新疆南天山古生代構(gòu)造背景研究

新疆南天山古生代構(gòu)造背景研究

0南天山造山帶新疆中部向南延伸，塔里木-卡拉庫(kù)姆和伊爾哈哈塞夫板塊的交匯處。地質(zhì)上分為南天山、中天山和北天山（鄭和榮等，2007；李志軍等，2009）。本研究區(qū)為南天山層區(qū)，西至吉爾吉斯坦、哈薩克斯坦，東至新疆、甘肅、內(nèi)蒙古和葉爾阿木德地區(qū)。南與圖特漢河庫(kù)漢-那云溝接壤，北與科庫(kù)蘇河巴倫臺(tái)庫(kù)米什接壤。這與中天山南緣的斷裂帶基本一致（圖1）。該區(qū)域是塔里木-卡拉庫(kù)姆和伊爾哈哈拉板塊之間的沖突造山帶（劉本培等，1996；高軍等，2006；李志軍等，2009）。南天山造山帶經(jīng)歷了復(fù)雜的構(gòu)造演化與地殼增生過(guò)程.新元古代,塔里木陸塊和伊犁地塊屬于羅迪尼亞古陸的一部分,距今約700Ma開始從中裂解出來(lái);約700~540Ma,沿那拉提南緣斷裂一帶發(fā)生陸殼裂解,伊犁陸塊從塔里木板塊中分離出來(lái)(蔡?hào)|升等,1995;高俊等,2006;李曰俊等,2009).那拉提山達(dá)魯巴依一帶蛇綠巖中玄武巖、輝長(zhǎng)巖兩個(gè)鋯石Pb-Pb年齡值分別為590±11Ma和600±15Ma(楊海波等,2005),證明南天山洋盆此時(shí)已經(jīng)形成.古生代,南天山經(jīng)歷了洋盆的擴(kuò)張、俯沖消減和碰撞造山.由于該區(qū)特殊的地理位置和復(fù)雜的構(gòu)造背景,前人對(duì)該區(qū)洋盆閉合時(shí)間及盆地演化階段的認(rèn)識(shí)還存在明顯分歧.不少學(xué)者認(rèn)為,洋盆最終關(guān)閉于二疊紀(jì)(郝杰和劉小漢,1993;蔡?hào)|升等,1995).也有部分學(xué)者認(rèn)為,塔里木陸塊與中天山地塊在晚石炭世最終碰撞造山(高俊等,2006;舒良樹等,2007).李曰俊等(2005,2009)則認(rèn)為這兩個(gè)地塊在晚石炭世就可能已經(jīng)拼接到一起,而南天山西部直到二疊紀(jì)末-三疊紀(jì)初才最終閉合.本文在廣泛收集地質(zhì)資料及前人研究的基礎(chǔ)上,對(duì)我國(guó)境內(nèi)南天山地層大區(qū)進(jìn)行了地層分區(qū),并對(duì)古生代-中生代盆地的沉積序列進(jìn)行了詳細(xì)分析,以劃分出南天山沉積盆地的演化階段.1拉提和南天山地層區(qū)本文在詳細(xì)分析沉積序列的基礎(chǔ)上,結(jié)合周邊大型斷裂構(gòu)造,將南天山地層大區(qū)分為那拉提和南天山兩個(gè)地層區(qū),前者進(jìn)一步劃分為哈爾克山北坡和烏瓦門-拱拜子兩個(gè)地層分區(qū);后者含西南天山、哈爾克山南坡、艾爾賓山-庫(kù)米什、堿泉、紅柳河-洗腸井和恩格爾烏蘇6個(gè)地層分區(qū)(圖1).現(xiàn)將各地層分區(qū)的沉積序列及盆地類型劃分方案分述如下.1.1烏瓦門-拱拜子地層分區(qū)那拉提地層區(qū)位于南天山地層大區(qū)的北緣,包括哈爾克山北坡和烏瓦門-拱拜子兩個(gè)地層分區(qū):(1)哈爾克山北坡地層分區(qū)(圖2),在古生代-中生代出露的地層僅為晚-末志留世科克鐵克達(dá)坂組(S本區(qū)在泥盆紀(jì)-石炭紀(jì)沉積了薩阿爾明組(D1.2南天山層1.2.1偶夾火山巖s西南天山在晚志留世-中二疊世沉積了大片淺海相、濱淺海相碳酸鹽巖和碎屑巖,偶夾火山巖(圖2).其中晚志留世科克鐵克達(dá)坂組(S該區(qū)早泥盆世沉積了阿帕達(dá)爾康組(D早石炭世,該區(qū)沉積了甘草湖組(C晚石炭世-中二疊世,在霍拉山-野云溝一帶沉積了艾克提克組(C侏羅紀(jì),沉積了楊葉組(J1.2.2哈爾克山南坡層面積志留紀(jì)-早泥盆世,哈爾克山南坡(圖2)出露有依南里克組(S石炭紀(jì)-早二疊世依次沉積有甘草湖組(C1.2.3蛇綠巖u-pb-pb同位素艾爾賓山-庫(kù)米什中-晚奧陶世硫磺山群(O志留紀(jì),榆樹溝地區(qū)出露有一套蛇綠混雜巖(SY),楊經(jīng)綏等(2011)對(duì)斜長(zhǎng)花崗巖和斜長(zhǎng)巖鋯石進(jìn)行U-Pb同位素測(cè)年,其年齡平均值分別為439.3±1.8Ma和435.1±2.8Ma.該套蛇綠巖主要分布于榆樹溝-銅花山-硫磺山一帶,已被構(gòu)造肢解,主要由超鎂鐵巖、堆晶巖、熔巖類組成(徐向珍等,2011).晚志留世-早泥盆世沉積了阿爾皮什麥布拉克組(S晚泥盆世,在辛格爾地區(qū)沉積了破城子組(D石炭紀(jì),沉積了甘草湖組(C1.2.4堿性泉層的劃分早-中寒武世,堿泉地層(圖2)沉積了黃山組(?早-中志留世,沉積了叉口組(S中泥盆世的薩阿爾明組(D1.2.5底寒武世-早寒武世沉積型女巖紅柳河-洗腸井(圖2)地跨新疆、甘肅、內(nèi)蒙古,西從甘肅新疆交界的紅柳河,經(jīng)牛圈子直達(dá)甘肅內(nèi)蒙古交界處的洗腸井一帶.底寒武世-早寒武世,沉積了雙鷹山組(?奧陶紀(jì),在甘肅馬鬃山煤窯北2km處出露有較為完整的牛圈子混雜巖(ON),已被構(gòu)造分解為構(gòu)造巖片等,蛇綠巖變形變質(zhì)強(qiáng)烈,韌性剪切發(fā)育,糜棱巖化普遍(任秉琛等,2001;武鵬等,2012).晚-末志留世,在黑鷹山一帶分布有碎石山組(S早-中二疊世,沉積了雙堡塘組(P1.2.6恩格爾烏蘇層的劃分恩格爾烏蘇(圖2)出露的最老地層為晚石炭世本巴圖組(C早白堊世早期,沉積山麓相-濱湖相-湖相巴音戈壁組(K2南天山洋盆的形成環(huán)境南天山沉積盆地的演化是隨著古洋盆的擴(kuò)張→俯沖消減→碰撞造山→陸內(nèi)演化而向前發(fā)展的.結(jié)合南天山各地層分區(qū)的沉積序列所指示的沉積環(huán)境的變化,該區(qū)古生代-中生代沉積盆地的演化被劃分為5個(gè)階段(圖3).寒武紀(jì)-奧陶紀(jì),南天山洋從有限洋盆演化為成熟洋盆(圖3a).盧華復(fù)等(1996)估算,南天山古洋盆在奧陶紀(jì)已經(jīng)達(dá)到寬約6000km.寒武紀(jì),東部堿泉地層分區(qū)和紅柳河-洗腸井地層分區(qū)沉積了大量的硅質(zhì)巖、灰?guī)r,表明此時(shí)洋盆已經(jīng)達(dá)到一定的深度.中-晚奧陶世,在紅柳河-洗腸井及其以北的公婆泉-馬鬃山一帶,沉積有島弧火山巖;同時(shí)東部發(fā)育有大量蛇綠巖,紅柳河-洗腸井地層分區(qū)奧陶紀(jì)牛圈子蛇綠巖鋯石年齡為446.5±4.0Ma(武鵬等,2012)、Rb-Rs同位素年齡為463±18Ma(任秉琛等,2001),紅柳溝蛇綠巖中輝長(zhǎng)巖的鋯石SHRIMP年齡為479±8Ma(楊經(jīng)綏等,2008);中-晚奧陶世,島弧火山巖與蛇綠巖并存,證明東部紅柳河段洋盆在中-晚奧陶世處于拉張與俯沖消減并存的階段.西部,達(dá)魯巴依輝長(zhǎng)巖鋯石Pb-Pb年齡為590~600Ma(楊海波等,2005);榆樹溝蛇綠混雜巖中麻粒巖鋯石的核部SHRIMPU-Pb年齡為452~640Ma(周鼎武等,2004);鋯石U-Pb年齡為440Ma(王潤(rùn)三等,1998);銅花山蛇綠混雜巖中的斜長(zhǎng)花崗巖鋯石U-Pb年齡為406.6±2.5Ma(黃崗等,2011),說(shuō)明西南天山洋盆在前寒武紀(jì)就已經(jīng)形成,寒武紀(jì)-奧陶紀(jì)處于擴(kuò)張階段.關(guān)于南天山古洋盆的性質(zhì),學(xué)者也有不同的意見(jiàn),認(rèn)為其可能為弧后洋盆(董云鵬等,2005;馬中平等,2006)、有限洋盆(王作勛等,1990)或廣闊大洋(李曰俊等,2005,2009).馬中平等(2006)和董云鵬等(2005)分別對(duì)庫(kù)勒湖蛇綠巖和烏瓦門蛇綠巖主元素、微量元素、稀土元素、Sr-Nd-Pb同位素等地球化學(xué)特征進(jìn)行了詳細(xì)的分析,認(rèn)為它們形成環(huán)境為弧后盆地,表明南天山洋盆的性質(zhì)為弧后盆地.早志留世,南天山洋盆開始俯沖消減.東部,與紅柳河-洗腸井地層分區(qū)相鄰的公婆泉地區(qū),廣泛分布有早志留世晚期黑尖山組(Shj)和中志留世公婆泉群(SG).黑尖山組為淺海相沉積的碳質(zhì)、硅質(zhì)、鈣質(zhì)碎屑巖-泥巖巖系,上部含筆石;公婆泉群巖石以中基性-中酸性火山巖、火山角礫巖、火山碎屑巖為主,具有活動(dòng)陸緣火山島弧的特點(diǎn)(楊合群等,2009).反映出早志留世,東段洋盆繼續(xù)收斂.西部,在烏瓦門-拱拜子地層分區(qū)出露有晚-末志留世巴音布魯克組典型的島弧火山巖,真正洋殼俯沖的時(shí)間要稍早于火山噴發(fā)的時(shí)間;那提拉山二長(zhǎng)花崗巖鋯石年齡為436Ma(朱志新等,2006),這標(biāo)志著西南天山洋在早志留世也已經(jīng)開始向伊犁-中天山島弧之下俯沖(圖3b).泥盆紀(jì)初,在東部紅柳河-洗腸井和恩格爾烏蘇兩個(gè)地層分區(qū),海陸相粗碎屑巖不整合于早古生代地層之上,屬加里東造山后磨拉石沉積(楊合群等,2009);郭召杰等(2006)對(duì)紅柳河蛇綠巖進(jìn)行Ar-Ar測(cè)年,表明洋盆閉合至少在410Ma前就已經(jīng)完成,證明東部紅柳河段洋盆在早泥盆世就已經(jīng)閉合.洋盆閉合后,東部繼續(xù)發(fā)育島弧火山巖直至二疊紀(jì),為弧背盆地發(fā)展階段.西部,泥盆紀(jì)沉積了大片碳酸鹽巖,并出露有晚志留世-早泥盆世烏瓦門-包爾圖蛇綠巖、哈爾克山南支蛇綠巖,周鼎武等(2004)對(duì)榆樹溝蛇綠巖中兩個(gè)麻粒巖相變質(zhì)基性火山巖樣品中鋯石進(jìn)行U-Pb測(cè)年,所獲得的變質(zhì)鋯石年齡分別為392±7Ma和390±11Ma,代表了蛇綠巖塊體經(jīng)歷麻粒巖相變質(zhì)改造的年齡;同時(shí),西部破城子組巖層構(gòu)造變形強(qiáng)烈,不對(duì)稱褶皺、劈理都很發(fā)育,顯示遭受到強(qiáng)烈的擠壓;證明西部洋盆在泥盆紀(jì)晚期還處于俯沖消減階段.石炭紀(jì)-早二疊世,在西部仍存在殘余海盆(圖3c).劉羽等(1994)、李瑋等(2007)和舒良樹等(2007)在西南天山地區(qū)硅質(zhì)巖中發(fā)現(xiàn)大量的放射蟲化石,鑒定出的放射蟲時(shí)代為晚泥盆世-早石炭世.晚石炭世早期,西南天山地區(qū)廣泛沉積了阿依里河組灰?guī)r,與下伏早石炭世野云溝組灰?guī)r整合接觸.烏瓦門-拱拜子地層分區(qū)早石炭世晚期-晚石炭世早期沉積了阿克沙克組淺海碳酸巖鹽臺(tái)地相沉積,西南天山地層分區(qū)早二疊世-中二疊世早期沉積了巴立克立克組黑色、灰色薄層狀、中厚層狀微晶生物碎屑灰?guī)r、生物碎屑泥晶灰?guī)r.在新源縣分布有早二疊世烏郎組陸相裂隙噴發(fā)巖,其頂部層位的粗面玄武巖Pb-Pb同位素年齡為285±30Ma,指示時(shí)代為早二疊世(潘明臣等,2011).庫(kù)車前陸盆地晚二疊世有比尤勒包谷孜組厚層磨拉石沉積(紀(jì)云龍等,2003).證明西部在中二疊世碰撞造山,至此,南天山造山帶才最終形成(圖3d).隨著中二疊世中天山地塊與塔里木陸塊碰撞造山,南天山地區(qū)全面褶皺回返,三疊紀(jì)接受剝蝕夷平,缺乏沉積(圖2).侏羅紀(jì),該區(qū)西部和東部盆地演化有所差異:新疆進(jìn)入板內(nèi)伸展階段,斷層控制著沉積,西部進(jìn)入斷陷盆地發(fā)展階段(圖3e),南天山與塔里木盆地交接帶沉積的早侏羅世厚層碎屑巖與古生代地層呈正斷層接觸(舒良樹等,2004);東部繼續(xù)接受剝蝕夷平,缺乏沉積.白堊紀(jì),西部延續(xù)侏羅紀(jì)的板內(nèi)伸展、斷陷作用,盆地性質(zhì)為斷陷盆地,同時(shí)受特提斯海侵的影響,沉積了早白堊世克孜勒蘇組碎屑巖、晚白堊世英莎吉群泥巖、灰?guī)r;東部則進(jìn)入拉分盆地發(fā)展階段,沉積碎屑巖偶夾玄武巖.3石炭紀(jì)-早二疊世盆地沉積期南天山地層大區(qū)為古生代碰撞造山帶,通過(guò)詳細(xì)的沉積序列分析,本地層大區(qū)被劃分為2個(gè)地層區(qū)8個(gè)地層分區(qū),并進(jìn)一步劃分為5個(gè)沉積盆地演化階段.寒武紀(jì)-奧陶紀(jì),本地層大區(qū)發(fā)育大量蛇綠巖,蛇綠巖鋯石年齡說(shuō)明南天山洋盆在寒武紀(jì)-奧陶紀(jì)處于擴(kuò)張階段,從有限洋盆發(fā)展為成熟洋盆,其盆地性質(zhì)為弧后盆地.早志留世,南天山洋盆開始俯沖消減,廣泛發(fā)育志留紀(jì)島弧火山巖;泥盆紀(jì)初,在東部紅柳河-洗腸井和恩格爾烏蘇兩個(gè)地層分區(qū),海陸相粗碎屑巖不整合于早古生代地層之上,證明東部紅柳河段在早泥盆世就已經(jīng)閉合,而在西部,發(fā)育有早泥盆世蛇綠巖和早-中泥盆世連續(xù)灰?guī)r沉積,晚泥