新疆西天山伊犁地区石炭纪火山—沉积序列及盆地性质

新疆西天山伊犁地区作为中天山微板块的一部分,呈"倒三角形"被缝合带或断裂带所围限。其上广泛出露的石炭纪火山—沉积岩系,是研究西天山石炭纪盆地性质和天山古生代造山作用演化过程最为直接的载体。本文通过对石炭纪火山—沉积剖面的岩石组合、地层序列、构造环境及盆地演化过程研究表明:伊犁地区石炭纪火山—沉积岩与下伏地层(前寒武纪结晶基底或前石炭纪褶皱基底)之间呈广泛的区域性角度不整合接触;火山—沉积岩系由下到上可以划分为2个序列,分别对应于盆地伸展—裂陷演化的两个旋回:序列Ⅰ:大哈拉军山组底部扇三角洲相、向上出现2次爆发相—喷溢相的火山喷发旋回,阿克沙克组底部扇三角洲相,向上过渡为滨浅海相—开阔台地相;序列Ⅱ:伊什基里克组由下到上由3次爆发相—喷溢相的火山喷发旋回构成,东图津河组为浅海陆棚相。西天山伊犁地区石炭纪火山—沉积序列反映了后碰撞伸展环境下的裂谷盆地充填演化过程。     

西天山早石炭世构造环境:大哈拉军山组底部沉积地层学证据

西天山伊犁地区广泛出露早石炭世大哈拉军山组火山-沉积岩系, 其内赋存了金、铁、铜等重要的金属矿床。但迄今为止, 关于大哈拉军山组形成构造环境还存在很大的争议。通过区域地层对比, 研究区大哈拉军山组与下伏地层之间存在区域性角度不整合接触关系。其底部自下而上依次发育砾岩、粗砂岩、砂岩、粉砂岩、泥岩、碳酸盐岩、安山岩。沉积学和层序序列分析显示, 该组底部的陆源碎屑岩建造组合形成于扇三角洲沉积环境, 进一步可划分出扇三角洲平原、扇三角洲前缘和前扇三角洲3个亚相, 向上出现的碳酸盐岩形成于浅海碳酸盐岩台地环境。这种沉积物由粗到细、水体由浅到深, 沉积环境由陆相变为海相的地层充填序列, 反映了一种裂陷拉伸的动力学背景。因此, 西天山早石炭世大哈拉军山组火山-沉积建造形成于后碰撞裂谷环境。     

论天山古洋盆关闭的地质时限——来自伊宁地块石炭系的新证据

天山古洋盆关闭的地质时限倍受地质界关注,久有泥盆纪晚期或石炭纪初期,石炭纪晚期以及二叠纪期间3种分歧。由残余盆地恢复原型盆地,是造山带古洋盆恢复的基础,钙碱系列火成岩可作为古洋盆恢复的重要证据。伊宁地块石炭纪的残余盆地沉积记录、火山岩建造、侵入岩特征、化石组合及古生物地理区系分布特征、地层接触关系及构造变形特征等新成果证实,以区内阿克沙克组与伊什基里克组间广泛而明显的区域性角度不整合面(鄯善运动)为界,下石炭统钙碱性系列火山岩-沉积地层组合发育复杂的不协调褶曲,尖棱褶皱,强烈的揉皱和区域性韧性断层,产出于南方型热带-亚热带古生物地理区系,为区域性挤压构造体制下的岛弧-弧后盆地建造,是塔里木板块的主要组成部分,而上石炭统碱性系列双峰式火山岩及沉积地层组合则是典型的北方型温带古生物地理区的大陆裂谷火山-沉积建造,构造变形极弱,形成于区域性伸展构造环境,是准噶尔板块与塔里木板块缝合后的陆内建造。基于这些新的资料和分析,天山古洋盆的关闭时限是早石炭世晚期。     

天山地区下石炭统与下伏地层角度不整合接触的地质意义

新疆天山地区下石炭统出露广泛且与下伏地层多呈角度不整合接触，如西部北天山的大哈拉军山组，中部中天山的马鞍桥组及东部南天山的甘草湖组均与下伏地层呈角度不整合接触。显然，这是一个区域性角度不整合。两套地层间的角度不整合是鉴别造山运动的直接标志之一，此不整合可能暗示了古天山洋在早石炭世前已经闭合碰撞造山并进入陆内伸展演化阶段。     

西天山那拉提东拉尔墩达坂一带石炭系岩石地层单位重新厘定

西天山那拉提东拉尔墩达坂一带广泛出露石炭纪巨厚火山-沉积建造,最初前人将其划归"大哈拉军山组",后又出现了地层划分与命名上的"同物异名"等问题。经调查认为其自上而下由3部分构成:上部碱性裂谷双峰式火山岩,锆石U-Pb年龄为(301.3±3.8)Ma和(302.5±3.9)Ma,时代为晚石炭世;中部浅海相碎屑岩及碳酸盐岩,含丰富的生物化石Caninophyllum、Kansuella、Athyris等,时代为早石炭世晚期;下部钙碱性岛弧火山熔岩及同质火山碎屑岩,时代为早石炭世早期。这3部分地层间均以角度不整合接触。据地层划分理论和中国地层指南,并与区域地层对比,将其依次重新厘定为早石炭世大哈拉军山组、早石炭世阿克沙克组和晚石炭世伊什基里克组。     

天山及邻区燕山期构造岩浆事件

天山及邻区中生代以来发育多个不整合面,其中下白垩统底部的不整合面规模最大,是一个贯穿全区的区域性不整合面。对中新生代沉积地层的碎屑锆石年代学研究和源区分析发现,碎屑物中含有大量晚中生代岩浆岩锆石,说明该地区存在一定规模的同时期岩浆活动。本研究认为,上述晚中生代的构造岩浆事件是燕山运动在天山及邻区的具体表现。早白垩世地层超覆不整合在不同时代的前白垩纪地层之上,不整合面以下的地层发育程度、剥蚀程度和构造变形强度在不同地区表现不同。在现今的天山山脉内部,下白垩统直接覆盖在中侏罗统头屯河组之上,上侏罗统齐古组和喀拉扎组整体缺失。在天山南北两侧的塔里木盆地、准噶尔盆地和吐哈盆地,上侏罗统局部发育,范围远小于中下侏罗统。进一步研究发现,盆地中的上侏罗统通常作为生长地层发育在晚中生代形成的褶皱古隆起翼部,依据上侏罗统齐古组中、下部凝灰岩层锆石U-Pb年代学数据和生物地层学资料,将燕山运动在天山及邻区的启动时间限定在160Ma左右。天山及邻区燕山期的构造变形具有多个方向,推测与中侏罗世晚期以来拉萨地块与亚洲南部边缘的碰撞、蒙古-鄂霍茨克洋的碰撞闭合以及俄罗斯东北部的Kolyma-Omolon地块与西伯利亚克拉通之间陆陆碰撞等构造事件的叠加影响有关,这也是晚中生代东亚多板块汇聚在天山及邻区的具体体现。     

西天山大哈拉军山组火山岩SHRIMP锆石U-Pb年龄及其构造意义

新疆早石炭世大哈拉军山组火山岩由西向东表现出由早到晚的演化规律。伊宁县博尔博松河孟玛热勒林场附近大哈拉军山组底部的英安质晶屑岩屑凝灰岩的SHRIMP锆石U-Pb年龄为359±2Ma,表明西天山西段该组底界时代为晚泥盆世末期—早石炭世之间。岩石地球化学数据统计表明,大哈拉军山组火山岩主要受岩浆结晶分异作用控制,是泥盆纪末期—石炭纪时期洋壳消减、壳幔混熔的产物。其岩石组成、时空分布的变化与天山洋由西向东的俯冲―碰撞过程相对应,不需要对其进行解体。     

西天山伊犁地区上、下石炭统接触关系的重新厘定及其构造意义——来自沉积学和岩相学的证据

西天山上、下石炭统之间是否存在区域性角度不整合争议颇大,制约了西天山晚古生代构造演化阶段的划分。伊犁地区石炭纪地层出露典型且完好,通过对该地区上、下石炭统接触关系的重新厘定,开展沉积学和岩相学研究。沉积学特征显示,二者产状一致,未见底砾岩和风化壳,且存在碳酸盐岩和火山碎屑物质"混生"的沉积特征,下石炭统阿克沙克组和上石炭统伊什基里克组之间并无明显沉积间断,应为连续的火山–沉积序列。该研究为西天山伊犁地区石炭纪为统一后碰撞裂谷盆地的认识提供了沉积学证据。     

西天山阿吾拉勒一带阿克沙克组的厘定

在西天山阿吾拉勒一带前人确立的大哈拉军山组中,新发现一套富含早石炭世腕足和珊瑚等化石的浅海相碳酸盐岩-碎屑岩建造,其与上覆大陆裂谷双峰式火山岩建造(伊什基里克组)及下伏岛弧钙碱性火山岩建造(大哈拉军山组)间均为角度不整合接触.新发现地层在岩石组合、生物面貌、沉积环境、接触关系等方面均与阿克沙克组层型剖面可对比,故将其从大哈拉军山组解体出来,对比厘定为阿克沙克组.这一地层单位的合理确立,为区域地质填图建立了正确的岩石地层单位,并为本区的地层划分和区域对比提供了新的依据.     

西天山特克斯达坂晚古生代若干不整合的厘定及地质意义

地层不整合接触是研究地质发展历史及鉴定地壳运动特征和运动时期的重要依据。通过1：5万区域地质调查,在西天山特克斯达坂一带晚古生代地层中厘定出6个不整合面,证实区内乃至天山地区曾有过至少6幕褶皱运动,丰富了研究区的幕式褶皱内容。新确立了特克斯运动（东图津河组与科古琴山组之间的角度不整合）,证实了天山主褶皱幕是鄯善运动,是记录塔里木板块与准噶尔板块碰撞缝合的重要构造运动。特克斯运动等6幕褶皱运动为天山地区构造演化研究提供了更为详尽的幕式演化信息。     

西天山乌孙山地区大哈拉军山组碎屑锆石U-Pb定年及其地质意义

西天山伊犁地区广泛出露的大哈拉军山组火山-沉积岩系,是研究西天山早石炭世古地理格局和天山古生代造山作用演化过程最为直接的载体。文章对西天山乌孙山地区大哈拉军山组砂岩样品进行了LA-ICP-MS锆石U-Pb测年。结果显示,其碎屑锆石206Pb/238U表面年龄分布范围较宽((321±2)~(435±2)Ma),按年龄及频率分布特征大致可以划分为2组:321~372 Ma和395~435 Ma。结合锆石的矿物学特征、CL图像特点及乌孙山区域地质资料,初步获得以下认识:(1)西天山乌孙山地区大哈拉军山组沉积时代不晚于早石炭世晚期;(2)所研究砂岩的碎屑物质主要来源于乌孙山及南部那拉提山相关的火山岩浆岩;(3)西天山造山带在中—晚泥盆世期间经历了一次重要的洋陆转换事件。早石炭世以后,进入后碰撞裂谷伸展演化阶段,因此大哈拉军山组火山-沉积岩系形成后碰撞伸展构造环境。     

天山古生代洋盆开启、闭合时限的岩石学约束——来自震旦纪、石炭纪火山岩的证据

天山及邻区各微地块上分布有震旦纪—早寒武世火山-沉积岩系,寒武系底部均发育含磷层,震旦系中见2～3层大致可对比的冰碛岩,暗示各微地块当时可能是一个统一大陆块的组成部分。震旦纪—早寒武世大陆拉伸→大陆裂谷火山活动是天山古生代洋盆开启的前兆,意味着早寒武世为天山古生代洋盆开启时限的下限。中天山巴仑台微地块中的下石炭统马鞍桥组底部的粗碎屑岩,是碰撞造山中晚期的地质记录。它意味着天山古生代洋盆已经闭合。石炭纪时,天山造山带已进入新的造山后裂谷拉伸阶段,发育有大规模大陆裂谷双峰式火山活动和花岗质岩浆活动。早石炭世是天山古生代洋盆闭合时限的上限。     

甘蒙北山地区下石炭统绿条山组 时代修正及其构造意义

甘肃—内蒙古北山地区位于中亚造山带中段,其晚古生代洋盆最终闭合时间倍受关注且久有争议。早石炭世是该区洋陆转换的关键时期之一,下石炭统下部绿条山组与下伏的下、中泥盆统之间的角度不整合被认为是该区构造隆升的主要证据之一。但由于研究程度限制,绿条山组的时代尚有争议,一定程度上制约了该区构造演化的深入分析。北山北部甜水井北与碎石山剖面绿条山组火山岩的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄分别为296.8±3.5Ma与311.1±3.2Ma,产出晚石炭世巴什基尔期(Bashkirian)菊石Gastrioceras和Branneroceras,时代应修订为晚石炭世—早二叠世早期。研究区下泥盆统—上石炭统沉积充填及生物群落特征表明该区可能在晚石炭世由大陆边缘浅海演化至裂谷盆地,上石炭统与下、中泥盆统之间的角度不整合代表洋陆转化造成的长时间隆升剥蚀。     

西天山温泉地区下石炭统阿克沙克组碎屑锆石U-Pb年龄及其构造意义

天山造山带位于中亚造山带西南部,是了解中亚造山带增生造山过程的一个窗口.中国西天山温泉地区出露的下石炭统阿克沙克组碎屑岩是西天山造山带早石炭世盆地演化和造山过程的重要物质记录.运用LA-MC-ICP-MS锆石U-Pb测年方法,对阿克沙克组糜棱岩化砂岩中碎屑锆石进行测试分析.结果显示,碎屑锆石206Pb/238U表面年龄介于428±5 Ma~331±4 Ma,表现出较宽的年龄谱,按照年龄及频率分布特征可以划分为3组:428 Ma、381~364 Ma和343~331 Ma.综合分析锆石的形态特征、内部结构、元素含量和区域地质资料,取得以下认识:（1）西天山温泉地区出露的阿克沙克组形成于早石炭世晚期,与其中的古生物化石时代一致;（2）阿克沙克组的物源为中酸性火山岩和沉积岩,主要来源于下伏的大哈拉军山组,属于近源沉积,形成于活动大陆边缘.      

东天山大南湖岛弧带石炭纪岩石地层与构造演化

详细的地质解剖工作表明,东天山地区大南湖岛弧带石炭纪出露4套岩石地层组合,即早石炭世小热泉子组火山岩、晚石炭世底坎儿组碎屑岩和碳酸盐岩、晚石炭世企鹅山组火山岩、晚石炭世脐山组碎屑岩夹碳酸盐岩。根据其岩石组合、岩石地球化学、生物化石、同位素资料以及彼此的产出关系,认为这4套岩石地层组合的沉积环境分别为岛弧、残余海盆、岛弧和弧后盆地。结合区域资料重塑了大南湖岛弧带晚古生代的构造格架及演化模式。早、晚石炭世的4套岩石地层组合并置体现了东天山的复杂增生过程。     

新疆伊犁盆地的构造特征与形成演化

伊犁盆地是在天山造山带所夹持的微地块上发展演化而成的山间叠合盆地,其现今垂向结构为自下而上由中、新元古代变质基底、石炭纪裂谷火山岩系变形基底和二叠纪以来的盆地沉积岩系组成的３ 层结构,南北向剖面形态总体为两侧造山带相对向盆地逆冲的对冲构造几何学样式,伊犁盆地内则呈现为二山三盆的复杂次级山 盆构造组合。伊犁盆地的形成演化与天山造山带,尤其与其南北两侧相邻的不同性质造山带密切相关。伊犁地块和盆地的形成演化可概括为４ 个大的构造阶段和４ 个成盆期。现今的伊犁盆地正是不同成盆期的原型盆地复合叠置的综合产物。石炭－ 二叠纪和侏罗纪是伊犁山 盆构造系统的主造山成盆期。