关于天山若干大地构造问题的思考长安大学-姜常义

关于天山若干大地构造问题的思考姜常义周伟长安大学地球科学与资源学院一.前人对西天山构造格局与演化历史的认识1.对中国境内西天山构造单元的划分北天山在中国境内就已封闭。中国与前苏联对天山构造单元划分的异同。对天山最重要构造线认识的差异。2.槽、台阶段的认识北天山为优地槽，南天山为冒地槽。优地槽与冒地槽的内涵。优地槽与冒地槽的关系。3.20世纪后15年的认识在泥盆纪-石炭纪期间，对西天山而言：北天山洋、中天山岛弧、南天山弧后盆地；对东天山而言：由于在东天山的北天山没有确定出蛇绿岩套，南京大学团队将洋盆确定为东准噶尔的卡拉麦里蛇绿岩带；从而东天山的北、中天山均为岛弧；南天山为弧后盆地。主要基于任纪舜、何国琦两位学者的工作，在认识上取得了重要的进展。中国境内的北天山基本限于新疆境内，范围有限，不是开阔的大洋。中国境内的南天山与前苏联境内的南天山、乌拉尔是同一条山脉，代表了正真意义上的大洋，从而出现了南天山-乌拉尔洋一词。南天山-乌拉尔洋认识的不完整性：应为南天山-乌拉尔-洛基山洋，现存长度12974Km。基于对南、北天山的重新认识，近年来，许多学者撰文：南天山洋向北俯冲，形成了北天山弧后盆地。4.本世纪以来的认识二.前人认识的误区综观前人对南、中、北天山关系的论述，无论是在槽、台阶段还是在板块构造阶段；无论是强调北天山重要者还是南天山重要者都遵循了同一种思维方式：至少自显生宙以来，南、中、北天山始终相互关联。事实是这样吗？1.北天山演化历史鉴于近年来许多学者已将中国境内的北天山视为准噶尔陆块的南部边缘，又由于北天山主要出露泥盆纪-石炭纪地层。所以，我们可以将北天山和准噶尔陆块作为一个整体来考察其演化历史。杨高学测得西准蛇绿岩套中最老锆石U-Pb年龄为572Ma。赵文平、韩宝福等也测得了一批510Ma±的蛇绿岩套锆石U-Pb年龄。唐巴勒蛇绿岩套被中奥陶统克科萨依组不整合覆盖。李锦轶在准噶尔陆块北缘发现了低绿片岩相区域变质的奥陶纪地层。新疆区调队在卡拉麦里蛇绿岩带南北两侧都发现了志留纪图瓦贝动物群。在达尔布特、卡拉麦里、巴音沟蛇绿岩带中测得了泥盆纪-石炭纪同位素年龄，发现了同时期生物化石。在准噶尔-北天山多地发育以钙碱性火山岩套为主的泥盆纪-石炭纪火山岩。将上述关键性地质事实串连起来，我们就可以勾勒出准噶尔-北天山从震旦纪至石炭纪演化历史的轮廓：至少在震旦纪就已成洋→寒武纪洋盆扩张→大约在中奥陶世洋盆闭合，地层褶皱、区域变质后的准噶尔地块成为西伯利亚地台的西南缘→在志留纪图瓦贝动物群扩张至东准噶尔→泥盆纪-早石炭世准噶尔、北天山重新裂解出达尔布特、卡拉麦里、巴音沟有限洋盆，随后开始了其消亡过程，至早石炭世末洋盆闭合。2.南天山演化历史a.震旦纪-寒武纪陆壳拉张阶段。冰碛砾岩陆表海盖层沉积多层拉张环境下的碱性玄武岩b.奥陶纪-中泥盆世洋盆形成与扩张阶段连续的被动陆缘型碳酸盐岩-陆源碎屑岩建造；无沉积间断和不整合面无火山活动同时期的蛇绿岩套多处产出c.晚泥盆世洋盆闭合阶段破城子组钙碱性火山岩套塔里木板块北缘晚泥盆世橄榄辉长岩-辉长岩-辉长闪长岩-闪长岩-石英闪长岩-花岗闪长岩-花岗岩活动陆缘型侵入岩套d.维宪阶晚期-石炭纪末期残留海盆阶段野云沟组及以上层序陆表海相碳酸盐岩-陆源碎屑岩建造e.石炭纪末期-早二叠世碰撞造山阶段以早二叠世为主的大型花岗岩基、岩株广泛分布f.早二叠世末期-二叠纪末期后碰撞伸展阶段A2型花岗岩脉、岩株广泛分布3.区域变质作用的差异在南天山地层区从震旦系至泥盆系全部经历了低绿片岩相区域变质作用，变质级为绿泥石带、绢云母带，S0被S1彻底置换，地层紧闭褶皱。南天山野云沟组及以上石炭系只经历了埋藏变质作用，地层宽缓褶皱，S0基本保存。野云沟组与泥盆系及以下地层呈不整合接触，此不整合面即为库米什运动唐巴勒蛇绿岩套与克科萨依组之间的角度不整合在区域上的展布范围尚不清楚，有可能在区域上广泛分布。在准噶尔地区多处可见泥盆系与志留系之间的角度不整合。北天山、准噶尔及伊犁地块的泥盆系和石炭系只有埋藏变质，而无区域变质，S0保存完好。4.岩浆活动的差异a.南天山的岩浆活动限于三个阶段：震旦纪至寒武纪陆内拉张阶段的碱性玄武岩晚泥盆世与B型俯冲有关的火山岩与侵入岩与碰撞造山有关的二叠纪花岗岩b.北天山-准噶尔地区的晚古生代岩浆活动强度远高于南天山同时期的岩浆活动：大量的花岗岩基主要形成于泥盆纪-石炭纪钙碱性火山岩套主要形成于泥盆纪-石炭纪二叠纪以幔源岩浆活动为主综上所述，南天山与北天山-准噶尔在古生代期间的演化历史存在重大差异，择其要点概括如下:北天山-准噶尔在古生代期间经历了两阶段洋壳化过程；而南天山只有一次洋壳化过程。两地在岩浆活动的时限和强度方面存在显著差异，北天山-准噶尔在全区广泛分布石炭纪火山岩和侵入岩，而南天山在石炭纪只有规模很小的中酸性侵入岩。在南天山，泥盆系及以下地层均为区域变质岩，而北天山-准噶尔的泥盆系、石炭系均为埋藏变质，上述差异意味着：南天山与北天山在古生代大部分时限内处于离散状态，相互间没有关联。三.南、北天山离散与聚合时限的厘定1.新疆区调队命名的石炭纪构造运动如下：南天山的库米什运动时限为：泥盆纪末-石炭纪初；影响范围：南天山鄯善运动（博格达运动）：早石炭世末-晚石炭世初；影响范围：北天山和伊犁地块因尼卡拉运动：石炭纪末期；影响范围：昆仑山康西瓦断裂以北的全疆各地2.离散与聚合时限库米什、鄯善运动的时限各不相同，而且其影响范围都限于各自所属的构造单元。这就意味着在早石炭世末期南、北天山仍处于各自分别演化、互无关联的离散状态。因尼卡拉运动影响范围包括昆仑山北部、塔里木、天山、准噶尔、山区阿尔泰，其表现形式为二叠系广泛不整合于石炭系及以下地层之上，该运动导致新疆绝大部分退出海域。由此可见，在晚石炭世新疆各个地质单元处于聚合过程，并在晚石炭世晚期最终聚合为一个整体。四.几个值得商榷的问题1.南天山为北天山洋的弧后盆地在北天山东段，阿其山组火山岩是明确的与B型俯冲相关的钙碱性火山岩在西天山广泛分布的大哈拉军山组与B型俯冲有关大哈拉军山组主体和阿其山组的形成时限为杜内阶和维宪阶前半期南天山缺失杜内阶和维宪阶前半期的地层，即在该时限内南天山是剥蚀区而非沉积区，是山区而非盆地2.北天山是南天山洋的弧后盆地中天山没有晚泥盆世钙碱性火山岩套和侵入岩套北天山没有标志着弧后盆地的火山岩3.中天山北缘主干断裂是塔里木和准噶尔的分界断裂黄汲清先生提出此种观点的前提条件对南天山褶皱带认识的改变五.岛弧-活动陆缘与陆内裂谷环境中火山岩的对比1.代表性的错误：碱性系列火山岩只产出于裂谷环境2.日本学者至少在20世纪60年代就已经普遍认识到岛弧环境有相当数量的碱性火山岩，久野（1965）提出的区分碱性-亚碱性火山岩曲线，就是是依据日本和中国大陆东部边缘的火山岩分析数据，其中有许多属碱性系列。3.JackandWhite（1972）、Morrison（1980）将岛弧-活动陆缘环境中碱性系列火山岩作为shoshoniteseries，并建立了区分shoshoniteseries和裂谷环境碱性火山岩的标准。4.北美学者与80年代末-90年代初论证了shoshoniteseries主要产出于岛弧-活动陆缘的弧后一侧和上部层序。并进一步论证了shoshoniteseries火山岩的形成于俯冲带局部倾角改变等因素导致的局部拉张环境有关。5.岛弧-活动陆缘与陆内裂谷环境火山岩的对比。岛弧-活动陆缘陆内裂谷a.火山喷发方式以中心式爆发、喷溢为主以裂隙式溢流为主b.爆发指数≥50≤20c.岩石组合玄武岩-玄武安山岩-安山岩-英安岩-流纹岩；在大多数情况下以中酸性火山岩为主双峰式组合，中性火山岩数量少；代表性岩石是碱流岩、钠闪碱流岩、响岩、碱玄岩、碧玄岩d.岩石化学系列拉斑玄武岩系列、钙碱性系列和shoshoniteseries并存中酸性火山岩明显富碱（钠），基性火山岩以拉板玄武岩系列和碱性玄武岩系列并存为特征e.稀土与微量元素地球化学特征高LREE/HREE；LREE分馏强，而HREE分馏弱，折线式配分曲线；LILE/HFSE高，显著亏损Nb、Ta、Ti，适度亏损Zr、Hf、PLREE/HREE高，LREE、HREE分馏均强，直线式配分曲线；LILE/HFSE高，没有Nb、Ta、Ti、Zr、Hf、P的明显亏损岛弧-活动陆缘与陆内裂谷环境火山岩的稀土配分曲线六.西天山北部石炭纪火山岩特征与沟弧盆体系1.巴音沟蛇绿岩套的时代：北天山的蛇绿岩套是早-中石炭世古洋盆的残片。蛇绿岩套中出现大量的碱性玄武岩意味着扩张速度缓慢。有限的发展演化加之缓慢的扩张速度决定了该洋盆难以扩张为浩淼无垠的大洋，而更可能是一个范围有限的洋盆。2.大哈拉军山组火山岩岩石化学系列3.碱性系列火山岩的进一步区分巴音沟蛇绿岩套中碱性火山岩主要投影在碱性系列趋势线两侧，而其它各带的碱性火山岩则主要投影在钙碱性系列趋势线左侧。由此证明巴音沟蛇绿岩套中碱性火山岩属于碱性玄武岩系列，而其它各带的碱性火山岩则属于橄榄安粗岩系列。4.大哈拉军山组火山岩岩石组合中天山北缘下石炭统火山岩共有19件分析样品，除缺少基性岩外包括了已知的各种岩石类型。其中12件样品属钙碱性系列。这12件样品除一件为安山岩外，其余均为流纹岩；它们共同构成了与钙碱性岩套有所不同的酸性火山岩套，并以高钾型为特征。碱性系列以钠质类型为主，钾质类型次之。钠质类型的岩石组合为：橄榄粗安岩-歪长粗面岩-钠质粗面英安岩；钾质类型的岩石组合为：安粗岩-粗面岩。阿吾拉勒带下石炭统火山岩共有24件分析样品，基本概括了已知的各种岩石类型。其中碱性系列和亚碱性系列的样品各占一半。亚碱性系列的火山岩以流纹岩占绝大多数，英安岩和安山岩数量很少，均属钙碱性系列的高钾和中钾型，表现了酸性火山岩套所具有的岩石组合特征。碱性系列中钠质类型和钾质类型数量相当。钠质类型的岩石组合为：橄榄粗安岩-歪长粗面岩-钠质粗面岩；钾质类型的岩石组合为：安粗岩-粗面岩-碱性流纹岩。伊什基里克带中、下石炭统火山岩共有18件化学分析样品，大体上反映了该带火山岩的概貌。这18件样品中，SiO2含量大于65％的有8件，而SiO2含量小于53％的右10件，明显地具有双峰式组合特征。其中属于钙碱性系列的有7件样品，除一件为英安岩外，其余均为流纹岩，多属高钾和中钾型。碱性系列有11件样品，以钠质类型为主，钾质类型次之。钠质类型的岩石组合为：钠质碱性玄武岩-夏威夷岩-橄榄粗安岩。钾质类型的岩石组合为：钾质粗面玄武岩-安粗岩。5.稀土元素地球化学特征6.结论大量的证据证明北天山洋盆在向北俯冲的同时也向南侧俯冲。其海沟底部的楔状增生体和弧前盆地的主体部分已经构造缺失。中天山北缘应该代表了位于俯冲带之上的主弧部分。该带经历了强烈的抬升和剥蚀，海西中期的巨大花岗岩基直接裸露于地表就是最有利的证据。正因为如此，主弧的火山岩已被剥蚀殆尽，仅在断陷盆地中残留有少量的下石炭统火山岩。特征的高钾型酸性火山岩套和以花岗岩居绝对优势地位的侵入岩组合证明，该带是一个地壳成熟度高、厚度颇大的大陆型岛弧。阿吾拉勒带中、下石炭统火山岩以橄榄玄粗岩系列为主，钙碱性岩套次之，这是许多靠近弧后盆地一侧的内弧（或称后弧）所共有的特征，表明了随着与海沟带距离的增加碱质含量增长的特点。橄榄玄粗岩系列中以钾质类型为主，意味着弧后区有陆壳存在。这一点也是与实际地质情况吻合的。伊什基里克带火山岩具有明显双峰式组合特征和板内熔岩的地球化学特征。该带内还有A型花岗岩、层状基性-超基性杂岩体和东西走向的中性-基性脉岩群，这些均证明该带属弧后盆地性质的拉张环境。从其岩石组合分析，断裂带的深度是不断下延的，并在中石炭世发展为岩石圈断裂。现有的分析数据中没有拉斑玄武岩，说明这种拉张作用是有限的，该弧后盆地并未破坏伊犁地块的总体形态，似可作为这种认识的佐证。在中石炭世末期，随着北天山古洋盆的闭合，该弧后盆地亦由拉