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古亚洲洋构造域(Palao-Asian tectonic domain)是新元古代中晚期—加里东晚期或早海西期地球动力学体系所影响的地域。在中国及其邻区,这一构造域位于西伯利亚克拉通和中轴大陆块区(卡拉库姆-塔里木-中朝陆块群)之间,包括萨彦-额尔古纳造山系和乌拉尔-天山-兴蒙造山系(李春昱等,1984;任纪舜等,1997,2013;Jahn et al.,2004;Windley et al.,2007)。自新元古代中晚期始,至早古生代末,古亚洲洋构造域中西段主要受古亚洲洋构造域动力学体系支配,其波及范围以现今的地理位置来看,北到西伯利亚克拉通,南到昆仑-祁连-秦岭造山系(图1)(任纪舜等,2013)。古亚洲洋构造域在漫长的地质演化历史中,经历了多期次的造山运动及伴随洋盆俯冲作用导致的陆壳增生、多块体拼贴、多期次岩浆-变质作用以及变形作用造成的陆壳改造。因此,具有多样的结构构造、物质组成,保存了地(陆)块聚合和洋陆格局转变的重要信息,孕育了丰富的金属和非金属矿产资源,是地质学者研究和探讨大陆动力学演化过程的重要研究区。许多著名的地质学家探讨了该构造域的构造演化及造山带结构样式,提供了众多的演化模式模型,但在认识上仍然存在很大分歧,特别是关于古亚洲洋主洋盆闭合的时间,以及主洋盆的空间位置等(任纪舜等,1997,2013;Jahn et al.,2000;夏林圻等,2002;Yakubchuk,2004;肖文交等,2006a;Briggs et al.,2007;李锦轶等,2009;徐学义等,2014;潘桂棠等,2016;Xiao Wenjiao et al.,2018;冯益民等,2022)。梳理新元古代晚期至晚泥盆世古亚洲洋构造域中西段造山运动的期次和演化过程对认识该构造域演化历史具有重要意义。
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图1 古亚洲洋构造域动力学体系影响范围示意图(据任纪舜等,2016修改)
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Fig.1 Schematic diagram of the influence range of the dynamic system in the Palao-Asian Ocean tectonic domain (modified from Ren Jishun et al., 2016)
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本文在任纪舜先生“中国大地构造演化和国际亚洲大地构造图编制(DD20190358)”项目资助下,基于古亚洲洋构造域在地层、岩浆岩、蛇绿混杂岩、变质作用、构造特征等方面已有的研究成果,对古亚洲洋构造域中西段新元古代晚期至晚泥盆世的造山作用开展进一步梳理,以期为更好的理解古亚洲洋构造域动力学过程和演化历史提供线索。秦祁昆造山系在该阶段受古亚洲洋构造域动力学体系的影响,因此,本文包含了秦祁昆造山系该阶段的构造运动论述。
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1 构造运动的厘定
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贝加尔造山运动和萨拉伊尔造山运动在该阶段学界尚无统一命名,但在北半球各大陆基本可以进行对比,并已得到较广泛应用。其中,贝加尔造山运动在本文指发生在西伯利亚贝加尔地区新元古代晚期的构造运动,延续到寒武纪早期,其结果造成贝加尔洋盆的关闭,形成贝加尔造山带;萨拉伊尔造山运动与Huang Jiqing(1980)所建立的兴凯运动属于同一构造运动,特指发生在萨彦岭—额尔古纳地区早寒武世末的构造运动,其结果造成蒙古湖区洋盆的关闭,形成萨彦-额尔古纳造山带;哈萨克斯坦造山运动和天山造山运动具有特定的区域地质特征,哈萨克斯坦造山运动指中亚地区发生在中奥陶世—晚奥陶世的构造运动,其结果使分割科克切塔夫地块、斋桑地块、克孜勒库姆地块、巴尔喀什-伊犁地块、伊塞克地块、中天山地块及准噶尔地块之间的小洋盆消失,形成哈萨克斯坦联合地块(李春昱先生曾称作“哈萨克斯坦板块”)(李春昱等,1984);天山造山运动指中泥盆世末—晚泥盆世发生在天山地区的构造运动,其结果造成天山洋盆的关闭,形成天山造山带(此前,任纪舜院士曾称为早海西运动)(任纪舜等,1997);目前,加里东造山运动已国际通用,基本适合于古亚洲洋构造域的情况,本文仍然采用这一术语。
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2 古亚洲洋构造域中西段新元古代晚期至晚泥盆世的构造运动
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2.1 贝加尔造山运动
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沿西伯利亚克拉通南缘,新元古代晚期(Pt34)相当于文德纪或震旦纪沉积地层超覆不整合在中元古代中期—新元古代晚期(Pt22~Pt33)及中太古代结晶变质岩系之上(任纪舜等,2013),表明新元古代贝加尔洋在新元古代晚期(Pt34)之前已经结束。贝加尔运动造成新元古代晚期和寒武纪之间的沉积间断,使西伯利亚克拉通上缺失早寒武世沉积。贝加尔洋盆的关闭使图瓦地块和阿巴坎地块拼接到西伯利亚克拉通南缘,表现为增生造山作用。我们将贝加尔洋盆的关闭暂称作贝加尔造山运动。其余地区尚未发现有这一时期洋盆存在的地质记录,也没有相当于这次构造运动的地质记录。
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2.2 萨拉伊尔(兴凯)造山运动
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萨彦-额尔古纳造山系介于北部的西伯利亚克拉通和南部的乌拉尔-天山-兴蒙造山系之间,出露有巴彦洪戈尔蛇绿岩、湖区蛇绿岩、萨彦岭蛇绿岩和查干-乌宗蛇绿岩等。其中,巴彦洪戈尔蛇绿岩中辉长岩的同位素年龄为569±21 Ma,而且枕状玄武岩岩枕间产出海绵骨针,时代为前寒武纪—寒武纪(何国琦和李茂松,2000)。西图瓦蛇绿岩、西萨彦岭蛇绿岩和查干-乌宗蛇绿岩中伴生的沉积岩组分,其时代均介于文德纪—早寒武世末,说明该地区存在新元古代—早寒武世洋盆。东萨彦岭蛇绿岩带还伴生蓝片岩,时代为640 Ma(Берзин,1996)。在哈尔乌斯湖的南西方向还发育有中寒武世滑混岩,主要为中基性凝灰岩、硅质岩和碎屑岩的互层,产三叶虫Eccaparadoxides insularis(West)、E.mongolicus Tomcz等,时代为中寒武世早期。湖区蛇绿混杂岩之上被含古柸化石的中寒武世早期沉积地层不整合覆盖,表明在早寒武世末期湖区洋盆已经关闭。任纪舜等(1997)将这次构造运动称为萨拉伊尔运动(或兴凯运动),该期造山运动使研究区内的阿尔泰地块和南蒙古地块拼贴在受增生扩大的西伯利亚陆块南缘。我国东北地区的额尔古纳地块也在这一时期拼贴在西伯利亚克拉通的阿尔丹地段南缘。萨拉伊尔造山运动也属于增生造山运动,造成西伯利亚克拉通南缘的增生,形成萨彦-额尔古纳增生造山系。然而,萨拉伊尔造山运动并未造成古亚洲洋体系的终结,在增生造山系以南仍然存在着多陆块小洋盆的构造古地理格局(图2)。在斋桑—额尔齐斯以北地域已经成为萨彦-额尔古纳造山系,以南则为乌拉尔-天山-兴蒙多陆块洋,继续着大洋盆地的构造演化(任纪舜等,1997;孟勇等,2023)。
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2.3 哈萨克斯坦造山运动
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兴凯造山运动之后,研究区内构造古地理格局发生了重大变化。贝加尔洋盆和蒙古湖区洋盆先后消亡,转化成增生在西伯利亚克拉通南缘的萨彦-额尔古纳造山系。古亚洲洋体系处于萨彦-额尔古纳造山系之南,中轴大陆块区之北,一般称作乌拉尔-天山-兴蒙大洋体系,该大洋体系在构造格局上仍然是一个多陆(地)块小洋盆的洋陆构造格局。中轴大陆块区以南的昆祁秦地域仍然是一个多陆(地)块洋盆,该洋盆与中轴大陆块区以北的乌拉尔-天山-兴蒙多陆(地)块洋盆以及更北边的萨彦-额尔古纳多陆块洋从新元古代晚期到泥盆纪基本上都处于同一个地球动力学体系。
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哈萨克斯坦造山运动波及的范围包括科克切塔夫地块、斋桑地块、塔城地块、准噶尔地块、巴尔喀什-伊犁地块、伊塞克地块和克孜勒库姆地块。包括成吉斯-塔尔巴哈台-阿尔曼泰洋在内的一系列地块间的小洋盆于寒武纪开始俯冲。虽然俯冲极性存在争议(Lomize et al.,1997;Mikolaychuk et al.,1997),但普遍认为到中奥陶世末期在各地块之间形成俯冲增生杂岩带和与其相伴的弧盆系(岛弧、岩浆弧、弧后盆地)(苏养正,1981;夏林圻等,2002;肖文交等,2006b;郭锋等,2009;冯晓强等,2016)。俯冲增生杂岩带既是洋盆消亡的地质记录,同时又是剖析洋盆构造演化细节的地质实体。造山运动从中奥陶世末期开始持续到晚奥陶世末期,其结果使上述各地块之间的洋盆消亡、拼贴在一起,形成哈萨克斯坦联合陆块(Solomovich and Trifonov,2002;肖序常等,2006;Konopelko et al.,2008;Biske and Seltmann,2010)。就造山运动的性质而言,有别于增生造山,本次造山运动并没有使这些地块增生到大型陆块或克拉通边缘,而是一次小地块的拼贴汇聚成一个联合陆块。在造山运动出现的时间上,也有别于典型的加里东造山运动时间(典型的加里东运动出现在志留纪末,造成英格兰泥盆纪红砂岩与下伏早古生代造山物质之间的角度不整合),这次造山运动出现在中奥陶世—晚奥陶世。此外,这次造山运动的一个突出结果是形成哈萨克斯坦联合陆块(图3),李春昱先生(1984)称之为“哈萨克斯坦板块”。基于上述理由,作者暂将这次造山运动称为“哈萨克斯坦造山运动”。
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图2 现代地理范围内的早寒武世末期洋陆格局示意图(据孟勇等,2023)
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Fig.2 Schematic diagram of the ocean-continent frame at the end of the Early Cambrian within modern geographical range (after Meng Yong et al., 2023)
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1—西伯利亚型陆(地)块;2—中轴大陆块区陆块群;3—扬子型陆块;4—冈瓦纳型陆块;5—东欧陆块;6—中轴大陆块间的浅海;7—兴凯(萨拉伊尔)造山带;8—古亚洲洋;9—特提斯洋;10—地块代号;11—推测的大型断裂;12—特提斯洋轴线;13—陆(地)块界线。西伯利亚型陆块(地块):ABK—阿巴坎;TW—图瓦;ART—阿尔泰;ERGN—额尔古纳;NMG—南蒙古。中轴大陆块区陆块群:KK—科克切塔夫;ZS—斋桑;BRKS-YL—巴尔喀什-伊犁;TC-JGR—塔城-准噶尔;KZRKM—克齐尔库姆;YSK—伊塞克;TS-MH—中天山-明水-旱山;XLHT—锡林浩特;JMS—佳木斯。扬子型陆块(地块):AZ—阿中;QL—中祁连;LD—陇东;CDM—柴达木;QINL—秦岭;TSH—甜水海;QT—北羌塘;BK—碧口;CD—昌都;SM—思茅;HX—华夏
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1—Siberian-type continent (block) ; 2—Central Axial Continental Block Region continent group; 3—Yangtze-type continent (block) ; 4—Gondwana-type continent (block) ; 5—Eastern European continent; 6—shallow ocean between Central Axial Continental Blocks; 7—Xingkai (Sarai'er) Orogenic Belt; 8—Paleo-Asian Ocean; 9—Tethys Ocean; 10—proposed major faults; 11—probable large fault; 12—Tethys Ocean axis; 13—continent (block) boundaries. Siberian-type continent (block) : ABK—Abakan; TW—Tuva; ART—Altai; ERGN—Eerguna; NMG—Southern Mongolia. Central Axial Continental Block Region continent group: KK—Kökchetav; ZS—Zaisan; BRKS-YL—Balkhash-Ili; TC-JGR—Tacheng-Junggar; KZRKM—Kyzylkum; YSK—Yssyk; TS-MH—Central Tianshan-Mingshui-Dry Mountain; XLHT—Xilin Hot; JMS—Jiamusi. Yangtze-type continent (block) : AZ—Azong; QL—Central Qilian; LD—Longdong; CDM—Qaidam; QINL—Qinling; TSH—Tianshuihai; QT—Northern Qiangtang; BK—Bikou; CD—Changdu; SM—Simao; HX—Huaxia
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在巴尔喀什地块、伊塞克地块、克孜勒库姆地块及纳曼-贾拉伊尔构造带上普遍存在着上奥陶统不整合覆盖在中奥陶统之上的情况(李宝强等,2014;孟勇等,2023)。在巴尔喀什地块上晚奥陶世的粗碎屑岩不整合覆盖在弧火山岩或浊积岩之上;在伊塞克地块上同样是晚奥陶世粗碎屑岩不整合覆盖在中奥陶世的浊积岩或火山岩之上;在克孜勒库姆地块上晚奥陶世的砂岩不整合覆盖在浊积岩之上;在纳曼-贾拉伊尔构造带上晚奥陶世的粗碎屑岩不整合覆盖在弧火山岩之上。
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图3 现代地理范围内的晚奥陶世末哈萨克斯坦联合陆块和主大洋位置示意图(据孟勇等,2023)
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Fig.3 Schematic diagram of the position of the combined landmasses and major oceans at the end of the Late Ordovician within modern geographical range (after Meng Yong et al., 2003)
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上述中亚诸地块不整合面之上的粗碎屑岩沉积表明,在中奥陶世末曾发生以地块拼合形式的造山运动。多陆(地)块洋盆中这种形式的造山运动不同于一般意义上的增生造山运动,因为这些拼合起来的地块构成了一个存在于乌拉尔-天山多陆块洋盆中的大型新生陆块,这个陆块并未拼接或增生到扩大了的西伯利亚陆块边缘。
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2.4 加里东造山运动
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加里东造山运动主要影响范围是昆祁秦多陆块洋盆及研究区以外的华夏多陆块洋盆(图4)。
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2.4.1 昆仑洋构造演化
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西昆仑洋盆从寒武纪开始沿西昆仑的库地—其曼于特一带开始向北俯冲,到奥陶纪末形成了时代为寒武纪—奥陶纪的库地-其曼于特俯冲增生杂岩带,杂岩带中含蛇绿岩残块和远洋深海浊积岩等(韩芳林等,2002;袁超等,2002;张传林等,2004),并在俯冲增生杂岩带北侧形成相应的弧盆系,该带出露的早古生代上其汗岩组(Pz1sh.)是一套火山-沉积建造组合,变质程度达绿片岩相,其中可能含有早泥盆世的火山-沉积组合,因为该带出露的中泥盆统布拉克巴什组(D2b)仍然是一套火山-沉积建造,属于弧盆系的沉积记录(李玉鹏等,2017)。西昆仑一带上泥盆统齐自拉夫组(D3q)是一套海陆交互相细砂岩的沉积组合,与下伏中泥盆统布拉克巴什组(D2b)岛弧相火山-沉积建造组合之间可能为不整合接触。
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东昆仑洋盆沿昆中一带,西段从南华纪开始出现洋盆俯冲记录,形成了时代为南华纪—奥陶纪的阿牙克库木湖俯冲增生杂岩带,其中含蛇绿混杂岩及时代为寒武纪的洋岛海山火山-沉积组合(胡云绪等,2010;祁生胜等,2014;张向飞等,2023)。东段洋盆俯冲稍晚于西段的阿牙克库木湖一带,形成的俯冲增生杂岩带时代为早古生代,该俯冲增生杂岩带中除了蛇绿混杂岩以外,还含有早古生代的火山岩、碳酸盐岩、砂岩及大理岩构造岩块,其中的火山岩和碳酸盐岩可能是洋岛海山解体的产物。东昆仑一带上泥盆统牦牛山组(D3m)是一套含陆相火山岩的伸展磨拉石建造,不整合在古老的新太古界—古元古界白沙河岩群(Ar3Pt1B)之上,根据其沉积相和建造组合特征,推测牦牛山组也不整合在晚泥盆世以前的地质体之上(陆露等,2010)。
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上述地质记录表明,昆仑洋总体上从新元古代晚期或寒武纪早期开始俯冲,并形成含有蛇绿岩的构造岩块、远洋浊积岩及洋岛海山解体岩块的俯冲增生杂岩带以及与其伴生的弧盆系火山-沉积建造组合。洋盆的俯冲作用所形成的俯冲增生杂岩带虽终止于早古生代末或奥陶纪,但与其伴生的弧盆系则一直持续到中泥盆世末。晚泥盆世出现的造山期后伸展磨拉石建造则不整合在弧盆系火山-沉积建造组合之上或古老的变质基底岩石之上。
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2.4.2 兴都库什洋构造演化
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昆仑洋向西延伸至兴都库什一带,仅保留有岛弧及弧后沉积建造组合,尚未发现这一时期的俯冲增生杂岩(带)或蛇绿混杂岩(带)。现有的地质记录仅有新元古代到寒武纪为连续沉积,称作维斯哈尔夫组(Pt3Єw),是一套变质程度为低绿片岩相的火山-沉积组合,由石英片岩、钠长石英片岩和钠长绢云石英片岩等构成,可能属于岛弧或弧后沉积建造组合;缺失奥陶纪沉积;志留纪到中泥盆世为连续沉积,称作季克赞克乌组(SD2j),是一套细碎屑岩+碳酸盐岩沉积建造组合,有可能属于前陆盆地沉积;晚泥盆世沉积在该带尚未出露;早石炭世双峰式火山岩不整合在下伏地层之上(李宝强等,2014;孟勇等,2023)。
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上述地质记录表明,兴都库什一带存在着新元古代晚期到寒武纪(或奥陶纪)的洋盆,志留纪—中泥盆世前陆盆地的存在以及早石炭世双峰式火山岩与下伏地层之间的不整合,说明弧陆碰撞造山运动在早石炭世(或晚泥盆世)之前已经结束,到了早石炭世在伸展大陆动力学背景下,已经出现裂谷岩浆活动的地质记录。
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2.4.3 红柳沟-拉配泉洋构造演化
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该洋盆从寒武纪开始向北俯冲,由于后期敦煌陆块向南逆掩,造成时代为寒武纪—奥陶纪的红柳沟—拉配泉俯冲增生杂岩带北侧的弧盆系被全部掩覆,而其南侧的阿中地块上则成为红柳沟-拉配泉洋盆的被动陆缘。该俯冲增生杂岩带中除了解体的蛇绿岩残块之外,还含有洋岛海山解体的碳酸盐岩岩块、火山岩岩块、远洋深海浊积岩构造岩块以及蓝闪石片岩的构造岩块和古老基底变质岩构造岩块(冯益民等,2022)。值得关注的是,在俯冲增生杂岩带中见有下中奥陶统额兰塔格组(O1-2e)不整合上覆于蛇绿岩之上,该组为生物灰岩夹砂岩,属于稳定的碳酸盐岩台地相沉积。由此联想,该带是否存在奥陶纪的蛇绿岩值得进一步研究(冯益民等,2022)。由于这一带志留纪—泥盆纪沉积记录缺失,上石炭统—下二叠统因格布拉克组(C2P1yg)和羊虎沟组(C2P1y)直接不整合在时代为寒武纪—奥陶纪的俯冲增生杂岩之上(冯益民等,2022)。不少研究者认为,红柳沟—拉配泉洋盆与北祁连洋盆相连接,那么,为什么在红柳沟—拉配泉洋盆构造演化的地质记录中缺失志留纪—泥盆纪沉积记录?是阿中地块在奥陶纪末洋盆关闭后隆起上升剥蚀造成的,还是另有其他原因,尚需进一步研究。
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图4 现代地理范围内的石炭纪—中二叠世洋陆格局示意图(据孟勇等,2023)
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Fig.4 Schematic diagram of the ocean-continent frame during the Carboniferous to Middle Permian within modern geographical range (after Meng Yong et al., 2023)
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1—西伯利亚型陆(地)块;2—中轴大陆块区陆块群;3—扬子型陆块;4—冈瓦纳型陆块;5—东欧陆块;6—陆块间浅海;7—萨拉伊尔及前萨拉伊尔造山系(带);8—加里东造山系;9—古亚洲洋;10—特提斯洋;11—陆(地)块名称。西伯利亚型陆块(地块):ABK—阿巴坎;TW—图瓦;ART—阿尔泰;ERGN—额尔古纳;NMG—南蒙古。中轴大陆块区陆块群:KK—科克切塔夫;ZS—斋桑;BRKS-YL—巴尔喀什-伊犁;TC—塔城;JG—准噶尔;KZRKM—克齐尔库姆;YSK—伊塞克;TS-MH—中天山-明水-旱山;XLHT—锡林浩特;JMS—佳木斯。扬子型陆块(地块):AZ—阿中;QL—中祁连;LD—陇东;CDM—柴达木;QINL—秦岭;TSH—甜水海;QT—北羌塘;BK—碧口;CD—昌都;SM—思茅;HX—华夏
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1—Siberian-type continent (block) ; 2—Central Axial Continental Block Region continent group; 3—Yangtze-type continent (block) ; 4—Gondwana-type continent (block) ; 5—Eastern European continent; 6—shallow ocean between continents; 7—Sarai'er and Pre-Sarai'er orogenic systems (belt) ; 8—Caledonian orogenic system; 9—Palao-Asian ocean; 10—Tethys ocean; 11—continent (block) names. Siberian-type continent (block) : ABK—Abakan; TW—Tuva; ART—Altai; ERGN—Eerguna; NMG—Southern Mongolia. Central Axial Continental Block Region continent group: KK—Kökchetav; ZS—Zaisan; BRKS-YL—Balkhash-Ili; TC—Tacheng; JG—Junggar; KZRKM—Kyzylkum; YSK—Yssyk; TS-MH—Central Tianshan-Mingshui-Dry Mountain; XLHT—Xilin Hot; JMS—Jiamusi. Yangtze-type continent (block) : AZ—Azong; QL—Central Qilian; LD—Longdong; CDM—Qaidam; QINL—Qinling; TSH—Tianshuihai; QT—Northern Qiangtang; BK—Bikou; CD—Changdu; SM—Simao; HX—Huaxia
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2.4.4 阿帕-茫崖洋构造演化
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该洋盆的向北俯冲作用贯穿整个早古生代,形成早古生代阿帕-茫崖俯冲增生杂岩带,其中含解体的蛇绿岩残块、洋岛海山建造组合解体后形成的碳酸盐岩构造岩块和火山岩构造岩块(李荣社等,2016)、超高压变质岩带、硅质岩构造岩块、远洋深海浊积岩构造岩块以及古老的结晶基底变质岩构造岩块等(冯益民等,2022)。值得关注的是,自阿尔金地区江尕勒萨依一带发现榴辉岩以来,诸多地质学家(曹玉亭等,2009;郭晶等,2021)对其进行研究,同位素测年资料显示其形成时代在500 Ma左右(刘良等,1999),并且赋存于中元古代—新元古代阿尔金岩群中。超高压变质岩形成的时代较俯冲混杂岩带形成的初始年龄要老,在空间上与俯冲增生杂岩带分离。因此,任纪舜(2019)怀疑此类超高压变质岩的形成可能与洋壳深俯冲作用无关,而是地壳深部一种瞬时高压作用所为。阿帕—茫崖一带同样缺失志留纪到泥盆纪沉积记录,直到早中侏罗世才有含煤碎屑沉积不整合在俯冲增生杂岩之上。阿帕—茫崖洋盆及其关闭后所形成的俯冲增生杂岩带可能与其东北侧的柴北缘俯冲增生杂岩带相连,若如此,则时代为寒武纪—志留纪的柴北缘俯冲增生杂岩带其上应被上泥盆统牦牛山组(D3m)所不整合覆盖,牦牛山组是一套含火山岩的伸展磨拉石建造组合(陆露等,2010),此现象标志着俯冲增生造山作用在此之前已经结束,而且造山后大陆地壳伸展作用已经开始。
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2.4.5 祁连洋构造演化
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北祁连洋盆从寒武纪开始向北俯冲,到奥陶纪末形成北祁连俯冲增生杂岩带(图5),该俯冲增生杂岩带中含蛇绿岩套及解体的蛇绿岩残块、蓝闪石片岩带、榴辉岩构造岩块、含铁锰的远洋硅质岩及浊积岩和海沟相滑塌堆积(冯益民等,2018,2022),较完整地记录了大洋板块从洋中脊向海沟运移,大洋板块深俯冲及高压变质岩在俯冲晚期折返,最终形成俯冲增生杂岩的全部过程。在俯冲增生杂岩带的形成过程中,除了在其北侧形成与其相伴出现的弧盆系外,到奥陶纪还出现弧后扩张,弧后扩张的结果是沿肃南县九个泉—寺大隆一带以及沿乌鞘岭—老虎山一带形成两个弧后小洋盆,前者是近弧的弧后小洋盆,后者则是近陆的弧后小洋盆(冯益民和何世平,1995;冯益民,1997;宋述光,1997,2009;2009b;夏林圻等,1998,2003,2016;李平等,2023)。志留纪弧后盆地转化成弧后前陆盆地。
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寒武纪—奥陶纪,北祁连洋盆曾出现双向俯冲(吴才来等,2006;冯益民等,2022;董云鹏等,2022),这一时期沿冰沟—达坂山北坡一带形成寒武纪—奥陶纪陆缘弧,到了奥陶纪同样出现弧后扩张,沿红沟一带形成陆缘小洋盆。
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图5 青海省祁连县清水沟寒武纪—奥陶纪俯冲增生杂岩剖面(据冯益民等,2018)
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Fig.5 Profile of the Cambrian-Ordovician subduction-accretion complex in Qingshuigou, Qilian County, Qinghai Province (after Feng Yimin et al., 2018)
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1—第四系;2—斜长角闪片岩;3—石英钠长片岩(原岩为富钠质酸性火山岩);4—绿泥片岩;5—海沟相滑塌堆积;6—含蓝闪石的绿泥片岩;7—蓝闪石片岩;8—层面上有蓝闪石、红帘石的变硅质岩;9—变质岩滑块;10—富钠质火山岩及火山凝灰岩;11—辉长辉绿岩;12—蛇纹石化超镁铁质岩;13—纯橄岩;14—辉长岩;15—榴辉岩; 16—逆冲断层;17—俯冲增生杂岩构造岩片
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1—Quaternary; 2—plagioclase amphibolite; 3—quartz-albitegneiss (protolith is sodium-rich acidic volcanic rock) ; 4—greenschist; 5—trench-associated slide deposits; 6—greenschist containing glaucophane; 7—glaucophane schist; 8—chert with glaucophane and rhodolite layers; 9—metamorphic rock slump; 10—sodium-rich volcanic rock and volcanic tuff; 11—gabbro and diorite; 12—serpentinizedultramafic rock; 13—dunite; 14—gabbro; 15—eclogite; 16—thrust fault; 17—tectonic fragments of subduction-accretion complex
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志留纪末,北祁连洋盆全部关闭并遭受强烈挤压褶皱成山。中泥盆世开始,出现不整合在先期地质体之上的含大陆溢流玄武岩的伸展磨拉石建造,在北祁连统称为老君山组(D2-3l)(徐亚军等,2010),标志着北祁连的造山运动已经在志留纪末完成,到了中泥盆世则进入了以大陆地壳伸展为特征的造山后阶段。
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2.4.6 党河南山-拉脊山-雾宿山洋构造演化
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该洋盆可能是由于南侧柴北缘洋盆的俯冲作用所引起的弧后扩张所形成的小洋盆,是否有洋壳的俯冲作用尚值得推敲,因为沿这一带仅有岛弧火山岩和蛇绿岩残块构成的蛇绿混杂岩(侯青叶等,2005;Dong Yunpeng et al.,2011a;Song Shuguang et al.,2013,2017;付长垒等,2014;Fu Changlei et al.,2018;裴先治等,2018;Yan Zhen et al.,2019;Zhao Jie et al.,2020; 冯益民等,2022)。其次,尚未发现该洋盆俯冲造成的弧后盆地。
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2.4.7 柴北缘洋构造演化
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该洋盆从寒武纪开始向北俯冲,俯冲作用一直持续到志留纪,形成寒武纪—志留纪柴北缘俯冲增生杂岩带,该俯冲增生杂岩带中除了解体的蛇绿岩残块以外,尚含有超高压变质的榴辉岩岩块、岛弧火山岩构造岩块、远洋深海浊积岩构造岩块、古老基底变质岩构造岩块以及古老的花岗岩类构造岩块等(冯益民等,2022)。
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该洋盆的俯冲作用可能引起弧后扩张,在弧后地带形成一个弧后小洋盆:党河南山-拉脊山-雾宿山洋弧后小洋盆(上已述及)。到了志留纪在中南祁连地块上普遍存在前陆盆地碎屑岩沉积建造,表明柴北缘洋盆的构造演化大致和北祁连洋盆同步,而上泥盆统牦牛山组(D3m)不整合在俯冲增生杂岩之上也从另一方面证明了二者在构造演化上大致同步。
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2.4.8 斜峪关-二郎坪洋构造演化
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学界对二郎坪群(Pz1E)形成的环境也有争议,大多数地质学家认为这是一种弧后盆地火山-沉积组合(张国伟等,1995a,1995b,2001)。徐学义等(2014)则提出北秦岭北缘属于早古生代弧间洋的新认识。本文根据二郎坪群(Pz1E)总体以构造岩片(块)出露,其火山岩在岩石地球化学成分上既有洋中脊玄武岩,又有岛弧火山岩,并与蛇绿岩残片伴生,而且在空间上处于秦岭早古生代岩浆弧之北。因此,二郎坪群(Pz1E)实际上是一种非史密斯地层系统,属于俯冲增生杂岩之列,是北秦岭早古生代洋盆的遗迹。由于受后期强烈的构造改造,原属于弧盆系的地质记录,可能构造卷入到俯冲增生杂岩带中。上古生界粉笔沟组(Pz2f)不整合在二郎坪群(Pz1E)之上,表明在晚古生代之前洋盆已经关闭并形成增生造山带。
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2.4.9 商丹洋构造演化
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商丹洋向北的俯冲作用较早,从新元古代晚期就已经开始,一直持续到奥陶纪,形成时代为新元古代—奥陶纪的俯冲增生杂岩带,带内除了含蛇绿岩解体的残块以外,还含有岛弧火山岩构造岩块、浊积岩构造岩块以及古老的基底变质岩构造岩块、生物碳酸盐岩构造岩块(张国伟等,1995a,1995b,2001;陆松年等,2003;杨钊等,2006;李王晔,2008;Dong Yunpeng et al.,2011b,2021),其中含奥陶纪腕足类、三叶虫和珊瑚等化石。与俯冲增生杂岩带伴生的岛弧岩浆岩出现在其北侧,在南侧则有由志留系—泥盆系武关岩群(SDWg)、志留系王家河组(Sw)、泥盆系罗汉寺岩组(Dl)和上泥盆统桐峪寺组(D3ty)构成的前陆盆地沉积建造。在俯冲增生杂岩带西段,上泥盆统—下石炭统大草滩组(D3C1dc)不整合在俯冲增生杂岩之上(苏春乾等,2006),而在中南秦岭的陕豫交界一带,上泥盆统王冠沟组(D3w)则超覆不整合在早古生代地层之上。上述两项地质记录表明,晚泥盆世之前,商丹洋包括其南侧中南秦岭北带的前陆盆地已经伴随着弧陆碰撞造山作用而关闭,造山作用不仅使洋盆的前陆盆地消亡,而且造成中南秦岭地区的不均衡隆升,使被动陆缘上的震旦纪—早奥陶世沉积地层(ZO1)及寒武纪—早奥陶世沉积地层(ЄO1)暴露在地表,从而造成刘岭群不整合于其上,且缺失早泥盆世沉积。商丹洋向西延伸,可能与北祁连洋盆相贯通。
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2.5 天山造山运动
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天山造山运动波及的范围仅限于乌拉尔—天山一带,但关于天山造山运动造成的天山洋盆关闭的时间长期以来一直争议较大,主要有以下三种观点:二叠纪末至三叠纪关闭(Xiao Wenjiao et al.,2009)早石炭世末关闭(李锦轶等,2006),晚石炭世至早泥盆世关闭(Xia Linqi et al.,2008;徐学义等,2014)。下文将对天山造山运动时期各主要洋盆的构造演化分别进行叙述。
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2.5.1 乌拉尔洋构造演化
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乌拉尔洋介于东欧陆块和西伯利亚陆块之间,新元古代蛇绿岩的存在,表明此时已经出现洋盆,而寒武纪沉积与新元古代地层之间的整合关系,表明新元古代的洋盆一直持续到寒武纪,也就是说,萨拉伊尔运动并没有波及到乌拉尔洋。洋盆的向东俯冲作用从新元古代(晚期)开始一直持续到志留纪末,个别地段持续到中泥盆世末。俯冲作用形成时代为新元古代晚期到中泥盆世的俯冲增生杂岩带。该杂岩带含新元古代蛇绿岩(可能属于新元古代晚期)、寒武纪—奥陶纪蛇绿岩和奥陶纪蛇绿岩(Savelieva,2002;Belova et al.,2010;Batanova et al.,2011; Shmelev et al.,2011; Pirajno et al.,2020; Xiong Fahui et al.,2020),此外,还含有新元古代到早古生代不同时期的基性杂岩、时代为太古宙、中新太古代及古元古代的结晶基底构造岩块、晚泥盆世以前不同时期的花岗岩类构造岩块、蓝闪石片岩、以基质产出的远洋深海浊积岩及硅质岩构造岩块等。俯冲增生杂岩带内还可以见到晚志留世与早中泥盆世呈连续沉积,而在俯冲增生杂岩带靠近东欧陆块的边缘部分,还可以见到晚泥盆世—石炭纪沉积超覆不整合在新元古代早中期(Pt31-3)的地层之上,晚泥盆世—早石炭世沉积不整合在晚寒武世—志留纪(Є4S)地层之上,二叠纪沉积则与石炭纪沉积呈整合关系。由于后期构造的改造作用,与俯冲增生杂岩带伴生的弧盆系已经被西西伯利亚盆地所掩覆,仅在俯冲增生杂岩带以西的东欧陆块东缘保留有这一时期的被动陆缘沉积。
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晚泥盆世的不整合及被动陆缘出现的同一时代超覆不整合,表明结束洋盆并发生陆—陆碰撞造山运动出现在晚泥盆世初期。
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2.5.2 阿赖洋构造演化
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位于克孜勒库姆陆块和卡拉库姆陆块之间的洋盆称作阿赖洋,向东延伸与吉尔吉斯斯坦境内的南天山洋盆相连。阿赖洋的保存可以见证洋盆存在的地质记录是志留纪—泥盆纪超镁铁质岩、泥盆纪超镁铁质岩和石炭纪蛇绿岩或超镁铁质岩,这些超镁铁质岩可能是蛇绿岩套的残片(Буртман,1977)。若如此,则阿赖洋盆俯冲作用可能开始于志留纪,终止于石炭纪末。形成的俯冲增生杂岩带中,除了超镁铁质岩残块以外,还包含有早古生代及泥盆纪—石炭纪大量的细碎屑岩沉积(可能大部分属于远洋深海相浊流沉积)。此外,构造卷入的中新元古代变质岩构造岩块及古元古代结晶基底岩系的构造岩块。新元古代晚期(Pt33)同寒武纪呈连续沉积,所有卷入俯冲增生杂岩带的新元古代晚期到石炭纪沉积都属于被动陆缘—深水斜坡—深海沉积。与俯冲增生杂岩带伴生的处于活动陆缘的弧盆系未曾出露,可能被克孜勒库姆中新生代沉积盆地所掩覆。该俯冲增生杂岩带是一个巨大的金矿成矿带(李宝强等,2014),其成矿作用除了活跃于俯冲增生杂岩带的流体以外,深海(远洋)浊流沉积所形成的细碎屑岩也为金元素的成矿提供了物质来源。
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2.5.3 南天山洋构造演化
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本文所指的南天山洋包括中国新疆境内和吉尔吉斯境内的南天山洋及其费尔干纳右行走滑断裂带以西的西延部分(图6),继续西延则与上述阿赖洋相贯通。在吉尔吉斯斯坦境内,南天山俯冲增生杂岩带中含志留纪—泥盆纪蛇绿岩残块、时代为400~460 Ma的蓝闪石片岩(Dobretsov and Sobolev,1984)、晚寒武世-泥盆纪的远洋深海浊流沉积以及古老的变质基底岩系的构造岩块(王斌等,2016)。据此,可以认为吉尔吉斯斯坦境内的南天山洋的向北俯冲作用开始于460 Ma,终止于中泥盆世末。晚泥盆世法门期,磨拉石已经不整合覆盖在下伏古老的地质体之上(Burtman,2008;Hegner et al.,2010)。由此可见,吉尔吉斯斯坦境内的南天山洋已经在中泥盆世末关闭。晚泥盆世法门期磨拉石建造代表造山期后大陆地壳伸展动力学背景之下的沉积建造组合。
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中国新疆境内的南天山洋与吉尔吉斯斯坦境内的南天山洋相贯通,在构造演化上具有大致相同的经历。南天山俯冲增生杂岩带中所含的蛇绿岩有:那拉提-长阿乌子蛇绿混杂岩、古洛沟蛇绿混杂岩、乌瓦门蛇绿混杂岩、拱拜子蛇绿混杂岩和库米什蛇绿混杂岩(董云鹏等,2005;龙灵利等,2006;张成立等,2006;马中平等,2007;王超等,2007;Wang Qingchen et al.,2010;Han Baofu et al.,2010;牛晓露等,2015;李智佩等,2020)。郝杰和刘小汉(1993)曾对那拉提-长阿乌子蛇绿混杂岩中的辉长岩进行同位素测年,获得439.4±26.9 Ma年龄数据。其中所含的蓝闪石片岩的时代,据汤耀庆等(1995)对哈尔克山北坡穹库什台一带的石榴白云母蓝闪石片岩中分离出多硅白云母,测得其40Ar/39Ar坪年龄为415.37±2.27 Ma,等时线年龄为419.02±3.92 Ma。俯冲增生杂岩带中除了蛇绿混杂岩和蓝闪石片岩以外,还有榴辉岩构造岩块、远洋深海浊积岩构造岩块、岛弧火山岩岩块、碳酸盐岩构岩块及古老的变质基底岩系的构造岩块等(Gao Jun and Klemd,2003;张立飞等,2005,2008;舒良树等,2007;龚庭楠等,2023)。据此可以认为,新疆境内的南天山洋于439 Ma开始俯冲,直到泥盆纪末结束。下石炭统甘草湖组不整合在下伏较老的地质体之上(王立社等,2005),表明南天山洋的终结和新的造山期后大陆地壳伸展阶段的开始。与俯冲增生杂岩带相伴出现的弧盆系出现在中天山南缘,表现为岩浆弧和陆缘弧,陆缘弧由上志留统巴音布鲁克组(S3-4b)火山岩构成。俯冲增生杂岩带南侧则为被动陆缘的外陆棚沉积建造组合,时代从晚奥陶世一直到晚泥盆世(李锦轶等,2006;李荣社等,2016)。
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图6 中国新疆和吉尔吉斯斯坦境内南天山俯冲增生杂岩带的空间展布略图(据冯益民等,2022修改)
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Fig.6 Schematic map of the spatial distribution of the southern Tianshan subduction-accretion complex belt in Xinjiang, China, and Kyrgyzstan (modified from Feng Yimin et al., 2022)
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①—奈曼-阿尔巴什-伊尼尔契克-南天山缝合带;②—贾拉伊尔蛇绿混杂岩带;③—冰大坂-米什沟蛇绿混杂岩带;A—铁列买提陆缘小洋盆;B—阔克萨勒岭陆缘小洋盆;C—吉根陆缘小洋盆;Ff—费尔干纳走滑断裂带;Fb—卡拉塔什-乌恰走滑盆地
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①—Naiman-Arbash-Inylchek-southern Tianshan suture zone; ②—Jaraid ophiolitic mélange belt; ③—Bingtas-Mishigou ophiolitic mélange belt; A—Tileimaiti marginal oceanic basin; B—Kuokesal ridge marginal oceanic basin; C—Jigen marginal oceanic basin; Ff—Fergana strike-slip fault zone; Fb—Karatash-Wuqia strike-slip basin
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值得关注的是南天山洋俯冲作用及滞后造成的弧后地域构造格局的演变。奥陶纪的俯冲作用在弧后地带形成三个洋盆:其一是唐巴勒洋,存在时限为寒武纪到奥陶纪,志留纪已经出现相当于前陆盆地沉积的碎屑岩组合,表明志留纪末洋盆已经关闭;其二是冰大坂-米什沟弧后洋盆,该洋盆仅存于晚奥陶世,志留纪在其南侧出现前陆盆地沉积建造组合(朱宝清等,2002),志留纪末该洋盆关闭;其三则是沿谢米斯台一带形成弧后洋盆及岛弧,弧盆系存在的时限仅限于早中志留世(孟磊等,2010;Shen Ping et al.,2012;翁凯等,2018)。此后,泥盆纪—石炭纪的滞后俯冲则在广阔的弧后地域形成一系列弧后洋盆,如西准噶尔的达拉布特弧后洋、卡拉麦里弧后洋、依连哈比尔尕山弧后洋及康古尔塔格弧后洋,这些弧后洋盆存在时限都较短暂,如前两者仅限于泥盆纪,而后两者则仅限于石炭纪。滞后俯冲在额尔齐斯一带则表现为弧后洋盆叠加在早期洋盆之上(额尔齐斯洋构造演化将在下面论述)。除此而外,新疆境内南天山洋的俯冲在被动陆缘上还造成陆缘地带局部拉张伸展,并形成陆缘小洋盆。从西到东为:存在时限为晚志留世到中泥盆世的吉根陆缘小洋盆、早中泥盆世的阔克萨勒岭陆缘小洋盆和晚志留世—早泥盆世的铁力买提陆缘小洋盆(孟勇等,2023)。
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2.5.4 红柳河-洗肠井洋构造演化
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红柳河-洗肠井洋盆被视为南天山洋盆的东延部分(徐学义等,2014;潘桂棠等,2016),隔且末-罗布泊走滑断裂带与南天山洋相连。该洋盆向北的俯冲作用开始于南华纪,形成南华纪—志留纪的俯冲增生杂岩带,该杂岩带中含南华纪—寒武纪的马鬃山混杂岩(NhЄMm)、奥陶纪—志留纪牛圈子混杂岩(OSNm)、洋岛海山沉积建造组合、海山斜坡相角砾岩、远洋深海相浊积岩及古老的变质基底岩系构造岩块(任秉琛等,2001;Wang Qingchen et al.,2010;杨合群等,2010;武鹏等,2012;郑荣国等,2012; Cleven et al.,2015;孙立新等,2017;Shi Yurou et al.,2018;Wang Shengdong et al.,2018)。在空间位置上,该杂岩带北部是奥陶纪—志留纪岛弧及弧间小洋盆,如晚奥陶世的小黄山弧间小洋盆,更北到雀儿山一带则出现志留纪的弧后盆地沉积建造组合;南侧是由志留系碎石山组(Ss)和中下泥盆统三个井组(D1-2s)构成的前陆盆地。除此而外,俯冲作用还在被动陆缘一侧的花牛山一带造成晚奥陶世陆缘裂谷,该裂谷由奥陶系花牛山群(OH)构成。上泥盆统敦敦山组(D3d)不整合在下伏地质体之上,表明该洋盆终结于中泥盆世末,晚泥盆世火山-沉积组合表明大陆动力学已经从挤压转变为伸展(冯益民等,2022;Meng Yong et al.,2023)。
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2.5.5 额尔齐斯洋构造演化
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额尔齐斯洋向西延伸到斋桑泊一带,向东延伸到南蒙古,构成了一条跨国的大洋盆地。在斋桑泊一带,俯冲增生杂岩带西延部分的查尔斯克蛇绿岩带中含有退变质的榴辉岩岩块,其K-Ar同位素年龄为477~545 Ma(何国琦和李茂松,2000),表明斋桑-额尔齐斯俯冲增生杂岩带从新元古代晚期(文德纪或震旦纪)已经开始俯冲。向东延伸部分的南蒙古蛇绿混杂岩时代为晚志留世—早泥盆世。在中国新疆境内俯冲作用导致阿尔泰地块之上形成奥陶纪—志留纪弧后盆地沉积建造组合(许继峰等,2001),而阿尔泰地块南缘的早中泥盆世陆缘弧表明,俯冲作用一直持续到此时,397±3 Ma的变质事件(Zhang Jinrui et al.,2023)和上泥盆统齐也组(D3q)不整合在下伏地质体之上(冯益民等,2022; 孟贵祥等,2022),都表明额尔齐斯洋盆已经终结,哈萨克斯坦联合陆块已经拼接在增生扩大了的西伯利亚陆块南缘。
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3 讨论
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3.1 多陆(地)块-小洋盆构造格局
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对造山系中一些造山带的研究似乎说明,这些造山带基本上都是由多陆(地)块小洋盆通过增生造山作用完成洋陆转换,使裂离的小陆块拼贴在克拉通边缘。而且,这些小洋盆基本上不具有生物的隔绝作用,在蛇绿岩记录上甚至没有保留典型的MORB蛇绿岩,这种蛇绿岩中含有二辉橄榄岩和由橄长岩及长橄岩组成的火成堆晶岩。
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然而,一个不容忽视的现象是,由多岛弧盆系转化而成的造山系实际上具有生物地理区的隔绝作用。例如,由古亚洲洋经过数次增生造山作用和最终的碰撞造山作用转化成中亚造山区(国际上称作中亚造山带(CAOB)),这个造山区北侧是西伯利亚生物地理区;南侧是华北生物地理区;而造山区内的乌拉尔-天山-兴蒙造山系中的洋盆残迹所构成的俯冲增生杂岩带则被视为两大生物地理区的分界线,在中国境内西段是南天山-洗肠井缝合带;东段是贺根山-黑河缝合带。
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地质历史时期数次的超大陆裂解作用造就了多陆(地)块洋盆的复杂洋陆构造格局。不同历史时期的超大陆复原图均记录了多陆(地)块小洋盆和大型陆块及广阔大洋盆地共存的洋陆构造格局(李江海等,2015)。以现今全球洋陆格局来看,既在西太平洋和印度洋北缘靠近欧亚大陆一带存在着多陆(地)块小洋盆,同样也存在着广阔浩瀚的大洋盆地和大型的陆块,诸如欧亚大陆、非洲大陆、北美和南美大陆、南极洲大陆以及澳大利亚大陆,构成了极复杂的全球洋陆格局。
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3.2 关于哈萨克斯坦造山运动、加里东造山运动和天山造山运动
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哈萨克斯坦造山运动、加里东造山运动和天山造山运动终止时间不同:哈萨克斯坦造山运动终止于中晚奥陶世,形成哈萨克斯坦联合地块,其上除了个别地域外(如中国新疆境内的谢米斯台一带),志留纪普遍出现陆表海碎屑岩的广泛沉积;出现在昆祁秦多陆块洋体系的加里东造山运动(前人曾称作“祁连运动”)则基本终止于中泥盆世或晚泥盆世之前(董云鹏等(2022)被认为是原特提斯洋主体的昆仑洋俯冲至早三叠世),昆祁秦多陆块洋盆中的诸多地块,如西昆中地块、阿中地块、中祁连地块、南祁连地块、东昆中地块、西秦岭联合地块、秦岭地块以及上扬子陆块几乎在同一时间——中泥盆世或晚泥盆世之前拼贴在中轴大陆块区南缘,形成中轴大陆块区南缘的增生造山带;天山造山运动虽然终止于晚泥盆世,但是,南天山洋盆的俯冲作用造成了广阔的弧后地带的弧后伸展扩张,形成一系列弧后小洋盆,如奥陶纪唐巴勒洋、晚奥陶世冰大坂-米什沟洋、早中志留世的谢米斯台洋、泥盆纪达拉布特洋和卡拉麦里洋,而洋盆的滞后俯冲作用则形成了石炭纪依连哈比尔尕山洋、康古尔塔格洋和红石山洋,从而改变了广阔的弧后地域的构造格局(冯益民等,2022)。
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由此可见,到了晚泥盆世,古亚洲洋构造域在同一个大陆动力学支配下,基本结束了从新元古代晚期以来的多陆(地)块洋盆的构造格局,除了一些裂谷和小洋盆以外,基本上进入到大陆板内构造演化阶段,其特征是:造山带剥蚀夷平之后,普遍出现陆表海沉积,此后才开始真正的陆内构造演化阶段。此后的多陆(地)块洋盆体系主要出现在特提斯构造域。
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值得一提的是,出现在图瓦地块和西伯利亚克拉通之间的贝加尔造山运动和蒙古湖区的萨拉伊尔造山运动表现为增生造山,而此后的哈萨克斯坦造山运动则表现为诸多地块几乎在同一时间拼合在一起,形成联合地块,并没有直接拼贴在增生的西伯利亚大陆块南缘。因此,有别于一般意义上的增生造山。天山造山运动实际上是一次不完整的增生造山运动,因为滞后俯冲作用造成的石炭纪小洋盆还在活动。
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3.3 加里东造山运动响应
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加里东造山运动所波及的地域内诸多洋盆构造演化的地质记录表明:
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(1)洋盆的俯冲作用基本上从寒武纪开始,个别开始较早一些,大致从新元古代晚期开始俯冲,俯冲作用一致性持续到志留纪末结束,个别持续到中泥盆世。
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(2)洋盆的俯冲作用除了形成俯冲增生杂岩带以外,还伴随着弧盆系的形成,个别洋盆还出现弧后扩张,形成弧后扩张小洋盆。
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(3)昆祁秦大洋体系(含境外兴都库什洋)的加里东弧陆碰撞造山作用使多陆块洋盆中诸多洋盆消亡,并使诸多地块拼接在中轴大陆块区南缘,造成中轴大陆块区南缘出现昆祁秦增生造山系(图4)。
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(4)弧陆碰撞造山作用实质上是一种增生造山作用,在昆祁秦大洋体系内诸多地块之间的小洋盆几乎同时消亡,也就是说诸多小地块之间,以及这些小地块同中轴大陆块之间的拼接几乎在同一地质时期完成。
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(5)弧陆碰撞造山作用的资源效应。弧陆碰撞造山所形成的俯冲增生杂岩带几乎聚集了大洋板块活动的全部地质记录,其中的蛇绿岩类富集铬、镍、钴、铂,远洋深海浊积岩类含铁锰硅质岩,并且富集金元素,所有这些为富集成矿提供了物质基础。由于俯冲增生杂岩带普遍遭受强烈的透入性构造页理化,是流体易于活动的理想通道,因此,俯冲增生杂岩带成为铬、镍、钴、铂、金、锰成矿的有利地带。岛弧火山岩则是铜、铅、锌多金属矿富集的有利场所。岩浆弧除了铜、铅、锌多金属外,还是钨、钼、锡矿产的有利富集地域。弧后盆地有时由沉积型铅、锌富集成矿,而在弧后扩张小洋盆中则同样可以形成铜多金属的富集成矿。
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由于造山运动的不等时性,中亚哈萨克斯坦地区晚奥陶世沉积不整合在造山带物质之上;在伊塞克地块南部,晚泥盆世法门期沉积不整合在造山带物质之上;在准噶尔地块一带,早志留世浅海相碎屑沉积不整合在造山物质之上;而在昆祁秦造山系则中晚泥盆世沉积不整合在造山带物质之上。
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3.4 天山-兴蒙造山系的范围和构造演化
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从构造旋回或增生造山作用的观点来讲,阿尔泰陆块应该是萨彦-额尔古纳造山系的组成部分,这个陆块是在萨拉伊尔造山运动中,随着蒙古湖区洋盆的关闭,与额尔古纳地块一起拼贴在图瓦陆块南缘,从而形成萨彦-额尔古纳造山系。潘桂棠等(2016)将阿尔泰划归阿尔泰-兴蒙造山带显然不太恰当。因此,天山-兴蒙造山系或乌拉尔-天山-兴蒙造山系不应包含阿尔泰陆块在内。天山-兴蒙造山系在研究范围内的北界应该是斋桑-额尔齐斯俯冲增生杂岩带(含该俯冲增生杂岩带),其南界应该是乌拉尔-南天山-洗肠井俯冲增生杂岩带(含该俯冲增生杂岩带)。该造山系以西及以南地域,自西而东分别是东欧克拉通、卡拉库姆准地台、塔里木准地台、敦煌陆块和阿拉善陆块。
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对于天山-兴蒙造山系的构造演化同样存在争议。对于造山系前身天山-兴蒙洋的开启时间基本上无大的差异,认为是全球Rodinia超大陆裂解事件所致,夏林圻等(2002)认为库鲁克塔格南华纪—震旦纪双峰式火山岩标志着天山-兴蒙洋开启的前兆,而这一时期,也正对应着Rodinia超大陆裂解的时期。然而,在洋盆关闭的时间上却存在着相当大的差异:① 潘桂棠等(2016)认为天山-兴蒙洋盆西段在泥盆纪末关闭,东段兴蒙一带则延续到二叠纪关闭;② 张允平等(2010)则认为上志留统西别河组具有与欧洲老红色砂岩类似的区域构造学意义,是加里东造山运动在兴蒙地区的表征,标志着兴蒙洋盆的终结,此后则处于一种裂谷状况;③ 陈隽璐等(2021)基于对新疆北部地区的地质构造调查研究,认为石炭纪—二叠纪岩浆岩普遍存在着Nd元素异常,有别于弧岩浆作用形成的岩浆岩,代表后造山阶段以裂谷作用为主形成的岩浆岩组合,其结论是:石炭纪—二叠纪是新疆北部裂谷和小洋盆并存的地质时期;④ 本文认为,新疆北部小洋盆和裂谷并存的构造格局与南天山洋盆的俯冲和滞后俯冲作用相关,此类俯冲作用导致广阔的弧后地区伸展,沿地壳薄弱地带形成裂谷,拉伸强烈地带则出现所谓“红海式洋盆”。整个天山-兴蒙造山系这一时期的岩浆岩有待更深入的岩石学和岩石地球化学研究。
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4 结论
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(1)古亚洲洋构造域中西段新元古代晚期至晚泥盆世发生了5期构造运动:贝加尔造山运动、萨拉伊尔(兴凯)造山运动、哈萨克斯坦造山运动、加里东造山运动和天山造山运动。
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(2)发生在新元古代晚期的贝加尔造山运动造成贝加尔洋盆关闭,使图瓦地块和阿巴坎地块拼接到西伯利亚克拉通南缘,表现为增生造山。
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(3)发生在早寒武世末的萨拉伊尔造山运动造成蒙古湖区洋盆关闭,使阿尔泰地块和南蒙古地块先后拼贴在西伯利亚克拉通南缘,形成萨彦-额尔古纳增生造山系,也属于增生造山运动。
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(4)发生在中奥陶世—晚奥陶世的哈萨克斯坦造山运动使科克切塔夫地块、斋桑地块、克孜勒库姆地块、巴尔喀什-伊犁地块、伊塞克地块、中天山地块及准噶尔地块之间的洋盆闭合,形成哈萨克斯坦联合陆块。
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(5)发生在志留纪末(东西昆仑则持续到中泥盆世末)的加里东造山运动使阿中地块、中祁连地块、南祁连地块、柴达木地块、西秦岭联合地块、秦岭地块和上扬子陆块之间的洋盆闭合,各地块拼贴在中轴大陆块区南缘,造成中轴大陆块区南缘大陆增生。
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(6)发生在中泥盆世末—晚泥盆世的天山造山运动造成天山洋盆关闭,使中轴大陆块区中西段与扩大后的西伯利亚陆块拼接在一起。
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致谢:谨以此文敬贺任纪舜先生九十岁诞辰!本文在撰写过程中得到任纪舜院士、牛宝贵研究员、赵磊研究员、徐芹芹副研究员、计文化研究员、李向民研究员的悉心指导,两位匿名评审人提出了宝贵的意见和建议,在此深表感谢!
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参考文献
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摘要
古亚洲洋构造域是由东欧克拉通和西伯利亚克拉通南侧的沟弧盆系统、主洋盆系统和卡拉库姆-塔里木-华北克拉通北侧的大陆边缘系统组成的复合型造山带,其动力学体系波及范围涉及萨彦-额尔古纳造山系、乌拉尔-天山-兴蒙造山系,昆仑-祁连-秦岭造山系等,这一地域保存了新元古代晚期到泥盆纪造山过程的丰富信息,是研究古亚洲洋演化的重要窗口。本文以古亚洲洋动力学体系波及范围的中西段为研究对象,在总结前人研究成果的基础上,将新元古代晚期至晚泥盆世的构造运动划分为贝加尔造山运动、萨拉伊尔(兴凯)造山运动、哈萨克斯坦造山运动、加里东造山运动和天山造山运动:① 贝加尔造山运动使图瓦地块和阿巴坎地块拼接到西伯利亚克拉通南缘,表现为增生造山;② 萨拉伊尔造山运动使阿尔泰地块和南蒙古地块先后拼贴在西伯利亚克拉通南缘,形成萨彦-额尔古纳增生造山系,也属于增生造山运动;③ 出现在中奥陶世—晚奥陶世的哈萨克斯坦造山运动使科克切塔夫地块、斋桑地块、克孜勒库姆地块、巴尔喀什-伊犁地块、伊塞克地块、中天山地块及准噶尔地块之间的洋盆封闭,形成哈萨克斯坦联合陆块;④ 发生在志留纪末(东西昆仑则持续到中泥盆世末期的加里东造山运动使阿中地块、中祁连地块、南祁连地块、柴达木地块、西秦岭联合地块、秦岭地块和上扬子陆块拼贴在中轴大陆块区南缘,造成中轴大陆块区南缘大陆增生;⑤发生在中泥盆世末—晚泥盆世的天山造山运动使中轴大陆块区中西段与扩大后的西伯利亚陆块拼接在一起。本研究加深了对古亚洲洋复杂构造历史的理解及对区域地质的影响。
Abstract
The Paleo-Asian Ocean tectonic domain represents a composite orogenic belt encompassing accretionary arc-basin systems south of the East European Craton, the primary oceanic basin, and the continental margin system north of the Karakum-Tarim-North China Craton. This dynamic system hosts significant orogenic systems, including the Sayans-Erguna, Ural-Tianshan-Xingmeng, and Kunlun-Qilian-Qinling orogenic systems. The region preserves valuable geological records of orogenic processes from the late Neoproterozoic to the Devonian, providing critical insights into the evolution of the Paleo-Asian Ocean. This paper focuses on the central-western segment of the Paleo-Asian Ocean's dynamic system. It synthesizes previous research findings and categorizes tectonic movements from the late Neoproterozoic to thelate Devonian into five key orogenic events: ① The Baikal orogeny, which facilitated the assembly of the Tuva and Abakan blocks onto the southern margin of the Siberian Craton, characterized by accretionary processes. ② The Sayan-Erguna orogeny, marked by the successive attachment of the Altai and South Mongolia blocks to the southern margin of the Siberian Craton, resulting in the formation of the Sayans-Erguna accretionary orogenic system. ③ The Kazakhstan orogeny, occurring during the Middle to Late Ordovician, which led to the closure of the oceanic basin between the Kokchetav, Zaisan, Kyzylkum, Balkhash-Ili, Issyk, central Tianshan, and Dzungarian blocks, ultimately forming the Kazakhstan united landmass. ④ The Caledonian orogeny, which took place at the end of the Silurian (continuing in the eastern and western Kunlun until the end of the Middle Devonian), resulted in the assembly of the Azhong, central Qilian, South Qilian, Qaidam, West Qinling united, Qinling, and Upper Yangtze blocks onto the southern margin of the central continental block area, contributing to continental accretion. ⑤ The Tianshan orogeny, occurring from the end of the Middle Devonian to the Late Devonian, which connected the central-western segment of the central continental block area with the expanded Siberian landmass. This study enhances our understanding of the complex tectonic history of the Paleo-Asian Ocean and its implications for regional geology.