西准噶尔中部晚古生代构造体制转变及古洋盆性质

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中亚造山带(CAOB)是古亚洲洋俯冲-闭合过程中不同构造单元增生拼贴的产物,被认为是全球最大的显生宙增生型造山带。西准噶尔位于中亚造山带西南部,为研究中亚造山带增生造山过程和大陆地壳生长机制提供了理想的实验窗口,历来备受国内外地质学家的关注。蛇绿混杂岩作为造山带中标志性的岩石-构造单元,其内部记录了洋盆打开、俯冲-增生和最后闭合过程的诸多关键信息,是研究古构造格局和造山过程的重要地质载体。本文以西准噶尔中部克拉玛依后山地区达尔布特和克拉玛依蛇绿混杂岩及其相邻的石炭纪碎屑浊积岩为主要研究对象,以精细的野外地质填图为基础,开展了详细的构造变形解析、岩石地球化学、碎屑锆石年代学和地球物理等多学科研究工作,综合区域上前人的资料和研究成果,讨论西准噶尔中部晚古生代洋盆性质、古构造格局和洋-陆转换过程,为研究中亚造山带西南部增生造山过程提供重要的约束。达尔布特和克拉玛依蛇绿混杂岩具有相似的野外出露特征,二者主体均呈近北东走向,与两侧石炭纪地层呈高角度断层接触。蛇绿混杂岩内部发育较齐全的蛇绿岩类岩石组合,但是蛇绿岩的原始层序已被构造肢解,表现为典型的“岩块在基质中”结构。蛇纹石化橄榄岩、辉长岩、异剥钙榴岩、枕状玄武岩、硅质岩、灰岩和碎屑砂岩等呈不同尺寸的构造岩块,混杂分布在强片理化的蛇纹岩基质内。岩石地球化学研究表明,这两条蛇绿混杂岩中的蛇绿岩类岩石具有一致的地球化学特征。其中镁铁质岩石可以分为两组:第一组包括辉长岩和拉斑玄武岩,第二组为碱性玄武岩。辉长岩和拉斑玄武岩兼具洋中脊玄武岩(MORB)和岛弧拉斑玄武岩(IAT)的性质,其源区为受俯冲流体交代的浅部亏损地幔,形成于弧后盆地环境。碱性玄武岩具有典型洋岛玄武岩(OIB)的地球化学特征,形成于地幔热点相关的海山环境。另外,硅质岩的地球化学特征表明,其形成环境为介于大陆边缘和远洋之间。克拉玛依后山地区石炭纪地层代表了一套残余洋盆环境下的深海-半深海相的火山碎屑浊积岩沉积,其基底为晚古生代的残余洋壳或蛇绿混杂岩。碎屑锆石U-Pb年代学研究表明,石炭纪地层自下而上应为希贝库拉斯组、包谷图组和太勒古拉组,残余洋盆的沉积一直可持续到晚石炭世莫斯科阶。石炭纪地层中褶皱构造十分发育,主要包括两种类型:第一类为区域上填图尺度的轴面近直立的复式褶皱(F1);第二类为横跨叠加在早期F1褶皱之上的枢纽近直立的“S”形拖曳褶皱(F2)。不同岩石-构造单元详细的构造解析揭示,研究区主要经历了三期晚古生代的构造变形。第一期(D1)为达尔布特蛇绿混杂岩内零星保留的叠瓦状逆冲构造,与早期的俯冲增生有关。第二期(D2)为达尔布特和克拉玛依蛇绿混杂岩中北东走向的高角度右旋剪切变形,蛇绿混杂岩主体受控于该期变形,内部广泛发育指示右旋剪切变形的运动学标志,主要包括S-C组构、不对称透镜体、擦痕阶步和旋转碎斑等,变形时间为晚石炭世晚期。第三期(D3)为北东走向的左行走滑变形,该期变形切割了研究区内所有的晚古生代岩石-构造单元,并且叠加改造了早期的构造行迹,其变形时间开始于二叠纪。达尔布特和克拉玛依蛇绿混杂岩在晚石炭世晚期残余洋盆闭合之后,通过右旋剪切变形(D2)构造就位于上覆石炭纪地层之中,现今带状展布的蛇绿混杂岩均不具备独立的块体/板块缝合带的构造边界意义。基于蛇绿混杂岩及围岩的构造、岩石地球化学、同位素年代学等综合研究的结果,提出了西准噶尔中部晚古生代古洋盆演化和构造体制转变的新模式。(a)泥盆纪弧后盆地阶段:中西准噶尔克拉玛依后山地区在泥盆纪期间处于弧后盆地的演化阶段,盆地内部发育有热点海山构造;(b)石炭纪残余洋盆阶段:受俯冲作用的影响,弧后盆地规模逐渐缩减,在哈萨克斯坦山弯构造南北两肢的约束下,演化为小型的残余洋盆,并接受周围火山碎屑物质的快速填充,形成了厚层的石炭纪火山碎屑沉积岩;(c)晚石炭世洋-陆转换阶段:中亚造山带西段在晚石炭世发生大规模的洋盆闭合和块体碰撞事件,中西准噶尔残余洋盆也在该时期最终闭合,受区域上碰撞挤压应力的影响,石炭纪地层发生大规模的褶皱变形,达尔布特和克拉玛依蛇绿混杂岩通过右旋剪切变形构造就位于石炭纪地层之中;(d)晚石炭世末期-二叠纪陆内演化阶段:西准噶尔进入陆内演化阶段,发育大规模的后碰撞岩浆活动和相继的陆内左行走滑变形,左行走滑变形叠加改造了早期的构造行迹,并且最后奠定了西准噶尔现今的构造格局。
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