库车盆地白垩系碎屑白云母物源区示踪与构造意义

沉积盆地碎屑岩记录了相邻造山带构造演化及隆升剥蚀的重要信息。本文对库车盆地白垩系砂岩中的白云母进行了电子探针及~(40)Ar/~(39)Ar定年分析,并与天山造山带的数据对比研究表明:库车盆地白垩系砂岩中白云母为多硅白云母,硅原子数小于西南天山蓝片岩及榴辉岩中的多硅白云母,形成时的压力低于目前保留在西南天山蓝片岩中多硅白云母;白垩系砂岩多硅白云母~(40)Ar/~(39)Ar年龄为396.6 Ma,与在低温高压变质带中获得的多硅白云母~(40)Ar/~(39)Ar年龄419~310Ma一致,表明了在白垩纪西南天山低温高压变质岩带已抬升至地表遭受剥蚀,为库车盆地提供大量的物质,也表明了在白垩纪西南天山低温高压变质岩带高度(海拔)高于其南部的哈尔克山,而现今天山地貌形态显示低温高压变质岩海拔低于哈尔克山,这可能是由于新生代天山地区差异隆升剥蚀引起的。     

江汉盆地东部早中生代沉积地层碎屑云母成分:对大别高压-超高压岩石暴露作用的约束

碎屑白云母是碎屑岩中常见的、来自源区的稳定成分,可以用来指示源区性质,多硅白云母是碰撞造山高压-超高压变质岩石的特征矿物。对大别造山带同造山期沉积而成的江汉盆地东部上三叠统-中侏罗统砂岩碎屑白云母化学成分研究表明:上三叠统该区地层砂岩中碎屑白云母多以低硅白云母(Si<3.2)为特征,暗示此时大别造山带高压-超高压岩石很可能没有出露地表;自下侏罗统开始,砂岩中碎屑白云母中多硅白云母(Si>3.3)大量出现,中侏罗统砂岩多硅和低硅白云母发育,表明大别高压-超高压岩石在早侏罗世即已出露地表并经剥蚀搬运至盆地。这一结果从沉积学角度为约束高压-超高压岩石的折返时序和大别造山带演化提供了新的资料。     

大别山及邻区侏罗和石炭纪时期盆-山耦合：来自沉积记录的认识

侏罗纪时期大别造山带是合肥盆地的物源区。因此通过盆地中的沉积记录可以了解该造山带的地质演化,并重建造山带的古地理面貌。在合肥盆地最古老的中生代地层中(防虎山组,J_1),底部的沉积物源区主要为华北陆块早古生代和吕梁期(1700～1900Ma)的岩石。但是,从防虎山组沉积早-中期开始直至晚侏罗世,来自俯冲的扬子陆块折返的物质则构成为大别山的主体。防虎山组地层含高 Si 含量的碎屑多硅白云母和三叠纪年龄的锆石,三叠纪年龄的锆石含超高压(UHP)矿物包裹体,证明扬子大陆深俯冲(至地幔)的物质在早侏罗世时期已出露至大别山地表。高压-超高压的变质岩广泛分布於中-晚侏罗世时期东-中部的大别山,但向西逐渐消失。大别山北缘石炭系沉积岩的微量元素组成特征强烈指示它们应来源於一个被剥蚀的大陆岛弧。其碎屑锆石年龄结构主要由具有秦岭和二郎坪群特征(400～480Ma)的岩石组成、因此,大别山北缘石炭纪沉积主要来源于华北大陆南缘相当於秦岭和二郎坪群的岩石,物源区在早古生代时期曾经历过与秦岭造山带相似的岛弧构造环境的演化。大别山北缘晚石炭世沉积物中高 Si 含量碎屑多硅白云母的发现指示其沉积物源区可能出露有高压-超高压的变质岩。     

造山带隆起剥蚀过程与沉积记录

大别山造山带是中生代碰撞造山作用的产物,其隆起过程中形成了合肥盆地。本文对合肥盆地侏罗系碎屑岩进行了成分分析,发现砾岩中有两类榴辉岩,一类为高压变质榴辉岩,另一类为超高压变质榴辉岩。对砂岩中碎屑白云母的成分分析表明,指示高压变质作用的多硅白云母在较低层位已大量出现。重建的碎屑物注入顺序为:非超高压变质岩—高压变质岩—超高压变质岩。结合变质岩石学研究和地球物理观测资料重建的大别山造山带内部结构,可进一步重建大别山的剥蚀历史:大别山造山带最先(三尖铺组沉积初期)受到剥蚀的是非超高压变质的片岩、片麻岩及大理岩,高压变质岩折返到地表受到剥蚀不晚于中侏罗世初期(三尖铺组沉积早期),而超高压变质岩折返到地表经受剥蚀的时间稍早于中侏罗世中期(凤凰台组沉积初期)。天山是典型的陆内造山带,其隆起是新生代以来印度板块与欧亚板块碰撞的一种远程效应。本文对天山发育的花岗岩磷灰石裂变径迹分析,并对南侧的塔里木盆地北部古近系及新近系沉积岩进行了碎屑岩物源分析,在新的磁性地层学格架中讨论了天山的隆起剥蚀历史。砾石组分的突然变化发生在75~35 Ma,26~17 Ma和12~8 Ma间,从中天山物源区逐渐变为南天山物源区,12 Ma后变为以南天山为主要物源区。砂岩及重矿物组分变化表明,物源在124 Ma、26(~24)Ma及15(~12)Ma时发生过变化。磷灰石裂变径迹则进一步揭示了天山的3阶段差异性隆起历史:天山的早期隆起发生在124~80 Ma间,从中天山和南天山的交界处开始并向南扩展;第二次隆起发生在大约100~60 Ma间,从中天山开始向南扩展;第三次隆起从大约50 Ma开始,并向北南两侧扩展,至大约30 Ma时扩展到北天山,约20 Ma时扩展至南天山;其后,南天山在15(~12)Ma时发生了独立的隆起事件。本文的两个研究实例表明,盆地的充填符合计算机数据结构的堆栈过程,但造山带的隆起剥蚀却会出现明显的差异性。不能简单地说造山带的剥蚀和盆地的充填具镜像对称关系,这有可能导致错误的认识,一定要具体事例具体分析。     

大别高压—超高压变质岩剥露历史在合肥盆地的记录

位于大别造山带北部的合肥盆地,其中的沉积是造山带剥露历史的重要记录。自生伊利石K—Ar测年,证实了合肥盆地中部安参1井自上而下钻遇了下白垩统,上、中、下侏罗统,下二叠统和上石炭统地层,下伏为奥陶系。中生界砂岩碎屑组分分析,表明其源区为大别造山带。安参1井内下二叠统砂岩不含造山带来源的碎屑多硅白云母。自下侏罗统至下白垩统,钻遇的砂岩中连续出现了丰富的碎屑多硅白云母(Si>3．3)。这不但指示大别造山带是合肥盆地的主要物源区,也限定了大别高压—超高压变质岩在早侏罗世早期就已经剥露地表．继而连续出露。     

合肥盆地早侏罗世防虎山组沉积岩碎屑锆石的矿物包裹体及内部结构

防虎山组的下部砂岩地层是合肥盆地最古老的中生代沉积地层,在样品FH4中选出了碎屑锆石,通过显微激光拉曼光谱、电子探针的研究发现,锆石中含有柯石英、绿辉石、多硅白云母等典型的高压-超高压(HP-UHP)矿物包裹体、熔体玻璃包裹体以及磷灰石、石英、斜长石、白云母等矿物包裹体。结合阴极发光图像所揭示的锆石内部结构的分析以及锆石的微区测年数据,对碎屑锆石的物源进行了讨论。HP-UHP矿物包裹体在具有三叠纪年龄的变质碎屑锆石中的发现,进一步证明大别造山带高压-超高压岩石在早侏罗世时期已经出露地表并为合肥盆地提供了重要物源;碎屑锆石内部结构及成因的多样性表明当时作为源区的大别造山带岩石的复杂性。     

高压—超高压岩石对合肥盆地侏罗系沉积的贡献

合肥盆地侏罗系沉积包括防虎山组、三尖铺组、周公山组和凤凰台组。上述地层中砂岩普遍产出碎屑白云母，而且几乎都为多硅白云母，Si原子数多从3．3至3．6（p.f.u），表明大别造山带高压－超高压变质岩石是合肥盆地沉积的重要物源。由於防虎山组地层沉积於早侏罗世，该地层中碎屑多硅白云母的新发现表明大别造山带高压－超高压岩石在早侏罗世时期已经出露地表。     

准噶尔盆地南缘侏罗系碎屑成分特征及其对构造属性、盆山格局的指示意义

砂岩碎屑成分分析是进行沉积物源岩石类型、构造属性和盆山演化分析的重要途径。准噶尔盆地南缘侏罗系物源构造属性以“再旋回造山带”、“弧造山带”和部分“岩浆弧”物源为特征,物源岩石类型主要为中酸性岩浆岩、变质岩和沉积岩,岩石成分、重矿物含量及其组合显示东、西剖面在物源上存在一定差异。天山内部侏罗系物源构造属性以“再旋回造山带”、“混合造山带”为主,物源岩石类型主要为中酸性岩浆岩和变质岩,但各剖面的岩石成分、重矿物组合特征及相对含量差异较大。综合天山内部与准噶尔盆地南缘野外剖面沉积特征、岩屑成分及钻井岩心分析表明,天山地区早、中侏罗世盆山格局以盆地沉积范围大、天山正地形较小为特征,不存在地理分割明显的天山山脉,侏罗纪盆地南缘至少存在三个物源体系(西准噶尔山、克拉麦里山和(古)天山)；晚侏罗世一早白垩世早期,岩石成分成熟度偏低,砾岩等粗碎屑沉积明显增多,同时不稳定重矿物及其组合稍有增加可能与晚侏罗世天山构造格局分异、构造活动相对活跃有关,天山山脉明显隆升并造就天山南北沉积环境的巨大差异。     

库车坳陷北缘早白垩世源区特征:来自盆地碎屑锆石U-Pb年龄的信息

通过对下白垩统亚格列木组79颗碎屑锆石的LA-ICP-MS U-Pb微区定年分析,结果表明该时期库车坳陷的物源年龄构成复杂,主要集中在427～389 Ma,379～339 Ma、321～283 Ma,266～239 Ma,162～150 Ma五组及前寒武纪基底年龄.结合对潜在的物源区天山造山带岩石属性、年龄构成调研以及以往盆地碎屑组分、重矿物研究成果,作者认为早白垩世时期库车坳陷北缘物源受南天山皱褶带和伊犁-中天山弧造山带源区共同控制,即南天山、塔里木北缘的南天山花岗岩-碱性岩带,伊犁-中天山(包括中天山南缘断裂的古生代花岗岩-火山岩带)均为潜在的物源.并且,前寒武纪基底年龄的发现反映源区剥露程度较深,天山造山带可能存在元古代-太古代结晶基底,但对此类锆石的成因机理尚需进一步研究.另外,碎屑锆石年龄162～150 Ma暗示了天山地区可能存在晚侏罗世岩浆活动,但有待进一步的证实.     

库车坳陷中-新生界碎屑组分对物源类型及其构造属性的指示

沉积物源分析是认识盆山演化的重要途径.天山南麓库车坳陷不同剖面的砾岩碎屑、砂岩骨架颗粒、碎屑重矿物组分显示,它们的成熟度及演变时限总体可以类比,表明其成因演化主要受控于物源区--(古)天山的构造活动与造山作用.对碎屑沉积记录的综合分析进一步指示,天山物源总体以"再旋回造山带"类型为特征,其演变细节包括五期:①早三叠世古天山继承石炭纪以来的构造挤压和隆升,物源岩石类型主要为沉积岩、中高级变质岩,以"碰撞造山和褶皱冲断带"及"混合造山带"类型为特征;②中三叠世-中侏罗世构造活动较弱,代表高成熟度的"锆石-金红石-电气石"重矿物组合发育,主要物源岩石类型包括变质岩和酸性火山岩,与"弧造山带"以及"混合造山带"类型关系密切;③晚侏罗世-白垩纪,天山开始新一轮的构造挤压隆升,物源岩石类型复杂;④第三纪(特别是中新世)构造挤压和隆升活动加强,稳定性极差的碎屑"角闪石-辉石"组合增多,物源组分东西分异明显,西部沉积岩相对较多,物源构造属性趋向"碰撞造山和褶皱冲断带";东部结晶岩相对较多,物源构造属性复杂或以"混合造山带"类型为特征;⑤上新世南天山强烈隆升和向南推进,与前一阶段相比沉积岩物源增多,但物源构造属性基本同上.第④⑤两个阶段砾岩层和不稳定碎屑组合的发育除受控于天山强烈隆升外,可能还与气候环境的频繁变化密切相关.     

砂岩碎屑组份变化对库车坳陷和南天山盆山演化的指示

为研究库车坳陷中-新生代物源变化与南天山构造演化的关系,对该坳陷中-新生界砂岩进行了系统取样,应用Dickinson砂岩分析方法详细研究了其沉积背景和物源变化。库车坳陷中-新生代沉积物源始终为再造山旋回带,自老到新砂岩中不稳定岩屑组份的含量有规律地变化:从三叠系到侏罗系,岩屑组份中沉积岩岩屑含量最高;白垩系中变质岩岩屑增多;新生界特别是新近系,碳酸盐岩岩屑所占的比例很大。岩屑组份的这种变化反映了天山地区隆升和剥蚀的一个历史过程。随着山脉隆升幅度和剥蚀强度的加大,古生界变质岩和碳酸盐岩逐步接受剥蚀,并在白垩纪以后成为盆地沉积物的主要物源。根据风化指数半定量计算的结果,结合前人古气候的研究成果,早-中三叠世该区沉积物风化程度低,推测此时地形高差较大;在晚三叠世至晚侏罗世该区风化程度较高,地形起伏较低;白垩纪是一个转折期,沉积物风化程度由强转变为弱,地形高差在该期也有所增大;古近纪延续了这种趋势。新近纪以后地形高差显著加大,沉积物风化程度明显降低,说明此时南天山的隆升速率和库车坳陷的沉积速率都很快,源区与沉积区的距离很近。     

碎屑重矿物分析对库车坳陷白垩—第三纪物源变化的指示

碎屑沉积是山脉隆升和盆地沉积的直接记录，包括碎屑重矿物研究在内的碎屑沉积物的分析是开展盆山耦合研究的必要手段。对库车坳陷白垩系—第三系砂岩中重矿物含量特征进行了系统的研究，并应用电子探针技术分析碎屑石榴石和钛铁矿的化学组成，研究表明库车坳陷白垩—第三系源区主要由沉积岩、变质岩和酸性火山岩组成。白垩系砂岩中的石榴石来自西南天山蓝片岩和低级变质岩的比例较大，而第三系砂岩中的石榴石中富铁铝榴石组分，多来自高级变质岩。白垩系砂岩中的钛铁矿多来自变质岩，上第三系砂岩中来自火成岩的钛铁矿比例增加。由此可以认为南天山的大规模隆升和剥蚀发生在第三纪以来，由于它的隆升遮挡了南天山北缘古生代增生杂岩体对库车坳陷的物质贡献，并且随着剥蚀的加深，高级变质岩和火成岩的出露越来越多。     

济阳盆地南缘古近系碎屑高压变质矿物的发现及其构造古地理含义

针对华北济阳盆地南缘、鲁西隆起北麓的博兴洼陷新生代沉积,通过矿物分离、显微鉴定、探针分析与计算,发现古近系孔店组和沙河街组第四段中存在确凿的碎屑蓝闪石、冻蓝闪石、多硅白云母等高压矿物.结合同层位碎屑重矿物组合与区域碰撞造山带物源的对比分析,说明上述高压矿物源于胶东地区的苏鲁造山带,而其源岩是否与俯冲洋壳的折返有关值得进一步研究.对碎屑蓝闪石等高压矿物物源进一步的讨论说明,它们极可能直接来源于苏鲁造山带,但不排除博兴洼陷同时期也接受了来自鲁西地区的剥露物质(含再旋回物源).因此,鲁西隆起-苏鲁造山带晚中生代-古近纪早期具有明显的东高西低的古地理特点,而自古近纪始新世中期45Ma左右(相当于沙河街组四段顶界年龄)古地势开始逆转.换句话说,45Ma以后鲁西隆起基本阻隔了直接来自苏鲁造山带的物源.     

准噶尔盆地南缘中-新生界碎屑成份特征与构造期次

准噶尔盆地南缘晚侏罗世-早白垩世早期、晚白垩世及晚新生代发育的近源粗碎屑沉积显示构造活动的存在。野外剖面及镜下碎屑成份统计表明:砾岩的砾石成份、砂岩碎屑成份的物源属性主要是再旋回造山带和晚古生代的岩浆弧,但盆地南缘东段与西段的岩屑组成及物源属性存在较大的差异。其中,沉积岩岩屑在晚侏罗世—早白垩世早期、晚白垩世和晚新生代发生了相应的增加,显示盆缘沉积岩物源的隆升—剥蚀作用和构造活动的相对活跃。砂岩碎屑特征、重矿物相对含量及重矿物组合特征证明盆地南缘东、西两段的物源属性存在较大差异,特别是不稳定重矿物的增加显示晚侏罗世-早白垩世早期、晚白垩世和晚新生代为构造相对活跃的构造环境。综合中-新生界沉积碎屑特征及差异分析,准噶尔盆地南缘中-新生代盆山格局发生了3次较大的转变过程,分别对应于上述3个时期。中-新生代3次构造活动对含油气系统形成具有重要控制作用,构造活动期次与油气藏形成、调整的期次也有良好的对应关系。     

Paleozoic Accretion-Collision Events and Kinematics of Ductile Deformation in the Eastern Part of the Southern-Central Tianshan Belt, China

The Tianshan range could have been built by both late Early Paleozoic accretion and Late Paleozoic collision events. The late Early Paleozoic Aqqikkudug-Weiya suture is marked by Ordovician ophiolitic melange and a Silurian flysch sequence, high-pressure metamorphic relics, and mylonitized rocks. The Central Tianshan belt could principally be an Ordovician volcanic arc; whereas the South Tianshan belt, a back-arc basin. Macro- and microstructures, along with unconformities, provide some kinematic and chronological constraints on 2-phase ductile deformation. The earlier ductile deformation occurring at ca. 400 Ma was marked by north-verging ductile shearing, yielding granulite-bearing ophiolitic melange blocks and garnet-pyroxene-facies ductile deformation, and the later deformation, a dextral strike-slip tectonic process, occurred during the Late Carboniferous-Early Permian. Early Carboniferous molasses were deposited unconformably on pre-Carboniferous metamorphic and ductilely sheared rocks, implying t     

新疆南天山克孜尔河沉积物碎屑锆石U‐Pb年代学研究及其地质意义

新疆克孜尔河流经南天山造山带南缘,其河流沉积物中记录了流域内地质体的重要信息。为进一步约束南天山造山带的构造演化历史,探讨该造山带古生代地壳生长与演化,对克孜尔河沉积物中的碎屑锆石进行U‐Pb定年。结果表明锆石年龄主要集中分布在460~390 Ma和310~260 Ma,少量分布在前寒武纪,暗示南天山造山带在古生代期间发生了强烈的岩浆活动。物源分析表明克孜尔河沉积物中的碎屑锆石主要源于南天山造山带和塔里木克拉通北部,年龄为460~390 Ma的碎屑锆石很可能记录了南天山洋在晚奥陶—早泥盆世期间向南俯冲到塔里木克拉通之下的弧岩浆作用。南天山洋闭合以及塔里木克拉通与伊犁—中天山地块的最终碰撞可能发生在晚石炭世,随后发生同碰撞和后碰撞岩浆作用,以样品中大量310~260 Ma的碎屑锆石为代表。结合南天山造山带内已有的古生代岩浆岩锆石的Hf同位素数据分析表明,晚奥陶—早泥盆世南天山造山带的大陆地壳演化主要以古老地壳的再造和部分新生地幔物质的加入为主,晚石炭—早二叠世该造山带地壳演化则以前寒武纪古老基底岩石的改造为主,仅有限的新生组分加入到岩浆的形成过程中。     

鲁西隆起晚中生代盆地重矿物组合分析及其构造响应

本文以鲁西隆起区盆地及周边盆地砂岩中碎屑重矿物为研究对象,通过重矿物的稳定性分析,以及通过不同源区重矿物组合的差异,探讨了鲁西隆起及周边地区晚中生代以来的物源及构造演化过程。研究结果显示,鲁西盆地中生代早期早中侏罗纪时期主要源区为鲁西隆起,中晚侏罗纪时期主要物源为胶东地区和鲁西隆起,而早白垩世时期主要物源为胶东地区,其次才是鲁西隆起。晚白垩世沂沭断裂带盆地物源主要是鲁西隆起和胶东地区,鲁西隆起贡献量大于胶东地区。重矿物的稳定性也折射出源区构造演化历史。早-中侏罗世至中-晚侏罗世,鲁西盆地重矿物物源由鲁西隆起向胶东地区的显著转变,暗示着苏鲁造山带自三叠纪形成之后,经折返抬升,至晚侏罗世之前已经到达地表。重矿物的含量变化显示,早白垩世中期和晚白垩世中期鲁西盆地内沉积了大量的鲁西变质岩矿物组合,并且不稳定重矿物含量急剧增加,我们推测鲁西在早白垩世晚期、晚白垩世中期存在两次构造抬升。     

大别山中生代构造演化:来自盆地充填记录的启示

通过对大别山周缘盆地的对比分析,研究了大别山中生代构造演化格局。盆地充填序列分析表明,尽管中生代大别山南、北盆山耦合关系不同,但构造体制均经历了前白垩纪挠曲向白垩纪伸展的转化;砂岩物源再造反映中生代南大别山源区剥露尚未大规模触及岩浆弧“根”,剥露深度浅于北大别单元。大别山邻区晚中生代巨厚磨拉石是陆内造山强烈阶段的沉积记录,它们的产出及相关的造山带隆升与该区超高压变质岩快速折返没有直接关系。进一步讨论了恢复大别山物源结构、建立盆地类磨拉石精细地层年代学格架等在造山带构造研究中的重要性及其现存的关键问题。