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內(nèi)蒙古中部索倫克縫合帶主要雜巖特征及其構(gòu)造意義

2015-09-18 10:07
地下水 2015年4期
關(guān)鍵詞:島弧蛇綠巖閃長(zhǎng)巖

王 博

(西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系,陜西 西安710069)

中亞造山帶(CAOB,也稱為Altaids)占地約530萬(wàn) km2,橫貫哈薩克斯坦,吉爾吉斯斯坦,烏茲別克斯坦,俄羅斯,蒙古和中國(guó)等六個(gè)國(guó)家,東西向展布從烏拉爾山脈(Urals)延伸至太平洋,北界從西伯利亞(Siberia)和東歐(Baltica)板塊開(kāi)始,向南至華北(Sino-Korean中朝準(zhǔn)地臺(tái))和塔里木克拉通。

中亞造山帶被認(rèn)為是一條增生型造山帶[1,2,3,4,5],是由島弧、蛇綠巖、大洋島、海山、增生楔、海底高原和前寒武微陸塊構(gòu)成的,經(jīng)過(guò)復(fù)雜地質(zhì)作用,類似于環(huán)太平洋中生代到新生代形成的增生型構(gòu)造帶。早期研究認(rèn)為,中亞造山帶形成于 600 Ma(文德紀(jì))到 250Ma(晚二疊世)期間[1,2],新的成果則認(rèn)為,中亞造山帶的形成時(shí)限為 1 000 ~ 250 Ma[3,6],最早的增生作用發(fā)生于前寒武紀(jì)至奧陶紀(jì),期間東歐陸塊與西伯利亞陸塊被一寬廣海洋分隔著,而二疊紀(jì)索倫克縫合帶(Solonker suture zone)的形成則代表著古亞洲洋的最終閉合[7,8]。

索倫克縫合帶為古亞洲洋的最終閉合帶,如圖1所示[7]。該縫合帶大致呈NEE走向,夾持于南蒙古板塊(South Gobi block)和華北板塊(North China craton)之間。地理上,西起索倫鄂博,經(jīng)過(guò)蘇尼特右旗、林西,繼續(xù)向東北延伸。在構(gòu)造上,索倫克縫合帶由南到北,共大致劃分出五個(gè)構(gòu)造帶:白乃廟島弧巖漿巖帶、溫都爾廟俯沖-增生雜巖帶、索倫縫合帶、寶力道巖漿弧、賀根山蛇綠巖-?。錾s巖體。

古亞洲洋東段閉合位置,即索倫克縫合帶的多地體拼貼構(gòu)造區(qū)劃獲得了大部分研究者的認(rèn)可[7,8,9,10,11,12,13,14]。首先最南端是華北陸塊,其基底為太古代至早元古代巖石,蓋層為新元古代至早古生代被動(dòng)陸緣沉積物;以赤峰-白云鄂博斷裂為界,再向北為白乃廟島弧巖漿巖帶,被認(rèn)為形成年代是中奧陶至早志留世,主要由鈣堿性拉斑玄武巖質(zhì)玄武巖到長(zhǎng)英質(zhì)熔巖,堿性玄武巖,火山角礫巖、凝灰?guī)r、花崗閃長(zhǎng)巖、花崗巖組成,顯示了幔源和地殼物質(zhì)的混合過(guò)程,指示主動(dòng)大陸邊緣的存在;繼續(xù)向北越過(guò)西拉木倫河斷裂,出露溫都爾廟俯沖-增生雜巖體,其東部為孤立的柯單山蛇綠巖,主要有橄欖巖、輝長(zhǎng)巖和玄武巖,上覆含有奧陶世腕足類、有孔蟲(chóng)、放射蟲(chóng)類和牙形石的燧石,并與志留紀(jì)變沉積巖成斷層接觸。溫都爾廟雜巖體為前寒武微陸塊,巖石變質(zhì)變形明顯,其中蛇綠巖套的頂部有一套深海硅質(zhì)巖發(fā)育晚前寒武至寒武紀(jì)化石,總體為年齡范圍在晚前寒武紀(jì)到古生代中期的巖石在增生,俯沖和折返過(guò)程中經(jīng)強(qiáng)烈構(gòu)造作用而變成碎片。寶力道巖漿弧和溫都爾廟雜巖體的俯沖和后碰撞匯聚形成北傾的逆沖斷層帶,蛇綠巖和藍(lán)片巖呈透鏡狀發(fā)育于北傾的石炭紀(jì)和早二疊世碎屑沉積物中,巖石主要為含角閃石輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖、石英閃長(zhǎng)巖、英云閃長(zhǎng)巖和花崗閃長(zhǎng)巖等,主要侵位于大約310 Ma,而在中蒙交界發(fā)現(xiàn)的一些孤立的前寒武紀(jì)片麻巖塊體,則認(rèn)為是古亞洲洋閉合前拼貼在CAOB邊緣并參與后期俯沖-增生作用。賀根山蛇綠巖-?。錾s巖體,其蛇綠巖保存較好,向上發(fā)育方輝橄欖巖,純橄欖巖,基性-超基性堆晶巖,玄武巖和燧石,全巖Sm-Nd等時(shí)線年齡為403±27 Ma,上覆中晚泥盆世-早二疊世富海相化石沉積巖。該帶被認(rèn)為是處于寶力道弧和烏里雅蘇臺(tái)主動(dòng)大陸邊緣之間的含有外來(lái)蛇綠巖片的弧后盆地增生雜巖體。

圖1 內(nèi)蒙古中部構(gòu)造簡(jiǎn)圖(據(jù) Xiao et al.,2003;邵濟(jì)安,1991)

1 索倫克縫合帶主要雜巖特征

可以認(rèn)為,索倫縫合帶由多個(gè)代表不同構(gòu)造環(huán)境的雜巖體拼貼而成,而本區(qū)許多構(gòu)造演化模式也是根據(jù)一些典型雜巖體的地質(zhì)特征及年代學(xué)資料而建立的。本文將對(duì)白乃廟、溫都爾廟、蘇尼特旗-錫林浩特地區(qū)一些雜巖進(jìn)行重點(diǎn)論述。

1.1 白乃廟雜巖

白乃廟雜巖主要由四個(gè)巖石單元組成:弱變質(zhì)變形的綠片巖相火山-沉積巖系(白乃廟群)、低溫高壓變質(zhì)巖群(白銀都西群)、中晚二疊系復(fù)理石建造(徐尼烏蘇組)、晚志留的磨拉石建造(西別河組)。

白乃廟雜巖的火山沉積巖系巖石呈疊瓦狀,包括玄武巖、安山巖、英安巖、流紋巖、燧石巖、砂巖和礫巖,火山巖(即玄武巖-安山巖-英安巖-流紋巖)和沉積巖組合與島弧類型是一致的。低P/T變質(zhì)雜巖主要是一種強(qiáng)烈變形的硅線石副片麻巖,伴隨著斜長(zhǎng)石-角閃石片麻巖和變質(zhì)閃長(zhǎng)巖,有時(shí)可能會(huì)發(fā)育不連續(xù)透鏡體,并發(fā)現(xiàn)了一個(gè)未變形的偉晶巖巖體侵入副片麻巖之中。另外,有兩個(gè)閃長(zhǎng)巖和花崗閃長(zhǎng)巖巖體侵入在低P/T變質(zhì)雜巖。對(duì)其中花崗閃長(zhǎng)巖的同位素研究,則顯示了幔源和地殼物質(zhì)的混合過(guò)程,指示了主動(dòng)大陸邊緣的存在,并被認(rèn)為是奧陶-志留紀(jì)向南俯沖的[15]。

1.2 溫都爾廟雜巖

溫都爾廟雜巖被認(rèn)為是溫都爾廟俯沖增生帶發(fā)育的位置,主要由溫都爾廟蛇綠巖組成,由幾個(gè)向南逆沖的巖塊疊覆構(gòu)成。

巖石類型主要包括以方輝橄欖巖和純橄欖巖為主的超鎂鐵質(zhì)巖石、已變質(zhì)為斜長(zhǎng)角閃巖的角閃輝長(zhǎng)巖、變質(zhì)程度達(dá)到綠片巖相的基性枕狀熔巖和變質(zhì)成磁鐵石英巖的硅質(zhì)巖。其中超鎂鐵質(zhì)巖石以透鏡體狀產(chǎn)于輝長(zhǎng)巖單元中,基性枕狀熔巖中間穿插輝綠巖墻。

溫都爾廟群分布在內(nèi)蒙古中部地區(qū),分下部桑達(dá)來(lái)呼都格組和上部哈爾哈達(dá)組,多數(shù)學(xué)者認(rèn)為溫都爾廟群為大洋蛇綠巖套[16,17,18],但研究發(fā)現(xiàn)的玄武巖 - 玄武安山巖 - 安山巖組合顯然不是大洋蛇綠巖的組合,而是一種島弧巖石組合。根據(jù)溫都爾廟群形成構(gòu)造背景,這種組合很可能是洋內(nèi)弧的產(chǎn)物。也就是說(shuō),在奧陶紀(jì)時(shí)期溫都爾廟洋盆中可能存在洋-洋俯沖,發(fā)育洋內(nèi)島弧,比白乃廟島弧形成時(shí)代略早[11,16,18]。所以,溫都爾廟群為一套包含大洋洋殼、洋內(nèi)弧等不同時(shí)代和成因的增生雜巖[19]??臻g上,他們很可能同時(shí)存在過(guò),形成多條俯沖帶,構(gòu)成多島弧盆系的構(gòu)造格局。實(shí)際上,在溫都爾廟地區(qū)(南帶溫都爾廟群)發(fā)育了南北兩條高壓變質(zhì)帶,南帶可能代表形成白乃廟島弧的俯沖帶,北帶可能代表了形成洋內(nèi)弧的俯沖帶。

1.3 蘇尼特-錫林浩特雜巖

蘇尼特-錫林浩特雜巖被認(rèn)為發(fā)育于索倫縫合帶,該雜巖主要發(fā)育三個(gè)巖石構(gòu)造單元:南部的變質(zhì)弧前混雜巖(錫林浩特變質(zhì)混雜巖);中部的蛇綠巖帶[12];北部的俯沖性質(zhì)巖漿巖體(寶力道弧巖漿體)[9]。而哈拉圖花崗巖體侵入在這三個(gè)巖石單元中,在索倫縫合帶兩側(cè)均有發(fā)育。

錫林浩特弧前混雜巖沿寶力道、二道井、錫林浩特地區(qū)呈不連續(xù)出露,主要由片巖(如,云母石英片巖、黑云片巖),副片麻巖(如,黑云母斜長(zhǎng)片麻巖、云母片麻巖等)、正片麻巖、角閃巖、超鎂鐵質(zhì)巖組成。P-T變質(zhì)條件估計(jì)為540℃~560℃和 0.6 GPa[20]。蛇綠混雜巖帶延伸約 150 km,由變形變質(zhì)沉積物、巖石和塊狀白云石、硅巖、鎂鐵質(zhì)超鎂鐵巖、大理石和藍(lán)片巖,測(cè)得藍(lán)片巖中鈉角閃石Ar–Ar變質(zhì)年齡為383±13 Ma[21]。從錫林浩特弧前混雜巖中的片麻巖鋯石獲得兩組年齡數(shù)據(jù)古生代(536~302 Ma)和前寒武紀(jì)(1 800~768 Ma)。

寶力道巖漿弧巖石包含了范圍廣泛的巖石類型,包括輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖(15%)、石英閃長(zhǎng)巖(25%)、英云閃長(zhǎng)巖 (40%)和花崗閃長(zhǎng)巖(20%)。他們經(jīng)歷了綠片巖相變質(zhì)具有弱葉理的特點(diǎn)。從輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖中獲得鋯石206Pb/238U年齡為328±8到296±8 Ma[10]。研究者認(rèn)為這些巖石是典型的侵位于南蒙古微大陸的島弧巖漿,由地幔楔部分熔融而成的玄武巖漿和陸殼成分混合而成[9]。然而,一些研究者認(rèn)為這些巖石都是典型的俯沖大洋板塊部分熔融形成的埃達(dá)克巖,證據(jù)是基于其高的 Sr– Ba值和高 Sr/Y 比值[3,11,22]。此外,鋯石 Hf同位素?cái)?shù)據(jù)也支持巖漿混染模型。所以,寶力道弧巖石是典型的大陸弧巖漿成因,形成于南蒙古微陸塊南緣的大洋板塊俯沖作用,同時(shí)受到古老地殼(南蒙古微陸塊)的物質(zhì)混染。

哈拉圖巖體主要由二長(zhǎng)花崗巖、花崗閃長(zhǎng)巖和淡色花崗巖組成。主要礦物有鉀長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石和石英,伴有少量黑云母,未發(fā)現(xiàn)角閃石。從花崗巖中獲得鋯石206Pb/238U年齡為238±6,234±6和231±6 Ma,大部分鋯石顯示變化較大的εHf(234 Ma),從+12到4.4。這些鋯石的巖漿可能來(lái)源于年輕地殼巖石,例如俯沖增生過(guò)程中的島弧或洋殼。另外,也說(shuō)明了前寒武地殼物質(zhì)的加入,研究得到的負(fù)的εHf(234 Ma)可以證明之[22,23],而另一位研究者所報(bào)道的年齡數(shù)據(jù)也支持南蒙古微陸塊(古老前寒武地殼)的物質(zhì)加入了巖漿之中[24]。

2 古亞洲洋的閉合時(shí)限

本區(qū)有大量研究對(duì)索倫構(gòu)造帶演化時(shí)間進(jìn)行了描述,主要有以下幾種觀點(diǎn):

Xu et al.(Xu and Charvet,2011)建議用古生代中期,兩種相反方向的俯沖和碰撞過(guò)程來(lái)解釋這一演化,并強(qiáng)調(diào)古亞洲洋沿著北部的蘇尼特左旗和南部的溫都爾廟地區(qū)在晚泥盆世閉合。

Chen et al.(2000,2009)基于鋯石 U– Pb年齡,Hf及Nd–Sr同位素?cái)?shù)據(jù),提出從530~250 Ma都在進(jìn)行長(zhǎng)期的多樣化的向南和向北的俯沖,296~234 Ma完成南蒙古微陸塊和華北陸塊的碰撞過(guò)程。

Xiao et al.(2003,2009)利用內(nèi)蒙古地區(qū)超鎂鐵質(zhì)巖石的SHRIMP數(shù)據(jù)(300~250 Ma)作為古亞洲洋的證據(jù),并認(rèn)為晚二疊世到中三疊世是增生過(guò)程的終結(jié)時(shí)間而導(dǎo)致了CAOB的最終形成。

Jian et al.(2008,2010)根據(jù)SHRIMP年齡和地球化學(xué)數(shù)據(jù),強(qiáng)調(diào)在古生代早中期,成對(duì)出現(xiàn)的造山帶及其演化過(guò)程,伴隨著二疊紀(jì)洋內(nèi)溝-弧體系以及一系列構(gòu)造-巖漿事件的發(fā)生(299~260 Ma)。

3 構(gòu)造演化模型

基于發(fā)育索倫縫合帶的蘇尼特左旗地區(qū)鋯石U–Pb年齡,Hf及Nd–Sr同位素?cái)?shù)據(jù),可對(duì)其構(gòu)造演化模式進(jìn)行時(shí)間及空間上的限制,具有較高的可信度,在此對(duì)其提出的模型進(jìn)行描述[10]。如圖2所示。

(1)530~370 Ma發(fā)生反向的俯沖和增生作用,導(dǎo)致白乃廟弧和溫都爾廟俯沖-增生帶沿著華北板塊北緣形成,寶力道弧(從蘇尼特左旗延伸到錫林浩特)形成于南蒙古微陸塊南緣。

(2)330~296 Ma北傾的向南蒙古微陸塊之下的俯沖繼續(xù)進(jìn)行,形成了蘇尼特左旗南部最年輕的島弧巖漿巖體,代表巖體是寶力道弧的輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖[10]。同時(shí),向南到華北板塊之下俯沖作用導(dǎo)致了石炭紀(jì)-早二疊世活動(dòng)大陸邊緣弧的形成。

(3)華北板塊和南蒙古微陸塊的繼續(xù)收斂導(dǎo)致古亞洲洋盆在296~234 Ma期間閉合。后續(xù)朝向南蒙古微陸塊的島弧系統(tǒng)的碰撞-增生過(guò)程,導(dǎo)致了弧前沉積(錫林浩特變質(zhì)雜巖體)和寶力道島弧巖漿巖的變質(zhì)變形,形成蛇綠混雜帶和索倫縫合帶。該碰撞-增生過(guò)程導(dǎo)致了本區(qū)地殼的增厚。

(4)最后的巖石圈擴(kuò)展階段,加厚地殼垮塌引起下地殼巖石局部熔融,導(dǎo)致234±7 Ma發(fā)育哈拉圖花崗巖。而同時(shí)代發(fā)育的鉀玄質(zhì)玄武巖(224±2 Ma)則暗示了下地殼鎂鐵質(zhì)巖漿的底板墊托作用[11]。

圖2 內(nèi)蒙古中部古亞洲洋構(gòu)造演化模式(據(jù) Chen et al.,2009)

4 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)研究區(qū)大量前人研究成果表明,古亞洲東段的最終閉合位置位于我國(guó)內(nèi)蒙古中部索倫克-二道井一帶,造就了東西向的興蒙造山帶,通過(guò)區(qū)內(nèi)多條雜巖帶的巖石學(xué)及地球化學(xué)研究結(jié)果,古亞洲洋東段可以認(rèn)為具備類似于現(xiàn)今印尼地區(qū)的多島洋的特征,隨著洋殼的南北雙向俯沖過(guò)程,形成了一系列近平行出露的增生雜巖帶,并最終相互拼貼碰撞形成興蒙造山帶,而并不僅僅是前人所提出的簡(jiǎn)單的洋陸俯沖-碰撞過(guò)程。造山帶的形成時(shí)間也是眾說(shuō)紛紜,但主要集中于晚泥盆世和晚二疊世兩種觀點(diǎn),后一觀點(diǎn)的證據(jù)是區(qū)內(nèi)出露的大量二疊紀(jì)碰撞型花崗巖,說(shuō)明華北板塊與南蒙陸塊在此時(shí)發(fā)生碰撞,洋殼完全消失;前一觀點(diǎn)的提出則是基于雜巖形成時(shí)代的研究,但由于中亞造山帶這一增生型造山帶的基本特征以及造山作用過(guò)程的復(fù)雜性,晚泥盆世并不能代表興蒙造山帶的最終形成時(shí)間,所以,把晚二疊世作為華北與南蒙陸塊的拼接時(shí)間更為合理。綜上所述,古亞洲洋于晚二疊世最終消亡,索倫克縫合帶以及多期洋陸俯沖形成的多條近平行增生雜巖帶通過(guò)拼貼碰撞造山作用,使得華北陸塊與南蒙古陸塊連接在一起,為Pangaea大陸東亞重建研究工作提供了重要證據(jù)。同時(shí),由于洋殼的雙向俯沖模式,導(dǎo)致本區(qū)缺失高級(jí)變質(zhì)巖系,并形成了內(nèi)蒙古草原現(xiàn)今較為平坦的地貌特征。

近年來(lái),隨著研究區(qū)內(nèi)古生代沉積盆地碎屑鋯石物源研究工作的展開(kāi),對(duì)于各個(gè)雜巖帶之間的相互關(guān)系研究有了更多新的認(rèn)識(shí),相信可以為中亞造山帶東段構(gòu)造演化過(guò)程提供更為精細(xì)和可信的理論依據(jù)。

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