪切特征明顯, 發(fā)育強(qiáng)片理化和局部糜棱巖化。變質(zhì)橄欖巖和凝灰?guī)r基質(zhì)中多發(fā)育密集而陡立的劈理(圖2b), 走向?yàn)镹E-SW,與蛇綠混雜帶延伸方向基本一致, 傾向NW, 傾角75°～90°, 與劈理面上的橄欖石碎斑長軸線理產(chǎn)狀一致(楊高學(xué), 2012), 可能是與蛇綠混雜巖就位相關(guān)的劈理(李理等, 2015)。探槽工程揭示, 超基性巖塊內(nèi)走向NE近直立的次級(jí)走滑斷裂面上發(fā)育水平擦痕, 指示明顯的右行走滑(圖2c、d)。蛇綠混雜巖帶內(nèi)變形相對(duì)較弱的玄武巖、輝長巖等基性巖塊和凝灰?guī)r塊體多以透鏡狀、逆沖狀分布于基質(zhì)內(nèi)(圖2a、e), 各巖塊大小懸殊, 巖塊與基質(zhì)接觸部位多呈0.5～2 m的韌性剪切帶, 帶內(nèi)往往發(fā)育構(gòu)造透鏡體(圖2f), 顯示巖塊的運(yùn)動(dòng)沿剪切帶進(jìn)行, 顯示右旋逆沖特征。另外, 蛇綠混雜巖內(nèi)可見被走滑錯(cuò)斷的硅質(zhì)巖(圖2g)和被剪切拉伸為透鏡狀凝灰?guī)r透鏡體(圖2h)等脆韌性構(gòu)造變形, 顯示左旋或右旋運(yùn)動(dòng)形式。局部可見玄武巖和凝灰?guī)r發(fā)生強(qiáng)烈的韌性剪切變形, S形劈理化的凝灰?guī)r夾玄武巖透鏡體, 指示右旋運(yùn)動(dòng)(圖2i), 可能為蛇綠混雜巖構(gòu)造侵位過程中的低溫塑性變形?？傮w而言, 蛇綠混雜巖帶與兩側(cè)地層邊界斷層及內(nèi)部構(gòu)造面理多呈高角度傾向北西或近直立產(chǎn)出, 并顯示晚期左旋走滑運(yùn)動(dòng)對(duì)早期右旋活動(dòng)的疊加改造(Zhang et al., 2018a)。

鉆井巖芯也揭示了薩爾托海地區(qū)深部超基性巖體的構(gòu)造變形特征。蛇綠巖體與圍巖凝灰?guī)r接觸處見厚度達(dá)數(shù)米的碳酸鹽化超基性巖, 并有變形非常強(qiáng)烈的剪切破碎現(xiàn)象(圖2j), 同樣, 巖體內(nèi)也發(fā)育斜向斷裂滑動(dòng)面, 并被碳酸鹽交代(圖2k), 表明巖體曾受到逆沖剪切作用。還有大量鉆孔顯示, 深部蛇綠巖體變形強(qiáng)烈, 破碎嚴(yán)重, 普遍發(fā)育蛇紋石化、碳酸鹽化等(圖2l), 以及在構(gòu)造應(yīng)力作用下, 蛇綠混雜巖基質(zhì)發(fā)生強(qiáng)烈劈理化, 局部發(fā)育軸面不規(guī)則的小型揉皺(圖2l、m), 均指示強(qiáng)烈的擠壓變形。

(a) 薩爾托海蛇綠混雜巖野外宏觀分布; (b) 劈理發(fā)育的變質(zhì)橄欖巖; (c) 超基性巖體走滑斷裂面及擦痕; (d) 擦痕局部放大; (e) 橄欖巖基質(zhì)內(nèi)分布的逆沖狀玄武巖、凝灰?guī)r塊體; (f) 韌性剪切帶內(nèi)發(fā)育構(gòu)造透鏡體; (g) 被走滑錯(cuò)斷的硅質(zhì)巖透鏡體; (h) 被剪切拉伸的凝灰?guī)r透鏡體; (i) 凝灰?guī)rS形劈理彎曲及玄武巖透鏡體; (j) 超基性巖體發(fā)育斜向剪切滑動(dòng), 并嚴(yán)重碳酸鹽化; (k) 超基性巖體內(nèi)的斜向剪切滑動(dòng)面, 并被碳酸鹽交代; (l、m) 碳酸鹽化超基性巖發(fā)育小型揉皺; (n) 凝灰?guī)r中破劈理面發(fā)生褶曲; (o) 褶皺變形的硅質(zhì)巖。

地表地質(zhì)及鉆孔巖芯資料揭示, 薩爾托海蛇綠混雜巖構(gòu)造變形強(qiáng)烈、破碎蝕變嚴(yán)重, 具走滑剪切特征, 尤其北東部和中部蛇綠混雜巖表現(xiàn)出高角度斜向逆沖的構(gòu)造變形特征, 巖體邊界和內(nèi)部的構(gòu)造形跡, 均是擠壓及走滑應(yīng)力作用結(jié)果。圍巖凝灰?guī)r在剪切作用下發(fā)育破劈理, 后期的構(gòu)造作用進(jìn)一步使破劈理面發(fā)生褶曲(圖2n); 硅質(zhì)巖中發(fā)育不同尺度褶皺變形(圖2o), 褶皺樣式豐富, 軸跡一般為NE向; 總體上圍巖中的變形弱于蛇綠混雜巖帶(李永軍等, 2010; Chen et al., 2014)。

2.2 勘探線剖面特征

鉆孔勘探線剖面是揭示深部地質(zhì)構(gòu)造和變質(zhì)變形最直接有效的手段。布設(shè)于薩爾托海地區(qū)北東部的兩條勘探線剖面顯示, 蛇綠巖體整體形態(tài)表現(xiàn)為傾向NW的巖體。巖體內(nèi)部及巖體與圍巖接觸邊界發(fā)育傾向NW的高角度斷層, 傾角大于50°, 均為壓扭性質(zhì)的逆斷層(圖3)。一系列高角度逆斷層將蛇綠巖體分割為似疊瓦狀的沖斷巖片, 其內(nèi)部由傾向?yàn)镹W的逆沖構(gòu)造巖塊和地幔橄欖巖基質(zhì)組成(圖3), 巖塊與基質(zhì)接觸部位呈現(xiàn)強(qiáng)烈的韌性剪切變形。蛇綠巖體內(nèi)發(fā)育構(gòu)造破碎帶, 帶內(nèi)巖體有片理化、蛇紋石化等構(gòu)造變形和蝕變作用, 是巖體構(gòu)造侵位過程中或后期構(gòu)造作用的結(jié)果(鮑佩聲等, 1992)?？傮w上, 除純橄巖的分布在深部明顯多于地表之外, 勘探線剖面揭露的蛇綠巖體的巖石組合、構(gòu)造樣式、變質(zhì)作用與地表出露基本一致。

圖3 薩爾托海蛇綠混雜巖帶E1勘探線剖面(a)及E2勘探線剖面(b)(據(jù)鮑佩聲等, 1992修改)

蛇綠巖體與圍巖間為斷層接觸, 接觸面為構(gòu)造破碎帶或劈理化帶。特別是巖體的底界面, 發(fā)育厚約數(shù)米至數(shù)十米不等的碳酸鹽化碎裂帶, 帶內(nèi)橄欖石被滑石、菱鎂礦完全交代(圖3)。巖體底部變質(zhì)橄欖巖與圍巖凝灰?guī)r接觸面往往可見厚約1 m的糜棱巖, 表明巖體與圍巖之間發(fā)生了強(qiáng)烈的剪切作用, 接觸面應(yīng)是蛇綠巖體侵位的主構(gòu)造面(張弛等, 1995)。

地表地質(zhì)及勘探線剖面揭示的深部結(jié)構(gòu)構(gòu)造表明, 薩爾托海地區(qū)蛇綠混雜巖受構(gòu)造作用控制明顯。構(gòu)造事件使蛇綠巖體整體楔沖到石炭系內(nèi), 巖體內(nèi)部各組成單元也發(fā)育小規(guī)模逆沖構(gòu)造, 擠壓應(yīng)力為W-E(Zhang et al., 2018a)。在構(gòu)造作用下, 蛇綠巖套層序被強(qiáng)烈構(gòu)造破壞, 巖體內(nèi)部發(fā)育構(gòu)造破碎帶, 巖體與圍巖之間為構(gòu)造接觸, 接觸帶內(nèi)碎裂巖化、韌性變形及碳酸鹽化等變形變質(zhì)強(qiáng)烈。

平面及剖面地質(zhì)構(gòu)造研究表明, 薩爾托海蛇綠巖體邊界和內(nèi)部復(fù)雜的構(gòu)造樣式, 均為其構(gòu)造侵位過程中以及后期脆韌性?脆性變形的產(chǎn)物。北東部蛇綠巖體構(gòu)造變形以逆沖走滑為主導(dǎo)。而在巖體中部和南部則只開展了地面地質(zhì)調(diào)查和單孔鉆井工作, 無勘探線剖面控制; 僅從地表地質(zhì)構(gòu)造及鉆孔資料分析, 其構(gòu)造變形和所受應(yīng)力體系與巖體北東部相似。而在更大的空間范圍內(nèi), 整個(gè)蛇綠巖體的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造特征究竟怎樣？則依賴于進(jìn)一步的地球物理工作。

3 薩爾托海地球物理特征

3.1 物性特征

巖石物性參數(shù)是地球物理工作的基礎(chǔ), 能夠?yàn)楹侠磉x擇地球物理方法以及測量數(shù)據(jù)的反演與解釋提供依據(jù)(袁桂琴等, 2011)。采集研究區(qū)地表和鉆孔巖石樣品進(jìn)行物性參數(shù)測定, 獲得了薩爾托海地區(qū)主要巖石類型的密度、磁性和電性參數(shù)(表1)。

巖石物性分析結(jié)果表明, 研究區(qū)巖石物性存在較大差異, 斜輝輝橄巖具有較高的磁化率, 中等的電阻率、極化率和密度值。相比而言, 蛇紋石化斜輝輝橄巖則具有更高的磁化率, 低的電阻率、極化率和密度值。前人研究表明, 超基性巖的蛇紋石化能夠顯著改變巖石物性, 蛇紋石化所形成的磁鐵礦和巖體生成時(shí)剩余磁化是蛇綠巖表現(xiàn)為高磁性的主要原因(姜枚等, 2013)。何蘭芳(2014)分析了超基性巖的化學(xué)特征對(duì)巖石物理電磁學(xué)屬性的影響, 認(rèn)為巖體電性異常特征主要受巖體變質(zhì)程度和內(nèi)部構(gòu)造的影響, 巖體的蛇紋石化是導(dǎo)致低阻的主要原因。而充填于巖體斷裂破碎帶中的流體也可能極大的降低其電阻率(肖曉等, 2014)。此外, 超基性巖的蛇紋石化同時(shí)會(huì)導(dǎo)致巖石松散和密度減小(Smith and Woodcock, 1976; 汪小妹等, 2010)。圍巖凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)粉砂巖的巖石物性變化較大, 總體表現(xiàn)為中?高密度、弱磁性和較高電阻率的特征; 酸性花崗巖具有顯著的弱磁化率和高電阻率而區(qū)別于其他巖類。

表1 達(dá)爾布特蛇綠混雜巖帶薩爾托海地區(qū)巖石物性特征表

3.2 重磁特征

薩爾托海地區(qū)重磁測量的觀測網(wǎng)度為250 m× 50 m, 實(shí)測重磁數(shù)據(jù)經(jīng)各項(xiàng)改正后分別得到布格重力異常和Δ磁異常。布格重力異常剔除區(qū)域異常后, 得到了反映淺層密度分布的剩余重力異常(圖4a)。對(duì)Δ磁異常數(shù)據(jù)進(jìn)行化極處理(圖4b), 消除了斜磁化影響, 進(jìn)一步對(duì)Δ化極磁異常進(jìn)行向上延拓處理(圖4c), 結(jié)果反映了磁性地質(zhì)體平面和空間分布特征。

該區(qū)剩余重力異常表現(xiàn)為西南高而東北低。蛇綠巖體與東北部?1.5×10?5m/s2等值線所圍限的低重力區(qū)域大致對(duì)應(yīng), 與蛇紋石化超基性巖的低密度特征一致; 西南部顯著的高重力異?？赡芘c高密度圍巖地層有關(guān)。

Δ化極磁異常形態(tài)總體呈團(tuán)塊狀(圖4b), 但不同部位的異常強(qiáng)度差異明顯, 大致可分為北東、北西部低異常區(qū)(NE、NW區(qū))和中部、南東部高異常區(qū)(C、SE區(qū))。其中低異常區(qū)Δ化極磁異場值變化為450～1100 nT, 磁異常形態(tài)平緩, 梯度低; 反之, 高異常區(qū)(>1100 nT), 等值線密集, 異常梯度大。

進(jìn)一步對(duì)比發(fā)現(xiàn), Δ化極磁異常(>450 nT)與地表地質(zhì)調(diào)查所圈定的蛇綠巖體分布基本吻合(圖4b)。如前所述, 蛇綠巖體的磁性可能是超基性巖的蛇紋石化或巖體生成時(shí)剩余磁化所致。薩爾托海超基性巖體普遍蛇紋石化, 巖體及其圍巖多被構(gòu)造破壞, 在巖體內(nèi)部的破碎帶以及巖體與圍巖接觸部位蝕變更為嚴(yán)重。相反, 在圍巖凝灰?guī)r和酸性侵入巖分布區(qū)域, 未形成與巖體可比的磁異常, 表明這些巖性均不具有明顯磁性, 與巖石物性測定結(jié)果一致。因此, 可以確認(rèn)薩爾托海地區(qū)磁異常主要是由蛇綠巖體內(nèi)的超基性巖、蛇紋石化超基性巖引起, 利用磁異常能夠準(zhǔn)確識(shí)別蛇綠巖體邊界。Δ化極磁異常向上延拓結(jié)果表明, 隨延拓高度增加, 北東部磁異常逐漸減弱并趨于消失(圖4c), 說明這些部位的超基性巖體相對(duì)較薄, 規(guī)模(延伸)有限; 北西部盡管磁異常強(qiáng)度較弱, 但向上延拓結(jié)果顯示, 該異常并未減弱或消失, 表明可能存在隱伏磁性地質(zhì)體; 中部和南東部磁異常隨延拓高度增加逐漸變?yōu)閮蓚€(gè)形態(tài)完整的磁異常(圖4c), 表明這一部位超基性巖體具有較大厚度和較好的連續(xù)性, 巖體在地表以下一定深度歸于2個(gè)中心, 其范圍與上延后的磁異常范圍吻合。

3.3 電性特征

在薩爾托海巖體北東部、中部及南東部等重磁異常顯示蛇綠巖體較厚的部位布設(shè)了18條NW向大地電磁剖面(圖1c), 長度600～1000 m不等, 點(diǎn)距為20 m, 有效探測深度約700～2000 m, CSAMT數(shù)據(jù)反演的深部電阻率剖面如圖4d所示。

圖4 薩爾托海地區(qū)剩余重力異常(a)、ΔT化極磁異常(b)、ΔT化極磁異常向上延拓結(jié)果(c)及CSAMT剖面分布的三維展示(d)

蛇綠巖體與圍巖具有一定的電性差異, 并且構(gòu)造蝕變和流體作用均能使巖體和巖體內(nèi)的構(gòu)造破碎帶電阻率值顯著降低。因此, 電性剖面能夠有效判斷蛇綠巖體和構(gòu)造破碎帶空間展布形態(tài), 電阻率剖面的梯度帶、錯(cuò)斷帶和畸變帶也是斷裂或地質(zhì)體邊界等構(gòu)造要素的重要指示。

北東部K1、K2剖面具有相似的電性結(jié)構(gòu)(圖5)。2條剖面最明顯的特征是具有雙層電性結(jié)構(gòu), 大約在?1300 m處均存在一個(gè)不協(xié)調(diào)面, 界面上、下電性結(jié)構(gòu)樣式迥異。上層表現(xiàn)為低阻帶(<500 Ω?m)和高阻團(tuán)塊(>500 Ω?m)相間分布的電性結(jié)構(gòu), 表明垂直主要構(gòu)造走向上, 地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜, 電性連續(xù)性差。電性剖面所對(duì)應(yīng)的勘探線剖面顯示, 這樣的電性特征是一系列疊瓦狀高角度逆沖構(gòu)造的反映, 指示在構(gòu)造作用下, 巖體及圍巖被破壞為大小不等的塊體, 巖石破碎蝕變嚴(yán)重, 電阻率剖面上高阻團(tuán)塊為弱蝕變的超基性巖塊或圍巖塊體, 而普遍分布的低阻帶即為構(gòu)造破碎帶的反映, 高?低阻過渡帶可能為斷裂位置或構(gòu)造破碎帶邊界。下層則為完整的高阻體(>850 Ω?m), 推斷仍然為超基性巖體的反映, 深部超基性巖由于蝕變作用較弱, 巖體相對(duì)新鮮、完整, 所以表現(xiàn)為高阻特征。當(dāng)然也不能完全排除其為正常地層或蛇綠巖下底圍巖的可能。

巖體中部L1電阻率剖面總體為中?低電阻率(<850 Ω?m)(圖6a), 剖面位置與地表地質(zhì)、重磁異常所圈定的蛇綠巖體對(duì)應(yīng)。L1剖面未達(dá)低阻體底部, 反映了這一部位超基性巖體厚度較大, 向下延伸超過1000 m, 與磁異常延拓結(jié)果一致; 1060～1460測點(diǎn)重磁曲線表現(xiàn)為相對(duì)高磁和中?低重力異常, 鉆探資料表明, CSAMT剖面上該段中?低阻體與蛇紋石化超基性巖體相對(duì)應(yīng), 局部零星分布的小規(guī)模中高阻體(>500 Ω?m)為相對(duì)新鮮的超基性巖塊或捕獲的圍巖塊體; 1460～2060點(diǎn)存在一產(chǎn)狀近直立的低阻帶(<120 Ω?m), 對(duì)應(yīng)高磁和低重力異常曲線, 該段巖性復(fù)雜, 超基性巖蛇紋石化強(qiáng)烈, 超基性巖內(nèi)發(fā)育較多的透鏡狀純橄巖、輝長巖和橄長巖, 為橫穿超基性巖體的破碎帶?？碧骄€剖面揭示, 2160～2660測點(diǎn)蛇綠巖體中夾雜了較多的凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)砂巖等圍巖塊體, 并且深部超基性巖發(fā)生強(qiáng)烈的碳酸鹽化, 存在較厚的滑石菱鎂巖, 這些特征可能是造成該段低磁、高重力的主要原因。L4電阻率剖面平行于L1剖面北西端(圖6b), 鉆探資料表明, 1400～1600點(diǎn)深度約?150～?600 m的高阻異常(1000～2500 Ω?m)為弱蛇紋石化、碎裂巖化斜輝輝橄巖, 夾少量輝長巖、輝石橄欖巖和凝灰?guī)r塊體等; 南段(1150～1400點(diǎn))中?低阻體為蛇紋石化超基性巖, 深部串珠狀中?高阻異常(200～600 Ω?m)與北西側(cè)高阻體相連, 為弱蛇紋石化超基性巖塊的電性反映; 剖面南端(1050～1150點(diǎn))近直立的低阻帶推斷為蛇綠巖體內(nèi)的破碎帶。L5、L6剖面電性特征與L4剖面類似(圖6c、d), 總體顯示中?低阻異常, 均為蛇紋石化超基性巖, 巖體內(nèi)發(fā)育較多低阻破碎帶。L7剖面表現(xiàn)為“兩高夾一低”的電性結(jié)構(gòu)特征(圖6e), 剖面南段(400點(diǎn)以南)磁異常延拓結(jié)果顯示具有較厚的超基性巖體, 重磁曲線上也表現(xiàn)為中?高磁、低重力異常, 鉆孔資料顯示, 深部巖性總體為碎裂巖化、碳酸鹽化斜輝輝橄巖夾少量純橄巖、輝長巖, 超基性巖蛇紋石化程度較弱, 是導(dǎo)致中等?偏高電阻率(850～3000 Ω?m)的主要原因。剖面北端深度約?100～?600 m不完整的中?高阻體對(duì)應(yīng)高重力、低磁性曲線, 地表分布為圍巖凝灰質(zhì)粉砂巖, 因此推測深部高阻體也是圍巖塊體的反映。200～400點(diǎn)產(chǎn)狀近直立的低阻體(<400 Ω?m)與低磁力異常和重力梯度帶對(duì)應(yīng), 推斷是蛇綠巖體與圍巖之間較大的破碎帶, 向下延伸可達(dá)1200 m, 并且?guī)?nèi)巖性可能以低磁性的圍巖為主。

圖5 薩爾托海地區(qū)北東部K1 CSAMT剖面(a)及K2 CSAMT剖面(b)

圖6 薩爾托海地區(qū)中部L1電阻率和地面重磁疊合剖面(a)、L4電阻率剖面(b)、L6電阻率剖面(c)、L5電阻率剖面(d)及L7電阻率和地面重磁疊合剖面(e)

南東部H1、H2剖面電性結(jié)構(gòu)相似(圖7a、b), 剖面南東段存在明顯的中?低阻體(<850 Ω?m), 顯示為較寬的高磁低重力異常, 均為蛇紋石化蛇綠巖體的反映, 巖體底界深約750～950 m; 低電阻率特征同樣反映了蛇綠巖體可能遭受過強(qiáng)烈的構(gòu)造蝕變作用; 兩條剖面0～400點(diǎn)高阻體(>850 Ω?m)為花崗巖類侵入巖的反映, 同時(shí)顯示花崗巖體有向下有逐漸膨大趨勢, 與之對(duì)應(yīng)為高重力低磁性曲線。電阻率剖面上的高低阻過渡帶、等值線突變帶在重磁曲線上顯示為梯度帶或者鋸齒狀變化, 是花崗巖與超基性巖體的侵入接觸帶或次級(jí)斷裂位置; 1200 m以下的深部高阻體可能為弱蝕變的超基性巖體或圍巖凝灰?guī)r。

總體而言, 電阻率剖面顯示電性結(jié)構(gòu)無論是在水平方向還是垂向上都表現(xiàn)出一定程度的不均一性, 反映了地質(zhì)結(jié)構(gòu)經(jīng)歷了復(fù)雜的演化過程。

圖7 薩爾托海地區(qū)南東部H1電阻率及地面重磁疊合剖面(a)及H2電阻率及地面重磁疊合剖面(b)

4 討 論

4.1 深部結(jié)構(gòu)構(gòu)造

薩爾托海地區(qū)重力、磁法和大地電磁等地球物理特征明顯、規(guī)律性強(qiáng), 蛇綠巖具低重力、高磁性和隨變質(zhì)程度而變化的電阻率值, 圍巖一般具有高重力、低磁性以及高電阻率特性, 構(gòu)造破碎帶為明顯的低電阻率特征。密度、磁性和電性結(jié)構(gòu)特征與地表地質(zhì)構(gòu)造、已知的地下地質(zhì)體產(chǎn)出均高度吻合, 很好的揭示了巖性變化引起的物性差異, 故地質(zhì)、地球物理綜合分析能夠準(zhǔn)確刻畫薩爾托海蛇綠巖體深部結(jié)構(gòu)構(gòu)造。

低密度和高磁性的蛇綠巖體在剩余重力異常圖上表現(xiàn)為負(fù)異常(圖4a), 由Δ化極磁異常也能夠準(zhǔn)確識(shí)別出蛇綠巖體平面分布范圍(圖4b), 地面磁測和剩余重力異常共同反映在薩爾托海地區(qū)中部和南東部第四系覆蓋區(qū)之下仍存在大片隱伏超基性巖體(圖1c)。Δ化極磁異常向上延拓分析結(jié)果表明, 研究區(qū)中部和南東部有較厚的蛇綠巖分布, 并在地表以下一定深度歸于2個(gè)中心; 在北西部也可能存在埋藏較深的隱伏超基性巖體, 而北東部的巖體厚度較薄(圖4c)。

大地電磁剖面顯示, 地下電性分布清晰地反映了蛇綠巖體及其圍巖的空間展布形態(tài)(圖4d), 并且不同部位深部結(jié)構(gòu)、構(gòu)造存在一定差異。北東部表現(xiàn)為垂向分層的電性結(jié)構(gòu)特征(圖5), 上層為高阻團(tuán)塊和低阻帶相間分布、相互疊置, 反映了蛇綠巖體和圍巖被改造為大小不等的塊體, 巖塊和破碎帶相間分布的地質(zhì)結(jié)構(gòu)。中部巖體以低?中等電阻率為特征(圖6), 廣泛分布的低阻破碎帶暗示這一部位蛇綠巖體遭受過強(qiáng)烈變質(zhì)。薩爾托海地區(qū)北東及中部蛇綠混雜巖中的巖塊在地表多呈逆沖狀(圖2e), 巖體內(nèi)部及邊界廣泛發(fā)育傾向北西的高角度逆沖斷層系(圖2j、k, 圖3), 并伴有寬約0.4～1.5 m的韌性剪切帶和(或)變質(zhì)帶(圖2f、g), 指示擠壓應(yīng)力作用下蛇綠巖體及圍巖由下向上楔沖的構(gòu)造特征, 蛇綠混雜巖及內(nèi)部各巖塊的運(yùn)動(dòng)沿與其伴生的韌性剪切帶(變質(zhì)帶)進(jìn)行。巖體內(nèi)部及巖體與圍巖接觸帶強(qiáng)片理化和普遍的蛇紋石化、碳酸鹽化等現(xiàn)象與廣泛發(fā)育的構(gòu)造破碎帶相吻合(圖2l)。

南東部大地電磁剖面具有橫向分塊的電性結(jié)構(gòu)特征(圖7)。剖面上蛇紋石化蛇綠巖體為顯著的低電阻率, 圍巖凝灰?guī)r和酸性侵入巖則為高阻特征, 低阻蛇綠巖總體呈擠壓態(tài)夾持于兩側(cè)高阻圍巖中(圖7), 等值線密集的高低阻過渡帶為巖體與圍巖的接觸面, 其產(chǎn)狀近直立; 蛇綠巖體內(nèi)部構(gòu)造面理多呈高角度或近直立狀產(chǎn)出, 兼具走滑變形特征(圖2h、 i); 表明南東部蛇綠巖體在走滑擠壓應(yīng)力下構(gòu)造就位后, 可能進(jìn)一步受后期花崗巖侵位擠壓與抬升, 蛇綠巖體整體發(fā)生了縮短變形(圖2m)。

此外, 朱寶清等(1987)指出蛇綠混雜巖內(nèi)各類巖塊上具有不同方向的擦痕和滑動(dòng)鏡面; 郁軍建等(2015)同樣認(rèn)為包括達(dá)爾布特蛇綠混雜巖在內(nèi)的俯沖增生雜巖系統(tǒng), 通過右旋走滑構(gòu)造楔入較年輕的石炭紀(jì)地層中; 而Chen et al. (2014)卻從混雜帶中識(shí)別出大量指示左行水平剪切的運(yùn)動(dòng)學(xué)指向標(biāo)志, 并認(rèn)為蛇綠混雜巖通過左旋走滑侵位。本次研究在蛇綠混雜巖內(nèi)部及邊界廣泛發(fā)育NE向劈理、斷面擦痕、構(gòu)造透鏡體等走滑構(gòu)造, 推斷薩爾托海巖體可能經(jīng)歷了不同方向的走滑剪切, 可能是多次構(gòu)造作用的產(chǎn)物。Zhang et al. (2018a)對(duì)克拉瑪依后山地區(qū)包括達(dá)爾布特蛇綠巖在內(nèi)的蛇綠混雜巖及其圍巖進(jìn)行系統(tǒng)的構(gòu)造解析、年代學(xué)分析等, 揭示了北東向蛇混雜巖帶內(nèi)部及邊界的構(gòu)造性質(zhì)均以早期右旋走滑變形疊加晚期左行走滑變形為特點(diǎn), 并認(rèn)為蛇綠混雜巖主要是通過右旋轉(zhuǎn)換壓縮變形構(gòu)造就位于石炭系中。

本文及前人大量的地質(zhì)構(gòu)造解析與深部地球物理成果綜合分析表明, 薩爾托海蛇綠巖體為無根巖體, 向下延伸有限, 整體呈構(gòu)造巖塊狀產(chǎn)出, 并表現(xiàn)出斜向逆沖、橫向擠壓、側(cè)向走滑等構(gòu)造特征。蛇綠巖的構(gòu)造侵位受控于統(tǒng)一的應(yīng)力場, 在總體為東西向擠壓應(yīng)力作用下, 通過右旋走滑擠壓, 以斜向楔沖方式構(gòu)造就位于兩側(cè)地層中(圖8a); 在區(qū)域構(gòu)造作用下, 后期進(jìn)一步受到左行走滑改造, 尤其薩爾托海南東部巖體還疊加了花崗巖侵入作用的影響, 發(fā)生了強(qiáng)烈的構(gòu)造破碎、蝕變變質(zhì)和縮短變形(圖8b)。

4.2 動(dòng)力學(xué)過程

侵入于薩爾托海蛇綠巖中的鉚釘巖體也格孜卡拉花崗巖鋯石SHRIMP U-Pb年齡為308 Ma(陳石和郭召杰, 2010), 蛇綠混雜巖帶兩側(cè)石炭系上部碎屑鋯石峰值年齡為322 Ma(Choulet et al., 2012), 二者限定了達(dá)爾布特蛇綠混雜巖侵位時(shí)限大致為晚石炭世早中期。達(dá)爾布特蛇綠混雜巖帶兩側(cè)可對(duì)比的石炭系火山?沉積地層系統(tǒng), 表明該蛇綠混雜巖帶非板塊縫合帶(陳石和郭召杰, 2010)。研究表明, 達(dá)爾布特蛇綠巖主體生成于泥盆紀(jì)的弧后盆地(Zhang et al., 1993; Yang et al., 2012; 辜平陽等, 2009), 其侵位過程可能與準(zhǔn)噶爾弧后小洋盆的閉合過程密切相關(guān), 晚古生代古亞洲洋構(gòu)造域哈薩克斯坦板塊與準(zhǔn)噶爾陸塊的匯聚拼合是準(zhǔn)噶爾洋盆閉合的重要背景(Yang et al., 2012; Yin et al., 2017)。

西準(zhǔn)噶爾地區(qū)島弧性質(zhì)的巖漿活動(dòng)在晚泥盆世?早石炭世仍然比較強(qiáng)烈, 表明這一時(shí)期準(zhǔn)噶爾洋盆仍在持續(xù)俯沖(Gao et al., 2014)。受哈薩克斯坦山彎構(gòu)造的約束(Chen et al., 2014)或者洋內(nèi)島弧、洋島、海山和洋底高原在俯沖過程中的阻滯(張繼恩等, 2018; Yang et al., 2015, 2019), 準(zhǔn)噶爾弧后小洋盆逐漸演化成一個(gè)相對(duì)局限、緩慢收縮的殘余洋盆(Chen et al., 2013, 2014)(圖9a), 并在西準(zhǔn)噶爾南部地區(qū)沉積了一套斜坡相深海?半深海相碎屑濁積巖(縱瑞文等, 2014; Zhang et al., 2018a)。早期形成的包括洋島、海山在內(nèi)的大洋巖石圈物質(zhì)下伏于碎屑濁積巖之下, 構(gòu)成了西準(zhǔn)噶爾殘余洋盆基底的主要成分(Chen et al., 2014)。與此同時(shí), 哈薩克斯坦板塊與準(zhǔn)噶爾陸塊的相向運(yùn)動(dòng)仍在持續(xù)進(jìn)行, 近W-E向擠壓應(yīng)力作用下殘余洋盆經(jīng)歷了緩慢收縮, 淺層的變形被大規(guī)模的褶皺吸收的同時(shí)(李江海等, 2009)(圖2n、o), 下伏蛇綠巖基底則可能被構(gòu)造肢解。晚石炭世, 板塊間的相向運(yùn)動(dòng)和板塊位置的調(diào)整運(yùn)動(dòng)并未停息, 局部應(yīng)力集中導(dǎo)致殘余洋盆內(nèi)產(chǎn)生大規(guī)模走滑斷裂, 構(gòu)成了下伏洋殼基底的上升通道。在持續(xù)擠壓兼右行走滑剪切應(yīng)力作用下, 下伏蛇綠巖沿?cái)嗔淹ǖ罉?gòu)造侵位于上覆年代較新的石炭系沉積巖系中(圖9b)。

圖8 薩爾托海地區(qū)蛇綠混雜巖的侵位模式(a)及后期改造作用(b)(據(jù)王國燦等, 2015修改)

圖9 晚泥盆世?早石炭世西準(zhǔn)噶爾弧后小洋盆收縮演化為殘余洋盆(a)及晚石炭世擠壓兼走滑應(yīng)力作用使基底蛇綠巖沿?cái)嗔亚治挥谏细渤练e地層(b)(據(jù)Chen et al., 2014修改)

從更大空間范圍來看, 西準(zhǔn)噶爾地區(qū)發(fā)育的唐巴勒、瑪依勒、巴爾雷克等蛇綠混雜巖帶與達(dá)爾布特蛇綠混雜巖帶具有類似的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造和產(chǎn)出狀態(tài)(Xiao and Santosh, 2014; Yang et al., 2019), 在區(qū)域上呈彌散狀分布, 均不具有板塊縫合帶的特征。因此, 這些蛇綠混雜巖都是西準(zhǔn)噶爾殘余洋盆閉合收縮過程中的產(chǎn)物(Chen et al., 2014; 王國燦和張攀, 2019)。晚石炭世晚期具有陸相磨拉石特點(diǎn)的粗碎屑堆積標(biāo)志著西準(zhǔn)噶爾殘余洋盆的閉合(李永軍等, 2016)。隨后的晚石炭世?早二疊世陸內(nèi)應(yīng)力體系的轉(zhuǎn)換, 在西準(zhǔn)噶爾地區(qū)發(fā)育了包括達(dá)爾布特?cái)嗔言趦?nèi)的NE-SW向左行走滑斷裂系, 以及廣泛的中酸性巖漿作用, 不同程度的疊加改造了早期的構(gòu)造行跡(Choulet et al., 2012; Wang et al., 2003; 陳宣華等, 2014; 李理等, 2015), 改變了巖體形態(tài), 并可能使構(gòu)造帶內(nèi)蛇綠巖體進(jìn)一步破裂而產(chǎn)生斷裂破碎帶。

5 結(jié) 論

(1) 達(dá)爾布特蛇綠混雜巖帶薩爾托海巖體普遍發(fā)育走滑剪切、擠壓逆沖、破碎蝕變等變質(zhì)變形構(gòu)造。超基性巖體在地球物理上表現(xiàn)為低重力、高磁性和變化的電阻率, 巖體內(nèi)的斷層破碎帶低電阻率顯著, 而圍巖則表現(xiàn)為高重力、低磁或無磁性以及高電阻率特征; 重磁異常能夠準(zhǔn)確識(shí)別巖體的空間分布與展布。

(2) 薩爾托海蛇綠巖體中部和南東部包括第四系覆蓋之下有較厚的蛇綠巖分布, 并在地表以下一定深度歸于2個(gè)中心, 北西部可能存在深部隱伏超基性巖體, 而北東部的巖體厚度較薄。薩爾托海地區(qū)北東部表現(xiàn)為垂向分層的電性結(jié)構(gòu)特征, 中部以中?低電阻率為特征, 南東部具有橫向分塊的電性結(jié)構(gòu)特征。不同部位的蛇綠巖總體呈無根的構(gòu)造巖塊產(chǎn)出, 表現(xiàn)有斜向逆沖、橫向擠壓、側(cè)向走滑等地質(zhì)構(gòu)造特征。

(3) 薩爾托海蛇綠巖體在近東西向擠壓應(yīng)力作用下, 通過右旋走滑以斜向楔沖方式構(gòu)造就位, 并受后期左行走滑和巖漿作用的疊加改造。蛇綠混雜巖的構(gòu)造侵位與準(zhǔn)噶爾殘余洋盆的收縮有關(guān), 持續(xù)的擠壓兼走滑應(yīng)力使基底蛇綠巖沿?cái)嗔褬?gòu)造侵位于上覆沉積地層。晚石炭世哈薩克斯坦板塊與準(zhǔn)噶爾陸塊的匯聚拼合是這一動(dòng)力學(xué)過程的重要背景。

致謝:野外工作得到新疆地礦局第七地質(zhì)大隊(duì)彭方洪、任毅、譚行德、張亞輝和巴文斌等同仁的大力支持和幫助; 中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)王國燦教授和另一位匿名審稿專家認(rèn)真審閱了本文, 并提出了建設(shè)性修改意見, 極大地提高了本文的質(zhì)量, 在此一并謹(jǐn)致謝忱。

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Deep Structure and Texture of the Sartohay Ophiolite in West Junggar, Xinjiang: New Geological and Geophysical Evidence

LI Hai1, LI Yongjun1, 2*, XU Xueyi1, 3, WAN Yu4, ZHAO Qiang4, YANG Gaoxue1, 2and WANG Zuopeng1

(1. School of Earth Science and Resources, Chang'an University, Xi'an 710054, Shaanxi, China; 2. Key Laboratory for the Study of Focused Magmatism and Giant Ore Deposits, MLR, Xi'an 710054, Shaanxi, China; 3. China Aero Geophysical Survey & Remote Sensing Center for Land and Resources, Beijing 100083, China; 4. Seventh Geological Survey Team, Xinjiang Bureau of Geology and Mineral Resource Exploration, Wusu 833000, Xinjiang, China)

The West Junggar located in the southwest margin of the Central Asia Orogenic Belt (CAOB) has several Paleozoic ophiolitic mélanges. These ophiolitic mélanges record the Paleo-Asian Ocean evolution which are critical for the understanding of the components, tectonic evolution and crust-mantle interaction of the CAOB. Surface researches have achieved lots of results, however, the deep structure of the ophiolitic mélanges is still unclear. Previous researches are mainly based on geological mapping and structural analysis, however, lack constraints on deep information. Based on detailed geological survey of the Darbut ophiolitic mélange in the Sartohay area, comprehensive geophysical measurements including ground gravity, magnetic and controlled-source audio-frequency magnetotelluric (CSAMT) measurements were conducted. The surface distribution, contact relationship and gravity, magnetic, CSAMT data of the Sartohay ophiolite were recorded. Constrained by surface geology and drilling information, the obtained geophysical data were inverted and interpreted, and the deep structure and texture of the Sartohay ophiolite were interpreted. The comprehensive analysis of geology and geophysics shows that the Sartohay ophiolite consists of rootless tectonic blocks which are characterized by oblique thrust, transverse extrusion and lateral strike slip. Controlled by W-E compressive stress with strike-slip component, the ophiolites were emplaced in the form of oblique wedge-thrusting, and further reformed by sinistral strike-slip and magmatism in the later stage, Their emplacement is closely linked to the shrinkage of remnant ocean basin, whereas the convergence of the Kazakhstan and the Junggar terranes in Late Carboniferous is the important background of this dynamic process.

ophiolitic mélange; deep structure and texture; geophysics; Sartohay ophiolite; West Junggar

2020-02-19;

2020-08-26;

2020-09-17

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41273033)、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃專項(xiàng)子課題“天山–阿爾泰大宗礦產(chǎn)分布規(guī)律研究與深部資源潛力評(píng)價(jià)” (2018YFC0604001)和中央高校專項(xiàng)基金(300102279209)聯(lián)合資助。

李海(1989–), 男, 博士研究生, 構(gòu)造地質(zhì)學(xué)專業(yè)。Email: lihai@chd.edu.cn

李永軍(1961–), 男, 教授, 博士生導(dǎo)師, 主要從事區(qū)域地質(zhì)和構(gòu)造地質(zhì)學(xué)研究。Email: yongjunl@chd.edu.cn

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1001-1552(2021)04-0634-017

10.16539/j.ddgzyckx.2020.04.020