地 ９２４ 质 论 评 ２ ０ １ ２年 以 ＴＴＧ为主的初始大陆地壳演化阶段 新疆地质矿 利亚北缘 Ｃｈ Ｙ ２００４ Ｚｈ Ｃｈ ｕ 产局 １９ ９３ 陆 松 年 等 １ ９９ ２ ＬｕＳ ２０ ０３ ２００７ ２ ００７ｂ ２０ ０７ｃ ＬｕＳＮ ２００ ８ Ｌ Ｘ ｐ ２０ １ ０ ２ ０

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1 第 58 卷第 5 期 年 9 月 地质论评 GEOLOGICALREVIEW Vol.58 No.5 Sept 塔里木地块前寒武纪地质研究进展评述 张传林 1), 李怀坤 2) 1), 王洪燕 1) 南京地质矿产研究所, 南京,210016;2) 天津地质矿产研究所, 天津, 内容提要 ; 塔里木地块是我国三大主要陆块之一 它是一个具有完整的前寒武纪基底且发育了良好的新元古代盖层沉积的大陆块体 笔者等综合了近十年来中外地质学家对塔里木前寒武系的研究成果, 并对这些取得的资料进行系统分析, 概括了塔里木前寒武纪构造演化阶段 过程以及塔里木在前寒武纪时期与全球性的超大陆汇聚和裂解事件的沉积 变质 岩浆及构造作用的耦合关系 特别指出, 笔者等详细地讨论了含蓝片岩的阿克苏群可能的沉积时代 发生蓝片岩相变质的时间, 并结合对新元古代岩浆事件的综合分析, 提出塔里木在新元古代早期 (900Ma) 汇聚到澳大利亚北缘, 成为 Rodinia 超大陆的一部分 在新元古代中 晚期, 沿塔里木北缘的俯冲可能一直持续到 760Ma 820~760Ma 期间, 新元古代 Rodinia 超级地幔柱和板块俯冲共同制约了塔里木北缘的岩浆作用和变质作用 这一模式可能对认识华南地区新元古代复杂的岩浆作用具有启示意义 关键词 : 塔里木陆块 ; 前寒武纪 ; 构造演化 ;Columbia 超大陆事件 ;Rodinia 超大陆事件 ; 板块俯冲 ; 地幔柱 塔里木地块是我国三大主要地块之一 ( 塔里木 华南 华北 ) 它是一个具有完整的前寒武纪结晶基底并发育了良好的新元古代盖层的大陆块体 ( 马世鹏等,1991; 高振家,1984,1985; 新疆地质矿产局,1993,1999) 相比华北 华南地块, 对塔里木地块前寒武系的研究相对薄弱 最近 10 余年来, 中外地质学家在塔里木地区针对前寒武纪地质尤其是新元古代构造演化做了大量的工作 然而, 对塔里木新元古代构造演化方面还存在很大的分歧 (Chen Yanetal.,2004a;GuoZhaojieetal.,2005;Zhang Chuanlinetal.,2007a,2007b;XuBeietal.,2005; ZhuWenbinetal.,2008,2011;ShuLiangshuet al.,2011), 这一情形类似中外地质学家对华南新元古代构造演化的认识 (LiXianhuaetal.,2003;Li Zhengxiangetal.,1999,2003,2008;ZhouMeifuet al.,2006,2009) 在本文中, 笔者对塔里木近 10 年来取得的新资料 新认识进行了系统的总结, 尤其是对重要的地质体 ( 如含蓝片岩的阿克苏群 超镁铁 镁铁杂岩 火山岩 花岗岩等 ) 重要的构造界面以及它们所反映的重大地质事件等, 进行全面分析 ; 对含蓝片岩的阿克苏群进行了重点讨论 在综合分析的基础上, 提 出塔里木地块在早前寒武纪经历了类似世界主要克拉通的演化过程 而在新元古代, 早期汇聚到澳大利亚的北缘, 到中 晚期, 板块俯冲和地幔柱作用同时制约了塔里木新元古代中晚期的构造演化 这一模式可以合理地解释目前我们观察到的诸多难以解释的地质事实 1 区域地质背景 塔里木地块位于我国西部, 面积约 60 万平方千米 由于其大部分地区被沙漠覆盖, 而且通行条件困难, 因此在我国是一个研究程度最低的大陆块体 在塔里木的西南 北部以及东南部, 断续出露了该地块的前寒武纪基底 ( 图 1a) 这些基本地质组成以及在塔里木中部石油钻井获得的中元古代末期及新元古代侵入岩岩芯, 使我们基本可以摈弃 Seng?r 等 (1996) 所提出的塔里木基底是由新元古代洋岛组成或是 Hsü 等 (1988) 提出的塔里木基底是被圈闭的晚古生代洋壳 (trappedoceaniccrust) 这些认识, 同时也再次肯定了我国早期地质学家们做出的艰辛努力以及他们对塔里木的卓越认识 ( 高振家等,1984; 新疆地质矿产局,1991; 陆松年等,1992) 大量研究表明, 塔里木在新太古代末期完成了 注 : 本文为国家自然科学基金资助项目 ( 编号 NSFC ) 的成果 收稿日期 : , 改回日期 : , 责任编辑 : 章雨旭 作者简介 : 张传林, 男,1968 年生 南京地质矿产研究所研究员, 博士生导师 主要从事区域大地构造及火成岩岩石学研究工作 通讯地址 : 南京市中山东路 534 号, 电话: , zchuanlin@yahoo.com.cn

2 地 ９２４ 质 论 评 ２ ０ １ ２年 以 ＴＴＧ为主的初始大陆地壳演化阶段 新疆地质矿 利亚北缘 Ｃｈ Ｙ ２００４ Ｚｈ Ｃｈ ｕ 产局 １９ ９３ 陆 松 年 等 １ ９９ ２ ＬｕＳ ２０ ０３ ２００７ ２ ００７ｂ ２０ ０７ｃ ＬｕＳＮ ２００ ８ Ｌ Ｘ ｐ ２０ １ ０ ２ ０ １１ Ｚｈ ２００ ８ 张传林等 ２ ００３ ２ ００３ｂ 李曰俊等 ２ ００ ５ Ｍ Ｃｈｕ ２０１ １ 之后经历了古元古代末期 Ｘｕｘ ｕ ２０１ １ 大约从 ７４ ０Ｍ 塔里木开始 及中元古代晚期 新元古代早期的两次造山事件 接受 新 元 古 代 的 盖 层 沉 积 ＸｕＢ ２ ００５ 最终形成了塔里木前寒武纪基底 且在新元古代早 ２００ ９ 塔里木具有典型的双层结构 即基底和盖 期 约 ９０ ０Ｍ 作为 Ｒ ｄ 超大陆一员汇聚到澳大 层 特别强调的是 塔里木基底包括三个重要的组 图 １塔里木前寒武系分布略图 库鲁克塔格地质略图 ｂ 及库鲁克塔格地区新元古界综合柱状图 ｃ 图 １ ｂ中的数字和表 １中的序号对应 图 １ｃ据 ＸｕＢ ２ ０ ０ ９ Ｆ １ Ｐ ｃ ｍｂ ｄ ｓ ｂ ｕ ｆ ｈ Ｔ ｍｂ ｃ ｋ ｂ Ｓ ｍｐ ｆ ｄ ｃ ｍ ｐ ｆ ｈ Ｋｕ ｕ ｑ ｈ ｈ ｆ ｈ Ｔ ｍ ｃ Ｎ ｐ ｚ ｃｓ ｃ ｕ ｍ Ｋｕ ｕ ｑ ｈ Ｆ ｕ ｄｂ ｈ ｕ ｍｂ ｓｃ ｓ ｓ ｈ ｄ ｕ ｍｂ Ｔ ｂ １ Ｆ １ｃ ｓ ｆ ＸｕＢ ２ ０ ０ ９

3 第 5 期 张传林等 : 塔里木地块前寒武纪地质研究进展评述 925 成部分, 一是新太古宙以 TTG 为主的岩浆杂岩, 二是以古元古界为主的 ( 高 ) 角闪岩相变质岩 ( 类似于孔兹岩系, 与晚太古代 TTG 一起组合成结晶基底 ), 三是以中元古界及新元古界下部为主的一套绿片岩相的变质岩 ( 相当于前人划分的褶皱基底, 见新疆地质矿产局,1991) 2 早前寒武纪地质研究进展 2.1 新太古代 TTG 质岩石演化阶段塔里木的太古代地质体主要分布在库鲁克塔格 阿尔金山北缘和敦煌地块 ( 图 1b) 从目前获得的野外调查资料 岩石地球化学及同位素年代学资料分析, 太古界主要为 TTG 质岩石, 在局部的 TTG 质岩浆岩中见到少量的辉长岩包体 ( 已经变质成斜长角闪岩, 但薄片中见到残余的辉石,Zhang Chuanlinetal.,2011a) 地球化学特征显示, 辉长岩来自被俯冲带流体 / 熔体交代的岩石圈地幔 (ZhangChuanlinetal.,2011a) 胡蔼琴等(1999) 采用全岩 Sm Nd 法获得库鲁克塔格地区斜长角闪岩年龄为 3 2Ga( 没有报道具体的采样地点 ), 在后来的文章中对这一年龄进行了再次阐述 (HuAiqing etal.,2000), 但这一年龄却没有得到大多数地质学家的认同 从最近几年获得的高精度锆石 U Pb 年龄分析, 在太古代 TTG 质岩石以及古元古代花岗岩中, 发现大于 3 0Ga 的继承性锆石, 其中最古老的继承性锆石为 3 6Ga( 表 1, 图 2)(LuSongnian,et al.,2008) 这表明在塔里木可能存在太古代早期的大陆地壳 从目前发表的阿尔金地区和库鲁克塔格地区太古代 TTG 质岩石的锆石 U Pb 年龄分析, 主要形成时间集中在 2 8~2 6Ga( 梅华林等,1998; LuSongnian etal., 2008; Shu Liangshu etal., 2011;ZhangChuanlinetal.,2011a) 最近 Long Xiaoping 等 (2010) 报道了 2 43Ga 的 TTG 质岩石, 这一信息可能还需要核实, 因为在库鲁克塔格地区, 笔者等的工作发现,2 53Ga 的高 Ba Sr 花岗岩侵入到 2 6Ga 的 TTG 中 (ZhangChuanlin etal., 2011a) 高 Ba Sr 花岗岩是一类特殊的侵入岩, 最早由 Tarney 和 Jones(1994) 提出来补充已有的花岗岩分类 后来,Fowler 等 (2001) Chen Bin 等 (2004b) 以及在青藏高原北缘的研究 (YeHaiminet al.,2008) 表明, 它们均来自加厚的下地壳部分熔融, 深度大于 30km, 一般形成于造山后伸展背景下 这一信息表明, 在太古代晚期, 塔里木已经存在相当规模的陆壳 在阿尔金地区, 迄今为止也没有发现 古元古代的 TTG 质岩石 对于太古代 TTG 质岩石形成的构造环境, 目前在世界范围内还存在很大争议 尤其是在新太古代是否存在板块构造, 一直是争议的焦点问题 (Hamilton,2011) 由于塔里木周边地区太古代 TTG 质岩分布非常有限, 因此仅仅根据岩石地球化学属性来判断当时的构造背景显然是不合适的 但有意义的是, 新发现的 2 53Ga 的高 Ba Sr 花岗岩, 也许为板块构造模式提供了一些新的证据 (Zhang Chuanlinetal.,2011a) 2.2 古元古代高级变质岩系和侵入岩在库鲁克塔格及阿尔金地区, 古元古代变质岩分布广泛 最早被命名为兴地格群和阿尔金山群 它们主要由一套中高级变质岩组成, 包括 ( 角闪 ) 黑云 ( 二云 ) 斜长片麻岩 石榴黑云 ( 二云 ) 斜长片麻岩 石英片岩 大理岩 石榴矽线斜长石英片 ( 麻 ) 岩等 在岩石中发育大量的浅色变质分异形成的浅色条带 从岩石组成分析, 这套变质岩主体属于副变质岩, 可能夹有少量的火山岩, 即前人所称的 孔兹岩系 由于一直缺乏有效的方法对这套变质岩进行定年, 一直到最近才发表了一批采用锆石原位定年成果 (LuSongnianetal.,2008;ZhangChuanlinet al.,2011a) 结果显示, 这套变质岩中继承性锆石年龄主要为太古代 古元古代早期, 而其中的变质锆石 ( 部分为变质形成的单颗粒锆石, 部分为碎屑锆石的增生边 ) 的年龄集中在 2 0~1 8Ga 之间, 在库尔勒附近的一个样品中, 还出现了 1 1~0 9Ga 的变质事件记录 ( 表 1, 图 2) 另外, 在塔里木西南地区,ZhangChuanlin 等 (2007b) 报道了 2 4~2 3Ga 的花岗岩中, 锆石增生边的年龄为 1 9Ga, 而在中元古代卡拉喀什群及艾连卡特群中, 出现大量的 2 0 ~1 8Ga 的碎屑锆石 (Zhang Chuanlin etal., 2007c),ZhuWenbin 等 (2011) 也报道了在阿克苏群变质岩中, 出现大量的 1 9Ga 的碎屑锆石 所有这些信息表明,2 0~1 8Ga 在塔里木发生了一期重要的构造 变质事件 古元古代的岩浆岩在塔里木并不十分发育 目前比较可靠的主要分布在塔里木西南以及东段的阿尔金地区 塔里木西南地区的赫罗斯坦群, 早期被认为是太古代 古元古代变质杂岩 后来经过我们的工作 ( 张传林等,2006;ZhangChuanlinetal., 2007b), 证实赫罗斯坦群实质上是一套变质的侵入杂岩, 其岩石组成主要为斜长角闪岩 花岗闪长岩 含角闪石二长花岗岩 二云母花岗岩, 形成时

4 926 地质论评 2012 年 代为 2 3~2 4Ga 花岗岩显示 A S 型地球化学特征, 而其中的斜长角闪岩具有板内玄武岩的地球化学特征 在阿尔金地区,LuSongnian 等 (2008) 报道了 2 3Ga 的变质基性岩墙及相关的片麻状花岗岩, 其中基性岩墙并显示典型的板内玄武岩地区化学属性 这表明在太古代 古元古代早期, 塔里木可能处于伸展阶段 现有的资料对塔里木古元古代早期的构造演化还不能给予很好的阐述, 但可以明确地证实发生在古元古代晚期的构造 变质事件 (2 0 ~1 8Ga) 3 中元古代 新元古代早期浅变质强变形沉积岩系 对库鲁克塔格地区的中元古代杨吉布拉克群 ( 长城纪 ) 和阿尔基干群 ( 蓟县纪 ), 近年来还没有做深入的研究工作 我们重点对塔里木西南铁克里克 隆起带内的中元古代沉积岩石研究进展进行简要概述 在塔里木西南的铁克里克隆起带, 出露了一套浅变质强变形的碎屑沉积岩系 前人将这套地层划分为古元古代卡拉喀什群和艾连卡特群, 在其之上, 不整合覆盖了新元古代火山 沉积岩系并发育基性岩墙和玄武岩 通过锆石 U Pb 定年分析 (Zhang Chuanlinetal.,2007b), 其碎屑锆石的年龄分布从太古代一直持续到中元古代, 最年轻的碎屑锆石为 1 3Ga 左右, 表明它的沉积时间不早于 1 3Ga 在变质岩中出现大量的变质锆石, 定年结果表明, 主要出现两个峰值, 分别为 0 9Ga 和 0 8Ga( 表 1) 这两期变质事件和其中分布的两期浅色脉体很好对应, 其中一期是沿岩石面理分布且发生强烈变形的长英质脉体, 第二期为切穿面理的未变形的长英质脉 表 1 塔里木库鲁克塔格地区新元古代火成岩年龄一览表 Table1TheisotopicagesoftheigneousrocksintheKuruktagarea,Tarim,Xinjiang 时代序号地点岩石类型测试矿物测试方法测试结果 (Ma) 资料来源 太古宙 古元古代 中元古代 1 阿克塔什塔格 奥长花岗岩 继承锆石 SHRIMP 3665±15 李惠民等, 阿克塔什塔格 奥长花岗岩 继承锆石 SHRIMP 3674±56 LuSongnianetal., 阿克塔什塔格 奥长花岗岩 岩浆锆石 SHRIMP 2396±56 LuSongnianetal., 阿克塔什塔格 奥长花岗岩 变质锆石 SHRIMP 1978±50 LuSongnianetal., 阿克塔什塔格 二长花岗岩 锆石 TIMS 2830±45 梅华林等, 兴地 英云闪长岩 锆石 SHRIMP 2602±21 ZhangChuanlinetal.,2011a 7 兴地 奥长花岗岩 锆石 SHRIMP 2641±23 ZhangChuanlinetal.,2011a 8 兴地 高 Ba Sr 花岗岩 锆石 SHRIMP 2531±14 ZhangChuanlinetal.,2011a 9 辛格尔 正片麻岩 锆石 LA ICPMS 2516±6 LongXiaopingetal., 库尔勒 正片麻岩 锆石 LA ICPMS 2575±13 LongXiaopingetal., 兴地南 正片麻岩 锆石 LA ICPMS 2460±3 LongXiaopingetal., 库尔勒 正片麻岩 变质锆石 LA ICP MS 1789±21 LongXiaopingetal.,2011a 13 阿卡孜 A 型花岗岩 增生锆石 SHRIMP 1916±7 ZhangChuanlinetal.,2007b 14 许许沟 S 型花岗岩 岩浆锆石 SHRIMP 2343±8.2 ZhangChuanlinetal.,2007b 15 阿尔金 副片麻岩 变质锆石 SHRIMP 1986±29 LuSongnianetal., 阿尔金 变质基性岩墙 锆石 SHRIMP 2351±21 陆松年等,2003a 17 全集 闪长岩 锆石 SHRIMP 2412±14 陆松年等,2003a 18 全集 二长花岗岩 锆石 SHRIMP 2366±10 陆松年等, 全集 黑云闪长岩 锆石 SHRIMP 2348±43 陆松年等, 库鲁克塔格 片麻状花岗岩 锆石 LA ICPMS 1068±19 ShuLiangshuetal., 库鲁克塔格 片麻状花岗岩 锆石 LA ICPMS 933±11 ShuLiangshuetal., 铁克里克隆起 斜长角闪岩 角闪石 Ar Ar 1050±21 张传林等,2003a 23 铁克里克隆起 副变质岩 黑云母 Ar Ar 1021±2 张传林等,2003a 24 铁克里克隆起 副变质岩 碎屑锆石 LA ICPMS 1300~2300 ZhangChuanlinetal.,2007a 25 铁克里克隆起 副变质岩 变质锆石 LA ICPMS (900~1000)~800 ZhangChuanlinetal.,2007a 26 塔中 闪长岩 角闪石 Ar Ar 891~1197 李曰俊等, 阿克苏 阿克苏群 见文中详细讨论 ZhuWenbinetal., 库尔勒东 元古代片麻岩 变质锆石 LA ICP MS 1042±21 ZhangChuanlinetal.,2011a 29 阿卡孜 A 型花岗岩 岩浆锆石 SHRIMP 2410±20 ZhangChuanlinetal.,2007b

5 第 5 期 张传林等 : 塔里木地块前寒武纪地质研究进展评述 927 ( 续表 1) 时代序号地点岩石类型测试矿物测试方法测试结果 (Ma) 资料来源 新元古代 30 兴地 花岗岩 锆石 LA ICPMS 798±7 ShuLiangshuetal., 兴地 花岗岩 锆石 LA ICPMS 806±8 ShuLiangshuetal., 兴地 花岗岩 锆石 LA ICPMS 775±12 ShuLiangshuetal., 库尔勒东 元古代片麻岩 变质锆石 LA ICP MS 752±13 ZhangChuanlinetal.,2011a 34 兴地南 花岗岩 锆石 LA ICP MS 798±6 邓梁兴等, 兴地南 辉绿岩 锆石 LA ICP MS 813±41 邓梁兴等, 且干布拉克 碳酸岩 斜锆石 TIMS 810±6 ZhangChuanlinetal.,2007a 37 且干布拉克 含长辉石岩 锆石 SHRIMP 817±11 ZhangChuanlinetal.,2007a 38 太阳岛 奥长花岗岩 锆石 SHRIMP 795±9 ZhangChuanlinetal.,2007a 38 兴地 英云闪长岩 锆石 SHRIMP 820±10 ZhangChuanlinetal.,2007a 40 I 号超镁铁岩 紫苏辉长岩 锆石 SHRIMP 762±6 ZhangChuanlinetal.,2007a 41 兴地南 基性岩墙 锆石 SHRIMP 824±9 ZhangChuanlinetal.,2007a 42 兴地南 基性岩墙 锆石 SHRIMP 777±10 ZhangChuanlinetal.,2007a 43 阿斯干 基性岩墙 斜锆石 TIMS 773±3 ZhangChuanlinetal.,2007a 44 阿克苏 基性岩墙 锆石 SHRIMP 760±7 ZhangChuanlinetal.,2007a 45 兴地东 花岗闪长岩 锆石 LA ICPMS 785±8 LongXiaopingetal., 兴地东 花岗闪长岩 锆石 LA ICPMS 798±3 LongXiaopingetal., 兴地东 花岗闪长岩 锆石 LA ICPMS 790±3 LongXiaopingetal., 兴地东 花岗闪长岩 锆石 LA ICPMS 754±4 LongXiaopingetal., 库尔勒北 基性岩墙 锆石 SHRIMP 629±7 ZhuWenbinetal., 库尔勒北 基性岩墙 锆石 SHRIMP 652±7 ZhuWenbinetal., 库尔勒北 基性岩墙 锆石 SHRIMP 642±7 ZhuWenbinetal., 贝义西组 火山岩 锆石 SHRIMP 740±7 XuBeietal., 贝义西组 火山岩 锆石 SHRIMP 725±10 XuBeietal., 扎摩克提组 火山岩 锆石 SHRIMP 615±6 XuBeietal., 许许沟 基性岩墙 锆石 SHRIMP 802±9 ZhangChuanlinetal.,2010b 56 库地 双峰式侵入岩 锆石 SHRIMP 783±10 ZhangChuanlinetal.,2006a 57 全集地块 基性岩墙 锆石 SHRIMP 821±16 LuSongnianetal., 塔中 闪长岩 角闪石 Ar Ar 790~740 GuoZhaojieetal.,2005 中元古代阿克苏群是塔里木地区近年来研究最多的一套浅变质强变形的火山 沉积岩系, 我们在后面的章节对其进行详细论述 4 新元古界研究进展 以高振家等为代表的老一辈地质学家对塔里木新元古界做了大量的研究 ( 高振家等,1984,1985), 尤其是他们建立的基本地层单元, 仍是我们现今研究的重要基础 以徐备为代表的对库鲁克塔格地区新元古代火山岩的准确定年以及对该地区冰碛岩阶段的划分 (XiaoShuhaietal.,2004;XuBeietal., 2009), 充分说明库鲁克塔格地区保留了我国最完整的冰碛岩剖面, 且与我国华南地区以及全球其他重要大陆块体上的冰碛岩具有很好的可比性 (Corkeron,2008;Wiliamsetal.,2008;WangJianet al.,2003) 在库鲁克塔格以西的阿克苏地区, 新元古界直接不整合在阿克苏群之上 从下到上分别为巧恩布拉克组 尤尔美那克组 苏盖特布拉克组和 奇格布拉克组 ( 高振家等,1984) 该地区的冰碛岩大致可以和库鲁克塔格地区中上部冰碛岩层位对比 ( 高振家等,1984; 新疆地质矿产局,1991) 另外, 在苏盖特布拉克组中发育部分大陆拉斑玄武岩 ( 王飞等,2010) 在塔里木西南地区, 新元古代沉积岩主要分布在阿卡孜至许许沟一带 ( 图 1a) 该地区新元古代早期沉积组合丝路群和贝义西组极其相似, 主要为一套低成熟度的碎屑岩夹少量的火山岩 ( 马世鹏等,1989; 王爱国等,2004) 在这套沉积岩之上, 沉积了巨厚的新元古代冰碛岩 ( 恰克马克力克群 ) 与库鲁克塔格地区冰碛岩不同的是, 塔里木西南的冰碛岩期次不明显, 而且主要为大陆冰川沉积 ( 王爱国等,2004) 到目前为止, 尚没有对这一地区的冰碛岩做深入的研究工作 5 对阿克苏蓝片岩时代的讨论 长期以来, 阿克苏群被认为是中元古代 新元

6 928 地质论评 2012 年 古代早期的变质火山 沉积岩系 由于其特殊的岩 Chuanlinetal.,2009) 这一年龄在误差范围内与石组合 ( 含蓝片岩 ) 对其形成年龄及变质年龄存在早期报道的年龄一致, 误差也降低很多 另外从锆的重大分歧以及它对塔里木新元古代构造演化的重石的形态以及高的 Th/U 比值分析, 以及在野外基要意义, 我们将其单独列出进行讨论 性岩墙没有侵入到尤尔美那克组的基本事实, 我们阿克苏蓝片岩自发现之日起, 便引起全世界地认为所获得的年龄代表了阿克苏基性岩墙的年龄 质学家的关注 ( 陈哲夫等,1993;Nakajimaetal., 这表明阿克苏蓝片岩的形成年龄不晚于 760Ma 1990;Liouetal.,1996) 该蓝片岩曾被认为是世 (3)ZhuWenbin 等 (2011) 获得的阿克苏群变质界上保留最完整的前寒武纪蓝片岩 ( 肖序常等, 岩中的锆石 LA ICPMSU Pb 年龄是阿克苏群近年 2000) 然而, 对该蓝片岩的时代, 根据地层学的约来获得的最重要的研究成果 ( 图 3) ZhuWenbin 束, 可以将该蓝片岩的时代确定为前寒武纪, 但其准等 (2011) 认为所测试的锆石均为碎屑锆石, 并将阿确的年龄, 一直没有得到很好的解决 幸运的是, 最克苏群的变质时代界定于 730~600Ma 之间, 并结近的研究基本可以把该蓝片岩形成的时代限制在一合早期获得一个不精确的 700Ma 的 39 Ar/ 40 Ar 年龄, 个很小的范围 其主要的制约条件包括以下几个方认为阿克苏蓝片岩是冈瓦那大陆汇聚过程中的产物面 : ( 泛非造山事件 ) 对这一解释我们在这里做重点 (1) 地层学证据 : 含蓝片岩的阿克苏群变质岩讨论 其上被震旦系尤尔美那克组不整合覆盖 首先,ZhuWenbin 等测试的三个变质碎屑岩总 (2)ChenYan 等 (2004a) 最早报道了切穿阿克计 242 个测试点, 年龄分布特征一致, 因此可以将它苏群面理且没有变质变形的阿克苏基性岩墙群锆石们放在一起处理并讨论 从测试的结果分析, 年龄 SHRIMPU Pb 年龄为 803±31Ma, 后来这一年龄又的谐和度高, 可以认为所有分析数据可靠有效 在被修正为 781±24Ma(ZhanShengetal.,2007) 这 242 个测点中, 有三个有效点的 206 Pb/ 238 U 年龄小很显然, 这二个年龄值的误差都偏大, 也没有见到作于 650Ma 由于采用锆石原位定年 ( 无论是 LA 者的原始数据 我们通过两次取样分析, 最终获得 ICPMS SHRIMP 或是 SIMS), 数据的处理都是建立锆石 SHRIMP U Pb 年龄为 759 ±9Ma(Zhang 在数理统计的基础上的 三个测试点在 242 个测试点中, 其概率为 1 2%, 属于小概率事件, 因此不具有明确的地质含义, 应排除进一步讨论范畴 其余 239 个测点的年龄统计见图 3 从图 3 分析, 所有测试的锆石被分为两个群体, 分别是 1940Ma 和 800Ma 相对年轻的群体, 进一步统计出现两个微弱的峰值, 分别是 785Ma 和 843Ma 从 ZhuW B 等提供的锆石 CL 图像分析,1940Ma 的锆石几乎都有一定的 磨图 2 塔里木前寒武纪年龄分布频率图圆 度, 很显然是经 Fig.2HistogramofthePrecambrianagesfromTarimBlock 过剥蚀搬运后沉积

7 第 5 期 张传林等 : 塔里木地块前寒武纪地质研究进展评述 ), 这是因为 U 在变质过程中的活动性远高于 Th 所造成的 然而, 最近的研究表明, 变质锆石的 Th/U 比值受到温度 压力和流体性质的影响, 在高温和 / 或高压条件下结晶的锆石, 常常具有高的 Th/U 比值, 如 Santosh 等 (2007) 对华北地区副片麻岩中的变质锆石定年表明, 几乎所有的锆石都具有大于 1 0 的 Th/U 比值, 部分锆石的 Th/U 比值达到 3 以上 根据上述, 我们推测, 图 3 阿克苏群变质碎屑岩的年龄分布特征 ( 原始数据据 ZhuWenbin,etal.,2011) 800Ma 的锆石, 应是 Fig.3HistogramofthezirconU Pbagesofthemetamorphicclasticrocksfrom 变质成因, 而不是碎 AksuGroup(originaldataarefromZhuWenbinetal.,2011) 屑锆石 只有这样, 的碎屑锆石 800Ma 的锆石, 从 Zhu 等提供的 CL 图像分析, 具有以下几个方面的特点 :1 大部分锆石呈柱状, 且部分锆石具有非常好的晶形 ( 见 Zhu Wenbin 等文章中的图 3 中的 07A 24 87,07A ,07A );2 部分锆石具有不明显的生长环带且具有明亮的 CL 图像 ( 如 07A 24 87,07A ,07A ,ZhuWenbinetal.,2011), 与很多变质成因的锆石相似 ;3 测试结果显示它们具有较高的 Th/U 比值 ( 大部分大于 1 0, 少数在 2 0 以上 ), 这些比值显然高于很多花岗岩中的岩浆锆石 在库鲁克塔格地区, 新元古代花岗岩极为发育, 出露面积大于 5000km 2 (ZhangChuanlinetal.,2007a) 从目前获得的高精度测年结果分析, 这些花岗岩中锆石一般具有低于 1 0 的 Th/U 比值 而库鲁克塔格地区新元古代基性岩类分布面积远远小于花岗岩的分布面积 或者我们即使认为阿克苏群的碎屑物质绝大部分来自新元古代基性岩类, 那么它们的 CL 图像却和新元古代基性岩中的锆石有显著差异, 因此这一推测很难成立 众所周知, 变质锆石 ( 包括热液成因的锆石 ) 一般具有低的 Th/U 比值 (< 才与本区基本的区域地质资料吻合, 由于高压变质作用, 也可以很好地解释为什么这些锆石都有高的 Th/U 比值 我们不排除 840Ma 左右的锆石可能部分来自剥蚀源区或是火成岩结晶的锆石, 因为阿克苏群是一套火山 沉积岩组合, 其火山岩具有显著的岛弧特征 (Liouetal.,1996) 因此, 即使在变质碎屑岩中, 可能包含部分凝灰质的火山物质 那么对阿克苏群的沉积时代, 就存在以下几种可能 :1 如果部分 840Ma 左右的锆石是来自凝灰质火山岩, 那么其沉积时间应在 840Ma 左右, 在 780Ma 发生变质 ;2 如果 840Ma 的锆石是碎屑锆石, 那么沉积时限可界定在 840~780Ma 之间 ;3 如果 840Ma 的锆石是变质锆石, 那么其沉积时代可能属于中元古代中 晚期 从 ZhuWenbin 等 (2011) 提供的锆石图像分析, 我们推测第一种可能性比较大 但要准确地界定阿克苏群的沉积时代, 还需要做更细致的工作 6 新元古代火成岩研究概述 在塔里木北缘的库鲁克塔格地区, 新元古代侵入岩极为发育 ( 图 1) 据不完全统计, 出露面积达

8 930 地质论评 2012 年 到 5000km 2 以上 ( 新疆地质矿产局,1993;Zhang Chuanlin,etal.,2007a), 和这些侵入岩相关的中基性火山岩在新元古代地层中也广泛发育 ( 高振家等,1984a;1984b; 新疆地质矿产局,1999;Zhang Chuanlinetal.,2010b;2011b) 从岩石组成看, 新元古代侵入岩独具特色, 岩石类型极其复杂 ( 图 1b), 包括超镁铁 镁铁 碳酸岩杂岩 ( 且干布拉克杂岩体, 孙宝生等,2007;2008; 姜常义等,2005; ZhangChuanlinetal.,2007a) 角砾状云母橄榄岩脉 ( 中途站侵入杂岩脉群, 冯本智等,1995) 拉斑质超镁铁 镁铁杂岩 (Zhang Chuanlin, etal., 2011b) 超镁铁 镁铁 花岗岩双峰式侵入杂岩 巨量的基性岩墙群 (Zhuetal.,2008; 邓兴梁等, 2008;ZhangChuanlin,etal.,2009;2010b) 大规模的花岗岩等等 (ZhangChuanlinetal.,2007a) 从形成时代上分析, 跨越的时间长但又表现出显著的阶段性, 主要包括以下几个阶段 :820~800Ma,780 ~760Ma,740~735Ma,650~630Ma)( 表 1) 对于该地区新元古代侵入岩形成的构造背景, 前人认为是晋宁造山事件的产物 ( 新疆地质矿产局,1993; 陈哲夫等,1993; 姜春发,1997; 张良臣等,1995; 姜常义等,2005; 冯本智等,1995;GuoZhaojieetal., 2005; 李曰俊等,2005) 但近年来,Xu Bei 等 (2005;2009) Lu Songnian 等 (2008) Zhang Chuanlin 等 (2006a;2007a;2009b,2011a,2001b) 邓兴梁等 (2008) 王超等 (2009) 王飞等 (2010) 通过比较细致的区域地质 年代学及地球化学综合研究, 提出该地区新元古代火成岩并不是造山事件的产物, 而可能与大陆裂解有关 但这一认识尚存在很多争议 (Guo Zhaojie, etal., 2005; Zhang Chuanlin,etal.,2006b) 花岗岩 : 库鲁克塔格地区新元古代花岗岩主要形成于 820~800Ma 之间 (ZhangChuanlinetal., 2007a;LongXiaopingetal.,2011;ShuLiangshuet al.,2011), 另有少量的形成于 760Ma 左右 (Shu Liangshuetal.,2011) 在区域上出露面积在 4000 km 2 以上 研究表明, 这些花岗岩具有 adakite 岩特征, 主要表现为具有高轻稀土 (LREE) 和大离子亲石元素 (LILE) 而强烈亏损重稀土 (HREE) 和高场强元素 (HFSE), 因此出现高的 LREE/HREE 及 LILE/ HFSE 比值 (Sr/Y), 与 adakite 岩相似 根据该地区新元古代花岗岩低的 Mg # 值和与该区太古代岩石相似的 Nd Hf 同位素组成 (ZhangChuanlinetal., 2007a;LongXiaopingetal.,2011), 表明这些新元 古代花岗岩来自太古代镁铁质岩石部分熔融, 熔融发生的深度大于 30km 一般说来, 花岗岩的地球化学特征主要受制于其源区的岩石组成和熔融温度 压力条件, 而不取决于形成的构造背景 相对而言, 基性岩类, 尤其是未受到显著混染的玄武岩或辉绿岩岩墙, 对构造环境判别更具有实际意义 超镁铁 镁铁杂岩和基性岩墙 : 近年来对塔里木北缘不同类型的镁铁 超镁铁岩所做的工作表明, 该区的镁铁 超镁铁岩可分以下几个阶段和类型 (ZhangChuanlinetal.,2007a;ZhangZhiyonget al.,2009a;zhuwenbinetal.,2008):1 820Ma 超镁铁 镁铁 碳酸岩杂岩及超镁铁岩脉 基性岩脉 ; 2 780~760Ma 超镁铁 镁铁杂岩及巨量基性岩墙群 ;3 740~735Ma 双峰式侵入杂岩 基性火山岩 ; 4 650~635Ma 基性岩墙 ( 表 1) 研究表明, 该地区的镁铁 超镁铁岩类具有拉斑系列特征, 部分表现出钙碱性向拉斑系列过渡性特征 从岩石的稀土和微量元素分析, 几乎所有的岩石无一例外地显示富集轻稀土和大离子亲石元素而亏损重稀土和高场强元素 采用高场强元素对构造环境的判别表明, 几乎所有测试的样品均处于岛弧区 然而, 通过对且干布拉克辉石岩 760Ma 的 I 杂岩体中辉长岩以及 735Ma 的 I 号 IV 号岩体中的单斜辉石电子探针分析表明, 从早期到晚期, 单斜辉石的 TiO 2 含量均表现出比较大的变化范围, 部分测试点表现出明显的高 Ti 特征, 这与经典的岛弧区超镁铁 镁铁杂岩中的单斜辉石有显著差异 我们对库陆克塔格巨量的基性岩墙以及侵入于阿克苏群的基性岩墙工作表明, 它们均属于拉斑系列 (ZhangChuanlinetal., 2009b), 尽管显示某些岛弧玄武岩特征 ( 如低的 Nb/La 比值, 低的 HFSE 含量 ), 但总体上, 它们的 HFSE 含量远远要高于岛弧玄武岩的含量范围 在塔里木西南地区, 新元古代基性岩墙 (802±9Ma) 以及库地双峰式侵入杂岩 (783±10Ma) 均具有典型的 OIB 特征 ( 张传林等,2003;ZhangChuanlinetal, 2006a;2010b) 这与塔里木北缘的基性岩墙和超镁铁 镁铁杂岩形成显著的差异 7 讨论 7.1 前寒武纪构造演化与全球性的超大陆事件的耦合关系从最近几年新获得的野外资料, 结合一些高精度的年代学和地球化学测试分析, 笔者等可以确定塔里木早前寒武纪两次重要的构造 岩浆 变质事

9 第 5 期 张传林等 : 塔里木地块前寒武纪地质研究进展评述 931 件 一次发生在新太古代中 晚期, 以大规模的 TTG 形成为代表, 最终以 2 53Ga 的高 Ba Sr 花岗岩侵入为结束标志, 代表了塔里木太古代原始陆壳的形成 由于来自镁铁质下地壳部分熔融形成的高 Ba Sr 花岗质岩浆的熔融条件必须是在一定的高压环境, 因此有理由推测在太古代晚期, 塔里木地壳厚度应在 30km 以上, 因此已经具有相当规模的陆壳 塔里木早前寒武纪最重要的构造 岩浆 变质事件发生在古元古代晚期 (2 0~1 8Ga) 这一构造事件不仅使该地区古元古代沉积岩发生中高级的变质作用, 形成了一套类似孔兹岩系的变质岩系统, 而且使该地区太古代 TTG 以及少量的古元古代早期的侵入岩也发生全面的变质改造, 如在库鲁克塔格地区的太古代 TTG 和塔里木西南 2 4~2 3Ga 的花岗岩中, 均有很好的 1 9~1 8Ga 的变质事件记录 (ZhangCL,etal.,2007b,2011a) 另外, 从区域地质背景分析, 在库鲁克塔格地区, 前人的资料表明, 中元古界角度不整合在古元古代兴地塔格群高级变质岩之上 尽管我们多次的野外调查没有见到这一不整合面, 但显著的变质及变形差异, 无疑代表了古元古代末期强烈的造山事件 Columbia 超大陆是最近十年才渐渐引起地质学家重视的一个概念, 最早由 Roger 于 2002 年命名 Roger 的 Columbia 复原图包括了三个主要的大陆块体, 即先期已经存在的 Ur,Neua 和 Atlantica 等三个大陆块体 ZhaoGuochun 等 (2002,2010) Santosh 等 (2009) 对 Columbia 超大陆的研究做出了重要贡献, 尤其是对华北地区的研究, 几乎成为研究 Columbia 超大陆汇聚和裂解的经典案例 从全世界范围看, 塔里木是一个很小的陆块 但这一陆块却保留了完整的 2 0~1 8Ga 的构造 岩浆 变质记录 (ZhangChuanlinetal.,2011a;LongXiaopinget al.,2010), 充分表明 Columbia 超大陆汇聚是完全可能的 ( 图 4) 这里必须指出的是, 我们迄今没有在塔里木发现可靠的中元古代晚期 Columbia 超大陆裂解的相关岩浆岩记录, 只是在天山发现了 1 4Ga 的花岗岩, 但天山的基底是否是塔里木基底的一部分, 现在还没有可靠的证据, 至少 HuAiqing 等 (2000) 的研究表明, 天山与塔里木具有完全不同的陆壳生长历史 最近, 在塔里木西南,1/5 万区域地质调查中发现 1 4Ga 片麻状花岗岩, 但这一信息尚需要验证 7.2 塔里木在 Rodinia 超大陆汇聚和裂界过程中的构造 岩浆 变质响应 : 板块俯冲和地幔柱共同作用的可能性板块构造和地幔柱是驱动地球岩石圈演化最终的动力 要合理地解释库鲁克塔格地区新元古代复杂多样且分布广泛的新元古代侵入岩形成的地球动力学背景, 我们需要综合考虑区域地质基本事实以及取得的系统实验观察结果 首先, 塔里木与澳大利亚会聚发生在 1 0~ 0 9Ga 的证据来自以下几个方面 : (1) 塔里木西南地区中元古代浅变质岩系中黑云母和角闪石的年龄为 1 0Ga, 而碎屑岩中出现大量的 1 0~0 9Ga 的变质锆石 新元古界以显著的角度不整合覆盖在这套变质岩之上 (2) 无论在库鲁克塔格还是在全集地区, 都发育了 1 0~0 9Ga 的片麻状花岗岩, 且在库鲁克塔格早前寒武纪副片麻岩中, 有 1 1~0 9Ga 的变质记录 而这些地区的新元古代中晚期侵入岩, 均没有发生变质变形 (3) 来自阿克苏基性岩墙的古地磁资料也表明, 塔里木在新元古代时期与澳大利亚相邻 在 820~760Ma 阶段的构造演化, 需要综合考虑以下几个方面 : (1) 到目前为止, 在塔里木北缘尚没有发现具有洋岛玄武岩 (OIB) 性质的玄武质岩石, 所有的基性岩类具有拉斑系列或拉斑向钙碱性系列过渡特征 (2) 阿克苏蓝片岩主期变质年龄发生在 780Ma 左右, 这表明在这一时期还存在强烈的俯冲, 形成高压变质岩 (3)770~760Ma 的巨量基性岩墙群, 说明在这一时期, 地幔大规模的部分熔融 研究表明, 塔里木北缘的基性岩墙和塔里木西南地区基性岩墙 ( 包括辉长岩 ) 具有显著差异, 地球化学特征显示它们是来自被俯冲流体 / 熔体交代的岩石圈部分熔融 众所周知, 在单一的岛弧环境下, 是不可能形成巨量基性岩墙的 基性岩墙群绝大多数形成于伸展背景 放射状基性岩墙往往是寻找地幔柱活动中心的最主要证据 (4) 在塔里木北缘分布了大约 4000km 2 的 820 ~760Ma 的花岗岩, 这些花岗岩无一例外地来自太古代基性下地壳的部分熔融, 要形成如此巨量的花岗岩, 其需要的热量必须是地幔玄武岩浆底侵来提供 要同时满足上述条件, 最合理的模式是地幔柱

10 ９３２ 地 质 论 评 ２ ０ １ ２年

11 第 5 期 张传林等 : 塔里木地块前寒武纪地质研究进展评述 933 图 4 塔里木前寒武纪地壳结构 构造演化阶段和全球性的超大陆事件之间的耦合关系示意图 Fig.4AschematicdiagramtoilustratethePrecambriancrustalcompositionandevolutioninTarimBlock,crustalstructure, andmajortectoniceventscorespondingtotheasemblyandbreakupofglobalsupercontinents Columbia 图据 ZhaoGuochun 等 (2002),Rodinia 图据 LiZhengxiang 等 (2008) 1 英云闪长岩 奥长花岗岩 花岗岩 ;2 辉长岩包体 ; 3 新元古代超镁铁 镁铁岩 / 花岗岩,4 强变形角闪岩相变质的古元古界 ;5 火山 碎屑岩 ;6 砾岩 / 冰碛岩 ;7 碳酸岩 / 基性岩墙 ; 8 造山带 ;9 扩张脊 / 俯冲汇聚 SC 华南 ;S 西伯利亚 ;SAF 南非 ;T 塔里木 ;G 格林兰 ;AU 澳大利亚 ;NA 北美 ;IND 印度 ;EA 东南极 ;SA 南美 ;WAF 西非 ;NC 华北 ;BA 波罗地 ( 包括东欧地块 );LA 劳伦 ;KA 卡拉哈里 ;AM 亚马逊 ;CS 刚果 ConfigurationoftheColumbiaandRodiniasuper continentswasafterzhaoguochunetal.(2002)andlizhengxiangetal.(2008),respectively. 1 tonalite trondjemite granite,2 gabbroenclave,3 Neoproterozoicultramafic maficcomplex,4 intensivelydeformedandmetamorphic Paleoproterozoic,5 volcano clastics,6 conglomerate/tilite,7 carbonatite/maficdykes,8 orogenicbelt,9 ocenicridge/subductionzone. SC SouthChina,S Siberia,SAF SouthAfrica,T Tarim,G Greenland,AU Australia,NA NorthAmerica,IND India,EA East Antarctica,SA SouthAmerica,WAF WestAfrica,NC NorthChina,BA Baltica(includingEasternEurope),LA Laurentia,KA Kalahari,AM Amazonia,CS Congo SaoFrancisco 上升达到岩石圈地幔时, 在塔里木北缘还存在向大陆一侧的俯冲 地幔柱和板块俯冲共同作用不仅导致了大规模的复杂多样的火成岩形成, 而且也可以解释玄武质岩石的拉斑及拉斑 钙碱性过渡的地球化学特征 (ZhangChuanlinetal.,2011b) 塔里木北缘的俯冲可能在 760Ma 结束 以贝义西组底部火山岩 (740Ma) 为代表的新元古界的沉积, 以及 735Ma 的 I IV 号双峰式侵入杂岩, 表明塔里木从澳大利亚北缘的分离, 这也是 Rodinia 超大陆解体的开端 ( 图 4) 8 结论 综合上述, 我们对塔里木前寒武纪构造演化做如下总结 : (1) 太古代时期, 塔里木经历了与世界其他克拉通相似的演化过程, 在 2 8~2 6Ga 期间形成了以 TTG 为主的初始大陆地壳, 以 2 53Ga 的高 Ba Sr 花岗岩为标志, 代表了太古代构造演化阶段的结束 (2) 古元古代早期塔里木可能经历了一次裂解事件, 在古元古代晚期 (1 9~1 8Ga) 发生的造山事件, 使古元古界发生全面的变质变形, 形成了一套类似孔兹岩系的中高级变质岩系, 这一造山事件和全球的 Columbia 超大陆的汇聚有关 (3) 在漫长的中元古代, 塔里木发育了类似被动大陆边缘的沉积建造, 这表明 Columbia 超大陆可能在地质历史上存在了很长时间 (ZhaoGuochunet al.,2002) 1 0~0 9Ga 发生的造山事件使塔里木汇聚到澳大利亚北缘, 形成了全球统一的 Rodinia 超大陆, 而在这一时期, 塔里木北缘属于活动大陆边缘 (4) 在 820~760Ma 期间, 在塔里木地块北缘仍 然存在持续的洋壳俯冲, 导致这一地区的岩石圈地幔被来自俯冲板片的脱水和 / 或部分熔融所形成的熔体所交代, 形成高度不均一且主体显示富集特征的岩石圈地幔 而地幔柱的上升, 导致岩石圈地幔部分熔融, 形成大规模且同时具有大陆裂解和岛弧特征的基性岩墙及超镁铁 镁铁杂岩群 同时, 由于塔里木北缘洋壳俯冲作用, 使的这一地区的地壳加厚, 地幔柱的加热作用, 使这一地区的以太古界为主的基性下地壳在相对深的位置发生大规模熔融, 形成该区巨量的具有以高 Sr 低 Y 为特征的花岗岩 (Adakite like) 侵入 (5) 从 740Ma 开始, 塔里木与澳大利亚分离, 新元古代开始接受沉积, 这一事件代表了 Rodinia 超大陆解体 致谢 : 在对塔里木前寒武系十年的研究过程中, 得到了很多学者的悉心指导 帮助, 他们是 : 陆松年研究员 李献华研究员 李正祥教授 舒良树教授 徐备教授 徐义刚研究员 李惠民研究员 任纪舜院士 李庭栋院士 肖庆辉研究员 芮行健研究员等等, 在此对他们表示诚挚的感谢和敬意 南京大学舒良树教授对文章初稿作了细致的评审, 章雨旭研究员对稿件进行了认真细致的修订, 在此深表感谢 参考文献 / References 陈哲夫, 徐新, 梁云海 新疆构造手风琴式开合演化的基本特点, 中国区域地质,1(1):55~57. 邓兴梁, 舒良树, 朱文斌, 马东升, 王博 新疆兴地断裂带前寒武纪构造 岩浆 变形作用特征及其年龄. 岩石学报,24(12): 2800~2808. 高振家, 王务严, 彭文昌. 等 新疆震旦系. 乌鲁木齐 : 新疆人民出版社,5~78. 高振家, 朱诚顺 新疆前寒武纪地质. 乌鲁木齐 : 新疆人民出版社,12~45. 胡霭琴, 张国新, 张前锋, 陈义兵 天山造山带基底时代和地

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