南天山晚古生代-新生代沉积记录及其对构造演化的制约

摘要

南天山地区石炭系—新近系地层发育齐全，主要由碎屑岩和碳酸盐岩组成。本文以野外地质调查和镜下微相分析为基础，对南天山石炭系—新近系岩相做了系统的划分，对石炭系—新近系的沉积体系进行了研究，并利用碎屑组分统计、全岩地球化学、单颗粒矿物地球化学和碎屑锆石U-Pb定年等方法，对沉积物源进行了详细探讨，阐述了石炭系—新近系碎屑岩的物源区及其构造背景，并进一步对南天山造山带的碰撞、隆升剥露历史提供制约。
　　研究区石炭系—新近系发育碳酸盐岩、碎屑岩、石膏岩和煤，其中碳酸盐岩包括砾屑灰岩、（含陆源碎屑）（鲕）粒灰岩、蜓灰岩、生物碎屑颗粒灰岩、生物碎屑泥粒灰岩、生物碎屑粒泥灰岩、灰泥石灰岩和礁灰岩，碎屑岩主要包括粗砾岩、中砾岩、细砾岩、石英（杂）砂岩、岩屑石英（杂）砂岩、岩屑（杂）砂岩、长石岩屑（杂）砂岩、粉砂岩、泥岩，共17种主要岩石类型。
　　沉积体系分析表明，南天山及南缘石炭系—新近系主要发育9种沉积体系，包括碎屑滨岸沉积体系、碳酸盐台地沉积体系、碳酸盐斜坡沉积体系、大陆斜坡沉积体系、盆地沉积体系、冲积扇沉积体系、河流沉积体系、三角洲沉积体系和湖泊沉积体系，并可细分为14种沉积相类型。海相沉积体系主要发育于石炭系—中二叠统，陆相沉积体系主要见于中二叠世—新近纪的地层中。
　　碎屑岩的岩石学、地球化学分析表明，天山南缘石炭系、三叠系砂岩成分成熟度和结构成熟度均不高，杂基含量较高，从石炭系至三叠系砂岩不稳定组分依次增加。石炭系、二叠系具有相似的稀土元素含量特征，三叠系稀土元素含量明显低于石炭系和二叠系，石炭系—三叠系轻、重稀土元素分馏程度依次减弱，La/Th、La/Y比值依次增大，Th/U比值减小，来自再旋回的物质依次增多。综合碎屑组分、常量元素、稀土元素及微量元素特征的判别，天山南缘石炭系物源区构造背景为既有指示大陆岛弧、活动大陆边缘的证据，也有指示为被动大陆边缘，二叠系物源区示为大陆岛弧，三叠系物源区示为大陆岛弧和含有古老沉积岩的陆块。石炭系碎屑物源具有多种不同的构造属性，显示了双向物源的特点，这种物源特征恰是前陆盆地的典型特征。因此，塔里木板块与伊犁—中天山板块应于石炭纪之前开始碰撞，石炭纪时期南天山地区已经进入了前陆盆地演化阶段。
　　碎屑单矿物化学成分和碎屑锆石年代学分析表明，天山南缘石炭系碎屑物质主要源自中天山南缘及南天山的早古生代中—高级变质岩、花岗岩、基性—超基性火山岩，部分源自塔里木北缘的变质基底;二叠系碎屑物质主要来源于天山的变质沉积岩、花岗岩，此外，塔里木盆地基性火山岩也作为一个重要的源岩;三叠系物源稍显复杂，主要为中天山南缘及南天山的低级—高级变质岩、酸性岩浆岩、岛弧及洋岛玄武岩，而且，从早三叠世到晚三叠世，低级变质岩供应减少，花岗岩及高级变质岩供给增加;侏罗系源岩主要为中天山南缘及南天山的中—高级变质岩、花岗岩和基性—超基性火山岩;新近系碎屑物质可能主要来自于低级变质岩、花岗岩和高压—超高压变质岩，相对缺少中、高级变质岩来源。此外，西南天山榴辉岩中石榴子石成分对比结果表明，南天山剪切带的高压变质岩在晚石炭世时期已经开始遭受剥蚀。研究区石炭系-三叠系中均存在与大洋岛弧玄武岩尖晶石成分类似的碎屑铬尖晶石，具大洋岛弧构造属性，这为南天山属多岛海造山提供了沉积学证据。
　　南天山造山带开始碰撞时间可以限定在早泥盆世末—中泥盆世，至少在南天山中段及东部已经开始碰撞。这一认识主要基于以下几点:(1)上石炭统阿依里河组最年轻的一组碎屑锆石年龄为404-542 Ma;(2)南天山中段上石炭统阿依里河组碎屑岩的物源的构造背景主要显示为大陆岛弧、活动大陆边缘、被动大陆边缘，具有双向物源特征;(3)南天山泥盆纪属于比较典型的海退层序，转折点应该在早泥盆世末;(4)石炭纪时期，南天山已经处于前陆盆地演化阶段，碰撞造山应发生于石炭纪之前;(5)在南天山，早石炭世地层不整合超覆在元古宇到下泥盆统不同时代地层之上，属于区域性不整合。
　　沉积特征和物源分析表明，南天山造山带的初步隆升应发生在石炭纪，上古生界的大规模剥蚀应该发生在三叠纪;早侏罗世时期，南天山和中天山已有较大规模剥露，西南天山高压变质岩遭受剥蚀;中侏罗世—早白垩世早期，南天山发生小规模隆升，南天山北缘高压变质带供应减少，物源以南天山下古生界及泥盆系为主;早白垩世—始新世早期，随着南天山的进一步夷平，北缘的高压变质带和中天山南缘石炭—二叠纪碱性花岗岩带成为库车坳陷主要的物源供给区;由于欧亚大陆与印度大陆碰撞的远程效应，使得南天山在始新世晚期—上新世强烈隆升，阻挡北部高压变质带和中天山南缘石炭—二叠系花岗岩带的物质供给，库车坳陷在此时期以南天山下古生界为主要物源。可是，在南天山西段南缘乌恰一带新近系中发现大量源自于高压变质岩碎屑石榴子石，表明了南天山西段在新近纪时期并未大规模隆起，也未阻挡高压变质岩物质的供给。这表明南天山造山带在东西方向上存在差异隆升。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 前言

1．1 选题依据、来源、目的及研究意义

1．2 研究历史和现状

1．2．1 南天山及其南缘构造格局及演化

1．2．2 研究区沉积学研究进展

1．2．3 沉积物源研究进展

1．3 研究方法与完成工作量

1．3．1 沉积环境和沉积相

1．3．2 砂岩碎屑颗粒成分统计

1．3．3 全岩地球化学

1．3．4 碎屑重矿物成分分析

1．3．5 碎屑锆石U-Pb定年

1．3．6 工作量统计

1．4 主要成果

第二章 区域地质背景

2．1 天山及邻区构造格局及演化

2．2 南天山的蛇绿岩与古缝合带

2．2．1 长阿吾子蛇绿岩

2．2．2 古洛沟蛇绿混杂岩

2．2．3 库米什蛇绿混杂岩

2．2．4 虎拉山色日克牙依布拉克蛇绿(混杂)岩

2．2．5 独库公路965千米—库勒湖蛇绿岩

2．2．6 满大勒克蛇绿岩

2．3 南天山高压—超高压变质岩

2．3．1 阿克苏蓝片岩

2．3．2 南天山古生代蓝片岩

2．4 南天山及邻区断裂系统

2．4．1 中天山北缘断裂带

2．4．2 中天山南缘断裂带

2．4．3 南天山山前断裂带

2．5 南天山石炭纪—新近纪地层

2．5．1 石炭系

2．5．2 二叠系

2．5．3 三叠系

2．5．4 侏罗系

2．5．5 白垩系

2．5．6 古近系

2．5．7 新近系

第三章 岩相特征

3．1 碳酸盐岩

3．1．1 砾屑灰岩

3．1．2 颗粒灰岩

3．1．3 生物碎屑泥粒灰岩

3．1．4 生物碎屑粒泥灰岩

3．1．5 灰泥石灰岩

3．1．6 礁灰岩

3．2 碎屑岩

3．2．1 砾岩

3．2．2 砂岩

3．2．3 粉砂岩

3．2．4 泥岩

3．3 石膏岩类

3．4 煤

第四章 石炭纪—新近纪的沉积体系及古地理

4．1 碎屑滨岸沉积体系

4．1．1 滨岸泻湖相

4．1．2 滨岸潮坪相

4．2 碳酸盐台地沉积体系

4．2．1 开阔台地相

4．2．2 台地浅滩相

4．2．3 台地边缘礁相

4．2．4 局限台地相

4．3 碳酸盐斜坡沉积体系

4．3．1 斜坡上部

4．3．2 斜坡下部

4．4 大陆斜坡沉积体系

4．5 盆地沉积体系

4．6 冲积扇沉积体系

4．6．1 扇根亚相

4．6．2 扇中亚相

4．6．3 扇端亚相

4．7 河流沉积体系

4．7．1 辫状河相

4．8 三角洲沉积体系

4．8．1 扇三角洲相

4．8．2 辫状河三角洲相

4．9 湖泊沉积体系

4．9．1 滨湖亚相

4．9．2 浅湖亚相

4．9．3 半深湖—深湖亚相

4．10 古地理格局及演化

第五章 物源区分析

5．1 砂岩碎屑组分

5．2 全岩地球化学

5．2．1 常量元素

5．2．2 稀土元素

5．2．3 微量元素

5．3 碎屑组分及地球化学对物源区的制约

5．3．1 砂岩碎屑颗粒骨架分析

5．3．2 常量元素物源分析

5．3．3 稀土元素物源分析

5．3．4 微量元素物源分析

5．4 碎屑重矿物成分及物源分析

5．4．1 碎屑石榴子石

5．4．2 碎屑电气石

5．4．3 碎屑铬尖晶石

5．5 碎屑锆石年代学

5．5．1 碎屑锆石年龄组成

5．5．2 物源区对比

5．6 小结

第六章 沉积记录对天山构造演化及隆升剥露历史的制约

6．1 沉积记录对南天山碰撞造山时间的启示

6．2 沉积记录对天山造山带隆升剥露历史的制约

第七章 结论

参考文献

附录

攻读博士学位期间发表的论文