岩石学报  2013, Vol. 29 Issue (5): 1811-1824   PDF    
中国阿尔泰造山带南缘额尔齐斯断裂带的构造变形及意义
刘飞1,2, 王镇远1,2, 林伟1, 陈科1, 姜琳1,2, 王清晨1     
1. 中国科学院地质与地球物理研究所,岩石圈演化国家重点实验室,北京 100029;
2. 中国科学院大学,北京 100049
摘要: 额尔齐斯断裂是中亚造山带中的一条重要深大断裂,对于额尔齐斯断裂运动性质一直有着走滑断层、逆冲断层和压扭性断层等不同看法。本文在中国阿尔泰造山带南缘开展了详细的构造地质学工作,研究结果表明,额尔齐斯断裂及其次级断裂组成额尔齐斯断裂带。额尔齐斯断裂带在中国境内是一条宽约20~40km,长约400km,经受不同程度构造作用的强应变带,剪切作用影响范围遍布整个中国阿尔泰造山带南缘。额尔齐斯断裂带经历了左行走滑和右行走滑两个阶段。结合前人有关韧性剪切带成因型金矿、同构造岩体侵位与变形关系及对变质岩石40Ar/39Ar年代学研究,本文认为额尔齐斯断裂带的左行走滑构造形成于早二叠世(283~275Ma)。早二叠世之后,额尔齐斯断裂带叠加了右行走滑事件,其活动时限可能为晚二叠世(260~245Ma),其规模远远小于前期的左行走滑构造。额尔齐斯断裂带走滑活动性质的确定,为二叠纪北疆及整个中亚造山带造山后调整过程中不同的构造方式提供了佐证。
关键词: 韧性剪切带     左行走滑     右行走滑     额尔齐斯断裂带     中国阿尔泰造山带南缘    
Structure deformation and tectonic significance of Erqis fault zone in the southern margin of Chinese Altay
LIU Fei1,2, WANG ZhenYuan1,2, LIN Wei1, CHEN Ke1, JIANG Lin1,2, WANG QingChen1     
1. State Key Laboratory of Lithosphere Evolution, Institute of Geology and Geophysics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China;
2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
Abstract: As one of the most significant regional faults in the Central Asian Orogenic Belt, the Erqis fault was hotly debated on its kinematics. Three representative models have been proposed: strike-slip fault, thrust fault or transpressional fault. Our work in southern margin of the Chinese Altay indicates that the Erqis fault and its subordinate faults compose the Erqis fault zone, which is a ductile high strain zone with 20~40km in width and 400km in length, and experienced variable deformation. All the southern margin of the Chinese Altay was influenced by ductile shearing. The Erqis fault zone experienced two tectonic events: sinistral strike-slip and dextral strike-slip shearing. Combining our work with the existing studies of the ductile-shear-zone-type gold deposits, syntectonic deformed plutons and 40Ar/39Ar ages in metamorphic rocks, it is inferred that the sinistral strike-slip event occurred in the Early Permian (283~275Ma). Thereafter, probably in the Late Permian (260~245Ma), the Erqis fault zone was partially modified by a dextral strike-slip event which was much weaker than the former. Furthermore, based on the establishment of the kinematic model of the Erqis fault zone, important lines of evidence have been brought forward to discussing the post-orogenic adjustment during the Permian in North Xinjiang and the Central Asian Orogenic Belt.
Key words: Ductile shear zone     Sinistral strike-slip     Dextral strike-slip     Erqis fault zone     Southern margin of Chinese Altay    
1 引言

中亚造山带(CAOB,Central Asian Orogenic Belt;Jahn et al., 2000a, b图 1),同时也被称作阿勒泰构造拼贴体(Altaid Tectonic Collage or the Altaids,Şengör et al., 1993),是世界上最大的增生型造山带之一(Şengör et al., 1993Coleman, 1989Jahn et al., 2000a, 2004Kovalenko et al., 2004Helo et al., 2006),也是显生宙时期全球陆壳生长量最大的地区(Şengör et al., 1993Jahn et al., 2000a, b, 2004)。

图 1 中国阿尔泰造山带构造地质简图(据何国琦等,1990Windley et al., 2002修改) Fig. 1 Simplified structural geological map of Chinese Altay (modified after He et al., 1990; Windley et al., 2002)

对于中亚造山带的增生造山机制目前主要存在两种看法:单个俯冲体系下的弧前增生以及后期大型走滑断层的叠覆造山机制(Şengör et al., 1993Şengör and Natal’in,1996) 和多重俯冲体系下不同地质体的拼贴造山机制(Zonenshain et al., 1990Fedorovskii et al., 1995Buchan et al., 2002Badarch et al., 2002Yakubchuk,2004Xiao et al., 2004Dobretsov and Buslov, 2004Buslov et al., 2004Charvet et al., 2007Windley et al., 2007Kröner et al., 2008)。无论是单个还是多重俯冲体系下的增生造山机制,大型走滑断层对增生型造山带的贡献都不容忽视。在整个中亚造山带中,大型断裂带的发育极为广泛。除额尔齐斯断裂带以外,还存在有北天山中部断裂、南天山中部断裂、Chara和Charysh-Terekta等大型断裂带(图 1)。对大型断裂带的研究可以为探讨中亚造山带构造演化提供重要的信息(Şengör and Natal’in,1996Xiao et al., 2004)。

额尔齐斯断裂在中亚造山带构造演化过程中占据着重要的地位(Şengör et al., 1993Şengör and Natal’in,1996Cunningham et al., 1996Badarch et al., 2002)。基于两侧诸多的地质和地球物理方面的差异以及沿额尔齐斯断裂分布的基性-超基性岩的发现,其作为一条缝合带的观点得到普遍接受,并将其解释为西伯利亚板块与哈萨克斯坦-准噶尔板块的缝合带或阿勒泰弧和准噶尔微陆块的缝合带(蔡文俊,1986Coleman,1989Zonenshain et al., 1990曹荣龙等,1993Dobretsov et al., 1995陈哲夫和徐新,1995Badarch et al., 2002王宗秀等,2003)。同时关于额尔齐斯断裂构造解释存在着走滑断层、逆冲断层或压扭性断层等不同观点(何国琦等,1990张朝文等,1992张进江和郑亚东,1993Dobretsov et al., 1995O’Hara et al., 1997Vladimirov et al., 1997Melnikov et al., 1997, 1998Travin et al., 2001Laurent-Charvet et al., 2002, 2003Briggs et al., 2007, 2009)。所以,查明额尔齐斯断裂带的构造特征及形成过程,对于理解中亚造山带的增生和演化具有非常重要的意义。本文选取中国阿尔泰造山带南缘额尔齐斯断裂带为研究对象,在详细的不同尺度构造解析基础上,对额尔齐斯断裂带的构造特征进行分析,结合前人的年代学研究成果,探讨其构造特点和演化过程。

2 地质背景

在中国阿尔泰造山带南缘,额尔齐斯断裂带呈NW-SE走向,长达400km,宽约20~40km,地球物理探测揭示其深度达200km,是一个岩石圈尺度的大型断裂体系(张朝文等,1992)。额尔齐斯断裂带可以分为西北单元和东南单元。西北单元隐没于准噶尔盆地之下;以新生代具右行走滑特征的可可托海断裂为界,东南单元可次分为富蕴地区和青河地区,额尔齐斯断裂带在这一区域出露明显(图 1)。额尔齐斯断裂向西北与哈萨克斯坦境内同名断裂相连,向东与蒙古境内布尔干断裂(Bulgan Fault) 相接,总体呈NW-SE走向,在整个中亚地区绵延2500km (Şengör et al., 1993Şengör and Natal’in,1996Cunningham et al., 1996Badarch et al., 2002)。

额尔齐斯断裂SW和NE两侧在地貌、岩石组合、变质变形和地球物理特征等方面都存在很大差异。断裂以北为阿尔泰山脉,发育大量较深层次的变质岩石,如石榴石云母片岩、黑云母花岗岩、花岗片麻岩,变质程度高达角闪岩相,局部可以达到麻粒岩相,糜棱岩广泛发育(童英等,2010)。以南为准噶尔盆地,以泥盆纪-石炭纪的火山岩和火山碎屑岩为主,变质程度较低,变形不明显,并且发育了数条A型花岗岩带(Windley et al., 2002Xiao et al., 2004, 2009童英等,2010)。

在富蕴的东北部,由南向北发育一条倒转递增变质带,依次为:绢云母-绿泥石带、角闪石-阳起石带、黑云母-铁铝榴石带、硅线石带、糜棱岩带、混合岩带、混合花岗岩带,被认为是大型滑脱推覆构造典型的变质和变形特征(杨新岳等,1994王京彬等,1999)。据此,并结合带内叠瓦状逆冲构造,部分学者认为额尔齐斯断裂带是一条发生在290~260Ma向SW逆冲的推覆构造带(何国琦等,1990张朝文等,1992O’Hara et al., 1997Travin et al., 2001Briggs et al., 2007, 2009)。而部分学者根据带内典型的韧性变形特征如鞘褶皱、S-C组构认为额尔齐斯断裂带具有左行或左行兼具反扭运动性质的断裂体系(张进江和郑亚东,1993杨新岳等,1994Laurent-Charvet et al., 2002, 2003)。即便学者们认同走滑变形,也对走滑性质和演化看法不尽一致。如Şengör et al.(1993)认为额尔齐斯断裂为错距达1500km的主体为泥盆纪的大型右行走滑断层;Laurent-Charvet et al.(2002, 2003) 认为它是一条发生在290~280Ma的左行走滑剪切带(Vladimirov et al., 1997Melnikov et al., 1997, 1998)。Buslov et al.(2004)认为晚石炭世-二叠纪西伯利亚板块和哈萨克斯坦板块的碰撞产生了额尔齐斯左行走滑剪切带。Allen et al.(1995)认为额尔齐斯断裂在早-中古生代时期为右行走滑断裂带,而在晚二叠世至三叠纪期间变为左行走滑带。

3 额尔齐斯断裂带构造格架及变形特征分析

额尔齐斯断裂带由额尔齐斯断裂及一系列众多与其走向一致的中小断裂组成,表现出相同或相近的几何学和运动学特征。根据其特点,本文分区阐述中国阿尔泰造山带南缘额尔齐斯断裂带的构造几何学特点和岩石变形特征。

3.1 西北单元构造几何学和运动学分析

西北单元指的是自康布铁堡以西,哈巴河县、布尔津县、北屯镇以北的中国阿尔泰造山带南缘地区,呈NW-SE走向,长约100km,宽约20km (图 1)。

区内出露的地层主要为早古生代的哈巴河群、早泥盆世的康布铁堡组和中泥盆世的阿勒泰组。哈巴河群为一套浅变质及未变质的碎屑岩;康布铁堡组为一套酸性火山岩及凝灰岩夹未变质和浅变质碎屑岩;阿勒泰组为一套浅变质碎屑岩、火山凝灰岩,夹灰岩透镜体,局部相变为片岩、片麻岩(新疆维吾尔自治区地质矿产局, 1993, 1999)。

区内花岗岩的出露面积达70%,时代以早-中古生代(478~368Ma) 为主(Cai et al., 2011王涛等,2010)。如哈巴河岩体(389±5Ma,Cai et al., 2011)、冲乎尔岩体(397±3Ma,Cai et al., 2011)、塔尔浪岩体(356±4Ma,Cai et al., 2011)。岩体多为黑云母花岗岩、二云母花岗岩及粗粒花岗闪长岩,变形明显,多成为片麻岩化的花岗岩。

无论是浅变质沉积岩、火山碎屑岩还是侵入岩体,在额尔齐斯断裂带内都经历了不同程度的韧性变形,在强烈面理化的黑云母花岗岩、花岗片麻岩、云母片岩以及部分变砂岩和凝灰岩中发育一组向NE或SW陡倾的面理,倾向集中在25°~55°及205°~240°,而较陡的倾角集中在65°~90°之间(图 2a图 3a)。面理之上发育一组NW-SE向的矿物拉伸线理,线理倾伏向为110°~130°,倾伏角集中在0~60°(图 3a)。沿此线理,在绝大多数地区出露的花岗片麻岩、云母片岩、千枚岩中剪切变形的长英质脉体指示了左行走滑的剪切变形(图 4a)。在薄片下也体现了相同的变形特点(图 4b)。值得指出的是,在野外零星出露的一些地区,同样NW-SE展布近直立面理的糜棱岩化花岗片麻岩、凝灰质砂岩中,σ型石英脉的剪切变形却指示了右行走滑的特点(图 4c);其显微构造,如白云母σ型旋转残斑及伴生的剪切条带都指示了右行走滑剪切变形(图 4d)。在野外,由于几何形态的相似,我们很难区分左行和右行两个截然不同的剪切变形,室内统计结果表明右行走滑的面理更加近于直立,而左行走滑剪切带内的面理则分散在60°~90°之间。

图 2 额尔齐斯断裂带剖面图 Fig. 2 Cross-sections along Erqis fault zone in the southern margin of Chinese Altay

图 3 额尔齐斯断裂带构造要素图(施密特网下半球投影) 图例同图 1 Fig. 3 Structural analysis of the planar and linear elements along the Erqis fault zone (Schmidt net, lower hemisphere) Legends in this figure are the same as those in Fig. 1

图 4 额尔齐斯断裂带西北单元的构造变形特征 (a)-云母片岩中σ型石英脉指示了左行走滑剪切变形;(b)-石英片岩中的σ型长石旋转残斑指示了左行走滑剪切变形;(c)-副片麻岩中σ型石英脉指示了右行走滑剪切变形;(d)-黑云母长英质糜棱岩中的σ型长石旋转残斑指示了右行剪切变形 Fig. 4 Photographs of sinistral and dextral strike-slip structures in Northwestern Unit of the Erqis fault zone (a) σ-type quartz vein in micaschist indicates sinistral strike-slip deformation; (b) σ-type feldspar porphyroclast in quartzo-schist shows sinistral strike-slip deformation; (c) σ-type quartz vein in paragneiss indicates dextral strike-slip deformation; (d) σ-type feldspar porphyroclast in biotite felsic mylonite shows dextral strike-slip deformation
3.2 东南单元构造几何学和运动学分析

东南单元指的是自康布铁堡至青河,途经库尔特、富蕴等地。新生代可可托海断裂又将东南单元划分为两个地区:富蕴地区和青河地区。下面我们将按富蕴地区和青河地区分别阐述东南单元的构造变形。

3.2.1 富蕴地区

区内分布的地层主要为早泥盆世的康布铁堡组、中泥盆世的阿勒泰组。康布铁堡组的岩性主要为变酸性火山岩、流纹斑岩、火山角砾岩和火山碎屑岩,夹结晶灰岩和片岩。阿勒泰组的岩性主要为浅变质海相碎屑岩夹灰岩、硅质岩,夹中酸性火山岩及凝灰岩,向东南相变为片岩和片麻岩(新疆维吾尔自治区地质矿产局, 1993, 1999)。研究区内同样出露大量的花岗质侵入岩体(图 1);与西北单元不同的是其侵位时代多集中在晚古生代。如锡泊渡岩体(279±4Ma,童英,2006)、富蕴南岩体(278±7Ma,Briggs et al., 2007;281±5Ma、275±2Ma,童英等,2006a)。区内断裂发育,断裂多沿NW-SE向展布,与区域上额尔齐斯断裂走向一致。在变质程度上,区内侵入岩体和沉积岩多经历中高级的绿片岩相-角闪岩相变质作用,局部可达高温麻粒岩相变质(陈汉林等,2006)。

富蕴地区额尔齐斯断裂带内岩石变形同样非常强烈,NW-SE走向的面理向NE或SW明显陡倾,倾向集中在10°~55°及190°~240°之间,倾角多为50°~90°(图 2a, b)。NW-SE向矿物拉伸线理倾伏向多集中在120°~140°,倾伏角为0~30°(图 3b)。同西北单元一样,这些陡倾的面理和缓倾的线理为额尔齐斯断裂最为鲜明的构造几何学特点。无论是野外露头还是室内显微构造观察,副片麻岩、花岗质糜棱岩中的石英旋转残斑、“σ”型石英脉都指示了左行走滑剪切变形(图 5a)。与西北单元极为相似,在野外一些地区,同样在具NW-SE向展布近直立面理的糜棱岩化花岗片麻岩、浅变质泥岩和凝灰质砂岩中,代表岩石变形的剪切运动学却指示了右行走滑的特点(图 5c);其显微构造也是如此。事实上,野外观察点内所统计的左行走滑剪切带要远多于右行走滑剪切带,并且左行走滑剪切标志在片岩、片麻岩、糜棱岩和混合岩中都有发育,似乎较右行剪切变形带要广泛得多。

图 5 额尔齐斯断裂带东南单元的构造变形特征 (a)-糜棱岩化的花岗片麻岩中石英旋转残斑指示了左行走滑剪切变形(富蕴地区);(b)-眼球状片麻岩中钾长石旋转残斑指示了左行走滑剪切变形(青河地区);(c)-花岗质糜棱岩中钾长石旋转残斑指示了右行走滑剪切变形(富蕴地区);(d)-斜长片麻岩中的云母鱼指示了右行走滑剪切变形(青河地区) Fig. 5 Photographs of sinistral and dextral strike-slip structures in Southeastern Unit of the Erqis fault zone (a) σ-type quartz porphyroclast in augen gneiss indicates sinistral strike-slip deformation (Fuyun area); (b) σ-type K-feldspar porphyroclast in granitic mylonite shows sinistral strike-slip deformation (Qinghe area) (c) σ-type quartz porphyroclast in granitic mylonite shows dextral strike-slip deformation (Fuyun area) (d) mica fish structure in plagio-gneiss indicates dextral strike-slip deformation (Qinghe area)
3.2.2 青河地区

区内出露的地层主要为早古生代的哈巴河群以及早泥盆世的康布铁堡组。此带的哈巴河群主要为一套中深变质岩系,岩性主要为黑云母斜长片岩、二云母斜长片岩、石榴子石-矽线二云母片岩、二云母斜长片麻岩、变粒岩以及混合岩。康布铁堡组为一套变酸性火山岩、火山碎屑岩,夹结晶灰岩和片岩(新疆维吾尔自治区地质新疆维吾尔自治区地质矿产局, 1993, 1999)。区内花岗岩体大量出露,年代学数据显示其侵位时代与富蕴地区相似,多集中在晚古生代。如玛因鄂博岩体(281±4Ma,周刚等,2007a;283±4Ma,周刚等,2007b),查干水库岩体(277±3Ma,周刚,2007)。从哈巴河群和康布铁堡组的岩性描述来看,区内岩石经历了较高级别的变质作用。同时在我们的野外观察中,无论是浅变质沉积岩还是花岗质侵入岩体均经历了明显的片麻岩化和糜棱岩化。

区内岩石包括云母片岩、花岗片麻岩、糜棱岩及混合岩,普遍发育平行于额尔齐斯断裂带展布的面理(图 1图 3)。这些面理走向为NW-SE向,倾向集中在20°~50°及190°~220°,倾角较陡,集中在55°~90°(图 2c图 3c)。沿此陡倾的面理,NW-SE向矿物拉伸线理具有110°~130°的倾伏向,倾伏角集中在两个范围:0~20°和30°~75°(图 3c)。同富蕴地区一样,这些陡倾的面理是额尔齐斯断裂带突出的几何学形态。不同的是线理变化的范围较大,体现了非常不同于其他构造分区的特点(图 3c)。沿此线理,无论是野外露头还是室内显微构造观察,黑云母花岗岩中的剪切条带(shear band) 构造、眼球状片麻岩中的钾长石旋转残斑都指示了左行走滑剪切运动(图 5b)。值得指出的是,NW-SE向展布近直立的糜棱面理上,右行走滑在野外的表现明显不如其他分区,但在显微尺度下,却观察到十分明显的右行走滑剪切变形(图 5d)。

4 讨论 4.1 额尔齐斯断裂带运动学

从西部到东南,额尔齐斯断裂带面理发育均十分陡立,在陡立的面理上NW-SE向的线理特征明显(图 1图 2图 3)。但是人们对代表岩石变形的运动学及其理解却有非常大的不同,前人对于额尔齐斯断裂运动学的认识分歧主要表现为“逆冲”和“走滑”之争。持“逆冲”观点的学者们将额尔齐斯断裂带定义为额尔齐斯挤压带,认为其具有向SW向逆冲推覆的运动学特点(何国琦等,1990张朝文等,1992杨新岳和李志纯,1994O’Hara et al., 1997Travin et al., 2001Briggs et al., 2007, 2009)。自南向北的倒转递增变质带和叠瓦状逆冲推覆体是支持“逆冲”最有力的证据(张朝文等,1992张进江和郑亚东,1993杨新岳和李志纯,1994Briggs et al., 2007, 2009)。事实上,额尔齐斯断裂带走滑变形的特点十分鲜明(图 4图 5);而走滑观点又有“左行”和“右行”之分(Şengör et al., 1993Vladimirov et al., 1997Melnikov et al., 1997, 1998Laurent-Charvet et al., 2002, 2003)。张朝文等(1992)认为额尔齐斯断裂具有深浅断裂两种表现形式,以中下地壳深度20km处为主滑脱面构成滑脱-推覆体系。但是文中也报道了阿勒泰-乌恰断裂带东段吐尔洪沙特韧性剪切带,并通过研究认为其具有左行剪切扭动性质。张进江和郑亚东(1993)论述的是整个中国阿尔泰造山带的运动学构造模式,称之为逆冲-走滑构造模式。在造山带西北段以左行走滑运动为主,在东南段以逆冲为主;在造山带腹部表现为逆冲,前陆表现为左行走滑的运动形式。而Zhang et al. (2012)通过对玛因鄂博断裂带内变形岩石剪切标志的研究认为额尔齐斯断裂带(东南段) 具有左行走滑运动性质。Laurent-Charvet对青河-富蕴地区岩石变形的确认了左行走滑的大规模存在,认为右行走滑为左行构造在低级变质条件下的伴生反转构造(Laurent-Charvet et al., 2002, 2003)。事实上,无论是野外分析还是室内工作,我们对额尔齐斯断裂带内构造变形详细系统的研究发现,带内存在非常清晰的两种类型的构造变形样式:左行走滑和右行走滑,同时右行走滑构造变形与左行走滑构造变形并没有强烈的差异性(图 6)。

图 6 额尔齐斯断裂带40Ar/39Ar年代学数据分布图 数据来源:(1)胡霭琴等,1991;(2)Laurent-Charvet et al., 2003;(3)闫升好等,2004;(4)闫升好等,2006;(5)周刚等,2007a;(6)Briggs et al., 2009.图例同图 1 Fig. 6 40Ar/39Ar geochronological results along the Erqis fault zone Data source: (1) Hu et al., 1991; (2) Laurent-Charvet et al., 2003; (3) Yan et al., 2004; (4) Yan et al., 2004; (5) Zhou et al., 2007a; (6) Briggs et al., 2009. Legends in this figure are the same as those in Fig. 1

从岩性上,记录左行和右行走滑运动的岩石在岩性方面并没有表现出太大的差异性。在花岗片麻岩、云母片岩、糜棱岩、混合岩、变火山碎屑岩之中都观察到了这两种剪切变形;左行和右行走滑运动都形成了σ型石英脉、σ型旋转残斑、压力影构造、云母鱼构造等剪切标志。

在几何形态上,指示左行走滑和右行走滑的面理产状都具有向NE或SW向陡倾、线理向NW-SE缓倾的特征。指示左行走滑特征的面理倾向范围在10°~65°,200°~220°,倾角范围在45°~90°。指示右行走滑特征的面理倾向范围在10°~65°,210°~215°,倾角范围为70°~90°(图 7),较左行走滑更为陡倾。

图 7 额尔齐斯断裂带经过不同尺度构造分析并严格验证的左行走滑和右行走滑构造要素赤平投影结果 Fig. 7 Stereogram of the structural elements related to sinistral and dextral strike-slips in the Erqis fault zone

从区域上看,记录左行和右行走滑运动的岩石在空间分布上并没有表现出明显不协调的线性构造特征。似乎左行走滑和右行走滑具有“混杂”的特点,即均沿NW-SE向平行额尔齐斯断裂带展布(图 6)。但总体来说,左行走滑变形的发育程度要比右行走滑变形更为丰富,分布范围更广(图 6)。所以,左行走滑变形代表了额尔齐斯断裂带的主期活动。

4.2 额尔齐斯断裂带活动时限

动力变质岩系的成因年代学历来是一个研究热点问题。前人对额尔齐斯断裂带广泛发育的糜棱岩进行了大量的年代学研究(图 6图 8)。即使考虑到不同矿物K-Ar体系封闭温度的不同和不同实验室之间存在的系统误差,40Ar/39Ar定年仍然是确定变形时代的一个行之有效的方法。由于研究区缺乏对构造变形的详细研究,因而很难对左行和右行的变形事件进行直接的年代学约束。

图 8 额尔齐斯断裂带锆石U-Pb年代学 白框代表未变形岩体年龄,灰色框代表变形岩体年龄.图例同图 1 Fig. 8 Zircon U-Pb geochronological data of the Erqis fault zone White box refers to date of undeformed rock and grey box refers to date of deformed rock. Legends in this figure are the same as those in Fig. 1
4.2.1 左行走滑构造

事实上,在中国阿尔泰(突厥语意为金山) 造山带南缘分布有一系列金矿床(点),其空间展布严格受额尔齐斯断裂带控制,这些金矿床(点) 组成了著名的额尔齐斯金矿带。自西北至东南分布有多拉那萨依、赛都、萨尔布拉克、萨热阔布、科克萨依和阿拉塔斯等矿床(点)(图 6)。而这些金矿的形成过程被认为同额尔齐斯断裂带的左行走滑韧性剪切作用相关(刘悟辉等,1999闫升好等,2004)。前人通过不同方法对金矿的形成时代进行了研究,其中对带内韧性变形岩石进行的40Ar/39Ar年代学研究为我们探讨额尔齐斯断裂带的剪切活动时限提供了参考(图 6)。闫升好等(2004)报道了多拉那萨依金矿床含金糜棱岩中白云母40Ar/39Ar年龄293~292Ma、赛都金矿床千糜岩中绢云母40Ar/39Ar年龄292~289 Ma。青河县西南科克萨依和阿拉塔斯金矿床含金绢英质糜棱岩中的绢云母40Ar/39Ar年龄在283~274Ma之间(闫升好等,2006)。由于额尔齐斯金矿带受控于额尔齐斯韧性剪切带,矿化高峰期即主成矿期也是剪切活动最为强烈的时期(刘悟辉等,1999闫升好等,2004)。因此我们认为,左行走滑剪切带的主期活动时限为292~274Ma,属早二叠世。

沿额尔齐斯断裂带分布有一系列花岗质侵入岩体(图 8)。通过分析岩体的侵位状态及其同作为围岩的糜棱岩之间的关系可以为区域性构造活动提供约束。童英等(2006a)报道了额尔齐斯断裂带内富蕴南花岗岩体的TIMS法锆石U-Pb年龄,变形岩体的年龄为281±5Ma,未变形岩体的年龄为275±2Ma。变形花岗岩体的片麻理与区域构造线方向一致,具有一定程度的岩浆流动面理和同构造变形特点(图 8)。青河地区片麻状黑云母花岗岩、花岗质糜棱岩和英安质片麻岩同样提供了很好的变形时间的约束,其锆石U-Pb年龄分别为283±4Ma、281±4Ma、281±3Ma,与富蕴南变形的花岗岩岩体具有很好的可对比性(胡霭琴等,2006周刚等, 2007a, b图 8)。哈萨克斯坦境内额尔齐斯断裂带内片麻状花岗岩给出了相似的锆石U-Pb年龄281±1Ma (Zhang et al., 2012)。从花岗岩的变形状态上判断,变形时间可以约束为283~275Ma之间。

额尔齐斯断裂带早二叠世剪切变形事件也得到了来自变形岩石40Ar/39Ar年代学的直接证据。如胡霭琴等(1991) 报道了富蕴地区混合岩化片麻岩中角闪石和黑云母的40Ar/39Ar坪年龄271±2Ma、278±2Ma。境外,Melnikov et al.(1998)报道了哈萨克斯坦境内额尔齐斯断裂带内糜棱岩中黑云母40Ar/39Ar年龄290~280Ma。Travin et al.(2001)报道了哈萨克斯坦境内额尔齐斯断裂带内遭受左行走滑变形的变余糜棱岩和片麻岩中角闪石、黑云母和钾长石的40Ar/39Ar年龄,其峰值集中在两个时段:283~276Ma和273~265Ma。考虑到40Ar/39Ar定年不同矿物K-Ar体系封闭温度的差异,我们倾向于认为283~275Ma为左行走滑剪切构造事件的年龄,而年轻一些的年龄可能为K-Ar体系不同矿物的冷却年龄。

①胡霭琴, 张国新, 李启新. 1991.新疆北部主要地质事件同位素地质年代学研究.新疆人民政府国家三○五项目办公室

4.2.2 右行走滑构造

Laurent-Charvet et al.(2002, 2003) 报道了“狭义”额尔齐斯剪切带(富蕴以北的狭窄剪切带) 和富蕴地区的右行剪切标志,并且将该剪切带中的右行走滑解释为左行走滑过程中的伴生反转构造,即认为额尔齐斯剪切带内所发育的右行走滑和左行走滑是同时的,并且认为富蕴地区的右行走滑是局部变形。但是,我们的野外观测表明,右行走滑沿整个额尔齐斯断裂带均有分布,应该是一期具有区域意义的变形事件。Laurent-Charvet et al.(2003)对富蕴地区右行走滑构造样品245.4±2.5Ma和265.6±2.5Ma的40Ar/39Ar年龄可以为讨论额尔齐斯断裂带的右行走滑年龄提供参考。这个年龄要比前面所论述的左行走滑年龄要年轻的多,因此,右行走滑和左行走滑应分属不同期次的构造事件。此外,区域性构造几何形态的统计结果似乎也说明左行走滑和右行走滑变形不是同期的:左行面理的统计峰值在33°∠66°,右行面理极值在40°∠90°,倾角陡立近乎直立。左行线理极值在116°∠0°,线理近水平,而右行线理极值在125°∠18°,倾伏角也近水平(图 8)。左行、右行面理倾向、线理倾伏向近一致,并没有表现出二者间的共轭关系。如果认为前者的面理也成因于额尔齐斯断裂的走滑作用,那么该期面理应该受到后期事件的改造而表现为倾角的改变,而右行走滑的面理则无此特点,这也为右行走滑和左行走滑分属不同期次的构造事件提供了佐证。

4.3 动力学背景

阿尔泰造山带广泛发育早二叠世(290~270Ma) 花岗岩、火山岩和基性岩。通过地球化学研究及对比分析同区域花岗岩演变趋势,王涛等(2010)认为阿尔泰造山带早石炭世处于造山后伸展构造背景。同时期的中亚地区大火成岩省(杨树锋等,2005Zhang et al., 2010)、天山地区含铜镍的基性超基性杂岩(李锦轶等,2006),共同说明了早二叠世中亚造山带总体处于造山后大规模伸展及走滑构造调整阶段(Charvet et al., 2007; Wang et al., 2007; Lin et al., 2009)。额尔齐斯断裂带两期大型走滑活动的确定,为整个中亚增生型造山带的后造山及造山后的构造调整提供了一个强有力的依据。

张进江和郑亚东(1993)认为板块间的斜向碰撞或准噶尔板块的透镜体效应导致了中国阿尔泰造山带南缘左行走滑运动的产生。Buslov et al.(2004)认为早二叠世额尔齐斯断裂左行走滑构造是西伯利亚板块顺时针旋转的结果。Laurent-Charvet et al.(2003)认为石炭纪末,塔里木板块向北西的运动造成中国阿尔泰造山带的走滑运动。Wang et al.(2007)通过伊犁-天山地区的古地磁研究结果认为,从晚石炭世到晚二叠世期间,伊犁地块和准噶尔地块作为一个整体相对于塔里木板块逆时针旋转了46.2°±15.1°,相对于西伯利亚逆时针旋转了31.6°±15.1°。前者导致伊犁-准噶尔相对于塔里木沿天山右行走滑剪切带发生了1160±380km的侧向位移,后者导致伊犁-准噶尔地块沿额尔齐斯左行剪切带相对于西伯利亚发生了670±320km的侧向位移。考虑到额尔齐斯剪切带的左行走滑变形和天山中部断裂的右行走滑构造,推断出在290~245Ma之间,伊犁-准噶尔板块沿天山和额尔齐斯断裂带向东“楔入”到塔里木和西伯利亚两大板块之间。最近博格达山的研究结果表明这个“楔入”构造可能持续到早三叠世(Choulet et al., 2013)。事实上,上述模式的提出是建立在整个阿尔泰-天山地区左行走滑和右行走滑构造同期和严格的不同分区(额尔齐斯断裂带左行走滑和天山地区的右行走滑) 基础上。这同我们在额尔齐斯断裂带的认识并不吻合。如果我们的观测和推断成立的话,则我国西北部地区所代表的中亚增生型造山带造山后的陆内调整过程中并没有伴随着大规模的“楔入”构造(Wang et al., 2007Choulet et al., 2013)。相反,它代表着造山后不同期次、不同构造方式的陆内调整过程。当然从同位素年代学的角度,对两期走滑构造的区分还有待于深入。

5 结论

额尔齐斯断裂带在中国境内是一条宽约20~40km,长约400km,经受不同程度构造作用的强应变带,剪切作用影响范围遍布整个中国阿尔泰造山带南缘。

额尔齐斯剪切带在早二叠世期间(283~275Ma) 具有左行走滑性质,与哈萨克斯坦境内同名剪切带时代和运动性质一致,说明额尔齐斯断裂带的剪切带属性和早二叠世期间的左行走滑事件具有大尺度上的区域意义。

早二叠世之后,中国阿尔泰造山带南缘额尔齐斯断裂带经历了一次右行走滑剪切运动,其规模小于前期的左行走滑剪切事件,活动时限可能为晚二叠世至早三叠世。

额尔齐斯断裂带二叠纪走滑活动性质的确定,为二叠纪北疆及整个中亚造山带处于造山后的大规模、多期次的陆内调整构造背景提供了佐证。

致谢 感谢李金雁在野外工作中给予的帮助。
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