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  地质通报  2018, Vol. 37 Issue (1): 26-38  
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白建科, 陈隽璐, 唐卓, 张越. 新疆准噶尔古生代洋盆闭合时限—来自卡拉麦里地区石炭纪碎屑锆石U-Pb年代学的约束[J]. 地质通报, 2018, 37(1): 26-38.
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Bai J K, Chen J L, Tang Z, Zhang Y. The closure time of Junggar Paleozoic oceanic basin: Evidence from Carboniferous detrital zircon U-Pb geochronology in Kalamaili area[J]. Geological Bulletin of China, 2018, 37(1): 26-38.
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基金项目

中国地质调查局项目《阿尔泰成矿带喀纳斯和东准地区地质矿产调查》(编号:DD20160006)和《新疆奇台黄羊山晶质石墨资源基地综合地质调查》(编号:DD20179608)

作者简介

白建科(1983-), 男, 硕士, 高级工程师, 从事沉积学、盆地分析与造山带演化研究。E-mail:baijianke2003@163.com

文章历史

收稿日期: 2017-08-02
修订日期: 2017-11-20
新疆准噶尔古生代洋盆闭合时限—来自卡拉麦里地区石炭纪碎屑锆石U-Pb年代学的约束
白建科1,2 , 陈隽璐1,2 , 唐卓1,2 , 张越1,2     
1. 中国地质调查局西安地质调查中心, 陕西 西安 710054;
2. 中国地质调查局造山带地质研究中心/西安地质调查中心, 陕西 西安 710054
摘要: 新疆准噶尔古生代洋盆闭合时限对中亚造山带古生代构造格局及演化研究具有重要意义。东准噶尔卡拉麦里断裂带南缘广泛出露石炭纪陆相粗碎屑岩系,沉积相分析表明其形成于扇三角洲沉积环境。依据区域地层对比、岩石组合特征及地层接触关系,将其重新厘定为山梁砾石组。选择西段滴水泉和东段双井子2个地区的山梁砾石组剖面进行地层对比,并在2个剖面底部采集粗砂岩样品进行LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄测定,获得最年轻的碎屑锆石年龄分别为349±4Ma和355±3Ma,代表山梁砾石组沉积时代晚于349Ma,应为早石炭世早期。碎屑锆石年龄分布特征及砾石成分表明,其物源主要来自断裂带北侧的泥盆纪火山岩。在分析前人资料的基础上,认为山梁砾石组碎屑岩系是卡拉麦里造山带强烈隆升造山过程的沉积学响应,形成于前陆盆地,限定了准噶尔古生代洋盆闭合时限在早石炭世早期之前。
关键词: 准噶尔古生代洋盆    闭合时限    卡拉麦里地区    山梁砾石组    粗碎屑岩    
The closure time of Junggar Paleozoic oceanic basin: Evidence from Carboniferous detrital zircon U-Pb geochronology in Kalamaili area
BAI Jianke1,2, CHEN Junlu1,2, TANG Zhuo1,2, ZHANG Yue1,2     
1. Xi'an Geological Survey Center, China Geological Survey, Xi'an 710054, Shaanxi, China;
2. Research Center of Orogenic Geology/Xi'an Geological Survey Center, China Geological Survey, Xi'an 710054, Shaanxi, China
Abstract: The closure time of Junggar Paleozoic oceanic basin is significant for the reconstruction of Paleozoic tectonic framework and evolution of the Central Asian Orogenic Belt (CAOB). The Carboniferous coarse clastic rocks, which are widely distributed in the south of the Kalamaili fault belt, were formed in a fan-delta environment by sedimentary facies analysis. On the basis of regional stratigraphic correlation, rock association characteristics and stratigraphic contact relations, the authors redefined the coarse clastic rocks as the Shanlianglishi Formation. Two profiles of Shanlianglishi Formation from Dishuiquan and Shuangjingzi area, which were respectively located in the western and eastern section of Kalamaili fault belt, were chosen to correlate the stratigraphic sequence. UPb ages of detrital zircons from two coarse sandstone samples on the bottom of Shanlianglishi Formation were measured using the LA-ICP-MS method. The ages of the youngest zircons, 349±4Ma and 355±3Ma, indicate that the sedimentary age of Shanlianglishi Formation were later than 349Ma, and it might have been formed in the early Early Carboniferous. The ages of detrital zircons and the gravel composition show that the provenance of Shanlianglishi Formation was mainly derived from the Devonian volcanic rocks in the north of the Kalamaili fault belt. Integrating the previous data, the authors infer that the coarse clastic rocks formed in the foreland basin were probably the sedimentary response to the uplifting orogenic process of the Kalamaili orogenic belt, and the closure time of Junggar Paleozoic oceanic basin is constrained before the Early Carboniferous.
Key words: Junggar Paleozoic oceanic basin    closure time    Kalamaili area    Shanlianglishi Formation    coarse clastic rocks    

中亚造山带位于西伯利亚板块和塔里木板块之间,记录了古亚洲洋生成、俯冲消减、闭合及碰撞造山的全过程,是显生宙以来全球最大的增生型造山带,其独特的造山-成矿作用是国际地球科学的一个前沿课题,对解剖大陆造山作用类型及探索大陆侧向生长过程具有重要意义[1-3]。位于准噶尔盆地北缘的构造带处于中亚造山带腹地,传统上以准噶尔盆地为中心,将其划分为西准噶尔造山带、准噶尔盆地和东准噶尔造山带3个部分。东、西准噶尔造山带中保留了多条不同时代的蛇绿岩带,反映准噶尔地区经历了漫长而复杂的消减增生和地体拼贴过程。至少从震旦纪开始,准噶尔地区形成了分割准噶尔-哈萨克斯坦板块与西伯利亚板块的准噶尔洋[4]。该洋盆作为古亚洲洋北部的重要分支,其古生代的构造演化及洋陆转化过程与中亚造山带的形成过程密切相关,对恢复古亚洲洋演化历史、重塑中亚地区的构造格局具有重要意义[5-6]。长期以来,关于新疆北部准噶尔造山带古生代构造演化过程的主流观点是增生造山,且基本认同其从北向南增生演化的总体过程。虽然国内外众多学者从蛇绿岩[7]、火山-沉积岩[8]、岩浆岩[9]、地球物理特征[10]、构造变形[11-13]等方面对准噶尔洋演化过程的研究取得了许多成果,但对于准噶尔洋盆闭合的时限仍存在不同认识。部分学者认为,准噶尔洋早在泥盆纪末就已经闭合[14-15];部分学者认为,准噶尔洋于早—中泥盆世发生俯冲消减,于早石炭世早期[12-13, 16-17]或晚石炭世[4, 18-21]闭合;还有部分学者认为,准噶尔洋从新元古代开启以来,在泥盆纪之前达到鼎盛,早泥盆世—晚石炭世洋壳广泛俯冲消减,并于二叠纪期间完全闭合[3, 22-23]

东准噶尔卡拉麦里地区被认为是准噶尔-哈萨克斯坦板块与西伯利亚板块南缘增生拼合的最终位置,对中亚造山带的构造演化具有重要意义[24]。如前所述,前人对准噶尔古生代洋盆演化过程的研究多注重于蛇绿岩、火山岩、花岗岩、构造变形等方面,而针对古生代沉积岩岩石建造组合、沉积相及其物源区特征的研究相对薄弱。卡拉麦里断裂带南缘广泛发育一套石炭纪粗碎屑岩系,区域展布稳定,从西边的滴水泉、六棵树,到东边的双井子及其以东地区,均有出露,以杂色砾岩、砂砾岩、含砾粗砂岩为主,夹砂岩、粉砂岩、页岩及煤线,最大厚度达1550m。目前还不清楚这套石炭纪砾岩的形成时代、岩石地层归属、沉积环境及其所反映的地质构造演化意义。新疆东准噶尔卡拉麦里地区的石炭系已经成为中国北部重要的油气勘探层系,近年来银额盆地石炭系—二叠系油气勘探取得重大突破[25],预示着与银额盆地具有类似构造背景、盆地演化及充填序列的准噶尔盆地石炭系—二叠系具备良好的油气勘探潜力。本文以滴水泉和双井子地区石炭纪粗碎屑岩系为研究对象,在分析其沉积相及区域变化规律的基础上,利用LA-ICP-MS锆石U-Pb法对该套粗碎屑岩底部的粗砂岩开展碎屑锆石年龄谱研究,以期限定该套地层的沉积时代及源区特征,揭示沉积演化背景,从而约束卡拉麦里古生代洋盆闭合时限。该项工作的开展不仅为东准噶尔地区石炭纪盆地性质及充填序列研究提供依据,更为深入探讨东准噶尔地区古生代地质演化及中亚造山带古生代构造格架提供新的资料。

1 区域地质背景

东准噶尔造山带位于准噶尔盆地东北缘,是中亚造山带的重要组成部分,其北侧以额尔齐斯-玛因鄂博大断裂为界与西伯利亚板块南缘阿尔泰造山带相邻,南侧以卡拉麦里-莫钦乌拉断裂带为界与准噶尔-吐哈地块毗连(图 1-a)。东准噶尔造山系由早古生代和晚古生代2个不同时期的造山带组成[26],前者位于东准噶尔中部,以阿尔曼太-扎河坝蛇绿岩带为核心,其南发育早古生代岛弧侵入岩和火山沉积岩[27];后者位于东准噶尔南部,以卡拉麦里蛇绿岩带为核心,以北为泥盆纪—石炭纪活动陆缘岩石建造组合,以南为呈构造岩片产出的奥陶纪变质岩[28]和志留纪晚期—石炭纪的被动陆缘沉积体系[29]

图 1 新疆东准噶尔卡拉麦里地区区域地质简图 Fig.1 Sketch geological map of the Kalamaili area in eastern Junggar, Xinjiang

卡拉麦里构造带位于东准噶尔造山带南部,夹持于将军庙地块和野马泉复合岛弧之间,被认为是准噶尔古生代洋盆最终消亡的位置,该增生混杂岩带由古生代海相碎屑岩、火山碎屑岩、火山岩及蛇绿岩组成。区域上受控于卡拉麦里深大断裂,呈NWW向展布,长约400km,宽10~15km。断裂带北侧出露地层主要有上志留统白山包组(S2-3b),主要为半深海相浊积岩-复理石沉积组合;下泥盆统托让格库都克组(D1t)和卓木巴斯套组(D1z),为一套浅海-滨海相火山岩夹钙质碎屑岩;中泥盆统蕴都喀拉组(D2y)、北塔山组(D2bt)和下石炭统姜巴斯套组(C1j)、南明水组(C1n),为火山岩、火山碎屑岩及细碎屑岩组合,夹碳酸盐岩,其中蕴都喀拉组发育火山湖相风暴岩[8],并被后碰撞岩浆活动侵入。断裂带南侧下古生界主要为上志留统,缺失中—下志留统。上志留统白山包组为一套浅海陆棚相碎屑岩夹生物碎屑灰岩,含西伯利亚古陆边缘特有的地方性图瓦贝化石(Tuvaella gifantea Tschernyschew);顶志留统—下泥盆统红柳沟组(S4D1h)为陆棚-斜坡相细碎屑岩[30];上古生界出露齐全,中—下泥盆统卡拉麦里组(Dk)为斜坡-浅海相细碎屑岩;石炭系地层角度不整合于泥盆系之上,由下到上可分为塔木岗组(C1t)、山梁砾石组(C1s)、巴塔玛依内山组(C2bt)和石钱滩组(C2sq[31];二叠系胜利沟组(P1-2sl)和将军庙组(P2j)为一套河流相粗碎屑岩沉积体系;中新生界广泛分布于东准噶尔地区,其中侏罗系是该地区煤炭资源的主要赋存层位。

2 山梁砾石组岩石组合与沉积特征

东准噶尔卡拉麦里断裂带南缘的石炭系山梁砾石组为一套陆相砾岩、砂砾岩、粗砂岩、砂岩等组成的粗碎屑岩系,夹少量粉砂岩、炭质页岩及煤线,含植物化石碎片。野外调查发现,山梁砾石组底部以大套紫红色砾岩(图版Ⅰ-ab)与下伏中—下泥盆统卡拉麦里组呈角度不整合接触(图 2)。依据《新疆维吾尔自治区岩石地层》[32],结合石炭系山梁砾石组岩石组合、地层序列、沉积相及地层接触关系,将其由下到上划分为3段:一段为紫红色砾岩,厚层块状,杂基支撑,砾石成分复杂,有花岗岩、安山岩、英安岩、硅质岩及砂岩,分选性较差,大小混杂,小者直径为2~3cm,大者可达14~15cm,砾石磨圆度整体较差,多呈棱角状-次棱角,个别磨圆度较好,呈椭圆形(图版Ⅰ-c),形成于扇三角洲平原分流河道(图 2)。向上粒度变细,过渡为砾岩、含砾砂岩、粗砂岩、砂岩,砾石含量约为20%,砾石粒径在3~5cm之间,整体以砾状砂岩为主,含少量泥质。沉积构造类型丰富,含砾粗砂岩中见块状层理、大型斜层理(图版Ⅰ-d),砾岩略具定向排列特征,形成于分流河道,野外测量古水流方向约为240o,指示物源来自北东方向。二段为灰绿色-灰黄绿色砾岩、含砾粗砂岩,砾石磨圆度较好,多为圆形或椭圆形,粒径为3~10cm,砾石成分复杂(图版Ⅰ-e),形成于水下分流河道。灰绿色-灰黑色中层状粗砂岩、砂岩,砂岩中偶夹砾岩透镜体,粗砂岩中可见交错层理(图版Ⅰ-f),形成于水下分流河道间。三段为灰绿色中薄层状粉砂岩、泥岩,泥岩中夹砂岩透镜体,砂岩中可见水平层理和小型沙纹层理(图版Ⅰ-g),上部为细砂岩夹黑色薄层状炭质页岩和煤层(图 2-a),煤层厚30~40cm(图版Ⅰ-h),形成于漫滩沼泽。

图版Ⅰ   PlateⅠ   a.山梁砾石组与下伏卡拉麦里组不整合接触;b、c.山梁砾石组底部紫红色砾岩;d.下段含砾粗砂岩中大型斜层理;e.中段水下分流河道砾岩;f.水下分流河道灰绿色砂岩;g.上段泥页岩中砂岩透镜体;h.薄层状炭质泥岩和煤层
图 2 新疆卡拉麦里断裂带南缘山梁砾石组地层对比 Fig.2 The stratigraphic correlation of Shanlianglishi Formation in the south of the Kalamaili fault belt, Xinjiang

山梁砾石组区域变化规律:该套粗碎屑岩沿卡拉麦里断裂带南缘区域展布广且延续稳定,从西段滴水泉地区,向东经六棵树,一直到双井子以东地区,均有不同程度地出露。从西到东,地层厚度、砾岩规模、砾石粒径等均逐渐变大(图 2)。西段滴水泉一带为一套陆相紫红色砾岩、含砾粗砂岩、中-粗粒砂岩、粉砂岩、泥岩、炭质页岩,夹煤线,1:20万卡拉麦里山幅①指出,其含丰富的鳞木类化石Lepidodendron sp., Sublepidodendron? sp.等,厚度在800m以上。向东至帐篷沟一带,主要为黄绿色砾岩、凝灰质砂岩及少量酸-基性火山熔岩。东段双井子及以东一带,为一套灰绿色-灰黄绿色陆相砾岩、含砾粗砂岩、砂岩组合,砾岩较西段规模明显变大,1:20万库普幅①指出,其含大量植物化石Lepidodendron sp., Lepidodendropsis sp., Calamites sp., Adiantites sp.等,可见厚度达1550m。

3 采样位置及分析测试方法

在分析卡拉麦里断裂带南缘山梁砾石组沉积特征的基础上,在西段滴水泉地区山梁砾石组底部粗砂岩中采集样品DSQ-1TW(图 2),在东段双井子地区山梁砾石组底部粗砂岩中采集样品SJZ-1TW(图 2),用于LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素年龄分析。

用于测试的锆石粗砂岩样品经粉碎,用磁选和重液方法淘选,然后在双目镜下将锆石颗粒逐一挑出,选择无色透明、无裂痕、无包体的锆石颗粒。将锆石颗粒粘在双面胶上,后固定在透明的环氧树脂中,抛光打磨至锆石颗粒一半出露,然后进行透射光、反射光照相和阴极发光(CL)、LA-ICP-MS同位素分析。

锆石制靶、CL图像及U-Pb同位素含量测定均在西北大学大陆动力学国家重点实验室完成。阴极发光照相采用装有Mono CI3+阴极发光系统的扫描电镜拍摄,锆石的U-Pb同位素含量测定在该实验室使用带有GeoLas200M激光剥蚀系统的Agi⁃ lent7500a ICP-MS测定。用标准硅酸盐玻璃NIST610进行仪器最佳化,数据处理采用Glitter(ver. 4.0)程序,年龄计算以91500标准锆石作为外标进行元素分馏校正,激光束斑直径为30μm,详细的分析过程和参数见参考文献[33]。样品的同位素比值、元素含量、年龄计算及年龄谱图的绘制均采用Isoplot(ver2.49)程序完成。

4 分析结果

滴水泉地区山梁砾石组粗砂岩(DSQ-1TW)碎屑锆石颗粒多呈半自形-自形长柱状晶形,CL图像显示其发育清晰的振荡环带(锆石2,5,10,22,53),具岩浆锆石形貌特征;少数锆石呈浑圆状,没有明显的岩浆环带(锆石3,13,26,49)(图 3),但所有锆石Th/U值都介于0.27~0.99之间,该比值与岩浆成因锆石特征(通常大于0.1)相符。双井子地区山梁砾石组粗砂岩(SJZ-1TW)的碎屑锆石颗粒多呈长条状-板状晶形,内部具较宽的条带状结构或宽缓的环带结构,而边缘振荡环带较窄(锆石2,11,13,17,20,30),粒径较大,为120~150μm;少数锆石呈浑圆状,韵律生长环带发育不明显(锆石12, 21, 28)(图 3),所有锆石Th/U值都介于0.16~1.59之间,指示岩浆锆石成因。2件样品中锆石的浑圆状特征可能是由于长时间搬运磨蚀造成的。

图 3 新疆东准噶尔卡拉麦里地区山梁砾石组碎屑锆石阴极发光(CL)图像 Fig.3 CL images of detrital zircons from the Shanlianglishi Formation in Kalamaili area of eastern Junggar, Xinjiang

样品DSQ-1TW共进行了70个锆石年龄测试,最终获取了65个有效数据(表 1),这些测点的年龄数据均位于U-Pb谐和图中的谐和线上或其附近(图 4-a)。碎屑锆石表面年龄分布范围较宽(349~ 536Ma)(图 4-b),但主要集中在349~387Ma,占所有锆石年龄数据的88%,主峰峰值年龄为375Ma,该组锆石发育清晰的振荡环带结构,具明显岩浆锆石成因特征;次要峰为420~470Ma,占所有锆石年龄数据的9%,峰值年龄为433Ma。还见到2粒年龄为484±4Ma和536±7Ma的寒武纪碎屑锆石,锆石呈浑圆状,指示经过搬运磨蚀,同时碎屑锆石边部发育很窄的增生边,可能形成于沉积成岩之后的变质作用。其中最年轻的碎屑锆石表面年龄349±4Ma限定了该地层的沉积时代下限。

表 1 卡拉麦里地区山梁砾石组底部粗砂岩碎屑锆石U-Th-Pb数据 Table 1 U-Th-Pb isotopic data for detrital zircon from the coarse sandstone of Shanlianglishi Formation in Kalamaili area
图 4 锆石U-Pb谐和图和年龄频谱图 Fig.4 Zircon U-Pb concordia diagrams and age spectra

样品SJZ-1TW共进行了60个锆石年龄测试,最终获取了51个有效数据(表 1),这些测点的年龄数据均位于U-Pb谐和图中的谐和线上或其附近(图 4-c)。碎屑锆石表面年龄分布范围较宽(355~ 502Ma)(图 4-d),但主要集中在355~418Ma,占所有锆石年龄数据的90%,主峰峰值年龄为379Ma,该组锆石具较宽的条带状结构或宽缓的环带结构,Th/U值大于0.1,指示其为岩浆锆石成因;次要峰为426~430Ma,仅占所有锆石年龄数据的6%,峰值年龄为428Ma。还见到3粒年龄为480±7Ma、489± 12Ma和502±7Ma的寒武纪碎屑锆石,锆石具明显或不明显的核(幔)结构,都具有浑圆状特征,指示经历搬运磨蚀过程。其中最年轻的碎屑锆石表面年龄355±3Ma限定了该地层的沉积时代下限。

5 讨论 5.1 山梁砾石组的形成时代

陆源碎屑沉积岩的碎屑锆石含有其源区地质体的组成和时代信息,地层的沉积时代比碎屑形成的时代年轻,因此碎屑锆石的年龄常被用来制约地层沉积时代的下限[34]。东准噶尔卡拉麦里断裂带南缘出露一套陆相砾岩、砂砾岩、粗砂岩、砂岩等,其底部以大套紫红色砾岩与下伏中—下泥盆统卡拉麦里组细碎屑岩呈角度不整合接触关系。区域展布范围广泛且延续稳定,从西段滴水泉地区,向东经六棵树,一直到双井子及以东地区,均有不同程度出露。关于该套砾岩的归属仍然存在很大的争议(表 2)。袁复礼将双井子一带的砾岩、砂岩称为山梁漂砾层(砾石直径最大可达1m以上,系冰川漂砾),时代为泥盆纪[32];新疆石油管理局所属各地质队(1957—1958)将其进一步划分为滴水泉层和山梁砾石层,并与上覆的火山岩合称双井子统,时代为早—中石炭世[35];新疆地质局区测大队一分队(1963—1966)沿用滴水泉层和山梁砾石层的划分方案,并改组为层,时代为晚泥盆世[32];新疆区测大队古生物组地层队在撰写的卡拉麦里山一带地层报告中,将塔木岗组及山梁砾石组的时代改为早石炭世[36]。1:20万库普幅和1:20万卡拉麦里山幅①,将滴水泉组改为塔木岗组,时代为晚泥盆世,将山梁砾石组改为松喀尔苏组,时代为早石炭世。新疆维吾尔自治区岩石地层[32]将这套粗碎屑岩系由下到上划分为塔木岗组和山梁砾石组,两者之间的分界标志为黄绿色砾岩、砂砾岩的出现或灰绿色砂岩的消失,均含植物化石Lepidodendron sp., Lepidodendropsis sp.,时代为早石炭世。1:5万滴水泉幅②将该套粗碎屑岩由下到上厘定为:上泥盆统—下石炭统克安库都克组、下石炭统塔木岗组和山梁砾石组,其中克安库都克组砾岩层中发现了晚泥盆世—早石炭世的植物化石Prelepidondron sp.(先鳞木)(表 2)。

表 2 卡拉麦里断裂带南缘粗碎屑岩系划分沿革 Table 2 The classification evolution table of coarse clastic rocks in the south of the Kalamaili fault belt

卡拉麦里断裂带南缘西段滴水泉地区粗碎屑岩底部砂岩样品(DSQ-1TW)中最年轻的碎屑锆石年龄为349±4Ma,年龄频谱图中主峰峰值年龄为374Ma;东段双井子地区粗碎屑岩底部砂岩样品SJZ-1TW中最年轻的碎屑锆石年龄为355±3Ma,年龄频谱图中主峰峰值年龄为375Ma。2件粗砂岩样品的碎屑锆石CL图像及Th/U值表明,所有锆石几乎都是岩浆成因,指示碎屑锆石形成时代均为早石炭世早期,限定其沉积时代的下限为349±4Ma。通过区域地层对比、沉积岩石组合、沉积相等分析,对卡拉麦里断裂带南缘粗碎屑岩系地层归属进行了重新划分,认为区域上岩性及厚度变化属于沉积相变关系,并将其划分为山梁砾石组,底部与下伏中—下泥盆统卡拉麦里组细碎屑岩之间为角度不整合接触,期间存在地层缺失(表 2)。山梁砾石组的形成时代晚于349Ma,结合前人资料及国际岩石地层表,将其时代厘定为早石炭世早期。

5.2 准噶尔洋闭合时限

至少从震旦纪开始,准噶尔地区就形成了分割西伯利亚板块与准噶尔-哈萨克斯坦板块的一个横跨北疆的古大洋[29]。经历了漫长而复杂的扩张、俯冲消减、拼贴造山过程,在东准噶尔造山带中残留多条不同时代、不同性质的蛇绿岩混杂岩带,从北向南依次为额尔齐斯-玛因鄂博蛇绿混杂岩带、扎河坝-阿尔曼太-北塔山蛇绿混杂岩带、卡拉麦里蛇绿混杂岩带。长期以来,关于新疆北部准噶尔造山带古生代构造演化过程的主流观点是增生造山,且基本认同其从北向南增生演化的总体过程[37]。因此,卡拉麦里蛇绿混杂岩带代表了准噶尔古大洋最终消亡的洋壳残留记录,是准噶尔-哈萨克斯坦板块与西伯利亚板块南缘增生拼合的最终位置,卡拉麦里古洋盆闭合时限对中亚造山带的构造演化具有重要意义。黄岗等[16]获得不整合于蛇绿岩之上的凝灰岩锆石U-Pb年龄为343.0±5Ma,认为其代表了卡拉麦里蛇绿岩侵位年龄的上限;吴润江等[12]将卡拉麦里地区具磨拉石建造特征的地层归为山梁砾石组,并获得其中-基性火山岩锆石U-Pb年龄为350±6Ma,认为洋盆闭合于早石炭世早期之前;吴琪等[13]依据截切卡拉麦里蛇绿岩带的花岗质糜棱岩锆石U-Pb年龄343.5±2.6Ma,认为以卡拉麦里蛇绿岩带为代表的准噶尔洋在343Ma之前已关闭。田健等[17]获得侵位于松喀尔苏组的五彩城岩体锆石UPb年龄为341.1±4.0Ma,代表了卡拉麦里地区后碰撞花岗岩的最老年龄,认为卡拉麦里洋盆在早石炭世中期之前(晚泥盆世?)已经闭合;郭召杰等[38]和Zhang等[39]认为,卡拉麦里断裂带南缘松喀尔苏组具典型的前陆盆地磨拉石建造,磨拉石碎屑锆石最年轻年龄为343Ma,洋盆应该在340Ma之前已经闭合。然而,卡拉麦里地区晚古生代沉积岩及火山岩地球化学分析得出,洋盆俯冲消减作用一直延续到石炭纪晚期[18-19, 21]。Xiao等[3]在总结新疆北部古生代构造演化模式时认为,卡拉麦里古洋盆一直持续到二叠纪才闭合。

盆地中磨拉石的最早形成时代可以用来限定洋盆闭合及碰撞造山的时代上限[40]。卡拉麦里断裂带南缘山梁砾石组下部以一套巨厚陆相紫红色砾岩角度不整合在中—下泥盆统卡拉麦里组海相地层之上,向上过渡为含砾粗砂岩、粗砂岩、砂岩,上部为含煤线的砂岩、粉砂岩,具磨拉石沉积特征,形成于扇三角洲沉积环境。陆相盆地中砾岩层的沉积特征是判别沉积物源区的重要标志,也是反映物源区构造演化的主要依据。山梁砾石组砾岩砾石成分中发现蛇纹岩、辉长岩、玄武岩、硅质岩等卡拉麦里蛇绿混杂岩物质,指示山梁砾石组物源来自北侧的卡拉麦里蛇绿混杂岩带。2件样品的碎屑锆石年龄集中于349~409Ma(约占87%),与卡拉麦里蛇绿岩混杂岩带内泥盆纪火山岩及蛇绿岩的形成时代一致[4];另一组年龄为418~489Ma(约占12%),山梁砾石组砾岩中花岗质砾石锆石U-Pb年龄为432Ma和428Ma[39],与卡拉麦里断裂带北侧野马泉志留纪岛弧花岗岩及阿尔曼太蛇绿岩(440~485Ma)的形成时代一致。说明卡拉麦里断裂带北侧泥盆纪火山岩和火山碎屑岩为山梁砾石组提供了主要物源,其次是野马泉志留纪岛弧花岗岩及阿尔曼太蛇绿岩。因此,山梁砾石组粗碎屑岩应是卡拉麦里强烈隆升造山过程的沉积学响应,形成于前陆盆地,限定了卡拉麦里古生代洋盆应该闭合于早石炭世早期之前。

6 结论

(1)山梁砾石组沿卡拉麦里断裂带南缘区域展布广且延续稳定,从西段滴水泉地区,向东经六棵树,一直到双井子及以东地区,均有不同程度地出露。主要为一套陆相砾岩、砂砾岩、粗砂岩、砂岩等粗碎屑岩系,夹少量粉砂岩、炭质页岩及煤线,含植物化石碎片,形成于扇三角洲沉积环境。

(2)选择西段滴水泉和东段双井子2个地区的山梁砾石组剖面进行地层对比,并在2个剖面底部采集粗砂岩样品进行LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄测定,获得最年轻的碎屑锆石年龄分别为349±4Ma和355 ± 3Ma,表明山梁砾石组形成时代晚于349Ma,结合前人资料将其厘定为早石炭世早期。

(3)碎屑锆石年龄分布特征及砾石成分表明,山梁砾石组物源主要来自卡拉麦里断裂带北侧泥盆纪火山岩,其次是野马泉志留纪岛弧花岗岩和少量阿尔曼太蛇绿岩。在分析前人资料的基础上,认为山梁砾石组粗碎屑岩系是卡拉麦里造山带强烈隆升造山过程的沉积学响应,形成于前陆盆地,限定了准噶尔古生代洋盆闭合时限在早石炭世早期之前。

致谢: 中国地质调查局西安地质调查中心卢进才教授级高工、姜亭高级工程师、牛亚卓、冯杨伟工程师,在成文过程中给予帮助和指导,在此一并致以诚挚的谢意。

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