塔里木盆地北缘—南天山造山带盆-山耦合和构造转换

文章探讨了塔里木盆地北缘和南天山造山带的盆-山耦合和构造转换过程。塔里木盆地属于典型的叠合盆地,经历了多期构造演化。研究表明,在地史时期中,塔里木盆地北缘和相邻南天山造山带经历了多期和复杂的盆山耦合和盆山转换过程,形成多种类型盆山耦合和转换方式。(1)按时间域可划分为:早古生代陆内裂陷盆地-早期伸展造山-晚期挤压造山耦合,晚古生代陆内裂陷盆地-弧后造山-晚期碰撞造山耦合,中生代陆内前陆盆地-挤压造山耦合,古近纪前陆盆地-挤压造山耦合,新近纪—第四纪再旋回前陆盆地-挤压造山耦合;(2)按深度域可划分为:深部地幔俯冲型盆-山耦合,地壳分层滑脱拆离型盆-山耦合,基底滑脱拆离型盆-山耦合,古生代伸展和逆冲推覆型盆-山耦合,中—新生代逆冲推覆型盆-山耦合;(3)按运动学和动力学可划分为:逆冲推覆型盆-山耦合和接触关系、重力滑脱型盆-山耦合和接触关系、走滑转换型盆山耦合和接触关系、深部岩浆上涌焊接型盆-山耦合和接触关系、鳄鱼嘴型盆-山耦合和接触关系。     

南天山古生代-中生代沉积盆地演化

南天山位于塔里木—卡拉库姆板块和伊犁-哈萨克斯坦板块的碰撞造山带.前人研究表明, 该区在古生代经历了洋盆的扩张、俯冲消减和碰撞造山; 中生代则进入到陆内发展阶段.但由于该区特殊的地理位置和复杂的构造背景, 洋盆的闭合时间及盆地演化的阶段依然存在诸多争论.在广泛收集地质资料的基础上, 对我国境内南天山地层大区进行了地层分区, 并对每个分区的古生代-中生代盆地沉积序列进行了详细分析, 最终划分出5个演化阶段: 寒武纪-奥陶纪, 南天山洋从有限洋盆发展为成熟洋盆, 洋盆性质为弧后盆地; 早志留世, 南天山洋盆开始俯冲消减, 东部红柳河段洋盆在早泥盆世闭合, 而西部的俯冲消减则延续至泥盆纪晚期; 石炭纪-早二叠世, 西部仍存在残余海盆.中二叠世, 残余海盆消失, 南天山西部碰撞造山, 南天山造山带最终形成; 中生代, 该区进入陆内发展阶段, 在三叠纪接受剥蚀夷平; 侏罗纪, 西部发展成为断陷盆地, 东部继续接受剥蚀夷平; 白垩纪, 西部延续侏罗纪断陷盆地特征, 东部则发育成拉分盆地. 关键字: 南天山; 古生代; 中生代; 沉积; 构造; 盆地演化.      

南天山区域大地构造与演化

塔里木和中天山之间的南天山造山带,经历了复杂的构造演化与地壳增生过程。综合分析南天山造山带的构造、地层、古生物、岩石、地球化学和同位素年代学等方面的资料,特别是放射虫、蛇绿岩、蓝片岩等方面的最新研究成果,讨论了南天山的区域构造格局和演化过程。南天山主体为一上百公里宽的增生-碰撞混杂带-南天山(蛇绿)混杂带;其北侧为中天山岛弧,是仰冲壳楔;南侧为塔里木陆块,是俯冲壳楔。古南天山洋为一广阔的大洋,南天山碰撞造山作用起始于二叠纪末-三叠纪初,新近纪-第四纪进入陆内造山作用阶段。     

塔里木北部周缘前陆盆地早二叠世快速迁移与沉积相突变:俯冲板片拆沉的响应

塔里木北部周缘前陆盆地发育于泥盆纪末至早三叠世期间,完整地记录了南天山造山带的发育过程。该盆地在早二叠世由复理石盆地转化为磨拉石盆地,同时发生快速南移。同期幔源物质加入,有山根地壳熔融的岩浆活动、南天山造山带的整体隆升、热液成矿作用集中发育和变形、变质作用的激化使俯冲岩片的拆沉成为盆地转化与迁移的最佳机制。相同的转化过程及深部机制在其他造山带中也明显存在,表明俯冲岩片拆沉是造山作用一个不可或缺的环节。     

塔里木新元古代-古生代沉积盆地演化

塔里木盆地位于中国西北新疆维吾尔自治区南部,夹持在天山与昆仑山褶皱带和阿尔金山之间,是一个长期发展形成的大型叠合盆地.在综合研究前人资料的基础上,通过对塔里木地区岩石地层、沉积建造的对比分析,划分出塔里木新元古代-古生代的被动陆缘、夭折裂谷、碳酸盐岩台地、碎屑岩陆表海、残余海盆、混积陆表海、陆内裂陷盆地、前陆盆地共8种沉积盆地类型,并分析盆地形成演化的大地构造环境:新元古代早期,塔里木进入稳定的盖层发展阶段;青白口纪发育裂谷和被动陆缘,南华纪-早震旦世发育夭折裂谷和大陆冰川;古生代主要发育碳酸盐岩台地、碎屑岩陆表海和混积陆表海;受北侧哈萨克斯坦-准噶尔板块碰撞的影响,南天山石炭纪洋盆于晚石炭世-早二叠世末俯冲消减;中二叠世始,塔里木大部分演变为前陆盆地.      

塔里木地块与古亚洲/特提斯构造体系的对接

塔里木盆地为环形山链所环绕,北缘为古亚洲体系的天山弧形山链,南缘为特提斯体系的西昆仑-阿尔金弧形山链。自新元古代晚期以来,塔里木地块及周缘地区经历了古亚洲洋盆和特提斯洋盆的开启、俯冲、闭合以及微陆块多次碰撞造山,发生多期的构造、岩浆及成矿作用。特别是受印度/亚洲碰撞(60~50Ma)以来的近程效应和远程效应影响,使塔里木盆地周缘发生强烈的隆升、缩短及走滑变形,形成了现今复杂的环型造山系,完成了古亚洲体系和特提斯体系与塔里木地块的最终对接。塔里木地块与周缘两大构造体系的焊接是从早古生代开始的。研究表明,早古生代末期塔里木已与西昆仑-阿尔金始特提斯造山系链接一起。此时,塔里木地块东段与中天山增生弧地体碰撞,而西段在晚古生代与中天山增生弧地体碰撞。塔里木盆地周缘早古生代造山系中存在早古生代中期和早古生代晚期的两次造山事件,致使塔里木盆地内映现两个早古生代构造不整合面:晚奥陶世-志留纪之间的角度不整合和中晚泥盆世与早古生代之间的角度不整合。塔里木盆地早古生代的古地理、古环境和古构造研究表明,塔里木早古生代台地位于盆地的中西部,盆地东部为陆缘斜坡和深海/半深海沉积盆地,与南天山早古生代被动陆缘链接。印度/亚洲碰撞导致塔里木盆地西南缘的喜马拉雅西构造结的形成与不断推进,使特提斯构造体系与古亚洲构造体系在西构造结处靠拢及对接,终使塔里木盆地最后定型。     

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。     

巴颜喀拉残留洋盆的沉积特征

巴颜喀拉盆地垂向沉积序列表明：盆地于早古生代被动陆缘的浅海基础上裂陷、拉开，泥盆纪贯通，早石炭世洋盆扩展为成熟大洋，晚石炭世洋盆北部开始消减、南部继续扩张，晚二叠世-中三叠世进入残留洋阶段，晚三叠世转化为周缘前陆盆地．三叠纪末完全闭合，盆地自形成到消亡为一个连续的沉积和地质构造演化过程。其主体由早中三叠世深海沉积、典型浊积岩复理石和晚三叠世浅海复理石、风暴岩沉积、海相磨拉石构成，北部零星出露了中二叠世海山型沉积，昆南结合带以北有早中三叠世岛弧沉积。以盆地为中心具有向南北两侧陆块双向相背俯冲的极性特点，东西两端的碰撞造山不迟于晚二叠世。总体反映了古特提斯晚二叠世-中三叠世的残留洋盆性质和主洋域之所在。     

塔里木盆地构造格架和构造应力场分析

以区域构造背景为基础,分析塔里木盆地的基本构造格架是本文的主要宗旨。塔里木盆地中部存在一规模较大的近于E-W向的构造带,谓中塔里木构造带或中塔里木断裂带,平面上它大致和塔里木中央隆起带相对应,东延,和阿尔金造山复合体的一组规模较大的、近于直立的E-W向韧性剪切带和断裂带相连,西延,插入西昆仑造山带和南天山造山带的结合部位。在剖面上具有背冲式(断背状)断裂组合,其形成始于早古生代,强烈活动期在三叠纪后。断裂带具有逆冲、走滑和垂向挤出性质,是目前塔里木盆地的主要含油带。中塔里木断裂带和塔中隆起带属于同一动力学系统中不同构造阶段的产物,在空间上是互为一体的,在早古生代为一强烈坳陷带,晚古生代以后逐渐转化为隆起带。大致位于北纬39°30'~40°的E-W向高正磁异常带,为一以基性麻粒岩为代表的结晶基底、基性岩墙和花岗质类岩石,并叠加晚元古-早古生代活动陆缘岩浆弧的大型东西向构造杂岩带。中塔里木断裂带(塔中隆起带)以南至塔南前陆盆地的塔南地区,以E-W向构造岩浆岩带上叠NEE向断裂构造(断隆和断凹)为基本特征,其断裂组合完全可以与南阿尔金断裂以南的南阿尔金地体的断裂组合相类比。中塔里木断裂带以北至塔北前陆盆地的塔北地区以长期坳陷为特征。西昆仑-塔里木盆地盆山结合带表现为西昆仑山体的北向逆冲推覆和山前带的强烈挤压及塔南前陆盆地的急剧沉降,而西天山-塔里木盆地盆山结合带则表现为由于塔里木地块向天山复合造山体的强烈北向俯冲导致的南天山的南向逆冲推覆和塔北(前陆盆地后的)隆起。塔里木盆地处于南北两侧向盆地挤压、东侧左旋走滑和西侧右旋走滑的复杂构造应力状态,塔里木盆地现今构造格局的形成基本上是上述4类不同性质的构造应力场对先存的E-W向构造经多次强烈改造、叠加的结果。     

天山古生代增生造山作用及其构造转换事件

天山造山带自新元古代以来，经历了漫长而复杂的俯冲增生造山作用和陆内构造活化过程，属于典型的复合型造山带。基于近年研究进展，本文对伊犁、境内外中天山和南天山构造带前寒武纪基底、古生代沉积序列、多期陆缘弧岩浆岩和构造缝合带的变形变质特征、形成环境和年代学等进行了总结分析，梳理了天山古生代增生造山作用中的三次重要构造转换事件及其地质记录。① 伊犁南北两缘、中天山、南天山和塔里木北缘，均发育中奥陶世—志留纪的大陆弧岩浆作用，伊犁北缘、南天山 塔里木北部早古生代沉积环境发生显著变化，表明天山 塔里木北缘在中—晚奥陶世发生了从被动陆缘向活动陆缘的转换。② 伊犁南、北两缘和中天山的早古生代岩层在晚志留世—早泥盆世普遍发生了强烈的韧性变形和角闪岩相变质作用，其上不整合覆盖有弱变形未变质的晚泥盆世—石炭纪火山 沉积地层；该区域不整合是哈萨克斯坦微大陆拼合事件在研究区的构造响应，也标志着准噶尔洋和南天山洋的俯冲方式在泥盆纪发生了由前进式（东太平洋型）向后撤式（西太平洋型）的构造转换，导致伊犁和中天山在晚泥盆世—石炭纪经历了伸展背景下的大陆弧岩浆作用，在南天山 塔里木北缘则形成了一系列弧后有限洋盆。③ 天山各构造单元及其边界缝合带中普遍发育晚石炭世逆冲推覆构造和二叠纪走滑韧性剪切带、晚石炭世—早二叠世滑塌堆积和二叠纪后造山岩浆岩，指示晚石炭世—早二叠世发生了由汇聚造山向陆内构造的转换。这些构造转换事件是认识古亚洲洋各分支洋盆从初始俯冲、俯冲方式转换到俯冲终结过程的基础，也是探讨增生造山动力学的关键。     

塔里木盆地与天山山脉晚新生代盆山耦合机制

根据塔里木盆地北缘地质构造几何学和运动学资料、油气勘探地震剖面、人工地震测深、地震层析成像以及地热资料,提出了塔里木盆地、准噶尔盆地岩石圈地幔在天山岩石圈之下碰撞并发生拆沉的盆山耦合机制的概念模型。由于印藏碰撞,青藏高原的北部前缘岩石圈地幔与塔里木盆地岩石圈地幔形成V字形碰撞结构,推动塔里木地块的高强度岩石圈向北运动并俯冲到天山岩石圈之下,以水平俯冲作用在中天山北缘岩石圈之下与准噶尔盆地向南俯冲的岩石圈地幔碰撞,并发生后剥拆离。塔里木岩石圈俯冲的过程中,形成库车再生前陆盆地和再生前陆冲断带以及再生天山山脉。冲断量约为塔里木俯冲量的20％。这一盆山耦合模型可以解释盆地构造、盆地沉降、山脉隆升、岩石圈深部构造和热特征。     

塔里木西北缘三叠纪伸展作用:来自柯坪辉绿岩地球化学、锆石U‐Pb年代学的证据

为了探讨塔里木北缘构造岩浆演化,采用锆石年代学、岩石地球化学方法对柯坪辉绿岩进行研究。LA‐ICP‐MS锆石U‐Pb结果表明其为中‐晚三叠世岩浆活动的产物。辉绿岩SiO2含量为45.68%~46.97%、TiO2为3.98%~4.03%、Al2O3为14.81%~14.90%、K2O/Na2O为0.39~0.42,属于高钾碱性系列。微量元素特征表明,有微弱的Ce负异常(δCe=0.95~0.99),Eu异常不明显(δEu=0.98~1.00),总体富集大离子亲石元素和LREE,高场强元素相对亏损。柯坪辉绿岩、阿图什辉绿岩与柯坪玄武岩、巴楚辉绿岩等具有相似的源区和一致的构造背景,均为拉张背景下形成,但却分属不同的构造事件。研究表明早石炭世南天山洋闭合,晚石炭世—早二叠世柯坪地区为塔里木北缘的具有前陆盆地性质的残留海盆,受地幔柱影响柯坪—巴楚地区出现大规模岩浆活动。二叠纪之后塔里木北缘为后碰撞伸展背景。三叠纪南天山—塔里木北缘为拉伸走滑的构造背景,本文的辉绿岩,正是在这种背景下形成的。     

中国西天山南缘盆山构造转换解析

在西天山南缘,天山造山带向塔里木盆地北缘的盆山过渡,是以前陆褶皱冲断构造形式向库车一拜城前陆盆地渐变,表现为一系列褶皱冲断组合的构造样式。根据独库公路南段构造变形分析,可组合成６个部分：库尔干一铁力买提达坂根带褶皱系、南天山南缘逆冲断裂带、前陆逆冲推覆构造带、前陆双冲褶皱构造带、前陆隐伏逆冲前缘构造带、沙雅一轮台前缘叠加变形构造带。前陆盆地的发展可以划分为晚二叠一早三叠世、中三叠世一侏罗纪、白垩一     

西昆仑—塔里木—天山岩石圈深地震探测综述

沿新疆地学断面走廊域实施了3种深地震探测方法：近垂直深地震反射剖面、宽角反射与折射深地震测深剖面和移动式宽频地震观测，揭露出西屁仑-塔里木-天山岩石圈的结构与横向变化，发现了塔里木大陆地块与青藏高原西北部西昆仑造山带碰撞的地震学证据，揭示出天山与塔里木、天山与准噶尔，以及昆仑山与塔里木之间的岩石圈尺度盆山耦合关系。阶段成果发表后引起国内外学者广泛注意，本文结合相关资料对这些新成果进行了系统综述，旨在对比研究青藏高原南北两缘不同的碰撞变形之深部过程。     

塔里木盆地西北缘四石厂地区下二叠统沉积与物源记录及其反映的构造演化

石炭纪-二叠纪南天山洋-塔里木盆地北部陆缘构造演化众说纷纭.选择塔里木盆地内紧靠南天山的四石厂剖面,针对下二叠统康克林组露头,在沉积、碎屑组分、重矿物组合分析基础上,重点通过LA-ICP-MS分析砂岩样品碎屑锆石的原位U-Pb和Lu-Hf同位素特征,解析其年代学、物源特征及构造演化等信息.研究显示,砂岩样品碎屑组分基本都落入陆块物源区和成熟岩石与稳定构架合并处,重矿物组合以稳定重矿物为主,反映稳定的大地构造背景.砂岩碎屑锆石定年结果显示5组年龄:407~501 Ma、755~873 Ma、889~1 129 Ma、1 792~2 079 Ma、2 393~2 496 Ma,主要反映了5期构造热事件.对比潜在物源区,塔里木盆地内古隆起可能为主物源,与西昆仑-阿尔金造山带剥蚀物源相关的塔里木盆地内前二叠纪沉积也可能提供部分再旋回物源.物源特征显示,虽然南天山洋已经闭合,但直到早二叠世阿瑟尔期仍然没有大规模隆升,洋盆闭合事件对塔里木盆地西北缘构造格局和物源体系影响较小.对比前人研究成果认为,早二叠世从阿瑟尔期至萨克马尔期,柯坪地区的物源结构发生重大变化,由盆地内古隆起单一物源转变为盆内和造山带双重物源.已经闭合的南天山洋盆在萨克马尔期开始隆升造山,成为塔里木西北缘的一个重要物源区.      

南天山造山带的同碰撞和碰撞后构造——塔里木盆地北部地震解释成果

南天山位于中亚造山带的南缘,是一条增生—碰撞型造山带。其碰撞造山的时间,是中亚造山带研究的一个关键构造问题,引起广泛的关注。以往关于碰撞造山的时间证据,基本上都来自造山带自身,即南天山前新生界露头区。前陆区广泛覆盖着巨厚的新生界,无法直接考察,很少从前陆区碰撞相关构造的角度研究南天山碰撞造山的时间。塔里木盆地北部是南天山碰撞造山带的前陆区。经认真系统地解释这里的地震资料,发现了南天山碰撞造山带的同碰撞构造和碰撞后构造。同碰撞造构造由二叠纪末—三叠纪冲断层及其相关褶皱组成。三叠系/二叠系和侏罗系/三叠系两个不整合给出了二叠纪末—三叠纪初和三叠纪末—侏罗纪初两期挤压冲断的时间。造山后构造为侏罗纪—白垩纪正断层组成。正断层活动起始于三叠纪末—侏罗纪初,持续至白垩纪中期。根据同碰撞构造和碰撞后构造的形成时间推论,南天山碰撞造山作用起始于二叠纪末,结束于三叠纪末;侏罗纪—白垩纪中期为造山后应力松弛构造演化阶段。     

塔里木盆地巴楚地区上泥盆统-下石炭统沉积-物源记录及其构造演化

泥盆纪-石炭纪是南天山洋-塔里木盆地北部陆缘构造演化的关键时期.选取塔里木盆地巴楚地区上泥盆统-下石炭统露头剖面,在沉积体系、碎屑组分、重矿物组合分析基础上,重点通过LA-ICP-MS分析砂岩样品.结果表明,上泥盆统-下石炭统砂岩碎屑颗粒以单晶石英为主,(变质) 结晶岩岩屑极少,物源构造属性主要指示陆块物源区;重矿物组合以锆石、电气石和TiO₂矿物等稳定重矿物为主,反映相对远距离的源汇体系和稳定的构造背景;2个年代学样品具有类似的碎屑锆石U-Pb年龄组成和Hf同位素特征,主要反映了383~479 Ma、710~932 Ma、1 752~1 936 Ma、2 419~2 597 Ma共4期构造热事件,并以前两期为主.对比研究显示,上述碎屑物源以塔里木盆地内古隆起为主,同时还可能有来自阿尔金造山带、西昆仑造山带的再旋回沉积.但并没有记录到来自盆地北侧造山带和岛弧的物源信息,说明该时期南天山洋盆并没有闭合,塔里木盆地北缘西部可能不存在洋盆的向南俯冲,晚泥盆世-早石炭世其可能为被动大陆边缘.      

塔里木板块周缘晚古生代以来的构造演化

塔里木板块在晚古生代以来,经历了一系列碰撞和拼合事件,受北侧哈萨克斯坦－准噶尔板块碰撞的影响,南天山石炭纪再生洋盆于早二叠世末隆起,并导致天山山前陆盆地形成。这一时期塔木西部强烈的热活动事件,反映了一次地壳开裂活动,并导致天山山前的前陆盆地形成,这一时期里木西部强烈的热活动事件,反映了一次地壳开裂活动,同时进一步推动了塔里木向天山下插的陆内俯冲活动及前陆盆地的形成,中生代时期,特提斯洋盆的活动及先