王逸瓊，朱文斌，羅 夢

內(nèi)生金屬礦床成礦機制研究國家重點實驗室，南京大學 地球科學與工程學院，南京 210023

前寒武的變質(zhì)巖和混合巖富含了地殼長期演化的信息，如巖漿活動、抬升剝露以及地殼尺度的沉降。目前對中天山微陸塊的研究集中于同位素定年、巖石地球化學判斷成因及源區(qū)性質(zhì)等方面，關于基底形成后的構造演化研究數(shù)據(jù)較少。中天山地區(qū)基底露頭為研究基底長期的t-T演化提供了天然場所，通過低溫熱年代學數(shù)據(jù)結合鋯石U-Pb測年、40Ar/39Ar測年等資料，可以重建從元古代一直到中新生代基底長期演化歷史，并討論其與塔里木以及北山的親緣性。

1 地質(zhì)背景

天山造山帶位于中亞造山帶西南（圖1），東起甘肅—新疆交界的星星峽地區(qū)，西至哈薩克斯坦境內(nèi)，東西向延伸超過 3000 公里；其南北分別是塔里木克拉通和準噶爾盆地。中天山以大規(guī)模島弧及增生雜巖為特征，被認為是世界上規(guī)模最大的增生造山帶之一（Khain et al., 2002; Tomurtogoo et al., 2005; Windley et al., 2007）。地理位置上，通常將東經(jīng) 90 度以東的天山地區(qū)稱為東天山（Xiao,2003; Wang et al., 2011）?；跀嗔押涂p合帶的位置，東天山由北向南又可以進一步分為北天山島?。∟TS）、中天山微陸塊（CTS）和南天山縫合帶（STS）。中天山微陸塊（CTS）大致呈東西向延伸，其北界為阿奇庫都克-尾亞斷裂，南部以卡瓦布拉克斷裂為界，區(qū)域內(nèi)出露的巖石主要有前寒武紀基底巖石和古生代至早中生代的花崗質(zhì)巖石（圖2）（胡靄琴等，1986；胡受奚等，1990;顧連興等,1990；高振家等, 1993）。

圖1 新疆天山構造示意圖（據(jù)He et al., 2014修改）Fig. 1 Tectonic sketch map of the Chinese Tianshan Belt

中天山地塊前寒武紀基底巖石主要由三個部分組成：中元古代早期混合巖化片麻巖、新元古代眼球狀片麻巖和一套中元古代晚期變質(zhì)表殼巖。區(qū)內(nèi)最古老的基底巖石為1.4 Ga的中元古條帶狀混合巖化片麻巖，前人通過野外觀察、鏡下觀察、鋯石U-Pb定年、Hf同位素、微量元素測量等工作表明（胡靄琴, 2006; Lei et al., 2013; 黃河等, 2015;Huang et al., 2014），其具有典型的活動大陸邊緣巖漿弧地球化學特征。

星星峽群覆蓋在1.4 Ga的條帶狀片麻巖之上（圖3），是由1.3~2.0 Ga和0.8~1.0 Ga 沉積物組成一套變質(zhì)地層。在研究區(qū)大面積出露，主要巖石類型為石英巖、石英片巖、大理巖、斜長角閃巖、副片麻巖和鈣硅酸巖。約 0.9 Ga星星峽群被后期的巖漿活動侵入，野外可見明顯侵入邊界，并在區(qū)域內(nèi)形成了一套新元古代眼球狀片麻巖，它們整體與1.4 Ga片麻巖具有一致的近北東走向片麻理。許多學者對這些前寒武紀的正—副變質(zhì)巖進行了大量的研究工作，認為這些巖石整體經(jīng)歷了角閃巖相到麻粒巖相的變質(zhì)作用（He et al., 2014, 2015； Mao et al., 2015; Huang et al., 2014）。

圖3 星星峽群剖面圖AA’Fig. 3 AA’geological section of Xingxingxia Group

卡瓦布拉克群在研究區(qū)出露面積有限，巖石類型為粒狀大理巖、透輝石大理巖、條帶狀大理巖、含炭質(zhì)、硅質(zhì)碎屑細粒條帶狀大理巖和石英云母片巖、石英巖、變質(zhì)灰?guī)r。研究區(qū)內(nèi)可見星星峽群與卡瓦布拉克群接觸關系，為不整合接觸。

古生界地層主要是石炭系雅滿蘇組和底坎爾組地層全部出露于研究區(qū)西北部沙泉子-阿其克庫都克斷裂以北，二者為角度不整合接觸。巖漿活動以石炭紀和二疊紀為峰期出露面積約占中天山微陸塊地表面積的50%。

2 樣品采集與結果

研究區(qū)采樣點分布位置見圖2，采樣點具體信息見表1。星星峽地區(qū)一共采樣9塊。整體來說星星峽地區(qū)采集樣品分為兩類,一類為以元古代變質(zhì)基底為主的星星峽群石英片巖、片麻巖和眼球狀片麻巖為主，如樣品X15-20-1、16XX-6、16WX-6、16WX-7、16WX-10、16WX-13；另一類以區(qū)域內(nèi)大量出露的古生代—三疊紀花崗巖和花崗閃長巖為主，如樣品16WX-9(2)、16WX-12、16WX-17(2)。其中，X15-20-1用于白云母40Ar/39Ar測年，16XX-6用于黑云母40Ar/39Ar測年，16WX-6、16WX-7、16WX-9(2)、16WX-10、16WX-12、16WX-13、16WX-17(2)用于磷灰石裂變徑跡測年。

表1 星星峽地區(qū)樣品信息Table 1 Sample information in Xingxingxia region

圖2 東天山星星峽地區(qū)采樣點分布圖（據(jù)星星峽1:5萬變質(zhì)基底專題地質(zhì)天圖匯報修改）Fig. 2 Samples locations in Xingxingxia region of Eastern Tianshan

2.1 實驗方法

本研究的40Ar/39Ar測年在科廷大學氬—氬實驗室完成。采用每3~4個樣品中間插入一個空白標樣，空白樣40Ar含量為1×10-16~2×10-16mol。使用110W Spectron Laser Systems Nd：YAG激光器（1064 nm）進行樣品的持續(xù)加熱，在樣品上連續(xù)掃描1分鐘以確保樣品溫度均勻。同位素比率用M.O. McWilliams編寫的Argus程序，在LabView環(huán)境中運行獲得。原始數(shù)據(jù)使用ArArCALC軟件處理。

磷灰石裂變徑跡采用激光剝蝕-電感耦合等離子體質(zhì)譜分析（Laser Ablation Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry，以下簡稱LA-ICP-MS）法進行年齡測定。樣品制備和徑跡計數(shù)在南京大學裂變徑跡實驗室完成，磷灰石238U含量的測定在中國地震局地質(zhì)研究所地震動力學國家重點實驗室完成，采用Agilent 7900型四極桿電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（Q-ICP-MS）和Resolution M50-LR型ArF準分子激光剝蝕系統(tǒng)（LA），能量密度為2.4 J/cm2，束斑直徑為26 μm，頻率為10 Hz，剝蝕時間為15秒，標樣為NIST 610、NIST 612和Durango磷灰石。本研究對樣品16WX-6、16WX-7、16WX-9(2)、16WX-17(2) 4個磷灰石樣品進行了電子探針分析，以獲得其Cl/F含量。實驗在南京大學地球科學學院內(nèi)生金屬礦床成礦機制研究國家實驗室完成， 使用 JXA-8100（JEOL）電子探針，探針束流 20 μA，加速電壓為 15 kv，電子束斑直徑 1 μ，實驗標樣為來自美國國家標準局的天然礦物、中國標委的合成礦物。

2.2 40Ar/39Ar年齡結果

X15-20-1和16XX-6為采自星星峽群云母石英片巖，由測定的40Ar/39Ar坪譜圖可見（圖4），X15-20-1坪 年齡為266.46±2.25 Ma。反 等 時線年齡為266.20±2.77 Ma，與坪年齡基本一致。MWSD為1.20，擬合度良好，40Ar/36Ar的初始比值為306.5±41，與現(xiàn)代空氣氬比值295.5在存在一定誤差，略高的氬比值可能與樣品形成年齡太老，形成于地球深部環(huán)境有關（Wang et al., 2013）。為了消除這種誤差，本研究選擇使用反等時線年齡代表40Ar/39Ar體系的實際年齡，即樣品X15-20-1的白云母40Ar/39Ar年齡為266.20±2.77 Ma。16XX-6的坪年齡為240.13±1.08 Ma。反等時線年齡為239.74±1.54 Ma，也與坪年齡基本一致。MWSD為1.03，擬合度非常高。而40Ar/36Ar的初始比值為314.7±42.9，仍表現(xiàn)出比現(xiàn)代空氣氬比值295.5高，有過剩氬的存在。因此本研究也采用反等時線年齡作為實際年齡，即樣品16XX-6的黑云母40Ar/39Ar年齡為239.74±1.54 Ma。

圖4 40Ar/39Ar階段升溫年齡譜及反等時線圖Fig. 4 40Ar/39Ar age spectra and Inverse Isochron

2.3 裂變徑跡年齡結果

一般樣品P(X2)（卡方檢驗數(shù)值）大于0.05，則代表樣品通過卡方檢驗，意味著樣品為單一組分。野外樣品除16WX-9(2)和16WX-10未能通過卡方檢驗，其余樣品全部為單一組分（表2；圖5）。16WX-7黑云二長片麻巖，變質(zhì)變形強烈，采自星星地區(qū)最古老的基底巖石為1.4 Ga的條帶狀片麻巖，中心年齡為91.7±3.5 Ma，P(X2)=0.32，平均徑跡13.10 μm，表明其快速通過部分退火帶。

圖5 星星峽地區(qū)地磷灰石裂變徑跡結果Fig. 5 Apatite fission track results in Xingxingxia region

表2 星星峽地區(qū)樣品磷灰石裂變徑跡測年結果Table 2 Apatite fission track dating results of samples in Xingxingxia region

16WX-6、16WX-10眼球狀片麻巖為星星峽群副變質(zhì)巖，變質(zhì)變形強烈，褶皺發(fā)育。其中16WX-6中心年齡為70.5±2.3 Ma，P(X2)=0.15通過檢測，平均徑跡長度為13.45 μm，表明其快速通過部分退火帶。16WX-10變形明顯，有深熔作用形成的條帶，片麻理傾向西北,中心年齡81.2±4.1 Ma，但該樣品未通過開方檢測。由于該樣品沒有長度信息而Dpar與年齡大小無相關性，故該樣品的單顆粒年齡分散可能是因為樣品在部分退火帶居留時間較長。

16WX-9（2）采自侵入到古老的星星峽群中古生代花崗閃長巖，該期侵入巖又被新一期花崗巖脈切穿。該樣品平均年齡82.2±6.3 Ma，其年齡未通過卡方檢測，平均徑跡長度為13.70 μm。巖漿巖的裂變徑跡年齡如果出現(xiàn)年齡分異，一般因為樣品成分差異或者長時間處在部分退火帶，但該樣品單顆粒Cl/F比值與單顆粒年齡沒有明顯關系，平均徑跡長度又比較長，猜測可能是因為樣品包裹體含量比較多，影響數(shù)據(jù)結果，因此該樣品裂變徑跡年齡僅供參考。 16WX-12同樣采自侵入星星峽巖體的花崗巖，磷灰石裂變徑跡年齡為92.5±4.1 Ma，P(X2)=0.14。Wang 等（2010）對此巖體做過詳細研究，該巖體的鋯石U-Pb年齡為236 Ma，無韌性變形。這表明巖體在三疊紀形成后未經(jīng)歷韌性變形從而限定星星峽地區(qū)韌性變形不會晚于236 Ma，之后該巖體在地下緩慢抬升，至晚白堊世（92.5 Ma）抬升至裂變徑跡的封閉溫度范圍內(nèi)（約地下4 km）。16WX-17（2）為露頭較小的黑云母花崗巖。樣品中心年齡為84.4±1.9 Ma，P(X2)=0.09，平均徑跡長度13.08 μm，表明其快速通過部分退火帶。

16WX-13為星星峽群中880~740 Ma的眼球狀片麻巖。磷灰石裂變徑跡年齡為71.1±2.2 Ma，P(X2)=0.08。

2.4 熱史模擬

為進一步確定樣品的隆升—剝蝕過程，對星星峽地區(qū)基底和巖體樣進行了熱史模擬（圖6）。使用HeFTy軟件，根據(jù)測得的單顆粒年齡和徑跡長度數(shù)據(jù)，結合地質(zhì)事件進行模擬，恢復該樣品的時間-溫度演化軌跡。利用計算機模擬10000次得到最佳擬合曲線。這個樣品的封閉徑跡全部達到100條，模擬結果可靠度更高，模擬結果如圖6。

圖6 星星峽地區(qū)樣品磷灰石裂變徑跡Hefty熱模擬Fig. 6 Hefty thermal simulation of apatite fission track in Xingxingxia region

四個樣品中，16WX-6和16WX-7為星星峽群變質(zhì)巖，16WX-9(2)和16WX-17(2)為古生代侵入巖。所以本研究起始約束120~200℃范圍設置較大，并且都大于裂變徑跡最老年齡，而在實測年齡附近給予60~130℃約束。通過熱模擬發(fā)現(xiàn)，這些樣品具有類似的熱歷史，90 Ma左右經(jīng)歷一次快速冷卻事件。

3 討論

3.1 40Ar/39Ar年齡對比及地質(zhì)意義

本研究獲得的兩個星星峽群片巖的40Ar/39Ar年齡為266 Ma、240 Ma，其中黑云母240 Ma的變質(zhì)年齡與Wang 等（2010）在星星峽韌性剪切帶內(nèi)外得到了的得到白云母、黑云母40Ar/39Ar年齡240~235 Ma一致，代表了星星峽左旋韌性剪切時間。由于時間上與阿爾金斷裂同時而且構造樣式類似，認為星星峽斷裂是阿爾金斷裂的北支。星星峽北東向韌性剪切帶切割東西向中天山韌性剪切帶，說明三疊以前北山和天山是在一起的。那么260 Ma是代表冷卻年齡還是記錄韌性剪切？一方面，利用40Ar/39Ar熱年代學來約束韌性變形發(fā)生的時間，是因為其封閉溫度與韌性變形發(fā)生的溫度條件接近，利用40Ar/39Ar年齡在逼近韌性變形發(fā)生的時間。但另一方面當發(fā)生韌性變形時，較高的溫度會重置礦物40Ar/39Ar年齡，在后期冷卻過程中會重新記錄體系封閉年齡。本質(zhì)上來說，40Ar/39Ar年齡仍是一個“冷卻年齡”。

所以260 Ma的白云母年齡可解釋為：

（1）代表韌性變形，由于不同的封閉溫度白云母更早記錄了韌性變形的時間，說明這期韌性變形時間可能早于260 Ma；或者266 Ma代表了更早一期的韌性變形。從區(qū)域上看在星星峽斷裂以北，如干溝-阿奇克庫都克剪切活動時間就在~267 Ma（Wang et al., 1994; Shu et al., 1998, 1999）同時結合構造變形，在野外也至少可以區(qū)分三期變形活動，所以白云母266 Ma代表240 Ma之前一期韌性變形，但這期韌性變形大部分區(qū)域仍處在地下深部，僅小范圍區(qū)域發(fā)生隆升。240 Ma發(fā)生第二期韌性變形，這一期韌性變形十分強烈，影響地區(qū)十分廣泛，整個中天山、北天山、北山、阿爾泰地區(qū)全部都記錄到韌性變形的發(fā)生。這一期韌性變形重置了前一期韌性變形的40Ar/39Ar年齡，使得大部分地區(qū)結果均為249~239 Ma。蔡志慧（2012）在中天山—北山北緣剪切帶中得到白云母坪年齡結果為 367. 6±3.2 Ma，黑云母坪年齡結果為 290.0±2.4 Ma以及二云母石英片巖中白云母坪年齡結果為241.8±1.3 Ma說明中天山—北山北緣剪切帶在392~367.6 Ma、290 Ma 和241.8 Ma都曾發(fā)生韌性變形。

（2）代表抬升，由于白云母和黑云母40Ar/39Ar兩種體系封閉溫度僅差20℃（Grove and Harrison，1996; Robbins，1972, Hames and Bowring, 1994)，但卻有26 Ma的時差，說明266~240 Ma的降溫速率僅為0.769℃/Ma。這個降溫速率實際上反映的是相對慢速的隆升—剝蝕才能造成的。這個時期也是中亞造山帶的構造活躍期，在其北面有東天山270 Ma的韌性走滑，中天山南緣—星星峽韌性右行走滑剪切帶東段阿奇山西面的亞爾沙布拉克的前寒武基底糜棱巖化角閃片巖和采自馬鞍橋南的前寒武基底長英質(zhì)糜棱巖白云母坪年齡為 292.4 ±2.6 Ma和黑云母坪年齡為 298.2±3.0 Ma（許志琴等，2011），40Ar/39Ar年齡結果表明中天山南緣—星星峽剪切帶曾在 290~280 Ma活動，其南面有北山300~290 Ma左右的韌性剪切。而此時中天山地塊未見任何古生代沉積巖，說明此時中生代地質(zhì)運動活躍。有學者把天山地區(qū)二疊紀時期走滑剪切變形解釋為中亞造山帶完全拼合之后南部塔里木地塊向北楔入或準噶爾地塊構造旋轉(zhuǎn)導致的陸內(nèi)走滑變形事件（Laurent-Charvet et al., 2003；Wang et al., 2011；蔡志慧等,2012）。也有的認為此時處于俯沖，造山帶增生過程。

3.2 裂變徑跡年齡對比及地質(zhì)意義

星星峽地區(qū)的裂變徑跡年齡分布在90~70 Ma，長 度 在12~13 μm之 間 比Gillespie （2017）在 靠近星星峽晚古生代巖體得到磷灰石裂變徑跡年齡100~140 Ma略年輕，與磷灰石(U-Th)/He的年齡在107 Ma類似，但其熱模擬得到230~180 Ma和130~100 Ma快速冷卻吻合，說明了在100 Ma左右的中到快速抬升。同時Gillespie在柳園結合裂變徑跡和磷灰石(U-Th)/He年齡，得到了自145 Ma以來與現(xiàn)今大致的速度抬升，而在敦煌大致是在180 Ma開始快速抬升。雖然星星峽的裂變徑跡年齡小于北山但二者磷灰石的(U-Th)/He得到了相似的年齡70 Ma（未發(fā)表數(shù)據(jù)）左右，結合熱歷史模擬，相比較星星峽，北山記錄了更早一期230 Ma的冷卻時間然后傳播到星星峽。

同時在星星峽周緣前寒武基底也得到了相似的年齡。張志勇等（2010）對塔里木西北緣阿克蘇前寒武藍片巖定年，得到裂變徑跡年齡為107.5~62.5 Ma，長度10.46~12.12 μm；塔里木盆地東北緣的庫魯克塔格裂變徑跡年齡為210.8~67.6 Ma，徑跡長度為11.02~12.48 μm和庫爾勒鐵門關裂變徑跡年齡107.4~71.9 Ma，平均徑跡長度介于10.15~13.53 μm。朱文斌等（2007）在興地河剖面元古界興地塔格群獲得裂變徑跡年齡146.0±13.4~67.6±6.7 Ma，長度11.79±0.14~13.89±0.27 μm。說明辛格爾、興地和闊克蘇等地基底巖石的最初隆升年代大約是早侏羅紀世，庫魯克塔格卻爾卻克山奧陶系砂巖的最初隆升年代大約是晚三疊紀世，而庫爾勒地區(qū)基底巖石最初于早白堊世末隆升剝露于地表。肖暉等（2011）對庫魯克塔格磷灰石裂變徑跡測試也得到164~73 Ma, 平均徑跡長度分布在 11.5~13.2 μm。這些都說明了區(qū)域范圍內(nèi)存在130~100 Ma的構造隆升活動，有學者認為此期受拉薩地塊的碰撞拼貼影響或者是與此同時的Mongol-Okhotsk造山運動影響而引發(fā)的區(qū)域抬升。

4 結論

（1）根據(jù)40Ar/39Ar年代學數(shù)據(jù)，本文認為研究區(qū)在260~240 Ma發(fā)生了韌性剪切作用，可能代表了北天山洋閉合后，天山地區(qū)后碰撞的走滑作用。

（2）結合前人的低溫熱年代學數(shù)據(jù)，根據(jù)裂變徑跡年齡峰可以得 到220~200 Ma的年齡，這可能代表了大洋閉合后的陸內(nèi)變形或者是羌塘地塊拼貼的遠程效應導致的剝露；本文得到的90 Ma的快速抬升，可能對應了拉薩地塊拼貼的遠程效應或者是同時的蒙古—鄂霍茨克造山運動的影響。該區(qū)的磷灰石(U-Th)/He 70 Ma的年齡說明了該區(qū)同樣受到喀喇昆侖或者Kohistan-Dras島弧拼貼遠程影響而發(fā)生的構造抬升。