阿爾泰造山帶瑪因鄂博蛇綠混雜巖俯沖-折返拼貼式就位的特征

劉崴國 , 張建東 , 趙恒樂 , 施文翔 , 于洋,馮紅剛 , 馮江鵬

(新疆地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第一區(qū)域地質(zhì)調(diào)查大隊,新疆 烏魯木齊 830011)

阿爾泰造山帶瑪因鄂博蛇綠混雜巖俯沖-折返拼貼式就位的特征

劉崴國 , 張建東 , 趙恒樂 , 施文翔 , 于洋,馮紅剛 , 馮江鵬

(新疆地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第一區(qū)域地質(zhì)調(diào)查大隊,新疆 烏魯木齊 830011)

阿爾泰山南緣原劃下石炭統(tǒng)姜巴斯套組實為一套具有洋殼性質(zhì)的變質(zhì)巖組成，由玄武巖、輝長巖和少量硅質(zhì)巖組成，并混雜巖了前寒武紀(jì)基底殘殘塊。該洋殼組分位于增生巖楔之中，構(gòu)造楔形體的形成是俯沖作用一次次“脈沖式”推進(jìn)的產(chǎn)物，大體可以分為7個巖片，在增生楔下部(南部)見有滑混巖出露。角閃巖相變質(zhì)的洋殼又經(jīng)歷了退變質(zhì)作用的影響，顯微鏡下可見到輝石轉(zhuǎn)變?yōu)殛柶鹗⒕G簾石交代斜長石的現(xiàn)象。顯示折返過程中經(jīng)歷了由角閃巖相綠片巖相的退變質(zhì)作用演化過程，俯沖的洋殼殘片又被仰沖盤攜帶上升，發(fā)生俯沖-折返拼貼式就位，與弧火山巖共同形成了SSZ型蛇綠混雜巖。蛇綠混雜增生巖楔的特征表明洋殼由南向北俯沖，記錄了古亞洲洋中支早古生代晚期的演化特點(diǎn)。

俯沖-折返拼貼; 蛇綠混雜巖;SSZ型蛇綠巖

蛇綠巖一詞最早是由 Brongniart于1813年在研究意大利北部蛇綠巖以后提出的,現(xiàn)代把蛇綠巖等同于洋殼的觀點(diǎn)隨著板塊構(gòu)造的出現(xiàn)而出現(xiàn)。1972年美國地質(zhì)學(xué)會 Penrose會議正式將蛇綠巖與板塊構(gòu)造聯(lián)系起來,認(rèn)為蛇綠巖是一種可與洋殼對比的獨(dú)特的鎂鐵質(zhì)—超鎂鐵質(zhì)巖石組合,它們產(chǎn)于洋中脊擴(kuò)張構(gòu)造環(huán)境,后來由于板塊構(gòu)造作用而出露于板塊匯聚帶(馬中平等，2004；臧遇時等，2013)。目前普遍認(rèn)為蛇綠巖一詞的本質(zhì)是可與現(xiàn)代洋殼對比的巖石組合，由于板塊構(gòu)造作用。而出露于板塊會聚帶,而非原地形成的地殼—地幔巖石。那么，蛇綠巖形成以后通過何種方式就位，便成了研究蛇綠巖構(gòu)造意義不可或缺的內(nèi)容，朱云海等(2000)提出蛇綠巖就位機(jī)制可大致分為三類，即俯沖刮削拼貼式、俯沖折返拼貼式、種類仰沖推覆式；馬沖等(2011)則提出碰撞仰沖型、增生底墊型、俯沖剝離型和角流型4種方式。此外，梁云海等(1999)根據(jù)新疆蛇綠巖實際地質(zhì)特征，將新疆蛇綠巖就位機(jī)制分為五型：克拉麥里型(特提斯型)、特克斯型(環(huán)太平洋型)、闊克薩勒型(底辟型)、唐巴勒型(過渡型)、西昆侖仰沖型(特羅多斯型)。筆者研究的瑪因鄂博蛇綠混雜巖產(chǎn)于增生楔內(nèi)部，而非位于經(jīng)典板塊構(gòu)造模式中位于洋殼俯沖面與增生楔之間的位置，從野外實地觀察及室內(nèi)綜合研究認(rèn)為，帶內(nèi)屬蛇綠巖組分的巖石變質(zhì)程度不一，可能經(jīng)歷了俯沖和折返兩個階段，使得不同構(gòu)造層次的各種巖片相互疊置。蛇綠混雜巖的基質(zhì)前人劃為下石炭統(tǒng)姜巴斯套組(新疆青河縣布爾根一帶1∶5萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告,2004)，該地層以一套火山-沉積巖為主，其中玄武巖等熔巖具有弧火山巖的特點(diǎn)。蛇綠混雜巖中玄武巖非活動性元素Nb、Ta弱虧損或不虧損，輕稀土元素先虧損后富集，曲線總體為輕稀土富集型，以上特征都表現(xiàn)出洋島火山巖的特征。在判斷構(gòu)造環(huán)境的TiO2-MnO-P2O5圖解中，投在洋島玄武巖區(qū)(新疆1∶25萬青河縣幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告,2012)。由于俯沖作用的存在，在大陸(青河中間地塊)一側(cè)形成與大洋大致平行展布的巖漿弧花崗巖(泥盆紀(jì)陸緣弧)，直接就位于阿爾泰陸緣(圖1)，形成安第斯型邊界，瑪因鄂博蛇綠混雜巖與弧火山巖共同組成了古亞洲洋古生代SZZ型蛇綠巖。對于瑪因鄂博蛇綠混雜巖的時代問題，筆者對層狀輝長巖、枕狀玄武巖進(jìn)行鋯石SHRIMP U-Pb測年,諧和年齡分別為403 Ma和397 Ma,劉崴國認(rèn)為瑪因鄂博蛇綠混雜巖為北天山洋盆(古亞洲洋中支)在晚志留—早泥盆世的殘余。

1 瑪因鄂博蛇綠混雜巖俯沖-折返拼貼特征

古亞洲洋中支洋殼從泥盆紀(jì)開始向西伯利亞板塊之下俯沖(新疆青河縣布爾根一帶1∶5萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告,2004)，代表洋殼殘片的玄武巖、輝長巖等發(fā)生高壓變質(zhì)后通過構(gòu)造折返作用回到地殼淺部,其特征如下：①經(jīng)歷了俯沖增壓和折返減壓兩個階段,在俯沖增壓過程中,由于埋藏較深,蛇綠巖變質(zhì)程度較深 ,各巖石類型均發(fā)生了不同程度的變質(zhì)作用。部分玄武巖、輝長巖變質(zhì)成斜長角閃(片)巖,但多保留了原巖的產(chǎn)出狀態(tài)，斜長角閃(片)巖規(guī)模較小，呈團(tuán)塊狀產(chǎn)出，鏡下斜長石呈他形粒狀，粒徑0.6～0.1mm，聚片雙晶不發(fā)育，輕微絹云母化、綠簾石化，長軸定向排列。角閃石呈他形-半自形長柱狀，粒徑2.0～0.8mm，具褐綠-黃褐多色性，發(fā)育閃石式解理，變質(zhì)程度達(dá)到低角閃巖相。在陸弧碰撞過程中，洋殼被仰沖盤攜帶上升，發(fā)生了折返減壓，變質(zhì)較深的洋殼又經(jīng)歷了退變質(zhì)作用的影響，顯微鏡下可見到輝石轉(zhuǎn)變?yōu)殛柶鹗?、綠簾石交代斜長石的現(xiàn)象(圖2)，顯示折返過程中經(jīng)歷了由角閃巖相綠片巖相的退變質(zhì)作用演化過程。②由于經(jīng)歷了俯沖和折返階段,不同構(gòu)造層次的各種巖片相互拼貼,既有變質(zhì)程度不一的洋殼殘片，又有構(gòu)造卷入的基底巖塊(新疆1∶25萬青河縣幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告,2012)。洋殼已被強(qiáng)烈肢解,呈斷塊產(chǎn)出，與圍巖為構(gòu)造接觸關(guān)系。③在俯沖帶近大陸一側(cè)引起部分熔融 ,形成大面積大陸弧花崗巖，區(qū)內(nèi)泥盆紀(jì)片麻狀英云閃長巖(陸緣弧)便是該作用的產(chǎn)物。該期熱事件對整個阿爾泰南緣地區(qū)都有深遠(yuǎn)影響，包括富蘊(yùn)縣、青河縣一帶在內(nèi)的泥盆紀(jì)侵入巖，具有巖性單一、規(guī)模大、分布廣的特點(diǎn)，是阿爾泰古生代火山弧的重要組成部分。

1.第四系;2.泥盆—石炭系;3.下石炭統(tǒng)姜巴斯套組;4.中元古界蘇普特巖群中深變質(zhì)巖;5.片巖;6.混合巖;7.大理巖; 8.玄武巖;9.輝長巖;10.硅質(zhì)巖;11.超基性巖;12.二疊紀(jì)閃長巖;13.二疊紀(jì)二長花崗巖;14.二疊紀(jì)鉀質(zhì)花崗巖;15.飛 來峰構(gòu)造;16.鋯石SHRIMP U-Pb測年樣品位置圖1 瑪因鄂博構(gòu)造帶地質(zhì)構(gòu)造簡圖(據(jù)新疆1∶25萬青河縣幅地質(zhì)圖改編)Fig.1 The simplified geological map of Mayinerbuo tectonic zone

2 剖面描述

隨著板塊俯沖作用的繼續(xù)，洋殼殘片被不斷刮削并層層拼貼在阿爾泰陸緣，俯沖帶則呈現(xiàn)出跳躍式后退方式，同時在大陸邊緣海溝一側(cè)形成陸緣俯沖增生雜巖楔，巖石構(gòu)造變形、緊閉褶皺十分發(fā)育，褶皺軸面產(chǎn)狀以50°～65°∠65°～80°為主，反映出向由北向南逆沖推覆。

圖3展示了瑪因鄂博蛇綠混雜巖與增生楔位置關(guān)系，瑪因鄂博蛇綠混雜巖產(chǎn)于增生楔內(nèi)部，從剖面中可以看出，瑪因鄂博主斷裂北側(cè)的增生楔(圖4)以發(fā)育疊瓦狀逆沖-推覆構(gòu)造、隆滑構(gòu)造為特征，形成一系列大、中、小及顯微尺度逆沖斷層和背、向形構(gòu)造，導(dǎo)致出露寬度約4 000m、強(qiáng)烈變形的糜棱巖-片巖-片麻巖組合被逆沖推覆于下石炭統(tǒng)姜巴斯套組之上，并在沖斷面上盤附近發(fā)育一套寬約500～700m的遞增動力變質(zhì)巖帶， 由于帶內(nèi)存在大量流體，使區(qū)內(nèi)巖石大多發(fā)生強(qiáng)烈的塑性流變，形成一條強(qiáng)烈的韌性變形帶?，斠蚨醪┲鲾嗔涯蟼?cè)阿克阿坦薩依剖面(圖5)出露的增生楔，與瑪因鄂博沖斷-推覆構(gòu)造帶變形特征相比，巖石構(gòu)造變形、緊閉褶皺發(fā)育程度有過之而無不及，褶皺軸面產(chǎn)狀以55°～70°∠65°～80°為主。構(gòu)造楔形體的形成是俯沖作用一次次“脈沖式”推進(jìn)的產(chǎn)物。大體可以分為七個巖片，從南向北依次為：中酸性火山沉凝灰?guī)r、陽起石片巖+長石黑云母石英片巖+輝長巖、云母石英片巖+二云母片巖+玄武巖、斜長綠簾陽起片巖+輝長巖、斜長綠簾陽起片巖+角閃片巖+輝長巖、二云母石英片巖、黑云二長變粒巖+二云母石英片巖。各個巖片之間為逆沖斷裂，呈現(xiàn)無序狀態(tài)，但也有一定規(guī)律，即每一個巖片中都或多或少混有洋殼殘片，而且絕大多數(shù)情況下總是洋殼殘片在南側(cè)、變質(zhì)(碎屑)巖在北側(cè)。該增生楔的出現(xiàn)，為瑪因鄂博構(gòu)造帶的俯沖帶屬性提供了有力證據(jù)，是古亞洲洋中支在古生代構(gòu)造演化的記錄?，斠蚨醪┥呔G混雜巖在空間位置上產(chǎn)出于增生楔內(nèi)部，而并非位于增生楔南側(cè)，反映出該蛇綠混雜巖具有俯沖折返拼貼就位的特征，也是古亞洲洋中支強(qiáng)烈俯沖的表現(xiàn)，蛇綠混雜巖中的輝長巖是該蛇綠混雜巖出露面積最大的組成單元，宏觀上呈北西向斷續(xù)分布，主要巖性有糜棱巖化變質(zhì)輝長巖、細(xì)粒輝長巖等，具有層狀構(gòu)造，與玄武巖呈斷塊或漸變過渡關(guān)系，與硅質(zhì)巖為斷層接觸。同時，本次調(diào)查在野外實地觀察還發(fā)現(xiàn)兩種與變質(zhì)輝長巖宏觀面貌很難區(qū)分的巖石，即斜長角閃片巖和斜長陽起片巖，仔細(xì)觀察該巖石已發(fā)生變質(zhì)，與輝長巖之間為漸變過渡關(guān)系，二者可能是輝長巖的“同物異相”，斜長角閃片巖是洋殼俯沖至較深部位發(fā)生變質(zhì)而成，變質(zhì)輝長巖是洋殼殘片俯沖深度較淺時便被仰沖盤刮削肢解的產(chǎn)物，而斜長陽起片巖則很有可能是發(fā)生深部俯沖的洋殼，在折返上升過程中發(fā)生退變質(zhì)形成的。此類巖石的野外產(chǎn)狀相似、變質(zhì)程度差別大，促成了瑪因鄂博蛇綠混雜巖俯沖-折返拼貼式就位的特點(diǎn)。在增生楔下部(南部)見有滑混巖出露(圖6)，野外產(chǎn)狀為：滑混巖呈巖塊產(chǎn)于長石巖屑砂巖及火山角礫巖中,形態(tài)不規(guī)則，有透鏡狀、橢圓狀等，大小從幾厘米至數(shù)十米不等，滑混巖巖性較為復(fù)雜，有礫巖、硅質(zhì)巖、砂巖等，巖石變形、變質(zhì)較弱，原巖組構(gòu)特征表現(xiàn)得較為清楚。從滑混巖的巖性及巖石學(xué)特征判斷，有可能屬蛇綠混雜巖的基質(zhì)部分。

1～2.斜長角閃片巖宏觀與鏡下特征；3～4.變質(zhì)輝綠巖宏觀與鏡下特征；4～5.斜長綠簾陽起片巖宏觀與鏡下特征圖2 瑪因鄂博蛇綠混雜巖宏觀及鏡下特征Fig.2 The field photo and micro-characteristics of Mayinerbuo ophiolitic Melange

圖3 瑪因鄂博蛇綠混雜巖與增生楔位置關(guān)系圖Fig.3 The location map of Mayinerbuo ophiolitic Melange and accretionary wedge

1.第四系沖洪積物;2.粉砂巖;3.硅質(zhì)巖;4.灰?guī)r；5.凝灰?guī)r;6.變質(zhì)玄武巖;7.變質(zhì)英安巖;8.砂板巖;9.云母石英片巖; 10.絹云;綠泥構(gòu)造片巖;11.逆沖斷層;12.正斷層圖4 瑪因鄂博斷裂帶逆沖-推覆構(gòu)造實測剖面圖(據(jù)構(gòu)造剖面)Fig.4 The measured profile of Mayinerbuo fracture zone thrust-nappe ( According to structural section )

1.長石巖屑砂巖;2.礫巖;3.安山質(zhì)火山角礫巖;4.火山塵凝灰?guī)r;5.玄武巖;6.輝長巖;7.角閃片巖;8.長石石英微晶片 巖;9.斜長綠簾陽起片巖;10.陽起石片巖;11.云母長石片巖；12.云母石英片巖；13.斜長變粒巖；14.花崗巖；15.砂巖圖5 瑪因鄂博蛇綠構(gòu)造混雜增生巖楔剖面圖(據(jù)Ⅱ號剖面圖)Fig.5 The profile of Mayinerbuo ophiolitic Melange accretionary wedge (According to II section)

3 蛇綠混雜巖就位機(jī)制探討

蛇綠巖作為一個獨(dú)特的地質(zhì)單元，李錦軼認(rèn)為其就位過程(圖7)應(yīng)該包括從洋盆巖石圈拆離肢解下來開始，到最終定位于現(xiàn)今構(gòu)造位置上為止這樣一段較長的地質(zhì)時期，通過研究認(rèn)為東準(zhǔn)噶爾蛇綠巖有著相似的就位過程，可劃分出3個階段，第一階段為俯沖過程中的侵位，第二階段為碰撞過程的侵位，第三階段為地殼縮短期的侵位。結(jié)合測區(qū)實際地質(zhì)情況，有關(guān)學(xué)者認(rèn)為瑪因鄂博蛇綠混雜巖就位過程還應(yīng)增加地殼伸展減薄階段的構(gòu)造就位(劉崴國，2011)。第一階段為俯沖過程中的侵位，部分洋殼在俯沖過程中被肢解下來，在俯沖帶上與弧前物質(zhì)一同構(gòu)成增生楔，本來該記錄應(yīng)該被保存在蛇綠巖的北側(cè)，但是當(dāng)古亞洲洋洋殼在發(fā)生強(qiáng)烈俯沖時，被刮削下來的洋殼殘片又被仰沖盤攜帶上升，發(fā)生俯沖-折返拼貼式就位(圖7)，這種方式就位的蛇綠巖代表了瑪因鄂博蛇綠混雜巖的主體。結(jié)果是在阿克阿坦薩依多處見到輝長巖、玄武巖巖塊位于增生楔內(nèi)部而非南側(cè)，輝長巖中傾伏向為正北的拉伸線理代表了俯沖早期的構(gòu)造變形。第二階段為碰撞過程的侵位，兩大板塊的對接，使得兩個截然不同的大陸邊緣系統(tǒng)在此匯聚，起初相對零散的蛇綠巖殘片在碰撞過程中疊置在一起，多處可見輝長巖仰沖于玄武巖之上。第三階段為地殼縮短期的侵位，在實地表現(xiàn)為蛇綠巖殘片(輝長巖、玄武巖、硅質(zhì)巖)與基質(zhì)(凝灰?guī)r、粉砂巖等)形成逆沖疊瓦狀構(gòu)造。第四階段為阿爾泰南緣二疊紀(jì)地殼伸展減薄階段，大型走滑剪切作用對蛇綠混雜巖的改造，將地質(zhì)體切割成多個規(guī)模大小不等的右行構(gòu)造透鏡體，已有研究表明，阿爾泰南緣地殼于二疊紀(jì)發(fā)生了減薄事件(劉崴國，2011)，結(jié)果最終形成現(xiàn)今的構(gòu)造面貌。

1.洋殼;2.前寒武紀(jì)基底;3.輝質(zhì)雜巖;4.玄武巖;5.碳酸鹽巖;6.弧型花崗巖;7.滑混巖;8.逆斷層圖7 瑪因鄂博蛇綠混雜巖俯沖-折返拼貼式就位示意圖Fig.7 The diagram of Mayinerbuo ophiolitic Melange subduction-reentrant collage emplacement

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Feature of Mayonerbuo Ophiolitic Melange Subduction Reenterant Collage Position in Altay Orogenic Belt

LIU Weiguo, ZHANG Jiandong, ZHAO Hengle, SHI Wenxiang, YU Yang, FENG Honggang,FENG Jiangpeng

(No.1 Regional Geological Survey Team, Xinjiang Bureau of Geology and Mineral Resources Development, Urumqi 830011, Xinjiang, China)

The Lower Carboniferous Jiangbasitao formation in south margin of Altay Mountains is actually oceanic crust metamorphic rocks, constituted by basalt, gabbro and minor silicalite, and mixed Precambrian basement residual block. The oceanic crust components are embedded in accretionary complexes, which can be divided into seven slices; the formation of the tectonic wedge is the result of repeated pulsed advance of subduction; slide melange was found in the lower part of the accretionary wedge. The oceanic crust with amphibolite facies metamorphism experienced retrograde metamorphism; under the microscope, it is observed that pyroxene was transferred into actinolite and epidote plagioclase metasomatic, indicating the retrogressive metamorphism evolution from amphibolite facies and greenschist facies. The remnants of oceanic crust subduction was carried up by the obduction，with a subduction and reentrant collage, and formed the SSZ ophiolitic melange with arc volcanic rocks. Features of ophiolite melange accretionary complex demonstrate the oceanic crust subduction from south to north, and record the evolution characteristics of Paleo-Asian Ocean in late Early Paleozoic era.

subduction and reentrant collage; ophiolitic mélange; SSZ ophiolite

2015-03-07；

2015-05-07

中國地質(zhì)調(diào)查局國土資源大調(diào)查項目(1212010911055)

劉崴國(1983-)男,地質(zhì)礦產(chǎn)工程師,,從事區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查工作。E-mail:lwg8385@sina.com

P588.3

A

1009-6248(2015)03-0178-07