王 凱, 陳雋璐, 馮治漢, 郭培虹, 劉寬厚

(國土資源部 巖漿作用成礦與找礦重點實驗室, 中國地質(zhì)調(diào)查局 西安地質(zhì)調(diào)查中心, 陜西 西安 710054)

北準噶爾增生雜巖帶重磁場特征及構(gòu)造解譯

王 凱, 陳雋璐, 馮治漢, 郭培虹, 劉寬厚

(國土資源部 巖漿作用成礦與找礦重點實驗室, 中國地質(zhì)調(diào)查局 西安地質(zhì)調(diào)查中心, 陜西 西安 710054)

通過系統(tǒng)統(tǒng)計新疆準噶爾北部地區(qū)主要巖礦石磁性、密度參數(shù), 重點研究了該區(qū)航空磁場、區(qū)域重力場分布規(guī)律。按照布格重力和航磁異常形態(tài), 準噶爾地區(qū)可以劃分為三個布格重力異常單元和五個航磁異常單元, 認為北準噶爾地區(qū)的布格重力異常和航磁異常揭示該區(qū)可能為一陸緣增生雜巖帶。該增生雜巖帶形態(tài)上呈“鍥形”, 其北緣位于阿爾泰–富蘊斷裂一帶, 西部與哈薩克斯坦板塊毗鄰, 南部邊緣為阿爾曼太蛇綠混雜巖帶。該增生雜巖帶由多個增生單元“拼貼”而成, 具北東向凸起特點。阿爾泰–阿爾金地學斷面揭示了增生雜巖帶深部俯沖形態(tài)。本次研究成果為研究新疆北部與鄰區(qū)大地構(gòu)造提供了新的依據(jù)。

航磁異常；重力場；俯沖增生構(gòu)造帶；準噶爾；S-C組構(gòu)

0 引 言

阿爾泰造山帶是古亞洲造山區(qū)的重要組成部分,它夾持于北部西伯利亞板塊和南部哈薩克斯坦–準噶爾板塊之間。晚石炭世–二疊紀期間, 阿爾泰地區(qū)發(fā)生了強烈的殼幔相互作用, 火山–侵入巖漿活動劇烈而廣泛, 形成了大規(guī)模的基性–超基性雜巖帶(圖1)。近年研究表明, 早古生代造山運動奠定了新疆大地構(gòu)造基本格局, 新疆北部在陸緣及陸內(nèi)均發(fā)生過大規(guī)模的陸殼增生, 并建立了阿爾泰古生代向準噶爾方向疊瓦式推覆構(gòu)造體系(叢峰等, 2007; 肖序常等, 2010; 沈曉明等, 2013)。由于南部的北準噶爾大部分地區(qū)被新生代地層覆蓋, 影響了對其增生邊界的劃分和構(gòu)造屬性的認識(李春昱等, 1982; 曲國勝和崇美英, 1991; 何國崎等, 2004; 李錦軼等, 2006; 曲國勝等, 2008, 2009; 李榮社等, 2012)。筆者通過對該區(qū)重、磁場異常特征等方面研究, 圈定了增生雜巖帶范圍, 并對增生帶組成序列進行了初步劃分。布爾津–敦煌地質(zhì)地球物理測深綜合剖面進一步揭示了該增生雜巖帶深部俯沖形態(tài)。

1 準噶爾北緣地區(qū)地層及主要巖礦石物性特征

1.1 磁性特征

額爾齊斯–布爾根蛇綠構(gòu)造混雜巖帶, 即阿爾泰南緣增生雜巖帶北側(cè)為西伯利亞板塊南緣早古生代活動陸緣火山沉積巖帶, 出露中、新元古代中深變質(zhì)地層, 志留紀–奧陶紀淺變質(zhì)碎屑–火山碎屑巖以及古生代中酸性侵入體。中深變質(zhì)地層以混合巖、片麻巖為主, 零星分布, 磁性較強。志留紀–奧陶紀地層以淺變質(zhì)碎屑巖為主, 分布范圍廣, 呈弱磁或無磁性。阿爾泰–富蘊至阿爾曼太斷裂帶之間, 為北準噶爾增生雜巖帶的主體, 主要由泥盆紀火山巖–碎屑巖夾少量碳酸鹽巖建造和早石炭世含少量安山巖–玄武巖夾層的復理石建造組成；侵入巖以古生代花崗質(zhì)侵入體為主, 其次為閃長巖、堿長正長巖、輝長巖體。石炭紀、泥盆紀的火山巖特別是中基性火山巖普遍具有強磁性, 磁化率(κ)值在43×10–5～10242×10–5之間。其中玄武巖、安山巖磁性較強, 磁化率平均值為1738×10–5～2880×10–5, 中酸性火山巖磁性較弱, 磁化率為0×10–5～7540×10–5, 平均值為1097×10–5。侵入巖從酸性–中性–基性–超基性, 磁性由弱到強。值得注意的是, 北準噶爾地區(qū)花崗巖磁性變化范圍較大, 從強磁性到弱磁性或無磁性均有。阿爾曼太蛇綠混雜巖帶為增生雜巖帶的南部邊界, 其南部為準噶爾板塊, 被古生代及中新生代地層覆蓋, 地表被中新生代地層所覆蓋, 弱磁或無磁性。

圖1 北準噶爾大地構(gòu)造簡圖(據(jù)何國琦等, 2004; 董連慧等, 2010修編)Fig.1 Tectonic sketch map of the North Junggar

磁鐵礦具有強磁性, 其磁化率一般為基性巖漿巖的5～10倍以上, 鉻鐵礦為弱磁性, 一般賦存于中–強磁性的基性–超基性巖體中, 區(qū)域上可形成強磁異常帶(北準噶爾地區(qū)不同時代地層、巖性物性參數(shù)統(tǒng)計見表1)。

1.2 密度特征

新生界為低密度層, 第四系平均密度為1.77× 103kg/m3, 由松散的沉積物所組成。古近系和新近系的平均密度為2.13×103kg/m3, 為一套固結(jié)不緊密的碎屑沉積巖。各類沉積巖的平均密度值在2.46～2.69 kg/m3之間變化。泥巖的平均密度值為2.46 kg/m3, 頁巖及灰?guī)r的平均密度值最高為2.69 kg/m3。中生界中–下侏羅統(tǒng)為一套正常碎屑巖和泥巖夾煤層的沉積, 其密度在1.97～2.88 kg/m3之間變化, 平均密度值為2.53 kg/m3。古生界包括二疊紀–奧陶紀地層, 這套地層比較復雜, 有泥盆紀、志留紀和奧陶紀出現(xiàn)的變質(zhì)巖, 亦有石炭紀、二疊紀的正常碎屑巖夾碳酸鹽巖及基性–酸性火山巖。古生界中各組(統(tǒng))地層的密度值都比較接近, 各地層組的密度在2.65～2.96 kg/m3之間變化,平均密度值為2.72 kg/m3。

表1 北準噶爾不同時代地層、巖石物性參數(shù)統(tǒng)計(據(jù)區(qū)域地球物理調(diào)查成果集成與方法技術(shù)研究)Table 1 Physical property parameter statistics of different geological strata and rocks in the North Junggar

侵入巖從基性→中基性→中性→堿性, 密度呈遞減趨勢變化, 按照巖性密度由高到低依次為：輝綠巖→輝長巖→輝長閃長巖→閃長巖→花崗閃長巖→花崗巖→納長斑巖→正長巖?；◢弾r為研究區(qū)內(nèi)主要巖體, 分布廣泛, 平均密度值為2.64 kg/m3, 不同的侵入期次和不同的構(gòu)造分區(qū)密度值變化不大, 基本穩(wěn)定, 區(qū)域上引起弱重力低異常。

超基性巖受蛇紋石化蝕變和地表風化時, 密度一般偏低, 碳酸鹽化時密度較高(達2.76 kg/m3)。

火山及熔巖按玄武巖、安山巖→英安巖、酸性熔巖的順序密度遞減, 與同類侵入巖相比密度稍低。不同時代同一巖性密度有顯著的差異, 如玄武巖在中石炭統(tǒng)密度為2.76 kg/m3, 上泥盆統(tǒng)密度為2.86 kg/m3, 存在0.1 kg/m3的密度差；中石炭統(tǒng)凝灰?guī)r的密度為2.68 kg/m3, 中泥盆統(tǒng)的密度為2.78 kg/m3, 亦存在0.1 kg/m3的密度差；酸性熔巖在中石炭統(tǒng)的密度為2.55 kg/m3, 中泥盆統(tǒng)的密度為2.74 kg/m3, 有0.19 kg/m3的密度差。在火山碎屑巖中, 火山角礫巖、凝灰?guī)r、凝灰熔巖的密度分別為2.76、2.72、2.68 kg/m3。火山噴發(fā)物質(zhì)顆粒由大到小密度相應(yīng)減小。

各類變質(zhì)巖的密度變化較大, 一般是隨著變質(zhì)程度的增強密度增大。而混合巖隨著花崗巖化程度的增高密度變低。接觸交代變質(zhì)巖密度增高, 如矽卡巖密度為3.19 kg/m3。磁鐵礦、鉻鐵礦、銅鎳鈷礦等密度在3.85～ 4.59 kg/m3之間變化, 高出該區(qū)各類巖石的平均密度值。

2 研究方法

該研究工作首次收集了新疆北部約21.5萬平方公里的重磁數(shù)據(jù), 航磁數(shù)據(jù)來源于不同時期, 測線方向和數(shù)據(jù)采集飛行高度也不盡相同, 因此數(shù)據(jù)處理時進行了歸一化處理。航磁數(shù)據(jù)化極主要采用變緯度的頻率域計算方法。為了突出不同走向的斷裂、脈巖位置和寬大地質(zhì)體的邊界線, 對布格重力異常數(shù)據(jù)、航磁數(shù)據(jù)完成水平導數(shù)計算。求導方向依據(jù)研究區(qū)內(nèi)實際的和推斷的構(gòu)造方向來確定, 分別沿0°、45°、90°、135°四個方向求取導數(shù), 并計算異常水平總梯度模量。

對重磁資料進行相關(guān)分析, 定性了解同源重磁異常和非同源重磁異常的性質(zhì), 結(jié)合地質(zhì)、遙感等資料, 劃分大地構(gòu)造單元, 研究異常群的空間分布特征和相互聯(lián)系。磁異常分區(qū)主要依據(jù)剖面平面圖,參照平面圖和各參數(shù)轉(zhuǎn)換圖進行。重力異常分區(qū)依據(jù)布格異常圖和剩余異常圖進行。

3 區(qū)域重磁場特征及解譯

北準噶爾地區(qū)區(qū)域重力資料顯示(新疆北部區(qū)域重力場見圖2a), 布格重力低異常分別位于阿爾泰–富蘊斷裂以北和阿爾曼太斷裂帶以南地區(qū)(圖2a中A、C區(qū)域), 中部福海–薩爾喀仁為布格重力高值區(qū)(圖2a中B區(qū)域)。重力梯級帶位于南北兩條斷裂帶附近, 走向北西, 其走向與該區(qū)地層及主要構(gòu)造走向一致。福海一帶布格重力值最高, 向東逐漸降低, 布格重力高異常形態(tài)上呈“楔形”。

圖2 新疆北部區(qū)域重磁場(數(shù)據(jù)來源：區(qū)域地球物理調(diào)查成果集成與方法技術(shù)研究。圖b中①為卡拉先格爾斷裂)Fig.2 Regional gravity and magnetic field in the northern Xinjiang area

阿爾泰布格重力低值區(qū)(圖2a中A區(qū)), 重力場表現(xiàn)為較平緩的扭曲和低值圈閉, 重力值從南向北較均勻地逐漸降低。布格重力異常呈北西向分布。重力梯級帶位于阿爾泰–青河一帶。

福海–恰庫爾特重力高異常區(qū)(B區(qū))分布范圍廣, 貫穿研究區(qū), 走向北西。該區(qū)總體以區(qū)域重力高為主要特征, 平均布格重力值在–150×10–5m/s2以上。西部阿林王克斯套地區(qū)是新疆北部布格重力值最高的區(qū)域, 向東依次降低, 尖端指向東部野馬泉方向。阿爾泰地區(qū)重力場呈緊閉線型, 布格重力值在–300×10–5m/s2以下, 與額爾齊斯斷裂以南的北準噶爾區(qū)形成鮮明對比。北準噶爾區(qū)呈開闊的短軸型, 區(qū)域重力異常高, 布格重力值為–70×10–5～–110× 10–5m/s2之間, 等值線呈鑲嵌狀。資料顯示阿爾泰以北地殼厚度為42～45 km, 而其南部約55 km,表現(xiàn)在重力場上, 南北兩區(qū)布格值差別是顯著的(秦元喜和董志遠, 1994；王隆平和溫佩琳, 2001；杜曉娟等, 2009)。

阿爾曼太蛇綠混雜巖帶以南為重力場相對平穩(wěn)區(qū)(圖2a中C區(qū)), 該區(qū)布格重力異常等值線呈近東西向延伸, 平穩(wěn)而寬緩, 疊加深源的平緩重力高異常, 為典型沉積盆地與深部隆起相加異常, 南端為規(guī)律、寬緩的重力梯級帶。

重力高異常位于南部克拉瑪依一帶(圖2a中C-1區(qū)), 呈“掃帚”狀, 北東走向。該區(qū)發(fā)育著一系列超基性巖帶和鉻鐵礦區(qū), 是西準噶爾著名的超基性巖帶和鯨魚–薩爾托海鉻鐵礦區(qū)。該重力異常是克拉瑪依一帶發(fā)育的深源鐵鎂質(zhì)巖體的反映。

航磁異常則進一步將北準噶爾地區(qū)分為5個磁性單元(航磁異常及磁性單元劃分見圖2b)。第1磁性單元位于阿爾泰–富蘊以北, 其范圍與布格重力低異常A區(qū)基本重合。該區(qū)是阿爾泰微板塊, 屬西伯利亞板塊的一部分。較新觀點認為它是西伯利亞古板塊的古生代增生邊緣(肖序常等, 2010)。奧陶系哈巴河群在該區(qū)東部分布較廣, 為一套厚層變質(zhì)雜巖系, 呈弱磁性。北西向帶狀強磁異常出現(xiàn)在阿爾泰–富蘊一帶的北部, 該高磁異常帶與火山巖地層中鐵磁性物質(zhì)含量有關(guān), 如蒙庫、阿巴宮高磁異常帶為上泥盆統(tǒng)康布鐵堡組中基性火山巖引起。

研究區(qū)以額爾齊斯斷裂(NW向)和烏倫古凹陷(NE向)為界, 布格重力高異常B區(qū)可劃分為3個航磁異常(圖2b 中2, 3, 4單元)。其中, 第2磁性單元位于阿爾泰–富蘊斷裂和額爾齊斯斷裂之間, 航磁異常呈NWW向條帶狀走向, 航磁正負異常相間。強磁異常帶呈雁列分布。強磁條帶主要為泥盆紀–石炭紀中酸性花崗巖, 弱磁區(qū)為喀喇額爾齊斯組和康布鐵堡組凝灰?guī)r、絹云母板巖、砂巖及火山碎屑巖等。額爾齊斯斷裂至阿爾曼太斷裂帶之間為第3磁性單元。該單元北部磁異常分帶性不清晰, 異常形狀呈“團塊”狀, 大規(guī)模強磁異常出現(xiàn)在東南部。南部磁異常形態(tài)上具向北凸起的弧形特征。按照磁異常強弱及分布特點, 該區(qū)可進一步分為5個次級磁異常單元。單元3-5位于最南端, 緊鄰阿爾曼太斷裂帶北側(cè), 呈弧形, 長度約100 km。3-4單元磁異常強度最高, 強磁異常出現(xiàn)在該區(qū)東部, 異常規(guī)模較大,主要為泥盆紀–石炭紀正長花崗巖。3-3～3-1單元磁異常強度相對較弱, 高磁異常呈團塊狀, 零星分布,但總體異常形態(tài)上具弧形、線性特征, 弧形頂端基本上指向北東方向。該地區(qū)局部正異常強度較大,一般為200～400 nT, 最高達800 nT, 負異常強度一般–200～–400 nT, 局部–500 nT。該區(qū)地表為第四紀地層覆蓋, 磁異常帶推斷為酸性花崗巖引起, 是巖漿弧的反映。中生代沉積巖磁性弱, 增生雜巖帶內(nèi)系列窄細弧形負磁異常帶, 是沉積巖片的反映。第4磁性單元位于研究區(qū)西部, 由南、北兩片高磁異常和兩個低磁異常帶組成。高磁異常向西延伸入哈薩克斯坦境內(nèi)。北部哈巴河磁異常走向北西, 吉木乃磁異常走向北東, 尖滅于烏倫古湖附近。該區(qū)重力異常和磁異常規(guī)模大, 與東部2、3單元地球物理場特征有明顯區(qū)別。吉木乃、哈巴河一帶, 主要為一套泥盆紀–石炭紀碎屑巖夾安山巖地層, 具有強磁性, 與該區(qū)南北兩塊大規(guī)模航磁異常對應(yīng)。航磁異常終止于布爾津–和什托洛蓋一帶, 指示了哈薩克斯坦板塊與準噶爾板塊的邊界。

第5磁性單元位于阿爾曼太斷裂帶以南(圖2b中5單元)的準噶爾板塊(布格重力異常C區(qū))。主要為新生代松散沉積物覆蓋, 基巖出露少, 航磁場為北西向展布的寬大負磁異常, 向東延進入蒙古國境內(nèi), 西部與白楊河坳陷相接。負磁異常帶北部梯度大于南部, 且較陡, 中部負磁異常變化不大, 相對寬緩, 為正常沉積的巨厚無磁或弱磁性地層反映。北部存在一條北西向重力低異常帶, 異常寬緩, 具有一定規(guī)模。該負磁異常帶是準噶爾盆地北緣山前深坳陷的反映, 是準噶爾地塊北部陸緣標志。有學者認為準噶爾盆地具有前寒武結(jié)晶基底和古生代淺變質(zhì)基底的雙重結(jié)構(gòu)(楊文孝等, 1995；王京紅和楊帆, 2012)。

根據(jù)北準噶爾地區(qū)航磁異常分布特征, 認為阿爾泰以南NE向凸起的弧形航磁異常是由該區(qū)增生雜巖帶引起, 并且該增生雜巖帶由多個增生雜巖單元“拼貼”而成(圖2b, 2和3單元)。以額爾齊斯斷裂帶為界, 可將增生雜巖帶分為兩個單元, 單元2即額爾齊斯–布爾根板塊縫合構(gòu)造帶(EBT), 主體為下石炭統(tǒng)滑混堆積和中石炭統(tǒng)陸相磨拉石堆積。對該構(gòu)造帶變形機制的認識, 有學者提出為“擠壓帶”(曲國勝和何國琦, 1992), 亦有學者認為是大型韌性剪切帶, 是西伯利亞古板塊與哈薩克斯坦–準噶爾古板塊的縫合帶(芮行建等, 1993；劉悟輝等, 1999)。該帶受南北兩側(cè)的阿爾泰–富蘊斷裂和額爾齊斯斷裂夾持, 形成一巨型右行走滑剪切構(gòu)造, 具S-C組構(gòu)特征(S面理走向近EW, C面理走向NW)。其北緣的早泥盆世康布鐵堡組地層的深變質(zhì)作用, 與北西向擠壓、走滑有關(guān)?；◢弾r同位素年代學資料表明, 其形成年代為晚古生代二疊紀, 且?guī)?nèi)每一斜–逆沖推覆的時間, 具有由北向南、由老變新的遷移性(曲國勝和崇美英, 1991; 曲國勝和張進江, 1992)。

增生雜巖帶南部(圖2b中單元3)負磁異?；【€特征清晰, 北部弧線特征逐漸模糊。從航磁異常形態(tài)分析, 該帶由多個逆沖推覆巖片“拼貼”而成, “拼貼”體依次由北向南增生(圖2b, 3-1～3-5單元), 形成時限由老到新。南部3-5單元最新。3-2單元東部花崗巖鋯石U-Pb年齡為275～281 Ma(童英等, 2006), 推測其形成時期為二疊紀。

4 結(jié) 語

圖3 重磁場構(gòu)造解譯及阿爾泰地球物理綜合斷面Fig.3 Structural interpretation and geophysical composite section in Altay

本文在分析以往新疆板塊構(gòu)造劃分基礎(chǔ)上(董連慧等, 2010), 認為在西伯利亞板塊、哈薩克斯坦板塊和準噶爾板塊之間, 存在一個巨型增生楔(構(gòu)造解譯見圖3a)。該增生楔北界為阿爾泰–富蘊斷裂, 南界為阿爾曼太蛇綠混雜巖帶, 分別與南、北兩條重力梯級帶相對應(yīng)。西部與哈薩克斯坦板塊毗鄰, 東部為卡拉先格爾斷裂。其形態(tài)呈楔形, 尖端指向薩爾喀仁, 其范圍基本上與福海–恰庫爾特重力高異常區(qū)(B區(qū))相一致。以額爾齊斯斷裂為界, 將該增生楔分為南北兩個增生單元, 其中, 北部增生單元具韌性剪切特征, 南部增生單元則有向南依次序列增生的特點。由于北東向俯沖–擠壓, 增生雜巖帶北緣和東緣分別具有向東、南走滑特征。

阿爾泰–阿爾金地學斷面深部地震資料揭示(圖3b), 北準噶爾增生雜巖帶內(nèi)地殼厚度為56 km, 南部準噶爾盆地厚度為46 km(袁學誠等, 1991; 王友學等, 2004)。在阿爾曼太斷裂帶以北, 綜合解釋斷面(地震反射, 大地電磁, 地磁差分測深, 重、磁測量等)反映深部有向北俯沖、莫霍面變深之特點, 是北準噶爾地殼側(cè)向增生證據(jù)之一。

致謝：在文章編寫過程中, 李榮社、徐學義、馬中平、李智佩、李建星、宋忠寶等提出了寶貴意見, 在審稿過程中, 中國地震局應(yīng)急搜救中心曲國勝研究員和另一位匿名評審者指出了稿件存在的問題并提出了中肯的修改建議, 謹此一并表示感謝！

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Geophysical Characteristics of Accretionary Complex Belt in North Junggar and Structural Interpretation

WANG Kai, CHEN Junlu, FENG Zhihan, GUO Peihong and LIU Kuanhou
(MLR Key Laboratory for the Focused Magmatism and Giant Ore Deposits, Xi’an Center of Geological Survey, CGS, Xi’an 710054, Shaanxi, China)

The distribution of regional gravitational fields and aeromagnetic fields are analyzed through systematic statistics of the magnetic and density parameters of the main rocks and ores from North Junggar in Xinjiang. The northern Junggar can be divided into three Bouguer gravity anomaly units and five aeromagnetic anomaly districts. The Bouguer and aeromagnetic anomaly belts indicate the presence of accretionary complex zone at the active continental margin in northern Junggar. The complex is wedge-shaped and is limited by the Altay-Fuyun fault zone at the north, the east margin of Kazakhstan Plate at the west, and the Almantaio phiolitic melange belt at the south. This accretionary complex zone consists of several N-E trending accretionary units. The deep-geophysical sounding profile of the Altay region indicates that the subduction resulted in the formation of the accretionary complex zone.

aeromagnetic anomalies; gravity filed; accretionary complex belt; Junggar; S-C fabric

P631

A

1001-1552(2015)02-0273-007

2013-11-12; 改回日期: 2014-03-07

項目資助: 中國地質(zhì)調(diào)查局計劃項目“成礦帶區(qū)域地球物理調(diào)查”(編號: 基[2012]02-017-025)中“區(qū)域地球物理調(diào)查成果集成與方法技術(shù)研究”(編號: 1212011120917)資助。

王凱(1967–), 男, 教授級高級工程師, 主要從事地球物理勘查工作。Email:wangkaixian001@sina.com