郭春濤 李忠 高劍 董順利

GUO ChunTao，LI Zhong＊＊，GAO Jian and DONG ShunLi

中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所，北京 100029

Institute of Geology and Geophysics，Chinese Academy of Sciences，China

2014-07-19 收稿，2015-01-10 改回.

1 引言

探索南天山古洋盆的形成演化，是認(rèn)識天山和塔里木盆地的重要研究領(lǐng)域。但迄今為止對南天山洋的屬性、俯沖極性和演化模式等仍然存在諸多爭議(Li et al.，2001;夏林圻等，2002;高俊等，2006，2009;Charvet et al.，2007;Lin et al.，2009;Qian et al.，2009;Wang et al.，2011;Ge et al.，2012a)，其中對可能的晚古生代洋-陸轉(zhuǎn)換構(gòu)造演變關(guān)鍵時(shí)期的證據(jù)大多來自造山帶結(jié)晶巖石學(xué)、地球化學(xué)以及造山帶地層-構(gòu)造綜合的工作(Gao et al.，1998，2011;郭召杰等，2006;Zhang et al.，2007;Wang et al.，2011)，而對洋-陸轉(zhuǎn)換更為敏感的沉積地質(zhì)記錄分析則不多見，或僅涉及沉積地層古生物的探索(劉羽等，1994;Li et al.，2005;Liu and Hao，2006;舒良樹等，2007)。

碎屑組分與年代記錄是研究盆山演化的重要“橋梁”(Fedo et al.，2003;Andersen，2005)。其在區(qū)域巖石-構(gòu)造單元對比、古地理格局恢復(fù)等方面已成為國際研究熱點(diǎn)之一(Berry et al.，2001;李任偉等，2004;Kalsbeek et al.，2008;李忠等，2009;Li and Peng，2010;Ma et al.，2011，2012)。目前對晚古生代碎屑鋯石及物源的研究主要集中于塔里木克拉通內(nèi)部，而對洋-陸邊緣的約束較少(鄔光輝等，2007，2009，2010;Li and Peng，2010;Shu et al.，2011;張英利等，2011;Liu et al.，2012;劉景彥等，2012)。為此本次工作對塔里木盆地西北緣烏什縣城南出露較好的石炭系剖面進(jìn)行了詳細(xì)觀測，并采集了豐富的砂巖樣品，基于沉積相、碎屑骨架組分與重礦物組合分析，進(jìn)一步應(yīng)用LA-ICP-MS 方法進(jìn)行碎屑鋯石U-Pb 和Lu-Hf 同位素分析，重點(diǎn)探討碎屑物源體系及其對晚古生代塔里木盆地陸緣構(gòu)造演化的效應(yīng)關(guān)系，為認(rèn)識該期沉積古地理提供有力證據(jù)。

2 地質(zhì)背景和樣品

2.1 構(gòu)造和地層

烏什縣城南剖面位于塔里木盆地西北緣的柯坪地區(qū)，是塔里木盆地北緣的一部分，構(gòu)造上屬于柯坪斷隆的阿合奇小區(qū)。柯坪斷隆北以喀拉鐵克斷裂與南天山晚古生代造山帶為界，南以柯坪塔格南緣斷裂與塔里木盆地內(nèi)的巴楚斷隆、阿瓦提凹陷為界，西界位于八盤水磨一帶，與麥蓋提斜坡相接，東段位于阿克蘇附近，與庫車凹陷、塔北隆起逐漸過渡(圖1a)，0.7Ga 前成為塔里木北緣一部分(舒良樹等，2013)。阿合奇小區(qū)位于柯坪分區(qū)的西部邊緣，呈南西-北東方向狹長條帶狀，大致沿吐谷買提-阿合奇-烏什一線分布，西北以南天山深大斷裂為界，石炭系地層發(fā)育較全。

石炭紀(jì)時(shí)期柯坪地區(qū)沉積相帶的時(shí)空展布規(guī)律有序，由西北向東南依次可劃分為斜坡或盆地相濁積巖、深水碳酸鹽巖相、碳酸鹽巖臺地邊緣礁灘相和碳酸鹽巖臺地相。而烏什剖面位于塔里木陸緣，沉積特征與柯坪地層小區(qū)規(guī)律一致，是認(rèn)識柯坪地區(qū)構(gòu)造演化、解析塔里木與南天山洋關(guān)系的敏感地區(qū)。

本文重點(diǎn)研究烏什縣城南剖面(圖1b)位于索格當(dāng)他烏山的東北部，北距烏什縣城10km，該剖面出露連續(xù)厚達(dá)2000余米的石炭系露頭(圖2)。剖面巖性主要為細(xì)碎屑巖夾碳酸鹽巖，自下而上可進(jìn)一步細(xì)分為蒙達(dá)勒克組、烏什組、庫魯組、索格當(dāng)他烏組(圖2)。

Keidel(1906)即對南天山地區(qū)烏什一帶的石炭系地層腕足類的進(jìn)行了記述，Norin(1928 ～1941)也對柯坪、喀拉鐵克山等地的石炭-二疊系的劃分。近二十余年，由于油氣勘探的需求開展了較多系統(tǒng)性的研究，在生物、地層、沉積等方面已獲得初步對比成果(張師本和高琴琴，1992;Carroll et al.，1995，2001;周志毅等，2001;Brenckle，2004)。雖然有孔蟲、蜓等古生物大致限定了研究剖面的時(shí)代，但蒙達(dá)勒克組、烏什組底部的時(shí)代亦然存在爭議(張師本和高琴琴，1992;李漢敏，1996;Brenckle，2004)。本文參考周志毅等(2001)的地層時(shí)代劃分，烏什組(孔臺艾肯溝組下部)為維憲階早中期沉積，庫魯組(孔臺艾肯溝組上部)為維憲階晚期至謝爾普霍夫階沉積，而將極少化石的蒙達(dá)勒克組置于維憲階最早期(圖2)。進(jìn)一步根據(jù)該剖面大量的腕足分子(張師本和高琴琴，1992;Chen and Shi，2003)，詳細(xì)細(xì)分和限定了烏什組、庫魯組頂?shù)臅r(shí)代(圖2)。

2.2 樣品采集

針對該剖面進(jìn)行了系統(tǒng)的樣品采集與測試(圖2)。符合統(tǒng)計(jì)條件的砂巖碎屑骨架樣品共20 個(gè)，詳見下文。碎屑重礦物樣品共有9 件，均為細(xì)砂巖，自下而上依次為蒙達(dá)勒克組中部MD-7、蒙達(dá)勒克組頂部MD-2、烏什組底部WS-3、烏什組中部WS-20 和WS-37、烏什組頂部WS-54、庫魯組底部G6、庫魯組頂部KL-12、索格當(dāng)他烏組下部G7(圖2)。

圖1 柯坪及烏什地區(qū)大地構(gòu)造單元地質(zhì)簡圖Fig.1 Skeleton tectonic map of the Keping uplift and Wushi area

碎屑鋯石樣品自下而上依次為G4、G5、G6、G7(圖2)。G4 取自蒙達(dá)勒克組組底部，GPS 坐標(biāo)為E79°14＇45″，N41°09＇15″，為早石炭世早維憲階紫紅色細(xì)砂巖。G5 取自烏什組下部，GPS 坐標(biāo)為E79°14＇31″，N41°09＇41″，為早維憲階黃灰色細(xì)砂巖。G6 取自庫魯組底部，GPS 坐標(biāo)為E79°16＇02″，N41°07＇31″，為晚維憲階灰白色細(xì)砂巖。G7 取自索格當(dāng)他烏組下部，GPS 坐標(biāo)為E79°17＇28″，N41°07＇11″，為晚石炭世淺灰色細(xì)砂巖。

3 沉積環(huán)境與巖礦組成特征

3.1 沉積環(huán)境

志留系柯坪塔格組沉積后，研究區(qū)經(jīng)歷長時(shí)間的剝蝕。蒙達(dá)勒克組下與志留系柯坪塔格組角度不整合接觸，上與烏什組連續(xù)沉積，主要分布于索格當(dāng)他烏山的東端(圖1b)，巖性為灰色塊狀礫巖與紫紅色粉砂巖泥巖(圖3a)。該組下部發(fā)育河流相沉積，野外可見礫巖沖刷下切進(jìn)泥巖層(圖3a)，砂巖層發(fā)育大型板狀交錯(cuò)層理，厚層泥巖與礫巖互層(圖3b)，薄層砂巖呈透鏡狀。礫巖成分主要為灰質(zhì)，硅質(zhì)，火山質(zhì)含量低，分選較差，最大粒徑30cm 以上，但磨圓度很高(圖3b)。上部泥晶灰?guī)r含量明顯增多(圖3c)，反映海平面逐漸上升。

烏什組分布于索格當(dāng)他烏山的南北兩坡(圖1b)，與上伏的庫魯組為整合接觸。巖性為深灰色、灰黑色灰?guī)r、淺灰色砂巖和灰綠色頁巖。烏什組沉積時(shí)，海平面緩慢上升，下部以灰?guī)r為主，砂巖層中灰質(zhì)含量也較高，可見遺跡化石Chondrites ichnosp. (張師本和高琴琴，1992)，是典型的淺水底棲生物遺跡化石。大化石、生屑、陸屑、生物擾動(dòng)豐富(圖3d，e)，發(fā)育平行、沖洗交錯(cuò)層理(圖3f)，可能反映了當(dāng)時(shí)的濱岸環(huán)境(Brenckle，2004)。烏什組上部主要為砂巖層，可見滑塌的灰質(zhì)礫巖(圖3g)，發(fā)育向上變深粒序?qū)永?圖3h)，頂部為頁巖與石英砂巖互層，反映水體進(jìn)一步加深。

庫魯組分布范圍大致同烏什組，與上伏索格當(dāng)他烏組為整合接觸。下部巖性主要為淺灰色、棕灰色中層狀細(xì)砂巖和礫巖，中上部夾灰綠色頁巖、深灰色灰?guī)r。庫魯組沉積時(shí)，水體明顯加深，底部發(fā)育有直徑大于50cm 的滑塌礫石，礫巖分選磨圓都比較差(圖3i)，礫石成分以灰質(zhì)為主，可能是先期沉積的灰?guī)r滑塌再改造形成?；枯^烏什組少，保存完好，上部頁巖含量增多(圖3j)，反映水體能量整體較低。發(fā)育重力流(圖3k)，整體反映陸棚較深水沉積環(huán)境。

索格當(dāng)他烏組由索格當(dāng)他烏巖系演變而來，主要由頁巖、粉砂巖和砂巖組成(圖3l)，頂部出露不全。砂巖均為正旋回，底具沖刷面和溝槽模，自下而上表現(xiàn)為多種組合的鮑馬序列(何治亮等，1992)，表現(xiàn)了扇中水道、朵葉體、末梢濁積巖的特點(diǎn)。還見有較豐富的相當(dāng)于Zoophycus 相和Nereites 相的遺跡化石組合(何治亮等，1992;張師本和高琴琴，1992)，為典型的半深海-深海沉積環(huán)境代表。

3.2 碎屑巖礦特征

圖2 烏什縣石炭系沉積剖面(據(jù)張師本和高琴琴，1992 修改)與樣品采集位置Fig.2 The Carboniferous depositional column (modified after Zhang and Gao，1992)and sampling location in Wushi

針對烏什石炭系剖面的蒙達(dá)勒克組、烏什組、庫魯組及索格當(dāng)他烏組開展了砂巖薄片鑒定統(tǒng)計(jì)。本文碎屑骨架組成分析方法參考文章Dickinson and Suczek(1979)和李忠等(1999)提出的5 條建議:(1)列入統(tǒng)計(jì)和作圖的砂巖樣品，平均粒徑限定在中-粗粒(0.2 ～2mm);(2)排除雜基含量大于25%的雜砂巖樣品;(3)灰?guī)r巖屑是否統(tǒng)計(jì)需要依據(jù)區(qū)域物源特征;(4)被自生礦物交代的骨架顆粒，按殘留顆?；謴?fù)的原碎屑組分統(tǒng)計(jì);(5)采用鏡下正方格網(wǎng)交點(diǎn)法統(tǒng)計(jì)組分含量，網(wǎng)格間距視砂巖平均粒度而定，統(tǒng)計(jì)顆粒個(gè)數(shù)不少于300個(gè)。蒙達(dá)勒克組和烏什組下部沉積時(shí)，處于陸相或淺海相沉積環(huán)境，含有較多的灰?guī)r巖屑，而烏什組中上部、庫魯組、索格當(dāng)他烏組為陸棚-半深海相沉積環(huán)境，顆粒主要為石英，灰?guī)r巖屑較少(圖4)。由于難以辨別灰?guī)r巖屑的來源，在統(tǒng)計(jì)巖屑時(shí)不考慮灰?guī)r巖屑(Dickinson and Suczek，1979)。

圖3 烏什剖面主要巖性和沉積構(gòu)造(a)礫巖與泥巖互層;(b)滾圓狀礫石;(c)瘤狀灰?guī)r;(d)大化石;(e)生物擾動(dòng);(f)交錯(cuò)層理;(g)滑塌構(gòu)造;(h)粒序?qū)永?(i)直徑大于50cm 的礫巖;(j)頁巖;(k)重力流;(l)頁巖、粉砂巖互層Fig.3 Lithologic and sedimentary structure photographs of the Wushi profile

砂巖碎屑統(tǒng)計(jì)顯示，蒙達(dá)勒克組、烏什組下部砂巖顆粒主要為石英(表1、圖4)，其中多晶石英Qp 含量26% ～59%，單晶石英Qm 含量38% ～59%。烏什組中上部、庫魯組、索格當(dāng)他烏組以含有較多的單晶石英Qm 為特征(圖4)，多晶石英Qp 和Lv 含量低。自下而上，顆粒結(jié)構(gòu)成熟度和成分成熟度都逐漸增加?？傮w來看，自蒙達(dá)拉克組至索格當(dāng)他烏組，研究區(qū)物源主要來自再旋回造山帶(圖5)，同時(shí)有向克拉通內(nèi)部遷移的特征。

同時(shí)，對石炭系剖面9 件細(xì)砂巖進(jìn)行碎屑重礦物組合分析。樣品處理程序按以下步驟進(jìn)行:(1)稱重;(2)經(jīng)無污染粉碎至10 目，利用標(biāo)準(zhǔn)干篩篩選40 ～80 目粒級(略大于砂巖分析樣品的最小平均粒度);(3)通過粗淘、強(qiáng)磁、電磁、重液分離，將其分為無磁、電磁、強(qiáng)磁和輕部分四包;(4)在光學(xué)顯微鏡下定性定量鑒定出不同重礦物，并進(jìn)行重礦物物理特征描述;(5)采用高精度天平完成計(jì)量，最終通過重礦物密度值將質(zhì)量百分比換算為體積百分比。鑒定的體積百分比列于表2 和圖2。自下而上各種重礦物的表形特征具有很大的相似性。鋯石多呈透明或者金剛-弱毛玻璃光澤，半自形-次圓狀為主，少數(shù)為自形、圓粒狀，表面常見凹坑，少數(shù)可見裂紋，推測大多數(shù)鋯石顆粒經(jīng)歷了長距離的搬運(yùn)。含TiO2礦物多為次棱角狀-次圓狀。電氣石多為黑褐色，柱狀、次圓粒狀，透明-玻璃光澤。赤褐鐵礦形態(tài)多為立方體或次棱角狀，多為黃鐵礦氧化而成，反映出該類重礦物可能大多是自生礦物，在對比穩(wěn)定重礦物含量時(shí)將其剔除。

圖4 烏什石炭系剖面樣品鏡下特征Qm-單晶石英;Qp-多晶石英;K-鉀長石;P-斜長石;Lv-火山巖巖屑或變質(zhì)火山巖巖屑;Ls-沉積巖巖屑或變質(zhì)沉積巖巖屑Fig.4 Microscopic feature of Wushi Carboniferous profile

圖5 烏什縣石炭紀(jì)砂巖碎屑組分與物源類型三角圖(底圖據(jù)Dickinson and Suczek，1979)Qm-單晶石英;Qp-多晶石英;K-鉀長石;P-斜長石;Lv-火山巖巖屑或變質(zhì)火山巖巖屑;Ls-沉積巖巖屑或變質(zhì)沉積巖巖屑;Q-總石英顆粒;Lt-巖屑總含量;L-不穩(wěn)定復(fù)晶巖屑Fig.5 Triangular plots showing sandstone modal components in the Wushi Carboniferous profile (after Dickinson and Suczek，1979)

表1 烏什剖面石炭系砂巖薄片組分統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)(點(diǎn)數(shù))Table 1 Sandstone skeleton component analysis of Wushi Carboniferous profile (points)

表3 烏什剖面樣品碎屑鋯石U-Pb 年齡測定結(jié)果Table 3 U-Pb isotopic compositions of detrital zircons from Wushi Carboniferous sandstone

重礦物分析結(jié)果顯示，重礦物類型以鋯石、白鈦石、金紅石、銳鈦礦、電氣石、重晶石、黃鐵礦、赤褐鐵礦為主，部分樣品中還含有鈦鐵礦、鉻尖晶石、磷灰石(圖2)。雖然不同層位單種重礦物差異較大，但重礦物組合基本一致，以鋯石+電氣石+ TiO2礦物+ 重晶石為主，其含量占94.1% ～100.0%，不含中等穩(wěn)定和不穩(wěn)定重礦物。從研究區(qū)自下而上單種重礦物及重礦物組合來看，源區(qū)母巖類型始終以沉積巖+低級變質(zhì)巖為主。穩(wěn)定重礦物占優(yōu)勢，不含不穩(wěn)定重礦物，說明該研究區(qū)早石炭世早期-晚石炭世早期盆山分異作用弱，構(gòu)造活動(dòng)比較平靜。

砂巖碎屑骨架差異明顯，而重礦物組合特征則變化不大，可能真實(shí)的反映了研究區(qū)物源結(jié)構(gòu)的變遷，詳見下文。

4 碎屑鋯石年代學(xué)分析

4.1 測試方法與結(jié)果

CL 圖、U-Pb、Lu-Hf 測試均在中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所電子探針與電鏡實(shí)驗(yàn)室、多接收等離子體質(zhì)譜儀實(shí)驗(yàn)室完成。樣品分析時(shí)激光斑束直徑為32μm，激光剝蝕樣品的深度為20 ～40μm。標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500 和NIST610 被用來進(jìn)行數(shù)據(jù)校正。對于碎屑鋯石年齡大于1000Ma 的樣品，采用207Pb/206Pb 表面年齡，而對于小于1000Ma 的樣品，采用更為可靠的206Pb/238U 表面年齡(Black et al.，2003)。本文取不諧和度小于10%的為有效數(shù)據(jù)點(diǎn)。詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)步驟和處理方法參見(Yuan et al.，2004)。

鋯石Lu-Hf 同位素測定用176Lu/175Lu = 0.0266 和176Yb/172Yb =0.5886 進(jìn)行同量異位干擾校正計(jì)算測試樣品的176Lu/177Hf 和176Hf/177Hf 比值。εHf的計(jì)算采用176Lu 衰變常數(shù)為1.865 × 10-11a。球粒隕石現(xiàn)今的176Hf/177Hf =0.282772，176Lu/177Hf=0.0332，Hf 虧損地幔單階段模式年齡(tDM)的計(jì)算采用現(xiàn)今的虧損地幔176Hf/177Hf =0.2832 和176Lu/177Hf=0.0384，兩階段模式年齡tDMC依據(jù)大陸上地殼平均組成(fLu/Hf= -0.72)計(jì)算。詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)步驟、處理方法和參數(shù)選取參見(吳福元等，2007)和其參考文獻(xiàn)。

碎屑鋯石U-Pb 和Lu-Hf 分析的代表性數(shù)據(jù)見表3 和表4，詳細(xì)數(shù)據(jù)表可向作者索取。4 個(gè)樣品U-Pb 諧和圖和年齡譜圖如圖6，εHf(t)如圖7，對應(yīng)的Th/U 如圖8，典型的CL 如圖9。

4.2 測試結(jié)果

4 個(gè)樣品共531 個(gè)測試點(diǎn)中共獲得484 個(gè)有效年齡(圖6)。U-Pb 有效年齡主要集中分布在392 ～496Ma、708 ～868Ma、893 ～1044Ma、1713 ～1917Ma 和2376 ～2606Ma(圖6)，主要的差別是G4 和G5 樣品893 ～1044Ma 更為明顯。在各組年齡中，708 ～868Ma、893 ～1044Ma 組年齡所在比例最高，其次是392 ～496Ma。

表4 烏什剖面樣品碎屑鋯石Lu-Hf 測定結(jié)果Table 4 Lu-Hf isotopic compositions of detrital zircons from Wushi Carboniferous sandstone

結(jié)合CL 圖特征(圖9)、Th/U 比值(圖8)，392 ～496Ma鋯石顆粒均有明顯的環(huán)帶結(jié)構(gòu)，Th/U 比值為0.28 ～1.44 之間，顯示出明顯的巖漿起源的特征。而大部分708 ～868Ma鋯石顆粒CL 圖特征與392 ～496Ma 鋯石相似，Th/U 比值為0.28 ～1.44，平均為0.73，因此大部分為巖漿成因。而893 ～1044Ma 鋯石顆粒CL 圖顯示出均質(zhì)、溶蝕的特點(diǎn)，Th/U 比值較低0.05 ～1.2，可能大部分為變質(zhì)成因。而1713 ～1917Ma和2376 ～2606Ma 鋯石CL 圖均顯示出均質(zhì)、溶蝕、冷杉葉狀特點(diǎn)，絕大部分應(yīng)為變質(zhì)成因。

參照CL 圖，Lu-Hf 測試點(diǎn)部分或者完全與U-Pb 測試點(diǎn)重合。484 個(gè)有效年齡數(shù)據(jù)中，共得到437 個(gè)有效的Hf 同位素分析結(jié)果(圖7)。392 ～496Ma 鋯石176Hf/177Hf 值介于0.281985 ～0.282912 之間，εHf(t)介于-18.6 ～13.8 之間，介于522 ～2593Ma 之間。708 ～868Ma 鋯石176Hf/177Hf 值介于0.281436 ～0.282688 之間，εHf(t)介于-29.4 ～14.4之間，tDMC介于822 ～3582Ma 之間。893 ～1044Ma 鋯石176Hf/177Hf 值介于0.281207 ～0.282491 之間，εHf(t)介于-35.5 ～11.7 之間，tDMC介于1135 ～4005Ma 之間。1713 ～1917Ma 鋯石176Hf/177Hf 值介于0.281125 ～0.281947 之間，εHf(t)介于-18.2 ～7.5 之間，tDMC介于1960 ～3652Ma 之間。2376 ～2606Ma 鋯石176Hf/177Hf 值介于0.280846 ～0.281398 之間，εHf(t)介于-12.3 ～6.9 之間，tDMC介于2621～3848Ma 之間。在5 組鋯石峰中，大部分鋯石εHf(t)小于0，可能反映其來源于古老地殼重熔。尤其是708 ～868Ma、1713 ～1917Ma，86%以上εHf(t)為都負(fù)值。

5 討論

5.1 潛在物源區(qū)鋯石年代學(xué)特征及構(gòu)造熱事件

本文獲得的碎屑鋯石主要涉及早古生代、新元古代、中元古代、古元古代以及太古代，以下逐一分析、總結(jié)其區(qū)域構(gòu)造和物源區(qū)含義。

所有樣品中均存在2376 ～2606Ma 的年齡峰，代表該期構(gòu)造熱事件在源區(qū)有廣泛的分布。其與全球大陸增生事件時(shí)間一致，且εHf(t)中有較多的正值(圖7)，均暗示該期增生事件也在塔里木廣泛存在。在塔里木盆地及周緣已經(jīng)獲得部分該時(shí)期的年齡，主要出露在庫魯克塔格地區(qū)(胡靄琴和韋剛健，2006;Long et al.，2010;Shu et al.，2011;Zhang et al.，2012)。

而1713 ～1917Ma 年齡峰常與Columbia 超大陸匯聚相關(guān)。該期構(gòu)造事件在塔里木盆地內(nèi)有著廣泛的記錄，是塔里木重要的地殼增生和巖漿事件(張傳林等，2012)，目前主要出露在庫魯克塔格和塔西南鐵克里克(王超，2011;Zhang et al.，2012)。而Columbia 超大陸的裂解很少被以前的碎屑鋯石工作(彭守濤，2007;鄔光輝等，2007，2009，2010;Li and Peng，2010;張英利等，2011;Liu et al.，2012;劉景彥等，2012)、結(jié)晶巖工作(參見下文圖11)所記錄到，預(yù)示著該時(shí)期塔里木構(gòu)造活動(dòng)處于相對穩(wěn)定狀態(tài)。

圖6 碎屑鋯石樣品U-Pb 諧和圖和年齡頻譜圖Fig.6 Concordia plots，Histograms and relative probability plots of detrital zircon U-Pb ages

圖7 樣品鋯石Hf 同位素特征Fig.7 Hf isotope data of detrital zircons from the four studied samples

893 ～1044Ma 年齡峰比Greenville 造山事件略晚，常與Rodinia 超大陸匯聚事件相關(guān)。該期構(gòu)造事件在庫魯克塔格、阿克蘇、鐵克里克、盆地腹部都有分布(李曰俊等，2003;張傳林等，2003;Shu et al.，2011)，但目前已發(fā)表的該階段年齡相對概率很低(見下文圖11)。而在昆侖造山帶、阿爾金造山帶則存在大量的該期構(gòu)造事件(王超，2011;張建新等，2011;張傳林等，2007;畢華等，1999)，是Rodinia 超大陸匯聚的直接證據(jù)。

圖8 四個(gè)碎屑樣品諧和鋯石Th/U 圖Fig.8 Th-U plots of detrital zircons from the four studied samples

708 ～868Ma 巖漿事件常與Rodinia 超大陸裂解相連。該期構(gòu)造事件在盆地內(nèi)庫魯克塔格、阿克蘇、腹部、鐵克里克等有廣泛的分布，并伴隨著雪球事件和冰磧巖(李曰俊等，2003;高林志等，2010;Shu et al.，2011;王超，2011)。

古生代是年齡相對集中區(qū)域，特別是早古生代，說明該時(shí)期源區(qū)構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈。而早古生代巖漿活動(dòng)廣泛發(fā)育于塔里木周緣造山帶中(陳宣華等，2009;高俊等，2009)，如西昆侖烏依塔格-庫地-阿其克庫勒湖-香日德縫合帶，阿爾金地區(qū)巴什考供盆地南北緣、紅柳溝等區(qū)域，中天山巴音布魯克、巴倫臺地區(qū)，主要與昆侖洋、阿爾金洋、Terskey 洋、南天山洋的俯沖閉合造山有關(guān)(Xiao et al.，2005;吳才來等，2005;高俊等，2006，2009;Qian et al.，2009;張建新等，2010，2011)。

圖9 典型鋯石CL 圖(圖中圓圈代表激光剝蝕點(diǎn)，其直徑為32μm)Fig.9 Typical CL images of detrital zircons (the circle diameter is 32 microns)

圖10 塔里木周緣造山帶古生代結(jié)晶巖U-Pb 同位素年齡統(tǒng)計(jì)直方圖(a)南天山造山帶;(b)中天山造山帶;(c)昆侖造山帶;(d)阿爾金造山帶. (a、b)主要引自李忠和彭守濤(2013)及其參考文獻(xiàn)，其他補(bǔ)充數(shù)據(jù)引自Wang et al. (2011)、Ge et al. (2012a)及其參考文獻(xiàn);(c)引自Xiao et al. (2005)、于曉飛(2010)、王超(2011)及其參考文獻(xiàn);(d)引自吳才來等(2005)、陳宣華等(2009)、張建新等(2010，2011)、王超(2011)及其參考文獻(xiàn)Fig.10 The U-Pb isotopic age histogram of the Paleozoic crystalline rocks in the orogenic belts adjacent to Tarim basin

本文在前人工作基礎(chǔ)上統(tǒng)計(jì)了石炭紀(jì)之前各造山帶已發(fā)表U-Pb 年齡數(shù)據(jù)(圖10)，西昆侖造山帶結(jié)晶巖年齡主要集中于380 ～530Ma，峰值于450Ma;阿爾金造山帶結(jié)晶巖年齡主要集中于430 ～520Ma，峰值于500Ma;南天山造山帶結(jié)晶巖年齡主要集中于360 ～460Ma，峰值于403Ma、424Ma;中天山造山帶結(jié)晶巖年齡主要集中于350 ～490Ma，峰值不明顯。

5.2 物源體系

用碎屑鋯石U-Pb 年齡峰與潛在物源區(qū)進(jìn)行對比進(jìn)而判斷物源，已經(jīng)是一種比較成熟的方法(Amelin et al.，1999;Berry et al.，2001;李任偉等，2004;李忠等，2009;Li and Peng，2010)。G4-G7 樣品均記錄到明顯的～840Ma、～1800Ma、～2500Ma 的峰，這與塔東、塔北、塔中地區(qū)志留系、泥盆系、侏羅系等層位的碎屑鋯石特征相似(彭守濤，2007;鄔光輝等，2007，2009，2010;Li and Peng，2010;Shu et al.，2011;Liu et al.，2012;劉景彥等，2012)。而前人發(fā)表的塔里木盆地露頭、井下結(jié)晶巖U-Pb 年齡顯示(圖11)，塔里木盆地也具有明顯這三期的年齡峰，說明物源區(qū)可能為盆內(nèi)古隆起。同時(shí)，在石炭系沉積時(shí)，研究區(qū)周緣存在多個(gè)古隆起，如溫宿隆起(Liu et al.，2012)、塔北隆起、四石場剝蝕區(qū)。而古流向顯示物源主要來自偏南方(Carroll et al.，1995，2001)。

Ge et al. (2012b)認(rèn)為塔里木地塊新元古代存在四期巖漿事件，900 ～1050Ma、790 ～830Ma、760 ～730Ma、670 ～620Ma，樣品中不僅記錄到了前三期，最后一期同樣也有記錄，雖然該期峰很弱。源區(qū)和塔里木塊體都經(jīng)歷完整了Rodinia 超大陸匯聚、裂解事件及泛非運(yùn)動(dòng)。而從Hf 同位素組成特征來看，～840Ma、～1800Ma、～2500Ma 的Hf 同位素特征與Ge et al. (2013)總結(jié)的塔里木盆地結(jié)晶巖Hf 同位素特征也大致相似。所有信息均表明，塔里木內(nèi)古隆起可能為一個(gè)主要的物源區(qū)。

圖11 砂巖樣品、塔里木塊體結(jié)晶巖U-Pb 年齡相對概率分布圖(a)為烏什剖面柯坪塔格組(數(shù)據(jù)引自郭春濤，2014)，(b-e)為本文分析樣品G4-G7;(f)為塔里木地塊已發(fā)表結(jié)晶巖U-Pb 年齡(數(shù)據(jù)引自李忠和彭守濤，2013;Shu et al. ，2011;王超，2011;Zhang et al. ，2012 及其參考文獻(xiàn))Fig.11 Relative probability distribution of U-Pb ages of the studied four sandstone samples and crystalline rocks in the Tarim Block

塔里木盆地內(nèi)發(fā)育很少的早古生代結(jié)晶巖(圖11)。石炭紀(jì)時(shí)期，阿爾金造山帶與研究區(qū)相隔寬闊的塔里木盆地濱淺海沉積區(qū)和大面積的剝蝕區(qū)，且阿爾金造山帶U-Pb 年齡分布偏老(圖10)，結(jié)晶巖年齡均大于430Ma，因此阿爾金地區(qū)古生代巖漿弧作為另一個(gè)物源區(qū)的可能性較小。而放射蟲資料顯示早石炭世早期南天山洋依然存在(劉羽等，1994;舒良樹等，2007)，可能會阻隔來自天山的物質(zhì)供給。前人(鄔光輝等，2009，2010;Liu et al.，2012;劉景彥等，2012)研究顯示，志留系、泥盆系地層鋯石U-Pb 年齡中存在顯著的～450Ma 的年齡峰(圖11)，因此來自盆地內(nèi)受剝蝕的泥盆-志留系地層可能為研究區(qū)提供～450Ma 的碎屑鋯石。Carroll et al.(1995)從巖性對比角度也認(rèn)為石炭地層來自研究區(qū)東南方早古生代地層的剝蝕。對于這些鋯石的最終來源，由于一方面因?yàn)槟咸焐窖蟮拇嬖?，可能阻隔來自中天山的物源供給，另一方面樣品古生代年齡分布明顯比天山造山帶老，因此推測可能還有來自昆侖造山帶的物源供給。

4 個(gè)碎屑鋯石樣品中最顯著的變化是，893 ～1044Ma 峰在G4 和G5 樣品中均非常明顯，而在G6 和G7 中則顯著減小。前人(Liu et al.，2012;劉景彥等，2012;Shu et al.，2011;郭春濤，2014)在研究塔東、庫魯克塔格、柯坪等地區(qū)志留-泥盆系地層碎屑鋯石時(shí)，同樣存在該期年齡，而在塔中、塔北則不發(fā)育。該期構(gòu)造事件在塔里木盆內(nèi)不明顯(圖11)，研究區(qū)附近的阿克蘇藍(lán)片巖最近也被認(rèn)為是新元古代中期的產(chǎn)物(Zhu et al.，2011)。而在昆侖造山帶、阿爾金造山帶則存在大量的該期構(gòu)造事件(王超，2011;張建新等，2011;張傳林等，2007;畢華等，1999)，是Rodinia 超大陸匯聚的直接證據(jù)。而研究區(qū)與昆侖造山帶、阿爾金造山帶距離非常遠(yuǎn)，且隔有大面積的沉積區(qū)和隆起區(qū)，該兩造山帶直接為研究區(qū)提供物源的可能性較小，因此推測893 ～1044Ma 碎屑鋯石主要來自于與昆侖造山帶、阿爾金造山帶剝蝕物源區(qū)相關(guān)的前石炭紀(jì)沉積地層的再旋回物質(zhì)。維憲階晚期之后，碎屑成分成熟度的增大、893 ～1044Ma 年齡碎屑鋯石豐度的銳減、重礦物組合特征一致，可能反映了物源繼續(xù)向穩(wěn)定的塔里木克拉通內(nèi)部遷移。

5.3 塔里木盆地西北緣陸緣構(gòu)造屬性與構(gòu)造格局

塔里木北緣陸緣構(gòu)造屬性與南天山洋的俯沖極性和閉合時(shí)間緊密相關(guān)?；诨』鹕綆r、高壓變質(zhì)巖、構(gòu)造變形、放射蟲、地層組合等特征分析，前人對南天山洋的俯沖極性、閉合時(shí)間提出了許多不同的認(rèn)識(高俊等，2006，2009;Charvet et al.，2007;Lin et al.，2009;Wang et al.，2011;Ge et al.，2012a;郝杰和劉小漢，1993)。

雖然關(guān)于南天山洋洋盆閉合時(shí)間的爭議最大(郝杰和劉小漢，1993;高長林等，1995;高俊等，1997;Li et al.，2001，2005;夏林圻等，2002;高俊等，2006，2009;Charvet et al.，2007;Zhang et al.，2007)，但越來越多的證據(jù)表明南天山洋閉合于早石炭世早期。如吳浩若和李忠(2013)詳細(xì)討論了南天山內(nèi)已發(fā)表的眾多放射蟲資料，認(rèn)為其時(shí)代全部集中于中泥盆世晚期至早石炭世維憲階早期，還沒有發(fā)現(xiàn)可靠的維憲期之后的放射蟲分子;高俊等(2006)于南天山高壓-超高壓變質(zhì)帶中獲得榴輝巖峰期變質(zhì)年齡345Ma 和白云母折返年齡313 ～302Ma，代表洋盆閉合和增生造山結(jié)束時(shí)間;Wang et al.(2010)在高壓-超高壓變質(zhì)帶獲得藍(lán)片巖、綠片巖折返年齡331 ～316Ma，認(rèn)為碰撞作用發(fā)生在泥盆紀(jì)最晚期至石炭紀(jì)最早期;Charvet et al. (2007)從構(gòu)造變形角度認(rèn)為南天山洋閉合于晚泥盆世-早石炭世最早期。

而關(guān)于塔里木北緣的構(gòu)造屬性，依據(jù)早古生代-晚古生代早期塔里木北緣的海相-海陸交互相層序組合，Carroll et al.(1995)認(rèn)為該時(shí)期塔里木北緣是被動(dòng)大陸邊緣。前人根據(jù)砂巖主量元素、砂巖碎屑特征認(rèn)為塔里木西北部柯坪、巴楚地區(qū)的志留紀(jì)、泥盆紀(jì)物源區(qū)為成熟大陸(李曰俊等，1999;周新源等，2002;郭戰(zhàn)峰等，2004)。李忠等(2010①李忠等. 2010. 塔里木區(qū)塊構(gòu)造-巖相古地理研究與編圖(內(nèi)部資料).)在柯坪地區(qū)對下志留統(tǒng)柯坪塔格組、下志留-上泥盆統(tǒng)(?)克茲爾塔格組的細(xì)砂巖進(jìn)行了主量元素測試，其中3 件樣品來自烏什剖面柯坪塔格組，3 件樣品來自大灣溝柯坪塔格組，5件樣品來自四石場克茲爾塔格組。測試結(jié)果顯示(圖12)，幾乎所有樣品都落入被動(dòng)大陸邊緣。同時(shí)，迄今為止塔里木北緣發(fā)現(xiàn)的古生代島弧主要集中于東部的野云溝(姜常義等，2001)、庫魯克塔格(張艷和孫曉猛，2010;賈曉亮等，2013;郭瑞清等，2013)、黑英山-色日牙克依拉克(朱志新等，2008)、庫爾勒附近(Ge et al.，2012a;Lin et al.，2013)，而塔里木陸緣西部古生界還沒有發(fā)現(xiàn)與俯沖相關(guān)的島弧。這些都反映自早古生代早期直到晚石炭世維憲早期塔里木盆地西北部具有被動(dòng)大陸邊緣特征。

本文碎屑鋯石、重礦物、砂巖碎屑組分工作也支持塔里木盆地西北緣早石炭世早期具有被動(dòng)大陸邊緣的構(gòu)造屬性。早石炭世維憲早期，南天山依然存在放射蟲(劉羽等，1994;舒良樹等，2007)，表明南天山洋盆依然存在，而樣品G4 和G5 碎屑鋯石最小年齡404 ±7Ma，沒有明顯的直接來自中天山或塔里木北緣島弧的鋯石，重礦物組合鋯石+電氣石+TiO2礦物為主，物源區(qū)以沉積巖+低級變質(zhì)巖為特征，構(gòu)造活動(dòng)弱，碎屑組分特征顯示物源區(qū)以再旋回造山帶為主。而從碎屑鋯石的特征來看，自早志留世至晚石炭世早期，研究區(qū)碎屑鋯石年齡結(jié)構(gòu)相似(圖11a-e)，顯示出可能一致的大地構(gòu)造背景。

圖12 柯坪地區(qū)K2O/Na2O-SiO2 判別圖解(數(shù)據(jù)引自李忠等，2010)PM-被動(dòng)大陸邊緣;ACM-活動(dòng)大陸邊緣;ARC-島弧Fig. 12 K2O/Na2O-SiO2 discrimination diagram of the Keping uplift

維憲晚期之后，雖然放射蟲資料顯示洋盆已經(jīng)閉合，但研究剖面的碎屑鋯石結(jié)構(gòu)、重礦物組合、砂巖碎屑組分均沒有發(fā)生大的變化。說明雖然洋盆已經(jīng)閉合，但直到晚石炭世巴什基爾期研究區(qū)依然沒有記錄到南天山造山事件的沉積學(xué)響應(yīng)，其也沒有迅速隆升造山，洋盆閉合事件對塔里木北緣構(gòu)造格局和物源體系影響較小，塔里木西北緣物源結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，且延續(xù)了從早志留世以來的物源結(jié)構(gòu)和大地構(gòu)造格局。從沉積格架上看，由于洋盆閉合，烏什地區(qū)海平面持續(xù)加深，塔里木北緣剝蝕區(qū)(前隆區(qū))向盆內(nèi)移，沉積中心也向盆內(nèi)遷移，在烏什地區(qū)發(fā)育完整的早石炭世-二疊紀(jì)剖面，向南皮羌烏尊布拉克剖面僅發(fā)育晚石炭世木茲杜克群，再向南柯坪塔格山四石場一帶僅有晚石炭-早二疊世康克林組沉積，造成柯坪地區(qū)石炭系沉積自西向東層位抬升和厚度逐漸減小(周志毅等，2001)。

6 結(jié)論

(1)早石炭世維憲階到晚石炭世巴什基爾階四個(gè)碎屑鋯石U-Pb 定年主要反映三期年齡:392 ～496Ma、708 ～868Ma和893 ～1044Ma;此外也少量存在1713 ～1917Ma、2376 ～2606Ma 年齡。主要反映了五期構(gòu)造熱事件。

(2)塔里木西北緣石炭紀(jì)物源非常復(fù)雜，主物源為塔里木盆地內(nèi)古隆起，可能為研究區(qū)南、東南方的溫宿隆起、四石場剝蝕區(qū)等。維憲期后碎屑成分成熟度的增大和893 ～1044Ma 年齡碎屑鋯石豐度的銳減可能說明與昆侖-阿爾金造山帶相關(guān)物源的減少，塔里木大陸內(nèi)部(隆起)成熟物源的增加。

(3)盡管放射蟲、結(jié)晶巖等資料說明早石炭世早期南天山洋已經(jīng)關(guān)閉，但直到晚石炭世巴什基爾期塔里木西北仍然延續(xù)了前石炭紀(jì)的沉積物源格局，并未記錄到南天山造山事件的沉積學(xué)效應(yīng)。

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