南天山構(gòu)造的研究進展

南天山構(gòu)造的研究進展

1月間期次造山帶與區(qū)域構(gòu)造格局的演化西伯利亞地臺和東歐地臺-卡拉庫姆地臺-塔里木地臺-中朝地臺之間的“阿爾?？藰?gòu)造擠壓體”（sengoral.，1993年）或“中亞造山帶”是世界上最明顯的地殼增長區(qū)域（jahnbmetal.2000；huaqetal.，2000；zhongyachetal.，2000）。它是造山帶地殼增生研究領(lǐng)域的前沿研究對象。顯生宙年輕地殼的產(chǎn)生方式有島弧雜巖的側(cè)向增生和幔源物質(zhì)底墊的垂向增生兩種(GaoJetal.,2002;JahnBM.,2004;李錦軼等,2006)。也就是說中亞(型)造山帶在古生代時期經(jīng)歷了圍繞古陸的向洋的側(cè)向(水平)增生和洋盆閉合后的后碰撞幔源物質(zhì)底墊的垂向增生過程。地殼增生的物質(zhì)記錄主要有大面積出露具εNd(t)正值、年輕Nd模式年齡的花崗巖和少量基性-超基性雜巖(HanBetal.,1997;洪大衛(wèi)等,2000;ZhouMFetal.,2004)?！爸衼喰汀痹焐綆Р煌谘?陸俯沖型環(huán)太平洋造山帶,也不同于陸-陸碰撞型阿爾卑斯-喜馬拉雅造山帶,而以古生代小型陸塊與縫合帶相嵌、新生代山盆耦合構(gòu)成獨特的地質(zhì)構(gòu)造格局。中亞型造山帶的古生代多塊體-小洋盆格局演變包含了比環(huán)太平洋型造山更復雜的側(cè)向增生過程,多塊體拼合后的地殼垂向增生也比阿爾卑斯-喜馬拉雅型造山更為顯著,中新生代山盆耦合使古生代造山帶經(jīng)歷了陸內(nèi)造山的改造和疊加。南天山山脈西起烏茲別克斯坦,經(jīng)塔吉克斯坦、吉爾吉斯坦、哈薩克斯坦,東延至我國新疆和甘肅交界,約2500km。古生代時期,南天山造山帶位于伊犁-哈薩克斯坦板塊和塔里木-卡拉庫姆板塊之間,是‘中亞型造山帶’的典型代表之一,經(jīng)歷了復雜的構(gòu)造演化與地殼增生過程。傳統(tǒng)的槽臺理論視它為一加里東和華力西多旋回褶皺帶(黃汲清等,1980)。板塊構(gòu)造理論應用到解釋南天山造山帶的大地構(gòu)造特點時,多數(shù)學者視它為一個經(jīng)歷了新生代再變形改造的晚古生代碰撞造山帶(ColemanRG,1989;WindleyBFetal.,1990;AllenMBetal.,1992;肖序常等,1992;王寶瑜等,1994;何國琦等,1994;高長林等,1995;GaoJetal.,1998;ChenCetal.,1999;XiaoWJetal.,2004;肖文交等,2006)。不過近年來也有部分學者認為它是晚海西-印支碰撞造山帶(李曰俊等,2001)或三疊紀碰撞造山帶(BrookfieldME,2000;ZhangLFetal.,2005;張立飛等,2005)。南天山碰撞造山時間的限定不僅對認識中亞造山帶的構(gòu)造演化具有重要科學意義,而且對討論地殼增生的方式(側(cè)向增生和垂向增生)也至關(guān)重要。造山帶的碰撞造山作用是一個均變過程,可以通過混雜帶中大洋巖石圈火成巖塊的最小年齡、混雜帶中深海沉積物的最年輕的生物年代、大洋巖石圈消減過程中形成的高壓-超高壓變質(zhì)巖的最小年齡、巖漿弧活動時期最后的火山巖的地層時代或同位素年齡、前陸褶皺沖斷帶中被動大陸邊緣年輕的海相沉積的時代來限定碰撞造山的時代下限,通過推覆與沖斷構(gòu)造變形作用的時代、磨拉石盆地沉積物提供的時代、被動邊緣蓋層俯沖變質(zhì)作用的年齡、韌性剪切帶的重結(jié)晶作用的時代、剪切重熔混合巖和重熔花崗巖的年齡、垂直造山帶走向張性裂隙充填脈的年齡和兩個陸塊古地磁極移曲線變匯點的時代來限定碰撞造山的時代上限(李繼亮等,1999)。在這些時代標志中,蛇綠巖、高壓-超高壓變質(zhì)巖和花崗巖-火山巖的研究最容易獲得精確的同位素年齡,因此本文力圖在綜述南天山造山帶的蛇綠巖、高壓-超高壓變質(zhì)巖和花崗巖-火山巖年齡資料的基礎(chǔ)上,結(jié)合我們對高壓變質(zhì)巖的Ar-Ar定年和科克蘇河鉀長花崗巖鋯石U-Pb定年的新成果,討論其碰撞造山的時限。2南天山洋盆的形成時代南天山蛇綠巖呈外來推覆小巖塊形式產(chǎn)于高壓變質(zhì)巖層之中或散布在古生代地層之上,可以分為兩支(王作勛等,1990;GaoJetal.,1998)(圖1),北支沿長阿吾子-科克蘇河-達魯巴依-古洛溝-榆樹溝-銅花山-硫磺山一帶展布;南支西起中吉邊界的阿文庫、經(jīng)米斯布拉克、阿爾騰柯斯河中游、庫勒湖一鐵力買提達坂一科克鐵克達坂和獨庫公路歐西達坂至色日克牙依拉克,南北兩支可能為同一洋盆不同碎塊在造山期或后造山推覆就位至不同構(gòu)造部位(GaoJetal.,1998)。蛇綠巖中火成巖塊的獲得了一些同位素年齡數(shù)據(jù)。長阿吾子輝長巖輝石Ar-Ar坪年齡439Ma(郝杰和劉小漢,1993)、達魯巴依輝長巖鋯石Pb-Pb年齡590～600Ma(楊海波等,2005)、黑英山蛇綠巖中斜長角閃巖角閃石Ar-Ar坪年齡420Ma、倉格洛馬克約里蛇綠巖中斜長角閃巖角閃石Ar-Ar坪年齡430Ma(劉本培等,1996)、庫勒湖枕狀熔巖SHRIMP鋯石U-Pb年齡425Ma(龍靈利等,2006)、歐西達坂輝石閃長巖斜長石Ar-Ar坪年齡331Ma(王學潮等,1995)、古洛溝蛇綠巖中斜長花崗巖Rb-Sr等時線年齡358±15Ma、榆樹構(gòu)蛇綠混雜巖中麻粒巖鋯石的核部SHRIMPU-Pb年齡452～640Ma(周鼎武等,2004)、鋯石U-Pb年齡440Ma(王潤三等,1998)等表明南天山洋盆在晚前寒武-早古生代已經(jīng)形成,并至少延續(xù)到早石炭世。庫勒湖蛇綠混雜帶的硅質(zhì)巖中獲大量D2-C1的放射蟲化石(湯耀慶等,1995)、黑英山阿爾騰卡什組硅質(zhì)巖中大量早石炭世放射蟲化石(LiuY,2001)、阿文庫蛇綠巖硅質(zhì)巖的Palmatolepis(D3)和Drepanodus(O)牙形石、米斯布拉克蛇綠巖硅質(zhì)巖中的Polygnathus,Palmatolepisdelicatula(D3)牙形石等也證實南天山洋可能一直延續(xù)到早石炭世末。我國境內(nèi)的古生代南天山洋可能與吉爾吉斯-哈薩克斯坦-烏茲別克斯坦南天山的吉爾吉斯-帕爾斯坦洋(何國琦等,2001)和Turkestan洋(BrookfieldME,2000)相連。南天山洋的性質(zhì)可能為一陸間的寬闊大洋盆(郝杰和劉小漢,1993)、有限洋盆(王作勛等,1990;肖序常等,1992)或弧后洋盆(高長林等,1995;ChenCMetal.,1999;郭召杰等,1993;董云鵬等,2005)。3山高壓變質(zhì)帶的地球化學特征南天山造山帶中沿中天山南緣縫合帶近東西向展布有一條約200km的高壓-超高壓變質(zhì)帶(圖2),西出國境,可能與吉爾吉斯國阿特巴什藍片巖-榴輝巖帶(TagiriMetal.,1995)和塔吉克斯坦南天山Fan-Karategin藍片巖帶相連(VolkovaNIandBudanovVI.,1999),東去則可能與榆樹溝高壓麻粒巖(王潤三等,1999;ShuLSetal.,2004)和庫米什銅花山藍片巖殘跡相接(高俊等,1993)。該帶的藍片巖、榴輝巖相巖石、綠片巖、大理巖和超基性巖構(gòu)成了伊犁中天山板塊南緣古生代B型俯沖帶增生楔內(nèi)的變質(zhì)俯沖雜巖,被認為是南天山洋向伊犁中天山板塊下俯沖和塔里木與伊犁地塊碰撞造山的產(chǎn)物(GaoJetal.,1995;1999;KlemdRetal.,2005;張立飛等,2005)。部分藍片巖和榴輝巖中穿插有大量網(wǎng)絡狀榴輝質(zhì)脈體,指示高壓-超高壓變質(zhì)過程中有強烈的流體活動(GaoJandKlemd,2001;黃德志等,2004;黃德志等,2006;熊賢明等,2006;JohnTetal.,2006)。自榴輝巖在西天山高壓變質(zhì)帶發(fā)現(xiàn)以來(高俊,1997),對該帶的巖石組成、原巖類型、變質(zhì)礦物、變質(zhì)作用PTt軌跡特征已經(jīng)進行了較系統(tǒng)研究,取得了大量創(chuàng)新成果。藍片巖和榴輝巖的巖相學和常量、微量、稀土元素地球化學研究表明其原巖有N-MORB、E-MORB、OIB、基性火山碎屑巖、硬砂巖等類型(GaoJandKlemdR,2003;艾永亮等,2005)。榴輝巖相巖石經(jīng)歷了硬柱石-藍片巖相和綠簾石-藍片巖相進變質(zhì)作用,達到峰期榴輝巖相(530±20℃,1.6～1.9GPa(GaoJetal.,1999;張立飛等,2000;KlemdRetal.,2002;KlemdR,2003;WeiCJetal.,2003);退變質(zhì)經(jīng)歷了近等溫降壓過程,由綠簾石-藍片巖相至綠片巖相。其中峰期榴輝巖相的溫壓條件也可能達到560～600℃、5GPa,退變質(zhì)經(jīng)598～496℃、2.6GPa到后期綠簾石-藍片巖相至綠片巖相(ZhangLetal.,2003;張立飛等,2005)。榴輝巖呈薄層狀、透鏡體、布丁狀、厚層狀或大巖塊(平面上>2km2)(GaoJetal.,1999)。其中大巖塊實際由典型榴輝巖(石榴石+綠輝石>70%)、含綠輝石藍閃石巖、藍片巖和穿插它們之中的網(wǎng)絡狀榴輝質(zhì)脈體共同組成(GaoJandKlemd,2003)。這次測年樣品采自大巖塊的西南側(cè)(圖2)。測試實驗在中國地質(zhì)科學院地質(zhì)研究所Ar-Ar同位素實驗室完成,結(jié)果見表1和圖3。樣品GC8-2含綠輝石榴黝簾藍閃石巖的藍閃石Ar-Ar坪年齡345Ma,GC9-l石榴黝簾藍閃白云母片巖的白云母Ar-Ar坪年齡334Ma,GC9-3含方解石榴藍閃白云母鈉長片巖的白云母Ar-Ar坪年齡317Ma,GC8-5石榴白云母黝簾藍閃石巖的白云母Ar-Ar坪年齡310Ma。藍閃石的坪年齡與榴輝巖Sm-Nd等時線年齡343+44Ma(綠輝石-藍閃石-石榴石-全巖)和346+3Ma(石榴石-藍閃石)(GaoJandKlemd,2003)一致,白云母的坪年齡與Rb-Sr白云母-全巖等時線年齡313～302Ma(KlemdRetal.,2005)和前期獲得的坪年齡(GaoJandKlemd,2003)也相似。此外,高壓變質(zhì)帶的長阿吾子藍片巖藍閃石Ar-Ar坪年齡350Ma(肖序常等,1992)、科克蘇藍片巖藍閃石Ar-Ar坪年齡345Ma(湯耀慶等,1995)、穹庫什太藍片巖多硅白云母Ar-Ar坪年齡415Ma(湯耀慶等,1995)、阿克牙子河藍片巖藍閃石Ar-Ar坪年齡401～344Ma(高俊等,2000)、多硅白云母Ar-Ar坪年齡381～331Ma(GaoJandKlemd,2003;高俊等,2000)。榆樹溝麻粒巖鋯石邊部獲得SHRIMPU-Pb年齡390～392Ma(周鼎武等,2004)、庫米什銅花山藍片巖獲藍閃石Ar-Ar坪年齡360Ma(劉斌等,2003)。但最近榴輝巖獲得錯石核部年齡SHRIMPU-Pb年齡413～310Ma、變質(zhì)泥質(zhì)巖鋯石核部年齡1886Ma、鋯石的邊部年齡233～225Ma(ZhangLFetal.,2005)。吉爾吉斯Atabashi榴輝巖Rb-Sr等時線年齡(石榴石-綠輝石-多硅白云母-全巖)為267Ma(TagiriMetal.,1995)?？傊?我們根據(jù)西天山阿克牙子河上游含藍閃石榴輝巖的一致Sm-Nd礦物-全巖等時線年齡和藍閃石Ar-Ar坪年齡,判斷榴輝巖的峰期變質(zhì)可能發(fā)生在早石炭世(345Ma)。4晚古生代火山巖形成時代古生代侵入巖和火山巖主要沿中天山南緣斷裂北側(cè)的那拉提山-額爾賓山分布,為同造山的加里東和海西期花崗巖-火山巖帶-中天山南緣花崗巖-火山巖帶(圖4,王作勛等,1990;肖序常等,1992;ZhouDetal.,2002);沿塔里木北緣的哈爾克山南坡-霍拉山一帶分布,稱南天山花崗巖-堿性巖帶(圖4,ColemanRG,1989;劉楚雄等,2004)。中天山南緣帶中,新源那拉提山二長花崗巖鋯石SHRIMPU-Pb年齡436Ma(朱志新等,2006)、巴倫臺北糜棱巖化花崗巖鋯石SHRIMPU-Pb年齡416～405Ma(楊天南等,2006)、庫米什北中天山花崗閃長巖鋯石U-Pb年齡415～398Ma(HopsonCetal.,1989)等證實了早古生代花崗巖帶的存在。中天山南緣帶中,晚古生代花崗巖時代依據(jù)多為K-Ar或Ar-Ar年齡,如那拉提山花崗巖黑云母Ar-Ar坪年齡為355Ma(郝杰和劉小漢,1993),僅獲西段木札爾特河阿拉散混合花崗巖鋯石和榍石U-Pb年齡383Ma(中國科學院登山科學考察隊,1985)和新源那拉提山二長花崗巖鋯石SHRIMPU-Pb年齡370～366Ma(朱志新等,2006)。肖序常等(1992)認為晚古生代花崗巖形成于造山過程,而夏祖春等(2005)則認為所有石炭-二疊紀花崗巖都為后碰撞大陸裂谷作用的產(chǎn)物。張增杰等(2002)將天山海西花崗巖分為幔源型、同熔型、改造型和A型,其中富鋁改造亞型為陸塊碰撞拼合的標志、A型(<280Ma)為造山運動結(jié)束的標志。我們新獲得科克蘇河的后造山堿性鉀長花崗巖鋯石單顆粒U-Pb年齡280～266Ma(表2)。最近,拉爾敦達坂的新源縣南那拉提山大哈拉軍山組火山巖獲得錯石SHRIMPU-Pb年齡354～313Ma,微量元素地球化學研究結(jié)果認為火山巖為島弧型(朱永峰等,2005)。趙振華等(2003)獲得那拉提山-阿吾拉勒山一帶的火山-淺侵位巖漿巖Ar-Ar年齡306～250Ma,認為其記錄了西天山由碰撞造山向后碰撞伸展拉張的轉(zhuǎn)換事件。南天山巴音布魯克東、野云溝、庫米什一帶的490～380Ma(鋯石U-Pb)花崗巖的形成可能與南天山洋的擴張過程有關(guān),或與早古生代的一次造山過程的晚期伸展階段有關(guān)(韓寶福等,2004)。庫爾勒西435Ma花崗閃長巖的低εNd值(-8)、高Sr初始比(0.707)(HopsonCetal,1989)能說明該巖體形成于上述地球動力學過程中。塔里木北緣南天山一帶的堿性侵入巖帶形成于后造山的拉張構(gòu)造環(huán)境,黑英山克其克果勒霓霞正長巖獲得鋯石單顆粒U-Pb年齡275Ma、依南里克黑云霞石歪長偉晶巖獲得鋯石單顆粒U-Pb年齡273Ma(劉楚雄等,2004)。姜常義等(1999)認為南天山298Ma閃長巖和284Ma似斑狀花崗巖為碰撞造山作用的產(chǎn)物,而264～260Ma的堿性花崗巖則是后碰撞大陸伸展作用的記錄。吉爾吉斯南天山亦分布有273～269Ma后碰撞堿性花崗巖(SolSolomovichLIetal.,2002)。南天山山前的二疊紀中酸性花崗巖-火山巖帶則有認識為塔里木和伊犁中天山A型俯沖的陸內(nèi)弧產(chǎn)物(陳漢林等,1998)。而塔里木盆地內(nèi)部的二疊紀基性巖帶是大陸內(nèi)部裂谷作用的產(chǎn)物(陳漢林等,1997)。5峰期榴輝巖相變質(zhì)南天山蛇綠巖中火成巖塊的年齡和硅質(zhì)巖中放射蟲化石基本可以推定南天山洋盆在晚前寒武-早古生代已經(jīng)形成,并至少延續(xù)到早石炭世(圖5a,b,c)。Lietal.(2002)在阿合奇縣與基性火山巖共生的Aiketik群硅質(zhì)巖中發(fā)現(xiàn)的放射蟲化石延續(xù)時間長,從志留-泥盆紀-早石炭至二疊紀末,其中多數(shù)種屬只分布于早石炭世,Albaillellasp.和Latentifstulidategen.et.sp.lndet.分布于早石炭世至二疊紀末,1個可疑種屬(AlbaillellaexcelsaIshiga,KitoandImoto?)只分布于晚二疊世。由此可見這些放射蟲化石的時代跨度較長,難以僅此根據(jù)判斷南天山洋盆一直延續(xù)到二疊紀末。同一地層中與硅質(zhì)巖互層的安山巖坪年齡428Ma(龔福華等,2003)和蛇綠巖硅質(zhì)巖的晚泥盆世牙形石也支持南天山洋盆可能延續(xù)到早石炭世。雖然低溫榴輝巖因封閉溫度低出現(xiàn)Sm-Nd體系的不平衡,進而影響精確年齡數(shù)據(jù)的獲得(SchmadickeEetal.,1995),高壓-超高壓變質(zhì)巖中的白云母可能出現(xiàn)Ar-Ar體系的過剩Ar問題(LiSetal,1994),但根據(jù)西天山阿克牙子河上游含藍閃石榴輝巖的一致Sm-Nd礦物-全巖等時線年齡和藍閃石Ar-Ar坪年齡,可以判斷榴輝巖的峰期變質(zhì)發(fā)生在早石炭世(345Ma)。本文獲得的Ar-Ar坪年齡335～310Ma和前人白云母的坪年齡與Rb-Sr白云母-全巖等時線年齡313～302Ma(KlemdRetal.,2005)代表高壓變質(zhì)巖石折返到淺構(gòu)造層次(綠片巖相)的時間。該年齡應晚于碰撞開始的時間,可能代表碰撞過程的晚期,或碰撞向后碰撞轉(zhuǎn)換的時期。至于榴輝巖中鋯石的邊部年齡233～225Ma年齡(張立飛等,2005),可能由于鋯石可以因為后期流體作用在低溫下生長(～250℃,RasmussenB,2005),影響了年齡代表的地質(zhì)意義的正確判斷。天山天格爾糜棱巖化花崗巖中鋯石也廣泛發(fā)育熱液蝕變的邊,朱永峰和宋彪(2006)研究認為邊部年齡代表花崗巖經(jīng)歷糜棱巖化時流體交代的年齡,不代表花崗巖的結(jié)晶年齡。這也說明巖石中鋯石邊部的成因復雜,鋯石的邊部年齡的意義具有多解性。長阿吾子榴輝巖退變質(zhì)過程中形成的異剝鈣榴巖中鋯石核部年齡422～291Ma,291Ma可能代表異剝鈣榴巖化退變質(zhì)年齡;廣泛的異剝鈣榴巖化(200～350℃,2～6kbar)發(fā)生于峰期榴輝巖相變質(zhì)之后(李旭平等,2003;LiXPetal.,2005)。從另一個側(cè)面證實峰期榴輝巖相變質(zhì)時間早于290Ma。高壓變質(zhì)帶北側(cè)的高溫變質(zhì)帶中麻粒巖鋯石SHRIMPU-Pb年齡290～280Ma(李強等,2004)也說明俯沖碰撞事件(峰期榴輝巖相變質(zhì))的時間為古生代,而不是三疊紀。中天山南緣那拉提山二長花崗巖鋯石436Ma年齡(朱志新等,2006)表明南天山洋至少在早志留世已經(jīng)開始向伊犁-中天山板塊下俯沖。那拉提山一帶的上志留統(tǒng)巴音布魯克組島弧型火山巖(GaoJetal.,1998)也證實了南天山洋早古生代的俯沖事件的存在。黑云母花崗巖、二長花崗巖、花崗閃長巖等俯沖型花崗巖類的年齡自436Ma自355Ma(中國科學院登山科學考察隊,1985;HopsonCal.,1989;朱志新等,2006;楊天南等,2006)均有產(chǎn)