东天山觉罗塔格造山带中段晚古生代岩浆-构造演化及成矿响应

来源 :中国地质大学(武汉) | 被引量 : 0次 | 上传用户:ilovelp222222
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近半个世纪以来,中亚增生型造山带的造山过程和地壳增生过程成为固体地球科学领域最引人注目的热点问题之一。东天山觉罗塔格造山带构造上处于西伯利亚、准噶尔-哈萨克斯坦和塔里木三大板块的交汇处,为中亚增生型造山带的关键部位。觉罗塔格造山带构造-岩浆演化过程和机制至今并不清晰,制约着人们对中亚造山带的演化和最终碰撞造山过程的认识。因此,我们选取了觉罗塔格造山带边界断裂进行构造解析,结合显微构造分析、构造岩相学和遥感解译,从几何学、运动学和动力学等各个方面探讨构造期次及边界断裂属性。在此基础上,我们对区内出露完整的石炭纪火山岩进行了系统取样,分析地球化学特征,探讨东天山觉罗塔格造山带晚古生代岩浆源区、岩石成因和岩石地球化学特征等,进而对岩浆—构造耦合关系和地球动力学进行了讨论,并探讨了区内晚古生代成矿响应作用。   觉罗塔格造山带南北分别以阿其克库都克断裂和康古尔断裂为界,东南以星星峡断裂带为界与北山相接。对于觉罗塔格造山带断裂带的争论在于是否存在边界断裂、边界断裂的构造特征及属性,因此本文重点对康古尔塔格断裂带和阿其克库都克断裂带进行了分析。北西向干沟、北东东向阿其克库都克及尾亚断裂带经过多期次构造运动形成,但最终连在一起组成了一条由北西向逐渐变为北东东向断裂带。干沟断裂至少经历了两次主要的构造运动:第一期为早石炭世与卡瓦布拉克断裂相连,形成了含麻粒岩的蛇绿岩混杂岩和石榴子石—辉石韧性剪切带。第二期由于晚古生代塔里木和准噶尔板块的碰撞,与阿其克库都克断裂及尾亚断裂带相连形成了干沟—阿其克库都克—尾亚断裂带。因此,我们将西起沿着古尔图河—米什沟—干沟—阿其库都克—沙泉子,东与罗布泊—尾亚断裂相连至甘肃境内,位于觉罗塔格晚古生代地质体出露区和中天山变质岩出露区之间为一条古生代以来发展的巨型断裂带,称为干沟—阿其克库都克—尾亚变形带。断裂带总体呈近东西向延伸,断面主体向南倾、局部北倾。主断裂在古生代时期异常活跃,是一条长期活动的断裂,尤其是晚古生代石炭纪最为显著,控制了石炭纪火山盆地的形成和发展。构造变形特征是以中高角度逆冲断层和少数正断层及逆断层为主,后期叠加了右行走滑构造行迹,表现出多期次的构造活动:石炭纪(早期)由于弧后拉张形成了正断层系,产生了石炭纪火山—沉积建造,后期叠加的二叠纪右行走滑剪切变形作用,与康古尔塔格-黄山强烈构造变形带的右行走滑运动大体同时。   康古尔塔格断裂地球物理特征显示其重力场北高南低,延伸至上地幔,为一条深大断裂带。康古尔塔格断裂带主要发生了早期同碰撞南北向挤压作用和后期叠加的二叠纪右行走滑剪切变形作用,形成韧性兼走滑特征深层次的剪切带。韧性变形带内的构造根据尺度可划分为小型和微型。小型韧性变形主要可见同斜褶皱、“Z”型剪切褶皱、剪切面理、S-C构造、拉伸线理及雁列状等。火山-沉积建造均发生糜棱岩化和千糜岩化等韧性变形。微型尺度主要体现在动态重结晶、拉丝状石英和不对称压力影等。变形上具有南北向俯冲形成的挤压构造特征,周围由于动力变质作用形成了绿片岩和角闪岩。   觉洛塔格造山带晚古生代主体为石炭纪火山-沉积建造,主要呈南北分带和东西分布的特征。本文将企鹅山群归于觉罗塔格石炭纪火山沉积建造的一部分,将小热泉子和雅满苏组归为同一组的两个不同岩性段,统称为雅满苏组。石炭纪的梧桐窝子组和干墩组为同期异相地层单元,统称为梧桐窝子组。底坎儿组和土古土布拉克组为异名同物,统称为底坎儿组。综上所述,我们将觉罗塔格造山带的晚古生代火山—沉积组合从北至南划分为企鹅山群、雅满苏组、梧桐窝子组和底坎儿组。   企鹅山群呈断片状产于康古尔断裂和大草滩断裂之间的构造带中,出露部分为一套主要岩性为安山质、凝灰质和玄武质火山熔岩—火山碎屑岩组合,两套岩石组合交替韵律出现,总体南倾变新。东部安山岩相对发育,反映出火山活动在西部减弱、向东逐渐加强的趋势。梧桐窝子组火山沉积序列岩性较简单,下部以变质玄武岩为主,夹有变质流纹质凝灰岩;上部以变质碎屑沉积岩为主,夹有变质玄武岩和变质流纹质凝灰岩,是由深海向深海平原边缘的海底扇沉积—火山喷发相转变形成。火山岩里穿插有洋壳残片和蛇绿套建造,其蛇绿岩的岩石组合为缺乏超基性岩类的堆积辉长岩—闪长岩—辉绿岩—辉绿玢岩—玄武岩—放射虫硅质岩组合。雅满苏组岩性存在着正常沉积和海相火山熔岩两个旋回,总体可以归纳为拉斑玄武岩—英安岩—角斑质凝灰岩—灰岩的火山沉积组合,我们将其划分为上石炭统。底坎儿组主要分布在雅满苏断裂和阿其克库都克断裂之间,呈东西向分布,不整合于雅满苏组之上,为一套玄武岩—凝灰岩—安山岩—火山角砾岩及灰岩的火山沉积组合,形成于晚石炭世。   企鹅山群火山岩样品主要为玄武岩和安山岩,其富集LREE,Eu异常变化较大(从明显负异常到微弱正异常),富集Sr、Ba和U等大离子亲石元素,相对亏损Nb、Zr、Ti等高场强元素,Sr-Nd同位素特征是Isr=0.70397~0.70426,εNd(t)=5.61~6.99,具有亏损地幔性质,表明其岩浆源区可能来自古生代期间被古亚洲洋俯冲板片释放的熔/流体交代过的岩石圈地幔楔。梧桐窝子组样品主要为碧玄岩和碱玄岩,其富集轻稀土元素(LREE)和大离子亲石元素,而高场强元素没有明显负异常,样品的εNd值都在9以上,ISr(330 Ma)在0.70471~0.70533,表明梧桐窝子组玄武岩可能来自亏损的软流圈地幔的部分熔融。企鹅山群和梧桐窝子组火山岩在Zr-Zr/Y判别图解中分别落在岛弧拉斑玄武岩(IAB)和板内玄武岩(WPB)范围内,表明企鹅山群可能为准噶尔洋盆向南俯冲形成的石炭纪岛弧火山岩,而梧桐窝子组火山岩可能形成于弧后盆地。   雅满苏组样品主要为英安岩和流纹岩,分异指数为24.62-39.57,显示其经历了一定程度的分异结晶作用。雅满苏组酸性火山岩系列K2O和Rb含量较高,强不相容元素Rb、Th及Pb正异常,Nb和Ta等高场强元素亏损,显示陆缘特征。W(K2O)/W(Na2O)<1,类似幔源岩浆分异形成的M型花岗岩系列。初始Nd同位素成分εNd(t)为4.95~5.45,显示雅满苏组εNd(t)高且均一的同位素特征,表明岩浆来源于亏损型地幔。在安山岩-流纹岩 W(Yb+Nb)-W(Rb)构造判别图中,雅满苏组酸性火山岩系列均位于火山弧花岗岩VAG系列。在Th-La-Yb判别图上,其位于大陆边缘弧区域。结合其玄武质火山岩特征,我们认为其形成于陆缘岛弧环境。   底坎儿组火山岩样品主要包括英安岩和安山岩系列。底坎儿组完整的岩石组合为岛弧拉斑玄武岩、钙碱性玄武岩、高铝玄武安山岩、英安岩和流纹岩,其岩石地球化学特征也表现早期中基性岩石系列向晚期中酸性火山岩演化的特征。底坎儿组酸性岩系列富集Rb、Th、U和La等大离子亲石元素,相对亏损Ta、Y和Zr等高场强元素,其具有较高的La/Sm值(1.76—5.15)和La/Nb值(1.50~3.38),所有样品均具有不同程度的Sr、Nb和Ta负异常,显示了俯冲带火山岩特征。在安山岩-流纹岩W(Yb+Nb)-W(Rb)构造判别图中,底坎儿组酸性火山岩系列均位于火山弧花岗岩VAG系列,显示出火山弧的特征。底坎儿组fANd(%)在1.6-2.7之间,fASr(%)在6.3-29.8之间,说明其受到较明显的地壳混染,因此我们认为其形成于弧后盆地环境拉张基础上形成的陆缘弧环境。   基于康古尔塔格的断裂带是规模宏大的岩石圈断裂带,以断裂带为中心,两侧为深海—半深海—大陆斜坡—岛弧沉积;康古尔塔格断裂附近存在着晚古生代蛇绿岩套和古洋壳残片;康古尔塔格断裂带周围主要为企鹅山群火山岩系列,岩石地球化学特征显示其具有俯冲带岩浆的特征,岩浆来源于类似MORB的亏损型地幔,具有俯冲带火山岩的特征断裂带附近的斑岩型铜矿带中含矿斑岩和斜长花岗岩具有埃达克岩的特征。因此我们认为康古尔塔格断裂具有缝合带边界的性质。   综上所述,以雅满苏断裂和阿其克库都克断裂为界可划分为北带、中带和南带。北带为早石炭世洋盆和岛弧残片,地壳属性表现为洋壳性质。中带表现为中—晚石炭世弧后盆地残片,地壳属性为过渡性地壳性质;南带为弧后盆地拉张基础上形成的陆缘弧。   早泥盆纪向北俯冲形成了大南湖岛弧带,在准噶尔板块南缘形成了海相岛弧沉积。在晚二叠—早石炭纪,康古尔大洋发生了颇具规模的南北双向俯冲,北侧大南湖岛弧带发生了陆缘增生,形成了企鹅山群增生弧,形成了晚泥盆纪—早石炭纪的火山—沉积建造;南侧对应形成了雅满苏组岛弧火山岩。晚石炭纪,随着洋壳板块向北俯冲作用的持续,南部局部松弛形成了梧桐窝子组弧后盆地。随着洋壳的向南俯冲深度的增加,弧后盆地进一步的拉伸形成了裂陷槽,形成了底坎儿组火山—沉积建造。早二叠世,康古尔大洋洋壳俯冲终止直至残余海盆消亡,进入驰张期,超镁铁质—镁铁质岩体侵位。后期开始了东天山碰撞挤压造山作用。形成了韧性兼走滑特征康古尔深层次剪切带。   在晚二叠世—早石炭世发生的俯冲作用形成了铜的矿源层,斜长花岗斑岩和闪长玢岩的侵入是形成斑岩铜矿的关键。康古尔塔格金矿带形成与韧性剪切带密切相关,宏观上韧性剪切带控制金矿成矿带,次级构造控制矿床的具体产出部位,金矿床产出的位置均为脆一韧性变形的转换部位。韧性剪切带内部分布的有黄山、白山东、红石和康古尔等岩体,其形成于挤压期,受韧性剪切带控制。早石炭纪康古尔塔格洋向南俯冲,形成壳幔源物质混合的安山质、流纹质和玄武质岛弧火山岩,形成了金矿矿源层;二叠纪以后,大约在280Ma左右,由于准噶尔板块和塔里木板块后碰撞阶段发生韧性剪切作用,形成黄铁矿绢英岩,出现了金的富集;在海西末到印支早期,248Ma幔源岩浆上涌,形成大量浅成英云闪长岩侵入体,引起韧—脆性变形和热液活动,最终形成康古尔金矿等韧性剪切带型金矿。康古尔韧性剪切带在280Ma发生了右行走滑,在后期表现为拉张构造。为流体和岩浆提供了通道和空间,在浅部形成了斑岩类相关的如石英滩金矿等浅成低温热液型金矿,在深部形成了花岗岩类相关的如西凤山金矿等石英脉型金矿。   根据与雅满苏铁矿等火山岩型矿床成矿密切相关的安山玢岩Rb-Sr等时线年龄(374±44Ma);石榴石矽卡岩中的石榴石和绿帘石Sm-Nd等时线年龄(352±47Ma)。分析表明区内晚泥盆世-早石炭世伴随着火山岩的形成而成矿。雅满苏铁矿带明显受NW向韧性剪切带密切控制,说明在后期韧性剪切带对铁的进一步富集产生了重要作用。黄山硫化物铜镍矿带矿体主要与超基性-基性岩中的辉橄岩和辉长苏长岩密切相关,黄山橄榄苏长岩和葫芦岩体含铜镍硫化物同位素年代学及黄山东铜镍矿石、黄山铜镍矿石和香山铜镍矿黄铁矿同位素证据表明,镁铁质—超镁铁质岩体成岩时代和成矿时代一致为280Ma,超基性-基性岩浆充分分异结晶形成了硫化物铜镍矿。
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