東昆侖東段晚古生代東昆侖東段晚古生代中生代若干不整合面特征及其對重大構造事件的響應

東昆侖東段晚古生代東昆侖東段晚古生代中生代若干不整合面特征及其對重大構造事件的響應

東昆侖造山帶位于中國西部造山系的西端，傳統(tǒng)上被認為是華力西期的造山帶。但近年來眾多研究表明,東昆侖造山帶實際上是一個經(jīng)歷了漫長歷史演化的多期次構造運動的復合型大陸造山帶,即在加里東期造山運動形成的基底基礎之上,在晚二疊世—早中三疊世又復合有南緣布青山—阿尼瑪卿古特提斯洋向北的俯沖造山和印支晚期的全面碰撞造山。長期以來,眾多學者通過對東昆侖造山帶的蛇綠巖、變質(zhì)地層、構造變形以及花崗巖類的研究,勾畫出東昆侖復合造山帶自新元古代以來分別與原特提斯洋和古特提斯洋演化息息相關的兩大洋陸構造旋回[1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22],基本認為早古生代東昆侖洋陸系統(tǒng)的洋殼從早中寒武世以來發(fā)生了復雜的俯沖作用,大約于晚奧陶世開始碰撞造山,于志留紀晚期完成碰撞造山而轉(zhuǎn)入陸內(nèi)構造演化階段,并以晚志留—早泥盆世牦牛山組伸展型磨拉石建造標志原特提斯構造旋回已經(jīng)結(jié)束和新一輪古特提斯構造旋回開始啟動。東昆侖造山帶于泥盆紀以來已經(jīng)進入到與古特提斯構造演化密切相關的演化歷程中。東昆侖造山帶東段晚古生代以來自身并沒有形成洋殼系統(tǒng),而是在古特提斯統(tǒng)一裂解動力學體制下,僅接受了一套被動大陸邊緣體系的沉積建造,而且?guī)缀醪话l(fā)育中基性火山巖,為一套相對穩(wěn)定的沉積建造。東昆侖造山帶西段亦呈現(xiàn)出也類似穩(wěn)定的沉積構造格局。沉積體系類型及其空間組合特征表明東昆侖造山帶泥盆紀—石炭紀被動大陸邊緣的演化與其南緣的阿尼瑪卿—布青山古特提斯洋的打開擴張密切相關,二者有機構成一個完整的洋陸系統(tǒng)。該套洋陸系統(tǒng)向北俯沖產(chǎn)生了東昆侖造山帶北部大面積近東西向線型展布的中酸性侵入巖帶,并造就了東昆侖造山帶晚古生代—中生代一次重要的地殼垂向生長與側(cè)向增生。李利平等通過對中下三疊統(tǒng)砂巖地球化學特征研究,認為該期沉積盆地的大地構造背景具有活動大陸邊緣性質(zhì);蔡雄飛等通過對東昆侖地區(qū)中下三疊統(tǒng)沉積環(huán)境研究,認為該期古地理格局與陸緣弧構造環(huán)境相關;閆臻等對洪水川組砂巖碎屑組成、重礦物及古水流綜合研究后提出,盆地物源主要來自北側(cè)的古島弧帶,少量來自南側(cè)的阿尼瑪卿蛇綠構造混雜巖,盆地原型為弧前盆地。以上研究成果的共同點為,中下三疊統(tǒng)的沉積構造背景與陸緣弧密切相關,碎屑物源主體來自北側(cè)。研究的焦點是,南緣的古特提斯洋是在什么時期開始向北俯沖而形成了弧前盆地,又在何時俯沖結(jié)束而轉(zhuǎn)入陸(弧)陸全面碰撞時期,以及俯沖與碰撞的轉(zhuǎn)變細節(jié)過程等。為此,本文在大范圍野外露頭和填圖尺度的不整合面識別基礎上,結(jié)合前人最新研究成果,從不同類型造山過程中沉積響應的角度去探討各類不整合面的成因以及依此限定俯沖作用和碰撞造山的時限,對合理建立東昆侖地區(qū)晚古生代—中生代構造演化模式及東昆侖造山帶復合造山作用具有重要理論意義。1研究區(qū)地質(zhì)背景中央造山系是中國南、北兩大陸塊群拼合形成的一條十分醒目而又極其重要的巨型(長達4000km)構造帶。東昆侖地處中央造山系西段,西隔阿爾金斷裂與西昆侖造山帶為鄰,東隔秦祁昆岔口(共和盆地)與西秦嶺相接,北側(cè)為柴達木地塊,南側(cè)為布青山—阿尼瑪卿構造混雜巖帶(圖1)。研究區(qū)位于東昆侖造山帶東段,其中北部大面積出露古老變質(zhì)巖系,主要由高角閃巖相變質(zhì)的古元古界白沙河巖組(Pt1b)、以石英質(zhì)巖石為主的中元古界小廟巖組(Pt2x)和早古生代綠片巖相變質(zhì)的納赤臺巖群(Pz1N)所組成。區(qū)域上被牦牛山組伸展型磨拉石組合角度不整合覆蓋。研究區(qū)南側(cè)主要出露晚古生代以來不同時代沉積地層,與北側(cè)變質(zhì)地層和大面積花崗巖以斷層接觸。晚古生代以來地層的構造變形具有垂向分層特征,上古生界—中下三疊統(tǒng)構造變形較強,褶皺構造以緊閉-同斜褶皺為主,其中軟弱巖層伴隨褶皺過程而發(fā)育透入性軸面劈理構造,局部地段還發(fā)育有斷面主體北傾的逆沖斷層;上三疊統(tǒng)—下侏羅統(tǒng)構造變形強度較弱,構造樣式主要為形態(tài)寬緩的等厚褶皺。2沉積相與沉積體系研究區(qū)自泥盆紀以來,分別沉積了泥盆紀牦牛山組(Dm)、下石炭統(tǒng)哈拉郭勒組(C1hl)、上石炭統(tǒng)浩特洛哇組(C2ht)、上二疊統(tǒng)格曲組(P3g)、下三疊統(tǒng)洪水川組(T1h)、中三疊統(tǒng)(安尼階)鬧倉堅溝組(T2n)和中三疊統(tǒng)(拉丁階)希里可特組(T2x)、上三疊統(tǒng)八寶山組(T3b)和下侏羅統(tǒng)羊曲組(J1y)(表1)。其中,牦牛山組為一套初始裂谷體系下的磨拉石沉積,其中夾有雙峰式火山巖夾層,屬于三角洲沉積體系和河流沉積體系;石炭系哈拉郭勒組和浩特洛哇組為被動大陸邊緣系統(tǒng)下陸棚沉積體系的碎屑巖-碳酸鹽巖沉積,生物化石豐富,未見中基性火山巖發(fā)育,顯示出相對穩(wěn)定的構造背景;東昆侖地區(qū)缺失中下二疊統(tǒng),僅在布青山地區(qū)沉積有馬爾爭組復理石濁流沉積;上二疊統(tǒng)格曲組下部為一套具底礫巖特征的灰綠色粗碎屑巖,上部為一套塊狀碳酸鹽巖沉積,分別顯示扇三角洲沉積體系和碳酸鹽巖臺地沉積體系特征。下三疊統(tǒng)洪水川組沉積組合較為復雜,由底到頂總體為粗碎屑巖-細碎屑巖夾灰?guī)r-濁積巖-砂礫巖夾灰?guī)r等沉積組合,沉積體系包括扇三角洲沉積體系、淺海混積陸棚沉積體系、半深海濁流沉積體系和濱淺海沉積體系,垂向上顯示出海平面非漸變式、頻繁海進海退的動蕩古沉積環(huán)境。中三疊統(tǒng)安尼階鬧倉堅溝組下部為一套細碎屑巖夾碳酸鹽巖沉積組合,上部為一套碳酸鹽巖夾少量細碎屑巖沉積組合,具淺海陸棚沉積體系特征。中三疊統(tǒng)拉丁階希里可特組底部為紫紅色粗碎屑巖,上部為一套細碎屑巖沉積。上三疊統(tǒng)諾利階—瑞替階八寶山組底部為一套具底礫巖特征的粗碎屑巖,中上部為一套具明顯沉積韻律特征的碎屑巖組合,總體具有河湖相沉積特征。侏羅系僅發(fā)育下統(tǒng)羊曲組,總體為一套具河湖相的碎屑巖沉積組合。以上沉積地層系統(tǒng)在垂向上從上到下發(fā)育有4個不同類型的不整合面,分別為羊曲組與八寶山組平行不整合面、八寶山組與鬧倉堅溝組角度不整合面、希里可特組與鬧倉堅溝組微角度不整合面、格曲組與浩特洛哇組角度不整合面(表1)。3非全日制分布和性能3.1海相中灰-灰礫巖受分布范圍限制,在阿拉克湖北側(cè)瑙木諢牙馬托地區(qū)沒有見到下侏羅統(tǒng)羊曲組與上三疊統(tǒng)八寶山組直接接觸。在瑙木諢牙馬托地區(qū),羊曲組與上石炭統(tǒng)浩特洛哇組以正斷層相接觸,斷層面之上為一套灰-灰綠色礫巖,礫石成分主要為石英質(zhì)巖石和花崗巖,礫石磨圓較好,分選一般,具有底礫巖特征。沉積結(jié)構構造表明羊曲組底部礫巖為河流相沉積。斷層面之下浩特洛哇組為粉砂巖夾細砂巖沉積組合,具淺海陸棚相沉積特點?？梢酝茰y,在當時古地理構造格局中,羊曲組在盆地邊緣地帶超覆在浩特洛哇組之上,之后遭受正斷層破壞(圖2a)。區(qū)域上,在阿拉克湖西北冬托妥莫火鹿一帶,羊曲組與八寶山組呈平行不整合接觸(圖2b)。不整合面上覆地層為羊曲組淺灰色砂礫巖,其下部礫巖具底礫巖特征,下伏地層為上三疊統(tǒng)砂巖,二者地層產(chǎn)狀平行一致。3.2巖石結(jié)構及變形樣式八寶山組與下伏不同時代地層間的角度不整合面,是東昆侖地區(qū)規(guī)模最大、最重要的一個不整合面。在不同地區(qū),八寶山組分別與下伏中三疊統(tǒng)鬧倉堅溝組、下古生界納赤臺巖群、加里東期花崗巖和中元古界小廟巖組呈角度不整合接觸。在阿拉克湖東北額尾東部扎哈拉仁一帶(圖3a),八寶山組底部礫巖層明顯角度不整合于下伏鬧倉堅溝組薄層灰?guī)r之上,灰?guī)r層產(chǎn)狀為190°∠52°,礫巖層產(chǎn)狀為185°∠43°。不整合界面之上八寶山組礫巖呈紫紅色,指示陸表暴露的氧化環(huán)境,礫石磨圓較好,分選一般,礫石粒徑大者10cm,小者0.5cm,礫石成分主要為其下伏灰?guī)r,次為花崗巖,具底礫巖特征。八寶山組沉積結(jié)構構造指示其屬于河流沉積體系。不整合界面之下為鬧倉堅溝組薄層狀灰?guī)r,具淺海陸棚沉積體系特征,顯然二者相序在垂向上存在不連續(xù)性。區(qū)域上,在阿拉克湖西北的草木策一帶,八寶山組角度不整合于下伏加里東期花崗巖體之上;在赫拉赫那仁西,八寶山組紫紅色含礫粗砂巖角度不整合于中元古界小廟巖組黑云石英片巖之上;在赫拉赫那仁北,八寶山組角度不整合于志留紀肉紅色鉀長花崗巖之上(圖3b,圖4)。在構造變形樣式方面,以八寶山組和鬧倉堅溝組角度不整合面為界,界面之下鬧倉堅溝組灰?guī)r呈現(xiàn)出緊閉褶皺的特征(圖5a),褶皺兩翼產(chǎn)狀變化較大,褶皺翼間角多為30°~50°,并且變形較復雜。不整合界面之上的八寶山組構造形態(tài)以寬緩等厚褶皺為主(圖5b),褶皺兩翼傾角較緩,南翼優(yōu)勢產(chǎn)狀為210°~220°∠15°~20°,北翼優(yōu)勢產(chǎn)狀為30°~42°∠30°~35°。顯然,不整合界面下伏、上覆地層的褶皺形態(tài)和變形強度各異,說明其所經(jīng)歷的構造變形期次顯著不同,從構造變形的角度證實該界面代表了兩個不同構造旋回的分割面。巖漿活動方面,不整合界面之下的鬧倉堅溝組被花崗巖體侵入(圖1,圖4),而該界面之上的八寶山組未見有同類型的花崗質(zhì)巖漿活動。該不整合界面上下兩套地層巖漿活動的差異,亦反映了該不整合界面在區(qū)域構造演化歷程中的分隔性。3.3希里可特地區(qū)的微角度不整合接觸中三疊統(tǒng)希里可特組相對其他地層來說,在東昆侖地區(qū)分布相當局限,僅出露在希里可特—額肯其次日郭勒一帶(圖4),其與下伏鬧倉堅溝組的角度不整合規(guī)模較小。在希里可特地區(qū),中三疊統(tǒng)希里可特組與鬧倉堅溝組之間微角度不整合關系保存較好(圖6a),不整合界面之上為厚約3m的灰紫色灰質(zhì)礫巖層,產(chǎn)狀為180°∠40°,向上相變?yōu)橐惶讖统煞值[巖,復成分礫巖中礫石呈次圓狀,分選一般,大者10cm,小者1cm,礫石主要成分以下伏地層的灰?guī)r和砂巖為主,不整合面之下為灰色薄層狀灰?guī)r,產(chǎn)狀為170°∠44°。顯然,二者為微角度不整合接觸。在額肯其次日郭勒地區(qū),希里可特組與下伏鬧倉堅溝組之間不整合面被后期斷層改造(圖6b)。3.4平臺上石炭統(tǒng)浩特洛咯組上二疊統(tǒng)格曲組在東昆侖地區(qū)出露較少,僅分布于冬給措納湖北西20km一帶。上二疊統(tǒng)格曲組角度不整合于上石炭統(tǒng)浩特洛哇組之上(表1)。不整合面之上為一套陸源粗碎屑巖,主要為灰-淺灰(綠)色復成分礫巖,礫石成分以脈石英、花崗巖和基性火山巖為主,礫石磨圓較好,分選一般,具海相磨拉石特征。不整合面之下為上石炭統(tǒng)浩特洛哇組砂質(zhì)板巖夾灰?guī)r組合。不整合面上下兩套巖層產(chǎn)狀不協(xié)調(diào),顯然為角度不整合接觸(圖7)。4活動陸緣:晚二疊世—討論東昆侖造山帶是一個多期活動的復合型大陸造山帶。新元古代晚期—早古生代早期,東昆侖造山帶為多(小)洋盆間隔微陸塊的構造格局,并厘定出522~509Ma的蛇綠巖或鎂鐵質(zhì)—超鎂鐵質(zhì)巖,在經(jīng)歷了奧陶紀—志留紀復雜的俯沖-碰撞造山作用后,于志留紀中晚期轉(zhuǎn)入陸內(nèi)構造演化階段,并以區(qū)域上晚志留世—早泥盆世牦牛山組伸展型磨拉石沉積宣告早古生代演化徹底終結(jié),而新一輪與古特提斯洋相關的構造演化開始啟動。因此,本文所描述的晚古生代—早中生代沉積組合及其間的四個不整合面就是在東昆侖地區(qū)早古生代中晚期造山作用形成的褶皺基底及前寒武紀結(jié)晶基底的基礎上發(fā)育的。泥盆系—下侏羅統(tǒng)沉積充填序列表明(表1),東昆侖地區(qū)晚古生代—早中生代在盆地發(fā)展過程中發(fā)育有4個不同類型的不整合面,并分別對應盆地發(fā)展過程中4次主要的沉積間斷和相應的構造事件。格曲組底部與浩特洛哇組不整合面是晚古生代以來盆地發(fā)育過程中第一個角度不整合面,與東昆侖南緣布青山—阿尼瑪卿古特提斯洋洋殼向北的俯沖作用相聯(lián)系。區(qū)域上,東昆侖布爾漢布達山發(fā)育有大規(guī)模近東西向呈線型展布的晚二疊世—早三疊世(260~240Ma)花崗巖體,地球化學特征與科迪勒拉或安第斯花崗巖類似,表明形成于活動大陸邊緣環(huán)境,從而可以限定阿尼瑪卿—布青山古特提斯洋殼在晚二疊世—早三疊世期間向北俯沖。此外,下三疊統(tǒng)洪水川組碎屑來源具有多源性,主要來自北方的巖漿弧,盆地原型恢復為奠基在陸緣弧前方的弧前盆地。洪水川組沉積組合特征表明,由底到頂包括扇三角洲沉積體系、淺?；旆e陸棚沉積體系、半深海濁流沉積體系和濱淺海沉積體系(表1),垂向上顯示出海平面非漸變式、頻繁海進海退的動蕩古沉積環(huán)境,這很可能與古俯沖帶之上較為活動的古構造背景相聯(lián)系。這樣,綜合陸緣弧花崗巖侵位年齡及弧前盆地發(fā)育時限,認為洋殼俯沖的起始時限應為晚二疊世。同期,在布青山—阿尼瑪卿古特提斯洋洋殼向北俯沖作用的影響下沉積了一套同構造海相磨拉石組合(格曲組底部礫巖組合)。換言之,格曲組與浩特洛哇組間的角度不整合為該期洋殼開始向北俯沖事件的沉積-構造響應。在洋殼持續(xù)向北的俯沖作用影響下,俯沖帶前緣地層褶皺變形,在弧前盆地靠近陸緣弧邊緣地帶的可可沙地區(qū)(圖1c),洪水川組超覆沉積在變形的古元古界白沙河巖組、新元古界萬寶溝巖群等造山帶古老基底之上。從晚二疊世起,區(qū)域應力狀態(tài)由之前的伸展為主轉(zhuǎn)變?yōu)橐詳D壓為主(表2)。布青山—阿尼瑪卿古特提斯洋在經(jīng)歷了晚二疊世洋殼初始俯沖和早三疊世強烈俯沖作用后,于中三疊世洋殼俯沖消減接近尾聲,局部地段陸(弧)陸已經(jīng)開始差異性碰撞造山而導致海水退出,僅在希里可特一帶仍接受有少量沉積。因此,希里可特組與鬧倉堅溝組間微角度不整合就是在上述局部差異性初始碰撞的背景上形成(表2),指示了洋陸轉(zhuǎn)變的過程。中三疊世晚期(相當于拉丁期晚期),東昆侖地區(qū)進入大規(guī)模全面碰撞的主造山階段。地層沉積充填序列表明,東昆侖地區(qū)從中三疊世鬧倉堅溝組淺海相、希里可特組海陸過渡相演變?yōu)橥砣B世八寶山組陸相紫紅色粗碎屑巖沉積,從沉積序列角度反映出區(qū)域構造背景發(fā)生根本性轉(zhuǎn)變,即洋殼俯沖消減完畢,陸(弧)陸由之前的局部初始碰撞轉(zhuǎn)變?yōu)槿娲笠?guī)模碰撞,并導致相關時代地層(中三疊世晚期—晚三疊世早期)缺失。區(qū)域上,八寶山組與下伏不同時代地層以角度不整合接觸(圖1,圖4),不整合面下伏地層最高層位為中三疊統(tǒng)鬧倉堅溝組,考慮到八寶山組沉積于晚三疊世的卡尼期之后,因此限定該不整合面的形成時代為中三疊世晚期到晚三疊世早期,籍此推斷全面碰撞造山的時限為中三疊世晚期到晚三疊世早期。巖漿活動方面,在東昆侖東段南緣的和勒崗希里可特和科科鄂阿龍等地區(qū)出露一套侵位于中三疊統(tǒng)鬧倉堅溝組(T2n)的小型花崗巖體,侵位年齡為228Ma,花崗巖巖石地球化學屬性表明為碰撞構造階段。再之,八寶山組與鬧倉堅溝組不整合面之下的地層構造變形較強(圖5a),構造樣式以緊閉-同斜褶皺為主,并發(fā)育有逆沖斷裂構造和軟弱巖層的透入性軸面劈理構造,而不整合面之上的地層變形相對較弱,以寬緩-平緩褶皺為主(圖5b)。區(qū)域構造變形樣式對比和構造解析表明,不整合面之下強烈變形為該不整合面所標定的中三疊世晚期—晚三疊世早期主碰撞造山構造的表現(xiàn)。以上多種地質(zhì)事實一致表明,東昆侖地區(qū)在晚三疊世早期已由之前的局部初始碰撞轉(zhuǎn)入陸(弧)陸全面碰撞的主造山構造階段,該次碰撞造山鑄就了東昆侖及其鄰區(qū)的基本構造格架。晚三疊世,東昆侖地區(qū)進入相對穩(wěn)定的陸內(nèi)構造演化階段,并沉積有八寶山組河湖相