中國大陸西部中央造山帶的形成與演化

中國大陸西部中央造山帶的形成與演化

全球結構研究的深入為古代大陸的恢復和重建提供了更多的科學合理。關于中國的古陸塊在岡瓦納超大陸再造圖中的位置,Li等(2001)在早寒武世(～530Ma)的重建中指出,岡瓦納超大陸最后的拼合在560～540Ma,并且在530Ma開始沿原始太平洋(Palaeo-Pacific)西部邊緣向岡瓦納超大陸一側俯沖,與此同時北中國(NCB)、南中國(SCB)和塔里木(TRM)等諸地體自530Ma開始由岡瓦納超大陸的東側向西側轉移,在岡瓦納超大陸與西伯利亞、波羅的陸塊之間的始特提斯洋的東南緣形成環(huán)繞岡瓦納超大陸的“地體群”(Lietal.,2001)。Gradstein等(2004)在早寒武世、中奧陶世和早中泥盆世的古大陸復原圖中標明了在岡瓦納超大陸的西(或西北)側(即始特提斯洋東或東北緣)存在一條包括北中國(NCB)、南中國(SCB)和塔里木(TRMB)等諸陸體構成的、延長數千千米的“地體群”。而始特提斯洋向西北俯沖又形成西伯利亞大陸外緣(包括哈薩克斯坦和蒙古弧在內)的規(guī)模較小的“地體群”。Raumer等(2002)通過新的古地磁研究,提出在490Ma期間,Laurentia和Baltica陸塊拼合(加里東造山)之前,始特提斯洋盆的俯沖在岡瓦那大陸周緣形成多地體/島弧群;而在420Ma(華力西造山作用之前),岡瓦納大陸周緣的多地體/島弧群拼合,形成早古生代造山帶(圖1)。那么這一“地體/島弧群”究竟由哪些地體組成?包含了哪些島弧?位于北中國板塊群(NCBs)和南中國板塊群(SCBs)之間的中央造山帶(COB)是中國大陸一條十分醒目而又極其重要的巨型(長達5000km)構造帶。中央造山帶是一條經歷了早古生代、早中生代兩次主要碰撞造山以及白堊紀以來的陸內造山過程而構筑成的典型的“復合造山帶”(許志琴等,1986;張國偉等,2001),活動歷史長達600Ma。特別是該帶中發(fā)現世界最大規(guī)模的中央超高壓變質帶及其兩期超高壓變質作用(楊經綏等,2003;Yangetal.,2005),揭示了中央造山帶的形成還經歷了板塊會聚邊界洋殼和陸殼俯沖乃至深俯沖至100km以上地幔深處的兩次重要的地質事件。北中國板塊群(NCBs)包括中朝板塊(SKB)、阿拉善板塊(ALSB)和塔里木板塊(TRMB),南中國板塊群(SCBs)包括揚子板塊(YZB)、華南(HNB)和羌塘板塊(QTB)。位于兩板塊群之間的中央造山帶結構復雜,大體上可分為北帶和南帶兩個單元:北帶——北中央早古生代碰撞造山帶綿延4500km,由早古生代期間祁連地體、柴達木地體、東昆侖北地體、東昆侖南地體、北秦嶺地體、西昆侖北地體和西昆侖南地體等在泥盆紀時期相互拼合、碰撞,又與北中國板塊群拼貼,而形成了位于北中國板塊群南緣的窄長的早古生代(Pz1)碰撞造山帶。南帶——南中央早中生代碰撞造山帶是由揚子板塊和羌塘板塊被動陸緣之上的南秦嶺和巴顏喀拉-松潘甘孜復合地體組成,在早中生代(T—J1)時期與已固結的北中央早古生代(Pz1)碰撞造山帶再碰撞,形成南中央早中生代(T—J1)碰撞造山帶(圖1、2)。研究表明,南中央早中生代(T—J1)碰撞造山帶的碰撞時限為東段(T2)(Lietal.,1989,1994;Amesetal.,1993,1996;Cong,1996)早于西段(T3末)(許志琴等,1993;劉增乾等,1993)。問題的提出:組成北中央早古生代(Pz1)碰撞造山帶的諸多地體在中晚泥盆世碰撞前的新元古代—早古生代時期究竟位于何處?是否是“非原地”的岡瓦納大陸周緣的地體/島弧群的組成成員?它們與始特提斯洋盆有無關系?拼合碰撞時的位置在何處?又如何就位到現在的位置?超高壓變質帶是在什么背景下形成的?1學作用及作用過程北中央早古生代的地體構架具有“多地體、多島弧”組成及顯示“多洋盆、多俯沖、多碰撞/造山”的動力學作用過程。碰撞造山帶自西向東由西昆侖經阿爾金-祁連、柴達木、東昆侖到東面的北秦嶺-北大別延展,全長4000km,西被NEE-SWW向的阿爾金斷裂系左行切錯為“西昆侖”、“阿爾金”及“祁連-東昆侖”三段,東為NNE-SSW向的郯廬斷裂所限,在斷裂以東的蘇魯地區(qū)尚未找到早古生代造山帶的確切證據。1.1東侖北地體及北秦-東南角雜巖帶北中央早古生代地體構架包括西昆侖北地體、西昆侖南地體、阿爾金地體、祁連地體、柴達木地體、東昆侖北地體、東昆侖南地體和北秦嶺-北大別地體,地體邊界由俯沖雜巖帶和活動陸緣增生帶組成,自西往東分別為庫地、北阿爾金、南阿爾金、北祁連、柴北緣、祁曼塔格、昆中和丹鳳等早古生代俯沖雜巖帶和活動陸緣增生帶(許志琴等,2006a,2006b)。1.1.1生物源區(qū)與成礦時代寬240km、長600km的祁連地體位于阿拉善地體和柴達木地體之間,北側為北祁連早古生代俯沖雜巖帶和活動陸緣增生帶,南側為柴北緣早古生代俯沖雜巖帶和活動陸緣增生帶,以出露大面積前寒武紀變質基底巖石為特征,由高級變質巖系(高角閃巖相)及其上的震旦紀綠片巖相淺變質巖系組成。研究表明祁連地體的變質基底與柴北緣、柴達木、東昆侖北地體及揚子板塊變質基底類似,是晉寧期900～1000Ma羅迪尼亞超大陸形成時發(fā)育起來的(WanYushengetal.,2000),并經歷了700～800Ma的裂解事件(陸松年,2002;楊經綏等,2004)、疊置了早古生代變質事件(396～567Ma/Nd-Sr)(莊文星等,2002),并有早古生代花崗巖的侵入,表明老變質基底在早古生代再活化及卷入早古生代造山運動之中。于祁連地體中部廣泛分布的巨厚早古生代深水-半深水型的復理石巖系經受了早古生代晚期碰撞造山階段強烈褶皺,并被大量同碰撞造山及后造山“S”型花崗巖侵入。晚古生代至三疊紀沉積以陸相、海陸交互相-淺海相沉積為特征,三疊紀未期本區(qū)經歷了印支陸內造山運動,疊復在早古生代褶皺及花崗巖之上。1.1.2柴達木盆地基底基底柴達木地體為阿爾金地體、東昆侖北地體和祁連地體所圍限的三角形地帶,柴達木盆地資料揭示其基底主要由古老變質巖系組成,與東昆侖北地體變質基底相連,局部地區(qū)發(fā)育震旦紀及古生代蓋層,自早古生代至三疊紀,柴達木地區(qū)一直是相對隆起的古陸塊。1.1.3古生代構造巖系位于柴達木地體以南的東昆侖北地體呈東西向展布,長1000km,寬80～180km,其北部邊界為祁曼塔克早古生代俯沖雜巖帶/火山島弧巖漿帶,南部邊界為昆中早古生代俯沖雜巖帶/火山島弧巖漿帶,后期形成的東昆侖北緣逆沖斷裂使該地體往北推覆在柴達木盆地之上。東昆侖北地體以出露古老變質巖系為特征,下部是金水口群高角閃巖相-麻粒巖相變質巖系,上部不整合覆蓋淺變質的震旦紀—奧陶紀淺海、濱海相碎屑巖和碳酸鹽巖建造。金水口群深變質巖系原巖的同位素年齡值有1196～1990Ma(姜春發(fā)等,1992),最新的Ar-Ar同位素年齡資料指示金水口群麻粒巖年齡為460Ma及混合花崗巖的年齡為400Ma(U-Pb,張建新等,2003),表明柴達木-東昆侖地體的變質基底和祁連地體的變質基底一樣,經歷了早古生代變質作用。本帶分布有早古生代花崗巖(476～507Ma,Rb-Sr,青海省地質礦產局,1991)和疊置了具有島弧巖漿性質的三疊紀花崗巖帶(226～240Ma,U-Pb,39Ar-40Ar,許志琴等,2006b)。志留紀—中泥盆世時地體處于隆起狀態(tài),晚泥盆世發(fā)育巨厚陸相雜色碎屑巖,上部含中性火山巖和火山碎屑巖。石炭紀—二疊紀時期,地體處于相對穩(wěn)定階段,發(fā)育淺海相和海陸過渡相碎屑巖建造。1.1.4震旦紀—東昆侖南地體東昆侖南地體位于昆中和昆南-阿尼瑪卿縫合帶之間,在曾被認為是前震旦紀變質基底的由淺變質碎屑巖、火山巖和碳酸鹽巖的萬寶溝群(姜春發(fā)等,1992)中,發(fā)現早寒武世梅樹村階的小殼化石及大量圓管狀化石和可疑的板足類,因此把昆南最老的巖石定為震旦紀—寒武紀,可與揚子地區(qū)的震旦紀—寒武紀的生物群相對比。位于萬寶溝群之上是奧陶紀納斯臺群,由淺變質碎屑巖和碳酸鹽巖組成,可與揚子地區(qū)的奧陶紀生物群相對比,并反映了揚子被動陸緣盆地沉積環(huán)境。表明東昆侖南地體與揚子陸塊有親緣關系。東昆侖南地體的震旦紀—奧陶紀的地層強烈褶皺,伴隨綠片巖相的變質作用,為早古生代花崗巖(453Ma,許榮華等,1990)所侵入,并被晚泥盆世陸相沙礫巖及火山巖盆地不整合復蓋,標志著早古生代造山運動的結束。由于阿尼瑪卿古特提斯洋盆俯沖產生古特提斯的弧-溝盆體系(Xuetal.,2000),以及三疊紀末,強大的三疊紀造山運動使晚古生代—三疊紀地層產生具有向南造山極性的強烈褶皺和斷裂,并疊置在早古生代造山帶之上,形成典型的復合疊覆造山帶,并伴隨大量三疊紀碰撞型花崗巖的侵位。東昆侖南地體的南界為昆南-阿尼瑪卿古特提斯蛇綠巖帶(Yangetal.,1996)。1.1.5加里東沖刷雜巖帶位于青藏高原西北緣的阿爾金地體是為NEE-SWW向阿爾金主斷裂和阿爾金逆沖斷裂所局限的狹窄的山體,阿爾金地體為近EW向分布的古地質體所組成,并被上述斷裂所切割,并呈一定的交角。阿爾金地體北以北阿爾金(紅柳溝-拉配泉)早古生代俯沖雜巖帶與敦煌地體為界,南為南阿爾金加里東俯沖雜巖帶。阿爾金地體主要由古元古代阿爾金群及中、新元古界和震旦系所組成。阿爾金群為以角閃巖相為主的變質雜巖,中、新元古界主要由淺變質的穩(wěn)定大陸邊緣環(huán)境的碎屑巖、碳酸鹽巖夾少量火山巖所組成。在地體南側基底之上不整合覆蓋有O1～2生物灰?guī)r、碎屑巖。阿爾金地體中存在同位素年齡為431～457Ma(黑云母39Ar-40Ar,Sobeletal.,1999)的花崗巖,表明阿爾金地體是經歷了早古生代再活化作用的古老變質基底,與祁連地體北部的中祁連變質基底的特征基本一致。研究表明阿爾金地體與祁連地體具可對比性,阿爾金地體為祁連加里東造山帶的西延部分,它與祁連加里東造山帶的分開是由于印支期(240～220Ma)開始的阿爾金斷裂左行走滑運動(李海兵等,2001),以及至今的多次左行滑移,使阿爾金地體移置到現今位置。阿爾金地體相對祁連地體左行平移了400km(許志琴等,1999)。1.1.6庫地—西昆侖北地體西昆侖山位于青藏高原的西部,喜馬拉雅西構造結的東北部,北鄰塔里木盆地,南連喀拉昆侖山,東被阿爾金斷裂所切,為一條寬僅100km的近東西向的狹窄山體。西昆侖山由西昆侖北地體、西昆侖南地體及甜水海地體組成,西昆北亞地體的北面由前震旦紀片麻巖組成的鐵克里克逆沖推覆體,往北疊置在“和田-葉城”前陸盆地之上。西昆北地體與西昆南地體的界限為庫地—奧依塔格早古生代俯沖雜巖帶,西昆南地體的南界為康西瓦三疊紀俯沖雜巖帶,與甜水海地體(巴顏喀拉地體西段)相隔。西昆侖北地體最老的變質基底為鐵克里克群片麻巖、角閃巖和混合巖為主的結晶巖系,鐵克里克群高級片麻巖組成一個變質穹隆的核心,片麻巖的年齡為2261Ma(U-Pb,Zr)和2800Ma(Sm-Nb)(Matteetal.,1996)。其上為中、新元古代的片巖、片麻巖、大理巖夾少量石英巖、混合巖及變質中、基性火山巖和細碎屑巖。奧陶系到下志留統屬于深水陸棚相、斜坡相-斜坡扇相的沉積,下、中泥盆統為陸源碎屑巖夾碳酸鹽巖。上泥盆統以海相夾陸相雜色碎屑巖為主,頂部陸相夾層中產植物(新疆地質礦產局第一區(qū)調大隊)1。該帶的花崗閃長巖年齡為449±2.4Ma和474Ma(40Ar/39Ar)以及458Ma(U-Pb,Zr)(Matteetal.,1996),表明西昆北地體為早古生代碰撞造山帶。1.1.7相—西昆侖南地體西昆侖南地體是位于庫地—奧依塔格與康西瓦俯沖雜巖帶之間、寬15km的窄長地體,由開闊的古元古界中深變質的花崗片麻巖穹隆組成,Sm-Nd模式年齡為1800Ma,其上為低角閃巖相—綠片巖相的片巖、大理巖及變火山巖。花崗片麻巖還經歷了420～380Ma的變質作用及早、中泥盆世和三疊紀花崗巖的侵位(Matteetal.,1996),表明西昆南地體的變質基底卷入早古生代碰撞和后碰撞以及三疊紀再碰撞的疊置造山作用中。位于本地體南的康西瓦地區(qū)發(fā)現早古生代(428～445Ma)的孔茲巖系,鋯石SHRIMP同位素年代測試表明孔茲巖的碎屑鋯石來源于644～873Ma或更老的周緣古老變質基底剝蝕區(qū),并遭受三疊紀(250～210Ma)強烈的剪切應變(許志琴等,2001;XuZhiqinetal.,2005)。1.1.8北秦末北果期巖單元北秦嶺地體位于商丹斷裂帶與洛南-欒川-方城斷裂帶之間,東西延展1000km,南北寬度80～150km。北秦嶺的構造巖石地層單元以新太古代的太華群為變質基底,大陸邊緣裂谷相(Pt2～3)及擴張相(Z—S)沉積為蓋層組成北中國板塊的南部邊緣,由于Pz1古秦嶺洋殼的向北俯沖,形成以Pz1俯沖雜巖帶(蛇綠巖、俯沖滑脫帶及混雜堆積)、增生楔、火山巖漿島弧及弧后擴張組成的俯沖體系,包括二郎坪蛇綠巖和二郎坪群沉積-火山巖系(Pt3-Pz1)以及丹鳳蛇綠巖和丹鳳沉積-火山巖系(Pt3-Pz1)。丹鳳沉積-火山巖系(Pt3-Pz1)位于北秦嶺的秦嶺雜巖南側,從甘肅武山、天水到陜西至河南信陽千余千米連續(xù)出露,其中有島弧型蛇綠巖、島弧火山巖。在二郎坪群和丹鳳群之間夾持的秦嶺群變質雜巖(2226～2000Ma,張宗清等,1991)楔狀體可作為火山島弧建造的變質基底,由于南側洋殼向北連續(xù)俯沖,出現大量的420～340Ma花崗巖的侵位(張秋生,1980)。北秦嶺的構造格架顯示北帶為洛南-欒川逆沖推覆疊置巖片,中帶為寬坪逆沖推覆疊置巖片,南帶為秦嶺-北淮陽逆沖推覆疊置巖片,南帶的南緣以320～315Ma形成的丹鳳左行韌性走滑剪切帶(許志琴等,1986;XuZhiqinetal.,1986)與南秦嶺地體為界。中央造山帶的早古生代諸地體的邊界上疊置了后期形成的走滑韌性剪切帶及走滑斷裂,因此地體之間的相對位置的重建必須去除走滑構造的改造。譬如祁連地體與阿拉善地體之間、祁連地體與柴達木地體之間,東昆侖北地體與東昆侖南地體之間及西昆侖南地體南緣均發(fā)現400Ma以來形成的大型右行走滑構造(許志琴等,1997;Xuetal.,2002),揭示了在早古生代岡瓦納超大陸一側的早古生代諸地體與北中國、南中國陸塊很可能呈雁列形狀排列。1.2北緣早古生代地群的古生代劃分與地理重建組成北中央早古生代地體群的生物區(qū)系(圖3)的鑒別(姚建新等,2004)為討論北中央早古生代地體群的古環(huán)境提供有利的證據。1.2.1動物群結構分類在祁連地體和北祁連活動陸緣增生帶的中寒武世—奧陶紀地層由厚度大而變化快的海相火山巖及正常深水相沉積碎屑巖、碳酸鹽巖組成,在上述地區(qū)既有Anomocurella,Solenoparia,Proasaphiscus,Taizuia,Amphoton,Damesella,Bailiella等華北型分子,又有Dorypyge,Triplognostus,Hypagnostus,Ptychagnostus,Peronopsis,Proceratopyge,Pseudagnostus,Goniagnostus,Lejopyge?等華夏型、北美型和澳大利亞型分子,在動物群的性質上屬于過渡類型(甘肅省地質礦產局,1989;青海省地質礦產局,1991)。1.2.2金屬群、筆石動物群在祁連地體南部的歐龍布魯克地區(qū),中、晚寒武世動物群以華北型動物群分子為主,過渡型分子比較少見,屬于華北區(qū)系(青海省地質礦產局,1991)。但歐龍布魯克地區(qū)早奧陶世三葉蟲動物群有揚子區(qū)常見屬種、有波羅的海-斯堪的那維亞地區(qū)重要分子Megalaspidella和北美型分子。此時的歐龍布魯克三葉蟲動物已從單一的華北型動物群轉變?yōu)榛旌项愋偷膶偃?頭足類動物群仍以Armenoceras,Wutinoceras,Manchuroceras等北方型為主;筆石動物群與揚子區(qū)有一定差別,基本屬于與澳洲相似的華南型筆石動物群,其中的Pterograptuselegans多發(fā)現于寧國組、合克里摩里組中。中奧陶世三葉蟲動物群同時出現了揚子區(qū)Chisiloceras屬的分子混入,也體現了過渡類型動物群的性質。1.2.3震旦系—東昆侖南地體的早古生代生物區(qū)系在東昆侖南地體的萬寶溝群由下部火山巖組、中部碳酸鹽巖組和上部的碎屑巖組組成,由于在上部碎屑巖組底部發(fā)現小殼化石:Conothecasp.,AnabaritestrisulcatusMissarzhevsky,HyolithellustetenuisMissrzhevsky,Hyolithellussp.等,這些小殼化石與揚子地臺早寒武世梅樹村期標準化石相當,因此推測震旦系—寒武系界線置于萬寶溝群中部碳酸鹽巖組內,萬寶溝群的下部火山巖相當于揚子地體的耀嶺河群。由于發(fā)現中奧陶世早期的牙形石Pygodusanserinus為特征的動物群,表明東昆侖南地體震旦紀—中奧陶世早期可與南中國陸塊對比,而晚奧陶世生物群接近于華北型。1.2.4寒武紀—北秦嶺和南秦嶺地體的古生物區(qū)系北秦嶺地體的早奧陶世筆石動物群包括Didymograptus,D.filiformis,Etagraptusapproximates,Dictyonemamurragi,D.quadrangular,TetragraptusTetragraptusquadribrachiatrs等,其中既有揚子型分子,又有我國華夏型常見分子混入,屬于過渡類型筆石動物群。頭足類有Armenoceras,Saetoceras等,屬“珠角石類”和“前環(huán)角石類”混生的過渡類型。三葉蟲屬我國華中型和華南型分子混生的過渡類型三葉蟲動物群。中、晚奧陶世東秦嶺地區(qū)筆石動物群也歸“過渡類型”,頭足類僅出現在華中地區(qū),常見的Sinoceras屬的分子,三葉蟲動物群組合特點接近“揚子型”。南秦嶺北部中、上寒武統以碳酸鹽巖為主。中寒武世發(fā)育華北型三葉蟲Ptychopariidae、Solenopleuridae等,并開始出現過渡類型的屬(如:Erbia),如晚寒武世華北型非球結子類三葉蟲Damesellidae、Leiostegidae和過渡球結子類Homagnostus、Aspidagnostus等。在南秦嶺南部早寒武世生物群基本屬于過渡類型,大巴山地區(qū)中、晚寒武世生物群以三葉蟲Chittidill和Kunmingaspis為主,與揚子區(qū)生物群比較相近;南秦嶺奧陶系為灰?guī)r、火山巖、泥質粉砂巖、鈣質白云巖及生物礁灰?guī)r,生物群為華南紅花園組典型分子,中、上奧陶統動物區(qū)系總體面貌與歐洲類似,屬過渡型動物群?？傊?秦嶺地區(qū)寒武紀—奧陶紀生物群面貌基本上類似于過渡類型(陜西省地質礦產局,1989;河南省地質礦產局,1989)。上述表明北中央早古生代碰撞造山帶中地體群的早古生代生物區(qū)系基本體現了過渡型動物群的性質,并與岡瓦納大陸澳大利亞以及北中國和揚子等陸塊相距不遠,反映與始特提斯洋盆海水相通的古地理環(huán)境。2事故構造的構造帶研究表明,北中央早古生代地體群中地體的邊界分為兩部分:一部分為蛇綠巖帶、高壓-超高壓變質帶和混雜堆積組成的俯沖雜巖帶,另一部分是由早古生代火山島弧、弧前增生楔和弧后盆地構成的活動陸緣增生帶。在北中央早古生代碰撞造山帶中,起碼有八條這樣的帶:位于阿拉善地體與祁連地體之間的北祁連俯沖雜巖帶和活動陸緣增生帶、位于祁連地體與柴達木地體之間的柴北緣俯沖雜巖帶和活動陸緣增生帶、位于柴達木地體與東昆侖北地體之間的祁曼塔格俯沖雜巖帶和活動陸緣增生帶、位于東昆侖北地體與東昆侖南地體之間的昆中俯沖雜巖帶和活動陸緣增生帶、位于敦煌地體與阿爾金地體之間的北阿爾金俯沖雜巖帶和活動陸緣增生帶、位于阿爾金地體以南的南阿爾金俯沖雜巖帶和活動陸緣增生帶、位于西昆侖北地體和西昆侖南地體之間的庫地俯沖雜巖帶和活動陸緣島弧帶及位于北秦嶺南緣的俯沖雜巖帶和活動陸緣增生帶。上述邊界的組成、性質和形成時限的研究是確定北中央早古生代地體群中多島弧帶、多蛇綠巖帶的基礎。2.1北緣早古生代地體群中的多島弧帶和蛇綠巖帶2.1.1北齊連-北阿爾金火山島拱帶和蛇綠巖帶2.1.1.島弧鈣性火山巖系北祁連早古生代活動陸緣增生帶位于阿拉善地體與祁連地體之間,發(fā)育寬60～80km的十分完善的“弧-溝-盆”體系,包括火山島弧帶、弧前增生楔、弧后盆地,它們與由蛇綠巖、高壓變質帶、混雜堆積組成的俯沖雜巖帶相伴隨。根據早古生代“弧-溝-盆”格局的展布及具有造山極性的早古生代韌性逆沖構造研究,表明阿拉善與祁連之間曾有洋盆存在和祁連地體曾俯沖于阿拉善陸塊之下,北祁連早古生代造山帶的形成經歷了“弧-陸”碰撞的演化階段(Xuetal.,2000)。北祁連火山島弧帶主要沿走廊南山主脊分布,向東經永登可延至白銀廠地區(qū),并顯示出平行于造山帶走向島鏈狀分布特點,由基性、中性及酸性火山巖及火山碎屑巖組成,下部為島弧型拉斑玄武巖,形成時期為486～466Ma;中上部以中性火山巖為主的島弧鈣堿性火山巖系演變?yōu)閴A性火山巖為主的橄欖玄粗巖系,形成時間是457～445Ma(夏林圻等,1996,1998)。北祁連火山島弧主要形成于486～445Ma。在北祁連火山島弧北側沿一條自東往西由甘肅景泰縣老虎山—民樂扁都口—張掖蘇優(yōu)河—肅南大坂—白泉門—九個泉—擺浪河—嘉峪關榆樹溝全長300多千米的完整蛇綠巖序列,自下而上為斜輝橄欖巖、堆晶輝石巖和輝長巖、枕狀熔巖及凝灰?guī)r、硅質板巖,形成時代為469～450Ma,代表了弧后盆地擴張脊型的海相火山巖(夏林圻等,1996,1998)。分布在走廊南山的北祁連早古生代花崗巖組合為石英閃長巖-英云閃長巖、石英二長閃長巖-石英二長巖,為典型的鈣堿性系列巖石組合和I型花崗巖,微量元素配分模式顯示具有明顯的Nb負異常,和弱的P、Ti負異常,說明巖漿源來源島弧玄武巖。北祁連早古生代托萊山-達坂山蛇綠巖帶(肖序常等,1978;Wuetal.,1993)沿托萊山及北坡的三岔什、玉石溝、酸刺溝、油葫蘆溝、門源的紅溝、達坂山一帶分布,向西可延至肅北的三個泉,向東在門源以東消失(被斷層所切割或被后期地層覆蓋)。主要由地幔橄欖巖、堆晶輝長巖、輝綠巖、枕狀熔巖和夾雜在其中的硅質巖以及混雜堆積巖組成,地幔橄欖巖為方輝橄欖巖,具LREE富集和Eu虧損的REE配分模式,具典型的MORB特征。橄欖巖、輝長巖及硅質巖塊代表始特提斯洋殘片,可能還有一些具滑塌堆積特征的碎屑巖以及增生過程疊置在俯沖增生雜巖中的火山鏈殘片,它們普遍遭受綠片巖到藍片巖相的變質作用,構成早古生代俯沖-增生楔的深部巖石,為俯沖作用過程中板底墊托作用的產物。北祁連洋盆開裂及形成的時代最早被推斷為新元古代至早奧陶世(522～495Ma,Sm-Nd,夏林圻等,1996),最近獲得與北祁連蛇綠巖相連的北阿爾金帶蛇綠巖中洋島玄武巖塊的全巖Sm-Nd等時線年齡524Ma,蛇綠巖中輝長巖U-Pb年齡553Ma(劉良等,1999),玉石溝輝長巖的鋯石的SHRIMPU-Pb定年為550±17Ma(史仁燈等,2004b),確定蛇綠巖形成的時代為早震旦世。2.1.1.酸性火山巖形成環(huán)境北阿爾金火山島弧帶位于敦煌地體與阿爾金地塊之間,呈東西走向,西起紅柳溝口東至拉配泉,寬8～12km,長達60km。北部為北阿爾金早古生代火山島弧巖漿帶,呈窄長條東西向延伸,最寬4km,由鈣堿系列中酸性火山巖組成,被436Ma的花崗巖漿侵入。在北阿爾金早古生代俯沖雜巖帶及其兩側的花崗巖中,存在堿性與亞堿性系列的過渡類型巖石組合,以富集K、Rb、Ba、Th和虧損Y、Yb以及Ce、Sm相對Ta、Nb、Hf、Zr、Y、Yb富集為特征,為典型的火山弧型花崗巖的特征。根據Collins等(1982)的Na2O-K2O圖解、Pearce圖解和White等(1977)A-C-F圖解判別,屬I型花崗巖類,落入火山弧區(qū),因此北阿爾金地帶存在火山島弧I型花崗巖形成的洋殼俯沖環(huán)境。紅柳溝碰撞型花崗巖鋯石SHRIMPU-Pb的平均年齡為445.5Ma,屬晚奧陶世,因此洋殼俯沖導致的火山巖漿活動時間應早于這個時代。2.1.2柴北緣的晚寒武世—柴北緣-南阿爾金火山島弧帶和蛇綠巖帶柴北緣:早古生代火山和火山沉積巖系沿小塞什騰山—塞什騰山—錫鐵山—都蘭斷續(xù)分布,延伸約600km,寬度僅十幾千米,十分狹窄。柴北緣火山巖以玄武巖為主,中酸性火山巖為次,屬鈣堿性系列,形成的構造環(huán)境應為火山島弧。根據侵入灘澗山群的輝長巖中鋯石U-Pb同位素年齡496.3±6.3Ma(袁桂邦等,2002)及中酸性火山巖的鋯石U-Pb年齡為486±13Ma(李懷坤等,1999),灘澗山群島弧拉斑玄武巖的鋯石LAICP-MS法U-Pb年齡約514.2±8.5Ma(史仁燈等,2004a),說明洋殼俯沖產生的火山島弧時間可能是晚寒武世—早奧陶世。沿柴北緣傲嶗山-綠梁山一帶還發(fā)現與火山巖伴隨的鈣堿系列的I型花崗巖,其稀土配分模式圖顯示輕稀土富集、無明顯Eu異常的右傾型,微量元素蛛網圖具明顯的Nb、P、Ti負異常和Ba的正異常,顯示出島弧巖漿或活動大陸邊緣巖漿的特征。根據傲嘮山I型花崗巖的鋯石SHRIMP年齡496±7.6～445±15.3Ma,加權平均值570Ma(吳才來等,2001),表明I型花崗巖形成時代與島弧火山活動時限相當。經研究,已發(fā)現紀錄羅迪尼亞超大陸裂解的柴北緣蛇綠巖直接證據,年齡為新元古代(768～780Ma,楊經綏等,2004),至今沒有發(fā)現柴北緣早古生代蛇綠巖,根據早古生代火山島弧的存在以及都蘭片麻巖鋯石中柯石英的發(fā)現(陸殼深俯沖標志),推測代表早古生代洋殼的蛇綠巖曾經俯沖、消減,并拽動柴達木地體陸殼深俯沖,形成超高壓變質巖石。南阿爾金:蛇綠巖帶沿阿爾金山脈南坡的WSW-ENE向阿爾金主斷裂,東起拉配泉,經花土溝、茫崖,向西可能延至于田縣阿帕一帶,全長1000km。蛇綠巖帶中地幔橄欖巖主要出露在茫崖一帶,熔巖廣泛出露在拉配泉—花土溝一帶,拉配泉的熔巖和巖墻主要落在MORB和少量OIB區(qū)間,判定拉配泉熔巖和巖墻形成的構造背景類似于大西洋脊的堿性玄武巖和島弧拉斑玄武巖(楊經綏等,2004),花土溝熔巖指示了洋島構造環(huán)境。劉良等(1998)研究了南阿爾金茫崖一帶的基性火山巖的巖石化學及Sm-Nd同位素,取得481Ma的蛇綠巖形成時代。2.1.3安山巖、山巖柴達木與昆北之間東西向分布的祁漫塔格帶是以發(fā)育巨厚的中奧陶世的淺海-深海相碎屑巖、碳酸鹽巖及大規(guī)模的玄武巖、安山巖及其火山碎屑巖為特征,根據玄武巖稀土元素分布模式總趨勢為輕稀土元素略虧損的平坦型,與洋脊玄武巖相似,安山巖輕稀土富集,具輕微Nb負異常,明顯的Ti、P負異常,代表洋中脊和島弧的構造背景(楊金中等,2000),為活動陸緣島弧帶存在的標志。2.1.4巖石地球化學特征位于西昆侖北地體與西昆侖南地體之間的庫地-奧依塔格蛇綠混雜巖帶由超鎂鐵巖、鎂鐵質堆積巖、基性巖墻群,以及代表擴張洋脊的洋底拉斑玄武巖、代表洋底沉積的硅質泥巖及代表島弧火山巖系的安山巖、安山玄武巖、安山質火山碎屑巖、火山集塊巖組成(姜春發(fā)等,1992;丁道桂等,1996)。據巖石地球化學特征,大部分位于大洋拉斑玄武巖區(qū)內,部分位于與島弧拉斑玄武巖過渡區(qū)內(肖序常等,2003)。丁道桂等(1996)認為庫地-奧依塔格蛇綠混雜巖帶可能代表了震旦紀到下古生代洋盆擴張、消減的構造環(huán)境。最近肖序常等(2003)根據庫地蛇綠巖枕狀熔巖的硅質巖夾層中發(fā)現早古生代(O3—S)放射蟲(Entactiniasp.,Spumellariasp.)(周輝,1998),以及石英輝長巖的鋯石SHRIMPU-Pb定年510±4Ma,也認為庫地-奧依塔格蛇綠巖形成時限為新元古代至早古生代。2.1.5礦物學一般特征姜春發(fā)等(1992)曾認為昆北與昆南之間的昆中斷裂東段的清水泉地區(qū)的早古生代蛇綠巖帶為早古生代的縫合帶。進一步研究表明昆中東段的清水泉的橄欖巖不屬于洋殼型的虧損地幔橄欖巖,可能為島弧蛇綠巖,與清水泉橄欖巖共生的輝石變粒巖的U-Pb年齡為530±26Ma和518±36Ma(YangJingsuietal.,1996),清水泉的基性巖屬拉斑玄武巖系列巖石,稀土元素出現LREE輕度富集、REE相對平坦模式,屬于島弧玄武巖類型;位于萬寶溝基性熔巖西北部的德那托布和灶火河花崗巖均屬鈣堿性系列,稀土元素配分模式證實了它們具島弧花崗巖特征。2.1.6島弧火山天水-丹鳳火山島弧帶從西秦嶺天水向東延至東秦嶺的鹽田水—周至—商縣—丹鳳—商南一線。研究表明天水蛇綠混雜巖變質中基性巖漿雜巖(變質輝長巖-輝長閃長巖-閃長巖)形成于島弧構造環(huán)境,TIMS法U-Pb同位素年齡為507.5±3.0Ma(裴先治等,2004)。丹鳳火山巖為洋內島弧火山活動產物(張成立等,1994,張旗等,1995),形成于500Ma(張國偉等,2001)。位于秦嶺群以北二郎坪群基性火山熔巖為島弧火山巖,SHRIMP測年為466.7±7.4Ma,伴隨島弧火山巖的“A”型巖漿巖的TIMS法U-Pb年齡是514.3±1.3Ma(陸松年等,2004)。上述活動陸緣島弧帶中,除了北祁連活動陸緣島弧帶發(fā)育完善,寬達50～60km,其他帶明顯狹窄,昆中、庫地-奧依塔格和祁曼塔格的蛇綠巖和火山島弧巖石已經混雜在一起,成為俯沖雜巖帶的組成成員。其中根據對比指出北阿爾金蛇綠巖帶與北祁連蛇綠巖帶為被阿爾金斷裂錯開的兩條蛇綠巖帶(許志琴等,1999)。2.2弧前小洋盆與外側基特提斯洋盆的關系北中央早古生代諸地體之間代表具有MORB洋殼殘片的多條蛇綠巖帶存在表明在地體/島弧帶之間存在一系列的弧前小洋盆。代表北中央早古生代多蛇綠巖這些弧前小洋盆可分別稱作北祁連-北阿爾金弧前小洋盆、柴北緣-南阿爾金弧前小洋盆、祁曼塔格弧前小洋盆、昆中弧前小洋盆和庫地弧前小洋盆等,弧前小洋盆形成時代早于500Ma。根據北中央早古生代碰撞造山帶中地體群與弧前沉積盆地中過渡性的早古生代過渡型動物群的存在,表明它們所在位置與岡瓦納大陸澳大利亞以及北中國和揚子等陸塊相距不遠,反映弧前小洋盆與外側始特提斯洋盆海水相通的古地理環(huán)境。諸多的火山島弧群和俯沖雜巖帶則是始特提斯洋盆和與其有關的弧前小洋盆俯沖的產物。測年結果初步表明代表弧前小洋盆群的擴張大致在新元古代—寒武紀,俯沖時期大約500～440Ma,而且弧前小洋盆群的俯沖及活動陸緣島弧群的形成時代可能存在自昆中→柴北緣→北祁連方向漸新(510～490Ma→460～440Ma)的趨勢(圖4)。3柴北緣-南阿爾金現行巖帶在北中央早古生代造山帶中的北祁連-北阿爾金俯沖雜巖帶以高壓變質帶為特征,而柴北緣-南阿爾金俯沖雜巖帶以超高壓變質帶為標志。它們的形成與北祁連-北阿爾金和柴北緣-南阿爾金蛇綠巖所代表的弧前小洋盆的俯沖和深俯沖有關。3.1高壓、低溫藍片巖帶與北祁連蛇綠巖伴隨的北祁連高壓/低溫變質帶由高級藍片巖和低級藍片巖組成(吳漢泉,1982;Wuetal.,1993;宋述光等,2004),高級藍片巖位于南部的走廊南山一帶,有各種不同原巖變質的藍片巖和榴輝巖,藍片巖的原巖為硬砂巖、大理巖及蛇綠巖,綠簾石藍片巖的形成溫度t>350℃,p=0.7GPa,榴輝巖的形成溫壓條件t=480～550℃,p=1.8～2.5GPa,研究表明榴輝巖的原巖為N-MORB型大洋玄武巖(宋述光等,2004)。另外在該帶北部的甘肅肅南縣九個泉一帶發(fā)育低級藍片巖帶,變質溫度t≤350℃(吳漢泉,1982;Wuetal.,1993)。九個泉一帶發(fā)育低級藍片巖帶被認為是弧后盆地閉合過程中洋殼俯沖而形成的(Xuetal.,2000)。前人曾報道高級藍片巖形成的時代為480～460Ma(39Ar-40Ar法)(左國朝等,1987;Wuetal.,1993;許志琴等,1994),最近高壓榴輝巖的鋯石SHRIMPU-Pb定年的463±6Ma和468±13Ma數據表明大洋板塊俯沖至上地幔深度形成榴輝巖相的時限(宋述光等,2004)。最近,在北阿爾金地區(qū)發(fā)現分布在北阿爾金俯沖增生雜巖帶中的新的高壓/低溫藍片巖和榴輝巖,并在北阿爾金紅柳泉發(fā)現含硬柱石榴輝巖,與藍片巖和多硅白云母片巖共生,估算榴輝巖峰期的溫-壓條件為430～540℃和2.0～2.3GPa(張建新等,2006)。北阿爾金高壓/低溫變質帶中含硬玉榴輝巖的稀土元素及Sr、Nd同位素研究表明他們的原巖為具有MORB性質,說明它們也是早古生代洋殼俯沖的產物(張建新等,2006)。3.2柴北緣榴輝巖段一條斷續(xù)延長350km的柴北緣榴輝巖帶(楊經綏等,1998,2000,2001;張雪亭等,1999;張建新等,1999,2000;ZhangJianxinetal.,2001;YangJingsuietal.,2002)和都蘭榴輝巖圍巖片麻巖中超高壓柯石英礦物及榴輝巖中柯石英假象的發(fā)現對研究青藏北部早古生代地體的會聚及俯沖有特殊的意義(楊經綏等,2001)。榴輝巖的形成峰變質條件:溫度為700～850℃,壓力1.4～3.0GPa,最高達到2.8～3.3GPa(楊經綏等,1998)。柴北緣榴輝巖單顆粒鋯石U-Pb和SHRIMP原位定年及Sm-Nd同位素年代學研究表明的主要形成時期為495～440Ma,折返時代為440～400Ma(楊經綏等,2001)。其與火山島弧帶的形成時間的一致性表明超高壓