塔里木北緣庫魯克塔格地區(qū)古元古界
——祝賀芮行健先生90華誕

張傳林,馬華東,李懷坤,朱炳玉,邱 林,王 威

(1. 河海大學(xué)海洋學(xué)院,江蘇 南京 210093;2. 新疆維吾爾自治區(qū)人民政府國家305項(xiàng)目辦公室,新疆 烏魯木齊 830000;3. 中國地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)調(diào)查中心, 天津 300170)

塔里木克拉通位于我國西部的新疆維吾爾自治區(qū),面積約60萬km2,是我國三大主要克拉通(華北、華南和塔里木)之一。由于塔里木大部分被沙漠覆蓋,前寒武系主要出露在周邊地區(qū),包括庫魯克塔格、阿克蘇、塔里木西南、東南緣阿爾金及東段敦煌地區(qū)。近些年來,在塔里木內(nèi)部的石油鉆探中,獲得了部分前寒武紀(jì)巖心,這充分表明,塔里木的基底并不是一個被充填的晚古生代洋盆[1]。早期地質(zhì)學(xué)家對塔里木的研究表明,塔里木克拉通具有典型的地臺雙層結(jié)構(gòu)特征,分別為前南華紀(jì)基底和南華紀(jì)—埃迪卡拉紀(jì)蓋層,南華紀(jì)—埃迪卡拉紀(jì)蓋層以顯著的角度不整合方式覆蓋在不同時(shí)代的前南華紀(jì)基底之上[2-5]。另外,在前南華紀(jì)基底中發(fā)育了多階段、不同巖石組合的侵入巖。前南華紀(jì)侵入巖構(gòu)成了塔里木基底的一部分[6]。

塔里木前南華紀(jì)基底包括了兩部分,分別是太古代—古元古代結(jié)晶基底和中元古代—青白口紀(jì)褶皺基底。在庫魯克塔格地區(qū),中元古代楊吉布拉克群以顯著的角度不整合覆蓋在古元古代興地塔格群之上,二者在巖石組合、變質(zhì)變形特征等方面均表現(xiàn)出顯著差異,表明這一角度不整合代表了一次重要的造山事件[2,7-9]。長期以來,該區(qū)古元古代興地塔格群的沉積時(shí)代、發(fā)生角閃巖相變質(zhì)的時(shí)間及其對塔里木早前寒武紀(jì)構(gòu)造演化的意義存在很大爭議。本文總結(jié)了興地塔格群的巖石組合、變質(zhì)變形特征,并測試了其中的變質(zhì)火山巖鋯石U-Pb年齡。結(jié)合近些年來對該區(qū)早前寒武系研究的進(jìn)展,對興地塔格群沉積及變質(zhì)時(shí)代、構(gòu)造意義進(jìn)行討論。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

庫魯克塔格地區(qū)是塔里木克拉通前寒武系出露最全的地區(qū)。該區(qū)早前寒武紀(jì)結(jié)晶基底包括了新太古(TTG巖系)和古元古代角閃巖相變質(zhì)巖系,其上被中元古代長城紀(jì)楊吉布拉克群不整合覆蓋。庫魯克塔格地區(qū)的新太古界主要出露在托格布拉克、興地南及庫爾勒地區(qū),主要由TTG質(zhì)巖石組成,另有少量的斜長角閃巖和鉀質(zhì)花崗巖等。依據(jù)《新疆維吾爾自治區(qū)區(qū)域地質(zhì)志》[2],新太古界—古元古界與中元古代長城系為角度不整合,在不整合面之上,發(fā)育了厚20～40 m的底礫巖。從巖石組合分析,楊吉布拉克群下段以碎屑巖為主,向上逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橐园自瀑|(zhì)碳酸鹽巖為主,并發(fā)育綠片巖相變質(zhì)作用,而下伏的興地塔格群以角閃巖相變質(zhì)巖為主。無論是巖石組合還是變質(zhì)特征均表明,在古元古代末期發(fā)生的重大構(gòu)造事件相當(dāng)于華北的呂梁運(yùn)動[2-3]。

2 興地塔格群巖石學(xué)特征

庫魯克塔格地區(qū)古元古代興地塔格群由鄧自華1957年創(chuàng)名,1965年由新疆地質(zhì)局區(qū)測隊(duì)正式命名[3]。命名剖面位于新疆尉犁縣辛格爾南西約10 km的1636高地,參考剖面位于尉犁縣興地南約5 km的興地大溝[3],自下而上分為喀拉闊雄組、圖努爾布拉克組和辛格爾組。高振家等[4]重新厘定了“興地塔格群”地層涵義,指出露于興地塔格一帶,由十字石、石榴石、藍(lán)晶石、夕線石、黑云母、白云母、石英及長石組成的石英巖、石英片巖、云母片巖、片麻巖及所夾的大理巖類(圖1)。

圖1 庫魯克塔格前寒武紀(jì)地質(zhì)圖(示古元古界分布)Fig. 1 Precambrian geology of the Quruqtagh terrane showing the outcropping of the Paleoproterozoic

《新疆維吾爾自治區(qū)巖石地層》[3]將興地塔格群分3個亞群:下亞群以黑云石英片巖為主,夾少量夕線黑云石英片巖、石英巖、夕線二云石英片巖和十字白云片巖,含少量的斜長片麻巖及黑云斜長角閃巖;中亞群以大理巖、含夕線石榴石英片巖、二云石英片巖、含夕線石榴二云石英片巖為主,夾石榴二云石英片巖、石英巖、二云片麻巖、十字二云石英片巖、透閃透輝石巖、角閃黑云片(麻)巖;上亞群以黑云石英片巖、石英巖、石榴黑云石英片巖為主,夾少量石榴二云石英片巖、黑云片巖、 角閃片巖等。由于該巖群強(qiáng)烈的變質(zhì)變形,下亞群、中亞群、上亞群之間在巖石組合上沒有本質(zhì)差異,原始的沉積厚度已經(jīng)無法恢復(fù)。因此,我們認(rèn)為將興地塔格群作為一套無序的角閃巖相(部分為麻粒巖相)變質(zhì)巖系更符合實(shí)際。

對庫爾勒地區(qū)興地塔格群野外地質(zhì)調(diào)查表明,其主要巖石組合為一套黑云片巖、片麻巖類,局部含石榴石(圖2(a)),發(fā)育大量的變形長英質(zhì)淡色脈體,另外還夾有少量黑云斜長角閃巖和長英質(zhì)變粒巖。斜長角閃巖可能為基性火山巖變質(zhì)作用的產(chǎn)物。長英質(zhì)變粒巖主要礦物組合為斜長石(30%～35%)、微斜長石(15%～25%)、鉀長石(20%～25%)、石英(30%～40%)和黑云母(5%～10%)組成。從礦物組合分析,其原巖應(yīng)為酸性火山巖。

在興地以東地區(qū),興地塔格群分布廣泛,其中含有BIF型鐵礦。依據(jù)董連惠等[10]資料,鐵礦以磁鐵石英巖為主,層位穩(wěn)定,層控特征明顯。在顯微鏡下,磁鐵礦條帶均勻密集分布或富集成條帶狀、脈狀,與石英相間分布,富礦層中磁鐵礦含量達(dá)70%。依據(jù)野外調(diào)查,該段興地塔格群主體為一套片巖、片麻巖組合,包含了多層白云質(zhì)大理巖和少量斜長角閃巖(圖 2(b))。另外,1 550 Ma的輝綠巖呈席狀侵入到興地塔格群中,輝綠巖席具有典型的CFB地球化學(xué)特征[11]。

3 興地塔格群中變質(zhì)火山巖鋯石U-Pb年齡

對于興地塔格群的沉積時(shí)代,胡靄琴等[12]采用全巖Rb-Sr等時(shí)線法及Sm-Nd等時(shí)線法獲得了2.3～1.6 Ga的年齡。董連惠等[10]對托可然布拉克鐵區(qū)的磁鐵石英巖樣品采用SIMS法測試其中的鋯石U-Pb年齡,獲得不一致線上交點(diǎn)年齡為(1 949±19) Ma(MSWD=2.4)。從鋯石形態(tài)和CL圖像分析,所測試的鋯石應(yīng)為酸性巖漿結(jié)晶的鋯石,但考慮到所選取的樣品為化學(xué)沉積巖,對該年齡的解釋應(yīng)當(dāng)慎重。

在庫爾東段興地塔格群中,有少量的長英質(zhì)變粒巖夾層。依據(jù)礦物組合分析,其原巖應(yīng)為火山巖(流紋巖或火山碎屑巖),這為確定興地塔格群的時(shí)代提供了較可靠的測試樣品。從變粒巖中取2 kg樣品(地理坐標(biāo):86°23′17″ E,41°36′39″ N),經(jīng)破碎后淘洗,獲得了約5 000粒鋯石。選取200粒鋯石制靶后,拋光并進(jìn)行透、反射光和陰極發(fā)光照相,選取其中的25粒鋯石采用LA-MC-ICP MS進(jìn)行了測試分析。樣品測試分析在中國地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)調(diào)查中心完成,以91 500鋯石為標(biāo)樣,測試儀器、測試流程見文獻(xiàn)[13]。測試結(jié)果見表1。

從鋯石形態(tài)及CL圖像分析,大部分鋯石具有典型的巖漿鋯石特征,如明暗相間的生長環(huán)帶,另有一些鋯石顯示條帶狀構(gòu)造(圖3),這與它們Th/U值(0.3～0.5)變化是一致的(表1)。對25粒鋯石的25次分析結(jié)果表明,有少量的測試點(diǎn)具有不同程度的放射性成因鉛丟失,20個測點(diǎn)具有一致且諧和的206Pb/238U表面年齡和207Pb/235U表面年齡(表1)。然而,所有測試點(diǎn)數(shù)據(jù)在U-Pb諧和圖(圖3)中,構(gòu)成了1條很好的不一致線,其上交點(diǎn)年齡為(1 965±13) Ma(MSWD=0.64,N=25)。另外,獲得諧和度>90%的20個測點(diǎn)的207Pb/206Pb年齡平均值為(1 962.8±4.4) Ma(MSWD=1.21,N=20)。上交點(diǎn)年齡和207Pb/206Pb年齡平均值在誤差范圍內(nèi)完全一致,代表了變粒巖的形成年齡(火山噴發(fā)年齡)(圖3)。我們注意到,本次獲得的鋯石U-Pb年齡與董連慧等[10]從磁鐵礦中選取的鋯石U-Pb年齡在誤差范圍內(nèi)一致,因此,推測磁鐵礦沉積時(shí),可能有少量的火山碎屑加入。

表1 興地塔格群中變質(zhì)火山巖鋯石U-Pb測年數(shù)據(jù)Table 1 Zircon U-Pb dating age of the metamorphic volcanic rock from Xinditage Group

4 庫魯克塔格古元古代晚期變質(zhì)事件及其對哥倫比亞超大陸匯聚的響應(yīng)

庫魯克塔格地區(qū)太古界和古元古界均記錄了太古代晚期的變質(zhì)事件。出露在興地的新太古代英云閃長巖中的鋯石,具有顯著的增生邊,通過SHRIMP定年,獲得了增生邊的年齡為(1 832±22) Ma[14]。另外,在庫爾勒315國道分布的古元古代興地塔格群片麻巖中獲得了1 820～1 850 Ma的變質(zhì)鋯石U-Pb年齡[14]。在這一地區(qū),Ge R F等[15]及LONG X P等[16-17]也獲得了1.90～1.80 Ga的變質(zhì)鋯石U-Pb年齡。我們統(tǒng)計(jì)了庫魯克塔格地區(qū)及塔中隆起帶內(nèi)早前寒武系記錄的古元古代末期的變質(zhì)年齡(圖4(a)),從統(tǒng)計(jì)結(jié)果分析,北塔里木地體早前寒武系變質(zhì)年齡的峰期在1.83 Ga左右,另外還有少量1.95～1.85 Ga的變質(zhì)年齡記錄[14-20]。

圖4 北塔里木地體太古界—古元古界變質(zhì)年齡直方圖(a)及南、北塔里木地體在Columbia超大陸中的位置(b)(圖4(a)據(jù)文獻(xiàn)[14-19]、圖4(b)據(jù)文獻(xiàn)[21]綜合編制)Fig. 4 Histogram of the metamorphic ages of the Neoarchean-Paleoproteroozic in Northern Tarim terrane (a) and the Columbia configuration showing the locations of the Northern Tarim and Southern Tarim terranes

興地塔格群的巖石組合以含富鋁變質(zhì)礦物(如夕線石、石榴石等)的副變質(zhì)巖系為主。然而,在這些變質(zhì)巖中,多區(qū)段內(nèi)夾有少量的黑云斜長角閃巖,且其中部分長英質(zhì)變質(zhì)巖原巖可能為酸性火山巖。另外,在興地塔格群中還發(fā)育了1.94～1.93 Ga的具有島弧特征的石英閃長巖和花崗閃長巖[21]。結(jié)合1.95～1.85 Ga的變質(zhì)年齡,表明興地塔格群可能代表了一個古元古代晚期的造山帶(活動大陸邊緣)。

從全球范圍來看,2.1～1.8 Ga的碰撞造山帶是哥倫比亞超大陸聚合的標(biāo)志。這些碰撞造山帶包括南美和西非之間2.1～2.0 Ga的Trans-amazonian-Eburnean造山帶;北美1.95～1.85 Ga的Trans-Hudson造山帶或與之相當(dāng)?shù)囊恍┰焐綆?如Taltson-Thelon、Wopmay、New Quebec、Foxe、Makkovik、Ungava和Torngat Orogens等)[22-24];南非2.0～1.9 Ga的Limpopo碰撞帶;澳大利亞西部2.0～1.9 Ga的Capricon造山帶;格陵蘭1.9～1.8 Ga的Nagssugtoqidian造山帶;波羅地1.9～1.8 Ga的Kola-Karelia、Volhyn-Central Russian和Pachelma造山帶;西伯利亞1.9～1.8 Ga的Akitkan造山帶以及中國1.85～1.80 Ga的華北中部造山帶等[24-26]。庫魯克塔格地區(qū)興地塔格群記錄的變質(zhì)事件以及該區(qū)中元古代長城系以角度不整合覆蓋在興地塔格群之上的事實(shí),表明庫魯克塔格地區(qū)(北塔里木地體)屬于古元古代晚期造山帶。結(jié)合前人對該區(qū)新太古代TTG質(zhì)巖石以及與哥倫比亞超大陸裂解的有關(guān)巖漿巖記錄,推測北塔里木地體是從印度—華北克拉通上裂解出來的1個微陸塊(圖4(b))[27]。由于北塔里木地體和南塔里木地體在前寒武紀(jì)物質(zhì)組成、大陸地殼生長過程、巖漿作用以及構(gòu)造事件上的顯著差異,大多數(shù)地質(zhì)學(xué)家認(rèn)為它們分別來自不同的前寒武紀(jì)克拉通,最終于新元古代中期發(fā)生匯聚,形成了統(tǒng)一的基底[27-30]。

5 結(jié)論

(1)塔里木北緣古元古代興地塔格群主要由角閃巖相副變質(zhì)巖組成,夾有少量的基性和酸性火山巖,沉積時(shí)代為2.0～1.80 Ga。

(2)北塔里木地體古元古代晚期峰期變質(zhì)事件發(fā)生在1.80 Ga左右,結(jié)合古元古代具有島弧特征的侵入巖以及持續(xù)的變質(zhì)作用,表明北塔里木地體屬于古元古代晚期造山帶,它可能是從華北—印度克拉通上裂解出來的一個前寒武紀(jì)微陸塊。

(3)北塔里木地體和南塔里木地體分別來自不同的前寒武紀(jì)克拉通,它們在新元古代中期才最終匯聚,形成塔里木克拉通統(tǒng)一的前南華紀(jì)基底。

致謝：2000年我博士畢業(yè),同年到南京地質(zhì)礦產(chǎn)研究所(現(xiàn)更名為中國地質(zhì)調(diào)查局南京地質(zhì)調(diào)查中心)工作,在國家305項(xiàng)目的支持下,跟隨芮行健老師開展塔里木及西昆侖地區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查和相關(guān)研究工作,一直工作到現(xiàn)今。芮老師在新疆地區(qū)從事了近六十年的礦產(chǎn)和基礎(chǔ)地質(zhì)研究,他首次在阿勒泰地區(qū)獲得巖金礦床找礦的重大突破,為邊疆地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出了杰出貢獻(xiàn)。另外,他于60年代編制的阿勒泰地區(qū)1∶50萬地質(zhì)礦產(chǎn)圖,至今仍有重要的參考價(jià)值。值此芮老師九十華誕及南京地質(zhì)調(diào)查中心建所六十周年,寫此小文以銘記,衷心祝愿芮老師身體健康、闔家幸福。