论文摘要
中国天山造山带位于中亚造山带西南缘,研究其构造演化对理解中亚造山带的演化具有重要意义。天山造山带形成于古亚洲洋及其相关小洋盆的俯冲增生与闭合过程中,并经历了晚古生代后造山以及中新生代陆内构造作用的影响。然而关于其古生代演化历史,尤其是早-晚古生代的构造背景差异与演变过程,尚需要更多研究。本次研究选取了中天山地块北缘米什沟蛇绿混杂岩为切入点,对中天山北缘洋盆的大地构造位置和演化进行了讨论,并针对干沟-米什沟-冰达坂-那拉提缝合带南北两侧的中天山巴伦台地块,伊犁地块南缘以及南天山西段哈尔克山-开都河地区进行了构造观察与采样。借助于构造分析,锆石U-Pb定年和Hf同位素分析,以及全岩主、微量元素与Sr-Nd同位素工具,本文探讨了区域内各块体的古生代演化历史,并最终连点成线,提出了一个经过改进的,着重强调早-晚古生代构造差异的天山造山带演化模式。中天山东北缘米什沟蛇绿混杂岩从岩性上可以划分为南北两段。南段主要为变形志留系弧前沉积序列,其上与弱变形石炭系马鞍桥组呈角度不整合接触。志留系岩屑砂岩的碎屑锆石U-Pb主要年龄峰值为2490 Ma,1751 Ma,1474-1352 Ma,1011-916 Ma与443 Ma,主要物源可能为中天山大陆岩浆弧。不整合面以上石炭系底砾岩中最年轻的锆石U-Pb年龄峰值为337Ma,物源特征和锆石年龄分布与志留系沉积岩基本一致。北段岩石组合包括硅质岩,碧玉岩,玄武岩,安山岩,英安岩,流纹岩与蛇纹石化超基性岩,多呈团块状产出于凝灰质或硅质基质中,呈构造混杂堆积。混杂岩剖面内主要识别出两期构造事件:D1期构造在南段表现为轴面整体朝SSW倾斜的不对称紧闭褶皱,在北段表现为混杂岩内部普遍发育的朝SSW倾斜的强烈劈理化的硅质或凝灰质基质与定向排列的火山岩与硅质岩团块。非对称旋转岩块等构造变形组构主要指示顶部向北的剪切动向。D1期变形组构分布具有明显的透入性,形成于马鞍桥组不整合之前,可能对应于蛇绿岩的俯冲增生与构造侵位。对侵入混杂岩中未变形花岗岩脉与马鞍桥组底砾岩的定年结果显示,D1期变形大致发生于337 Ma之前;D2期构造主要局限于天山主剪切带及其附属断层附近,改造了先存地质体与D1期变形组构。其变形面理面总体走向为NWW-SEE,沿面理面发育的拉伸线理倾伏向与面理走向基本相同。剪切带内发育书斜构造、非对称石英-长石旋斑与石英-云母条带均指示NWW-SEE向右行剪切作用。而根据剪切带内同构造花岗岩脉的锆石U-Pb定年结果以及前人的热年代学研究,剪切带活动峰期为早-中二叠世（290-260 Ma）。米什沟剖面混杂岩中共识别出三类火山岩块体。第一类与硅质岩混杂堆积的亚碱性基性火山岩团块具有类似于MORB的稀土与微量元素特征,但略为亏损Nb-Ta而富集Ba-Th元素,可能代表了弧前洋壳的残余;第二类中-酸性火山岩团块成岩年龄为448-428Ma,富集轻稀土（LREE）与大离子亲石元素（LILE）,重稀土（HREE）配分曲线平坦,而亏损Nb-Ta-Ti等高场强元素（HFSE）。其锆石εHf（t）值显著为负（-11.7～-8.2）,并具有古元古代（2.17?1.95 Ga）二阶段Hf模式年龄,可能形成于大陆岩浆弧环境;第三类岩浆岩喷发年龄为345 Ma,富集LILE和LREE,亏损HFSE和HREE,并具有较高的（La/Yb）CN和Sr/Y比值。结合其总体为正的锆石εHf（t）值（0.88?7.24）与中-新元古代（1291?889 Ma）二阶段Hf模式年龄,该期火山岩可能形成于俯冲带上盘的拉张环境,反映了区域内由早-中古生代挤压性构造演变至晚古生代拉张构造。中天山巴伦台地块内部出露有大量古生代侵入岩基。其中早-晚古生代岩浆岩具有明显的构造特征差异。巴伦台早古生代中基性侵入体与变质沉积岩围岩均发生明显塑性变形与绿片岩相-角闪岩相变质作用,其内部发育向南或向北缓倾斜的面理（S1）与相应的倾滑线理（L1）。XZ面上可见不对称长石旋斑,云母鱼,暗色矿物拖尾等运动学组构,指示顶部向北的剪切动向。晚古生代侵入岩体主要为未变形/弱变形钾长花岗岩基,局部可见其沿先存面理侵入于早古生代岩基。在靠近巴伦台断裂带的观察点,可以观察到早、晚古生代基性,中性与酸性侵入岩均发生糜棱岩化。先存的D1期平缓面理被改造为NWW-SEE走向陡立面理（S2）。沿面理面发育近水平线理（L2）,XZ面上可见长石、石英旋斑,暗色矿物拖尾和塑性变形石英条带等变形组构指示近东西向右行剪切动向。锆石U-Pb定年显示,S1面理化辉长岩与闪长岩侵入体侵位于452-420 Ma。其锆石Hf同位素数据(中性岩εHf（t）:-15.45至-8.8,TDM2:2.40-1.97 Ga;基性岩εHf（t）:-6.3至-2.1,TDM2:1.80-1.58 Ga)显示早古生代岩浆事件物质来源包含了不同程度混入的前寒武地壳物质与新生幔源物质。结合其富集LREE与LILE,亏损HFSE的地化特征,以及普遍存在的元古代继承/捕获锆石,该期岩浆作用可能发生于具有前寒武基底的大陆岩浆弧背景下。侵入上述中基性岩体中的泥盆纪花岗岩（417 Ma）,受到D2期变形影响而发生糜棱岩化。其具有富集LILE等俯冲带上盘岩浆特征,但HFSE亏损不明显,且εHf（t）值相对中性岩明显偏高（-7.6至-3.6）,可能形成于俯冲带上盘拉张环境。而两块沿中基性岩面理侵入的钾长花岗岩岩席样品中含有大量来源于中基性围岩的继承锆石,对其暗色反应边的定年显示其侵入年龄大致为360 Ma,指示D1期面理形成时间应该早于晚泥盆世。此后,自晚泥盆世至石炭纪中期,中天山巴伦台区域内发育了大量未变形钾长花岗岩体。相对早古生代样品,该期岩浆作用具有高Sr/Y,高（La/Yb）CN,富集LILE与亏损Nb-Ta-Ti的地化特征,其Hf同位素特征指示更多的幔源物质参与。其地化与同位素特征可能来源于俯冲板片熔体与上覆地幔楔的交代作用,形成于俯冲带上盘拉张背景之下。伊犁南缘那拉提山脉出露有多期次古生代侵入岩体,其中早-晚古生代侵入岩体岩石构造特征存在明显差异。本文对那拉提南缘断裂带以北的那拉提山脉哈尔努尔地区复式侵入体进行了野外观察,并采样进行了锆石U-Pb-Lu-Hf同位素研究,与全岩主、微量元素和Nd同位素测定。根据其复式侵入关系,以及构造变形与地化同位素特征,在研究区共识别出两类,四阶段侵入岩。第一类早-中古生代侵入岩体普遍发生塑性变形与绿片岩相变质作用。其可以划分为两大阶段,晚寒武世-志留纪（490-410 Ma）钙碱性侵入岩体主要形成于大陆岩浆弧环境;而早泥盆世（410-400 Ma）侵入岩体主要包括OIB型富Nb基性岩与A型花岗岩,可能形成于俯冲带上盘拉张环境,并受到板片融体交代作用的影响。该期古生代中期岩浆作用被认为代表了一期俯冲带板片断离事件。第二类晚古生代岩浆岩未发生明显塑性变形或变质,根据成岩年龄与地化特征可以划分为石炭世（352-344 Ma）岛弧型中酸性岩体与二叠纪（292 Ma）后碰撞花岗岩。根据己发表的伊犁南缘火成岩年代学资料,早古生代岩浆作用与石炭纪岛弧岩浆作用之间存在一段岩浆活动的间隔期（400-370 Ma）。那拉提断裂带与巴伦台-桑树园子断裂带以南的哈尔克山,额尔滨山,霍拉山与克孜勒塔格等地区通常被称为南天山。对南天山的古生代大地构造属性与构造演化尚存在着（1）北向俯冲中形成的宽阔增生楔与（2）南向俯冲形成的大陆岩浆弧两种主要观点。本文中对巴音布鲁克盆地周缘的哈尔克山奎克乌苏剖面与开都河谷剖面进行了野外观察与构造分析,以及系统的锆石U-Pb-Lu-Hf同位素分析与全岩主、微量元素和Sr-Nd同位素测试。根据野外观察,奎克乌苏与开都河谷剖面主体均为早古生代火山沉积岩组合,且与上覆泥盆纪-早石炭世碳酸盐岩呈断层或不整合接触。对两处剖面构造分析共识别出至少三期不同组构叠加。D1期变形主要表现为剖面内部透入性发育的南倾或北倾面理（S1）与倾向线理（L1）,以及相关的层间变形组构。奎克乌苏剖面变形程度较高,劈理化强烈,原生沉积构造仅偶见于剖面南段。开都剖面变形程度相对较弱,D1期劈理化集中于粉砂岩,泥岩等软弱层,原生沉积构造与火山喷发构造保存较好。于两处剖面可观察到XZ面上不对称层间褶皱,牵引构造与sigma型石英旋斑等不对称组构均指示顶部向北的剪切动向。D2期组构为NEE-SWW走向陡立面理（S2）以及相应近水平走向线理（L2）,仅见于奎克乌苏剖面北段。D2组构展布受主要剪切变形带控制,并改造先存D1期构造。XZ面上的sigma型石英旋斑等组构总体指示近东西向右行剪切,但局部亦可见左行剪切动向。一份靠近那拉提断裂带的糜棱岩化碎屑岩样品中的少量变质锆石得出301-300 Ma与257 Ma的表面年龄,可能提供D2期走滑剪切作用的时间约束。D3期变形组构为剖面内普遍发育的脆性高角度正断层。其切穿了古生代岩体与新生代红色砾岩,可能形成于新生代构造活化。该区域早-中古生代火山岩喷发于中奥陶世至早泥盆世（460-410 Ma）,并含有太古代（2.75 Ga）,古元古代（2.46 Ga）,中元古代（1.60 Ga）与新元古代（997-963 Ma和827 Ma）的外来锆石。该期火山岩富集轻稀土与K,Rb,Ba,Th,而亏损Nb-Ta-Ti等高场强元素。其高演化的Sr-Nd同位素特征（εNd（t）=-5至+4）与非均质的锆石Lu-Hf同位素值（εHf（t）=-13.5至+11.6）,显示其岩浆物质形成于改造大陆地壳物质与亏损地幔熔融物质的混合作用。与该类火山岩共同产出的凝灰质沉积岩主要形成于浅海相环境,分选性,磨圆性较差,碎屑物质来源以火山岩屑或凝灰质物质为主。其碎屑锆石年龄峰值为2.5～2.4 Ga,1.25～0.90 Ga,900～650 Ma与530?400 Ma,沉积年龄限制为421至404 Ma。上述资料显示南天山在早-中古生代处于大陆弧构造背景。综上,我们提出了一个经过改进的西天山古生代演化模式:（1）西天山早古生代大地构造演化总体受到古天山洋的双向俯冲作用控制。其缝合带位置大致沿现今那拉提-冰达坂-米什沟-干沟一带展布。古天山洋北向俯冲产生了伊犁南缘早古生代活动陆缘（约500-410Ma）;而其南向俯冲形成了中天山-塔里木北缘活动陆缘（约490-410Ma）,范围涵盖了中天山巴伦台地块、塔里木东北缘库鲁克塔格以及南天山哈尔克山、额尔滨山和霍拉山北麓;（2）早泥盆世（410-400Ma）古天山洋北向俯冲分支可能发生板片断离与软流圈上涌,在伊犁地块南缘形成了拉张背景岩浆活动。此后（400-370Ma）古天山洋北向俯冲逐渐停止,伊犁南缘岩浆活动明显减弱。晚泥盆世至晚石炭世（370-310Ma）,伊犁地块受到北天山-准噶尔洋南向俯冲影响发育大量钙碱性岩浆岩;（3）古天山洋南向俯冲带自晚志留世开始发生俯冲角度与应力条件变化,上盘由挤压转化为拉张环境,并相继在南天山黑英山-库勒湖以及克孜勒塔格等地区打开一系列弧后洋盆,将中天山巴伦台地块和南天山大陆弧地体与塔里木北缘分隔开来。晚泥盆世-石炭纪中期中天山地体内部处于俯冲带上盘拉张环境,产生了相应的拉张背景岩浆活动。南天山弧后洋盆相继于晚泥盆世至早石炭世关闭,于南天山蛇绿混杂岩带、中天山巴伦台南缘与南天山大陆弧形成顶部向北剪切构造;（4）中天山地块北缘米什沟洋壳最终闭合与蛇绿岩构造就位的时间大致为345-337 Ma,其内部保存的最老一期塑性构造变形指示顶部向北的剪切。结合西段那拉提南缘高压变质带变质峰期（约330-315 Ma）年龄和构造运动学资料,古天山洋可能通过南向俯冲最终于石炭纪中期闭合;（5）古天山洋闭合后,中天山与伊犁地块汇聚,共同受到北天山洋南向俯冲影响,发育相应的钙碱性岩浆作用。在中天山南缘古洛沟-乌瓦门发育范围较小的弧后洋盆（332 Ma）,并最终于石炭纪末期闭合（约300 Ma）;（6）此后,西天山处于后造山构造阶段,受到近东西向右行剪切作用的影响,相应变形作用受主要剪切带及其附属断层控制,变形峰期为早-中二叠纪（290-260 Ma）。前二叠系地质体普遍被二叠系陆相碎屑沉积物不整合覆盖,或受到二叠纪岩体穿切改造。
论文目录
文章来源
类型: 博士论文
作者: 钟凌林
导师: 王博
关键词: 增生造山作用,变形组构分析,中国西天山,岩浆岩,蛇绿混杂岩
来源: 南京大学
年度: 2019
分类: 基础科学
专业: 地质学
单位: 南京大学
分类号: P548
DOI: 10.27235/d.cnki.gnjiu.2019.000059
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