Question

西北盆山地区岩石圈构造演化

Answer 1

根据作者过去积累的资料，以新疆地区为主，作一概述。

3.2.1 晚元古宙岩石圈构造演化(图3.2.1a)

晚元古宙(晚里菲期—文德纪为主)，主要在新疆东北部、西伯利亚古陆块之南，萨彦岭-蒙古西部湖区一带出露较完整的蛇绿岩，那里可见到文德纪—早寒武世“古杯灰岩”覆盖于蛇绿岩之上(肖序常1990蒙古湖区野外考察记录)。它代表了晚元古宙出现的萨彦-蒙古洋;北面哈萨克斯坦科克切塔夫地块以东，此一时期可能存在裂陷槽、小洋盆与伊犁-巴哈喀什、准噶尔等古陆块相间的构造格局(图3.2.1a)。但在南部塔里木、中天山(伊犁古隆东沿)等地，这一时期主要为稳定型盖层沉积，构成“新疆克拉通”，震旦系(文德系)—下寒武统自下而上主要有冰碛岩、含磷、钒、铀的碎屑岩、白云岩硅质岩等，除冰碛岩外，与蒙古戈壁阿尔泰区的文德纪—早寒武世沉积相似。值得提到的是，在库鲁克塔格区上部层位也出现了蒙古戈壁阿尔泰区的文德纪—早寒武世上部标志层的Archaeocyathusa古杯灰岩。阿尔泰西北的震旦纪—早寒武世地层，以一套灰绿色砂、泥质沉积的浅变质岩系为主(过去曾名为哈巴河群)。近年工作有新进展，发现丰富微古植物化石，具有从晚前寒武纪向寒武纪过渡特征。塔里木东北缘库鲁克塔格、西部柯平地区以及西北天山博罗科努等处，震旦纪至早古生代早期出现基性—酸性火山喷溢活动，可能与哈萨克斯坦岩石圈的拉张作用有关，但从量上、强度上和延续时间上远不及后者。因而，我们认为“新疆克拉通”岩石圈的解体、分异演化，主要是在早寒武世以后，这里似不存在“古中亚洋”。

3.2.2 早古生代岩石圈构造演化(图3.2.1b)

早古生代期间，“新疆克拉通”解体，出现拉张洋盆，据现有资料大体可分为两个阶段:早期为晚寒武世至奥陶纪为主的拉张洋盆;晚期为志留纪为主(包括早泥盆世)的拉张洋盆。前者具有确切时代依据的洋壳和上地幔岩———完整的蛇绿岩，当推西准噶尔唐巴勒地区;近年在东准噶尔阿尔曼泰-扎河坝蛇绿岩乃至其南卡拉麦里平顶山蛇绿岩中作了SHRIMP2锆石U-Pb测年，前者中层状辉长岩和脉状斜长岩获得489Ma和481Ma年龄值，后者斜长花岗岩获得497Ma年龄值(刘敦一，简平，2003年12月成果汇报)。其次洪古勒楞地区蛇绿岩也可能发生于早古生代;玛依拉山地区很可能是继唐巴勒之后第二期志留纪拉张作用形成的小洋盆。

关于唐巴勒蛇绿岩组合及其所代表洋盆的构造演化，已有不少论述(冯益民，1985，1986)。由于上部洋壳层中产有奥陶纪放射虫及早、中奥陶世Macluritesp.等(冯益民，1985)，所以洋盆拉张已有一定古生物依据。这里着重提及的是，我们对该蛇绿岩内与辉长岩伴生的浅色辉长岩(Leucogabbro)或斜长花岗岩，作了榍石及斜长石²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb-²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb同位素测年，得到较理想数据为(508±20)Ma(肖序常等，1990)，又用²⁰⁴Pb/²³⁸U对上述斜长花岗岩测年为480～520Ma(肖序常等，1990)，由此可见同位素与古生物提供的时间数据基本一致。还引起人们十分关注的是，唐巴勒蛇绿岩的东侧苏月克沟及其南侧，均出现了典型的蓝片岩，同时在上述下志留统碎屑岩内，经人工重砂分析，含有蓝闪石等矿物(冯益民，1985)，从而有力地说明这一洋盆的闭合、俯冲(包括幔内俯冲)当在早志留世前的中、晚奥陶世为宜。以上近年同位素测年表明东、西准噶尔均存在早古生代蛇绿岩。这一时期东、西准噶尔应是贯通相连的洋盆。

早古生代志留纪为主的第二阶段的拉张洋盆，主要发生在南天山。即伊犁-中天山古陆块南缘岩石圈的裂解。有代表性的洋壳－上地幔岩剖面，出露于该区西段哈尔克山南、北两侧。在黑英山和霍拉山等地带，主要是复理石建造、绿片岩相变质中基性火山岩、枕状熔岩、辉绿岩以及大量放射虫硅质岩，其时代依据除放射虫外，尚有薄层灰岩夹层或透镜体中的珊瑚和腕足等化石，其中大部分属志留纪，少部分为早泥盆世。以上岩层断续伴随有基性超基性岩，构成蛇绿岩或蛇绿混杂带。这一古南天山洋盆延续时间虽不长，但却有其重要意义，它分隔了塔里木岩石圈地块和哈萨克斯坦岩石圈板块(包括中天山及其以北准噶尔地块)。这一洋盆的聚合消减，在时空上和强烈程度上有所差异。在西段俯冲消减稍早，于志留纪晚期，而东段于早泥盆世乃至中泥盆世。西段北缘为人们瞩目的汗腾格里峰-科克苏河上游一带的高压变质带蓝片岩，常伴随蛇绿混杂岩带(?)，如长阿吾子、乌瓦门-拱拜子等处。一些地学家认为，西段与伊犁板块南侧、哈尔克山北坡的高温低压变质带构成双变质带。以上出露的高压变质带、蛇绿岩带以及可能存在的混杂带，构成了俯冲带的“三大构造岩带”---古海沟俯冲带的重要标志，暗示了该洋盆向北消减。东段库米什-榆树沟一带出露的基性、超基性糜棱岩带，代表该洋盆闭合消减期的强烈挤压剪切作用。关于高压变质带的形成时期，目前尚有争议，根据对现有资料分析，暂归属晚志留世。

图3.2.1 北疆岩石圈四维构造示意图

向东到库鲁克塔克以南以及塔里木北缘新生代覆盖之下，尚可能存在早古生代洋盆残留体，但目前确切资料不多，限于篇幅此不再阐述。

“古南天山洋盆”向北俯冲消减的另一旁证是，邻区特别是中天山发育大量与古板块运动有关的花岗岩，根据岩石学、地球化学的研究(肖序常等，1992)，中天山晚加里东期花岗岩类(包括石英闪长岩、花岗闪长岩、黑云母花岗岩及闪长岩)具有洋盆向北俯冲、碰撞引起的岛弧型和同碰撞期的花岗岩类特征。中天山早华力西期花岗岩(包括黑云母花岗岩、二云母花岗岩及钾质花岗岩)多集中在中天山南部，该期花岗岩大部分落在同碰撞期和造山期晚期，这与南天山洋盆在D—C¹₁期间向北俯冲殆尽、岩石圈碰撞有关。中天山南部，晚华力西期花岗岩大部分投点于非造山区段，部分投点于晚造山期区段及同碰撞期区段(肖序常等，1992)，这也说明中、南天山在晚古生代晚期地壳发育已进入稳定阶段。

3.2.3 晚古生代岩石圈构造演化(图3.2.1c)

晚古生代是新疆北部岩石圈再次拉张-聚合交替出现和岩浆活动频繁时期。下面重点阐述泥盆纪—石炭纪构造演化。

3.2.3.1 泥盆纪构造演化

早—中泥盆世是新疆北部一次重要的岩石圈拉张期。这一时期西准噶尔出现以达拉布特为代表的蛇绿岩带;东准噶尔则以卡拉麦里南明水一带蛇绿岩为代表。从形成时代，过去认为是石炭纪产物(张驰，1981;蔡文俊，1986)。根据我们近年在该带工作，发现在南明水蛇绿混杂岩上存在清楚的不整合，不整合之上是一含辉长岩、玄武岩、蛇纹石化超基性岩以及硅质岩等蛇绿岩成分砾石组成的砾岩薄层，向上渐变为硬砂岩及蛇纹质砂岩，再上渐变为细砂岩、钙质砂岩及强烈片理化粉砂岩、千枚岩夹薄层灰岩。值得提到的是，在后者薄层灰岩夹层中，首先发现纳缪尔期G带菊石:Gastrioceras sp.和Eoasianites sp.(盛怀斌，1987)。这对确定卡拉麦里蛇绿岩带的侵位时期上限提供了可靠依据(李锦轶等，1988)。根据今年我们对该蛇绿岩带上部洋壳硅质岩夹层的分析鉴定发现大量微古生物化石其中除放射虫外，尚有较高级疑源类、小软舌螺以及小壳类(王乃文，1988)，认为不晚于早泥盆世。考虑到以往对该带辉长质堆晶岩全岩K-Ar测年为338～392Ma(新疆第一区调队，1987)以及与该带密切的火山岩浆弧的时代厘定为早泥盆世晚期—早石炭世早期(肖序常，李锦轶等，1988)等资料目前我们认为该蛇绿岩带形成于早泥盆世—中泥盆世较宜。近年在卡拉麦里蛇绿岩以南的清水岩体-辉绿岩、辉长岩SHRIMP2U-Pb测年为336Ma(刘敦一等，2003)。

关于达拉布特蛇绿岩的时代，已有较多论述，曾视为泥盆纪—石炭纪。主要是根据上部洋壳硅质岩夹层中放射虫及薄层灰岩夹层中产Favosites sp.，Pachyfavosites sp.及P.Cellyphyllum sp.等定为中泥盆世。但考虑到其中Favosites sp.分布时代为O₃—D¹₂以S—D₁为主，而Pachyfavosites sp.则集中于S₂—D₂。根据上述，西准噶尔达拉布特蛇绿岩和东准噶尔南明水蛇绿岩很可能是同期形成，它们代表晚古生代早期(D₁—D¹₂)横跨新疆北部的洋盆，我们暂称之为“准噶尔洋盆”，向西它很可能与斋桑及其以西晚古生代洋盆贯通，向东断续可与晚古生代”南蒙古洋相连。

上述东准噶尔蛇绿岩带之上的不整合，西准噶尔晚泥盆世较多含植物化石陆相粗碎屑岩的出现，均说明这一“准噶尔洋盆”在中泥盆世末期发生聚合、消减，并促使洋壳-上地幔物质发生构造侵位。值得提到的是，这一聚合俯冲作用在达拉布特一带产生了蓝闪石类、硬柱石(?)和绿纤石等高压变质矿物组合(冯益民等，1986)，但上述洋盆闭合并未导致强烈造山作用发生，而继之为残余海盆，其范围继承原有洋盆并有所扩大，一些曾长期隆起的陆块局部为海水淹没(李锦轶等，1988)。

3.2.3.2 石炭纪构造演化

中泥盆世末，准噶尔洋的聚合消减事件，还影响到南部吐鲁番—哈密一带火山复理石盆地，使该盆地封闭、褶皱隆升。晚泥盆世在部分地区缺乏沉积。但到早石炭世晚期，北天山依连哈比尔尕山向东到博格达山，更东到黄山一带，岩石圈不同程度的拉张，局部形成了小洋盆和裂陷槽。而在西部依连哈比尔尕山一带，这一时期岩石圈发生较强烈引张。以巴音沟为例，那里发现了穿插于枕状熔岩中的辉绿岩岩墙，从而丰富了蛇绿岩的组合，构成了一较完整的蛇绿岩剖面。同时我们对该蛇绿岩上部洋壳中硅质岩夹层又作了详细鉴定，发现了许多放射虫，其代表时限为早石炭世—晚(或中)石炭世早期。值得提到的是，上述硅质岩中还出现了牙形石，时代为法门期末。向东至玛纳斯南山的基性超基性岩带(很可能是蛇绿岩的残块)，它与西延的巴音沟蛇绿岩很可能属同一时代，代表北天山较强烈拉张期形成的晚古生代洋盆。东部博格达山一带，出露中石炭世为主的中基性喷发岩、枕状熔岩、火山碎屑岩及放射虫硅质岩组合(柳树沟组)，在一些地段出现辉长岩-辉绿岩岩席、岩墙以及花岗斑岩等。上述岩石组合反映了该区岩石圈拉张不及巴音沟一带，尚处于初始海盆阶段，缺少较完整的洋壳-上地幔组合。东南至黄山一带，中石炭世岩层组合中出现了含铜镍的基性超基性杂岩，后者主要包括角闪斜长二辉橄榄岩，这种组合代表岩石圈拉张早期，慢速扩张所产生的岩石类型(Nicolas，1986)，它的产生方式可能是与岩石圈底部轻度拆沉、地幔物质“热底辟侵位”有关。

能否设想，随着“准噶尔洋盆”向北为主的俯冲消减，导致南面岩石圈松弛引张，上地幔上隆，岩石圈发生减薄拆沉，这些为依连哈比尔尕-博格达和黄山一带上地幔物质上涌创造了条件。其邻区吐鲁番-哈密盆地两侧等地带，仍存在不同程度的岩石圈减薄拆沉作用，而导致大量壳源乃至壳幔混熔中酸性岩浆活动、火山沉积建造及多金属矿产的形成，尤其在南面觉罗塔格、阿齐山及其以东一带较显著。

北天山晚古生代洋盆虽然规模不大，但和新疆北部准噶尔洋盆等一样，有着洋盆聚合后转化为“残留海盆”的过程。以中、晚石炭世—二叠纪为主的残留海盆，已不具有洋盆沉积性质，主要是浅海、陆表海以及滨海相沉积，具有坳陷及陆隆相间构造格局;并逐渐演化，过渡到侏罗纪—白垩纪、新生代陆相为主较厚沉积，值得提到的是:这一演化过程中对烃源岩的形成、油气成藏和多期生油都有着重要意义。

从以上新疆及邻区地质演化历程可看出，岩石圈拉张、裂解-消减在时空上是不均匀的，但从整体上，北疆(中天山以北)从晚元古宙-古生代岩石圈拉张、裂解-消减具有从北到南从早到晚迁移趋势，而到古生代末期—中生代初，“残留海盆”封闭，分隔的陆块全部焊接、弥合。至此，新疆北部进入大陆岩石圈及陆内山链发展的新阶段。

3.2.4 岩石圈板块碰撞期后的构造演化(图3.2.1d)

上述资料表明，新疆北部的准噶尔、北天山及南天山等小洋盆和陆间残余海盆古生代末—中生代初相继关闭，原来被分离的各岩石圈陆块再次焊接在一起，从此进入板内构造演化时期。

从现有资料推测，新疆现代构造格局在侏罗纪末基本定型，在二叠纪—侏罗纪期间，由于上地幔状态的变化，加之受北侧西伯利亚向南推挤和年南侧古特提斯演化的影响，北疆仍然持续发生了强烈的相对运动，主要为隆起区下降成为盆地，强烈推覆构造运动导致地壳继续大规模缩短。

从二叠纪开始，隆起区的伊犁、塔城、塔里木、准噶尔和吐鲁番-哈密等陆块相继下降构成前陆盆地，其中堆积了厚度不等的二叠系—中、新生界地层，尤其是塔里木和准噶尔盆地成为石油天然气及煤等能源矿区重要集聚区。

与各陆块下降的同时，已形成的各造山带继续隆起遭受剥蚀;同时在阿尔泰及东准噶尔造山带，以由北东向南西的推覆为主，西准噶尔造山带已由北西向南东的推覆为主，而天山造山带则分别向南、北两侧推覆。这种构造变动，一方面促使该区地壳持续大规模缩短，另一方面使北疆各盆地周缘均处于挤压状态，形成较厚沉积的前陆盆地，与此同时，除了沿主干断裂伴生有平移运动外，还形成一些大型走滑断层，如博罗科努-阿其克库都克断裂和卡拉辛格尔断裂以及西准噶尔北东向断裂等后期都具有走滑断层性质。