塔里木北緣早白堊世侵入巖的年代學特征及成因探討

中亞造山帶是中國科學家更多地關(guān)注的熱點研究領(lǐng)域，其典型的古代造山過程、地殼生長和豐富的成礦作用引起了國內(nèi)外地質(zhì)學者的關(guān)注。南天山造山帶位于中亞造山帶西南緣,南鄰塔里木地塊,北依中天山微陸塊,是中亞造山帶重要的構(gòu)造單元之一,記錄著豐富的地質(zhì)演化信息,其中關(guān)鍵的地質(zhì)問題是南天山洋盆的構(gòu)造屬性及形成和閉合時限。南天山洋盆始自新元古代中期羅丁尼亞超大陸裂解這一認識已被地質(zhì)學界普遍認同,然而關(guān)于其閉合時限,則有泥盆紀末期、石炭紀早中期、石炭紀末期、二疊紀末期以及三疊紀等不同認識。關(guān)于其俯沖方式,多數(shù)學者認為南天山洋盆一直都是向北俯沖而閉合的,洋盆的北緣伊犁中天山南緣為古生代活動陸緣,南緣塔里木北緣為被動陸緣。然而近年來的研究發(fā)現(xiàn),塔里木北緣一系列古生代侵入巖形成于活動陸緣環(huán)境,南天山可能存在向南俯沖的階段。塔里木北緣在古生代是否是主動大陸邊緣,對于筆者了解南天山洋俯沖方式及中亞造山帶西南緣的增生歷史具有重要意義。花崗巖類是研究造山帶構(gòu)造發(fā)展和構(gòu)造環(huán)境變遷的重要巖漿行為表現(xiàn)方式之一。不同時期、不同成因類型的花崗巖在南天山均有分布,且以古生代花崗巖類為主。總地來看,泥盆紀—早石炭世花崗巖主要以島弧型I型花崗巖為主,晚石炭世花崗巖則以同碰撞S型花崗巖為典型,而二疊紀花崗巖為后碰撞A型花崗巖。可見,南天山花崗巖具有一定的時空分布規(guī)律,并記載著南天山造山過程每一階段發(fā)生的重要巖漿事件,具有極高的研究價值。目前南天山碰撞帶南部(本文將其和庫魯克塔格西部并稱為塔里木北緣)出露一條侵入巖帶,已有研究資料顯示,該侵入巖帶中的侵入巖從志留紀到石炭紀均有出露,但由于交通條件不便等原因,先前的研究只限于單個或者附近巖體,這在一定程度上限制了對南天山花崗質(zhì)侵入巖特征的整體把握和宏觀認識,因此需要系統(tǒng)地研究塔里木北緣花崗巖。另外對于南天山洋的俯沖方式,不僅要解決是否存在向南俯沖,還要解決何時向南俯沖;泥盆紀和石炭紀的花崗巖具有島弧性質(zhì),那么志留紀的花崗巖是否同樣具有島弧性質(zhì);是否南天山洋在志留紀就已經(jīng)開始向南俯沖?研究志留紀花崗巖是解決這些問題的關(guān)鍵。本文以塔里木北緣志留紀花崗質(zhì)侵入巖體為研究對象,以詳細的巖石地球化學及年代學研究為基礎(chǔ),結(jié)合區(qū)域同時代的花崗巖資料及蛇綠巖和地層方面的研究成果,對南天山洋盆俯沖時代和俯沖極性提出新的認識,為進一步深入研究南天山洋消減閉合及其大陸動力學過程提供新的制約。1古南天山洋盆持續(xù)收縮期板溪群南天山造山帶位于中亞造山帶西南緣,南北分別為南天山山前斷裂和中天山南緣斷裂所限(圖1-A,B)。該帶主要由古生代陸緣巖系和古洋殘余組成,其形成過程實際上是南天山古洋盆演化的歷史。南天山洋開合過程中形成了目前造山帶內(nèi)的2條縫合帶,一條是中天山南緣蛇綠混雜巖帶,分布于哈爾克山北坡長阿吾子—古洛溝—烏瓦門—庫米什硫磺山—銅花山-榆樹溝一線;另一條為南天山南緣蛇綠混雜巖帶,分布于哈爾克山南坡-霍拉山一帶。目前蛇綠巖最古老的年齡為590~600Ma、最年輕的年齡則為331Ma,說明南天山洋盆在震旦紀中期就已經(jīng)具有一定規(guī)模,在早、中奧陶世達到鼎盛時期,并形成多島洋的格局。晚奧陶世開始,南天山洋向北俯沖,而該大洋的南側(cè),即塔里木北緣地區(qū),因出露寒武紀—奧陶紀深海盆地-斜坡沉積,缺乏古生代巖漿活動方面的證據(jù),一直被認為是南天山洋南緣的被動大陸邊緣。伴隨著俯沖作用,中天山南緣、哈爾克山北緣等地發(fā)育有大量高壓—超高壓變質(zhì)巖,其年齡主要集中于415~390Ma和370~345Ma兩個年齡段,與相應的島弧巖漿侵位時代相配套,代表俯沖作用發(fā)生的時代。然而,對于碰撞作用的時間目前還存在不同的認識,多數(shù)人傾向于晚石炭世。二疊紀構(gòu)造由擠壓變?yōu)樽呋?出現(xiàn)了大量的走滑構(gòu)造,并伴隨有富鉀花崗質(zhì)侵入巖體,標志該時期進入后碰撞階段。然而縱觀古南天山洋演化的整個過程,它并不是只經(jīng)歷過一次開合的簡單洋盆,而是經(jīng)歷了多期收縮和陸緣增生,晚古生代發(fā)育有多個微陸塊,多個洋盆并存且分段閉合,形成并行的島弧帶和蛇綠巖混雜帶。庫魯克塔格地區(qū)已有的研究工作主要著眼于與Rodinia超大陸裂解有關(guān)的新元古代花崗巖和火山巖,而對古生代侵入巖和火山巖的研究較少。張艷等在辛格爾斷裂南側(cè)識別出活動大陸邊緣型的鈣堿性泥盆紀英安巖,并獲得其40Ar/39Ar坪年齡為374.7Ma±5.9Ma。校培喜報道了庫魯克塔格東南緣的島弧型鈣堿性I型鉀長花崗巖,獲得其單顆粒鋯石U-Pb年齡為430.6Ma±1.6Ma,并認為該區(qū)可能為東天山早古生代巖漿弧的一部分。GeRongfeng等報道了庫魯克塔格地塊的首例古生代侵入巖,獲得其鋯石U-Pb年齡分別為420.6Ma±2.3Ma、421.7Ma±2.8Ma、419.8Ma±3.3Ma,在此基礎(chǔ)上,提出了南天山古洋盆南北雙向俯沖的觀點。2巖石學和巖石學特征塔里木北緣志留紀花崗質(zhì)侵入巖除了庫爾干南巖體和歐西大阪巖體位于哈爾克山南緣庫爾干—庫如力一帶之外,其它巖體零散分布于庫魯克塔格地塊西段及辛格爾斷裂北側(cè)區(qū)域(圖1-C)。研究區(qū)志留紀中—酸性侵入巖體特征見表1。庫爾干南石英閃長巖體出露于庫爾干南14.6km處,侵入于前寒武紀綠泥石英片巖中,呈小巖枝狀。巖石發(fā)育片理化構(gòu)造,呈灰白色,具半自形粒狀鑲嵌結(jié)構(gòu),主要由斜長石(65%)、石英(35%)和角閃石(5%)組成,副礦物為磷灰石和榍石等。庫爾干南黑云母斜長花崗巖體位于庫爾干15.2km處,呈巖脈狀產(chǎn)出,圍巖為早古生代火山碎屑-沉積巖系,巖石發(fā)育片理化構(gòu)造,蝕變較強,呈灰白色鑲嵌結(jié)構(gòu),主要礦物為斜長石、石英、鉀長石、黑云母等,副礦物為榍石、磷灰石、榍石等。歐西達坂巖體位于獨山子—庫車公路歐西達坂一帶,巖體沿斷裂呈近東西向出露,北側(cè)侵入于長城系阿克蘇巖群,南側(cè)為二疊系小提坎力克組不整合。巖體由石英閃長巖和二長花崗巖構(gòu)成,前者分布于巖體北部,后者分布于南部。石英閃長巖為灰黑色,塊狀構(gòu)造,它形—半自形粒狀結(jié)構(gòu),由斜長石(74%)、石英(16%)、角閃石(5%)和少量副礦物組成,副礦物為褐鐵礦化磁鐵礦、鋯石和磷灰石;細粒二長花崗巖為淺肉紅色,塊狀構(gòu)造,自形—半自形粒狀結(jié)構(gòu)。主要礦物為石英(49%)、斜長石(20%)、條紋長石(20%±)、微斜長石(10%)和少量白云母(1%),副礦物主要有磷灰石、鋯石、磁鐵礦等;中粒黑云二長花崗巖為肉紅色,主要由斜長石(35%)、微斜長石(30%)、石英(25%)和黑云母(6%)、角閃石(2%)及少量副礦物組成,副礦物主要有磷灰石、鋯石和不透明礦物等,黑云母發(fā)生輕微變形,角閃石綠泥石和綠簾石化強烈。鐵門關(guān)巖體位于庫爾勒東北部,西北距鐵門關(guān)水庫約3km,沿國道314線多處出露,近東西向多條帶狀展布,寬度10~300m,長度80~500m,侵入于古元古代興地塔格群中。巖體巖性為似斑狀花崗閃長巖,主要由鉀長石(30%~35%)、斜長石(10%~15%)、角閃石(15%~25%)、黑云母(5%~10%)和石英(5%~10%)組成。鉀長石與少數(shù)斜長石斑晶長度可達10mm,角閃石顆粒相對細小。鐵門關(guān)東南巖體位于庫魯克塔格西段、博斯騰湖西南岸,東距庫爾勒市12km。巖體呈近東西向不規(guī)則狀展布,侵入于古元古代混合巖、片巖和大理巖中。巖體主體為中細粒似斑狀花崗閃長巖,斑晶為斜長石(5%~10%)和鉀長石(10%~15%),半自形粒狀,大小一般3~5mm,星散狀分布。斜長石見聚片雙晶,波狀消光明顯,可見雙晶彎曲,絹云母和高嶺土化。鉀長石見格子雙晶及鈉質(zhì)條紋,條紋微細脈狀,為固溶體出溶產(chǎn)物。基質(zhì)為斜長石(45~50%)、鉀長石(10%~15%)、石英(20%~25%)、黑云母(5%~10%)和少量角閃石,大小一般1~2mm,少部分0.2~1mm。斜長石半自形板狀,略定向分布,常見聚片雙晶、卡鈉復合雙晶,被絹云母、黝簾石交代,波狀消光明顯,見雙晶彎曲;鉀長石為半自形板狀,略定向分布,可見格子雙晶、鈉質(zhì)條紋;石英呈它形粒狀,略定向分布,波狀消光強烈,見帶狀消光,糜棱化明顯;黑云母片直徑0.2~2mm,填隙狀分布,被綠泥石交代,部分為假象;角閃石呈半自形柱狀,星散狀分布,被綠泥石交代。博斯騰鄉(xiāng)巖體位于庫爾勒地區(qū)博斯騰湖南岸,距庫爾勒市55km,形態(tài)呈西北—東南方向展布。巖體向南侵入于奧陶紀黑云二長花崗巖(另文報道)中,接觸帶可見烘烤邊和冷凝邊(圖2-a、b),北部為第四系。主體巖性為黑云石英閃長巖,半自形粒狀結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造,主要由斜長石(55%~60%)、石英(5%)、黑云母(10~15%)和角閃石(25%)組成。斜長石呈半自形板狀,粒徑多為2~5mm,少部分0.2~2mm,局部高嶺土化、絹云母化和黝簾石化,環(huán)帶隱約可見;石英呈它形粒狀,呈填隙狀分布,粒徑0.1~1.4mm,波狀、帶狀消光明顯;黑云母呈片狀,紅棕色,無定向,粒徑2~5mm,少部分0.2~2mm,極少數(shù)5~6mm,被綠泥石交代,局部交代角閃石;角閃石呈半自形柱粒狀,綠褐色,粒徑一般為2~3.6mm,少部分為0.2~2mm,局部被黑云母交代;副礦物為磷灰石、鋯石、榍石等(圖2-c、d)。3la-icp-ms鋯石u-pb年代學樣品分別采自鐵門關(guān)東南巖體和博斯騰鄉(xiāng)巖體的新鮮部位,各采集鋯石U-Pb定年樣品1件和巖石地球化學樣品5件,編號分別為TKD21-01和TKD23-01,位置如圖1-c。巖石地球化學樣品分析由廣州澳實礦物實驗室完成。實驗過程如下,將試樣煅燒后加入Li2B4O7-LiBO2助熔物,充分混和后,放置在自動熔煉儀中,使之在1000℃以上熔融,熔融物倒出后形成扁平玻璃片,再用X熒光光譜儀分析主量元素,分析精度優(yōu)于5%;另將試樣加入到LiBO2熔劑中,混合均勻,在1000℃以上的熔爐中熔化,熔液冷卻后,用硝酸定容,再用等離子體質(zhì)譜儀分析微量和稀土元素,分析精度優(yōu)于10%。定年樣品鋯石分選在廊坊地源礦物測試分選公司完成。將所采新鮮樣品粉碎至60~80目,經(jīng)常規(guī)磁選和浮選方法分選后,在雙目鏡下挑選晶形和透明度較好、無裂隙和無包裹體的鋯石顆粒。將鋯石顆粒置于環(huán)氧樹脂內(nèi),固化后研磨至鋯石核心露出,拋光和清洗制成樣品靶,然后進行陰極發(fā)光(CL)照相,上述工作在北京鋯年領(lǐng)航科技有限公司完成。鋯石U-Pb定年在天津地質(zhì)礦產(chǎn)研究所同位素實驗室完成,使用儀器為Neptune感耦合等離子體質(zhì)譜儀和193nm激光取樣系統(tǒng)(LA-ICP-MS),激光剝蝕的斑束為35μm,能量密度為13~14J/cm2,頻率為8~10Hz,激光剝蝕物質(zhì)以He為載氣送入Neptune(MC-ICP-MS)。鋯石標樣采用TEMORA標準鋯石,數(shù)據(jù)處理采用中國地質(zhì)大學Liu等編寫的ICPMSData-Cal程序和Ludwig的Isoplot程序進行作圖,采用208Pb對普通鉛進行校正。利用NIST612作為外標計算鋯石樣品的Pb、U、Th含量。4分析的結(jié)果4.1博斯騰鄉(xiāng)巖體鋯石成巖年齡鋯石的U-Pb同位素測試結(jié)果見表2,年齡諧和圖見圖3。從鋯石陰極發(fā)光照片可以看出(圖4),所測鋯石均為長棱柱狀、柱狀、短柱狀,其中鐵門關(guān)東南巖體鋯石顆粒發(fā)光性弱,博斯騰湖鄉(xiāng)巖體鋯石顆粒發(fā)光性較好,且二者鋯石晶體形態(tài)比較完整,多具巖漿環(huán)帶結(jié)構(gòu)。鋯石的Th/U比值介于0.15~0.91之間,與變質(zhì)成因鋯石Th/U值(通常小于0.1)明顯不同,表現(xiàn)為巖漿鋯石的特征。除去顯著不諧和的數(shù)據(jù)(TKD21-01,2號點),2個樣品各測點年齡值均位于U-Pb諧和線上或附近。鐵門關(guān)東南巖體鋯石206Pb/238U加權(quán)平均年齡為419.2Ma±3.1Ma(n=14,MSWD=2.5)。博斯騰鄉(xiāng)巖體鋯石給出2組年齡,一顆時代較老的鋯石(11號點)206Pb/238U年齡為544.3Ma±4.7Ma,可能為巖漿上升侵位過程中從下地殼基底中捕獲的寒武紀鋯石,另一組年齡為418.1Ma±2.7Ma(MSWD=1.4),由14個測點的206Pb/238U加權(quán)平均值得出,代表了博斯騰鄉(xiāng)巖體的成巖年齡。上述定年數(shù)據(jù)表明鐵門關(guān)東南巖體和博斯騰鄉(xiāng)巖體均形成于晚志留世。4.2稀土元素特征研究區(qū)志留紀除庫爾干南巖體外其余4個巖體樣品的主量元素與微量元素數(shù)據(jù)見表3。博斯騰鄉(xiāng)巖體樣品具有較低的SiO2(53.43%~55.69%),相應高含量的CaO(5.98%~7.41%)、MgO(3.22%~4.2%)、TFe2O3(8.71%~11.24%)、Al2O3(15.85%~16.93%)、MnO(0.15%~0.18%)、TiO2(1.32%~1.89%)、P2O5(0.3%~0.47%);鐵門關(guān)巖體樣品具有相對較高的SiO2(62.21%~67.45%),CaO(2.7%~4.61%)、MgO(0.74%~2.50%)、TFe2O3(3.06%~6.03%)、Al2O3(15.22%~16.11%)、MnO(0.04%~0.10%)、TiO2(0.46%~0.83%)、P2O5(0.16%~0.24%)含量相對較低;鐵門關(guān)東南巖體和歐西達坂巖體SiO2(分別為65.06%~74.14%,55.46%~75.50%)變化范圍較寬,相應的CaO(分別為0.79%~3.2%,0.42%~6.23%)、MgO(分別為0.3%~0.95%,0.25%~4.25%)、Fe2O3T(分別為2.0%~4.72%,1.67%~8.59%)、Al2O3(分別為12.81%~16.33%,13.09%~16.92%)、MnO(分別為0.03%~0.11%,0.03%~0.13%)、TiO2(分別為0.19%~0.45%,0.16%~0.90%)、P2O5(分別為0.03%~0.14%,0.05%~0.21%)也呈現(xiàn)較寬的變化范圍。在鋁飽和指數(shù)圖解(圖5)中,除歐西達坂巖體2個樣品具有比較高的A/CNK值外,其余都在0.82~1.05之間,屬準鋁質(zhì)—弱過鋁質(zhì)。在SiO2-K2O圖解(圖6)上可以看出,4個巖體隨SiO2含量的增加,石英閃長巖-二長花崗巖形成由鈣堿性逐漸向高鉀鈣堿性過渡的巖漿演化趨勢。結(jié)合巖相學特征,巖體均未見白云母、堇青石等過鋁質(zhì)礦物,可知志留紀花崗質(zhì)巖石應為鈣堿性—高鉀鈣堿性I型花崗巖。稀土元素球粒隕石標準化配分模式見(圖7),所有樣品均表現(xiàn)出輕稀土元素富集,重稀土元素虧損的特征。稀土元素總量(∑REE)為95.68×10-6~217.76×10-6,∑LREE為84.33×10-6~183.90×10-6、∑HREE為10.71×10-6~37.05×10-6,LREE/HREE為4.31~13.5。就表征輕重稀土元素分餾程度的(La/Yb)N值而言,博斯騰湖鄉(xiāng)巖體、歐西達坂巖體、鐵門關(guān)東南巖體樣品的(La/Yb)N值較低(分別為5.52~6.52,4.39~9.49,3.93~20.30),而鐵門關(guān)巖體樣品的(La/Yb)N相對較高(7.88~17.14)。鐵門關(guān)東南巖體具較明顯的Eu(δEu為0.46~0.68)負異常,其余樣品均具輕微的Eu負異常。Eu負異常暗示在巖漿源區(qū)有斜長石殘留或經(jīng)歷了較強的斜長石的分離結(jié)晶。微量元素原始地幔標準化蛛網(wǎng)圖(圖7)顯示,不同巖體的微量元素配分曲線既存在相似性,又具有差異性。相似性表現(xiàn)在,所有巖體的不同巖石類型均顯示出大離子親石元素(LILE)相對于高場強元素(HSFE)富集,Nb、Ta、P、Ti呈現(xiàn)不同程度的負異常,以及正的Rb、K和U異常。研究顯示,Ta、Nb的虧損暗示巖漿不可能由軟流圈部分熔融直接產(chǎn)生,而應該來自于地殼或殼幔混染,可能與俯沖作用有關(guān)。同時P、Ti、Nb、Ta的負異常也顯示源區(qū)可能有磷灰石和鈦鐵礦、金紅石、角閃石的殘留或存在結(jié)晶分異。差異性表現(xiàn)在以下3個方面:(1)博斯騰湖鄉(xiāng)巖體的LILE相對HFSE的富集程度要低一些,而其它巖體強烈富集LILE,且該巖體P、Nb和Ta的負異常輕微,其它巖體均有很明顯的P、Nb和Ta的負異常。(2)鐵門關(guān)巖體Zr和Hf具正異常,而其它巖體Zr和Hf無異常,或具弱的負異常。(3)鐵門關(guān)東南巖體有明顯的Ba負異常,而其它巖體樣品富集Ba或無異常。5源區(qū)的殘留相塔里木北緣志留紀花崗質(zhì)巖體具有I型花崗巖的特征,其中歐西達坂巖體2個樣品的地球化學特征雖表現(xiàn)出S型花崗巖特征(鋁飽和指數(shù)>1.1),但是樣品具有高的Na2O和CaO含量,并且不存在堇青石,可能為演化程度較高或沉積巖混染的I型花崗巖,因此其整體仍表現(xiàn)出I型花崗巖特征。所有樣品的K/Rb值(204.14~704.14)均大于200,表明巖漿分異或水熱作用不明顯,因此樣品的巖石地球化學特征可以反映源區(qū)巖漿的特征和巖漿部分熔融時的p-T條件。博斯騰湖鄉(xiāng)巖體和歐西達坂巖體的石英閃長巖SiO2含量在53.25%~58.29%之間,MgO含量(2.51%~4.25%)和Mg#值(42.2~54.4)較低,無堆晶角閃石巖和輝長巖出現(xiàn),可能為殼源。前人據(jù)實驗指出,下陸殼變質(zhì)玄武巖經(jīng)脫水熔融可產(chǎn)生相當數(shù)量的石英閃長質(zhì)巖漿,尤其在下陸殼存在高溫熱源的條件下,熔融更易發(fā)生。博斯騰湖鄉(xiāng)巖體和歐西達坂巖體的石英閃長巖Al2O3和輕稀土元素含量高,重稀土元素含量低,Na2O/K2O值(1.59~3.81)高,Rb/Sr值(0.01~0.28)低,Eu負異常(0.58~1.01)不太顯著,這些特征與變質(zhì)玄武巖在高溫(1000~1100℃)和高壓(>1600MPa)條件下部分熔融產(chǎn)生的熔體成分相近。在Rapp等實驗所用的變質(zhì)玄武巖中,堿性玄武巖部分熔融產(chǎn)生的熔體具有較高的Na2O含量(>6%)和較低的CaO(<5%)及MgO(<3%)含量,因此堿性玄武巖不大可能是博斯騰湖鄉(xiāng)巖體和歐西達坂巖體石英閃長巖的合適源巖;同樣,高鋁玄武巖部分熔融產(chǎn)生的熔體因具有較高的TiO2(>1.9%)含量,所以高鋁玄武巖也不是石英閃長巖的合適源巖;石英閃長巖與低鉀玄武巖部分熔融產(chǎn)生的熔體具有近似的CaO(>4%)、MgO(>1%)和TiO2(0.3%~1.5%)含量,但低鉀玄武巖部分熔融產(chǎn)生的熔體K2O含量較低(<1%)。因此,博斯騰湖鄉(xiāng)巖體和歐西達坂巖體石英閃長巖的源巖可能為中高鉀的變質(zhì)玄武巖。根據(jù)熔融實驗,石英閃長巖熔體中Al2O3的含量是壓力的指示計,當壓力小于等于1600MPa時,熔體的Al2O3含量低于15%,殘留物為角閃石、斜長石和斜方輝石;當壓力大于1600MPa時,熔體的Al2O3大于15%,殘留體為單斜輝石、角閃巖、斜長石和石榴子石;當成巖壓力大于或等于1800MPa時,斜長石在源區(qū)變得不穩(wěn)定,殘留相主要以含石榴子石的高壓麻粒巖相或榴輝巖相為主。博斯騰湖鄉(xiāng)巖體和歐西達坂巖體的石英閃長巖Al2O3(15.73%~16.93%)>15%,指示其成巖壓力大于1600MPa。此壓力下石榴子石作為殘留相出現(xiàn),鑒于石英閃長巖具有一定程度的負Eu異常,殘留相中含有斜長石,因而該石英閃長巖的成巖壓力不可能超過1800MPa。因此,博斯騰湖鄉(xiāng)巖體和歐西達坂巖體的石英閃長巖成巖的溫壓條件可能為1000~1100℃和1600~1800MPa。歐西達坂巖體的二長花崗巖、鐵門關(guān)巖體和鐵門關(guān)東南巖體的花崗閃長巖SiO2含量在62.6%~75.5%之間,屬鈣堿性—高鉀鈣堿性系列。鐵門關(guān)巖體花崗巖閃長巖具高Ba(840×10-6~1614×10-6),中等Sr(304×10-6~425×10-6)和Yb值(1.5×10-6~2.9×10-6),(La/Yb)N值介于7.9~17.2之間,且具弱的Eu負異常(0.75~1.16),表明源區(qū)殘留相為斜長石和石榴子石。鋯石εHf(t)值變化范圍較寬,在-14.2~0之間,其兩階段模式年齡為1.4~1.6Ga,表明巖體的巖漿來源于古老地殼和虧損地幔2種不同巖漿的混合。鐵門關(guān)東南巖體花崗閃長巖具有低的Ba(266×10-6~634×10-6)和Sr(104.5×10-6~250×10-6),高Yb值(1.88×10-6~5.62×10-6),(La/Yb)N值在3.93~20.3之間,具有較明顯的負Eu異常(0.46~0.68),可能是深部地殼含斜長石-角閃石-輝石麻粒巖的源巖部分熔融形成的,較鐵門關(guān)巖體源區(qū)較淺,暗示來自于中下地殼。歐西達坂巖體二長花崗巖具低Sr(115×10-6~436×10-6)含量和弱負Eu(0.52~0.72)異常,平坦的HREE分配模式和中等Yb(1.76×10-6~2.98×10-6)含量,認為其可能是在小于8kbar的壓力下產(chǎn)生的,來自于中下地殼的無水熔融。在熔融過程中源區(qū)殘留相為斜長石,無石榴子石殘留。通過以上分析,博斯騰湖鄉(xiāng)巖體和歐西達坂巖體的石英閃長巖是由成巖原生下陸殼中高鉀的變質(zhì)玄武巖在高溫(1000~1100℃)和高壓(1600~1800MPa)條件下部分熔融的結(jié)果。鐵門關(guān)巖體花崗巖閃長巖的巖漿來源于古老地殼和虧損地幔2種不同巖漿的混合。鐵門關(guān)東南巖體花崗閃長巖較鐵門關(guān)巖體源區(qū)較淺,來自于中下地殼,可能是深部地殼含斜長石-角閃石-輝石麻粒巖的源巖部分熔融形成的。歐西達坂巖體二長花崗巖來自于中下地殼的無水熔融。6志留紀巖石學特征前已述及,關(guān)于南天山洋的俯沖極性仍存在較大的爭議。伊利-中天山陸塊南緣出露的較大面積的具有活動陸緣巖漿弧性質(zhì)的古生代花崗巖和大量高壓—超高壓變質(zhì)巖[11,36,37,38,39,65,66]一直被認為是南天山洋向北長期、多階段俯沖作用的直接證據(jù)。而塔里木北緣出露寒武紀—奧陶紀深海盆地-斜坡沉積,缺乏古生代巖漿活動方面的證據(jù),因此一直被認為是南天山洋南緣的被動大陸邊緣。可以看出有無巖漿活動是劃分主動與被動大陸邊緣的重要依據(jù)之一。最新研究表明,塔里木北緣出露有泥盆紀和石炭紀的花崗巖,如色日牙克依拉克巖體閃長巖-花崗巖閃長巖-二長花崗巖,鋯石U-Pb年齡為387Ma±8Ma,具有島弧花崗巖的地球化學性質(zhì)。筆者在霍拉山—庫爾勒一帶發(fā)現(xiàn)大量400Ma左右的花崗巖巖體,并在庫魯克塔格西段發(fā)現(xiàn)出露一處336Ma的石炭紀過鋁質(zhì)花崗巖(本人未發(fā)表數(shù)據(jù)),暗示南天山洋向南俯沖一直持續(xù)到早石炭世。基于本文的研究,塔里木北緣志留紀花崗巖類巖體微量元素地球化學富集Rb、K、U等大離子親石元素(LILE),明顯虧損Nb、Ta、P、Ti等高場強元素(HFSE),類似于安第斯花崗巖,具有板塊匯聚邊緣火山弧花崗巖的地球化學特征。據(jù)Pearce的構(gòu)造環(huán)境判別圖(圖8),所有巖體樣品顯示了VAG型弧花崗質(zhì)巖體的特征。因此本文認為造成塔里木北緣志留紀花崗巖類的動力和熱力來源可能與南天山洋于志留紀向南俯沖有關(guān)。如果塔里木北緣在早古生代是被動大陸邊緣,那么至少在420Ma就已經(jīng)轉(zhuǎn)化成主動大陸邊緣。塔里木北緣除了發(fā)育有大量與板塊俯沖活動有關(guān)的花崗巖外,一些學者從以下幾個方面也給出了南天山洋向南俯沖的證據(jù)。在火山巖方面:姜常義等在南天山褶皺帶發(fā)現(xiàn)有破城子組、彩華溝組和銅花山組3套火山巖,它們的時代分屬晚泥盆世、杜內(nèi)世和維憲世,這3套火山巖均具有典型的鈣堿性火山巖套的巖石組合玄武安山巖-安山巖-英安巖-流紋巖,且?guī)r石化學組成均屬鈣堿性系列,認為其是南天山洋盆在晚泥盆世到維憲世中期閉合階段,向南B型俯沖向塔里木板塊下面俯沖的產(chǎn)物。張艷等發(fā)現(xiàn)了辛格爾斷裂以南的泥盆紀活動陸緣型中酸性火山巖,認為其是南天山洋向南俯沖的產(chǎn)物。在地層方面,塔里木北緣志留紀地層總體呈由北向南從老到新,依次超覆、由南向北從新到老依次剝蝕的關(guān)系。志留系與上覆泥盆系和下伏奧陶系均呈角度不整合接觸,主要由深灰色、紫紅色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖和砂巖組成,總體上形成一個從水進到水退的沉積序列。在構(gòu)造變形特征方面,中、東段古洛溝—烏瓦門—庫米什等地區(qū)[25,69,70,71,72,73]、西段拉爾敦達坂—長阿吾子地區(qū)的蛇綠巖雜巖帶內(nèi)及其南側(cè)地層中均發(fā)育有南盤向北或北東方向逆沖的構(gòu)造或韌性剪切帶,且這些構(gòu)造變形的產(chǎn)生時代為晚志留世—泥盆紀。這期間的構(gòu)造變形、運動學等特征均與古南天山洋僅向北俯沖消減的動力學模式明顯不協(xié)調(diào),表明南天山洋可能存在向南的俯沖作用。還有一些學者依據(jù)塔里木北緣向北的逆沖推覆斷層,推測南天山洋向塔里木板塊俯沖[80,81,82,83,84,85]。在蛇綠巖研究方面,劉本培等認為歐西達坂附近的倉格洛馬克約里和黑英山蛇綠巖套可能為南天山洋盆向南俯沖的洋殼殘片。馬中平等對巴音布魯克火山-侵入雜巖和庫勒湖蛇綠巖的研究顯示,南天山古洋盆在早古生代中晚期可能存在向南的俯沖消減作用,并形成相應的“弧-盆體系”。湯耀慶等在黑英山鄉(xiāng)東北約26km的庫魯克坤太地區(qū)發(fā)現(xiàn)有一條長逾5000m,厚度為100~320m的紅柱石石英片巖,這條高溫低壓變質(zhì)帶的形成可能為南天山洋向南俯沖的結(jié)果。據(jù)以上俯沖產(chǎn)物推測,色日克牙依拉克-黑英山蛇綠巖帶可能代表了南天山洋盆向南俯沖的洋殼殘片。綜上所述,以往的研究認為南天山造山帶側(cè)向增生以中天山南緣巖漿活動為主,而對出露于塔里木北緣侵入巖的研究則顯示,南天山古洋盆曾向南發(fā)生俯沖—消減,即老虎臺—黑英山—密勒洞—野云溝—庫爾勒一帶為塔里木北緣古生代活動陸緣。至少在晚志留紀塔里木北緣從被動大陸邊緣向主動大陸邊緣的構(gòu)造體制轉(zhuǎn)換就已經(jīng)完成,在這種高溫、高壓的弧環(huán)境下,鎂鐵質(zhì)或超鎂鐵質(zhì)弧巖漿對于下地殼的底侵可以提供的巨大熱能使上覆的原生下陸殼中高鉀的變質(zhì)玄武巖發(fā)生部分熔融,產(chǎn)生石英閃長質(zhì)巖漿,形成博斯騰湖鄉(xiāng)巖體和歐西達坂巖體的石英閃長巖。同時底侵也為其余巖體的形成提供了動力和熱源。7島弧深成巖模式南天山造山帶是古南天山洋盆消減-閉合、中天山島弧與塔里木板塊碰撞所形成的一條造山帶。晚前寒武紀,羅迪尼亞超大陸發(fā)生裂解,塔里木古陸和伊寧地塊在此過程中被逐漸分離出來;幾乎同時,兩者之間也發(fā)生裂解作用,它們之間的南天山古洋盆是在這一裂解作用過程中形成的。晚奧陶紀