地质力学学报  2019, Vol. 25 Issue (3): 301-312
引用本文
吴玉, 陈正乐, 陈柏林, 王永, 孟令通, 孙岳, 何江涛, 王斌, 张文高. 北阿尔金恰什坎萨依沟地区早古生代构造变形特征及构造演化启示[J]. 地质力学学报, 2019, 25(3): 301-312.
WU Yu, CHEN Zhengle, CHEN Bailin, WANG Yong, MENG Lingtong, SUN Yue, HE Jiangtao, WANG Bin, ZHANG Wengao. EARLY PALEOZOIC TECTONIC DEFORMATION IN QIASHENKANSAYIGOU AREA, NORTH ALTUN, AND IMPLICATION FOR TECTONIC EVOLUTION[J]. Journal of Geomechanics, 2019, 25(3): 301-312.
北阿尔金恰什坎萨依沟地区早古生代构造变形特征及构造演化启示
吴玉1,2,3 , 陈正乐2,3,4 , 陈柏林2,3 , 王永2,3 , 孟令通5 , 孙岳4 , 何江涛6 , 王斌2,3 , 张文高2,3     
1. 核工业北京地质研究院地质矿产研究所, 北京 100029;
2. 中国地质科学院地质力学研究所, 北京 100081;
3. 中国地质科学院地质力学研究所动力成岩成矿实验室, 北京 100081;
4. 东华理工大学, 江西 南昌 330013;
5. 中国科学院地质与地球物理研究所, 北京 100029;
6. 中国地质调查局天津地质调查中心, 天津 300170
摘要:出露在青藏高原北缘的红柳沟-拉配泉蛇绿混杂岩带一直以来为深入研究北阿尔金早古生代构造格架及演化提供了宝贵信息。经详细的野外地质填图和构造解析,文章针对红柳沟-拉配泉蛇绿混杂岩带内的构造样式、变形特征及形成时限进行研究,将北阿尔金蛇绿混杂岩带进一步细分为北侧混杂单元、中间层序单元和南侧混杂单元三个次级构造单元,南、北两侧混杂单元内以发育一系列复杂褶皱和逆冲断层为典型构造特征。卷入褶皱变形的最年轻地层岩石为中-晚奥陶世硅质岩,并被(416.8±3.7)Ma未变形的正长斑岩脉所截切;卷入逆冲断层的混杂岩中辉长岩和斜长花岗岩年龄为479~521 Ma和512.1~518.5 Ma,随后也被410.7~418.5 Ma未变形的冰沟岩体所侵位。这些基本事实表明,褶皱构造与逆冲断层均形成于中奥陶世-早泥盆世,推测其成因与北阿尔金洋俯冲作用导致的洋壳强烈缩短变形有关。在南侧混杂单元,褶皱构造样式自北向南逐渐由直立褶皱转变为斜歪褶皱,最后转变为倒转褶皱,显示出递进变形特征。褶皱所对应的应变椭球体也发生了旋转,表现出顶端指向北北东向的剪切作用,与混杂单元内逆冲断层所具有的向北北东方向逆冲、推覆特征相一致,从而推测它们与北阿尔金洋南南西向俯冲消减有密切联系。另外,在北侧混杂单元内还发育有同时期向南南东方向逆冲的断层以及轴面倾向北北东的斜歪褶皱,暗示北阿尔金洋在早古生代可能还发育有北北东方向的俯冲极性,整个北阿尔金洋俯冲消减模式可能具有双向性。
关键词混杂岩    褶皱    逆冲断层    构造演化    早古生代    北阿尔金    
DOI10.12090/j.issn.1006-6616.2019.25.03.028     文章编号:1006-6616(2019)03-0301-12
EARLY PALEOZOIC TECTONIC DEFORMATION IN QIASHENKANSAYIGOU AREA, NORTH ALTUN, AND IMPLICATION FOR TECTONIC EVOLUTION
WU Yu1,2,3 , CHEN Zhengle2,3,4 , CHEN Bailin2,3 , WANG Yong2,3 , MENG Lingtong5 , SUN Yue4 , HE Jiangtao6 , WANG Bin2,3 , ZHANG Wengao2,3     
1. Beijing Research Institute of Uranium Geology, CNNC, Beijing 100029, China;
2. Institute of Geomechanics, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100081, China;
3. The Laboratory of Dynamic Digenesis and Metallogenesis, Institute of Geomechanics, CAGS, Beijing 100081, China;
4. East China Institute of Technology, Nanchang 330013, Jiangxi, China;
5. Institute of Geology and Geophysics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China;
6. Tianjin Center, China Geological Survey, Tianjin 300170, China
Abstract: Hongliugou-Lapeiquan ophiolitic mélange belt, which is exposed in the northern margin of the Qinghai-Tibet Plateau, has been providing significant information for the deep study of Early Paleozoic tectonic framework and evolution of North Altun. On the basis of detailed geological mapping and structural analysis, ophiolitic mélange belt was divided into the following three sub-tectonic units from north to south:the north incoherent unit, the middle coherent unit and the south incoherent unit. There mainly develop a series of complex folds and thrust faults in the north and south incoherent units. The youngest stratum involved in the folds is formerly defined Middle-Late Ordovician silicalite. SHRIMP zircon U-Pb dating from a Syenite porphyry dyke, truncating the above folds, yielded a weighted mean age of 416.8±3.7 Ma. The gabbro and plagiogranite in the mélange are involved in the thrust fault and have U-Pb age of ca. 479~521 Ma and ca. 512.1~518.5 Ma, respectively. Meanwhile, one undeformed Bingou pluton intruding the thrust fault was dated at ca. 410.7~418.5 Ma. All of these results support that the age of the folds and thrust faults in the incoherent units are tightly constrained at the Middle Ordovician to early Devonian, implying that the deformation in the ophiolitic mélange are related to an intense compression during the subduction of the North Altyn ocean. In the south incoherent unit, the characteristics of folds, from north to south, developed from upright fold to reclined fold to overturned fold, revealing a progressive deformation assemblage associated with the top-to-the-NNE shearing. Combined with top-to-the-NNE thrust fault in the south incoherent unit, it is indicated that these folds and thrust faults are as the product of the SSW-ward subduction of the North Altun ocean. In addition, folds with axial surface dipping to NNE and top-to-the-SSE thrust faults are common in the north incoherent unit, implying that the North Altun ocean has also experienced NNE-ward subduction during the Early Paleozoic. Thus, it is proposed that the North Altun ocean is characterized by divergent double subduction.
Key words: mélange    fold    thrust fault    tectonic evolution    Early Paleozoic    North Altun    
0 引言

增生型造山带作为最重要的造山带类型之一而受到地质学家的广泛关注和重视[1-3]。在增生造山过程中,除广泛发育有各类与垂向和侧向增生有关的地质体或大地构造相单元外,还伴随有大量与俯冲、增生造山作用相关的构造形迹和变形记录,如双重构造、叠瓦状逆冲断层、褶皱构造和脆—韧性剪切带等,它们为不同地质体或大地构造单元的拼贴就位起到重要的调节作用,保留了增生造山过程中的宝贵信息。

阿尔金山位于青藏高原北缘,其东侧与北祁连相连,向西插入西昆仑,南、北分别以塔里木与柴达木两大生油盆地为界。位于北阿尔金的红柳沟—拉配泉蛇绿混杂岩带,自上世纪90年代就已引起国内外地质学家的重视,认为北阿尔金可能为一条早古生代缝合线[4-6]。近年来,对于广泛分布在北阿尔金的岩浆岩和局部出露的HP/LT变质岩带研究更是取得了丰硕的成果,并且进一步确认北阿尔金具有增生造山带的特征[7]。但是,与增生造山作用相关的变形记录一直缺乏关注,成为北阿尔金早古生代增生造山作用研究中的薄弱环节。因此,通过在北阿尔金西段恰什坎萨伊沟地区开展的野外地质填图和构造解析,针对红柳沟—拉配泉蛇绿混杂岩带内的构造样式、变形特征及形成时限进行研究,拟为探讨和完善北阿尔金早古生代增生造山过程提供变形依据。

1 区域地质背景

阿尔金山地处青藏高原北缘,是中国西部地区多个大地构造单元和青藏高原北缘“盆—山”地貌格局的衔接交汇部位(图 1a)。依据不同走向的构造单元,进一步将阿尔金山由北向南依次划分为东—西向的红柳沟—拉配泉褶皱构造带、北东—南西向的索尔库里—且末隆起带和北东东—南西西向的阿尔金巨型左旋走滑断裂带[8-9]。其中,红柳沟—拉配泉褶皱构造带构成了地理意义上的北阿尔金地区(图 1b)。区内目前所获得最老的洋中脊和洋岛玄武岩分别为(508±41) Ma~(512±30) Ma和534 Ma[11-12],说明北阿尔金在早寒武世之前就已裂解成洋,到中—晚寒武世北阿尔金洋开始发生俯冲消减,形成一系列呈东西向断续展布的弧岩浆岩,如拉配泉肉红色花岗岩[13-14]、金雁山花岗闪长岩[15]、巴什考供盆地北缘石英闪长岩[16]以及喀腊大湾地区出露的众多花岗质岩体[17-19];与此同时,恰什坎萨伊沟附近HP/LT高压变质岩的发现也揭示俯冲消减作用的存在[12, 20]。目前,区内最大的阔什布拉克岩体(443±3.7) Ma被认为代表了弧岩浆岩的根[21],说明俯冲消减一直持续到晚奥陶世晚期。早志留世—早泥盆世,北阿尔金洋盆完全闭合,各地质体相继拼贴、堆叠在一起,形成蛇绿岩、增生楔/增生杂岩、HP/LT变质岩和弧岩浆岩等多种地质单元共存的复合地体。

a-青藏高原大地构造格架图; b-阿尔金山构造简图[10]; c-北阿尔金区域地质简图[21~22] 图 1 北阿尔金大地构造位置及其区域地质简图 Fig. 1 Geotectonic location and simplified regional geological map of North Altun

恰什坎萨伊沟位于北阿尔金西段,南起巴什考供盆地东北缘,向北延伸至塔里木盆地东南缘,全长约二十多公里(图 1c)。区内主要出露岩性为一套由浅变质的玄武岩、玄武安山岩、凝灰岩、中酸性火山碎屑岩、复理石沉积岩、硅质岩以及无根厚层状碳酸盐岩等组成的蛇绿混杂岩带。1:20万区域地质调查曾将这套混杂岩带内的火山—沉积岩划分到中元古界长城系、蓟县系[22-23],但近年来通过高精度测年获得恰什坎萨伊沟内片理化玄武岩的年龄为462~449 Ma[24]、具蛇绿岩特征的枕状玄武岩年龄为(448.6±3.3) Ma[25],并在深灰色薄层状硅质岩内发现了中—晚奥陶世放射虫化石[26],这些地质事实说明该套混杂岩时代应归属于早古生代。在恰什坎萨伊沟南段出露有少量侏罗系地层,其角度不整合覆盖于该蛇绿混杂岩之上。恰什坎萨伊沟南、北两侧各发育有一条脆—韧性剪切带,即阿尔金北缘脆—韧性剪切带和北阿尔金南缘韧性剪切带,它们分别将北侧的太古宇米兰杂岩(或阿克塔什塔格杂岩)和南侧的中元古界深变质阿尔金岩群及中—新元古代金雁山群与该套蛇绿混杂岩分割开来。其中,阿尔金北缘脆—韧性剪切带具右行走滑的运动学,形成于早奥陶世—晚志留世早期,被认为是北阿尔金增生造山过程中侧向挤压汇聚作用下的构造产物[27];而北阿尔金南缘韧性剪切带显示出顶端指向北(top-to-the-North)的逆冲剪切特征,其形成可能与北阿尔金洋的俯冲消减作用有直接的密切关系。

2 恰什坎萨依沟典型构造样式

依据不同的岩石组成和构造变形特征,将恰什坎萨依沟出露的蛇绿混杂岩带由北向南划分成北侧混杂单元、中间层序单元和南侧混杂单元三个次级单元(图 2)。其中,北侧混杂单元主要由具有蛇绿岩特征的超基性岩、枕状玄武岩、深海—半深海浊积岩、硅质岩以及构成洋岛/海山的洋岛玄武岩和无根厚层状碳酸盐岩所组成;中间层序单元主要由基性火山岩和复理石沉积岩构成,两者呈相互交替出现;南侧混杂单元岩石组成与北侧混杂单元相似,但还出露有HP/LT变质岩、外来岩块等。详细的野外地质调查表明南、北两侧混杂单元构造变形强烈,以褶皱变形和逆冲构造为典型构造样式。

a—南侧混杂单元内发育的紧闭直立褶皱;b—南侧混杂单元内发育的宽缓直立褶皱;c—南侧混杂单元内发育的斜歪褶皱;d—北侧混杂单元内发育的斜歪褶皱;e—南侧混杂单元内发育的倒转褶皱 图 2 北阿尔金恰什坎萨依沟蛇绿混杂岩构造地质图及其典型褶皱构造的野外照片 Fig. 2 Detailed structural map of the ophiolitic mélange and field photographs of typical folds in the Qiashenkansayigou area, North Altun
2.1 褶皱构造

在南、北两侧混杂单元中,均可见薄层状黑色硅质岩、泥岩等海相沉积岩中发育有形态各异的褶皱构造,通过野外观察和构造要素统计测量,发现其主要为直立褶皱、斜歪褶皱和倒转褶皱三种类型。

直立褶皱:主要发育在南侧混杂单元的硅质岩、泥岩、粉砂岩中,形成露头尺度的褶皱规模,褶皱类型多样,可见两翼夹角较小(<30°),轴面近直立的紧闭褶皱(图 2a),也可见两翼倾角相近,两翼夹角较为大的宽缓褶皱(图 2b),还可见Ramasy分类里的等斜线褶皱(图 2a)。通过详细的构造要素测量,发现具有两组走向不同的直立褶皱,第一组两翼优选产状分别为135°~165°∠70°~82°和320°~349°∠42°~79°,轴面近直立,枢纽近水平,走向约70°~85°,显示为北东—南西走向皱褶;第二组两翼优选产状分别为35°~50°∠70°~77°和226°~230°∠70°~82°,枢纽优选走向为275°~320°,倾角为31°~65°之间,形成北西西—南东东走向的近直立倾伏褶皱。其中,第一组北东—南西走向褶皱仅在局部地段可见,而第二组北西西—南东东走向褶皱则普遍发育在南侧混杂单元内,值得注意的是,这两组褶皱并没有相互叠加或改造的迹象。

斜歪褶皱:在南侧混杂单元的直立褶皱南边,还可见有露头尺度的斜歪褶皱,卷入褶皱的岩性为奥陶系的中—薄层灰岩,硅质灰岩、硅质岩等。通过野外详细测量,褶皱两翼优选产状分别为210°~218°∠30°~20°和17°~80°∠80°,具有背斜的南翼较缓、北翼较陡的特征,枢纽近水平,优选产状为291°~300°∠5°~18°。对于褶皱样式,主要有“Z”字型和反“Z”字型褶皱(图 2c),褶皱走向北西西—南东东。根据褶皱的不对称性指示其形成主要受运动学指向北北东的构造作用。另外,在北侧混杂单元的硅质岩、硅质泥岩中,也可见露头尺度的斜歪褶皱以及更为复杂的褶皱样式,并具有背斜的南翼较陡、北翼较缓的特征(图 2d)。

倒转褶皱:在恰什坎萨依沟南侧混杂单元中,还可见大量露头尺度的倒转褶皱,同时还伴生有脆性逆冲断层,卷入这些褶皱的岩性主要为奥陶系的中—薄层硅质岩、硅质泥岩等。这些倒转褶皱主要出露在斜歪褶皱南侧,通过详细的野外观察,可见褶皱两翼产状均倾向西南,向斜的东北翼优选产状在220°~234°∠38°~62°,其西南翼发生倒转呈高角度倾向于西南,优选产状在210°~230°∠53°~85°,倒转向斜褶皱东北翼倾向比西南翼较缓,褶皱轴面倾向西南,倾角约在35°~55°之间(图 2e)。

2.2 褶皱变形的形成时代

在恰什坎萨依沟南侧混杂单元中,识别出一条宽约5~6 m的正长斑岩脉,其切穿了发生褶皱变形的硅质岩及其混杂单元中的其它岩石(图 3a),此正长斑岩脉可以作为“钉合”岩体(脉)来确定的限定褶皱变形的时代上限。该岩脉走向北西西—南东东,新鲜岩石为灰红色,具斑状结构,块状构造,岩石主要由基质和斑晶组成,其斑晶主要为钾长石(20%~25%)、石英(15%)和白云母(< 5%),斜长石斑晶呈自形—半自形板状,粒径在0.5~1.5 mm之间,显微镜下可见其表面浑浊,发生了轻微的绢云母化和粘土化,同时可见有的斜长石斑晶形成聚斑结构(图 3b),石英斑晶多具有熔蚀结构,基质为隐晶质结构。

Kfs—钾长石;Q—石英
a—正长斑岩脉野外产出照片;b—正长斑岩脉显微镜下照片;c—正长斑岩脉锆石阴极发光图像;d—正长斑岩脉锆石U-Pb年龄谐和图
图 3 恰什坎萨依地区正长斑岩脉野外、镜下照片以及岩脉的锆石年龄特征 Fig. 3 Field and microscope photographs of the syenite porphyry dyke in the Qiashenkansayigou area and its zircon age characteristics

在CL图像中,可见正长斑岩脉锆石颗粒晶形完整,并具有明显的岩浆振荡环带(图 3c),其中Th/U比值介于0.31~0.91,平均为0.60,表明其属于岩浆锆石[28]。通过SHRIMP锆石U-Pb测年显示,正长斑岩脉的14颗锆石206Pb/238U年龄介于408.8~427.8 Ma之间,变化范围较小。在谐和图曲线图上(图 3d),所有数据均位于206Pb/238U与207Pb/238U谐和线上或附近,14颗锆石获得的206Pb/238U加权平均年龄为(416.8±3.7) Ma(MSDW=1.7),代表了正长斑岩脉的形成年龄(表 1),该年龄与恰什坎萨依沟北侧灰白色中粒花岗闪长岩(419.9±7.9) Ma成岩年龄、冰沟地区的粗粒花岗闪长岩(410.7±11.9) Ma成岩年龄和斑状二长花岗岩(418.5±9.6) Ma成岩年龄相一致[29],这些年龄数据不仅表明阿尔金北缘地区在晚志留世至早泥盆世时期具有强烈的构造—岩浆活动,同时限定了混杂单元内褶皱变形的时代上限。此外,有的学者对恰什坎萨依沟混杂单元内的硅质岩进行了化石鉴定,通过大量的放射虫、海绵骨针等化石辨认,确认其形成于中—晚奥陶世[25],结合切穿褶皱的正长斑岩脉时代为(416.8±3.7) Ma,推断恰什坎萨依沟地区混杂单元内褶皱变形的形成时限为中奥陶世—早泥盆世。

表 1 恰什坎萨依沟南侧混杂单元内的正长斑岩脉SHRIMP锆石U-Pb分析结果 Table 1 SHRIMP U-Pb dating for zircons of syenite porphyry dyke in the south incoherent units in Qiashenkansayigou area
2.3 逆冲断层

在南、北两侧的混杂单元内除发育有大量的褶皱构造外,还可见一系列近北西西—南东东走向的逆冲断层出露(图 4),它们将混杂单元中不同岩石单元分割开来,形成大小不等的构造岩块或岩席。在靠近混杂单元边缘的构造岩块或岩系内还发育透入性片理或劈理化现象,表现为玄武岩、复理石沉积岩被强烈挤压变形,这些透入性片理或劈理走向与逆冲断层一致。在逆冲断层所围限的岩块或岩席内还可见不同形状、尺度和岩性的较刚性块体裹夹于较软的片理化基质中,形成混杂岩中特有的块体-基质(block-in-matrix)构造。详细的构造解析表明南侧混杂单元内的逆冲断层倾向向南,倾角介于40°~65°之间(图 4a),局部还可见断层破碎带发育,破碎带内灰黑色泥岩、粉砂岩发生强烈的劈理或片理化,并包含有构造透镜体(图 4b)。通过构造透镜体长轴方向的应变分析以及断层周围错断的标志层、片理膝折和牵引构造的识别(图 4e),指示这些断层具有顶部向北北东方向逆冲、推覆的特征。北侧混杂单元内发育的逆冲断层,在其走向上与南侧混杂单元内的逆冲断层相似,但在倾向上发生了显著变化,倾向北北东,倾角40°~60°(图 4c4d),在靠近断层面附近常形成密集的片理或劈理构造。通过断层内不对称小褶皱、牵引构造等运动学标志(图 4e),指示它们顶部主要为向南南西方向的逆冲、推覆的作用。区域上,卷入这些逆冲断层的物质主要为混杂岩带内不同形状、尺度和岩性的构造岩块或岩席,以往学者曾获得混杂岩中辉长岩和斜长花岗岩块体的锆石U-Pb年龄分别为479~521 Ma和512.1~518.5 Ma[30-33];同时,在恰什坎萨伊沟西北角,冰沟岩体侵位于发育有逆冲断层的混杂岩内,其SHRIMP锆石U-Pb年龄为410.7~418.5 Ma[29],由此表明北阿尔金蛇绿混杂单元内展布的近北西西—南东东向逆冲断层形成于中、晚奥陶世—早泥盆世。

a、b—南侧混杂单元内发育的逆冲断层;c、d—北侧混杂单元内发育的逆冲断层;e—恰什坎萨依沟构造剖面图及其逆冲断层赤平投影 图 4 北阿尔金恰什坎萨依沟构造剖面图及其逆冲断层野外照片和赤平投影 Fig. 4 Cross section of the ophiolitic mélange and stereographic projections showing structural characteristics of thrust faults in the Qiashenkansayigou area, North Altun
3 对北阿尔金构造演化的启示

以往研究表明,宽阔的增生楔/增生杂岩是增生型造山带中最基本的特征之一[1],它是由俯冲消减过程(包括洋—洋、洋—陆俯冲体系)中被刮削下来的远洋沉积物、大洋板块残片和海沟浊积岩在上驮板块前端共同堆积,以不同构造岩片/岩席逆冲叠置组成楔形地质体[34-35]。这使得增生楔/增生杂岩在其形成过程中往往伴随着一系列与挤压作用相关的叠瓦状逆冲断层、褶皱冲断构造等典型构造样式[36]。现代大洋深部地震反射剖面研究也显示,在海沟靠近大洋的一侧,由于强烈的俯冲消减作用将在海沟内壁上表现出一系列向大陆方向倾斜的逆断层,这些逆断层铲刮海沟沉积物,并把它们增生到海沟内壁,从而形成增生楔和众多叠瓦状排列的冲断块体[37-39]。因此,大洋俯冲过程中强烈的收缩挤压作用是导致增生杂岩中各类逆冲断层和褶皱变形的重要因素。

目前,北阿尔金与洋壳俯冲消减作用有关的弧岩浆岩主要成岩时代集中在中寒武世—晚奥陶世[40-42],部分学者根据这些弧岩浆岩主要就位于蛇绿混杂岩带南侧的时空配置关系而认为北阿尔金洋具有向南的俯冲极性[6, 14, 15, 21]。此次,通过详细的野外地质填图和构造解析表明北阿尔金蛇绿混杂岩带内以发育一系列复杂褶皱和逆冲断层为典型构造特征。利用高精度SHRIMP锆石U-Pb测年获得截切混杂单元内褶皱的正长斑岩脉206Pb/238U加权平均年龄为(416.8±3.7)Ma(MSDW=1.7),结合卷入褶皱变形最年轻的地层岩石为中—晚奥陶世硅质岩,初步确认其形成时限为中奥陶世—早泥盆世。通过卷入逆冲断层的构造岩块或岩席以及侵位、吞噬逆冲断层的冰沟岩体也大致限定其形成于中、晚奥陶世—早泥盆世,并与北阿尔金洋发生俯冲消减作用的时代相一致。此外,上述褶皱的轴面方向和逆冲断层的方向均为北西西—南东东走向,也与北阿尔金洋俯冲消减的整体收缩方向基本一致,进一步暗示这些褶皱构造和逆冲断层可能是北阿尔金洋俯冲消减过程中挤压应力作用下的产物,并且共同构成了一套完整的褶皱—冲断构造体系。

另外,通过详细的构造解析发现南侧混杂单元内的褶皱由北向南发生了明显的形态学变化,即从直立褶皱到斜歪褶皱再到倒转褶皱,表现出一种递进变形特征。其中,直立褶皱两翼近对称,其应变椭球体长轴方向在变形前后并未随变形发生转动,显示出非旋转变形或共轴变形特征,表明其形成于近纯剪切环境;而斜歪褶皱展示出两翼不对称的特征,这一特征指示其具有顶端指向北北东(top-to-NNE)的剪切挤压作用,应变椭球体相比于直立褶皱的应变椭球体也发生了明显旋转,即长轴方向向南南西倾斜,表明斜歪褶皱具有旋转变形特征,其形成可能与非纯剪切环境有关[43-45];倒转褶皱相对于斜歪褶皱,其翼间角变的更小,且轴面倾角变的更缓,应变椭球体也发生了进一步旋转(图 5)。以上分析表明,该套递进变形褶皱在南侧混杂单元内由北向南变形程度逐渐加强,并表现出极性指向北北东的剪切作用。另外,也有其他学者在西准野鸭沟地区报道过类似的递进褶皱变形,并认为其形成可能与大洋岩石圈的俯冲极性相关,即在洋壳俯冲消减过程中,越靠近海沟的地方斜向的俯冲作用越强,从而导致越靠近海沟俯冲的地方,褶皱旋转变形越强烈[46]。再结合混杂单元内逆冲断层所具有向北北东方向逆冲、推覆的特征,从而推测北阿尔金洋具有大致向南的俯冲极性,与以往学者认识相一致[6, 14, 15],由此表明,该套递进变形褶皱和逆冲断层可能为俯冲消减过程中的构造响应。

图 5 北阿尔金恰什坎萨依沟地区南侧混杂单元内递进褶皱变形的示意图 Fig. 5 Schematic diagram of progressive fold deformation in the south incoherent units, Qiashenkashayi area, North Altun

但值得注意的是,在北侧混杂单元内发育的斜歪褶皱具有轴面向北北东倾斜的特征,其内部的逆冲断层也表现出向南南东方向的逆冲、推覆作用,二者反映出一致的指向性。这与南侧混杂单元内的褶皱构造和逆冲断层明显不同,如果仅用简单的南向俯冲模式无法解释上述存在的地质事实,因此,推测北阿尔金洋还可能发育有大致向北俯冲的极性,即北阿尔金洋在早古生代期间经历了双向俯冲消减的构造演化阶段。在北阿尔金洋向南俯冲消减的过程中形成了南侧混杂单元及其同期的由南西西向北东东逆冲的褶皱冲断构造;而在向北俯冲消减过程中也导致了北侧混杂单元和由北东东向南西西逆冲的脆性断层、褶皱构造的形成。显然,北阿尔金洋双向俯冲模型在解释上述恰什坎萨依沟地区早古生代构造变形特征上更为合理,但是,仅通过构造变形来确定古大洋俯冲消减的极性,是一件非常有意义但很具有挑战的事情,还需要很多来自其它地质方面的消息和证据,对于北阿尔金洋双向俯冲的性质及特征仍值得进一步深入研究。

4 结论

(1) 详细的野外地质填图和构造解析,将北阿尔金蛇绿混杂岩带进一步细分为北侧混杂单元、中间层序单元和南侧混杂单元三个次级单元,在南、北两侧混杂单元内以发育一系列复杂褶皱和逆冲断层为典型构造特征。其中,卷入褶皱变形的最年轻地层岩石为中—晚奥陶世硅质岩,并被(416.8±3.7) Ma未变形的正长斑岩脉所截切;卷入逆冲断层的混杂岩中辉长岩和斜长花岗岩年龄分别为479~521 Ma和512.1~518.5 Ma,随后也被410.7~418.5 Ma未变形的冰沟岩体所侵位,这些基本事实表明,褶皱构造与逆冲断层的形成时限均为中奥陶世—早泥盆世,其成因可能与北阿尔金洋俯冲作用导致的洋壳强烈缩短变形有关。

(2) 在南侧混杂单元内,褶皱构造样式自北向南逐渐由直立褶皱转变为斜歪褶皱,最后转变为倒转褶皱,显示出递进变形组合特征。褶皱所对应的应变椭球体也发生了旋转,表现出顶端指向北北东向的剪切作用,与混杂单元内逆冲断层所具有的向北北东方向逆冲、推覆特征相一致,从而推测它们与北阿尔金洋南南西向俯冲消减有密切联系。另外,在北侧混杂单元内还发育有同时期向南南东方向逆冲、推覆的逆冲断层以及轴面倾斜向北北东的斜歪褶皱,暗示北阿尔金洋在早古生代可能还经历了北北东方向的俯冲作用,整个北阿尔金洋俯冲消减模式可能具有双向性。

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