劉冬冬, 郭召杰, 張子亞

(北京大學(xué) 地球與空間科學(xué)學(xué)院, 北京 100871)

一個(gè)不整合面引發(fā)的構(gòu)造故事
——從天山艾維爾溝不整合談起

劉冬冬, 郭召杰, 張子亞

(北京大學(xué) 地球與空間科學(xué)學(xué)院, 北京 100871)

天山烏魯木齊艾維爾溝二疊系蘆草溝組與三疊系小泉溝組之間發(fā)育一典型不整合面, 是該地區(qū)一次重要地質(zhì)事件的標(biāo)志。國(guó)內(nèi)外針對(duì)該不整合發(fā)表了多篇相關(guān)論文, 提出了不同觀點(diǎn)。本文在對(duì)前人研究對(duì)比的基礎(chǔ)上, 系統(tǒng)分析了該不整合面的結(jié)構(gòu)和沉積特征。同時(shí), 對(duì)不整合面上下地層進(jìn)行了U-Pb碎屑鋯石定年。定年結(jié)果顯示, 不整合面下伏的上二疊統(tǒng)蘆草溝組和上覆的上三疊統(tǒng)小泉溝組碎屑鋯石特征基本無(wú)差別, 都表現(xiàn)為明顯的單峰特征。表明在晚二疊世-晚三疊世之間天山北緣沒有經(jīng)歷大的構(gòu)造環(huán)境變動(dòng), 因此前人關(guān)于艾維爾溝不整合標(biāo)志的洋盆閉合或者區(qū)域性擠壓事件的結(jié)論就不成立。綜合地層學(xué)和碎屑鋯石研究結(jié)果, 我們認(rèn)為該不整合是一個(gè)沉積不整合, 是盆地在經(jīng)由早二疊世的不對(duì)稱斷陷作用之后, 在晚二疊世-三疊紀(jì)時(shí)期進(jìn)一步發(fā)生坳陷作用, 從而導(dǎo)致晚期地層超覆于早期地層之上而形成。這種斷坳轉(zhuǎn)換期形成的不整合現(xiàn)象, 在中國(guó)東部以及世界其他地區(qū)的斷陷盆地中都很普遍。

艾維爾溝不整合；成因爭(zhēng)議；碎屑鋯石；沉積不整合；斷坳轉(zhuǎn)換

0 前 言

天山造山帶是中亞巨型復(fù)合造山帶的重要組成部分, 其北側(cè)為準(zhǔn)噶爾盆地, 南側(cè)為塔里木盆地。天山造山帶與準(zhǔn)噶爾盆地、塔里木盆地之間的構(gòu)造耦合關(guān)系是中國(guó)地學(xué)界的一個(gè)熱點(diǎn)研究課題(Windley et al., 1990; Allen et al., 1993; Charvet et al., 2007, 2011; Han et al., 2011; 肖序常等, 1990; 何國(guó)琦等, 1994; 李錦軼和肖序常, 1999; 舒良樹等, 2004; 李曰俊等, 2009)。

烏魯木齊附近穿越天山的烏艾公路106 km里程碑附近艾維爾溝地區(qū)發(fā)育一典型不整合, 是該地區(qū)重要的構(gòu)造標(biāo)志(圖1)。然而對(duì)艾維爾溝不整合的構(gòu)造解讀, 存在很多爭(zhēng)論。已發(fā)表的國(guó)際和國(guó)內(nèi)期刊論文中多次提到艾維爾溝不整合并發(fā)表了相關(guān)照片, 但各方觀點(diǎn)差別很大。Xiao 等(2008)將艾維爾溝不整合作為三疊紀(jì)洋盆閉合的標(biāo)志,但是廖卓庭等(2011)對(duì)此進(jìn)行了反駁; Wartes等(2002)將艾維爾溝不整合作為晚二疊世區(qū)域性擠壓的證據(jù), 但是蘇春乾等(2006)認(rèn)為艾維爾溝不整合是伸展不整合。

一個(gè)艾維爾溝不整合就有這么多的觀點(diǎn), 這與艾維爾溝不整合恰介于二疊紀(jì)-三疊紀(jì)之間有關(guān)。天山及其鄰區(qū)以洋盆閉合為標(biāo)志的造山事件發(fā)生于晚古生代還是三疊紀(jì), 是中亞造山帶構(gòu)造演化研究中的關(guān)鍵問(wèn)題(Windley et al., 1990; Allen et al., 1993; Gao et al., 1998; Wang et al., 2006, 2007; Charvet et al., 2007, 2011; Zhang et al., 2007; Han et al., 2009,2011; Xiao et al., 2009; 李錦軼和肖序常, 1999; 高俊等, 2006; 韓寶福等, 2006)。本文在綜合分析前人研究成果的基礎(chǔ)上, 對(duì)不整合面上下地層進(jìn)行了詳細(xì)的沉積學(xué)分析和碎屑鋯石研究, 來(lái)探究不整合的性質(zhì)及其成因, 進(jìn)而討論其對(duì)天山晚古生代構(gòu)造演化的啟示。

1 艾維爾溝不整合的成因爭(zhēng)議

1.1 艾維爾溝不整合是否是洋盆閉合區(qū)域性造山事件的標(biāo)志？

Xiao 等 (2008)認(rèn)為艾維爾溝不整合面下伏的上二疊統(tǒng)蘆草溝組為深海相濁積巖, 以此作為北天山地區(qū)直到晚二疊世仍處于大洋環(huán)境的證據(jù), 由三疊系小泉溝組超覆形成的艾維爾溝不整合構(gòu)造是天山地區(qū)造山作用結(jié)束的重要證據(jù)之一。Xiao 等(2008)的結(jié)論還結(jié)合了Zhang 等(2007)報(bào)道的南天山三疊紀(jì)超高壓變質(zhì)巖證據(jù)和Li 等 (2005)報(bào)道的晚二疊世放射蟲化石證據(jù)。

而廖卓庭等(2011)對(duì)艾維爾溝不整合下伏二疊系的研究發(fā)現(xiàn), 蘆草溝組是含有多門類陸相生物化石組合的陸相地層, 并非海相濁積巖, 它與準(zhǔn)噶爾盆地東南緣廣泛分布的蘆草溝組的巖性和生物群特征相同, 時(shí)代歸屬晚二疊世最早期。艾維爾溝剖面沒有發(fā)現(xiàn)產(chǎn)有二疊紀(jì)、三疊紀(jì)海相生物化石的記錄, 當(dāng)?shù)爻雎读己玫亩B系、三疊系, 其中各組都有確鑿的陸生生物化石可作為確定地層時(shí)代和解釋沉積環(huán)境的依據(jù)。Jong等(2009)認(rèn)為Zhang等(2007)報(bào)道的高壓或超高壓變質(zhì)巖中的二疊紀(jì)-三疊紀(jì)鋯石年齡可能是與折返之后地殼層次的熱液作用有關(guān)。Han等(2011)認(rèn)為L(zhǎng)i 等(2005)報(bào)道的疑似晚二疊世放射蟲保存太差, 僅憑這個(gè)證據(jù)難以作為天山洋晚二疊世-早三疊世閉合的證據(jù)。國(guó)內(nèi)外多數(shù)學(xué)者的研究都支持天山在三疊紀(jì)-侏羅紀(jì)期間處于一個(gè)構(gòu)造平靜期, 并沒有大的區(qū)域隆升事件(Dumitru et al., 2001; Jolivet et al., 2010; Han et al., 2011; Liu et al., 2013)。

圖1 艾維爾溝地區(qū)區(qū)域地質(zhì)圖及剖面圖(據(jù)后峽幅K-45-X 1︰200000地質(zhì)圖修改)Fig.1 Simplified geological map and cross section of the Aiweiergou area (modified after Houxia K-45-X 1︰200000 geological map)

1.2 艾維爾溝不整合是區(qū)域擠壓褶皺成因還是伸展成因？

Wartes 等 (2002) 認(rèn)為天山在早二疊世和晚二疊世處于截然不同的沉積環(huán)境。早二疊世天山沉積相多樣, 存在大量的火山巖, 且盆地演化受盆地邊緣正斷層控制。沉積、構(gòu)造和巖漿巖證據(jù)都表明早二疊世天山及其鄰區(qū)處于伸展環(huán)境。晚二疊世時(shí)期,天山處于擠壓環(huán)境, 晚二疊世地層彎曲是擠壓環(huán)境形成的褶皺。天山北緣和吐哈盆地轉(zhuǎn)變?yōu)榍瓣懪璧?晚二疊世地層褶皺變形支持了這一論點(diǎn)。艾維爾溝不整合就是擠壓褶皺條件下形成的不整合(Wartes et al., 2002)。

而蘇春乾等(2006)對(duì)天山北緣晚古生代到中生代地層系統(tǒng)中幾個(gè)重要的不整合面進(jìn)行了觀察分析,認(rèn)為天山地區(qū)在二疊紀(jì)中期以后到中生代時(shí)期以陸相拉張斷陷盆地為主, 并形成一系列斷陷盆地。艾維爾溝不整合是造山期后盆地內(nèi)不整合, 是由盆地不對(duì)稱性的斷陷, 造成晚期地層角度不整合在早期地層之上, 是由斷塊掀斜造成的不整合。

由此可見，關(guān)于艾維爾溝不整合的成因及意義均存在重要的分歧。而這對(duì)于天山地區(qū)最終增生過(guò)程的限定以及盆山演化過(guò)程的解讀很關(guān)鍵，因此探究該不整合的類型和成因就顯得很重要。

2 艾維爾溝不整合的結(jié)構(gòu)特征

2.1 艾維爾溝不整合地層巖石學(xué)特征

艾維爾溝不整合位于艾維爾溝煤礦地區(qū), 早在建國(guó)初期就已經(jīng)被地質(zhì)調(diào)查發(fā)現(xiàn)。不整合面下伏為二疊系, 上覆為三疊系 (圖3、4)。新疆區(qū)域地層表后峽幅1︰20萬(wàn)地質(zhì)圖(新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查局, 1974)將艾維爾溝的二疊系和三疊系分別稱為妖魔山群和小泉溝群, 歸于上二疊統(tǒng)和上三疊統(tǒng)。但新疆區(qū)域地層表編寫組考慮到妖魔山組與甘肅省奧陶系一組名相重而改稱蘆草溝組(P2l), 之后一直延續(xù)使用至今(新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局, 1995)。

新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局 (1995)對(duì)二疊系蘆草溝組的描述是: 主要巖性為灰黑、黑色、褐灰色頁(yè)巖、油頁(yè)巖、粉砂巖夾白云巖和少量砂巖, 主要為湖相地層(圖2)。蘆草溝組產(chǎn)豐富的葉肢介、雙殼類、腹足類、魚類、植物大化石和微古植物化石,這些陸相化石群組合指示的地質(zhì)時(shí)代為烏菲姆期(Liao et al., 2001; 歐陽(yáng)舒等, 2003), 與現(xiàn)今地質(zhì)年代表樂平世最早期相當(dāng)。如圖3a所示為蘆草溝組灰黑、褐灰色油頁(yè)巖, 圖3b所示為蘆草溝組灰黃色頁(yè)巖, 且含葉肢介化石, 表明該組為一套湖相沉積。

圖2 艾維爾溝地區(qū)地層柱狀圖(據(jù)后峽幅K-45-X 1︰200000修改)Fig.2 Generalized stratigraphic column of the studied sequences in the Aiweiergou area (modified after Houxia K-45-X 1︰200000 geological map)

圖3 艾維爾溝不整合處上二疊統(tǒng)蘆草溝組(a, b)和上三疊統(tǒng)小泉溝組(c, d)野外特征Fig.3 Outcrops of the Upper Permian Lucaogou Formation(a, b) and Upper Triassic Xiaoquangou Formation(c, d) in the Aiweiergou area

新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局 (1995)對(duì)三疊系小泉溝組的描述是: 主要巖性為灰色、灰黃色、灰綠色砂巖、泥巖、暗灰色碳質(zhì)泥巖、薄煤層, 夾菱鐵礦結(jié)合(圖2)。艾維爾溝地區(qū)觀察到的小泉溝組(圖3c, d)主要為一套灰黃、灰綠色細(xì)砂巖、細(xì)礫巖, 為典型的淺湖-沖積扇相地層。該剖面缺失下三疊統(tǒng)。

由此可見, 艾維爾溝地區(qū)不整合面上下的上三疊統(tǒng)和上二疊統(tǒng)雖然沉積微相存在一定差異, 但均為陸相地層, 為沖積扇-湖相沉積層系。其沉積特征指示兩者沉積環(huán)境并未有海相到陸相過(guò)渡的重大差異。具體的巖性描述見圖2。

2.2 艾維爾溝不整合面的幾何特征

艾維爾溝不整合面上下的幾何學(xué)和地層產(chǎn)狀的關(guān)系差別明顯, 局部表現(xiàn)為角度不整合和假整合。艾維爾溝不整合被烏艾公路分割, 公路北側(cè)(圖4a)和南側(cè)(圖4b)不整合特征有一定差異。

如圖4a所示, 烏艾公路北側(cè)的三疊系小泉溝組超覆于二疊系之上, 二疊系蘆草溝組存在明顯彎曲,三疊系基本沒彎曲。不整合面上覆的小泉溝組(T3xq)地層產(chǎn)狀為203°40°∠。不整合面之下的二疊系蘆草溝組(P2l)中存在一轉(zhuǎn)折端, 轉(zhuǎn)折端北側(cè)的蘆草溝組地層產(chǎn)狀為220°35°; ∠轉(zhuǎn)折端南側(cè)蘆草溝組地層傾向在185°～195°之間變化, 傾角在78°～53°之間變化,越靠近轉(zhuǎn)折端處越陡, 遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)折端變緩。但總體上轉(zhuǎn)折端兩翼二疊系地層都向南傾。

烏艾公路南側(cè)(圖4b)反應(yīng)了二疊系蘆草溝組傾角由陡變緩的變化, 三疊系小泉溝組產(chǎn)狀為203°46°, ∠二疊系蘆草溝組傾向在189°～195°之間變化, 傾角在75°～45°之間變化, 二疊系離不整合面越遠(yuǎn)處較陡, 逐漸過(guò)渡到與三疊系小泉溝組近平行,成為典型的假整合。

3 艾維爾溝不整合面上下地層碎屑鋯石和源區(qū)變化對(duì)比研究

3.1 樣品和分析方法

圖4 艾維爾溝不整合簡(jiǎn)化示意圖和野外幾何特征(a鏡頭方向300°, b鏡頭方向110°)Fig.4 Simplified sketch map and characteristics of the outcrops of the Aiweiergou unconformity (camera direction a: 300°, b: 110°)

如果該不整合是區(qū)域構(gòu)造事件的標(biāo)志, 那么構(gòu)造事件前后的構(gòu)造地貌應(yīng)發(fā)生了顯著改變, 其上下層系沉積物源應(yīng)該明顯不同。為此我們從艾維爾溝不整合地區(qū)上二疊統(tǒng)-下侏羅統(tǒng)中采集了3個(gè)砂巖樣品進(jìn)行碎屑鋯石研究, 來(lái)探討其源區(qū)特征的變化。樣品的平面分布和取樣層位見圖1、圖2。其中XJ12-05是上二疊統(tǒng)蘆草溝組灰黑色中粒砂巖, XJ12-06是上三疊統(tǒng)灰黃色粗砂巖, XJ12-07是下侏羅統(tǒng)八道灣組灰黃色粗砂巖。

詳細(xì)的分析方法如下: 按照標(biāo)準(zhǔn)的礦物分選流程, 經(jīng)過(guò)巖石的破碎、淘洗、重液等過(guò)程使鋯石初步富集, 待去除雜質(zhì)后得到純化的鋯石顆粒, 并于雙目鏡下進(jìn)行隨機(jī)選取。進(jìn)一步用鋼針隨機(jī)選取一定數(shù)量鋯石(一般＞200粒)置于雙面膠帶之上, 以環(huán)氧樹脂固結(jié)制靶。隨后通過(guò)打磨、拋光使鋯石的內(nèi)部結(jié)構(gòu)充分暴露, 以進(jìn)行后續(xù)的陰極發(fā)光照相和選取潛在目標(biāo)微區(qū)開展鋯石U-Pb定年(Li and Peng, 2010)。

陰極發(fā)光照相(CL)在北京大學(xué)HITACHI電子探針配置的S3000-N陰極發(fā)光系統(tǒng)上完成, 而鋯石的U-Pb同位素分析在中國(guó)地質(zhì)大學(xué)的Agilent 7500a ICP-MS上完成。激光剝蝕系統(tǒng)采用的激光器型號(hào)為美國(guó)New Wave貿(mào)易有限公司的UP193SS型, 激光波長(zhǎng)為193 nm, 以He作為載氣, 其流速為0.7 L/min,束斑直徑設(shè)為36 μm, 25 μm兩種。激光頻率為10 Hz,預(yù)剝蝕時(shí)間5 s, 剝蝕時(shí)間45 s。輔助氣為Ar, 其流速為1.13 L/min, RF功率為1350 W。U、Th、Pb的元素積分時(shí)間為20 ms, 其他元素為15 ms。同位素比值及元素含量計(jì)算采用軟件Glitter4.4, 年齡計(jì)算及年齡頻譜分布圖、諧和圖的繪制采用Isoplot3.0完成(Ludwig, 2003)。年齡計(jì)算時(shí)以標(biāo)準(zhǔn)鋯石Tommorrow為外標(biāo)進(jìn)行同位素比值校正, 標(biāo)準(zhǔn)鋯石Qinghu和91500作為監(jiān)控盲樣, 元素含量以國(guó)際標(biāo)樣NIST610為外標(biāo), Si為內(nèi)標(biāo)進(jìn)行計(jì)算, NIST612和NIST614作為監(jiān)控盲樣。204Pb校正方法同(Andersen, 2002)。

通常對(duì)于碎屑鋯石的U-Pb(LA-ICP-MS)定年來(lái)說(shuō), 80～120粒左右鋯石能夠基本滿足年齡分布統(tǒng)計(jì)分析的要求。本研究對(duì)每個(gè)樣品分別隨機(jī)選取了100粒鋯石進(jìn)行分析測(cè)試, 其結(jié)果應(yīng)該可以反映源區(qū)特征。在分析過(guò)程中, 不諧和度＞10%的年齡被排除, 鋯石U-Pb同位素分析和年齡結(jié)果列于附表中(正文后)。

3.2 U-Pb碎屑鋯石定年結(jié)果

3.2.1 上二疊統(tǒng)蘆草溝組樣品(樣號(hào)XJ12-05)

對(duì)上二疊統(tǒng)蘆草溝組砂巖樣品XJ12-05中100粒鋯石分析測(cè)試, 共得到99個(gè)有效數(shù)據(jù)點(diǎn)。U-Pb鋯石年齡分布在240～1094 Ma之間, 其中93顆鋯石年齡分布在240～380 Ma之間(93.9%)(圖5)。絕大部分都有清晰的巖漿生長(zhǎng)環(huán)帶, 且有較高的Th/U比值(0.35～1.58), 為巖漿鋯石(Hanchar and Rundnick, 1995; Corfu et al., 2003)。少數(shù)鋯石陰極發(fā)光圖像無(wú)明顯環(huán)帶, 且Th/U比值低(＜0.26), 可能是變質(zhì)鋯石(Hoskin and Black, 2000)。剩下6顆鋯石年齡在400～482 Ma(3粒)和917～1094 Ma之間(3粒)。其中, 400～482 Ma之間的鋯石也具有典型的巖漿鋯石的特征, 而917～1094 Ma的3粒鋯石應(yīng)為變質(zhì)鋯石。U-Pb鋯石年齡分布和諧和圖見圖5。

3.2.2 上三疊統(tǒng)小泉溝組樣品(樣號(hào)XJ12-06)

對(duì)上三疊統(tǒng)小泉溝組樣品XJ12-06中100粒鋯石進(jìn)行U-Pb鋯石定年, 共得到92個(gè)諧和年齡點(diǎn)。U-Pb年齡分布在288～1735 Ma之間。其中88顆鋯石年齡分布在288～380 Ma之間(95.7%), Th/U比值介于0.40～1.56之間, 結(jié)合鋯石陰極發(fā)光圖像, 除2粒可能存在變質(zhì)影響外, 其余多數(shù)為巖漿成因。其余4顆鋯石可分為兩組: 400～418 Ma(3粒)和1735 Ma (1粒), Th/U比值都較高(0.65～0.98), 結(jié)合陰極發(fā)光結(jié)構(gòu)分析, 都顯示巖漿成因特點(diǎn)。

圖5 艾維爾溝地區(qū)晚二疊世到早侏羅世砂巖樣品U-Pb碎屑鋯石年齡分布圖和U-Pb諧和圖Fig.5 Relative probability plots and U-Pb concordia diagrams for detrital zircons from the Late Permian to Early Jurassic sandstone samples in the Aiweiergou area

上二疊統(tǒng)蘆草溝組樣品XJ12-05和上三疊統(tǒng)小泉溝組樣品XJ12-06都表現(xiàn)為明顯的單峰特征, 年齡集中在晚泥盆世-二疊紀(jì)。

3.2.3 下侏羅統(tǒng)八道灣組樣品

對(duì)下侏羅統(tǒng)八道灣組樣品XJ12-07中100粒鋯石進(jìn)行U-Pb鋯石定年, 共得到100個(gè)諧和年齡點(diǎn)。U-Pb年齡分布在240～896 Ma之間。鋯石年齡可分為以下三組: 240～370 Ma(81粒), 390～545 Ma(18粒), 896 Ma(1粒)。對(duì)于240～370 Ma這組物緣年齡, 其Th/U比值介于0.37～1.28, 主要為巖漿成因; 390～545 Ma年齡區(qū)間內(nèi)的18粒鋯石, 除2?？赡艽嬖谧冑|(zhì)影響外(低Th/U比值, 鋯石無(wú)巖漿環(huán)帶), 其余多為巖漿成因。剩下的一顆前寒武年齡895 Ma鋯石, 根據(jù)其清晰的巖漿環(huán)帶結(jié)構(gòu)和高Th/U比值(0.85), 判斷其也應(yīng)為巖漿鋯石。

下侏羅統(tǒng)八道灣組樣品相比上二疊統(tǒng)和上三疊統(tǒng)樣品, 早古生代年齡明顯增多。

3.3 碎屑鋯石源區(qū)分析

中天山基底主要由變質(zhì)的元古宇基底序列組成,且廣泛地被380～490 Ma的花崗質(zhì)巖體侵入, 這主要與中天山南緣洋盆的俯沖增生事件有關(guān)(Zhou et al., 2001; Charvet et al., 2007, 2011; Glorie et al., 2010;韓寶福等, 2004)。因此艾維爾溝地區(qū)砂巖樣品中380～540 Ma和前寒武年齡應(yīng)來(lái)自于中天山。

自晚泥盆世起, 北天山洋向南俯沖到古天山活動(dòng)陸緣之下, 導(dǎo)致哈薩克斯坦-伊犁-北天山板塊與準(zhǔn)噶爾地塊在石炭紀(jì)時(shí)期的碰撞作用, 形成伊犁-北天山弧(Carroll et al., 1995; Gao et al., 1998; Charvet et al., 2007, 2011; 李錦軼等, 2006)。綜合前人對(duì)現(xiàn)有的天山巖石學(xué)、地球化學(xué)、地質(zhì)年代學(xué)的研究, 大部分支持北天山洋在晚石炭世已經(jīng)閉合(Wang et al., 2006, 2007; Han et al., 2009, 2011; Chen et al., 2011; Shu et al., 2011; Dong et al., 2011; Yang et al., 2012; 夏林圻等, 2002, 2007; 徐學(xué)義等, 2005, 2006; 韓寶福等, 2006; 李寧波等, 2012; 劉冬冬等, 2012)。如圖1所示, 艾維爾溝地區(qū)泥盆紀(jì)地層發(fā)生強(qiáng)烈褶皺變形, 說(shuō)明存在強(qiáng)烈的區(qū)域性構(gòu)造事件, 而二疊紀(jì)到之后的三疊紀(jì)以及侏羅紀(jì)地層變形程度都要弱很多, 表明此時(shí)北天山構(gòu)造活動(dòng)相比俯沖碰撞期已經(jīng)明顯減弱, 間接說(shuō)明此時(shí)北天山洋已經(jīng)閉合。

自晚石炭世以后, 天山及其鄰區(qū)分布大量伸展性的后碰撞巖漿巖并伴有剪切走滑運(yùn)動(dòng)(Wang et al., 2006, 2007; Charvet et al., 2007, 2011; 韓寶福等, 2006)。因此艾維爾溝地區(qū)晚二疊世-早侏羅世砂巖樣品中的250～380 Ma的鋯石年齡應(yīng)是來(lái)自于北天山地區(qū)俯沖增生以及同碰撞和后碰撞巖漿巖體。

4 艾維爾溝不整合成因分析及其意義

4.1 晚古生代到早中生代北天山盆山演化

自晚石炭世北天山洋閉合以后, 天山進(jìn)入新一輪的造山后陸內(nèi)發(fā)展時(shí)期, 以陸內(nèi)斷陷、走滑構(gòu)造運(yùn)動(dòng)為特征(如Wartes et al., 2002; Wang et al., 2006, 2007; Charvet et al., 2007, 2011; Han et al., 2009, 2011; Dong et al., 2011; Yang et al., 2012; 韓寶福等, 2006)。二疊紀(jì)之后天山及鄰區(qū)進(jìn)入了陸內(nèi)沉積(盆地)階段。天山地區(qū)以陸相拉張斷陷盆地為主, 形成一系列斷陷盆地(劉冬冬等, 2012)。

艾維爾溝地區(qū)觀察到的上二疊統(tǒng)蘆草溝組為一套湖相沉積, 證實(shí)了此時(shí)北天山已發(fā)育陸相盆地。另外, 對(duì)蘆草溝組樣品XJ12-05的碎屑鋯石研究發(fā)現(xiàn), 其鋯石年齡分布表現(xiàn)為明顯的單峰特征(圖5), 94%年齡都集中在240～380 Ma之間, 表明此時(shí)在北天山洋閉合之后, 二疊紀(jì)時(shí)期北天山碰撞抬升, 由于碰撞后地勢(shì)較高, 阻止了外源碎屑的加入, 因而較遠(yuǎn)的中天山物緣就很少在上二疊統(tǒng)砂巖樣品中見到。以上種種證據(jù)都表明天山在晚二疊世仍為海相環(huán)境的結(jié)論(Xiao et al., 2008)不成立, 北天山在晚二疊世處于伸展斷陷環(huán)境, 發(fā)育伸展斷陷盆地。

二疊紀(jì)之后由于伸展作用的延續(xù), 沉積范圍擴(kuò)大, 逐漸演變?yōu)檑晗菖璧?蘇春乾等, 2006; 廖卓庭等, 2011)。艾維爾溝盆地中的蘆草溝組與小泉溝組之間的不整合處地層層序均以正旋回層序?yàn)樘卣?。巖性層序由粗變細(xì), 沉積相演化序列為沖積扇相→河流相→湖泊相, 沒有見到反旋回的地層層序。在艾維爾溝盆地中, 沒有擠壓褶皺作用的顯示, 卻指示了差異升降作用。其角度不整合一般產(chǎn)于斷陷盆地的邊緣, 向盆地內(nèi)部可過(guò)渡為整合接觸。顯示了與拉張過(guò)程中的同生斷裂對(duì)斷塊產(chǎn)生的掀斜作用有關(guān)(蘇春乾等, 2006)。李忠權(quán)等(1998)、陳發(fā)景等(2004)研究了此類不整合, 分別稱為“拉張伸展角度不整合”、正旋回超覆不整合, 都認(rèn)為該類不整合是拉張背景下的產(chǎn)物。

通過(guò)對(duì)艾維爾溝地區(qū)上三疊統(tǒng)砂巖樣品XJ12-06碎屑鋯石研究, 指示上三疊統(tǒng)和上二疊統(tǒng)砂巖樣品碎屑鋯石特征很接近, 也表現(xiàn)為明顯的單峰特征(圖5), 96%的鋯石年齡都集中在288～380 Ma之間, 說(shuō)明晚二疊世到晚三疊世期間北天山地區(qū)構(gòu)造背景沒有發(fā)生重大變化, 晚三疊世時(shí)期延續(xù)了二疊紀(jì)時(shí)期的伸展背景。因而北天山地區(qū)在晚二疊世-晚三疊世時(shí)期也不存在大規(guī)模的區(qū)域性擠壓事件。

侏羅紀(jì)時(shí)期, 沉降作用進(jìn)一步加大, 沉積范圍進(jìn)一步變廣, 侏羅紀(jì)沉積地層廣泛分布在天山地區(qū),即使在現(xiàn)今高聳的天山山脈上也有發(fā)現(xiàn)侏羅紀(jì)沉積地層, 說(shuō)明侏羅紀(jì)時(shí)期天山地勢(shì)較低, 整個(gè)天山處于一個(gè)準(zhǔn)夷平的過(guò)程。天山地區(qū)裂變徑跡研究也證實(shí)了直到白堊紀(jì)天山才開始隆升(Dumitru et al., 2001; Jolivet et al., 2010)。下侏羅統(tǒng)樣品XJ12-07的碎屑鋯石特征總體也表現(xiàn)為晚古生代的峰值年齡(圖5), 但早古生代年齡明顯增多, 說(shuō)明了三疊紀(jì)的沉降作用在侏羅紀(jì)延續(xù), 并且范圍變得更大, 使得中天山物緣碎屑得以更多地搬運(yùn)到北天山地區(qū), 表明盆地范圍擴(kuò)大。因而, 下侏羅統(tǒng)八道灣組與上三疊統(tǒng)小泉溝組之間的不整合也應(yīng)是相同的構(gòu)造成因,都是盆地在伸展坳陷過(guò)程中形成的超覆不整合, 而非擠壓不整合。

在新的零售模式下，傳統(tǒng)老字號(hào)調(diào)味品企業(yè)必須緊跟時(shí)代的步伐，充分運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)資源的覆蓋面積廣、傳播速度快等優(yōu)勢(shì)，建立微信公眾號(hào)、拓展電商銷售渠道以及線上線下相結(jié)合的方式，使消費(fèi)者購(gòu)物更加便捷，開創(chuàng)了傳統(tǒng)行業(yè)的銷售新局面。同時(shí)，在傳統(tǒng)零售渠道中，公司業(yè)務(wù)團(tuán)隊(duì)分析市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境，以智取勝，在看似飽和的市場(chǎng)中采用產(chǎn)品定制的策略努力挖掘空間，實(shí)現(xiàn)銷售增長(zhǎng)。

4.2 艾維爾溝不整合的成因

自晚石炭世北天山洋閉合之后, 從二疊紀(jì)開始天山北緣形成一系列斷陷盆地, 但盆地相互獨(dú)立,沉積不連續(xù)。到三疊紀(jì)時(shí)期, 伸展作用持續(xù), 由于不同的熱力沉降和沉積壓實(shí)作用, 沉積地層向著盆地中心(軸)傾斜, 這與伸展階段斷塊旋轉(zhuǎn)向著平臺(tái)傾斜方向相反。不同盆地內(nèi)位置, 單個(gè)次盆地和小斷塊的特征都差別很大, 形成一個(gè)連續(xù)大范圍的坳陷盆地。于是才有了三疊系超覆于二疊系斷陷盆地地層之上的現(xiàn)象。上述不整合的發(fā)育可用圖6示意。

圖6中方框指示的位置就與艾維爾溝地區(qū)觀察到的不整合現(xiàn)象一致。蘆草溝組的彎曲是由于盆地在早二疊世的斷陷作用之后, 斷塊發(fā)生旋轉(zhuǎn)作用,后沉積的地層沉積在斷塊轉(zhuǎn)折端就會(huì)自然地相應(yīng)彎曲。從邊緣到中心沉積地層傾角由陡變緩, 到頂端逐漸與超覆于其上的地層近一致。這與野外觀察到的現(xiàn)象相符。艾維爾溝不整合也說(shuō)明了當(dāng)我們?cè)诳吹揭粋€(gè)褶皺的時(shí)候, 并不一定就能確定其為擠壓條件下形成的, 伸展斷陷之后再沉積也能形成地層彎曲的褶皺現(xiàn)象。

圖6 斷陷盆地向坳陷盆地轉(zhuǎn)換形成不整合構(gòu)造模式圖Fig.6 Tectonic model of the transition process from faulted depression basin to purely extensional basin

4.3 斷坳轉(zhuǎn)換形成不整合的其他例子

艾維爾溝不整合是由斷坳轉(zhuǎn)換時(shí)期形成的沉積不整合, 而非擠壓環(huán)境下形成的褶皺不整合。這一構(gòu)造現(xiàn)象在中國(guó)東部地區(qū)以及世界上其他地方都有發(fā)現(xiàn)。

以松遼盆地為例, 松遼盆地中生代處于大規(guī)模伸展拉張的構(gòu)造環(huán)境下, 因此伸展斷裂十分發(fā)育。松遼盆地在火石嶺期為初始張裂期, 沙河子期、營(yíng)城期為斷陷主要擴(kuò)張期, 并在沙河子末期、營(yíng)城末期發(fā)生構(gòu)造轉(zhuǎn)換。從登婁庫(kù)期開始, 從斷陷過(guò)渡為坳陷(蒙啟安等, 2005; 孫曉猛等, 2007; 陳娟等, 2008)。松遼盆地現(xiàn)有的地震反射數(shù)據(jù)都指示斷坳轉(zhuǎn)換期形成的一系列沉積不整合。這些不整合的地震剖面特征都與艾維爾溝不整合處野外觀察到的相似(張璽, 2006; 杜金虎, 2010)。

另外, 對(duì)位于渤海灣盆地的青東坳陷古近紀(jì)構(gòu)造演化進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn), 該凹陷古近紀(jì)可以劃分為孔店組-沙四下亞段、沙四上亞段、沙三段、沙二段四個(gè)構(gòu)造亞層, 其中孔店組-沙四下亞段與沙四上亞段之間表現(xiàn)為明顯的角度不整合, 表明經(jīng)歷了復(fù)雜的盆地轉(zhuǎn)換過(guò)程(王文君等, 2012)?？椎杲M-沙四下亞段與沙四上亞段之間的角度不整合與艾維爾溝不整合也有相似的特征。

在北海東北地區(qū)侏羅紀(jì)-白堊紀(jì)時(shí)期也發(fā)育一系列同裂谷-后裂谷轉(zhuǎn)換相關(guān)的不整合構(gòu)造(Kyrkjeb? et al., 2004)。該不整合幾乎覆蓋整個(gè)盆地,在地震反射資料和測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)中有明顯的特征, 且易于辨認(rèn)和識(shí)別, 使得它成為該地區(qū)最重要的地表標(biāo)志。該不整合在地震剖面上也顯示是角度不整合和假整合的綜合。

類似的斷陷向坳陷轉(zhuǎn)換期形成這種沉積不整合的例子還有很多。國(guó)內(nèi)外多方面的例子充分證明了艾維爾溝不整合形成的真實(shí)原因: 是二疊紀(jì)-三疊紀(jì)時(shí)期天山北緣從斷陷向坳陷轉(zhuǎn)換形成的沉積不整合, 而非區(qū)域性擠壓環(huán)境下形成的褶皺不整合。

5 結(jié) 論

本文在總結(jié)前人對(duì)艾維爾溝不整合的成因爭(zhēng)議的基礎(chǔ)上, 系統(tǒng)描述了艾維爾溝不整合的巖石學(xué)和幾何特征, 結(jié)合碎屑鋯石研究, 分析了其成因并討論相關(guān)的爭(zhēng)議問(wèn)題, 主要得出以下結(jié)論:

(1) 艾維爾溝不整合下伏的上二疊統(tǒng)蘆草溝組和上覆的上三疊統(tǒng)小泉溝組均為沖積扇-湖相陸相沉積地層, 指示不整合面上下層系沒有海相到陸相過(guò)渡的重大差異。

(2) 對(duì)艾維爾溝不整合上下層系的碎屑鋯石研究發(fā)現(xiàn), 上下地層碎屑鋯石特征非常相似, 表明天山北緣在晚二疊世到晚三疊世期間其構(gòu)造地貌并沒有發(fā)生顯著改變, 因而也不存在區(qū)域性的擠壓事件。

(3) 艾維爾溝地區(qū)二疊系蘆草溝組與三疊系小泉溝組之間的不整合是盆地在經(jīng)由早二疊世的斷陷作用之后, 發(fā)生斷塊掀斜作用, 晚期坳陷期地層超覆于早期掀斜地層之上而形成。早侏羅世與晚三疊世之間的不整合也是相似的成因。侏羅紀(jì)時(shí)期沉降作用延續(xù)并范圍擴(kuò)大。斷坳轉(zhuǎn)換期形成不整合的現(xiàn)象在中國(guó)東部以及世界上其他地區(qū)的斷陷盆地中都有相近的例子。

致謝: 衷心感謝南京大學(xué)舒良樹教授和另一位匿名審稿專家對(duì)本文提出的寶貴修改意見和建議！同時(shí),感謝中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)地質(zhì)實(shí)驗(yàn)中心蘇犁老師及鐘靈汐、李嬌等在LA-ICP-MS U-Pb定年過(guò)程中給予的幫助和支持。

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A New Viewpoint of the Aiweiergou Unconformity, Northern Tian Shan, Xinjiang

LIU Dongdong, GUO Zhaojie and ZHANG Ziya
(School of Earth and Space Sciences, Peking University, Beijing 100871, China)

A typical unconformity lies between the Permian Lucaogou Formation and Triassic Xiaoquangou Formation in the Aiweiergou area (Northern Xinjiang), which suggests an important geological event. Several papers have been published concerning this unconformity with quite different views regarding the causes and significances. Based on previous studies, we have systematically analyzed the structure and sedimentary characteristics of the unconformity. Detrital zircon U-Pb analyses show that the age patterns between the underlying Upper Permian Lucaogou Formation and overlying Middle-Upper Triassic Xiaoquangou Formation are similar, both are near-unimodal. The results indicate that no great change of tectonic setting occurred during Late Permian and Late Triassic in the northern Tian Shan. Thus the prevalence views about the unconformity, such as standing for the closure of the North Tian Shan Ocean or regional compressional event, are incorrect. Based on previous studies and our U-Pb dating of the detrital zircons, we believe that the unconformity is a sedimentary unconformity, which was caused by further depression after asymmetric depression fault process of the basin. Such structural phenomenon was discovered and reported in many other places, like Chinese eastern basins and North Sea basin.

Aiweiergou unconformity; cause debate; detrital zircon; depositional unconformity; fault depression basin to purely extensional basin

附表 砂巖樣品U-Pb碎屑鋯石分析數(shù)據(jù)Attached Table U-Pb analysis of the detrital zircons from the 3 sandstone samples

續(xù)表

續(xù)表

續(xù)表

續(xù)表

P542; P597

A

1001-1552(2013)03-0349-017

2013-04-18; 改回日期: 2013-05-22

項(xiàng)目資助: 國(guó)家科技重大專項(xiàng)“復(fù)雜油氣田地質(zhì)與提高采收率技術(shù)”項(xiàng)目“復(fù)雜含油氣盆地構(gòu)造及其控油氣作用”(編號(hào): 2011ZX05009-001)資助。

劉冬冬(1987–), 男, 博士研究生, 石油地質(zhì)學(xué)專業(yè)。Email: silencewise@163.com

郭召杰, 教授。Email: zjguo@pku.edu.cn