新疆阿吾拉勒地區石炭紀天山后碰撞階段構造演化的新信息來自阿吾拉勒山中段動力變質巖的證據

新疆伊犁盆地東南緣的天山脈阿卜拉拉山脈主要由石炭系、二疊系火山巖系和少量巖脈組成。一般認為,該區域在古生代晚期屬于裂谷環境,并且與天山東段的雅滿蘇晚古生代中期拉張型陸緣巖漿巖帶同為火山巖型鐵礦成礦有利地段,式可布臺(新源)和雅滿蘇等火山巖型鐵礦床都賦存于其中。阿吾拉勒山中段曾劃分出一套中泥盆統一晚泥盆統坎蘇組(D2-3k)地層12,其東起玉希莫勒蓋達坂附近,西至鐵木里克一帶,延伸約130km,寬2～8km(圖1),主要由中一酸性火山噴發熔巖及火山碎屑巖組成。該巖系下部層位發育一套原巖為火山巖的低綠片巖相淺變質巖系,巖性為千枚巖、板巖及片巖。在式可布臺和鐵木里克一帶,這套巖系普遍含有赤鐵礦層,因此,被確定為直接找礦標志之一。迄今的文獻多認為該變質巖是區域變質作用的產物。坎蘇組的時代始終存在爭論,命名者僅依據前人資料將其置于中泥盆世—一晚泥盆世。隨著區域地質研究程度的提高,因無法進行區域地層對比,又沒有發現屬于泥盆紀的確鑿證據,坎蘇組一詞被放棄,相關地層根據巖性對比劃歸下石炭統大哈拉軍山組(C1d),但在變質程度和含礦性等方面均與標準的大哈拉軍組有明顯的區別。由于地處天山腹地,附近又未見確鑿的前石炭紀地質體(圖1),所以這套變質巖系形成與演變的研究,對于重建天山地質演化歷史和確定相關礦產的找礦方向,有著十分重要的現實意義。1構造-沉積巖系的初步確定筆者1991、1996和1997年先后在獨庫公路玉希莫勒蓋達板和式可布臺礦區進行了野外實地考察和相關室內初步研究,確定原“坎蘇組”為-套韌一脆性斷裂形成的構造巖系,阿吾拉勒山中段動力變質巖帶就位于其中的式可布臺一玉希莫勒蓋一帶。1.1蝕變帶與構造變形相關該帶呈近東西走向延伸,長度約100km,寬度僅1km左右。南北兩側與火山沉積巖系之間,均以脆性斷裂相隔(圖1),地質構造特征在不同地段也不盡相同。東段玉希莫勒蓋達坂一帶,動力變質巖帶風化堆積后宏觀表現為寬達近千米的褐黃色蝕變帶,受斷裂構造影響,達坂公路隧道嚴重滲水結冰已被廢棄。該帶內部,可以區別出4條規模不等的強變形帶,現今表現為構造泥和褐鐵礦化蝕變帶,原巖面貌已難以識別。由強變形帶的中心向兩側過渡為綠泥石絹云母片巖或絹云母化強烈的碎裂狀火山巖系,韌一脆性過渡類型的構造變形特征明顯。動力變質巖帶北側由早石炭世火山巖系和華力西晚期石英閃長巖組成陡峻的阿吾拉勒山脈主脊,南側發育的石炭紀一二疊紀火山盆地向鞏乃斯河谷延伸,形成差別懸殊的構造地貌。向西觀察,褐黃色蝕變帶沿阿吾拉勒山脊延伸,規模宏大。式可布臺一帶,地表褐鐵礦化蝕變已不明顯。但鐵礦區考察發現,寬1200～1400m的含礦地質體,實際也是沿韌一脆性斷裂形成的構造巖系,內部以絹云母片巖為標志組成4條剪切中心帶;礦體主要呈層狀、透鏡狀分布,含礦圍巖普遍具較強的絹云母化、綠泥石化及硅化蝕變,局部有黃銅礦化、黃鐵礦化及較密集的重晶石脈、方解石脈出現,礦體及其頂底板中常見石英脈、鏡鐵礦-石英脈、磁鐵礦-石英脈、石英-碳酸鹽脈,表明構造作用形成的動力變質使礦體和圍巖中的硅質被熱液析出。該帶東段變質程度較高,向西逐漸減弱,至鐵木里克一帶基本消失,相應地構造變形亦相對減弱,存在著構造帶逐漸尖滅的可能。據研究,阿吾拉勒山中段動力變質巖帶變質礦物組合為綠泥石-綠簾石-石英-鈉長石-絹云母,屬于較典型的絹云母-綠泥石低綠片巖相。1.2脆性斷裂帶根據剖面觀察,無論在式可布臺(圖2)還是在玉希莫勒蓋達坂(圖3),該帶內發育的韌一脆性構造面理(斷裂面或片理)均向北傾斜,傾角多小于45°,微構造特征顯示出由北向南的構造運動方向。玉希莫勒蓋達坂剖面:構造變形以韌性變形疊加脆性破裂和剪切為主要特征,露頭確定變形寬度600～700mm。韌性變形階段形成的絹云母片巖主要由微粒石英、鱗片狀絹云母組成,絹云母含量可達30%～35%,呈變斑狀顯微粒狀鱗片變晶結構、片狀構造,絹云母基本平行定向排列形成片理。其中拉伸線理產狀為345°～30°<5°～30°;間距為0.2～0.3cm的密集平行狀流劈理一破劈理發育,產狀為3555°～35°<30°～40.。形成于淺部構造層次的脆性變形,表現為動力變質巖帶中的4條規模不等剪切帶,其間均發育構造泥和褐鐵礦化蝕變帶,反映有流體參與構造剪切和變質過程。脆性斷裂中發育的構造面理傾角以20°～35°居多,局部地段可觀察到褐鐵礦化蝕變帶被剪切拉斷后,顯示由北向南運動的構造指向,表現出明顯的低角度逆斷層特征。此外,剖面⑥至⑦分層之間存在一向斜構造,被脆性斷裂沖斷后兩側火山巖原巖的S0和S1產狀呈現出不協調。式可布臺礦區剖面(圖3):組成4條剪切中心的絹云母片巖帶寬30～100m,50年代發現的式可布臺(新源)富鐵礦及伴生的銅礦點就賦存于其中。動力變質巖帶中火山沉積碧玉巖層與赤鐵礦層呈互層狀產出,經韌性剪切形成微型不等厚相似褶皺,軸面均北傾。此外還可觀察到赤鐵礦層中碧玉條帶被韌性剪斷后形成的壓力影構造,兩者均顯示了由北向南的構造運動方向。該帶脆性斷裂并不發育,絹云母片巖與未變質火山巖系之間并無明顯脆性構造分界,表現為韌一脆變形層次的過渡,同時地表褐鐵礦化蝕變也不太明顯。構造面理產狀為20°～30°<35°～60°,局部地段變化較大,傾角達50°～60°。變質巖石多呈變余巖屑晶屑凝灰結構,長石晶屑約占15%～20%,流紋質火山巖屑約占5%;基質為顯微鱗片自形變晶結構;動力變質作用過程中重結晶形成的細鱗片狀絹云母和綠泥石均定向排列,形成片狀構造,礦物片徑0.01～0.05mm;在礦體和圍巖中還常見到變余凝灰結構、變余泥質結構等。石英普遍具波狀消光、長石晶屑有破裂彎曲、凝灰質多絹云母化、二氧化硅膠體均已重結晶為亞顆粒發育的細粒石英,這表明原始沉積礦物經歷了構造應力作用的動力變質。上述變質變形巖系延伸近百千米,寬僅1km左右,變質礦物的延長方向均平行于構造面理,它們又平行于兩側邊界斷層的走向,顯示出與該構造帶的形成有密切的成因聯系,因此其成因很可能與動力變質作用有關。2變量變質和變形時代2.1溫度坪譜圖2表2這套動力變質巖系的形成時代,資料甚少。筆者在玉希莫勒蓋達坂公路隧道附近采取的細鱗片狀集合體絹云母樣品,由中國科學院地質研究所Ar-Ar定年實驗室桑海清進行40Ar/39Ar年代學測定,照射參數J=0.01038,測定儀器為英國RCA—10氣體源質譜儀(λ=5.543E-10/a)。從測定的坪譜圖(圖4,表1)可見,放射成因氬析出溫度區間為460～1450℃,其中第8階段析出的Ar較少,給出的視年齡值不具地質意義;860～1300℃區間Ar析出達84.98%,坪年齡為220.6±3.4Ma,等時年齡為220.7±6.6Ma。該樣品的均一“主坪”揭示其受后期改造不是很強烈,絹云母形成以后基本保持了較理想的K-Ar同位素封閉體系,因此獲得的年齡值可以代表絹云母的冷卻年齡。由于采樣地段變質作用僅達低綠片巖相,其峰期溫度不會高出絹云母封閉溫度許多,所以該年齡亦可能接近于變質變形事件的峰期年齡。而在460～780C中低溫區間,Ar析出量總計達13.78%,分別給出了127.2±4.8Ma、158.6±3.4Ma、180.9±3.6Ma等較為接近的視年齡值,是否揭示出后期熱擾動事件的存在,還有待進一步的研究。2.2區域地質背景及脆性變形應力場式可布臺一玉希莫勒蓋達坂段脆性斷裂構造亦較發育,由西向東規模逐漸增大,但多數脆性應變都是在早期韌性變形基礎上繼承性發展演化而來的,斷裂構造往往疊加在絹云母片巖中,兩側出現密集的破劈理及次級滑動帶,影響寬度多在100m左右。對于脆性構造疊加的時限,目前尚未見專門探討。從區域內新構造運動研究來看,該帶的脆性變形,很可能始于侏羅紀并持續到現代。相關的證據包括玉希莫勒蓋達坂南北兩側都有侏羅紀含煤斷陷盆地發育,沿斷陷盆地延伸方向上目前還確定了一系列第四紀仍在活動的斷層;式可布臺以北的烏拉斯臺地區1812年還有8級地震發生,震源深度約21km;此外斷裂附近還有許多溫泉發育,形成地熱異常帶。作者對獨庫公路鞏乃斯河一喀什河段測量了38組斷層擦痕數據,經過電算重塑了該區的脆性變形應力場,結果表現出3期構造應力場的變化,應力方向和傾角分別為:①σ1112.7°/28.8°;②σ1239°/25.7°;③σ1128.9°/46.1°,代表了侏羅紀以來的構造應力特征。3火山陸相粗碎屑沉積新疆北部在早石炭世末已不存在具分隔巖石圈板塊意義的洋盆,早二疊世末就已經進入了后碰撞地殼演化階段:①早二疊世未見塔里木區與準噶爾區植物混生,安加拉植物群在晚二疊世中晚期南移至塔里木北緣。②天山地區非火山陸相粗碎屑沉積主要在晚二疊世。目前由于各種因素,論述天山后碰撞地質過程的文獻很少。本項研究所獲成果,在證明了所謂“坎蘇組”地層包括了三疊紀晚期區域性擠壓構造形成的動力變質帶外,還揭示出天山山脈后碰撞地殼