王嘉軒 王盛棟 張克信 宋博文 易先奎 羅清發(fā) 湯君陽 陳峰

橫跨歐亞板塊中東部的古亞洲洋構(gòu)造域是顯生宙以來全球陸殼增生與改造最顯著的地區(qū),其演化歷史主要受控于古亞洲洋的開合歷史。作為古亞洲洋最終閉合位置的天山-北山-索倫縫合線,其形成與演化過程一直以來都是中亞造山帶相關(guān)研究的焦點(diǎn)與熱點(diǎn) (圖1a; Yueetal., 2001; Yakubchuk, 2004; Windleyetal., 2007; Cawoodetal., 2009;eng?retal., 2014; Wilhemetal., 2012; 肖文交等, 2019; Wangetal., 2020a, b; 卜建軍等, 2020)。北山造山帶位于該縫合線的中段,其西北側(cè)與吐哈地塊相接,西側(cè)以星星峽斷裂為界與天山縫合帶相接,東側(cè)以巴丹吉林沙漠為界與索倫縫合帶相接,南側(cè)與塔里木克拉通北緣的敦煌地塊相連,東南側(cè)則與阿拉善地塊相連,在空間上呈一個(gè)被圍限的不規(guī)則四面體(圖1b; Zuoetal., 1991; 劉雪亞和王荃, 1995; Xiaoetal., 2004; 李俊建等, 2015; 李智佩等, 2020)。由于北山造山帶特殊的地理位置與大地構(gòu)造單元屬性,其對限定天山-北山-索倫縫合線的對接關(guān)系、成礦分布規(guī)律以及古亞洲洋的形成和演化均有非常重要的意義(張新虎等, 2007; 楊合群等, 2008; 江彪等, 2022; 張善明等, 2022)。

圖1 研究區(qū)構(gòu)造位置示意圖及構(gòu)造單元?jiǎng)澐?/p>

北山造山帶發(fā)育有大量不同時(shí)代的蛇綠混雜巖、增生楔和島弧巖漿巖,前人針對其中的蛇綠混雜巖和島弧巖漿巖進(jìn)行了詳細(xì)研究與解譯,在此基礎(chǔ)上提出了不同的構(gòu)造模型,概括起來主要有兩類,即古生代開合碰撞模型和多階段復(fù)式弧增生模型(Zuoetal., 1991; 楊合群等, 2010; Xiaoetal., 2011; Lietal., 2023)。然而,上述研究忽略了北山造山帶存在的古生代溝-弧-盆地質(zhì)體時(shí)空配置關(guān)系不符以及沉積作用時(shí)限不明確等科學(xué)問題,導(dǎo)致學(xué)界對北山造山帶洋盆開合時(shí)限的認(rèn)識始終存在分歧(Zuoetal., 1991; 劉雪亞和王荃, 1995; 楊合群等, 2008; Tianetal., 2017; Wangetal., 2020a)。而如何準(zhǔn)確恢復(fù)北山造山帶古生代不同地質(zhì)構(gòu)造單元的古地理位置是探究北山造山帶古生代洋-陸格局演變歷史的有效途徑(Xiaoetal., 2011; 馮益民和張?jiān)? 2018; 王國強(qiáng)等, 2021)。

大洋板塊地質(zhì)學(xué)強(qiáng)調(diào)以俯沖增生雜巖帶、蛇綠巖帶等為研究對象,重點(diǎn)研究大洋從洋中脊形成至海溝俯沖消亡這一復(fù)雜洋陸轉(zhuǎn)換的整個(gè)過程(張克信等, 2016, 2020; Festaetal., 2019; Raymond, 2019;李廷棟等, 2019; 潘桂棠等, 2019; 肖慶輝等, 2020; 周建波, 2020; 劉勇等, 2022; 張進(jìn)等, 2022)。本文將以大洋板塊地質(zhì)學(xué)思維為指導(dǎo),針對北山造山帶內(nèi)出露最廣和演化時(shí)限最長的紅柳河-牛圈子-洗腸井縫合線開展物質(zhì)組分和形成時(shí)代的詳細(xì)研究,為重建北山地區(qū)增生楔的地層序列與古生代構(gòu)造古地理格局提供新資料。

1 研究區(qū)地質(zhì)背景

北山造山帶位于新疆-甘肅-內(nèi)蒙古交界之處,地處西伯利亞克拉通、塔里木克拉通和華北克拉通的交匯處,是由多條蛇綠混雜巖帶、島弧、微陸塊、大陸邊緣沉積物等構(gòu)造單元組成,大地構(gòu)造背景異常復(fù)雜。北山造山帶復(fù)雜的構(gòu)造演化特征引起了學(xué)者們廣泛討論:一是以“芨芨臺子-小黃山”、“紅柳河-牛圈子-洗腸井”蛇綠巖帶為界將北山造山帶主體分為南、北兩個(gè)構(gòu)造單元,分別屬于哈薩克斯坦板塊東延部分和塔里木克拉通東北緣陸緣區(qū),兩者的碰撞拼合時(shí)限為早古生代(左國朝等, 2003; 楊合群等, 2010; Wangetal., 2018a);或是以“紅石山-百合山”蛇綠混雜巖帶為哈薩克斯坦板塊與塔里木克拉通的最終縫合帶,伴隨著北山地區(qū)洋盆的多次開合最終拼貼到西伯利亞克拉通南緣(王國強(qiáng)等, 2014; 牛文超等, 2019b)。但隨著板塊構(gòu)造理論的進(jìn)一步發(fā)展,大量的同位素年齡數(shù)據(jù)以及北山周緣地區(qū)大地構(gòu)造演化特征顯示,北山造山帶早古生代洋盆完全閉合這一模型難以解釋其與東西向索倫縫合帶和南天山縫合帶呈對接關(guān)系這一奇怪現(xiàn)象。因此,越來越多的學(xué)者認(rèn)為北山地區(qū)古大洋的最終閉合并不在早古生代時(shí)期,而是在晚古生代。有人甚至認(rèn)為北山地區(qū)在古生代整體上屬于中亞造山帶南緣的一部分,是一個(gè)演化歷史長、構(gòu)造組成復(fù)雜的增生復(fù)合體(Xiaoetal., 2011; Tianetal., 2017)。綜合北山造山帶中部馬鬃山地區(qū)的野外實(shí)地勘查以及前人的研究成果(Xiaoetal., 2011; Wangetal., 2020a),北山造山帶從北向南可劃分為以下構(gòu)造單元(圖1b):雀兒山島弧、明水-旱山地塊、小黃山蛇綠混雜巖、公婆泉巖漿弧、紅柳河-牛圈子-洗腸井縫合帶、花牛山島弧、柳園蛇綠混雜巖、石板山島弧和敦煌地塊。

紅柳河-牛圈子-洗腸井縫合帶地處北山造山帶中部(圖1b),是該造山帶內(nèi)延伸最長的蛇綠混雜巖帶。受阿爾金北東向左行走滑斷裂影響,該混雜帶被錯(cuò)斷成三段,分別在紅柳河、牛圈子、通暢口、白云山、月牙山、洗腸井等地?cái)嗬m(xù)出露(Tianetal., 2014; Clevenetal., 2015; 胡新茁等, 2015; Wangetal., 2018a, 2020a; 田健等, 2020)。近年來,學(xué)者們對紅柳河-牛圈子-洗腸井縫合帶中不同地段的蛇綠巖和增生雜巖開展了大量的年代學(xué)研究,獲得了很多成果,具體可總結(jié)如下:(1)西段: 根據(jù)與基性熔巖共生的灰?guī)r中的珊瑚化石碎片、覆蓋于紅柳河地區(qū)地層中的微變形英云閃長巖年齡(413Ma)以及蛇綠巖中輝長巖的鋯石U-Pb年齡(520～425Ma)等證據(jù),推測該段紅柳河蛇綠巖從形成到就位的時(shí)限應(yīng)為早寒武世-晚志留世(于福生等, 2000; 郭召杰等, 2006; Clevenetal., 2015);(2)中段:前人最早通過對牛圈子-通暢口一帶的蛇綠混雜巖中的玄武巖開展全巖Rb-Sr同位素定年研究,獲得等時(shí)線年齡為463±18Ma,其后大量的同位素測年數(shù)據(jù)顯示該蛇綠巖的形成時(shí)代從晚奧陶世一直持續(xù)到早石炭世(449～354Ma);然而近年來,學(xué)術(shù)界對于上述觀點(diǎn)提出了不同認(rèn)識,如基于牛圈子蛇綠混雜巖基質(zhì)中獲得的石炭紀(jì)化石,認(rèn)為其巖塊與基質(zhì)的混雜時(shí)間或最終就位時(shí)限應(yīng)該晚于石炭紀(jì)(武鵬等, 2012; Tianetal., 2014; Wangetal., 2018a, 2022)。(3)東段:關(guān)于白云山-洗腸井一帶蛇綠混雜巖的形成時(shí)代,所獲得的年齡主要集中在早寒武世-中奧陶世(Aoetal., 2012; 胡新茁等, 2015; 田健等, 2020)。總之,紅柳河-牛圈子-洗腸井縫合帶中絕大多數(shù)同位素測年數(shù)據(jù)顯示形成該縫合帶的洋盆存續(xù)時(shí)間集中在早寒武世-早泥盆世,也有少數(shù)學(xué)者認(rèn)為該洋盆存在時(shí)間可以延續(xù)至更晚的石炭紀(jì)(Wangetal., 2018a, 2020a)。

本次研究的賈不泉口子地區(qū)馬鬃山增生楔位于紅柳河-牛圈子-洗腸井縫合帶中段,地處牛圈子蛇綠混雜巖與東段洗腸井蛇綠混雜巖之間,其北側(cè)與發(fā)育在明水-旱山地塊上的公婆泉島弧構(gòu)造單元相連,后者主要由一套島弧成因的奧陶紀(jì)-志留紀(jì)火成巖-沉積巖系組成,包括玄武巖、安山巖、花崗巖、碳酸鹽巖、火山碎屑巖和相關(guān)的侵入巖體等(Wangetal., 2018c),其中段東七一山至駱駝圈一帶存在具有埃達(dá)克巖特征的巖漿巖,表明北山造山帶洋盆在奧陶紀(jì)-志留紀(jì)的俯沖消亡時(shí)期發(fā)生過構(gòu)造-巖漿活動(dòng),為形成公婆泉斑巖型銅礦提供了有利條件(許榮科等, 2010)。

2 研究方法

2.1 野外露頭精細(xì)解剖

前人在北山造山帶紅柳河-牛圈子-洗腸井縫合帶開展的地質(zhì)填圖工作對混雜巖內(nèi)部塊體和基質(zhì)的結(jié)構(gòu)、組成特征進(jìn)行過較為客觀、真實(shí)、有效的表達(dá),但對“疑難地層”的認(rèn)識卻始終未達(dá)成一致,由此也制約了其區(qū)域地層格架的建立,以及對造山帶區(qū)域大地構(gòu)造演化等重大基礎(chǔ)地質(zhì)問題的認(rèn)識(范育新等, 2003; 代文軍和談松, 2008; Xiaoetal., 2011; Wangetal., 2020b, 2022; Lietal., 2023)。

野外露頭觀察及描述是獲取增生楔地質(zhì)體原始地質(zhì)資料最直接、最有效的方法,本次工作依據(jù)洋板塊構(gòu)造地質(zhì)圖“巖性+構(gòu)造”的填圖思路(張克信等, 2022),以解剖區(qū)內(nèi)已有地質(zhì)點(diǎn)為基準(zhǔn),首先沿垂直斷面測制一系列主干性的大比例尺巖性-構(gòu)造剖面(大于1:500);再根據(jù)實(shí)際情況對主干剖面未觸及的地質(zhì)體,從臨近的導(dǎo)線拐點(diǎn)引出輔助性的大比例尺巖性-構(gòu)造剖面,最終基于主干+輔助剖面形成覆蓋所解剖露頭的網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)了地質(zhì)內(nèi)容的連續(xù)觀察和地質(zhì)要素的全面收集。針對研究區(qū)“局部有序”的地質(zhì)體開展進(jìn)一步“短剖面”研究,仔細(xì)記錄地質(zhì)體內(nèi)的多種不同沉積建造,用以劃分出各種不同類型的構(gòu)造巖片(如圖2中P1-P5,張克信等, 2022)。

圖2 賈不泉口子地區(qū)馬鬃山增生楔地質(zhì)簡圖及剖面圖 (據(jù)Wang et al., 2020a; 張克信等, 2022修改)

2.2 碎屑鋯石測年

鋯石的分選由河北廊坊誠信地質(zhì)服務(wù)公司完成。樣品粉碎至100目左右,采用重液法和電磁法提純鋯石,然后通過雙目鏡經(jīng)人工選出無包裹體、無裂紋和透明度高的晶形完好的單顆粒鋯石樣品,將上述鋯石樣品粘貼至雙面膠上,并使用環(huán)氧樹脂將其和標(biāo)準(zhǔn)樣品一起固定在圓形靶上。鋯石的制靶、透-反射照片、CL照片以及LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年均是在武漢上譜分析科技有限責(zé)任公司完成。測試儀器為電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(Agilent7500a)和激光剝蝕系統(tǒng)(Geo Las 2005)。采用ELAN6100DRC 型四級桿質(zhì)譜儀和Geolas200M 型激光剝蝕系統(tǒng)對樣品進(jìn)行分析(儀器標(biāo)準(zhǔn)技數(shù):193nm ArF準(zhǔn)分子激光器,210mJ單脈沖能量);經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)勻光后聚焦分析樣品,鋯石年齡計(jì)算采用國際標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500206Pb/238U年齡為1065.4±0.6Ma作為校正外標(biāo),元素含量采用美國國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)局人工合成硅酸鹽玻璃NIST SRM610 作為外標(biāo),29Si作為內(nèi)標(biāo)進(jìn)行計(jì)算(Wiedenbecketal., 1995)。分析軟件采用ICP-MS DataCal以獲得207Pb/206Pb、207Pb/205Pb、206Pb/238U 這3組同位素比值、年齡及其誤差,鋯石標(biāo)準(zhǔn)樣91500 的U-Th-Pb 同位素比值推薦值據(jù)文獻(xiàn)(Wiedenbecketal., 1995)。鋯石樣品的U-Pb 年齡諧和圖繪制和加權(quán)平均年齡計(jì)算均采用Isoplot插件完成(Ludwing, 2003)。

2.3 巖石地球化學(xué)分析

巖石地球化學(xué)分析在江西省地質(zhì)局江西金源有色地質(zhì)測試有限公司完成。常量元素用常規(guī)濕法、容量法分析,其中燒失量用重量法分析,微量元素和稀土元素用電感耦合等離子體質(zhì)譜法分析(ICP-Q(I-103))。常量元素的分析精度(相對標(biāo)準(zhǔn)差)一般小于1%,微量元素和稀土元素分析精度優(yōu)于5%。

3 馬鬃山增生楔地質(zhì)特征

紅柳河-牛圈子-洗腸井蛇綠混雜巖帶是北山地區(qū)古亞洲洋南支洋盆的最終縫合帶,也是古亞洲洋在北山地區(qū)北向俯沖形成的第一個(gè)陸緣俯沖增生雜巖帶(楊合群等, 2010; Aoetal., 2012; Clevenetal., 2018; Wangetal., 2020a)。作為蛇綠混雜巖帶中部的分支,馬鬃山增生楔擁有典型的洋板塊地質(zhì)特征,如鱗片狀組構(gòu)、以簡單剪切或一般剪切為主(逆沖斷層密集發(fā)育)以及雙沖構(gòu)造變形。同時(shí),由于受洋盆在俯沖消減過程中海溝后撤的影響,導(dǎo)致北側(cè)島弧帶不斷向洋側(cè)增生并最終以增生弧的形式仰沖就位于蛇綠混雜巖之上,本次在賈不泉口子地區(qū)恢復(fù)的馬鬃山增生楔物質(zhì)組成(如圖2所示),簡述如下:

3.1 馬鬃山增生楔西段

野外實(shí)地調(diào)查表明,賈不泉口子一帶的馬鬃山增生雜巖東向西的巖性特征存在一定差異。以從北向南穿過賈不泉口子的簡易公路為界,西側(cè)主要為混雜堆積形成的構(gòu)造巖片組合,由蛇綠混雜巖巖片和洋島-海山巖片組成。巖石組合主要包括橄欖巖、蝕變輝長巖、蝕變玄武巖、輝綠巖、大理巖和長英質(zhì)糜棱巖等(圖3)。各構(gòu)造巖片由于受區(qū)域變質(zhì)的影響,主體以綠片巖相的變質(zhì)礦物組合為特征,其中玄武巖巖塊普遍見綠簾石化和綠泥石化現(xiàn)象。馬鬃山增生楔西段的構(gòu)造巖片具有典型的“基質(zhì)包裹巖塊”特征,由于巖性能干性的差異表現(xiàn),導(dǎo)致蛇綠巖“巖塊”結(jié)構(gòu)上整體形狀不規(guī)則,多呈構(gòu)造透鏡狀裹挾于軟弱的“基質(zhì)”凝灰質(zhì)粉砂巖之中。部分巖塊受構(gòu)造俯沖作用影響,表面形成小型的共軛狀正斷層(圖3f),與基質(zhì)多以逆沖斷層為界(圖3b, c),斷層產(chǎn)狀200°～255°,傾角60°～85°,指示了馬鬃山增生雜巖由北西向南東逆沖推覆的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征。而凝灰質(zhì)粉砂巖“基質(zhì)”中發(fā)育大量的鱗片狀組構(gòu),鱗片狀的面理經(jīng)常包圍大小由數(shù)厘米到數(shù)米規(guī)模不等的蛇綠巖等透鏡體巖塊。鱗片狀組構(gòu)主要特征是網(wǎng)狀交織的細(xì)小滑動(dòng)面,發(fā)育眾多S-C組構(gòu),顯示明顯的簡單剪切或一般剪切特征(圖3e),除上述主要特點(diǎn)外,隨著斷層活動(dòng)過程中的位移量增大,斷層帶內(nèi)會形成一系列不對稱的小褶皺,如Z型褶皺(圖3d)。綜上所述,馬鬃山增生楔西段是一套由不同物質(zhì)和不同構(gòu)造屬性并發(fā)生強(qiáng)烈變質(zhì)變形后混雜堆積的構(gòu)造巖片組合,識別出的構(gòu)造巖片包括蛇綠混雜巖巖片、洋島-海山巖片,各構(gòu)造巖片發(fā)育著眾多形成于俯沖通道的構(gòu)造特征,如鱗片狀組構(gòu)和簡單剪切或一般剪切(逆沖斷層密集發(fā)育)。

圖3 馬鬃山增生楔西段蛇綠巖片地質(zhì)特征照片

3.2 馬鬃山增生楔中段

3.2.1 活動(dòng)陸緣-海溝濁積巖巖片的洋板塊地質(zhì)特征

該段巖石組合主要出露在賈不泉口子鄉(xiāng)村公路兩旁寬約1km的范圍內(nèi)(圖2),是一套以凝灰質(zhì)粉砂巖為主體的盆底扇濁流沉積物。巖性組合主要為薄層狀凝灰質(zhì)板巖、凝灰質(zhì)粉砂巖、凝灰質(zhì)砂巖、粉砂質(zhì)板巖、千枚巖和薄層硅質(zhì)巖等,局部地區(qū)可見以斷層為界的基質(zhì)包裹巖塊特征(圖2),斷層傾向雜亂,巖塊大小約5×5cm～20×20cm,巖塊巖性主要為中-基性巖。受構(gòu)造俯沖作用影響,該段的構(gòu)造巖片整體表現(xiàn)出強(qiáng)烈的構(gòu)造變形,如緊閉褶皺、Z型褶皺、S-C組構(gòu)和碎裂構(gòu)造等十分發(fā)育,但仍有少部分的凝灰質(zhì)粉砂巖巖片保存有原始層理和塊狀構(gòu)造(圖4a)。通過在該段的海溝濁積巖巖片進(jìn)行的“短柱狀剖面”精細(xì)解剖,在與蛇綠巖組合鄰近的地區(qū),構(gòu)造巖片主要以薄層硅質(zhì)巖、粉砂巖、變細(xì)砂巖和千枚巖為主,其中粉砂巖和變細(xì)砂巖中發(fā)育鮑馬層序列的cd段(圖4a),單個(gè)層序厚10～20cm;而在靠近賈不泉口子公路以灰綠色凝灰質(zhì)粉砂巖夾塊狀砂巖為主的地區(qū),可識別出鮑馬層序列的acd段(圖4a),單個(gè)層序厚約10～50cm,塊狀粗砂巖中可見粒序?qū)永?指示斜坡扇濁流環(huán)境,凝灰質(zhì)粉砂巖與塊狀砂巖的接觸樣式表現(xiàn)出薄層極易破碎的沉積層包裹少數(shù)塊狀沉積層的沉積混雜構(gòu)造樣式。同時(shí),在該段局部區(qū)域的濁積巖巖片中可見大理巖滑塊,巖塊大小約為10×10cm,特征表現(xiàn)出滑塌混雜的構(gòu)造樣式?？傊?馬鬃山增生楔中段具有多種樣式的混雜特征,即大套的濁積巖裹挾著不同時(shí)代、不同類型的巖塊,表明該段地層經(jīng)歷了沉積、滑塌、底辟和構(gòu)造的復(fù)合混雜過程。但值得注意的是,本次在賈不泉口子公路東側(cè)50m處出露一套未有明顯基質(zhì)包裹巖塊特征的巖片,該巖片主要以含礫巖屑砂巖和礫巖為主(圖4b-d),礫石粒徑整體約為0.2～15cm,礫石整體分選較差,磨圓較好,部分礫石呈定向排列(圖4c)。該巖片整體似扇狀覆蓋在馬鬃山增生楔中段的海溝濁積巖巖片之上,北端尖滅于酸性侵入巖中。

在馬鬃山增生楔中段可見鏡鐵礦呈脈狀零星出露于活動(dòng)陸緣-海溝濁積巖巖片的構(gòu)造破碎帶中,脈體寬約0.5～2m,沿近北東向走向延伸大約3m(圖4e,f)。鏡鐵礦鏡下可觀察到幾何體產(chǎn)出狀態(tài)主要呈葉片狀、彎曲狀、揉皺狀,粒度約0.3～1.25mm,葉片長約10～30mm,金屬光澤。極少數(shù)與閃鋅礦伴生,閃鋅礦主要呈粒狀分布在鏡鐵礦間(圖4h)。

3.2.2 活動(dòng)陸緣-海溝濁積巖巖片樣品采集

本文分析的3件樣品均采自馬鬃山增生楔中段的活動(dòng)陸緣-海溝濁積巖巖片。其中凝灰質(zhì)粉砂巖樣品P3-57取自賈不泉口子鄉(xiāng)村公路西側(cè)(41°27′9.0″N、97°22′9.8″E)(圖2),野外露頭上巖石主要顏色為灰綠色-灰白,強(qiáng)劈理化。鏡下觀察顯示樣品主要由長英質(zhì)礦物和絹云母組成,大多數(shù)顆粒徑在0.05mm左右,分選較好,磨圓為次圓狀,碎屑主要由石英和巖屑組成,此外含有少量的長石和不透明礦物等;填隙物主要由雜基和膠結(jié)物組成,雜基由大量細(xì)小的石英顆粒和少量泥質(zhì)組成,分布不均勻,充填于較大的碎屑顆粒形成的空隙之間。礦物整體排列具有一定的定向性(圖5a, b)。

圖5 馬鬃山增生楔鋯石U-Pb年齡樣品的顯微結(jié)構(gòu)照片

含礫巖屑砂巖樣品P3-82取自賈不泉口子鄉(xiāng)村公路東側(cè)(41°27′18.9″N、97°22′36.5″E)(圖2),野外露頭上巖石主要顏色為灰綠色,塊狀構(gòu)造。鏡下觀察顯示樣品為中粗粒變余砂狀結(jié)構(gòu),大多數(shù)顆粒粒徑在0.8～5mm之間,分選較差,磨圓以次棱角狀-次圓狀為主。巖屑含量為70%,石英含量為25%,填隙物為5%,其中沉積巖巖屑含量為50%,火成巖巖巖屑含量約為45%,變質(zhì)巖巖屑含量約為5%。填隙物主要由石英和長石組成,礦物整體呈線性輕微定向排列,少數(shù)礦物具拖尾構(gòu)造(圖5c, d)。

凝灰質(zhì)粉砂巖樣品P3-110取自賈不泉口子鄉(xiāng)村公路東側(cè)(41°27′37.8″N、97°22′58.9″E)(圖2),野外露頭上巖石主要顏色為灰綠色,塊狀構(gòu)造。鏡下觀察表明,該樣品為中細(xì)粒變余砂狀結(jié)構(gòu),大多數(shù)顆粒粒徑在0.1～0.5mm之間,分選較好,磨圓度以次棱角狀-次圓狀為主。碎屑含量為85%,填隙物約為15%。碎屑物中石英占80%,斜長石為15%,此外含有副礦物電氣石和白云母等,填隙物主要由雜基組成,包括云母和火山凝灰等。礦物整體呈線性輕微定向排列(圖5e, f)。

3.3 馬鬃山增生楔東段

馬鬃山增生楔東段主要由陸緣增生弧巖片組成,巖石組合包括安山巖、玄武巖、輝長巖和少量的凝灰質(zhì)砂巖。各構(gòu)造巖片間發(fā)育大量大、小型的逆沖斷層,斷層面產(chǎn)狀為整體介于220°～290°之間,指示由北西向南東的逆沖推覆過程,少部分地區(qū)可見巖漿侵入現(xiàn)象。賈不泉口子鄉(xiāng)村公路東側(cè)2km范圍處可見作為基質(zhì)的俯沖島弧中-基性巖漿巖把大量本地巖漿巖塊、外來巖塊、洋殼殘片捕獲進(jìn)來,外觀上看類似頂垂體(圖6),這種巖石組合及構(gòu)造特征與活動(dòng)大陸邊緣帶中大多數(shù)增生弧區(qū)(構(gòu)造巖漿混雜巖帶)的構(gòu)造特征相近(陳藝超等, 2021)。

圖6 馬鬃山早古生代增生楔東段實(shí)測剖面以及似頂垂體狀的巖塊剖面具體位置見圖2;其他圖例同圖2

4 分析結(jié)果

4.1 鋯石U-Pb年齡

凝灰質(zhì)粉砂巖樣品P3-57的鋯石顆粒尺寸在30～100μm之間,大多數(shù)晶粒呈柱狀或不規(guī)則形狀,少數(shù)可見變質(zhì)邊。CL圖像(圖7)清楚地顯示了復(fù)雜的結(jié)構(gòu),一些顆粒具有明顯的巖漿型振蕩環(huán)帶,其他顆粒有明亮-黑暗帶或無振蕩環(huán)帶。本件樣品共分析了100組數(shù)據(jù)(電子版附表1),獲得83組有效諧和年齡數(shù)據(jù)。83組鋯石諧和數(shù)據(jù)的Th/U比值介于0.05～1.2之間。在年齡頻譜圖上(圖8),鋯石U-Pb同位素年齡的分布區(qū)間為2703±49～410±5Ma(附表1),鋯石年齡具有～416Ma的主峰值和～932Ma、～970Ma、～453Ma的次峰值。該樣品中有15組鋯石年齡在441～410Ma之間,占有效點(diǎn)總數(shù)的17%。5組鋯石年齡在490～453Ma之間,占有效點(diǎn)總數(shù)的6%,16組鋯石年齡在998～917Ma之間,約占有效點(diǎn)總數(shù)的19%。最小的鋯石年齡為410±5Ma,與主峰值相近,最大的鋯石年齡值為2703±49Ma。

表1 馬鬃山增生楔碎屑巖主量(wt%)、稀土和微量元素(×10-6)分析結(jié)果

圖7 馬鬃山增生楔碎屑巖樣品鋯石陰極發(fā)光圖

圖8 馬鬃山增生楔碎屑巖樣品鋯石207Pb/235U-206Pb/238U諧和圖(左)和頻譜圖(右)

含礫巖屑砂巖樣品P3-82的鋯石顆粒尺寸在60～150μm之間,晶粒呈柱狀或不規(guī)則形狀。CL圖像(圖7)清楚地顯示其內(nèi)部具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu),一些顆粒具有明顯的巖漿型振蕩環(huán)帶,但其他顆粒有明亮-黑暗帶或無振蕩環(huán)帶。本件樣品共分析了96組數(shù)據(jù)(附表1),共獲得87組有效諧和年齡數(shù)據(jù)。87組鋯石諧和數(shù)據(jù)的Th/U比值介于0.2～1.6之間。在年齡頻譜圖上(圖8),鋯石U-Pb同位素年齡的分布區(qū)間為2470±25～286±4Ma(附表1)。鋯石年齡具有～424Ma的主峰值和～356Ma、～453Ma、～288Ma的次峰值。該樣品在445～400Ma之間共有32組鋯石年齡分布,占有效點(diǎn)總數(shù)的37%。在370～330Ma之間共有24組鋯石年齡分布,約占有效點(diǎn)總數(shù)的28%。在488～445Ma共有21組鋯石年齡分布,占有效點(diǎn)總數(shù)的24%。在290～280Ma共有4組鋯石年齡分布,占有效點(diǎn)總數(shù)的5%。其余鋯石年齡均大于490Ma,最小的鋯石年齡為286±4Ma,最大的鋯石年齡值為2470±25Ma。

凝灰質(zhì)粉砂巖樣品P3-110的鋯石顆粒尺寸在80～180μm之間,晶粒呈柱狀或不規(guī)則形狀。CL圖像(圖7)清楚地顯示了這些鋯石大多具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu),一些顆粒具有明顯的巖漿型振蕩環(huán)帶,但其他顆粒有明亮-黑暗帶或無振蕩環(huán)帶。本件樣品共分析了105組數(shù)據(jù)(附表1),共獲得104組有效諧和年齡數(shù)據(jù)。104組鋯石諧和數(shù)據(jù)的Th含量介于29×10-6～936×10-6之間,U含量介于75×10-6～1735×10-6之間,Th/U比值介于0.1～1.8之間。在年齡頻譜圖上(圖8),鋯石U-Pb同位素年齡的分布區(qū)間為2702±36～430±5Ma(附表1),具有～435Ma的主峰值和～455Ma、～482Ma、～942Ma的次峰值。該樣品在442～430Ma之間共有15組鋯石年齡分布,占有效點(diǎn)總數(shù)的17%。在459～445Ma之間共有10組鋯石年齡分布,約占有效點(diǎn)總數(shù)的12%。在485～473Ma共有7組鋯石年齡分布,占有效點(diǎn)總數(shù)的8%。在1000～900Ma共有21組鋯石年齡分布,占有效點(diǎn)總數(shù)的24%。最小的鋯石年齡為430±5Ma,與主峰值相近,最大的鋯石年齡值為2702±36Ma。

4.2 巖石地球化學(xué)特征

馬鬃山增生楔凝灰質(zhì)粉砂巖和含礫巖屑砂巖的主量、稀土及微量元素地球化學(xué)分析結(jié)果見表1。馬鬃山增生楔兩件凝灰質(zhì)粉砂巖樣品的SiO2含量分別為55.84%和58.10%。富鋁Al2O3(15.82%和16.84%),CaO含量分別為1.93%和3.56%,TiO2含量分別為0.68%和1.20%,FeOT含量分別為7.35%和10.87%,MgO含量分別為3.55%和7.41%。馬鬃山增生楔含礫巖屑砂巖樣品的SiO2含量為71.68%。貧鋁Al2O3(12.89%),CaO含量為0.66%,TiO2含量為0.57%,FeOT含量為6.40%,MgO含量為1.76%。

馬鬃山增生楔凝灰質(zhì)粉砂巖和含礫巖屑砂巖樣品在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖解中(圖9a)表現(xiàn)為右傾型,其中凝灰質(zhì)粉砂巖樣品P3-110和含礫巖屑砂巖樣品P3-82樣品左陡右緩。所有樣品的稀土元素總量為25.74×10-6～179.2×10-6,LREE/HREE=3.06～9.11,(La/Yb)N=3.14～14.8,凝灰質(zhì)粉砂巖樣品P3-110和含礫巖屑砂巖樣品P3-82輕重稀土元素發(fā)生了較大分異,輕稀土元素相對富集。所有樣品δEu為0.69～0.80,顯示微弱負(fù)銪異常特征。在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖中(圖9b),表現(xiàn)為富集Th、U、K等元素,強(qiáng)烈虧損Nb、Ti、Sr等元素。

圖9 馬鬃山增生楔碎屑巖球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖(a, 標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Boynton, 1984)和原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖(b, 標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Sun and McDonough, 1989)

5 討論

5.1 馬鬃山增生楔時(shí)代限定

高精度的鋯石年代學(xué)研究是重建造山帶時(shí)空演化歷史的重要手段。長期以來,紅柳河-牛圈子-洗腸井縫合帶的時(shí)代及構(gòu)造演化過程的認(rèn)識始終存在分歧,早期的同位素測年數(shù)據(jù)顯示紅柳河-牛圈子-洗腸井縫合帶的形成時(shí)代為寒武紀(jì)-泥盆紀(jì)(Aoetal., 2012; 武鵬等, 2012; Tianetal., 2014),但近幾年在紅柳河-牛圈子-洗腸井縫合帶中斜長花崗巖獲得的同位素年齡以及細(xì)砂巖基質(zhì)中獲得的孢粉化石則指示其最終就位年齡應(yīng)延伸至更晚的石炭紀(jì)(Wangetal., 2018b, 2020a)。馬鬃山增生楔的活動(dòng)陸緣-海溝濁積巖巖片也獲得過石炭紀(jì)碎屑年齡,表明北山造山帶多島洋古地理格局最終拼貼時(shí)間為石炭紀(jì)或更晚的二疊紀(jì)(Xiaoetal., 2011; Tianetal., 2014; Wangetal., 2018b, 2020a)。

關(guān)于賈不泉口子地區(qū)的馬鬃山增生楔的時(shí)代分歧問題由來已久。二十世紀(jì)六、七十年代,由于同位素測年技術(shù)尚不成熟,部分老一輩地質(zhì)學(xué)家依據(jù)野外觀測到的巖性、各套地層間的構(gòu)造接觸關(guān)系以及少量的海相生物化石認(rèn)定馬鬃山增生楔主要由“下石炭統(tǒng)柳園組與二疊系哲斯組”組成(左國朝等, 2003)。二十世紀(jì)九十代以來,隨著同位素測年技術(shù)的發(fā)展成熟,學(xué)者們開始對賈不泉口子地區(qū)馬鬃山增生楔開展年代學(xué)研究。Zuoetal.(1991)在對“勒巴泉群”進(jìn)行詳細(xì)研究后認(rèn)為其與馬鬃山蛇綠混雜巖屬同一套混雜巖地層,并依據(jù)在勒巴泉一帶的變質(zhì)基性巖墻中獲得的Sm-Nd等時(shí)線年齡(644.5Ma)將其時(shí)代厘定為長城系-前長城系。代文軍和談松(2008)依據(jù)馬鬃山增生楔中段的疑源類化石將其形成時(shí)代厘定為震旦-寒武紀(jì),依據(jù)馬鬃山東段濁積巖中的疑源類化石厘定其時(shí)代為奧陶紀(jì)-志留紀(jì),同時(shí)結(jié)合對野馬泉地區(qū)的相近地質(zhì)體開展研究,將賈不泉口子地區(qū)的馬鬃山增生楔統(tǒng)一劃歸為一套寒武紀(jì)-奧陶紀(jì)“窯洞努如巖片”。而馬鬃山增生楔最新的輝長巖巖塊LA-ICP-MS U-Pb鋯石年齡指示其形成于晚奧陶世-早志留世(455～434Ma; Wangetal., 2020a)。由此可見,賈不泉口子地區(qū)變質(zhì)變形強(qiáng)烈的馬鬃山增生楔在不同比例尺的地質(zhì)圖上被賦予了不同的地質(zhì)年代。

本次工作針對賈不泉口子的馬鬃山增生楔開展了更為精細(xì)的解剖,顯示馬鬃山增生楔中兩件凝灰質(zhì)粉砂巖樣品(P3-57和P3-110)的最年輕碎屑鋯石年齡峰值分別為416Ma和435Ma,指示其沉積物的就位時(shí)限為泥盆紀(jì)或更晚,并不是之前認(rèn)為的寒武紀(jì)。其中奧陶紀(jì)-泥盆紀(jì)的碎屑鋯石均表現(xiàn)出巖漿巖鋯石特征,表明其沉積物的物源主要來自奧陶紀(jì)-泥盆紀(jì)的巖漿巖源區(qū)。兩件凝灰質(zhì)粉砂巖樣品的碎屑鋯石年齡譜均具有主峰和次峰并存的多峰值特征,其中前寒武紀(jì)年齡頻譜的次峰特征明顯, 與野馬泉地區(qū)的混雜巖年齡頻譜特征明顯不同(Songetal., 2016),表明賈不泉口子地區(qū)的馬鬃山增生楔的混雜就位持續(xù)時(shí)限更長。

馬鬃山增生楔含礫巖屑砂巖樣品(P3-82)的最年輕碎屑鋯石年齡峰值為282Ma,年齡頻譜峰值特征總體上表現(xiàn)出一主峰、多次峰的特征樣式,與上述兩件樣品(P3-57、P3-110)的碎屑鋯石年齡峰分布存在明顯差異。含礫巖屑砂巖樣品(P3-82)表現(xiàn)為424Ma的年齡主峰以及453Ma、356Ma和288Ma的多個(gè)年齡次峰,缺少前寒武紀(jì)的年齡峰值頻譜特征,其最年輕的碎屑鋯石年齡指示該樣品的混雜就位時(shí)限要晚于另外兩件凝灰質(zhì)板巖樣品(P3-57、P3-110),為二疊紀(jì)或更晚。結(jié)合其沉積特征指示該套沉積物應(yīng)為造山碰撞期的陸緣碎屑沉積物快速楔入殘留洋盆中海溝楔頂?shù)漠a(chǎn)物,并不是洋盆俯沖期的產(chǎn)物。總之,精細(xì)剖析馬鬃山增生楔地質(zhì)體時(shí)空順序可以更好地還原北山造山帶的構(gòu)造演化歷史。

5.2 馬鬃山增生楔的碎屑鋯石源區(qū)分析

不同構(gòu)造背景碎屑沉積物具有特定的沉積過程,因此碎屑巖地球化學(xué)特征不僅可以反映物源區(qū)巖石成分,還能反映源巖構(gòu)造背景(Roser and Korsch, 1986; Gu, 1994)。在SiO2-K2O/Na2O圖解上(圖10a),馬鬃山增生楔凝灰質(zhì)粉砂巖巖片和含礫巖屑砂巖巖片投點(diǎn)主要位于活動(dòng)大陸邊緣和島弧中?？傮w上顯示馬鬃山增生楔凝灰質(zhì)粉砂巖巖片和含礫巖屑砂巖巖片的構(gòu)造背景以活動(dòng)大陸邊緣為主。在Gu(1994)的Hf-La/Th圖解上(圖10b),馬鬃山增生楔凝灰質(zhì)粉砂巖巖片和含礫巖屑砂巖巖片源區(qū)十分復(fù)雜,既有長英質(zhì)/基性物源混合區(qū),又有長英質(zhì)源區(qū),并顯示向被動(dòng)邊緣源區(qū)演化的趨勢,在這個(gè)過程中伴隨有老沉積物組分含量的增加。

圖10 馬鬃山增生楔碎屑巖的構(gòu)造環(huán)境與物源屬性判別圖

此外,碎屑鋯石U-Pb定年也是判斷沉積物物源的重要手段(?áketal., 2020)。北山造山帶在中元古代至晚古生代時(shí)期經(jīng)歷了多階段的全球地質(zhì)事件和構(gòu)造-巖漿熱事件,本文以北山造山帶中段紅柳河-牛圈子-洗腸井縫合帶為界,探討該縫合帶南北兩側(cè)的碎屑鋯石U-Pb年齡的信息特征(圖11)。

圖11 馬鬃山增生楔構(gòu)造巖片的最大沉積年齡和碎屑鋯石年齡占比的空間變化相關(guān)數(shù)據(jù)來自:Song et al., 2013, 2015, 2016; 梁積偉等, 2014; Tian et al., 2015; Ao et al., 2016; Cleven et al., 2018; Wang et al., 2018b, 2020a, 2021; 余吉遠(yuǎn)等, 2018; Zheng et al., 2018; Tian et al., 2020; Niu et al., 2021; Huang et al., 2022. 圖中號碼代表同圖1

北山造山帶中部紅柳河-牛圈子-洗腸井縫合帶的前寒武紀(jì)碎屑年齡頻譜占比介于0%～100%之間,東西向變化差異較大,縫合帶內(nèi)東側(cè)的前寒武紀(jì)碎屑年齡頻譜占比明顯較高。本次測試的馬鬃山增生楔兩件凝灰質(zhì)粉砂巖樣品(P3-57和P3-110)中前寒武紀(jì)碎屑年齡頻譜占比分別為75%和67%,含礫巖屑砂巖樣品(P3-82)中前寒武紀(jì)碎屑年齡頻譜占比僅為7%(圖11)。對收集的北山造山帶已發(fā)表的巖漿鋯石年齡數(shù)據(jù)以及碎屑鋯石年齡數(shù)據(jù)的綜合分析,顯示該地區(qū)的前寒武紀(jì)年齡分布較廣,具體如下:(1)縫合帶北側(cè)明水-旱山地塊紅石山地區(qū)的黑云母斜長片麻巖鋯石U-Pb年齡為2656±146Ma(孫新春等, 2005);(2)縫合帶北側(cè)明水-旱山地塊交叉溝地區(qū)的變質(zhì)火山巖Sm-Nd同位素年齡為1264±11Ma(聶鳳軍等, 2004);(3)縫合帶北側(cè)明水-旱山地塊哈珠地區(qū)的片麻狀花崗巖鋯石U-Pb年齡為885±4Ma(牛文超等, 2019a);(4)縫合帶南側(cè)敦煌地塊公婆泉和雅丹地區(qū)的花崗片麻巖鋯石U-Pb年齡為933±2Ma(Yuanetal., 2015);(5)縫合帶南側(cè)敦煌地塊舊井地區(qū)的黑云斜長片麻巖的原巖成巖年齡為1408±4Ma(賀振宇等, 2015)。這些數(shù)據(jù)表明北山造山帶可能存在著三期前寒武紀(jì)的構(gòu)造熱事件,即古元古代(～2.5Ga)、中元古代(～1.5Ga)和新元古代(～0.9Ga) (牛文超等, 2019a; Tianetal., 2020)?？p合帶南北兩側(cè)的前寒武紀(jì)碎屑鋯石年齡報(bào)道有:(1)縫合帶北側(cè)野馬大泉古硐井群的變質(zhì)雜砂巖的碎屑鋯石U-Pb年齡頻譜主要分布在2.7～1.0Ga (Huangetal., 2022);(2)縫合帶南側(cè)地層包括前寒武紀(jì)古硐井群、平頭山組、大豁落山組,獲得的大量碎屑鋯石U-Pb年齡頻譜主要分布在2.5～0.9Ga(余吉遠(yuǎn)等, 2018; Wangetal., 2021)。紅柳河-牛圈子-洗腸井縫合帶兩側(cè)的前寒武紀(jì)巖漿鋯石年齡及碎屑鋯石年齡分布規(guī)律顯示北山造山帶南北地塊可能具有一致的前寒武紀(jì)地殼演化歷史,即自2.5Ga以來經(jīng)歷了包括2.5Ga的五臺運(yùn)動(dòng)、1.6～1.4Ga的哥倫比亞超大陸聚合-裂解以及1.0～0.8Ga的羅迪尼亞超大陸聚合-裂解的多期次地質(zhì)事件 (Zhengetal., 2018; 余吉遠(yuǎn)等, 2018; 牛文超等, 2019a; Tianetal., 2020)。由此可見,馬鬃山增生楔的前寒武紀(jì)碎屑年齡頻譜的潛在物源區(qū)為縫合帶南北側(cè)的敦煌地塊基底和明水-旱山地塊基底(Zuoetal., 1991)。

本次測試的兩件凝灰質(zhì)粉砂巖樣品(P3-57和P3-110)中古生代碎屑年齡頻譜的占比分別為25%和33%左右,而含礫巖屑砂巖樣品(P3-82)中早古生代碎屑年齡頻譜占比為71%,晚古生代碎屑年齡頻譜占比為22%,指示古生代是北山造山帶構(gòu)造演化的重要關(guān)鍵時(shí)期。根據(jù)區(qū)域資料,紅柳河-牛圈子-洗腸井縫合帶北側(cè)的公婆泉地區(qū)發(fā)育有中奧陶世-晚石炭世的玄武巖-安山巖-流紋巖-安山巖-氣孔玄武巖的巖漿巖組合(Wangetal., 2018c);公婆泉西側(cè)的勒巴泉地區(qū)發(fā)育有奧陶紀(jì)-石炭紀(jì)葉狀花崗巖(Songetal., 2013);勒巴泉西側(cè)的東七一山地區(qū)發(fā)育有早石炭世花崗巖(Zhangetal., 2017)。綜合已報(bào)道的同位素測年結(jié)果分析,紅柳河-牛圈子-洗腸井縫合帶北側(cè)的巖漿弧形成時(shí)間介于470～306Ma之間,大量的巖漿巖、侵入巖以及淺變質(zhì)碎屑巖在早奧陶世-晚石炭世期間為馬鬃山增生楔提供了大量物質(zhì)。紅柳河-牛圈子-洗腸井縫合帶南側(cè)的花牛山地區(qū)主要發(fā)育介于451～368Ma之間的巖漿巖,指示縫合帶南側(cè)從晚奧陶世開始為馬鬃山增生楔提供物源(Guoetal., 2014; 丁嘉鑫等, 2015)。綜上,北山造山帶早古生代碎屑鋯石年齡頻譜分布規(guī)律表明馬鬃山增生楔早古生代碎屑鋯石的物質(zhì)來源在寒武紀(jì)時(shí)期主要來源于北側(cè)的明水-旱山地塊,隨著北山造山帶巖漿活動(dòng)愈發(fā)活躍,其物質(zhì)來源由早期縫合帶北側(cè)提供轉(zhuǎn)向由縫合帶南北兩側(cè)共同提供。

本次在北山造山帶馬鬃山增生楔中的含礫巖屑砂巖樣品(P3-82)獲得的石炭紀(jì)碎屑鋯石年齡頻譜占比為17%,二疊紀(jì)碎屑鋯石年齡頻譜占比為5%(圖11),綜合北山造山帶二疊紀(jì)碎屑年齡頻譜主要分布在紅柳河-牛圈子-洗腸井縫合帶南側(cè)這一規(guī)律,指示馬鬃山增生楔二疊紀(jì)碎屑鋯石年齡頻譜的物源主要來自:(1)縫合帶南緣發(fā)育的二疊紀(jì)-三疊紀(jì)前陸盆地的前緣隆起(Wangetal., 2021);(2)縫合帶南側(cè)雙鷹山島弧的同碰撞和后碰撞侵入巖(285～273Ma; Zhangetal., 2012)。綜上,馬鬃山增生楔中段活動(dòng)陸緣-海溝濁積巖巖片的物源由早古生代縫合帶兩側(cè)提供向二疊紀(jì)縫合帶南側(cè)提供變化 (Tianetal., 2015; Songetal., 2016; Clevenetal., 2018; Niuetal., 2021; Wangetal., 2021)。

5.3 地質(zhì)意義

本文依據(jù)在賈不泉口子的馬鬃山增生楔中開展野外精細(xì)解剖和同位素年代學(xué)綜合研究,將馬鬃山增生楔大地構(gòu)造演化歷史劃分為以下三個(gè)階段:

5.3.1 震旦紀(jì)-奧陶紀(jì):小洋盆-邊緣裂谷演化

震旦紀(jì)伊始,塔里木克拉通在大陸邊緣初步形成三聯(lián)式裂谷體系。已有的證據(jù)顯示紅柳河-牛圈子-洗腸井縫合帶中段牛圈子蛇綠構(gòu)造混雜巖兩側(cè)均發(fā)育有一套由濱海相冰磧巖組成的震旦紀(jì)洗腸井群。隨著洋盆的進(jìn)一步擴(kuò)展,其南側(cè)的紅山-大葫蘆一帶巖性向上變?yōu)橐惶子申懺此樾紳岱e巖為主夾少量碳酸鹽巖組成的早寒武世雙鷹山組。而隨著海水由西側(cè)進(jìn)一步侵入,巖性進(jìn)一步轉(zhuǎn)變?yōu)橛砂肷詈Ｏ嗪坠栀|(zhì)巖、炭質(zhì)頁巖夾碳酸鹽巖和少量細(xì)碎屑巖組成的中-晚寒武世西雙鷹山組(Wangetal., 2020b),指示了三聯(lián)式裂谷體系的一支沿紅山-大葫蘆一帶開始發(fā)育。洗腸井一帶的同位素年代學(xué)證據(jù)和地球化學(xué)證據(jù)指示著洗腸井-月牙山-帶發(fā)育有一套典型的寒武紀(jì)大洋中脊型蛇綠巖套,其表明三聯(lián)式裂谷體系的一支是沿著洗腸井發(fā)育并拉張出邊緣洋盆的初始洋殼(Aoetal., 2012; 侯青葉等, 2012; 胡新茁等, 2015)。本次研究的馬鬃山增生楔西段以發(fā)育鱗片狀組構(gòu)、密集發(fā)育的逆沖斷層以及雙沖構(gòu)造變形的蛇綠構(gòu)造混雜巖巖片為主,其超基性巖巖片的巖石地球化學(xué)特征具有E-MORB特征且在上升過程中受到了陸殼組分的混染(范育新等, 2003),指示三聯(lián)式裂谷體系的最后一支是沿著馬鬃山一帶呈南北向裂解并形成活動(dòng)大陸邊緣裂谷。在空間上,三者呈不規(guī)則的三叉式裂解。

紅柳河-牛圈子-洗腸井縫合帶兩側(cè)的碎屑鋯石年齡頻譜分布規(guī)律同樣支持該演化過程。紅柳河-牛圈子-洗腸井縫合帶及周緣鄰區(qū)大量的太古宙-中元古代碎屑鋯石年齡頻譜分布表明北山地區(qū)具有一致的前寒武紀(jì)地殼演化歷史。紅柳河-牛圈子-洗腸井縫合帶及周緣的新元古代碎屑鋯石年齡頻譜的空間分布規(guī)律有效地制約了古亞洲洋南支洋盆的展布區(qū)域,同時(shí)表明新元古代地層為初始裂解的洋盆提供了大量物質(zhì)(如圖11所示)。北山地區(qū)的震旦紀(jì)洗腸井群冰磧巖的空間分布與新元古代碎屑鋯石年齡頻譜分布規(guī)律相近,其與上覆富含三葉蟲化石的雙鷹山組生物碎屑灰?guī)r呈平行不整合接觸關(guān)系,指示北山洋盆的裂解擴(kuò)張階段,即古亞洲洋南支在北山地區(qū)于震旦紀(jì)-寒武紀(jì)前后沿紅柳河-牛圈子-洗腸井一線展開(如圖11所示;張寶泉, 2007; 黃博濤等, 2023)。隨著紅柳河-牛圈子-洗腸井縫合帶內(nèi)寒武紀(jì)碎屑鋯石年齡頻譜的占比增加,顯示此時(shí)北山地區(qū)沿紅柳河-牛圈子-洗腸井一帶形成初始洋盆并由陸坡向縫合帶中心水體逐漸變深(圖12;楊合群等, 2010; 陳超等, 2017; Wangetal., 2020a)。

圖12 馬鬃山增生楔地質(zhì)體記錄的地質(zhì)演化歷史(據(jù)Wang et al., 2020b, 2021修改)

5.3.2 奧陶紀(jì)-志留紀(jì):溝-弧-盆體系演化

由于三聯(lián)式大陸塊側(cè)向運(yùn)移的運(yùn)動(dòng)分量的不同,該三叉裂谷系的發(fā)育不盡相同(Burke and Dewey, 1973),沿洗腸井發(fā)育的這一支裂谷逐漸占據(jù)主線并與牛圈子逐漸匯聚形成寬闊洋盆,其他兩條裂谷帶發(fā)育明顯減弱,馬鬃山賈不泉口子地區(qū)逐漸由裂谷帶向活動(dòng)陸緣沉積盆地過渡。中奧陶世末-晚奧陶世時(shí),受南側(cè)古亞洲洋(北山洋)向北的持續(xù)俯沖作用影響,北側(cè)公婆泉主島弧開始形成(王國強(qiáng)等, 2016; Wangetal., 2018c)。研究區(qū)馬鬃山增生楔中段為一套盆底扇環(huán)境的濁積巖巖片夾火山巖巖片組合,發(fā)育典型的洋板塊地質(zhì)構(gòu)造特征,如緊閉褶皺和斷層密集發(fā)育等。馬鬃山增生楔中段巖片的巖性變化由下至上為西段蛇綠構(gòu)造混雜巖巖片→海溝濁積巖巖片夾硅質(zhì)巖塊(深海-半深海環(huán)境)→海溝濁積巖巖片夾大洋島弧火山巖塊(半深海環(huán)境)→鈣堿性火山巖(邊緣海型蛇綠巖組合上部端元),表明中奧陶世伊始馬鬃山地區(qū)逐漸由一定規(guī)模的洋盆向活動(dòng)大陸邊緣弧前/弧間/弧后盆地轉(zhuǎn)化(Wangetal., 2020a)。

本次在馬鬃山增生楔中段海溝濁積巖巖片獲得的同位素年齡表明賈不泉口子地區(qū)水下噴發(fā)的大洋島弧于志留紀(jì)時(shí)期呈周期性活動(dòng)的特征,為賈不泉口子的陸緣沉積盆地提供了大量的火山碎屑物質(zhì)。本次野外觀測到的鏡鐵礦化點(diǎn)正賦存于該套火山碎屑沉積物中,推測其形成過程與北山洋中奧陶世-志留紀(jì)時(shí)期俯沖-增生過程中的大量熱液上涌相關(guān)。馬鬃山增生楔東段的鈣堿性火山巖則顯示出與北側(cè)公婆泉主島弧相同的巖石地球化學(xué)特征(王國強(qiáng)等, 2016; Wangetal., 2018c, 2020a),其同位素年齡證據(jù)表明北側(cè)的公婆泉主島弧于中奧陶世-志留紀(jì)時(shí)期呈點(diǎn)狀中心式火山噴發(fā),并最終仰沖就位于俯沖增生的馬鬃山增生楔西段和中段之上。

北山地區(qū)碎屑鋯石年齡頻譜占比變化清晰地指示了紅柳河-牛圈子-洗腸井一帶的古生代弧-陸拼貼過程。如圖11所示,紅柳河-牛圈子-洗腸井縫合帶及南北兩側(cè)早古生代的碎屑鋯石年齡頻譜的占比顯著增加,表明該時(shí)期北山洋盆南北兩側(cè)巖漿弧的構(gòu)造-巖漿事件達(dá)到峰值,為北山洋盆提供了大量物質(zhì)。同時(shí),反映出北山造山帶中部地區(qū)于早古生代時(shí)期發(fā)生了明顯的古地理面貌變化,由震旦紀(jì)-寒武紀(jì)時(shí)期的洋盆裂解伸展向洋盆俯沖消亡轉(zhuǎn)化。

馬鬃山周緣地區(qū)的早古生代地層的巖性變化同樣顯示出北山中部由被動(dòng)大陸邊緣向主動(dòng)大陸變化演變的這一過程,即由一套陸源碎屑濁積巖組成的羅雅楚山組→灰黑色中薄層硅質(zhì)巖夾灰?guī)r和砂巖組成的錫林柯博組→復(fù)理石沉積組成的白云山組變化(圖12),反映了研究區(qū)在該時(shí)期表現(xiàn)為海水水體逐漸由深變淺的演化過程(Wangetal., 2020b)。

5.3.3 石炭紀(jì)-二疊紀(jì)之后:殘余洋盆-造山同碰撞演化

北山洋盆的主體在石炭紀(jì)進(jìn)入洋陸轉(zhuǎn)換階段,由于縫合帶兩側(cè)微地塊邊緣的不規(guī)則導(dǎo)致牛圈子-賈不泉口子一帶的殘留洋(海)至少殘存至早石炭世時(shí)期(Wangetal., 2018a, 2020a, b)。北側(cè)石炭紀(jì)的芨芨臺子-小黃山蛇綠混雜巖帶代表的是北山洋北向俯沖的弧后產(chǎn)物,而公婆泉島弧帶上二疊系島弧火山巖的缺失則表明北山地區(qū)在石炭-二疊紀(jì)之交火山活動(dòng)已逐漸停止。

北山造山帶中南部晚古生代碎屑鋯石年齡頻譜的分布占比增加(圖11),表明北山地區(qū)進(jìn)入洋陸轉(zhuǎn)化階段。紅柳河-牛圈子-洗腸井縫合帶中南緣的二疊紀(jì)碎屑鋯石年齡頻譜分布占比增加,代表其中南緣前陸盆地的形成并為逐漸關(guān)閉的洋盆和活動(dòng)大陸邊緣沉積盆地提供陸緣碎屑物質(zhì)(Wangetal., 2021)。本次在馬鬃山增生楔含礫巖屑砂巖中獲得的最大碎屑沉積年齡為286Ma,表明在北山同碰撞造山過程中,大量晚古生代碎屑物質(zhì)呈扇狀快速楔入充填在馬鬃山增生楔的楔頂盆地中。柳園蛇綠混雜巖帶兩側(cè)的晚古生代碎屑鋯石年齡展布、牛圈子西南側(cè)地區(qū)出露的具有典型后碰撞地球化學(xué)特征的二疊紀(jì)花崗巖體(284±4Ma)和花崗閃長巖體(279～275Ma; Wangetal., 2021),進(jìn)一步佐證了古亞洲洋南支的北山洋盆于石炭紀(jì)-二疊紀(jì)或更晚時(shí)期開始由殘留洋盆向造山帶同碰撞轉(zhuǎn)化,并逐漸與南側(cè)的雙鷹山島弧拼貼。

綜上所述,馬鬃山增生楔的巖性變化由西段蛇綠混雜巖巖片→中段深海-半深海沉積→盆底扇→斜坡扇重力流沉積→活動(dòng)大陸邊緣沉積演變,盆地充填序列存在變淺的趨勢,整體構(gòu)造環(huán)境由伸展擴(kuò)張向擠壓收縮演化,指示古亞洲洋南支(北山段)由寒武紀(jì)不規(guī)則的三叉式裂解形成的三聯(lián)式裂谷體系向二疊紀(jì)或更晚的同碰撞造山過程的漫長演化歷史,區(qū)域上西連南天山洋東連索倫縫合帶。

6 結(jié)論

本文通過對馬鬃山南側(cè)賈不泉口子地區(qū)的馬鬃山增生楔開展精細(xì)的解剖和同位素年代學(xué)研究,取得如下主要認(rèn)識:

(1)針對馬鬃山增生楔中蘊(yùn)含的不同巖性特征、沉積環(huán)境樣式以及構(gòu)造樣式進(jìn)行了更為細(xì)致的劃分,識別出蛇綠混雜巖巖片、洋島-海山巖片、洋內(nèi)弧混雜巖巖片、深海遠(yuǎn)洋沉積巖巖片、活動(dòng)陸緣-海溝濁積巖巖片、陸緣增生弧巖片以及賦存在海溝濁積巖巖片中的鏡鐵礦化點(diǎn)。巖石組合、變質(zhì)變形程度與年代學(xué)研究表明馬鬃山增生楔的多巖片類型應(yīng)該進(jìn)行解構(gòu)分析,進(jìn)而還原不同巖片類型的古地理位置。

(2)碎屑鋯石U-Pb同位素測年獲得馬鬃山增生楔兩件海溝濁積巖巖片凝灰質(zhì)粉砂巖樣品(P3-57和P3-110)的最大沉積年齡分別為410Ma和430Ma,馬鬃山增生楔楔頂盆地的陸緣碎屑含礫巖屑砂巖樣品P3-82最大沉積年齡為286Ma。

(3)馬鬃山增生楔的三件碎屑鋯石的年齡頻譜區(qū)間表現(xiàn)出～2.5Ga、～1.5Ga、～0.9Ga、～450Ma、～430Ma、～410Ma、～350Ma和～288Ma的多峰值頻譜特征,分別記錄了北山地區(qū)的變質(zhì)結(jié)晶基底、哥倫比亞超大陸聚合-裂解事件、羅迪尼亞超大陸聚合-裂解事件、活動(dòng)大陸邊緣多期次構(gòu)造-巖漿事件、殘留洋盆以及同碰撞造山快速攜入馬鬃山增生楔楔頂盆地的年齡信息。

(4)北山造山帶的碎屑鋯石年齡頻譜占比分布規(guī)律存在明顯的南北差異,紅柳河-牛圈子-洗腸井縫合帶中北側(cè)表現(xiàn)出明顯的前寒武紀(jì)碎屑年齡譜占比,而紅柳河-牛圈子-洗腸井縫合帶中北側(cè)表現(xiàn)出明顯的古生代碎屑年齡譜占比,表明馬鬃山增生楔的物源區(qū)整體上由前寒武紀(jì)時(shí)期縫合帶北側(cè)提供向二疊紀(jì)時(shí)期縫合帶南側(cè)提供遷移。

致謝本次研究中的相關(guān)測試分析工作得到了江西省地質(zhì)局實(shí)驗(yàn)測試大隊(duì)的協(xié)助。感謝中國科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所王麗君博士和張孟博士提供的幫助;特別感謝審稿人和本刊編輯對論文修改提出的寶貴建議,幫助完善和提升論文質(zhì)量。