阿尔泰造山带晚古生代构造演化

摘要

通过对新疆北部阿尔泰造山带晚古生代的物质组成及其构造演化的研究，首先，首次发现该区基性麻粒岩和超高温麻粒岩的存在，这一发现对进一步研究阿尔泰地区深部下地壳的组成和结构以及深化阿尔泰地区、新疆北部甚至中亚地区大陆动力学过程和机制都具有重要意义。其次，对基性岩和长英质火山岩岩石地球化学和同位素年代学的研究，对该区大地构造背景及其时限的探讨，阐明阿尔泰造山带晚古生代的构造演化。 阿尔泰造山带富蕴乌恰沟一带新发现代表中、下地壳深变质作用的基性麻粒岩。阿尔泰基性麻粒岩的矿物组合为紫苏辉石+普通辉石+斜长石+角闪石+褐色黑云母等，其暗色矿物成分富镁，而且角闪石和黑云母富钛。该区基性麻粒岩的岩石化学成分显示其富Mg/(Mg+Fe2+)、亏损U，Th，K和Rb、轻稀土中等富集及Eu的弱正异常。基性麻粒岩的原岩为钙碱性玄武岩，是岛弧构造环境下形成的产物。在微量元素洋中脊(MORB)标准化判别图解中，阿尔泰麻粒岩呈现“三隆起”型式，其间呈现明显的负Nb异常以及一定程度的负P和Ti负异常，反映了其形成与板块俯冲等有关。阿尔泰基性麻粒岩形成的峰期变质温压条件为750-780℃和至少0.6-0.7Gpa，属高温中压。岩石具高的143Nd/144Nd值和eNd(0)＞0，暗示其来自于亏损的地幔源；初步的同位素年代学结果表明有晚元古代变质构造的发生。岩石学和地球化学特征表明阿尔泰基性麻粒岩为岛弧钙碱性玄武岩在板块俯冲阶段经地壳深变质作用形成。根据阿尔泰地区区域地质特征及其断层接触关系，认为现在麻粒岩的产出是在碰撞造山以构造侵位的方式被带到晚古生代的变质地层中。 通过对阿尔泰造山带深变质岩的研究，发现有超高温麻粒岩的存在。现有的证据如野外特征和岩石学研究表明其矿物组合为石榴石－斜方辉石－黑云母－堇青石－尖晶石－(矽线石)－斜长石－石英。斜方辉石和尖晶石以及斜方辉石和堇青石后成合晶的出现暗示超高温条件后的退变质现象。其退变质作用的P-T条件初步估算为800-860℃和0.7-0.8Gpa。石英和石榴石中的流体包裹体呈单相纯CO2出现，显示峰期熔融温度达到近-56.7℃以及包裹体均一化成液相的温度约在15.3-23.8℃，表明纯CO2种类在阿尔泰造山带超高温变质作用中出现，且暗示纯CO2流体作为在高温－超高温时被捕获的产物。根据矿物共生组合、矿物变质反应和成因网格的估计，该岩石遭受了超高温变质作用。在超高温条件下，富CO2流体是沿等温降压的顺时针P-T轨迹在剥露过程中被捕获的。 阿尔泰山哈巴河－带出露的－套晚古生代早期长英质火山岩主要由英安质－流纹质火山岩组成。地球化学特征显示它们具有Ti含量低，Mg/(Mg+Fe)含量具中等－富集(42.2-88.7)，Th/Ta为8.6-16.4，低－中等Ti/Zr比值(介于4.9-53.46)；稀土配分型式为LREE富集，无Eu或中等的负Eu异常；且在蜘蛛网图上显示LILE富集，Nb和Ta亏损的特征。 Y-Nb和Rb-Y+Nb构造判别图解显示这些长英质火山岩形成于岛弧环境。结合前人的研究成果，认为新疆北部哈巴河晚古生代早期长英质火山岩是在古亚洲洋北侧岛弧构造环境下形成的，是作为古亚洲洋从SW至NE方向朝西伯利亚古板块俯冲的产物，且有二叠纪时期的岩浆作用事件的发生。 阿尔泰造山带南缘出露的－套泥盆纪火山岩主要由中基性岩组成。本区地球化学分析结果显示基性岩具有两类不同的成分特点：一类富集LREE，Ti，Th/La(0.32-0.56)和Zr/Nb(＜16)，相对亏损HFSE，Nb和Ta负异常，Th/Ta比值高(9-15)，La/Nb＞1.4，Eu为近1,即类似岛弧环境的地球化学特点；另一类LREE富集或平坦型式，Nb亏损但较弱，且Th/Ta比值较低，兼具有岛弧和MORB两种成分的地球化学特征。安山岩具有低Ti和高Ti两类，Nb和Ta呈负异常，Th/Fa为6-12，低－中等Ti/Zr比值(介于4.9-90.74)；稀土配分型式为LREE富集，无Eu异常。基于基性岩的地球化学特征并结合前人的研究成果，可以推测它们分别是作为岛弧岩浆作用和弧后盆地环境下岩浆作用的产物，且晚期构造岩浆事件发生在二叠纪，而不是在早石炭世。