2012, Vol. 28
2. 美国圣路易斯大学地球和大气科学系, MO 63108
2. Department of Earth and Atmospheric Sciences, Saint Louis University, MO 63108, USA
中亚南天山造山带构造上位于塔里木微板块和哈萨克斯坦-准噶尔板块之间，是中亚造山带(CAOB)南缘的重要组成部分。在南天山造山带形成以前，塔里木微板块和哈萨克斯坦-准噶尔板块被古生代南天山洋所分隔。由于在中亚造山带的各构造单元中，塔里木微板块是最后并入其中的，因而，南天山造山带的形成，标志着中亚造山带在古生代漫长增生过程的终结(Xiao et al.，2010)。同时，南天山造山带还是世界上重要的金成矿带，号称亚洲的“金腰带”。在中亚国家吉尔吉斯斯坦、乌兹别克斯坦和哈萨克斯坦境内，该带产出了世界级的穆龙套巨型金矿(其金属资源储量达4000~5000t)以及库木托尔、伊什坦贝尔格、塔姆德布拉克、巴尔潘套、阿里斯坦套、道吉兹套、阿曼泰套和扎尔米坦等近10个大型-特大型金矿床。同时，该带还产出一系列大型-超大型铜、铁、铅锌、稀有金属和稀土元素矿床，如特大型琼科伊汞矿床(C级金属储量24419t)。但在我国境内，该带形成矿床的分布及规模则逊色许多(赵仁夫等，2002；张瑞江，2007；左国朝等，2011)。要解释这一现象，首要问题在于厘清中国境内南天山与境外南天山造山带的构造联系，即：中亚南天山构造/成矿带是否进入我国，如果进入我国，那该构造/成矿带又是如何延伸的，并且经历了怎样的演化历史。
研究蛇绿岩的组成、成分及形成机理是了解大洋岩石圈结构、变化及板块动力学的主要途径，也是划分构造单元(如缝合带)和认识构造演化历史的关键。近年来，一些学者(如：郝杰和刘小汉，1993；刘本培等，1996；王润三等，1998；Gao et al.，1998; Li et al.，2003; 徐学义等，2003；杨海波等，2005；Yang et al.，2005; 龙灵利等，2006；朱志新等，2008；Qian et al.，2009)对南天山蛇绿岩进行了一定程度的研究，但对于古生代南天山洋古洋盆的一些关键问题，目前仍存在诸多争议。这些争议包括：古生代南天山洋在构造上是属于弧后盆地(汤耀庆等，1995；梁云海和李文铅，2000；董云鹏等，2005)，还是具古大陆分隔意义的古洋盆(郝杰和刘小汉，1993；李曰俊等，2001)；是历多次开合的洋盆(汤耀庆等，1995；梁云海和李文铅，2000；陈哲夫，2004；左国朝等，2011)还是一次洋盆(姜常义等，2000；李曰俊等，2009)；洋盆最终闭合、碰撞造山的时代是晚古生代(高长林等，1995；蔡东升等，1995；夏林圻，2002；高俊等，2006)还是三叠纪(李曰俊等，2009；张立飞等，2005)；以及南天山多条蛇绿岩，是否为同一个洋盆的洋壳残片，所代表的洋盆构造属性，其向东是怎么延伸的等(董连慧等，2010)。产生这些争议的原因，一方面是由于研究者观点和研究方法的差异，另一方面，缺乏高精度的蛇绿岩测年数据，也是产生这些争议的一个重要原因。
中国南天山西段研究程度相对较低，蛇绿岩的相关报道也较少。阔克萨彦岭地区的镁铁-超镁铁质岩作为蛇绿混杂岩的报道最早见于1999年(梁云海等，1999)；王超等(2007) 对巴雷公镁铁质岩石的地球化学分析，认为可作为蛇绿混杂岩的一部分来看待；左国朝等(2008) 提出库勒湖蛇绿岩带与其西南阔克萨勒岭蛇绿岩可能相互连接。赵仁夫等(2002) 最先将阔克萨彦岭地区的蛇绿岩残片命名为齐齐加纳克蛇绿岩。便于今后学术探讨，我们沿用最早的命名，暂名为齐齐加纳克蛇绿混杂岩。
本文在野外考察的基础上，选取齐齐加纳克蛇绿混杂岩中的玄武岩样品进行了锆石SHRIMP年龄测定，并结合前人的研究数据，我们试图探索该蛇绿混杂岩与境内外南天山其他地区蛇绿岩的构造联系，以期进一步约束南天山造山带晚古生代的构造演化历史。
2 地质学和岩石学特征齐齐加纳克蛇绿混杂岩出露于南天山西南缘阔克萨勒岭地区，地理上位于新疆维吾尔自治区克孜勒苏柯尔克孜自治州阿合奇县以西，托什罕河上游北岸的齐齐尔哈纳克河两侧。蛇绿混杂岩表现为一系列构造碎片，散布于冲断带中。研究区地层学特征与中亚南天山东阿赖地区十分相似，主要由古生代砂岩、灰岩和火山岩组成(赵仁夫等，2002)。阿合奇县1:5万地质图(新疆地矿局第八地质大队，2003①)显示蛇绿混杂岩所在的冲断带为晚泥盆世的图尤克阿秀组一段，与早泥盆世的阿帕达尔康组之间断层接触。前者主要岩性有玄武质火山角砾岩、凝灰岩、熔岩，后者主要岩性有变质岩屑长石石英砂岩、变质砂岩、板岩。冲断带南部有二叠纪二长花岗岩侵入体。齐齐加纳克蛇绿混杂岩出露于图尤克阿秀组的断层破碎带中，近东西展布，长轴平行齐齐加纳克逆冲断层走向(图 1)。整套蛇绿混杂岩断续沿长约5km，宽约500m。该蛇绿混杂岩主要由枕状玄武岩、杏仁状玄武岩、块状玄武岩、凝灰岩、火山碎屑岩、辉长岩、辉绿岩、橄榄辉石岩等组成，间夹硅质岩、灰岩、角砾岩等，另有数条辉绿岩脉侵入于玄武岩中。如图 2所示，各单元间呈断层接触，推测其在形成后又遭受了多次构造作用的改造，导致各种岩性的岩石之间接触关系复杂。
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图 1 中亚造山带地质简图(a，据Sengör et al.，1993; John et al.，2000)和齐齐加纳克蛇绿混杂岩分布地质简图(b，据新疆地矿局第八地质大队，2003改编) 图(b)中：1-第四系；2-图尤克阿秀组一段；3-图尤克阿秀组二段；4-阿帕达尔康组；5-新近系；6-二叠纪二长花岗岩；7-超基性岩；8-断层破碎带；9-图 2剖面AB位置 Fig. 1 Sketch geological map showing the main tectonic unites of Central Asian Orogenic Belt(a，after Sengör et al.，1993; John et al.，2000)and regional map of the Qiqijianake ophiolitic mélange(b) |
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图 2 齐齐加纳克蛇绿混杂岩剖面图 1-枕状熔岩；2-盖层；3-岩脉；4-杏仁状玄武岩；5-硅质岩；6-玄武岩；7-蚀变玄武岩；8-凝灰岩；9-灰岩；10-橄榄玄武岩；11-砂岩；12-细碧岩；13-火山混杂岩；14-辉长岩；15-断层 Fig. 2 Geological section of Qiqijianake ophiolitic mélange |
①新疆地矿局第八地质大队. 2003.1:5万阿合奇川乌鲁区域地质报告(内部资料)
用于测年的样品为蛇绿混杂岩剖面(图 2)中的玄武岩(样号QQ10-RL-1，地理坐标: 40°56′25″N，77°11′04″E)，采自火山混杂岩中。由于后期交代作用的影响，岩石颜色变浅，野外较难辨认(图 3c)。玄武岩具块状构造，具间粒间隐结构。针状斜长石杂乱排列，辉石、磁铁矿或隐晶-玻璃质填充斜长石格架之中，造岩矿物多被绿泥石化、钠黝帘石化或碳酸盐化。镜下照片见图 3d。
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图 3 齐齐加纳克蛇绿混杂岩特征 (a)-枕状熔岩野外照片；(b)-席状岩墙群野外照片；(c)-齐齐加纳克蛇绿混杂岩中玄武岩手标本；(d)齐齐加纳克蛇绿混杂岩中玄武岩的显微结构，Pl-斜长石，正交偏光 Fig. 3 Characteristics of Qiqijianake ophiolitic mélange |
用常规方法从样品中分离出锆石约110颗。锆石颗粒较小，多在50×50μm左右，晶形较完整，部分具环带或条带结构(见图 4)，具岩浆锆石特征。结合透反射和阴极发光照片反复对比，避开内部裂隙和包裹体，进行初步挑选。考虑到不同晶形，不同内部结构特征的锆石提供尽可能多的年龄信息，再次筛选具有代表性的锆石颗粒。最后挑选出16颗锆石用于年龄测定。
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图 4 齐齐加纳克蛇绿混杂岩中玄武岩的锆石阴极发光照片 Fig. 4 CL images of the zircons from the basalt of the Qiqijianake ophiolitic mélange |
锆石微区U-Pb定年测定在中国地质科学院北京离子探针中心SHRIMP II离子探针仪器上进行，有关仪器原理，实验流程及分析可见Compston et al.(1984，1992)，Williams(1998) 和和宋彪等(2002) 的详细描述。将样品的锆石和标准锆石TEM一起制成样品靶，抛光后将待测锆石进行透射光、反射光和阴极发光(CL)显微照相。阴极发光照相在中国地质科学院矿产资源研究所离子探针室完成。标准锆石为SL13和TEM，测试时前者用于标定U、Th、Pb的含量，后者用于校正年龄(年龄为417Ma)。束斑直径约为35~40μm。普通Pb以实测204Pb进行校正，测试数据列于表 1，数据处理采用Ludwig博士编写的SQUID1.0(Ludwig，2001)及ISOPLOT(Ludwig，1999)程序。表中所列单次测量的数据点的误差均为1σ，采用206Pb/238U年龄，其加权平均值具95%的置信度。
4 讨论 4.1 年龄解释依据阴极发光图像(图 4)可将挑出的锆石分为三类，第一类锆石包括颗粒3、4、6、7、8、10、11、12、14。此类锆石颗粒在阴极发光照片中颜色较浅，晶形大多完整且自形程度较好，可见岩浆成因的韵律环带结构，可能代表了玄武岩岩浆结晶的产物；第二类锆石颗粒包括颗粒1、9、13、15、16。在阴极发光照片中明显颜色发黑，环带结构清晰。此外，颗粒15可见纵条纹，颗粒16核部较黑。第三类锆石包括颗粒2、5。颗粒较大，且核部较黑。
第一类锆石颗粒测得的U含量低，U、Th含量变化小，分别介于75×10-6~174×10-6和32×10-6~101×10-6之间，Th/U比值为0.43~0.69，平均值为0.51，显示了很小的变化范围，具有岩浆锆石特征(Pidgeon et al.，1988; Claesson et al.，2000)。测得的206Pb/238U表面年龄分布在393.7~404.3Ma之间，且均分布在协和线上，平均年龄为399±4Ma(图 5)，MSWD=0.28。第二类锆石的U含量普遍高，除了颗粒9为334×10-6~522×10-6，明显高于第一类锆石，Th/U比值介于0.3~0.5，位于岩浆锆石的Th/U比值范围，显示了很小的变化，206Pb/238U年龄分为两组，一组为168.5Ma、166.8Ma、203.7Ma、387.6Ma(表 1)，推测分别代表某几次后期构造热事件。而419.9Ma则可能来自玄武岩喷发早期卷入的较老地层锆石。第三类锆石的U含量较低，为185×10-6 、101×10-6，Th/U比值为0.4~0.52，平均值为0.46，具岩浆锆石特征。颗粒5的年龄出现不协和，未参与计算。考虑到玄武岩中锆石难以生长，且颗粒较小，而此类锆石明显偏大，推测经历过构造热事件，不能代表玄武岩的结晶年龄。
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表 1 齐齐加纳克蛇绿混杂岩中玄武岩锆石SHRIMP U-Pb分析结果 Table 1 SHRIMP U-Pb data for zircons of basalts in Qiqijianake ophiolitic mélange |
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图 5 齐齐加纳克蛇绿混杂岩中玄武岩锆石207Pb/235U-206Pb/238U协和图 Fig. 5 Zircon 207Pb/235U vs. 206Pb/238U concordia diagram of basalt of the Qiqijianake ophiolitic mélange |
综上所述，由9颗(第一类)206Pb/238U表面年龄分布在393.7~404.3Ma之间的锆石构成的加权平均年龄399±4Ma可以代表玄武岩的结晶年龄，表明齐齐加纳克蛇绿混杂岩形成于早泥盆世。
4.2 构造背景尽管近年来，已有部分学者对阔克萨彦岭地区的蛇绿岩残片进行了研究，但对该区蛇绿岩的系统考察仍比较缺乏(梁云海等，1999；赵仁夫等，2002；李曰俊等，2004)。本次野外调查较为详细地考察了组成蛇绿岩的各个单元，包括橄榄辉石岩，辉石岩，辉绿岩墙群，辉长岩，枕状玄武岩，块状玄武岩等。虽然受到后期构造作用改造的影响导致部分岩石在野外难以辨认，但蛇绿岩组成单元较为齐全。康建丽等(2010) 对该地区的硅质岩中的放射虫进行鉴定，厘定其时代为晚泥盆世-早石炭世。因而，此套硅质岩应可作为齐齐加纳克蛇绿混杂岩相伴产生的深海沉积物。这些特征与中亚造山带出露的其他蛇绿岩具有一定可比性。
李茂松等(1996) 指出我国南天山北缘蛇绿岩向西直接的延伸就是位于吉尔吉斯斯坦阿特巴什山北坡的蛇绿混杂岩，再向西经费尔干纳断裂之后为费尔干纳盆地南缘的蛇绿岩，并认为邻区蛇绿岩主要形成于志留纪-早泥盆世。据何国琦和李茂松(2000) 报道，境外南天山蛇绿岩自北向南可分为南费尔干纳、土尔克斯坦-阿赖和泽拉夫善-吉萨尔3个带。其中土尔克斯坦-阿赖带与本文的研究区邻近，并且放射虫硅质岩的年代学特征等资料推测深海盆地发育的主要时期亦是泥盆纪。
赵仁夫等(2002) 指出，东阿赖和阔克萨彦岭地区的志留-泥盆系的地质特征十分相似，主要由碎屑岩、灰岩和火山岩组成，并认为齐齐加纳克蛇绿混杂岩向西可与东阿赖地区的木孜别里蛇绿岩相连。木孜别里蛇绿岩主要组分包括：变质橄榄岩(岩石由蛇纹石、少量赤铁矿和铬铁矿组成)、基性火山岩。此外，何国琦和李茂松(2000) 总结了境外蛇绿岩带的时空分布规律：晚志留世-泥盆纪的蛇绿岩带一般延伸超过1000km，产出相对集中成带，呈明显的直线或弧线状。由此可见，齐齐加纳克蛇绿混杂岩与邻区蛇绿岩在组成上可对应，在形成时代上同属泥盆纪，在区域地层特征上也十分相似，因而我们推测，齐齐加纳克蛇绿混杂岩很可能亦是这一贯穿整个中亚南天山造山带蛇绿岩带的一部分。
高俊等(1997) 认为志留纪出现具有一定规模的早古生代南天山洋。何国琦等(2001) 总结境内外南天山造山带的研究成果，提出南天山古洋并不是只经历一次开合作用的简单洋盆。在早古生代晚期，它经历过收缩和陆缘增生等地质过程。在晚古生代早期又有过新一轮的扩张高峰期。此时的南天山洋是一个发育有较多的微陆块、海山等的复杂洋盆。左国朝等(2011) 进一步指出南天山洋被塔拉斯-费尔干纳转换断层分割成东西两个洋区，东侧的哈尔克山-额尔滨山洋和西侧的泽拉夫善-阿赖南天山洋。中国境内的南天山造山带在古地理上相当于前者。哈尔克山-额尔滨山洋的南侧打开于震旦纪，早、中奥陶世为鼎盛时期，晚奥陶世向北中天山微板块发生俯冲，洋区消减而大大缩小。志留纪在南侧逐渐形成后退式扩张，发育新一轮的次生较小的洋盆，早泥盆世为最晚打开的窄洋盆，直到晚泥盆世至早石炭世初闭合。按其划分我们研究区属于哈尔克山-额尔滨山洋演化区域。朱志新(2007) 指出泥盆纪南天山南缘洋盆出现大量的洋岛火山岩。王超等(2007) 对阔克萨彦岭巴雷公地区的镁铁质岩石进行化学分析，认为其具有洋岛玄武岩的性质。
结合上述观点，我们推测阔克萨彦岭地区早泥盆世时，仍处于洋盆扩张阶段，性质为多岛窄洋盆。齐齐加纳克蛇绿混杂岩的形成时代(399±4Ma)处在此多岛窄洋盆的扩张时期。因此齐齐加纳克蛇绿混杂岩很可能是这个多岛窄洋盆的产物。
图 6展示了近年来我国境内部分报道的蛇绿岩年代学资料。其中，从西向东，那拉提山长阿吾子一带蛇绿岩的蚀变辉长岩的辉石单矿物39Ar-40Ar坪年龄为439Ma(郝杰和刘小汉，1993)。达鲁巴依的蛇绿岩辉长岩锆石Pb-Pb测年结果为 590~600Ma(杨海波等，2005)，在仓格洛马克约里和黑英山之西南天山南缘蛇绿岩混杂带斜长角闪岩中的角闪石年龄值为420Ma(刘本培等，1996)。库勒湖蛇绿岩中N-MORB枕状熔岩锆石SHRIMP U-Pb年龄为425±8Ma(龙灵利等，2006)。色日牙克依拉克一带钙碱性的花岗闪长岩中锆石U-Pb年龄为387±8Ma(朱志新等，2008)，说明在中泥盆世时南天山南缘洋盆曾向南俯冲。这约束了蛇绿岩的形成年龄下限。榆树沟蛇绿岩锆石U-Pb上交点年龄为440±18Ma(王润三等，1998)。境内南天山最西端的吉根-萨瓦亚尔顿地区发现蛇绿岩残片，其基性熔岩形成时代为392±15Ma(徐学义等，2003)。由此可以看出，境内南天山蛇绿岩的年龄数据大多集中在390~440Ma之间，说明在晚奥陶世-早泥盆世，南天山古生代洋盆依然存在。但前人对南天山蛇绿岩的研究颇多争议，对蛇绿岩带的划分莫衷一是(王作勋等，1990；李曰俊等，2009；张弛，1981；肖序常等，1992；汤耀庆等，1995；李茂松等，1996；董连慧等，2010；李春昱等，1982)，具体到齐齐加纳克蛇绿混杂岩如何对应需要进一步的研究。
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图 6 新疆蛇绿岩分布示意图及南天山已有蛇绿岩年龄数据(底图据马中平，2007修改) 图中年龄数据见文中标注 Fig. 6 Sketch map of ophiolites of Xinjiang and some ages of ophiolites of South Tianshan(after Ma，2007) |
值得注意的是，齐齐加纳克蛇绿混杂岩(399±4Ma)与吉根蛇绿岩残片(392±15Ma)(徐学义等，2003)的年龄十分相近。赵仁夫等(2002) 从地质对比角度认为齐齐加纳克蛇绿混杂岩与吉根蛇绿岩残片相对应。另外，在阔克萨彦岭东段，相邻的吉尔吉斯斯坦境内发现了乔洛克托尔群，即塔里木盆地的基底(何国琦等，2001)。徐学义等(2003) 据此认为齐齐加纳克-吉根蛇绿岩带可能是塔里木微板块内部拉开形成的次级洋盆残片，是我国境内西南天山地区南天山造山带与塔里木微板块的分界线。据此，我们推测齐齐加纳克蛇绿岩混杂岩和吉根蛇绿岩残片的构造背景相似，很可能是同一多岛窄洋盆的产物。
综上所述，齐齐加纳克蛇绿混杂岩是中亚南天山蛇绿岩带在境内的延伸，并且是一个多岛窄洋盆演化的产物。吉根蛇绿岩残片与齐齐加纳克蛇绿混杂岩关系密切，可能是同一洋盆演化的产物。从大地构造的角度，包含齐齐加纳克蛇绿混杂岩在内的中亚南天山蛇绿岩带代表了南天山洋北向俯冲及其后的塔里木微板块与哈萨克斯坦-准噶尔板块陆陆碰撞形成的的最后缝合带。
5 结论齐齐加纳克蛇绿混杂岩中玄武岩的SHRIMP锆石U-Pb年龄为399±4Ma，代表了该蛇绿混杂岩的形成年龄，其与吉根蛇绿岩残片均为中亚造山带南天山蛇绿岩带的延伸，可能代表了一个多岛窄洋盆演化的产物，为南天山洋北向俯冲及其后的塔里木微板块与哈萨克斯坦-准噶尔板块陆陆碰撞形成的的最后缝合带。
致谢 项目野外工作期间，得到四川区调队李建兵等人和新疆地矿局第八地质大队杜红星、童华、张玉墰、艾伊瓦尔、李占才等人的帮助；样品测试工作期间，北京离子探针中心张玉海，张维等老师予以耐心指导，李永生、赵震宇、程志国、赵建新、王璐、史兴俊等人给予了大力协助；论文撰写过程中，张建军、寇彩化、骆文娟、赵海彤等同学给予了鼓励和支持；最后两位匿名审稿人提出了富有建设性的意见；在此一并深表谢意！| [] | Cai DS, Lu HF, Jia D, Wu SM. 1995. Paleozoic plate tectonic evolution of southern Tianshan. Geological Review(5): 432–443. |
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