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高俊,江拓,王信水,李继磊等——准噶尔—天山—北山蛇绿岩:对中亚造山带西南缘洋陆格局演化的制约

已有 427 次阅读 2021-12-13 15:37 |个人分类:论文推广|系统分类:论文交流

准噶尔—天山—北山蛇绿岩:对中亚造山带西南缘洋陆格局演化的制约

 高 俊1,2,3 江 拓4 王信水5  李继磊翟庆国6 胡培远6 钱 青1,2

1. 中国科学院地质与地球物理研究所矿产资源研究重点实验室 北京  1000292. 中国科学院地球科学研究院 北京  1000293. 中国科学院大学 北京  1000494. 中国地质调查局武汉地质调查中心 武汉 4302055.中国地质大学地球科学学院 武汉 4300746. 中国地质科学院地质研究所 北京  100037

 摘 要 准噶尔、天山和北山52个蛇绿岩的地质特征、地球化学性质和同位素年代学资料系统集成研究表明它们可以分为14条蛇绿(混杂)岩带。绝大多数蛇绿岩呈“岩块+基质”的混杂岩型式沿重要断裂带(构造线)线状分布,少数蛇绿岩以构造岩片叠置方式面状产出。混杂岩的基质有蛇纹岩(碳酸盐化蛇纹岩)和糜棱岩化细碎屑岩两类,岩块既有地幔橄榄岩、基性杂岩和基性火山岩等蛇绿岩组分,也有其它非蛇绿岩组分岩石。堆晶岩出露局限,典型席状岩墙群没有发育。这些蛇绿岩可归类为SSZSupra-Subduction Zone)和MORBMid-Ocean Ridge)两种类型,前者玄武岩具大离子亲石元素(LILE)富集和高场强元素(HFS)亏损特征,后者不显示该特点;洋岛玄武岩(OIB)既可出现在SSZ型蛇绿混杂岩中,也可为MORB型的组成部分;SSZ型蛇绿混杂岩辉长岩和玄武岩比MORB型具有相对更富集的Sr-Nd同位素组成,但部分形成于弧后(间)盆地的SSZ型蛇绿岩与MORB型一致,具有近亏损地幔的Sr-Nd同位素组成。已确认的最老蛇绿岩为西准噶尔572 Ma玛依勒,次之为北山542~527 Ma月牙山—洗肠井和西准噶尔531 Ma唐巴勒,最年轻蛇绿岩为325 Ma北天山巴音沟和321 Ma北山芨芨台子。根据蛇绿岩证据,结合近年来中亚造山带古地磁、岩浆岩、高压—超高压变质岩和构造地质方面的进展,可以推断埃迪卡拉纪末期—早寒武世,古亚洲洋已达到一定规模宽度,发育洋岛和洋内弧;早古生代时期,多岛洋格局发育至鼎盛期,一系列弧地体分别归属哈萨克斯坦微陆块周缘的科克切塔夫—天山—北山线性弧、成吉思弧、巴尔喀什—西准噶尔弧体系和西伯利亚南部大陆边缘弧体系;晚古生代时期,古亚洲洋于石炭纪末期闭合,增生杂岩和弧地体组成哈萨克斯坦拼贴体系和蒙古拼贴体系两个巨型山弯构造。

关键词 蛇绿(混杂)岩 地质特征 地球化学性质 同位素年代学 洋陆格局演化 中亚造山带

  1972年彭罗斯(Penrose)会议将蛇绿岩定义为一种可以与大洋岩石圈对比的特殊镁铁—超镁铁质岩石组合之后(Anonymous1972),随着研究程度的深入,发现其在板块构造的整个威尔逊旋回中(陆内裂解、海底扩张、初始俯冲至洋盆最终闭合)均可产生和被保存(Dilek and Furnes2014)。蛇绿岩一直被视为古洋盆存在的标志性证据(史仁灯,2005Pearce2014;张继恩等,2021),对刻画区域板块构造和洋陆格局演化至关重要(Dilek and Furnes2011;张旗,2014)。

中亚造山带是全球最大、最复杂且持续时间最长的增生型造山带(Sengör et al.1993Windley et al.2007Wilhem et al.2012Xiao et al., 2015),是古亚洲洋历经新元古代—中生代长期演化的产物(Zonenshain et al., 1990; Wan et al., 2018)。古亚洲洋中不同时期的洋壳、洋岛、增生楔、岩浆弧、微地块、俯冲/碰撞产生的高压变质地体等通过类似于现今西南太平洋多岛洋构造体系拼合到一起(李锦轶等,2006Xiao et al.2010)。尽管中亚造山带中的很多蛇绿(混杂)岩并不具有指示缝合带的意义(Sengör et al.1993),但其研究仍是恢复这种“多岛洋”构造格局的最有效途径(Furnes and Safonova, 2019)。

20世纪80年代初,板块构造学说在我国地质学界兴起和盛行,蛇绿岩的研究也得到极大关注和长足进步,特别是代表古亚洲洋记录的准噶尔、天山和北山蛇绿岩研究取得了大量详实成果,西准噶尔唐巴勒、洪古勒楞和北山红柳河、洗肠井—月牙山蛇绿岩成为我国研究程度较高的典型蛇绿岩(朱宝清等,1982;白文吉等,1986;冯益民,1986;朱宝清等,1987;左国朝等,1987;周国庆,1988;郝梓国等,1989)。80年代至90年代初,随着国家自然科学基金重大项目“中国兴蒙—北疆及邻区岩石圈形成和演化的研究”(何国琦等,1994)、国际地质对比计划第283(IGCP283)“古亚洲洋有关地区的构造演化及动力学研究”(肖序常等,1991)以及国家“305”项目(汤耀庆等,1995)的实施,中亚造山带西段蛇绿岩的研究更向前迈进了一大步(张旗等,2001)。21世纪初以来,准噶尔、天山和北山蛇绿岩也是两个“973”计划项目两个国家自然科学基金重大项目所涉及的研究内容(肖文交等,2019)。近年来,锆石微区高精度年代学测年技术和ICP-MS岩石微量元素高灵敏分析手段的普及利用极大地推动了蛇绿岩年代学和地球化学特征的研究,产出了大量高质量成果。本文对出露于中亚造山带西南缘准噶尔、天山和北山的52个蛇绿岩地质特征、地球化学性质和同位素年代学资料进行了综合集成研究,试图重建中亚造山带西南缘的洋陆格局演化历史。

本文采用了Pearce et al.1984)的经典分类方案,将蛇绿(混杂)岩划分为MORBSSZ两种类型。该方案根植于1972Penrose会议定义蛇绿岩的岩石组合(Anonymous1972),但形成构造环境又不仅仅局限于大洋扩张中心,还包括俯冲带相关的弧前、弧间或弧后洋盆。至于Dilek and Furnes2011)的分类方案将地幔柱成因岩浆岩和大陆岩石圈地幔等纳入蛇绿岩的范畴,提出地幔柱型和大陆边缘型蛇绿岩。但该方案受到不少学者的质疑(吴福元等,2014;张旗,2014)。加上OIB既可以产出于大洋盆内的洋岛,也可以出现在弧后洋盆的海山,若单独划分一种类型,则与MORBSSZ型蛇绿岩的构造环境均发生重叠。

1 地质特征

基于区域重要构造线展布特征、典型蛇绿(混杂)岩带产出位置、相邻地质单元性质的研判,参考前人对新疆及邻区蛇绿岩的划分方案(肖序常等,1992;董连慧等,2010Han and Zhao2018;赵同阳等,2021),以15 000 000国际亚洲地质图(任纪舜等,2012)为底图,编制了蛇绿岩分布简图(图1),并整理了典型蛇绿岩的地质特征、地球化学性质、同位素年龄和成因类型等资料(表1)。准噶尔—天山和北山造山带的蛇绿(混杂)岩主要沿重要断裂带(构造线)呈线型分布,但西准噶尔的唐巴勒、玛依勒和南天山的一些蛇绿混杂岩却在断裂附近以面状型式散布,并与古生界地层构造接触(图1)。根据蛇绿岩的地质特征、地球化学性质、同位素年龄和成因类型的综合研究结果(表1),它们可划分为14条带:东准噶尔额尔齐斯(Ⅰ)、阿尔曼太—扎河坝(Ⅱ)、卡拉麦里(Ⅲ)、西准噶尔库吉拜(塔尔巴哈台)—洪古勒楞(Ⅳ)、唐巴勒—玛依勒(Ⅴ)、达拉布特(Ⅵ)、克拉玛依(Ⅶ)、北天山(Ⅷ)、中天山北缘(Ⅸ)、南天山(Ⅹ)、北山红石山(Ⅺ)、峡东—小黄山(Ⅻ)、红柳河—火石山—牛圈子—洗肠井(ⅩⅢ)和辉铜山—柳园—帐房山(ⅩⅣ)蛇绿岩带。

部分沿断裂带延伸的蛇绿混杂岩带为板块缝合带标志,如中天山南缘(南天山)断裂产出的古洛沟、乌瓦门、榆树沟、铜花山蛇绿混杂岩就标志着塔里木板块和中亚造山带的分隔。而大部分蛇绿混杂岩并不具标志板块缝合带的构造意义(Sengör et al., 1993),但可为次级构造单元的边界,如扎河坝—阿尔曼太蛇绿混杂岩带分隔达拉特岩浆弧和野马泉弧岩浆弧、卡拉麦里蛇绿混杂岩带代表北侧野马泉弧和南侧将军庙(又称哈尔里克)弧之间的构造界线(罗军等,2017Luo et al., 2017)、达拉布特蛇绿混杂岩带标志着两个弧地体的分界(Yang et al., 2012a)等。此外,部分蛇绿混杂岩如呈面状散布于南天山古生代沉积岩地层之上的推覆岩片,可能是中天山南缘(南天山)断裂带蛇绿混杂岩经推覆变形后的结果,不具缝合带或不同构造单元界线的意义。

52个蛇绿混杂岩中,东准噶尔库尔提、中天山北缘夏特南、南天山欧西达坂、北山峡东、辉铜山、柳园和帐房山蛇绿混杂岩为不典型蛇绿岩,它们现产出的蛇绿岩组合不齐全或岩石成因存在较大争议。库尔提、夏特南和欧西达坂缺失地幔橄榄岩单元,峡东没有基性火山岩组分。北山辉铜山、柳园、帐房山的超基性岩、辉长岩和玄武岩不构成具成因联系的蛇绿岩,也不呈构造混杂岩岩块产出,是不典型蛇绿岩,甚至为非蛇绿岩。虽然Mao et al.2012)认为柳园杂岩为SSZ型蛇绿岩,形成于弧前环境,但多数学者认为其是“红海型”裂谷带的产物(杨合群等,2010)。

其余45个蛇绿岩的地幔橄榄岩、基性杂岩和基性火山岩组分发育齐全,符合彭罗斯会议定义的蛇绿岩镁铁—超镁铁质岩石组合,可代表大洋岩石圈碎片。它们的蛇绿岩组分产出状态有两类型式(表1),一类地幔橄榄岩、基性杂岩和基性火山岩空间上以构造岩片叠置,岩片的延伸和厚度超过数百米,甚至可达数千米;另一类镁铁超镁铁质岩石呈规模大小不等的岩块散布在基质中,构成“岩块+基质”构造;前者可视为蛇绿岩,后者应为蛇绿混杂岩。45个蛇绿(混杂)岩中绝大多数为蛇绿混杂岩,只有北天山巴音沟、南天山色日克牙依拉克、北山红柳河和牛圈子可视为蛇绿岩。北天山巴音沟蛇绿岩是蛇绿岩组分出露规模最大、相对连续的剖面,面积可达数十平方千米(夏林圻等,2007),地幔橄榄岩(蛇纹石化方辉橄榄岩和纯橄岩)、辉长岩、辉绿岩、斜长花岗岩和基性熔岩均有出露(肖序常等,1992),但缺失堆晶岩和席状岩墙单元。

蛇绿混杂岩的基质有两种类型,蛇纹岩(碳酸盐化蛇纹岩)和糜棱岩化细碎屑岩(细砂岩、粉砂岩、千枚岩、凝灰岩、凝灰质砂岩、绢云母石英片岩、黑云母石英片岩和绿泥石英片岩等)。部分蛇绿混杂岩,如扎河坝、卡拉麦里、额敏、唐巴勒、百口泉、乌瓦门、月牙山—洗肠井,蛇纹岩基质中散布有不同类型构造岩块,同时蛇纹岩本身又可作为岩块产出在糜棱岩化细碎屑岩基质内,也就是说混杂岩的基质由蛇纹岩和细碎屑岩共同构成。混杂岩的岩块类型既有地幔橄榄岩、辉石岩、辉长岩、辉绿岩、斜长花岗岩、基性火山岩和硅质岩代表的蛇绿岩组分,也有非蛇绿岩组分岩块。不同的混杂岩可出现迥然不同的非蛇绿岩组分岩块,如南天山乌瓦门蛇绿混杂岩(图3)的基质为黑云石英片岩、绿泥石英片岩、绢云石英片岩、千枚岩,岩块既有地幔橄榄岩、玄武岩等蛇绿岩组分,也有大理岩化灰岩、新太古—古元古代高级变质杂岩、新元古代双峰式侵入岩、弧辉长岩和弧花岗岩等非蛇绿岩组分岩块(Wang et al., 2018)。唐巴勒蛇纹岩基质内还有蓝片岩和角闪片岩岩块(肖序常等,1992),和布克赛尔蛇纹岩基质内产出浅变质流纹岩岩块(杨亚琦等,2018),扎河坝蛇纹岩基质内出现富铌玄武岩、石榴辉石岩、石榴角闪岩岩块(牛贺才等,2009)。

准噶尔—天山和北山蛇绿混杂岩为俯冲大洋岩石圈板片碎片被刮铲混杂到增生杂岩中形成(Wakabayashi and Dilek, 2003),类似于北美西部Cordillera蛇绿岩(Hopson et al., 2008)和日本蛇绿混杂岩(Fukui and Kano, 2007),而与仰冲就位于被动陆缘的蛇绿岩,如阿曼Semail蛇绿岩和塞浦路斯的Troodos蛇绿岩(Searle and Cox, 1999Pearce and Robinson, 2010)在地质特征上差别明显(刘洋等, 2021)。这些代表古亚洲洋不同分支洋盆残片的蛇绿混杂岩是俯冲增生过程中被刮铲混杂到细碎屑岩之中,虽然代表蛇绿岩组分不同单元的岩块均有出露,但蛇绿岩层序没有完整保存,产出在空间上断断续续,单体岩块的面积往往较小(<1 km2)。

这些蛇绿混杂岩的地幔橄榄岩岩石类型有二辉橄榄岩、方辉橄榄岩、纯橄岩、辉石岩等,绝大多数均发生强烈蛇纹石化,构成混杂岩的基质,但也有部分地幔橄榄岩保存新鲜,以岩块型式产出,如色日克牙依拉克糜棱岩化方辉橄榄岩、纯橄岩和乌瓦门糜棱岩化二辉橄榄岩、方辉橄榄岩均呈面积达数百平方米的岩片或大岩块,并以正地形出露。混杂岩中的镁铁—超镁铁质堆晶岩往往以面积小于数十平方米的小岩块产出,岩性有橄长岩(洪古勒楞、达拉布特)和辉石岩(扎河坝、唐巴勒、玛依勒、萨尔托海、榆树沟、红石山、小黄山、月牙山—洗肠井)两类。堆晶辉长岩、均质辉长岩和基性熔岩在几乎所有蛇绿混杂岩中均有产出。

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1 准噶尔—天山—北山蛇绿岩地质图,展示14条蛇绿混杂岩带(编号所代表的蛇绿岩带名称见正文)和52个典型蛇绿(混杂)岩

(编号所代表的蛇绿岩名称同表1 (据15 000 000国际亚洲地质图改编;任纪舜等,2012

Fig. 1 Geological map of the Junggar, Tianshan and Beishan ophiolites, showing the distribution of 14 ophiolitic mélange belts (the sequence number and the name can be found in the text) and 52 typical ophiolitic mélanges (ophiolites are listed in Table 1) (modified after the15 000 000 International Asian Gelogical Map; Ren et al., 2012)

 

Junggar, Tianshan and Beishan ophiolites: Constraint on the evolution of oceanic and continental framework along the southwestern margin of the Central-Asian Orogenic Belt

 

Gao Jun1,2,3 Jiang Tuo4 Wang Xinshui5 Li Jilei1,2 Zhai Qingguo6 Hu Peiyuan6 Qian Qing1,2

(1. Key Laboratory of Mineral Resources, Institute of Geology and Geophysics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029; 2. Innovation Academy for Earth Science, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029; 3. College of Earth and Planetary Sciences, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049; 4. Laboratory of Isotope Geochemistry, Wuhan Centre of China Geological Survey, Wuhan 430205; 5. State Key Laboratory of Geological Processes and Mineral Resources, School of Earth Sciences, China University of Geosciences, Wuhan 430074; 6. Institute of Geology, Chinese Academy of Geological Sciences, Baiwanzhuang Road 26, Beijing 100037)

 Abstract

 The systemic and comprehensive study on geological characteristics, geochemical features and isotopic chronologies of the 52 ophiolites occurring in the Junggar, Tianshan and Beishan orogenic belts indicates that they can be assigned as 14 ophiolitic (mélange) belts. Most of ophiolites are exposed along the important fault belts (or tectonic lines) in a ‘block-in-matrix’ mélange style, while minor ophiolites occur as dispersed thrust slice piles. The matrix of ophiolitic mélanges has two types, the serpentinite (carbonated serpentinite) and the mylonitic fine-grained clastic rock. The block contains the ophiolitic componnet consisting of mantle peridotites, basic complexes and basic volcanics, furthermore, it also includes some other rocks with non-ophiolitic affinities. The cumulate occurs locally at a few ophiolite suits, and the typical sheeted dike is absent. All the ophiolites can be classified as the SSZ and MORB types. The basalts of the former have a LILE-enriched and HFSE-depleted characteristic and those of the latter type do not show this geochemical feature. The oceanic island basalt (OIB) can occurs not only in the SSZ-type ophiolitic mélange but also in the MORB-type one. The gabbro and basalt of SSZ-type ophiolitic mélanges generally have more enriched Sr and Nd isotopic compositions, compared with those of MORB-type ones. However, some of the SSZ-type ophiolitic mélange, which was formed in a back arc or an intra-arc basin, have Sr and Nd isotopic compositions almost similar to those of the depleted mantle, resembling to the MORB-type ophiolite. The oldest identified ophiolite is the 572 Ma Mayile ophiolite exposed in western Junggar. And, the 542~527 Ma Yueyashan- Xichangjin ophiolite in Beishan and the 531 Ma Tangbale ophiolite in western Junggar take the second place. The youngest ophiolite is the 325 Ma Bayingou ophiolite in northern Tianshan mountains and the 321 Ma Jijitaizi ophiolite in Beishan mountains. According to the result from ophiolites, integrated with the recent progresses on the paleomagnetism, magmatic rocks, high/ultra-high pressure metamorphic rocks and tectonics of the Central-Asian orogenic belt, we can speculate that the Paleo-Asian Ocean had extend to a considerable width and was consisted of oceanic islands and intra-oceanic arcs at the end of Ediacaran to the earliest of Cambrian. The archipelagic ocean reached a period of great prosperity in the Early Paleozoic time. A series of arc terranes were assigned as the Kokchetav-Tainshan-Beishan linear, the Chingiz and the Balkash-Western Junggar arc system around the Kazakhstan micro-continent and the continental arc system in the southern margin of the Siberian craton. In the Late Paleozoic time, the Paleo-Asian Ocean was closed at the end of Carboniferous, resulting in the formation of two huge orocline tectonics, the Kazakhstan and the Mongolian collages, accompanying the amalgamation of accretionary complexes and arc terranes.

Keywords Ophiolite (Ophiolitic mélange), Geological characteristics, Geochemical features, Isotopic chronology, Evolution of oceanic and continental framework, Central Asian Orogenic Belt 

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