塔里木盆地晚新元古代-早古生代板塊構(gòu)造環(huán)境及其構(gòu)造-沉積響應(yīng)*

鄔光輝 陳鑫 馬兵山,3 陳永權(quán) 田威振 黃少英 馮曉軍

1. 西南石油大學(xué)地球與科學(xué)技術(shù)學(xué)院，成都 610500

2. 西南石油大學(xué)羌塘盆地研究院，成都 610500

3. 中國(guó)石油天然氣集團(tuán)有限公司碳酸鹽巖儲(chǔ)層重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室西南石油大學(xué)研究分室，成都 610500

4. 中國(guó)石油塔里木油田分公司，庫(kù)爾勒 841000

塔里木盆地是中國(guó)最大的經(jīng)歷多旋回構(gòu)造-沉積演化的疊合盆地，也是中亞造山帶與特提斯域構(gòu)造研究及礦產(chǎn)資源開發(fā)的重點(diǎn)領(lǐng)域(賈承造，1997；秦克章等，2017)。塔里木盆地超深層(>6000m)油氣資源豐富，已在庫(kù)車前陸區(qū)中新生界發(fā)現(xiàn)我國(guó)最大的超深砂巖氣田，在克拉通內(nèi)奧陶系碳酸鹽巖發(fā)現(xiàn)了我國(guó)最大的海相碳酸鹽巖油田與凝析氣田(田軍，2019)，是我國(guó)“深地”油氣戰(zhàn)略發(fā)展的重點(diǎn)領(lǐng)域。近年在塔里木克拉通內(nèi)發(fā)現(xiàn)大規(guī)模的南華系-震旦系裂谷以及下寒武統(tǒng)優(yōu)質(zhì)烴源巖(鄔光輝等，2016，2020；Zhuetal., 2017)，并在8000m以深的中下寒武統(tǒng)發(fā)現(xiàn)油氣，同時(shí)在露頭南華系-震旦紀(jì)構(gòu)造背景與盆地內(nèi)寒武系-奧陶系碳酸鹽巖沉積儲(chǔ)層的研究中取得一系列進(jìn)展，揭示了超深層南華系-奧陶系古老地層的巨大油氣勘探潛力。

前人應(yīng)用板塊構(gòu)造理論，提出塔里木盆地經(jīng)歷了南華紀(jì)-中泥盆世、晚泥盆世-三疊紀(jì)、侏羅紀(jì)-第四紀(jì)三大伸展-擠壓的構(gòu)造旋回(賈承造，1997；何登發(fā)等，2005)。研究認(rèn)為，塔里木盆地南華紀(jì)-震旦紀(jì)發(fā)育受(超級(jí))地幔柱機(jī)制控制的裂谷盆地(Xuetal., 2009；Zhangetal., 2013)，并在寒武紀(jì)-早奧陶世形成具有被動(dòng)大陸邊緣背景的碳酸鹽巖臺(tái)地，其在經(jīng)歷志留紀(jì)-中泥盆世的碰撞造山后構(gòu)成完整的伸展-擠壓構(gòu)造旋回(何登發(fā)等，2005；鄒亞銳等，2014)，與經(jīng)典的威爾遜旋回模式一致。但是，近期也有研究認(rèn)為塔里木板塊邊緣在晚新元古代-早古生代可能具有活動(dòng)大陸邊緣環(huán)境(Zhuetal.，2011；Geetal.，2014)，也可能受控于環(huán)羅迪尼亞俯沖系統(tǒng)(Tangetal.，2016；Wuetal.，2020)，其間以前寒武紀(jì)區(qū)域不整合為界分為兩套構(gòu)造層(鄔光輝等，2012，2016；Heetal., 2018)。同時(shí)，塔里木板塊南部在原特提斯洋閉合期間也可能沒有卷入岡瓦納超大陸的碰撞造山旋回，而可能處于增生造山階段(Xiaoetal.，2005；Dongetal.，2018；Lietal.，2018)。由于塔里木盆地底部超深層南華系-奧陶系經(jīng)歷10余期強(qiáng)烈構(gòu)造改造(賈承造，1997；何登發(fā)等，2005；鄔光輝等，2020)，地質(zhì)特征復(fù)雜、資料少，對(duì)其板塊構(gòu)造背景的認(rèn)識(shí)分歧大。

綜合分析，塔里木盆地新元古代-早古生代構(gòu)造控盆、控?zé)N作用顯著，但板塊構(gòu)造背景復(fù)雜，成盆動(dòng)力學(xué)及其構(gòu)造-沉積響應(yīng)特征研究程度低，制約了超深層油氣地質(zhì)評(píng)價(jià)與勘探方向優(yōu)選。本文綜合塔里木盆地周邊與內(nèi)部的地質(zhì)與地球化學(xué)資料，討論塔里木克拉通南華紀(jì)大陸裂解-原特提斯洋閉合期間的板塊構(gòu)造環(huán)境及其構(gòu)造-沉積響應(yīng)。

1 地質(zhì)背景

塔里木板塊位于中亞造山帶與特提斯域之間，包括塔里木盆地及其周邊環(huán)繞的南天山、西昆侖山與阿爾金山(圖1a)。在晚新太古代-早新元古代的變質(zhì)基底之上發(fā)育巨厚南華紀(jì)-第四紀(jì)沉積巖系，縱向上可分為前南華系基底、南華系-震旦系裂谷盆地、寒武系-奧陶系海相碳酸鹽巖臺(tái)地、志留系-白堊系碎屑巖坳陷及新生界前陸盆地等五大構(gòu)造層(圖1b；鄔光輝等，2020)。塔里木盆地經(jīng)歷十余期構(gòu)造-沉積演化，記錄了晚新元古代超大陸裂解，原-古特提斯洋早古生代-中生代的開啟與閉合，南天山洋古生代的開啟-閉合，以及新生代印度板塊碰撞的遠(yuǎn)程效應(yīng)，是典型的疊合盆地(賈承造，1997；何登發(fā)等，2005；Zhangetal.，2013；鄔光輝等，2016，2020；Lietal.，2018)。塔里木盆地超深層油氣資源潛力巨大，勘探開發(fā)水平位居世界前列，已在周緣前陸盆地中新生界碎屑巖與中部克拉通奧陶系碳酸鹽巖頂面發(fā)現(xiàn)大量的油氣資源，盆地底部南華系-下奧陶統(tǒng)是重要的油氣勘探接替方向(田軍，2019)。

圖1 塔里木盆地南華系裂谷分布與新元古代-早古生代年代學(xué)數(shù)據(jù)分布(a，據(jù)Wu et al.，2020；部分?jǐn)?shù)據(jù)參考Zhang et al., 2017；Han and Zhao, 2018; Zhu et al., 2021; 右上角示構(gòu)造位置)與地質(zhì)大剖面(b，據(jù)鄔光輝等，2016修改)Fig.1 The Nanhua rift distribution and geochronological date of the Neoproterozoic-Early Paleozoic (a, after Wu et al.，2020; some data from Zhang et al., 2017；Han and Zhao, 2018; Zhu et al., 2021 and references therein; location shown in the right upper corner) and geological section (b, modified after Wu et al., 2016) in the Tarim Basin

南華紀(jì)初期塔里木板塊發(fā)生與羅迪尼亞超大陸相關(guān)的裂解事件(Zhangetal., 2013)，塔里木盆地底部發(fā)育南華系大陸裂谷相沉積建造(圖1；鄔光輝等，2016，2020；Wuetal.，2018)。南華系發(fā)育大陸裂谷相碎屑巖沉積，含有3～4期冰磧巖，底部有噴發(fā)巖分布(Xuetal.，2013a)。震旦系中下部為濱淺海相碎屑巖間夾火山巖，上部為碳酸鹽巖，在盆地北部廣泛連片分布(鄔光輝等，2020)。近期研究表明，盆地東北部南華系-震旦系存在烴源巖，而且下寒武統(tǒng)底部發(fā)育優(yōu)質(zhì)頁巖烴源巖，與震旦系頂部白云巖風(fēng)化殼儲(chǔ)層組成優(yōu)質(zhì)的生儲(chǔ)蓋組合(鄔光輝等，2016；Zhuetal.，2017)。

塔里木板塊下寒武統(tǒng)-上奧陶統(tǒng)發(fā)育克拉通內(nèi)碳酸鹽巖臺(tái)地沉積(杜金虎，2010；張光亞等，2015)，厚度逾3000m。寒武紀(jì)-早奧陶世，塔里木盆地發(fā)育東西分塊的碳酸鹽巖臺(tái)地沉積(張光亞等，2015；鄔光輝等，2016)，碳酸鹽巖臺(tái)地面積達(dá)40×104km2。晚奧陶世良里塔格組沉積前，塔里木盆地發(fā)生構(gòu)造隆升與剝蝕，南部中奧陶統(tǒng)一間房組與上奧陶統(tǒng)吐木休克組出現(xiàn)大面積的缺失，晚奧陶世良里塔格組沉積期形成南北分帶的孤立臺(tái)地(杜金虎，2010)。隨著強(qiáng)烈的構(gòu)造沉降與大量的陸源碎屑注入，晚奧陶世末桑塔木組沉積期塔東坳陷沉降厚達(dá)4000～6000m的復(fù)理石建造，碳酸鹽巖臺(tái)地快速消亡。

志留系沉積前，塔東-塔西南與塔北地區(qū)發(fā)生隆升并遭受剝蝕，盆內(nèi)形成寬緩的隆坳格局。志留系沉積時(shí)塔里木盆地具有“中間低南北高、以寬緩斜坡過渡”的古地貌，發(fā)育辮狀河三角洲-濱岸、潮坪、陸棚淺海相的砂泥互層沉積，呈北東-南西向展布(鄔光輝等，2020)，不同于奧陶紀(jì)的構(gòu)造-沉積格局。中泥盆世塔里木盆地整體隆升，發(fā)育區(qū)域不整合(賈承造，1997)。晚泥盆世之后隨著古特提斯洋擴(kuò)張的影響，開始了新一輪構(gòu)造旋回體制下的廣泛海侵與克拉通內(nèi)坳陷沉積(何登發(fā)等，2005；鄔光輝等，2016)。

2 新元古代-早古生代構(gòu)造環(huán)境

綜合巖漿巖資料，塔里木克拉通記錄了新元古代-早古生代950～900Ma、850～780Ma、760～720Ma、670～610Ma、540～470Ma和460～410Ma六期巖漿活動(dòng)(圖1a、圖2)。在空間分布上，少量950～900Ma的巖漿活動(dòng)發(fā)生在塔里木盆地周邊的阿爾金山與中天山，在中天山、阿爾金山和塔西南地區(qū)850～780Ma的巖漿活動(dòng)加強(qiáng)，并向盆地邊緣擴(kuò)張。760～740Ma的火成巖廣泛分布，并進(jìn)一步擴(kuò)張至盆地中部，隨后740～720Ma的巖漿作用后撤至塔里木東北緣，并與740Ma以來的南華紀(jì)裂谷分布一致(圖1a)。670～610Ma的巖漿活動(dòng)逐漸向塔里木北部和西北部回撤，隨后發(fā)生廣泛的震旦紀(jì)坳陷沉積。早古生代的巖漿活動(dòng)集中在西昆侖地區(qū)與阿爾金山，主要有540～470Ma和460～410Ma兩期巖漿活動(dòng)，并呈現(xiàn)逐漸加強(qiáng)與向盆地內(nèi)部擴(kuò)張的特點(diǎn)。

圖2 塔里木克拉通新元古代-早古生代巖漿巖U-Pb年齡統(tǒng)計(jì)直方圖(數(shù)據(jù)來自Wu et al., 2020; Zhu et al., 2021)Fig.2 Neoproterozoic-Early Paleozoic U-Pb age histograms of magmatic rocks from the Tarim Craton (data from Wu et al., 2020; Zhu et al., 2021 and references therein)

塔里木克拉通新元古代-早古生代發(fā)育多種類型的長(zhǎng)英質(zhì)和鐵鎂質(zhì)巖漿巖，其微量元素模式基本相似(Zhangetal.，2017, 2019a；Wuetal.，2020)?；◢弾r類具有相對(duì)平緩或微右傾的重稀土元素(HREE)模式，富含輕稀土元素(LREEs)，貧高場(chǎng)強(qiáng)元素(HFSEs)Nb、Ta、Sr、P和Ti。在構(gòu)造環(huán)境判別圖上，大多數(shù)樣品都位于火山弧和后造山帶內(nèi)，與俯沖相關(guān)的花崗巖類的地球化學(xué)特征一致。近期研究認(rèn)為塔里木新元古代花崗巖類多為板片斷離環(huán)境(Wuetal.，2020)，揭示板片斷離而非島弧對(duì)新元古代火成巖的形成具有重要的作用。鐵鎂質(zhì)巖石主要是地球化學(xué)性質(zhì)變化較大的拉斑玄武巖，一般具有相對(duì)高LREE的平坦稀土元素(REE)模式，Ba、Th、U等大離子親石元素(LILE)富集， HFSEs中Nb、Ta、Sr、P和Ti虧損。這些晚新元古代巖漿巖成因通常解釋為陸內(nèi)裂谷環(huán)境(Xuetal.，2009，2013a；Zhangetal.，2013)，但是，鐵鎂質(zhì)-超鐵鎂質(zhì)侵入巖(820～735Ma)具有LREE富集、顯著的Nb-Ta負(fù)異常、低的εNd(t)值(-11～1)和較高的初始87Sr/86Sr比值(0.706～0.71)(Tangetal.，2016)，類似俯沖作用下的玄武巖地球化學(xué)特征(Wuetal.，2020)。

聚斂板塊邊緣的俯沖作用可以劃分為前展和后撤俯沖(Cawood and Buchan，2007；Burchfieletal.，2018)，俯沖速率低于板塊整體收斂速率時(shí)通常發(fā)生前展俯沖，反之則發(fā)生后撤俯沖。前展俯沖導(dǎo)致地殼增厚、重熔和弧后前陸盆地發(fā)育，后撤俯沖則容易形成地殼減薄和弧后裂谷(Cawood and Buchan，2007；Collinsetal.，2011)。近期研究表明，利用鋯石εHf(t)分布趨勢(shì)可能區(qū)分前展和后撤俯沖(Hanetal.，2016；Zhangetal.，2019b；Wuetal.，2020)。統(tǒng)計(jì)分析表明，塔里木板塊1100～400Ma鋯石的εHf(t)值在-46.4到+14.43之間呈現(xiàn)有規(guī)律變化的3個(gè)階段(圖3)：1100～800Ma的εHf(t)值呈現(xiàn)較寬范圍的降低趨勢(shì)段；經(jīng)過800～760Ma的過渡階段，760～560Ma的εHf(t)值表現(xiàn)出顯著的上升趨勢(shì)段，并在600Ma后巖漿活動(dòng)快速減弱；540～410Ma又開始呈現(xiàn)增強(qiáng)的巖漿活動(dòng)，伴隨顯著的εHf(t)值降低趨勢(shì)段。這些εHf(t)值的變化趨勢(shì)可能反映了新生地殼和改造地殼比例的變化，下降趨勢(shì)表明地殼改造作用增強(qiáng)，而增加趨勢(shì)表明新生地殼增多，具有前展-后撤-前展俯沖構(gòu)造演化的特征。值得注意的是，俯沖轉(zhuǎn)換期也沒有出現(xiàn)明顯的突變界線，存在俯沖轉(zhuǎn)換過渡期，不同于典型的突變模式(Hanetal.，2016；Zhangetal.，2019b)。

圖3 塔里木克拉通1100～400Ma鋯石εHf(t)-U-Pb年齡圖(數(shù)據(jù)來自Zhang et al., 2017; Wu et al., 2020; Zhu et al., 2021)Fig.3 Plots of εHf(t) vs. U-Pb ages of 1100～400Ma zircons from the Tarim Craton (data from Zhang et al., 2017; Wu et al., 2020; Zhu et al., 2021 and references therein)

地殼孕育時(shí)間是鋯石Hf模式年齡和U-Pb年齡之間的差值，代表了大陸地殼初始形成(Hf模式年齡)與火成巖體晚期侵位(U-Pb年齡)之間的時(shí)間差(Griffinetal.，2006；Zhangetal.，2019b)。較短的地殼孕育時(shí)間反映了新生地殼的生長(zhǎng)，而較長(zhǎng)的孕育時(shí)間則代表了長(zhǎng)期的地殼形成與改造作用。通過鋯石結(jié)晶年齡與地殼孕育時(shí)間的相關(guān)性分析，其分布模式呈現(xiàn)與εHf(t)值鏡像反映的三段趨勢(shì)：1100～800Ma上升段表明地殼再造增強(qiáng)；隨后出現(xiàn)760～560Ma的下降趨勢(shì)段，表明新生地殼增加；540～410Ma又開始呈現(xiàn)顯著的上升趨勢(shì)，地殼再造作用增強(qiáng)。

綜合相關(guān)研究，塔里木板塊在新元古代-早古生代發(fā)育長(zhǎng)期的俯沖構(gòu)造環(huán)境，經(jīng)歷了前展-后撤-前展俯沖旋回的板塊構(gòu)造演化，不同于大陸裂谷-碰撞造山旋回的經(jīng)典威爾遜旋回模式。

3 后撤-前展俯沖旋回作用下的構(gòu)造-沉積響應(yīng)

綜合相關(guān)資料分析， 塔里木盆地在晚新元古代-早古生代后撤-前展俯沖旋回作用下形成了獨(dú)特的構(gòu)造-沉積演化(圖4、表1)。

表1 塔里木晚新元古代-早古生代后撤-前展俯沖旋回各階段特征Table 1 The retreating-advancing subduction cycles of the Tarim Basin during the Late Neoproterozoic-Early Paleozoic and their characteristics

圖4 塔里木克拉通新元古代-早古生代前展-后撤-前展俯沖旋回演化模式圖(a)早新元古代前展俯沖(外圍950～900Ma開始前展俯沖，850～760Ma巖漿活動(dòng)與俯沖增強(qiáng)，從外圍向板內(nèi)推進(jìn)，形成統(tǒng)一變質(zhì)基底)；(b)晚新元古代后撤俯沖(760～610Ma巖漿活動(dòng)漸弱并向盆地外圍遷移，后撤俯沖作用下形成裂谷盆地)；(c)寒武紀(jì)-早奧陶世弱前展俯沖(弱俯沖，少量巖漿活動(dòng)，期間碳酸鹽巖臺(tái)地變遷逐漸增強(qiáng))；(d)晚奧陶世-志留紀(jì)強(qiáng)前展俯沖(俯沖增強(qiáng)，460～410Ma巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈，原特提斯洋閉合，臺(tái)地消亡，形成塔東復(fù)理石快速充填類前陸盆地)Fig.4 Schematic diagrams of the Late Neoproterozoic-Early Paleozoic advancing-retreating-advancing subduction cycle in the Tarim Craton(a) advancing subduction in the Early Neoproterozoic; (b) retreating subduction in the Late Neoproterozoic; (c) weak advancing subduction in the Cambrian-Early Ordovician; (d) strong advancing subduction in the Late Ordovician-Silurian

3.1 后撤俯沖背景下的裂谷盆地充填

在早新元古代不斷增強(qiáng)的前展俯沖作用下，塔里木克拉通形成800～760Ma前展-后撤俯沖的轉(zhuǎn)換期(圖4a)，并發(fā)生了強(qiáng)烈的變質(zhì)作用(Zhangetal.，2013)，形成了前寒武紀(jì)統(tǒng)一的變質(zhì)基底。隨著向后撤俯沖的轉(zhuǎn)換，巖石圈轉(zhuǎn)向拉張背景，塔里木克拉通在前南華紀(jì)變質(zhì)基底基礎(chǔ)上開始發(fā)育裂谷。南華系底部噴發(fā)巖U-Pb SHRIMP年齡限定裂谷發(fā)生時(shí)間始于～740Ma(Xuetal.，2009)，而盆內(nèi)中央隆起760～740Ma侵入花崗巖(鄔光輝等，2012，2016；Xuetal.，2013b)則代表前裂谷期隆升的巖漿活動(dòng)。裂谷成因可能與前展俯沖作用后的板片斷離有關(guān)(圖4b)，俯沖觸發(fā)地幔對(duì)流與地殼伸展，形成不同于超級(jí)地幔柱機(jī)制導(dǎo)致的主動(dòng)裂谷盆地。綜合前人研究(Zhuetal.，2011；Zhangetal.，2013；Geetal.，2014；Tangetal.，2016；Xiaoetal.，2019；Wuetal., 2020)，其火成巖具有如下特征:(1)具有裂谷前的前展-后撤俯沖轉(zhuǎn)換期的多幕巖漿活動(dòng)；(2)火成巖體規(guī)模較小，且分布較為分散，缺少大規(guī)模大陸溢流玄武巖；(3)火成巖地球化學(xué)分析揭示板片斷離的俯沖環(huán)境，不同于地幔柱機(jī)制的裂谷。尤其值得注意的是，在塔里木西北與西南地區(qū)南華紀(jì)巨厚裂谷沉積巖系中缺乏噴發(fā)巖，這類缺乏巖漿活動(dòng)的裂谷一般不受控于地幔柱機(jī)制。

隨著后撤俯沖作用引發(fā)地幔對(duì)流與地殼伸展，在前展俯沖影響作用較大的東北地區(qū)發(fā)生巖漿沿地殼的裂隙噴發(fā)，庫(kù)魯克塔格地區(qū)發(fā)育一套740～720Ma雙峰式火山巖(賈承造，1997；Xuetal., 2009)，發(fā)育沖積扇-扇三角洲-濱淺湖相的大陸裂谷沉積，具有主動(dòng)裂谷充填特征。在西北與西南地區(qū)缺失裂谷初期的噴發(fā)巖，伴隨后撤俯沖作用下的地殼伸展，開始發(fā)育一系列的被動(dòng)裂谷，形成陸相河流-湖泊沉積體系。隨著后撤俯沖的擴(kuò)張，南華紀(jì)中期進(jìn)入水體不斷加深的斷陷湖盆沉積期(圖5a)。東北地區(qū)沉降厚度逾1000m的砂泥巖互層淺海沉積。西北地區(qū)發(fā)育濁流-砂質(zhì)碎屑流充填的斷陷湖盆，西南地區(qū)以斷陷河流-湖泊相沉積為主。南華紀(jì)晚期斷裂活動(dòng)減弱，進(jìn)入斷陷萎縮期，東北與西南地區(qū)濱淺海相沉積范圍不斷擴(kuò)大。全區(qū)發(fā)育南華紀(jì)末期冰磧巖，對(duì)應(yīng)全球的Marinoan冰期沉積(Xuetal., 2013a)。

圖5 塔里木板塊南華紀(jì)中期(a)與震旦紀(jì)末期(b)構(gòu)造古地理Fig.5 Tectonic-paleogeography of the Tarim Plate at the Middle Nanhua Period (a) and the end of Sinian (b)

伴隨塔里木板塊北部660～630Ma、620～610Ma的巖漿事件(Xuetal., 2013a; Xiaoetal., 2019)，幕式后撤俯沖作用下的地殼伸展影響范圍擴(kuò)大，進(jìn)入震旦紀(jì)寬緩坳陷發(fā)育期。震旦紀(jì)火成巖規(guī)模小，缺少深大斷陷，以整體沉降為主，出現(xiàn)廣泛連片的大型淺水坳陷。震旦紀(jì)早期以河流-湖泊-濱淺海碎屑巖為主，晚期發(fā)育更為廣泛且穩(wěn)定的碳酸鹽巖臺(tái)地，對(duì)應(yīng)后撤俯沖與巖漿作用的減弱。不同于斷陷作用控制的南華系，震旦紀(jì)晚期已形成穩(wěn)定的克拉通內(nèi)坳陷的構(gòu)造-沉積體系。

震旦紀(jì)末期進(jìn)入后撤-前展俯沖轉(zhuǎn)換期(圖3)。值得注意的是，盡管該時(shí)期的巖漿事件與板塊動(dòng)力機(jī)制尚不清楚，但塔里木板塊南部檢測(cè)到560～540Ma的巖漿事件(鄔光輝等，2016；Zhuetal., 2021)。通過鉆井標(biāo)定與地震資料分析，在寒武系沉積前具有廣泛的隆升與剝蝕，盆地南部與塔北地區(qū)發(fā)育東西走向的隆起(圖5b)，并發(fā)現(xiàn)前寒武紀(jì)褶皺與坳陷區(qū)顯著的抬升削截特征，很可能受控于南北向的區(qū)域構(gòu)造擠壓作用。通過地震追蹤，前寒武紀(jì)的中央隆起與塔北隆起面積逾30×104km2，形成前寒武紀(jì)大型區(qū)域“大不整合面”(圖5b)。在此構(gòu)造背景下，北東向的裂谷體系轉(zhuǎn)變?yōu)闁|西走向的克拉通內(nèi)隆坳格局，終結(jié)了裂谷盆地演化。不同于早期認(rèn)為的震旦紀(jì)-寒武紀(jì)連續(xù)沉積的伸展構(gòu)造背景(賈承造，1997；何登發(fā)等，2005)，寒武系沉積前發(fā)生了區(qū)域構(gòu)造隆升。因此推斷，在震旦紀(jì)末的后撤-前展俯沖轉(zhuǎn)換期，塔里木板塊從伸展開始轉(zhuǎn)向擠壓，并形成廣泛的不整合。

相對(duì)經(jīng)典威爾遜旋回中的大陸裂谷，塔里木南華紀(jì)裂谷在后撤俯沖作用下，呈多期幕式火成巖活動(dòng)，幔源巖漿少、裂陷作用弱、火成巖規(guī)模小，呈現(xiàn)被動(dòng)裂谷特征。同時(shí)，伴隨多期幕式減弱后撤俯沖的發(fā)展，雖然地幔巖漿補(bǔ)給增多，但地殼伸展作用減弱，塔里木大陸裂谷并沒有向威爾遜旋回幼年期的陸間海發(fā)展，而是開始萎縮并進(jìn)入震旦紀(jì)的坳陷期，并發(fā)育克拉通內(nèi)碳酸鹽巖臺(tái)地。進(jìn)而在震旦紀(jì)末期后撤-前展俯沖轉(zhuǎn)換期間發(fā)生隆升與剝蝕，出現(xiàn)區(qū)域不整合，而沒有進(jìn)入威爾遜旋回的被動(dòng)大陸邊緣沉積階段。由此分析，晚新元古代塔里木板塊存在多期漸弱的后撤俯沖機(jī)制，沒有形成威爾遜旋回中的洋殼與陸間海斷陷構(gòu)造-沉積體系，也不是大陸裂谷在伸展背景下的夭折，而是俯沖機(jī)制下的隆升中斷，構(gòu)成了南華紀(jì)強(qiáng)伸展-震旦紀(jì)末區(qū)域擠壓的構(gòu)造旋回。

3.2 前展俯沖背景下的碳酸鹽巖臺(tái)地-復(fù)理石坳陷充填

寒武紀(jì)開始進(jìn)入弱前展俯沖階段(圖3)，略早于原特提斯洋的俯沖始于～530Ma的認(rèn)識(shí)(Zhangetal.，2018)。由于迄今尚未發(fā)現(xiàn)被動(dòng)大陸邊緣沉積，寒武紀(jì)-早奧陶世很可能不是處于威爾遜旋回成年期的被動(dòng)大陸邊緣階段，而是弱俯沖構(gòu)造背景。該時(shí)期巖漿活動(dòng)微弱，構(gòu)造環(huán)境較穩(wěn)定。

在微弱前展俯沖構(gòu)造背景下，塔里木板塊呈現(xiàn)東西方向的弱伸展環(huán)境，不同于晚新元古代的構(gòu)造環(huán)境(圖6a)。寒武紀(jì)開始發(fā)生遍及整個(gè)塔里木板塊的海侵，形成廣泛的陸表淺海，開始發(fā)育克拉通內(nèi)穩(wěn)定沉積的碳酸鹽巖臺(tái)地與淺坳陷。早寒武世塔里木板塊形成東西分異的“兩臺(tái)一盆”的古地理格局，中西部為塔西克拉通內(nèi)臺(tái)地，中東部發(fā)育滿東克拉通內(nèi)坳陷欠補(bǔ)償泥頁巖沉積，再往東出現(xiàn)羅西臺(tái)地(張光亞等，2015；嚴(yán)威等，2018)。早奧陶世，塔里木板塊周緣比較穩(wěn)定，板塊南緣出現(xiàn)較弱的巖漿活動(dòng)，發(fā)育穩(wěn)定的碳酸鹽巖鑲邊臺(tái)地，“兩臺(tái)一盆”的構(gòu)造古地理繼承性發(fā)育(杜金虎，2010；張光亞等，2015；鄔光輝等，2016)。同時(shí)，寒武紀(jì)-早奧陶世經(jīng)歷了多期的臺(tái)地遷移與沉積微相變化，局部有微不整合發(fā)育，可能受控于較弱的俯沖作用影響。

圖6 塔里木板塊早奧陶世晚期(a)與晚奧陶世中期(b)構(gòu)造-古地理(據(jù)鄔光輝等，2016修改)Fig.6 Tectonic-paleogeography of the Tarim Plate at stages of the late Early Ordovician (a) and the middle Late Ordovician (b)(modified after Wu et al., 2016)

中奧陶世古昆侖洋俯沖消減增強(qiáng)，西昆侖地區(qū)火山島弧發(fā)育，塔里木板塊南緣的臺(tái)-溝-弧-盆的構(gòu)造格局形成(圖4c；Xiaoetal.，2005；Zhangetal.，2019a)。鷹山組上部沉積開始出現(xiàn)分異(鄔光輝等，2016)，塔西臺(tái)地內(nèi)部出現(xiàn)地貌差異，臺(tái)內(nèi)灘與臺(tái)凹的微相差異顯現(xiàn)，塔中-巴楚地區(qū)出現(xiàn)局部不整合。中奧陶世晚期一間房組的沉積特征與展布不同于鷹山組(杜金虎，2010；能源等，2016)，形成厚度薄、面積廣泛的緩坡臺(tái)地，沉積微相橫向變化大，揭示板緣的構(gòu)造活動(dòng)已開始控制板內(nèi)的沉積格局。值得注意的是，塔里木盆地南部廣泛缺失中奧陶世晚期一間房組-晚奧陶世吐木休克組，發(fā)育大型東西走向的古隆起，具有顯著的南北擠壓特征(鄔光輝等，2016)，表明中奧陶世末已進(jìn)入強(qiáng)前展俯沖階段，可能揭示原特提斯洋向北俯沖而非向南俯沖的構(gòu)造環(huán)境(圖4d)。

受原特提斯洋強(qiáng)烈前展俯沖作用形成的南北向區(qū)域擠壓，晚奧陶世良里塔格組沉積前近東西向的塔西南、塔中、塔北隆起開始形成(鄔光輝等，2016)，寒武紀(jì)-早奧陶世“東西分異”的碳酸鹽巖臺(tái)地轉(zhuǎn)變?yōu)榱祭锼窠M“南北分帶”的局限碳酸鹽巖臺(tái)地沉積(圖6b)，不同于寒武紀(jì)-早奧陶世的構(gòu)造-古地理格局。奧陶紀(jì)末阿爾金洋-古昆侖洋趨近閉合(Zhangetal.，2017；Lietal.，2018；Zhangetal.，2019a)，塔里木盆地出現(xiàn)整體抬升，奧陶紀(jì)地層普遍遭受剝蝕(鄔光輝等，2016)，但沒有發(fā)現(xiàn)碰撞造山后的磨拉石建造，而是在塔東地區(qū)沉降了桑塔木組厚逾4000m類前陸盆地的復(fù)理石建造，不同于碰撞造山作用下典型的周緣前陸盆地，古大洋很可能沒有完全閉合，仍處于俯沖增生階段。盡管塔里木板塊原特提斯洋(古昆侖洋-阿爾金洋)的閉合時(shí)間與閉合方式仍有較多疑問(Lietal.，2018)，一般認(rèn)為原特提斯洋俯沖結(jié)束時(shí)間大約在440～420Ma(Zhangetal.，2018，2019a)，根據(jù)構(gòu)造-沉積特征推斷志留紀(jì)很可能處于原特提斯洋俯沖后的伸展階段(圖4d)。此期志留系發(fā)育俯沖后陸內(nèi)坳陷的濱淺海相砂泥巖互層沉積，呈南西-北東方向展布，并遭受泥盆系沉積前的抬升剝蝕作用，不同于奧陶紀(jì)構(gòu)造-沉積格局(鄔光輝等，2020)，可能與阿爾金洋的閉合有關(guān)，揭示原特提斯洋可能呈現(xiàn)逆時(shí)針方向的俯沖閉合。

由此可見，塔里木板塊寒武紀(jì)-早奧陶世弱前展俯沖作用下發(fā)育穩(wěn)定的克拉通內(nèi)海相碳酸鹽巖沉積，不同于威爾遜旋回成年期的被動(dòng)大陸邊緣的構(gòu)造-沉積特征。而中晚奧陶世-志留紀(jì)強(qiáng)前展俯沖作用下，塔里木盆地具有明顯的逐漸增強(qiáng)的多期構(gòu)造擠壓作用，并出現(xiàn)多期構(gòu)造隆升與剝蝕，形成塔東板內(nèi)類前陸坳陷巨厚復(fù)理石沉積建造，但缺少碰撞造山的磨拉石建造，不同于經(jīng)典威爾遜旋回終結(jié)期-遺跡期的碰撞造山形成的周緣前陸盆地。

綜合分析，塔里木板塊新元古代-早古生代經(jīng)歷了前展-后撤-前展俯沖的構(gòu)造旋回，形成了后撤俯沖機(jī)制形成的南華紀(jì)強(qiáng)伸展-震旦紀(jì)末擠壓旋回的大陸裂谷盆地，以及漸強(qiáng)前展俯沖機(jī)制作用的早古生代弱伸展-強(qiáng)擠壓旋回的克拉通內(nèi)碳酸鹽巖臺(tái)地-復(fù)理石類前陸盆地，不同于經(jīng)典的威爾遜旋回。研究一般認(rèn)為地幔對(duì)流或地幔柱機(jī)制控制了大陸的裂解與盆地的成因，隨著大陸的裂解-大洋的形成與擴(kuò)張，形成大陸裂谷盆地-被動(dòng)大陸邊緣盆地，而在大洋閉合-消亡期形成周緣前陸盆地(Wilson，1973；Dewey and Burke，1974)。但近來也受到質(zhì)疑，并提出俯沖作用的動(dòng)力學(xué)機(jī)制(Cawood and Buchan, 2007；Dal Zilioetal.，2018)。由于塔里木板塊受特提斯洋與古亞洲洋演化的制約，具有地體小、運(yùn)動(dòng)多的特點(diǎn)，在新元古代-早古生代可能是多島弧環(huán)境下的俯沖增生機(jī)制(李繼亮，2004；秦克章等，2017；肖文交等，2019)，不同于經(jīng)典威爾遜旋回的動(dòng)力機(jī)制。

4 結(jié)論

盡管經(jīng)典的板塊構(gòu)造理論與威爾遜旋回模式可能指導(dǎo)大陸沉積盆地的構(gòu)造-沉積演化研究，但由于地球巖石圈構(gòu)造的復(fù)雜性與古大陸演化的差異性，塔里木克拉通盆地晚新元古代-早古生代構(gòu)造背景與構(gòu)造-沉積演化具有特殊性。

(1)新元古代-早古生代具有長(zhǎng)期多幕俯沖的構(gòu)造環(huán)境，經(jīng)歷了前展-后撤-前展俯沖的演化過程，形成了南華紀(jì)強(qiáng)伸展→震旦紀(jì)末擠壓隆升旋回與寒武紀(jì)-早奧陶世弱伸展→晚奧陶世-志留紀(jì)強(qiáng)擠壓旋回的兩大伸展-擠壓構(gòu)造旋回。

(2)晚新元古代裂谷盆地受控后撤俯沖機(jī)制而非地幔柱機(jī)制，期間不發(fā)育經(jīng)典威爾遜旋回作用下的主動(dòng)大陸裂谷-被動(dòng)大陸邊緣沉積序列，而是形成了前寒武紀(jì)“大不整合面”。

(3)早古生代塔里木南緣隨著原特提斯洋消減閉合形成逐漸加強(qiáng)的前展俯沖，控制了寒武紀(jì)-奧陶紀(jì)碳酸鹽巖臺(tái)地從東西分異轉(zhuǎn)向南北分異的沉積演變，并形成晚奧陶世復(fù)理石快速充填的類前陸盆地。

(4)塔里木盆地揭示了晚新元古代-早古生代后撤-前展俯沖動(dòng)力機(jī)制下的構(gòu)造-沉積演化的差異性，不同于經(jīng)典的威爾遜旋回模式及其板塊動(dòng)力學(xué)機(jī)制。

致謝感謝審稿人的寶貴意見！本文研究過程中得到潘文慶、肖陽、楊芝林、何金有、楊率、李萌等的幫助與指導(dǎo)，在此表示感謝！

謹(jǐn)以此文紀(jì)念恩師李繼亮先生，他的大地構(gòu)造思想啟發(fā)與指導(dǎo)了本文的研究工作。