Title
Unique Carboniferous-Permian tectonic-metallogenic framework
of Northern Xinjiang (NW China): Constraints for the tectonics of
the southern Paleoasian Domain
Author(s)
Xiao, WJ; Han, CM; Yuan, C; Chen, HL; Sun, M; Lin, SF; Li, ZL;
Mao, QG; Zhang, JE; Sun, S; Li, JL
Citation
Acta Petrologica Sinica, 2006, v. 22 n. 5, p. 1062-1076
Issued Date
2006
URL
http://hdl.handle.net/10722/151195
1以洲)刀569/200 6/02 2(0 5)一 1062一6 Aeta P e trolog叱a sin ica 岩石学报
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IGui’, zHANG JIEn’, SuNShu’and 11 JIUang ’ 1. 中国科学院地质与地球物理研究所岩石圈演化 国家重点实验室, 北京 l以叉)2 9 2. 中国科学院广州地球化学研究所, 广州 51 仪闷0 3. 浙江大学理学院, 杭 州 31 00 27 4. 香港大学地球科学系 5. DePadrn e ntf EO art h Seie n e es, Univ e巧ityfO Waterloo, 2 ( X ) UniversityAven ue W e st, Waterloo , ont而。, Canada NZL 3 G I 1.& at。入勺 加如ra勿ry ofLit爪〕胡heriC E‘olut必n ,
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沁A, n此环飞3志, 肠之er 蜘, 0 咖南, Cana而 肥L3 CI 200 5一 12一0 收稿, 2006 ~ 04一 10 改回. 兀ao WJ, Ha n CM, Yua n C, C hen HL, Sun M, L in S F, LIZ L , Mao QG , Z hang JE , Sun s and L IJL . 2侧场. U nique Ca rbo 苗fero us・ P e n . ian奴
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大地构造背景
及
相关的
关
键进展
中亚造山带或阿尔泰造 山带为安加 拉(西伯 利亚)克拉 通与 中朝、 塔里木板块之间的古亚洲洋消减而形成 的巨型缝 合带(如eoleman , 19 89; 肖序常等, 1991, 199 2; se n幼r etal・ , 199 3; Mo s s ako vsky etal. , 1994 ; x iao etal. , 2(X) 3, 20(抖a, 20 04 b) 。 北疆地区位于中亚造山带西段的南部, 其 构造演化 主体记录 了安加拉克拉通南部增生北缘 与塔里木板块之间 的拼合作用, 因而记 录了古亚洲洋构造域最后 的大地构造 演化历史(Colema n , 198 9; Windleyetal. , 1990; 肖序常等, 图1 北疆大地构造分区及其大地构造位置(修改自xi ao et al. , 20() 4a; 20() 4b; 王广瑞 等, 1995 ; 马瑞士等, 1997 ; 姬金生等19 94a; 19 94b) Fig. 1 Te etonie divisio n ofthe North X i njia ng regio n a nd itsteeto nie Po sitio n in Ce ntral Asia (modified a ft erX ia o etal. , 20( )4a;2 (l )4b; Wa ng etal. , 1995: Ma etal. , 1 99 7; Jietal. , 199 4a; 199 4 b)1064 Aeta Pe‘rologica 51
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岩石学报 20(拓, 22 (5) 19 91; 1992; Se ng。: 。tal. , 19 93; 王广瑞 等, 19 96; U 。tal. , 200 3; 李锦轶等, 2(X) 6a; X ia。 。tal. , 2以只a; 2仪峙b)。 北疆地区的大地构 造格局 主要以塔里木地块以北由不 同成因的构造地体组成 为特征: 由北往南 为阿尔泰、 东准 噶 尔、 西准噶尔、 天山等造山拼 贴体(图1)。 而南侧 的塔里 木 地块北缘层序主体为 被动陆缘(Coleman, 19 89 ; 肖序 常等, l99() ; 1991; X ia。 。tal. , 19 94; 舒良树等, 2(X) l; windley etal. , 20() 2; X iao etal. , 2(X科a; 2(用瞬b)。 1. 1 石炭世一 早二皿世的阿尔泰岛弧及其变质事件 阿尔泰地区发育大量的片麻岩, 其时代和属性 一直存在 重大分歧, 或认 为古一 中元古界 或新元古代基底(李天德等, 19 96; 200 1), 或认为 古生代 变 质地 层(庄育 勋, 19 94a ; 19 94 b)。 在青河县西南地区的发育的正 变质 岩的成 分相 当 于安山岩、 英安岩至流纹岩(或闪长岩质、 花岗闪长岩质至花 岗岩)质岩石, 负变 质岩主体 为泥质 粉砂质 沉积岩(胡霭琴 等, 200 6)。 主量 和微量元素特征显 示其原 岩可能形成于岛 弧构造环境(胡霭 琴等, 2006)。 胡霭琴等(2006 )应用S HRI MP错 石U一 P b 定年, 获得 了 青河县西南地区变质 岩中英安岩质正片麻岩的形成年龄为 28 1土3 Ma。 该 片麻 岩中错 石U一 Pb 年龄测定结果反映出该区 的变质作用与岩浆活动发生的时间 范围大体相同, 其高峰期 应该是28 1土3 Ma。 综合分析该片麻岩 中错石 U一 P b 年龄与同一构造带上片 麻岩 中角闪石和黑云母 的40 Ar/39 A: 坪年龄(275 一2 70 Ma, 胡 霭琴等, 1997 ; 200 6), 记录了阿尔泰造山带晚古生代 时期 与 俯冲增生造山作用相关的一次重要的构造热历史。 麻粒岩; 该麻粒岩在晚期的造山作用 阶段, 由冲断作用麻粒 岩被带 到地壳的浅部而出露于地表, 并以断层接触 的方式与 中低变质的晚古生代的变质地层相接触。 阿尔泰地区南缘出露一 套呈透镜状 存在于晚古生代 片麻 状花岗岩中的基性 杂岩(陈汉林 等, 2侧拓b)。 在 阿拉杂克获 得基性杂岩的40Ar/39 A: 坪年龄为26 2. 7 士1. IM。(陈汉林等, Zoo 6b) 。 基性杂岩 的地球化学分析 结果显示除 富蕴 乌恰 沟 的个别样品落在火山弧玄武 岩范 围内, 阿拉孕 克、 塔 尔浪的 基性岩样品落人洋中脊玄 武 岩和洋 岛 玄武 岩(陈汉林等, 20(拓b)。 综合分析认为该基性杂 岩形成于洋 岛一海山的构 造环境(陈汉林等, Zoo 6b ), 基性杂岩的40Ar/ 39A: 坪年龄代表 了晚二叠世时期的一次构造事件的年龄, 基性 杂岩寄生于花 岗岩中是通过构造 混杂作用实现的(陈汉林等, 2(X巧b)。 其 形成过程可能包括 晚古生代早期的俯 冲阶段(花岗岩与含洋 中脊玄武岩的增生 楔形成 阶段)、 二叠纪晚期 的强烈造山阶 段, 导致花岗岩和增生楔物质的变形 和构造混杂(陈汉林 等, 2(X) 6b)。 1. 2 阿尔泰麻粒岩与基性杂岩 在阿尔泰地区最 近已经发现基性麻粒 岩为角 闪斜长二 辉麻粒 岩(厉子龙等, 20 以; Chen et al. , 200 6)。 麻粒岩矿物 组合以斜长石+ 紫苏辉石 + 普通辉石 十角闪石+ 黑云母+ 石英 为代表。 该区麻粒 岩不但 存在无水矿 物斜方辉石和单 斜 辉石, 还普遍存在 含水 矿物 角闪石 和黑云母, 且前者的含 量大于后者的含 量。 紫苏辉 石为 变质成因、 二辉石共生、 角 闪石 和黑云母形成的温压条件达到 麻粒岩相以及斜长石具 膝折带和变形特征, 被确认为变质成因的麻粒岩, 而非变辉 长岩。 阿尔泰麻粒岩的原岩 为形成于岛弧构造环境的钙 碱 性 玄武 岩(厉子龙等, 2004 )。 通过对富蕴乌恰沟基性麻粒 岩 四个样品中错石S HRI M P定 年研究, 其年龄值为271 士6 Ma、 27 9 士5. 6 Ma、 2 68 士5. 8 和2 7 1 士5. 4Ma (陈汉林等, 2(X) 6a )。 陈汉林等(Zoo 6a )认 为富蕴 基性麻粒岩 的原岩形 成时代、 变 质 作用 发生的时代, 均 在 早 二 叠 世 中一 晚期, 原岩 时代为 279 Ma, 麻粒岩岩相变质作用的时间稍晚(陈汉林等, 2(X拓a) 。 厉子龙等(200 4)认为该区麻粒 岩形成与板块 的俯冲及其相 关冲断作用有密 切的关 系, 即在早 期 的洋壳俯冲阶段, 岛弧 的钙碱性玄武岩在地壳深部发生麻粒 岩相 的变质作用形成 1. 3 放射 虫硅质岩及其增生杂岩组合 南天山西端的乌帕塔尔坎群为一套灰色、 深灰色 细碎 屑 岩, 夹火山岩、 硅岩和碳酸盐岩, 其 中分布有一些基性一 超基 性 岩(块) , 与其它 碎屑 岩、 火 山碎屑 岩、 中酸性 火山岩一同 构成了南天山南部的增生杂岩组合(李曰俊等, 200 2; 2005; 龚福华等, 200 3)。 以往曾据 灰岩 夹层 中的化石将 其划归 志 留系一 中泥盆统或前泥盆 系。 李日俊 等(200 2,2 005) 对乌 帕 塔尔坎群中所采集的24 块硅岩 样品进行室内分 离和鉴定, 发现有放射虫化石并可划分出两个放射虫 化石组合, 一个 是早石炭世早期的化石组合; 另 一个是晚二 叠世化 石组合。 说明乌帕塔尔坎群至少 可能包含有志留系 到二叠 系不同时 代的岩石, 可能是古生代蛇绿混杂岩的组成部 分(Uu, 200 1; L i 。tal. , 20 0 2; 李曰俊等, 2(X)2, 2(X) 5)。 李曰俊等(2005) 在乌帕塔 尔坎群南 侧的艾克提克群中 发现早石炭世早期、 早石炭世晚期和晚二叠世3 个放射虫化 石组合。 这些放射虫化石, 特别是再 次发 现晚 二叠 世放射 虫化石, 进一步证实了南天山西 段晚二叠世 增生杂岩的可 能性。 龚福华等(200 3) 测得西南天山西 段英安岩角砾样品 全岩Ar一 Ar 年 龄为坪年龄 为288 . 2 士0. 4 Ma, 等时线年 龄 28 9. 2士2. o Ma, 也从另一方面对该增生杂岩的可能的存在时 限进行了年代学制约。 1. 4 天山石炭纪蛇绿岩 天 山北缘的巴音沟蛇绿岩属于北天山晚古生代蛇绿岩 带。 其中伊连哈比尔孕蛇绿岩中发现早、 中石炭世 的放射虫 硅质岩(徐新,1 998 )。 侵位于 巴音沟蛇绿岩辉长 岩中的斜长 花岗岩 为亏损地慢来源花岗岩, 是蛇绿 岩的组成部 分(徐学 义等, 200 6)。 该斜 长花 岗岩的S HRI M P错 石年龄为32 4. 8 士 4. 8Ma( 徐学义等,2(X 巧), 表明巴音沟 蛇绿岩形成于石炭纪。肖文交等: 新疆 北部石炭纪一 二叠纪独特的构造一 成矿作用: 对古亚洲洋构造域 南部大地 构造演化 的制约 106 5 巴音沟蛇绿 岩中辉长岩、 辉绿岩、 基性熔岩R E E 球粒陨石标 准化和微量元素原始地慢标准化分配型式呈平坦型分布, 表 明其岩浆主体来源于N一 MORB, 但在形成过 程中有OI B 组分 的加人(徐学义等, 200 6)。 南天山也发育了宽 阔 的蛇绿 岩或者蛇绿混杂 岩。 王学 潮 等(1995 )将 南天山蛇绿混杂 岩 分成北部基性一 超 基性岩 带、 中部蛇绿混杂岩带和南部的南天山南缘蛇 绿混杂带。 构 造 地质学和区域资料显示南天 山这些蛇绿岩不是完整的 蛇 绿岩套(王学潮等1995 )。 较为系统 的岩石 地球化 学研究表 明南天 山南缘蛇绿 岩具 有洋 中脊 特征, 形成于洋中脊环境。 A r一 A r 同位素 年 代学研 究工作 表 明该蛇绿 岩具有335 . 5 士 8. S Ma的 坪 年龄和 329 . 9 士8. IMa 的等 时 线 年 龄, 以及 25 8 Ma与146 Ma 的地质热事件。 A r 一 A: 同位素年龄表明南天 山地区在石炭纪末仍存在洋盆, 而258 Ma 与146 Ma 的地质热 事件可能对应于南天山地区的推覆一 走滑等地质作用。 1. 5 高压一 超高压与低压麻粒岩相变质事件 新疆西南天山出露有榴辉 岩、 蓝片岩、 多硅白云母片岩, 向西可延入哈萨克斯坦与 含柯石英 假象 的At bashy榴 辉 岩・ 蓝片岩带相连接(高俊, 19 97 ; 张 立 飞等, 200 5)。 西南天 山 变质带通常被认 为是南天 山古 洋盆 在 向北俯 冲过程中所形 成(高 俊 等, 1994 ; 高 俊, 1997; Ga。 。tal. , 19 95; 19 95; 1999: Ga。 andKlem d, 20 0 1; 2003; lKemd et al. , 2(X)5; 张立 飞等, 200 5)。 该变质带 中的榴辉 岩 发现于 1997 年(高 俊, 19 97 )。 根据野外地质产状、 岩石学、 矿物学、 地球 化学和年 代学等方面的成果与进展, 高压变质 岩的原岩形成于海山环 境(Gao a nd Klemd, 2(X) 3)。 幻emdetal. (20() 5)认为高压变 质 岩的峰期变质 为345 Ma、 退变质为331一310 Ma。 张立 飞等 的工作成果是提出该带 中可能有超高压变质岩石的产出(张 立 飞等, 200 5)。 张立飞等(20() 5) 查明高压一 超高压变质岩的 原岩相 当于海 山环境下的洋壳残片(艾永亮等, 200 5)。 榴 辉 岩中错石SHRI MP定年结果表 明榴辉 岩的原岩形成于3ro -405 Ma (张立 飞等, 2005 )。 通过 系统的岩石学、 地球 化学 和 年代学分析研究, 产于高压一 超高压变质带 的原岩组合可能 为海山环境, 并构造就 位于增 生杂 岩 中(艾永亮 等, 200 5)。 发 育于其北侧的低压麻粒岩相变质 带 中的二辉 麻粒 岩原 岩 错石的年龄为298 . 5 土4. g Ma (李强和张立 飞, 20( )4)。 因此, 张立 飞等(200 5) 推断在280 一290 M a (早 二叠世)存在俯 冲作 用(李强 和张立 飞, 2(X] 4; 艾永亮 等, 2005 )。 根据 错石 边部 年龄为225 一2 30 Ma (张立飞等, 200 5), 张立飞等(200 5) 认 为 峰期变质 为230 一225 Ma, 可能代 表碰撞 造山事 件(张 立飞 等, 20() 5)。 长)岩是最新发现的研究成果(王强等, 20(拓), 其中阿希金矿 区一些样品类似于 日本西南新生代Seto uc hi 弧火山岩带 中 的赞岐岩类(王强等, 200 6)。 克拉玛依南 的埃达克 岩分 布于 达拉 布特 断裂的东南侧包古图地区, 主要以石英闪长 岩、 花 岗闪长斑 岩等 中酸性小岩体产出(赵振华等, 2(X巧)。 王强等(200 6) 的研究表明, 天 山北部地区石炭纪埃达 克 岩一 高镁安山岩一 富Nb玄武质 岩组合可能是“ 埃 达 克岩交 代 的岛弧岩浆岩系列”。 埃达克岩最有可能 由石炭纪北天 山洋 的年轻洋壳在俯冲过程中熔融形成。 另外, 俯 冲板 片产生的 熔 体以及所释放的少量 流体 在上升过程中可能交代地慢 楔 橄榄岩或与其发生反应: 一方面, 触 发地慢楔橄 榄岩发生熔 融形成富N b岛弧玄武 质岩; 另一方面, 地慢组分迅速进人 到板片熔体中, 导致其地慢组分增加, 乃至形成高镁安山岩。 因此, 天山北部地区石炭纪埃达克岩一 高镁 安山岩一 富Nb 玄 武质岩组合(王强等, 200 6) 表明: (1) 天山北部地区石炭纪 可能为岛弧环境; (2)天山地区石炭纪的地壳生长可能以侧 向增生为主; (3) 除了亏损地慢之外, 俯 冲洋壳 的熔融可能 也在地壳 的生长中发挥了重要的作用; (4) 俯冲板 片产生的 埃达克质岩浆具有高 的氧逸度, 而其 与地慢楔橄榄岩 的强烈 相互作用将导致地慢中的金属硫化物分解, 成矿金属元素 进 人到岩浆中。 这可能是新疆北部铜金矿化与一些埃达克 岩、 高镁安山(闪长)岩或 富Nb 岛弧玄 武质 岩密 切共生的基本 原因。 1. 6 埃达克岩一 高镁安 山岩一 富Nb玄武质岩组合 新疆天山北部地区存在有 石炭纪 的埃达克岩一 高镁安 山 岩一 富Nb 玄武质岩组合, 并且其中许多岩石与铜(金)矿床伴 生(如达巴特、 阿希、 土屋一 延东、 赤湖, 等 等)。 高镁安山(闪 1. 7 阿拉斯加型基性一 超基性杂岩 在新疆 东天山东部头苏 泉一 大南湖 岛弧和康古 尔塔格 -黄山断裂带北部发育有一系列镁铁 质一 超镁铁质岩体, 侵人 于石炭纪 地层中。 这 些镁 铁一 超镁铁 岩石具 有以下特 征: (l) 平面上具有岩相从中心向外逐渐基性降低之趋势; (2) 与围岩石炭纪复理石具有清晰的侵人热接触 变质关 系; (3) 含有大量含水矿物一 角闪石, 且部分镁铁 质岩石含有黑云母; (4)从岩体 中心向外各 岩相带M岁(Mg + Fe,+ )比值依次降 低; (5) 具有 与 岛弧相似的轻稀土元素 富 集型配分 曲线; (6)与区域 性 岛弧单元 或 者 缝合 带近 于平行 展布(Xi ao e t al. , 2(x〕4b)。 杂岩体 中各岩相辉石 的化学成分的变化, 尤 其是单 斜辉石中A1 203 的变化(倪 志耀, 19 94) 以及含水矿物 (角闪石、 云母)的存 在, 表 明 这些杂岩体是由类 似 富水 和 F eZ03 的岛弧岩浆所形成, 进而显示 出岛弧环境特 征。 同时, 杂岩体初始87 sr/ 86s: 为0. 69% 一0. 7059 , 其中斜长角闪橄 榄 岩最低, 角闪辉长 闪长岩最高(王润民等, 1987 ), 具有慢源 岩浆特征。 这些特征表明, 黄山杂 岩体可能是 由与地慢柱 相 关的含水亚碱性岛弧岩浆结 晶分异在俯 冲带 附近形成 的富 Ti02、 51 02不 饱和的阿拉 斯加型侵人杂岩体(刘德 权, 19 83; 胡受奚等,19 90 ; 倪 志耀, 1994 ; 顾连 兴等,19 94 ; 朱 文斌等, 1996 ; Xiao etal. , 2(刃4b)。 这些阿拉斯加型侵人杂岩体主 要产于黄山一 康古 尔早、 中石炭世 的弧 间或弧前小洋 盆等大地构造单元(李 文铅等,
10 66 Acta Pe trolog i ca Sinic a 岩石学报 20(拓, 22( 5) 2
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; xia。。t以. , 2似
b)。 秦克章(2000
)获得香山角 闪辉 长岩单颗粒错石U一 P b 同 位素 年龄285 士1. ZMa; 毛景 文等 (Zoo Za)通过对黄山东 铜镍矿石 进行Re一 05 同位素精测, 获 得其成矿年龄 为282 土20 Ma; 韩宝福等(20(抖)获 得黄山东 岩体 错石 U一 Pb SH班M p 年 龄 为2 7 4 土3Ma。 zho u e‘al・ (20(妈)系统地分析了黄山地区与铜镍硫化物矿床有关 的基 性杂岩的与俯冲带相关地球化学特征, 其错石S HRIMP年代 学结果表明形成于26 9 土Z Ma (Z hou e。以. , 20以)。 吴华等 (2恻
)、 e h苗。tal. (200 5)和毛启贵等(2006
)先后报道了白 石泉阿拉斯 加型基性一 超基性 杂 岩大地构 造 背 景和就位 时 代。 吴华等(200 5) 用错石 SHRIMP方法 测定 了石英闪 长岩 (2 85 士10Ma)、 辉 长 闪 长 岩(284 士g Ma )和辉 长 岩(2 84 土 SMa) 。 毛启 贵等(2(X) 6)采用错石激光剥蚀 法(LA一 IcP一 Ms) 测得矿化辉长岩中错石U一 P b 年龄为281 . 2 士0. g Ma。 Chaiet a l (200 5) 和毛启贵等(2)0(6)通过地球化学 研究表明白石泉 岩体具有慢源特征和受 到了俯冲物 资污染等 特征。 结合对 白石泉岩体地质特征和区域地质背景的综合 分析, 表明白石 泉岩体形成于岛弧或活动陆缘环境。 1. 8 与俯冲一 消减相关的其它岩浆活动 阿尔泰南缘萨吾尔山早石炭世 黑山头组 火山岩地球化 学 特征。 萨吾尔火山岩主要由安山岩及其 相应 的火 山碎屑 岩组成, 并有少量 的玄武 岩, 火 山岩成分从低 钾、 中钾到高钾 钙碱性岩石, 具有 富铝、 低镁的特点, 富 集大 离子 亲石元素 (ULE )和轻稀土元素(LR E E), 亏损高场强元素(HFS E), 指 示火山岩来源 于与俯冲有关的源 区, 火山岩形成的构造环境 为板块俯 冲带的岛弧环境(Shen et al. , 200 5)。 位于东准噶 尔地区扎河坝煤矿附近的上 石炭统巴塔玛 依 内山组地层内发育 有玄 武 岩及玄武 安山岩, 最近的岩石 学、 地球化学以及同位素等综 合分析(龙晓平 等, 200 6) 表 明 显示典型的消减带岩浆特征, 说 明东准噶尔 晚石炭 世仍存在 洋 内的消减俯冲环境。 区域上, 该套晚石炭世的地 层主体 由 基性及中酸性火山熔岩组成, 被认 为是一套典型的陆相火 山 -沉积体系(朱志新等, 2(X) 5), 代表了活动陆缘 张性构造环境。 新疆北东部边缘的三塘湖盆地发育早石炭世安山岩、 早 二叠世粗面岩类以及中二 叠 世玄武 岩(林克 湘等, 1997 。; 199 7b; 赵泽辉等, 20(拓; 郝建荣等, 20() 6)。 通 过常量、 微量 元素的分析测试及讨论, 郝建荣等(200 6) 确认 主要岩石类型 为玄武岩、 安山玄武岩、 辉绿岩、 安 山岩以及少量英安岩和流 纹岩, 显示亚碱性 系列特征。 玄武岩常量元素总体显示高Ti 的特征, 轻、 重稀土元素分馏 明 显, LR E公H R E E 比值 在3, 8 和8. 35 之间变化, 不同岩石类型均 具有LR E E 富集的特征, 玄武岩和玄武安山岩Eu 异常不明显(吕Eu = 0. 92 一 1. 13 ); 微量元素ULE 富集,N b、 Ta 相对于Th 、 C e 强烈亏损, 携带俯 冲带地球化学信息(赵泽辉等, 2(X) 6; 郝建 荣等, 2(X) 6)。 综 合区域地质 特征, 主体在 二 叠纪 时期 盆地 内部 发生伸 展裂 陷, 其岩浆活动已经显示了板内岩浆演化 的特征, 但存在俯 冲消减作用的影响而表现出钙碱性玄武岩的特征(楼法生和 唐春发, 19 95; 林 克湘 等, 1997a; 1997 b; 龚 文平 等,1997 )。 因此, 三塘湖地区在早二叠世很可能存在洋盆的俯 冲作用的 影响。 博格达一带主体为岛弧或活动陆缘 建造(方国庆, 1993 ; 王宗秀等, 2(X) 3; Xi ao 。: al. , 2以又b) , 主要由钙碱性火山岩、 火 山碎屑岩组成(王宗 秀等, 200 3; Xi ao et al. , Zoo4b)。 方 国庆(1993) 认为博 格达地区 巨厚 的安山质 火山一 沉积组合为 岛弧型建造, 其 中石炭系火 山岩和下二叠统 火山碎屑岩 的地 球化学分析表明它们属岛弧一 造山环境。 下二叠统 砂岩地球 化学分析表明为大洋岛弧一 残余 洋盆环境 中(方 国庆, 19 93 ); 下二叠地层的重矿物分析表 明物源区为弧造山带(方国庆, 19 93 )。 王宗秀等(200 3) 报道博格达地区剪切变形带内同构 造的石英脉中 的错石U一 P b sHRIM P 测年 结果为316 士3Ma 31 1士4Ma, 与山链 中花岗岩、 辉长岩年龄颇 为一致(31 1 -316 Ma ) (王宗秀等, 200 3), 反映在结束洋盆散聚、 拼 贴焊接 的晚华力西期造山过 程中, 博格 达古岛弧内存 在一次虽不 甚强烈、 但又较为明显的构造岩浆事件(王宗秀等, 2(X) 3)。 李文铅等(20(巧)对东天山康 古尔塔 格地区彩霞山一带 的彩中岩体黑云母二长花岗岩进行了S HRIMP错石 U一 P b 定 年, 结果为3 16 土4(2。)Ma, 并厘定彩 中岩体为铝弱过饱和型 钙碱性系列 花岗岩, 形成于岛弧 环境。 彩中黑云母二长花 岗岩具有高的。,d (t)值(+ 8. 5 一 +7. 4)和低 的87 5口. 65: 同 位素比值(lsr二0. 7034 一0. 703 6), 表明其物质来源为亏损 的 地慢源区。 低的Nd 模式年龄(T DM二0. 3 8一0. 47 Ga ), 暗示 其源 区物质基本上未受到古老大陆地壳物质的混染(李文铅 等, 2以)6)。 东天山雅西371 一 西北坡 铜金化带 中下石炭 统火山岩属 钙碱性系列(方维置等, 2以拓)。 微量和稀土元素分析结果显 示流纹岩类可能形成在 活动大 陆边缘上的陆缘 岛弧构造背 景中(方维首等, 2以拓)。 东天 山黄山一 雅满 苏地区中安山岩 曾获得Rb一 Sr 等时线年龄为290 士S Ma、 石英斑 岩Rb 一 Sr 等时 线年龄 为282 士16 Ma、 流纹岩Rb 一 S: 等 时 线 年 龄 为300 士 13Ma 以及U一 Pb错石年龄 为3(X) 土13Ma(姬金 生等, 199 4a; 1 994b) 。 根据区域对 比研究, 这些火 山岩组合均与活动陆缘 相关(姬金生等, 19 94 a; 1994 b; 马瑞士等, 1997 ; 李锦 轶等, 2(X) 2; 20() 6 b; 毛景文等, 20() 2b; Xi ao 。: al. , 20(抖b)。 天 山北缘发育了一套火山一 沉 积组合(大哈拉军山组火 山岩), 以流纹岩、 粗面岩、 粗面安山岩、 中酸性凝灰岩和少量 玄武岩为 主体(Xia etal. , 2以又; zhu 。tal. , 200 5)。 zhu 。r a l. (200 5) 通过详细的岩石学和 地球化 学研究, 指出该 火 山 岩具有典型大陆 岩浆弧的地球 化学特征。 其sHRIM P错石 测年结果(zhu et al. ,2 00 5) 表明西部最早玄武岩中错石的表 观年龄为334 一3 94 . g Ma 之间; 东部最早粗面安山岩它们主 体为泥盆纪一 石炭纪 的岛弧火山岩 中错 石的表观年龄为293 一 46 5. 4Ma 之间。 因此, Zhu 。t al. (200 5) 推断这 些火山岩 代表古南天山大洋的火山弧。肖文交等: 新疆 北部石炭纪一 二叠纪 独特的 构造一 成矿作用: 对古亚洲洋构造域 南部大地构造演化 的制约 106 7 东天 山地区梧桐 窝子岩组为晚石炭世海底 扩张喷发形 成的一套 中基性火山岩一 细碧 岩一 硅质 岩一 碳酸 盐岩建造。 通 过对剖面组合特征 研究, 贺军慧等(2005) 认为该岩组 是 由辉 长岩一 辉绿岩一 玄 武岩一 放射 虫硅质岩组成的洋壳 残 片和岛弧 物质的安山岩、 凝灰岩、 沉凝灰岩及 弧前沉积 的凝灰质砂 岩、 钙质砂岩、 微 晶大理岩、 正常碎 屑岩(糜棱 岩、 千糜岩)3部分 组成的蛇绿混杂 岩带。 三者所 处构 造背 景、 沉积环境不同, 在岩石学、 岩石化学 及岩石地球 化学特征上亦 有较大差异 (贺军慧等, 200 5)。 因此, 晚石炭世梧桐窝子岩组实际上为 该地区岛弧及弧前增生边缘组合 中的重要成分(Xi ao et al. , 2《X只b)。 1. 9 斑 岩型铜矿床 斑岩型铜矿床在新疆北部主要有分布于阿尔泰南缘、 西 准噶尔、 东准噶尔和东天山等地区(秦克章, 20 00 ; 200 2; Qin e t al. , 20 05; 王福同等,2 0( ) l; 丙 宗瑶等, 2(X) 2; Han 。tal. , Zoo 6a; 20 06 b; zhangetal. , 20() 6)。 在阿尔泰南缘卡拉先格 尔斑岩铜矿带 内分布有希勒 克特哈腊苏铜矿, 初步研究表明 希 勒克特哈腊苏铜矿中含矿斑岩属于埃达克岩(杨文平等, 2(X)5); 其 Rb一 Sr 等时线 年龄为3 32. 8 士8. S Ma (杨文平等, 2005), 其形成 与古大洋板块的俯 冲造成 的洋壳部 分熔融有 关(杨文平等, 200 5)。 在东准噶尔琼 河坝地区一套中晚古生代 岛弧背景 中性、 中酸性钙碱性的厚层 火 山岩系中, 有 晚古生代花岗斑岩 分 布, 发育 有斑岩型Cu一 Au 矿床(陈仁义等, 1995 )。 其 中琼河 坝202 斑岩型铜矿 处于中蒙边境地区的晚古生代增生构造 带, 成矿作用与晚古生代花岗斑岩有 关, 并具有明显 的斑 岩 铜矿床蚀变分带特征(陈仁义等, 19 95 )。 西准噶尔 托里县 包古图斑岩型铜金 矿床位于西准噶尔 造山带达尔布特 向斜 东段南翼。 矿区内出露的地层 主要 为 下石炭统包古图组, 岩 性主要为凝 灰岩、 凝灰质 粉砂岩、 硅 质岩和含砾砂 岩等。 矿化主要产于花岗闪长斑岩 附近 围岩 中, 矿体呈板状和似板状 (许发军和夏芳, 2003 )。 包古图 斑岩铜矿母岩 的侵入年 龄 为350 一3 20 Ma, 含矿斑岩主量 和 微量元素分析表明, 大多数斑 岩满足埃达 克岩 的条件(张连 昌等, 20 06 b)。 Nd 和 Sr 同位 素组成 与 洋中脊玄 武 岩 (MOR B)以及起源于俯冲洋壳的埃达克岩 的Nd 和Sr 同位素 组成相似, 并且含矿斑岩Mg# > 40 (张连 昌等, 200 6 b), 表明 他们可能是俯 冲洋壳熔融 的产物(张连 昌等, Zoo 6b)。 根据 斑岩 的 地 球 化 学 组 成 并结 合区域 地 质 特 征, 张 连昌等 (Zoo 6b) 认为包古图含矿斑 岩形成于与洋 内俯 冲有关 的岛弧 环境。 包古图地区花岗岩广泛分布, 岩性 为石英闪长斑岩、 花 岗岩闪长斑岩、 花岗斑 岩, 呈小岩株 状产出, 岩体面积一般为 数平方千米, 共有近20 个岩体, 同位素年 龄为300 一3 20 Ma (李华芹等, 19 98 )。 包古图地区这些晚古生代花岗闪长岩和 石英闪长岩小岩体, 为准铝 质岩 石, 稀土配分 曲线表 现为轻 稀土富集的 具正铺 异常的模 式(张连昌等, 20(拓b) 。 具低 的8,sr/吕65: 初始银比值和氧 同位素组成, 这些特征 反映其 岩 浆物质来源是深源 的, 属板块碰撞前的花岗岩类(张连昌等, Zoo 6b )。 在花岗岩微量元素构造环境判别图解 中, 包古 图含 矿斑岩位于岛弧区(张连昌等, 20 06 b)。 在东天山一带, 斑岩铜矿床 自西向东分 布 有延东、 土 屋、 灵龙、 赤湖、 鸭子泉铜矿等, 其中延东、 土屋已经达到大型 规模(王福同等,2 00 1; 丙宗瑶等, 200 2)。 与土屋 斑岩铜 矿 密切相关 的企鹅山群火山岩 的中一 基性 火山岩和酸性火山岩 sHRIM P错石 u一 Pb 同位素 年龄测定结 果为石炭纪(基性 火 山岩的成 岩年龄为322 . 6. 土2. OMa, 酸性 火山岩 的成 岩年龄 为319 . 9士1. 6 Ma, 李向 民等, 20以), 最年轻 年龄 值为304 . 5 士1. 6Ma (李向民等, 2(X) 4)。 错石 U一 P b 年代学结 果 表明土 屋斑岩铜矿的形成时代是30 1土l3 Ma( 李文 明等, 200 2)。 陈 富文等(2005 )对土屋 和延东斑岩铜矿区的矿化斜 长花岗斑 岩开展了SHRI MP错 石U一 Pb定年研究, 获得土屋和延东矿 区矿化 斜 长花岗斑 岩 体的年龄分 别为334 士3Ma 和333 士 4 Ma (陈富文等, 200 5)。 而赤湖斑岩型铜钥矿 的形成 时代为 292士4 Ma (李文明等, 2(X)2)。 最 近SH R IM P错石U一 P b 年代 学表明, 三岔口铜矿矿化斜长花岗斑岩的岩浆侵 位年龄 为 2 78士4 Ma (李华芹等, 2004 )。 北疆 地区的斑岩型矿床成矿作用的成矿构造背 景为板 块汇聚晚期 阶段陆缘 挤压环境(毛景 文等,Z oo Zb; 秦 克章 等, 2 002; 韩 春明等, 2002; Qin et以. , 200 5; Han et 以・ , Zoo 6a; Zoo 6b; zha ng etal. , 2 004 ; 200 5; 2《x〕6)。 吐哈盆地 南缘斑岩样品微量元素构造环境 判别结果表明除两个成矿 后斑岩 外, 其 它 样品 均位于火 山 弧花 岗 岩(张 连昌 等, Zoo 6a )。 这些最新 的高精度 年代学证据 表明北疆地区在 晚 石炭世一 二叠纪早期仍然可能还存在活动 陆缘。 2
讨论
综上所述, 新疆 北部发育了大量 石炭纪一 二 叠纪构造一 成 矿事件, 构成晚古生代独 特 的构造一 成矿作用。 这些最 新 的 进展, 特别是高 精 度年 代学证 据均表 明北疆地区在晚 石炭 世一 二叠纪仍然可能还存在 活动陆缘。 值得注 意 的是 目前 国 际上关于二叠纪时限的绝 对年龄值是定 在299 . 0 士0. S Ma -251. 0 士0. 4 Ma (Gr adstein 。tal. 20以), 与过去传统的二叠纪 时 限具有不同之处(如 有些 文献 中将230 一2 70 Ma 定为二叠 纪 的时限, 中 国科学院地学部和新疆石油管理局, 19 89 )。 由于北疆地区及其邻区占据 中亚增 生造山带南 部的关 键部位, 在讨论北疆乃至整个中亚地区大地构造演化或者探 讨相关成矿作用时必 须考 虑这些重要 而又关键 的石炭纪一 二 叠纪构造一 成矿事件。 这里仅就这些进 展与基本地质事实对 古亚洲洋构造域南部的意义, 特别是对中亚增生造山作用与 古亚 洲洋最后消减过程的时空制约进行探讨。Acta Pe trologic a Sinica 岩石学报 2以拓, 22( 5) 北疆地区不同地质 时代矿床直方图(引 自秦克章, 2 0以)) H istogr am ofthe distributio n Of min e ra l depo sitsOf the Northem X injia ng (
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e r Qin , ZIX X)) 兄 U , ‘ U , ‘ 八 ” l口 巴 -口 日 卜 长期以来 关于古亚洲洋南 部(南天 山古洋盆)最终 闭合 和中亚南部增生造山的结束时间, 存 在较大争议。 目前主要 有如下几种认识: 早一 中泥盆世(王作勋等, 19 90 ), 晚泥盆世 -早石炭 世(Ga o etal. , 199 8; Windiey et al. , 1990; Aue n et 以. , 199 3), 晚泥盆世一 石炭纪(高 长林 等, 1995 ), 晚泥盆 世一 早二叠世(卢华复等, 19 96), 晚石炭世一 早二叠世(郝杰和 刘小汉, 1993)。 前人关于亚洲洋早期闭合的观点多主要 根据蛇绿 岩的 时代或者岛弧火山岩的大致时代。 如南天 山蛇绿岩多发 育 有早古生代一 泥盆纪同位素年代学成果或者相关泥盆世一 早石 炭世 的 放射 虫 化石(Gao et al. , 199 8; 王作 勋 等, 199 0; Windleyet al. , l99() ; Allen et 以. , 1993; 卢 华 复 等, 199 6; L i u , 200 1; 龙灵利等, 2加6), 但是南天山蛇绿 岩实质上多产 于活动陆缘增生带 中(王学 潮等, 1995 ; Xi ao et 以. , 2004
b; 高俊等, 2《X)6), 构造地质学和区域资料显示南天 山这些蛇绿 岩不是完整 的蛇绿岩 套, 如库 勒湖蛇 绿岩是一个推 覆体, 它 们并不代表不同的洋中脊扩张中心(王学潮等, 1995 )。 在增 生杂岩中最年轻 的组分(放 射虫硅质岩、 蛇绿 岩残 片、 海山 -洋底高原、 高压一 超高压变质 岩等)可能对 整个增生杂 岩或者 增生过程的上 限具 有决 定性 的制约 意义。 本文所 阐述 的主 要构造一 成矿作用等基本 科学事实, 特别是南天 山增生杂岩 中晚二叠世放射虫化石与海 山成因的高压一 超高压变 质岩带 的发现(李曰俊 等, 2002; 200 5; 李强和张立 飞, 2侧M; 艾永亮 等, 200 5; 张立飞, 200 5), 进 一步证明南天 山西部在 晚二叠 世仍然有一定规模的古 洋盆 及其俯冲作用的存在。 在南天 山东段红柳河地区由于中新生代走滑构 造 的影 响使得 在该 地区建立清晰的构造 格 局仍需详细的研 究 工作(zhou a nd Gra
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am , 1996 ; 李景轶等, 200 2), 但初步的大地构造解析研 究表 明也存在相似的情形(芜a。 。t 以. , ZI X抖b)。 同时, 在环 准噶尔的块体(阿尔泰、 东准噶尔、 哈尔里 克一 大南湖、 西准噶 尔、 和伊犁一 西天山等)上不同程度发育有 与俯 冲一 增生或者 活动 陆缘的记 录。 这证明古亚 洲洋南部(南天 山古洋盆)最 终闭合和中亚南部增生造山的最终结束时间可能在二叠纪, 图3 北疆地区晚石炭世一 二叠纪早期复杂活动陆缘古地理图 Fig. 3 Pale oge o脚
phyofthe l a te Cathonife rou s一e a rly Pe rm ian eom Pl ex a etive ma
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in Of the Northern X injian g肖文交等: 新疆 北部石炭 纪一 二叠纪独特的构造一 成矿作用: 付古 亚洲洋构造域 南部大地构造演化的制约 106 9 甚至是二叠纪晚期。 根据前人资料(徐新, 19 98; 卢华 复等, 19 %; 郝杰 和刘 小汉, 1993 ; 马瑞士等, 19 97 ), 新疆 北部地区碰撞型花岗岩 欠发育(王廷印, 1985; Han 。tal. , 1997; 韩宝福等, 19 98)。 早二叠世或者以前的与造山作用相关的前 陆盆 地发育不明 显, 仅 在西南天 山南 麓 报道存 在上二 叠统一 三 叠统 前陆盆地 磨拉石沉积(蔡 东升等, 1995 ; 19% )。 这些均 表明可 能在 晚 石炭世一 早二叠世期 间, 并 未发 生塔里木 与北 面西伯利亚活 动陆缘的大规模的碰撞造 山作用, 相关的增生造山作用一直 延续至二叠 纪早期。 晚石炭世一 二 叠纪早期 挤压一 伸展一 走滑 并存, 岩浆活动活跃(赵振华 等, 200 3; zhon 。t。1. , 2
004
)。 而南天 山洋盆闭合、 塔里木与北面西伯 利亚活动 陆缘的拚合 造山等过程可能发生在晚二叠 世一 三叠纪(李继亮, 1989 ; 中 国科学院地学部和新疆石油管理局, 1989; Su n et。2. , 19 9 1; 郝 杰和刘 小 汉, 1993; Ca
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ll etal. , 19 95; x iao 。tal. , 2。)4a; 2(x 只b; 张立飞等, 200 5)。 整个北疆地区在该阶段是 成矿作用高峰期(图2), 大量斑岩铜金矿床与阿拉斯 加型铜 镍矿床等都从一个侧面支持了这种认识, 表 明了造山作用 与 成矿作用的密切关联 性。 众所周知, 在更大区域尺度上来看, 中亚造山带大地构 造演化历史发育有 大规模的同俯 冲山弯一 横 切堆叠(。ro cli ne duplexing )构造(Sengor etal. , 19 93; 李锦轶 等, 20() 6a ), 只是 在具体 细节方面尚存 争议(Sen护r et al. , 1993 ; 李锦 轶 等, 2006 a )。 目前认为关于伊犁一 西天山陆缘岩 浆弧 的归属是 与 环巴尔喀什山弯构造或者 堆叠的Ki pch ak 弧地质体相 联 系 (Se ng6r etal. , 199 3)。 由于北疆地区大量发育晚石炭世一 二 叠纪早期平行 造山带大型走滑构造(u ure nt一 charvet 。tal. , 2002; 陈文等, 200 5) 等现象, 因此, 这些平行造山带 大型走 滑构造很可能 与 同俯 冲的大规模走 滑运动 具 有某 种关 联。 具体如何匹配尚需要 进一步的详细研 究工作。 尽管对 准噶 尔盆地 的性质具有各种认识(详见Ca rm n 。tal. , 19 90 ; 李锦 轶等, Zoo 6a ), 目前 的资料说 明准噶尔 盆地很 可能主体是 圈 闭 的洋盆、 岛弧与增生杂岩组合 (Ca
rro
lletal. , 1990 ; e he n a ndJahn , 2 00 2; 2创吟), 局部可能存 在微 块体(李 锦 轶 等, Zoo6a )。 由于处于特殊 的会聚板块 边缘, 具有独特 几何学边 界条件, 该圈闭洋盆可能在合适 的条件下发生有 限消 减, 在 环准噶尔的块体(阿尔泰、 东准噶尔、 哈尔里克一 大南湖、 西准 噶尔、 和伊 犁一 西天 山等)上留下与俯 冲一 增生或 者 活动 陆缘 的记 录。 根据此推测, 新疆北部晚石炭 世一 二叠 纪古地 理格 局以 发育北 面的西伯利亚南部活动陆缘体 系, 通 过南天山洋与塔 里木 隔岸相对(图3)。 这一阶段早期, 北面的西伯 利亚南部 活动陆缘体 系在新疆北部主体 包括分 布于北部 的阿尔泰 陆 缘 岩浆弧、 紧邻其产出的东准噶尔、 哈尔里克一 大南 湖岛弧与 星 星峡地块, 以及分布与西部的西准噶尔洋 内弧与南面的伊 犁一 西天山陆缘 岩浆弧(图4)。 这 一阶段晚期(主体 为二叠 纪早期), 可能发 生塔里木拼贴到北 面的西伯 利亚南 部活动 陆缘体 系的构造事件, 导致 南天山洋主体逐渐 封 闭, 其 中南 天 山西段残余古 洋盆最终闭合的时间应为二叠 纪末(李曰俊 等, 200 2;200
5 ; 张立 飞等, 200 5)。 这一 阶段构造一 成矿演化 应该归纳为具有以下特征: (l) 新疆区域早古生代是古大洋和洋 内古块 体群发育 时期, 早古生代开始了洋盆俯 冲 消减、 洋 内块体 拼贴增生。 古亚洲洋南 部构造域在 晚泥盆世一 早 石炭 世, 由于北天 山洋 盆向北部俯 冲, 形成大南湖一 头 苏泉岛弧, 并伴 有高侵位的花 岗岩体 分布和铜一 钥一 金一 银矿体的形成。 (2) 复杂增 生造山作用最 后结束于晚石炭 世晚期 或者 甚至二 叠纪早期。 与复 杂拼贴 增生 造山期相关的前陆 盆地 发育不明显, 也没有大规模发育碰撞型花岗岩; (3) 晚石炭世一 二 叠纪早 期 岩浆活动活跃, 壳 慢物质 交 换 复杂, 形成过渡性地壳, 为成矿作用提供了 良好条 件。 在 晚石炭世一 早二 叠世, 大量镁 铁一 超镁 铁质和 碱性 花岗岩 岩浆 侵位, 形成大量的岩浆铜镍硫化物。 3结论
新疆北部 晚古生代发育了一系列 独特的构造一 成 矿作 用, 特别是以发育大量 石炭纪一 早 二叠世构造一 成矿事件为特 征, 其中主要包括: (l) 发育于晚石炭 世一 二叠纪的阿尔泰岛 图4 北疆地区晚石炭世一 二叠纪 早期 复杂活动陆缘概念剖面图 Fig. 4 Con e eptual eross一se etio nal m odel Of the late Ca
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o nife rou s一e a rlyPerm ia n e om plex a etiv e ma
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in of the Northern X i njiang1074 Aeta P e trolo 乡ea Sinica 岩石学报 2《X拓, 22(5) Aeta P etrolo gie a Sinie a, 22 (5): 12 49 一1265 Zho u D and Grah a m 5. 19 96. ExtI’Usio n of the Altyn T昭h wedge : A kin emati。 model for the Altyn T a gh Fault and palinspa stie ree o n s 如etio n Of northem Chin a. Geology , 24 :4 2 7一4 30 Zhou M F, 从she rCM, Yan g Z X, U JW and Su n M. 2(X) 4. Geoc h
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