一个不整合面引发的构造故事
——从天山艾维尔沟不整合谈起

2013-08-11 14:00刘冬冬郭召杰张子亚

大地构造与成矿学 2013年3期

关键词：芦草小泉维尔

刘冬冬, 郭召杰, 张子亚

(北京大学地球与空间科学学院, 北京 100871)

一个不整合面引发的构造故事
——从天山艾维尔沟不整合谈起

刘冬冬, 郭召杰, 张子亚

(北京大学地球与空间科学学院, 北京 100871)

天山乌鲁木齐艾维尔沟二叠系芦草沟组与三叠系小泉沟组之间发育一典型不整合面, 是该地区一次重要地质事件的标志。国内外针对该不整合发表了多篇相关论文, 提出了不同观点。本文在对前人研究对比的基础上, 系统分析了该不整合面的结构和沉积特征。同时, 对不整合面上下地层进行了U-Pb碎屑锆石定年。定年结果显示, 不整合面下伏的上二叠统芦草沟组和上覆的上三叠统小泉沟组碎屑锆石特征基本无差别, 都表现为明显的单峰特征。表明在晚二叠世-晚三叠世之间天山北缘没有经历大的构造环境变动, 因此前人关于艾维尔沟不整合标志的洋盆闭合或者区域性挤压事件的结论就不成立。综合地层学和碎屑锆石研究结果, 我们认为该不整合是一个沉积不整合, 是盆地在经由早二叠世的不对称断陷作用之后, 在晚二叠世-三叠纪时期进一步发生坳陷作用, 从而导致晚期地层超覆于早期地层之上而形成。这种断坳转换期形成的不整合现象, 在中国东部以及世界其他地区的断陷盆地中都很普遍。

艾维尔沟不整合；成因争议；碎屑锆石；沉积不整合；断坳转换

0 前言

天山造山带是中亚巨型复合造山带的重要组成部分, 其北侧为准噶尔盆地, 南侧为塔里木盆地。天山造山带与准噶尔盆地、塔里木盆地之间的构造耦合关系是中国地学界的一个热点研究课题(Windley et al., 1990; Allen et al., 1993; Charvet et al., 2007, 2011; Han et al., 2011; 肖序常等, 1990; 何国琦等, 1994; 李锦轶和肖序常, 1999; 舒良树等, 2004; 李曰俊等, 2009)。

乌鲁木齐附近穿越天山的乌艾公路106 km里程碑附近艾维尔沟地区发育一典型不整合, 是该地区重要的构造标志(图1)。然而对艾维尔沟不整合的构造解读, 存在很多争论。已发表的国际和国内期刊论文中多次提到艾维尔沟不整合并发表了相关照片, 但各方观点差别很大。Xiao 等(2008)将艾维尔沟不整合作为三叠纪洋盆闭合的标志,但是廖卓庭等(2011)对此进行了反驳; Wartes等(2002)将艾维尔沟不整合作为晚二叠世区域性挤压的证据, 但是苏春乾等(2006)认为艾维尔沟不整合是伸展不整合。

一个艾维尔沟不整合就有这么多的观点, 这与艾维尔沟不整合恰介于二叠纪-三叠纪之间有关。天山及其邻区以洋盆闭合为标志的造山事件发生于晚古生代还是三叠纪, 是中亚造山带构造演化研究中的关键问题(Windley et al., 1990; Allen et al., 1993; Gao et al., 1998; Wang et al., 2006, 2007; Charvet et al., 2007, 2011; Zhang et al., 2007; Han et al., 2009,2011; Xiao et al., 2009; 李锦轶和肖序常, 1999; 高俊等, 2006; 韩宝福等, 2006)。本文在综合分析前人研究成果的基础上, 对不整合面上下地层进行了详细的沉积学分析和碎屑锆石研究, 来探究不整合的性质及其成因, 进而讨论其对天山晚古生代构造演化的启示。

1 艾维尔沟不整合的成因争议

1.1 艾维尔沟不整合是否是洋盆闭合区域性造山事件的标志？

Xiao 等 (2008)认为艾维尔沟不整合面下伏的上二叠统芦草沟组为深海相浊积岩, 以此作为北天山地区直到晚二叠世仍处于大洋环境的证据, 由三叠系小泉沟组超覆形成的艾维尔沟不整合构造是天山地区造山作用结束的重要证据之一。Xiao 等(2008)的结论还结合了Zhang 等(2007)报道的南天山三叠纪超高压变质岩证据和Li 等 (2005)报道的晚二叠世放射虫化石证据。

而廖卓庭等(2011)对艾维尔沟不整合下伏二叠系的研究发现, 芦草沟组是含有多门类陆相生物化石组合的陆相地层, 并非海相浊积岩, 它与准噶尔盆地东南缘广泛分布的芦草沟组的岩性和生物群特征相同, 时代归属晚二叠世最早期。艾维尔沟剖面没有发现产有二叠纪、三叠纪海相生物化石的记录, 当地出露良好的二叠系、三叠系, 其中各组都有确凿的陆生生物化石可作为确定地层时代和解释沉积环境的依据。Jong等(2009)认为Zhang等(2007)报道的高压或超高压变质岩中的二叠纪-三叠纪锆石年龄可能是与折返之后地壳层次的热液作用有关。Han等(2011)认为Li 等(2005)报道的疑似晚二叠世放射虫保存太差, 仅凭这个证据难以作为天山洋晚二叠世-早三叠世闭合的证据。国内外多数学者的研究都支持天山在三叠纪-侏罗纪期间处于一个构造平静期, 并没有大的区域隆升事件(Dumitru et al., 2001; Jolivet et al., 2010; Han et al., 2011; Liu et al., 2013)。

图1 艾维尔沟地区区域地质图及剖面图(据后峡幅K-45-X 1︰200000地质图修改)Fig.1 Simplified geological map and cross section of the Aiweiergou area (modified after Houxia K-45-X 1︰200000 geological map)

1.2 艾维尔沟不整合是区域挤压褶皱成因还是伸展成因？

Wartes 等 (2002) 认为天山在早二叠世和晚二叠世处于截然不同的沉积环境。早二叠世天山沉积相多样, 存在大量的火山岩, 且盆地演化受盆地边缘正断层控制。沉积、构造和岩浆岩证据都表明早二叠世天山及其邻区处于伸展环境。晚二叠世时期,天山处于挤压环境, 晚二叠世地层弯曲是挤压环境形成的褶皱。天山北缘和吐哈盆地转变为前陆盆地,晚二叠世地层褶皱变形支持了这一论点。艾维尔沟不整合就是挤压褶皱条件下形成的不整合(Wartes et al., 2002)。

而苏春乾等(2006)对天山北缘晚古生代到中生代地层系统中几个重要的不整合面进行了观察分析,认为天山地区在二叠纪中期以后到中生代时期以陆相拉张断陷盆地为主, 并形成一系列断陷盆地。艾维尔沟不整合是造山期后盆地内不整合, 是由盆地不对称性的断陷, 造成晚期地层角度不整合在早期地层之上, 是由断块掀斜造成的不整合。

由此可见，关于艾维尔沟不整合的成因及意义均存在重要的分歧。而这对于天山地区最终增生过程的限定以及盆山演化过程的解读很关键，因此探究该不整合的类型和成因就显得很重要。

2 艾维尔沟不整合的结构特征

2.1 艾维尔沟不整合地层岩石学特征

艾维尔沟不整合位于艾维尔沟煤矿地区, 早在建国初期就已经被地质调查发现。不整合面下伏为二叠系, 上覆为三叠系 (图3、4)。新疆区域地层表后峡幅1︰20万地质图(新疆维吾尔自治区地质矿产调查局, 1974)将艾维尔沟的二叠系和三叠系分别称为妖魔山群和小泉沟群, 归于上二叠统和上三叠统。但新疆区域地层表编写组考虑到妖魔山组与甘肃省奥陶系一组名相重而改称芦草沟组(P2l), 之后一直延续使用至今(新疆维吾尔自治区地质矿产局, 1995)。

新疆维吾尔自治区地质矿产局 (1995)对二叠系芦草沟组的描述是: 主要岩性为灰黑、黑色、褐灰色页岩、油页岩、粉砂岩夹白云岩和少量砂岩, 主要为湖相地层(图2)。芦草沟组产丰富的叶肢介、双壳类、腹足类、鱼类、植物大化石和微古植物化石,这些陆相化石群组合指示的地质时代为乌菲姆期(Liao et al., 2001; 欧阳舒等, 2003), 与现今地质年代表乐平世最早期相当。如图3a所示为芦草沟组灰黑、褐灰色油页岩, 图3b所示为芦草沟组灰黄色页岩, 且含叶肢介化石, 表明该组为一套湖相沉积。

图2 艾维尔沟地区地层柱状图(据后峡幅K-45-X 1︰200000修改)Fig.2 Generalized stratigraphic column of the studied sequences in the Aiweiergou area (modified after Houxia K-45-X 1︰200000 geological map)

图3 艾维尔沟不整合处上二叠统芦草沟组(a, b)和上三叠统小泉沟组(c, d)野外特征Fig.3 Outcrops of the Upper Permian Lucaogou Formation(a, b) and Upper Triassic Xiaoquangou Formation(c, d) in the Aiweiergou area

新疆维吾尔自治区地质矿产局 (1995)对三叠系小泉沟组的描述是: 主要岩性为灰色、灰黄色、灰绿色砂岩、泥岩、暗灰色碳质泥岩、薄煤层, 夹菱铁矿结合(图2)。艾维尔沟地区观察到的小泉沟组(图3c, d)主要为一套灰黄、灰绿色细砂岩、细砾岩, 为典型的浅湖-冲积扇相地层。该剖面缺失下三叠统。

由此可见, 艾维尔沟地区不整合面上下的上三叠统和上二叠统虽然沉积微相存在一定差异, 但均为陆相地层, 为冲积扇-湖相沉积层系。其沉积特征指示两者沉积环境并未有海相到陆相过渡的重大差异。具体的岩性描述见图2。

2.2 艾维尔沟不整合面的几何特征

艾维尔沟不整合面上下的几何学和地层产状的关系差别明显, 局部表现为角度不整合和假整合。艾维尔沟不整合被乌艾公路分割, 公路北侧(图4a)和南侧(图4b)不整合特征有一定差异。

如图4a所示, 乌艾公路北侧的三叠系小泉沟组超覆于二叠系之上, 二叠系芦草沟组存在明显弯曲,三叠系基本没弯曲。不整合面上覆的小泉沟组(T3xq)地层产状为203°40°∠。不整合面之下的二叠系芦草沟组(P2l)中存在一转折端, 转折端北侧的芦草沟组地层产状为220°35°; ∠转折端南侧芦草沟组地层倾向在185°～195°之间变化, 倾角在78°～53°之间变化,越靠近转折端处越陡, 远离转折端变缓。但总体上转折端两翼二叠系地层都向南倾。

乌艾公路南侧(图4b)反应了二叠系芦草沟组倾角由陡变缓的变化, 三叠系小泉沟组产状为203°46°, ∠二叠系芦草沟组倾向在189°～195°之间变化, 倾角在75°～45°之间变化, 二叠系离不整合面越远处较陡, 逐渐过渡到与三叠系小泉沟组近平行,成为典型的假整合。

3 艾维尔沟不整合面上下地层碎屑锆石和源区变化对比研究

3.1 样品和分析方法

图4 艾维尔沟不整合简化示意图和野外几何特征(a镜头方向300°, b镜头方向110°)Fig.4 Simplified sketch map and characteristics of the outcrops of the Aiweiergou unconformity (camera direction a: 300°, b: 110°)

如果该不整合是区域构造事件的标志, 那么构造事件前后的构造地貌应发生了显著改变, 其上下层系沉积物源应该明显不同。为此我们从艾维尔沟不整合地区上二叠统-下侏罗统中采集了3个砂岩样品进行碎屑锆石研究, 来探讨其源区特征的变化。样品的平面分布和取样层位见图1、图2。其中XJ12-05是上二叠统芦草沟组灰黑色中粒砂岩, XJ12-06是上三叠统灰黄色粗砂岩, XJ12-07是下侏罗统八道湾组灰黄色粗砂岩。

详细的分析方法如下: 按照标准的矿物分选流程, 经过岩石的破碎、淘洗、重液等过程使锆石初步富集, 待去除杂质后得到纯化的锆石颗粒, 并于双目镜下进行随机选取。进一步用钢针随机选取一定数量锆石(一般＞200粒)置于双面胶带之上, 以环氧树脂固结制靶。随后通过打磨、抛光使锆石的内部结构充分暴露, 以进行后续的阴极发光照相和选取潜在目标微区开展锆石U-Pb定年(Li and Peng, 2010)。

阴极发光照相(CL)在北京大学HITACHI电子探针配置的S3000-N阴极发光系统上完成, 而锆石的U-Pb同位素分析在中国地质大学的Agilent 7500a ICP-MS上完成。激光剥蚀系统采用的激光器型号为美国New Wave贸易有限公司的UP193SS型, 激光波长为193 nm, 以He作为载气, 其流速为0.7 L/min,束斑直径设为36 µm, 25 µm两种。激光频率为10 Hz,预剥蚀时间5 s, 剥蚀时间45 s。辅助气为Ar, 其流速为1.13 L/min, RF功率为1350 W。U、Th、Pb的元素积分时间为20 ms, 其他元素为15 ms。同位素比值及元素含量计算采用软件Glitter4.4, 年龄计算及年龄频谱分布图、谐和图的绘制采用Isoplot3.0完成(Ludwig, 2003)。年龄计算时以标准锆石Tommorrow为外标进行同位素比值校正, 标准锆石Qinghu和91500作为监控盲样, 元素含量以国际标样NIST610为外标, Si为内标进行计算, NIST612和NIST614作为监控盲样。204Pb校正方法同(Andersen, 2002)。

通常对于碎屑锆石的U-Pb(LA-ICP-MS)定年来说, 80～120粒左右锆石能够基本满足年龄分布统计分析的要求。本研究对每个样品分别随机选取了100粒锆石进行分析测试, 其结果应该可以反映源区特征。在分析过程中, 不谐和度＞10%的年龄被排除, 锆石U-Pb同位素分析和年龄结果列于附表中(正文后)。

3.2 U-Pb碎屑锆石定年结果

3.2.1 上二叠统芦草沟组样品(样号XJ12-05)

对上二叠统芦草沟组砂岩样品XJ12-05中100粒锆石分析测试, 共得到99个有效数据点。U-Pb锆石年龄分布在240～1094 Ma之间, 其中93颗锆石年龄分布在240～380 Ma之间(93.9%)(图5)。绝大部分都有清晰的岩浆生长环带, 且有较高的Th/U比值(0.35～1.58), 为岩浆锆石(Hanchar and Rundnick, 1995; Corfu et al., 2003)。少数锆石阴极发光图像无明显环带, 且Th/U比值低(＜0.26), 可能是变质锆石(Hoskin and Black, 2000)。剩下6颗锆石年龄在400～482 Ma(3粒)和917～1094 Ma之间(3粒)。其中, 400～482 Ma之间的锆石也具有典型的岩浆锆石的特征, 而917～1094 Ma的3粒锆石应为变质锆石。U-Pb锆石年龄分布和谐和图见图5。

3.2.2 上三叠统小泉沟组样品(样号XJ12-06)

对上三叠统小泉沟组样品XJ12-06中100粒锆石进行U-Pb锆石定年, 共得到92个谐和年龄点。U-Pb年龄分布在288～1735 Ma之间。其中88颗锆石年龄分布在288～380 Ma之间(95.7%), Th/U比值介于0.40～1.56之间, 结合锆石阴极发光图像, 除2粒可能存在变质影响外, 其余多数为岩浆成因。其余4颗锆石可分为两组: 400～418 Ma(3粒)和1735 Ma (1粒), Th/U比值都较高(0.65～0.98), 结合阴极发光结构分析, 都显示岩浆成因特点。

图5 艾维尔沟地区晚二叠世到早侏罗世砂岩样品U-Pb碎屑锆石年龄分布图和U-Pb谐和图Fig.5 Relative probability plots and U-Pb concordia diagrams for detrital zircons from the Late Permian to Early Jurassic sandstone samples in the Aiweiergou area

上二叠统芦草沟组样品XJ12-05和上三叠统小泉沟组样品XJ12-06都表现为明显的单峰特征, 年龄集中在晚泥盆世-二叠纪。

3.2.3 下侏罗统八道湾组样品

对下侏罗统八道湾组样品XJ12-07中100粒锆石进行U-Pb锆石定年, 共得到100个谐和年龄点。U-Pb年龄分布在240～896 Ma之间。锆石年龄可分为以下三组: 240～370 Ma(81粒), 390～545 Ma(18粒), 896 Ma(1粒)。对于240～370 Ma这组物缘年龄, 其Th/U比值介于0.37～1.28, 主要为岩浆成因; 390～545 Ma年龄区间内的18粒锆石, 除2粒可能存在变质影响外(低Th/U比值, 锆石无岩浆环带), 其余多为岩浆成因。剩下的一颗前寒武年龄895 Ma锆石, 根据其清晰的岩浆环带结构和高Th/U比值(0.85), 判断其也应为岩浆锆石。

下侏罗统八道湾组样品相比上二叠统和上三叠统样品, 早古生代年龄明显增多。

3.3 碎屑锆石源区分析

中天山基底主要由变质的元古宇基底序列组成,且广泛地被380～490 Ma的花岗质岩体侵入, 这主要与中天山南缘洋盆的俯冲增生事件有关(Zhou et al., 2001; Charvet et al., 2007, 2011; Glorie et al., 2010;韩宝福等, 2004)。因此艾维尔沟地区砂岩样品中380～540 Ma和前寒武年龄应来自于中天山。

自晚泥盆世起, 北天山洋向南俯冲到古天山活动陆缘之下, 导致哈萨克斯坦-伊犁-北天山板块与准噶尔地块在石炭纪时期的碰撞作用, 形成伊犁-北天山弧(Carroll et al., 1995; Gao et al., 1998; Charvet et al., 2007, 2011; 李锦轶等, 2006)。综合前人对现有的天山岩石学、地球化学、地质年代学的研究, 大部分支持北天山洋在晚石炭世已经闭合(Wang et al., 2006, 2007; Han et al., 2009, 2011; Chen et al., 2011; Shu et al., 2011; Dong et al., 2011; Yang et al., 2012; 夏林圻等, 2002, 2007; 徐学义等, 2005, 2006; 韩宝福等, 2006; 李宁波等, 2012; 刘冬冬等, 2012)。如图1所示, 艾维尔沟地区泥盆纪地层发生强烈褶皱变形, 说明存在强烈的区域性构造事件, 而二叠纪到之后的三叠纪以及侏罗纪地层变形程度都要弱很多, 表明此时北天山构造活动相比俯冲碰撞期已经明显减弱, 间接说明此时北天山洋已经闭合。

自晚石炭世以后, 天山及其邻区分布大量伸展性的后碰撞岩浆岩并伴有剪切走滑运动(Wang et al., 2006, 2007; Charvet et al., 2007, 2011; 韩宝福等, 2006)。因此艾维尔沟地区晚二叠世-早侏罗世砂岩样品中的250～380 Ma的锆石年龄应是来自于北天山地区俯冲增生以及同碰撞和后碰撞岩浆岩体。

4 艾维尔沟不整合成因分析及其意义

4.1 晚古生代到早中生代北天山盆山演化

自晚石炭世北天山洋闭合以后, 天山进入新一轮的造山后陆内发展时期, 以陆内断陷、走滑构造运动为特征(如Wartes et al., 2002; Wang et al., 2006, 2007; Charvet et al., 2007, 2011; Han et al., 2009, 2011; Dong et al., 2011; Yang et al., 2012; 韩宝福等, 2006)。二叠纪之后天山及邻区进入了陆内沉积(盆地)阶段。天山地区以陆相拉张断陷盆地为主, 形成一系列断陷盆地(刘冬冬等, 2012)。

艾维尔沟地区观察到的上二叠统芦草沟组为一套湖相沉积, 证实了此时北天山已发育陆相盆地。另外, 对芦草沟组样品XJ12-05的碎屑锆石研究发现, 其锆石年龄分布表现为明显的单峰特征(图5), 94%年龄都集中在240～380 Ma之间, 表明此时在北天山洋闭合之后, 二叠纪时期北天山碰撞抬升, 由于碰撞后地势较高, 阻止了外源碎屑的加入, 因而较远的中天山物缘就很少在上二叠统砂岩样品中见到。以上种种证据都表明天山在晚二叠世仍为海相环境的结论(Xiao et al., 2008)不成立, 北天山在晚二叠世处于伸展断陷环境, 发育伸展断陷盆地。

二叠纪之后由于伸展作用的延续, 沉积范围扩大, 逐渐演变为坳陷盆地(苏春乾等, 2006; 廖卓庭等, 2011)。艾维尔沟盆地中的芦草沟组与小泉沟组之间的不整合处地层层序均以正旋回层序为特征。岩性层序由粗变细, 沉积相演化序列为冲积扇相→河流相→湖泊相, 没有见到反旋回的地层层序。在艾维尔沟盆地中, 没有挤压褶皱作用的显示, 却指示了差异升降作用。其角度不整合一般产于断陷盆地的边缘, 向盆地内部可过渡为整合接触。显示了与拉张过程中的同生断裂对断块产生的掀斜作用有关(苏春乾等, 2006)。李忠权等(1998)、陈发景等(2004)研究了此类不整合, 分别称为“拉张伸展角度不整合”、正旋回超覆不整合, 都认为该类不整合是拉张背景下的产物。

通过对艾维尔沟地区上三叠统砂岩样品XJ12-06碎屑锆石研究, 指示上三叠统和上二叠统砂岩样品碎屑锆石特征很接近, 也表现为明显的单峰特征(图5), 96%的锆石年龄都集中在288～380 Ma之间, 说明晚二叠世到晚三叠世期间北天山地区构造背景没有发生重大变化, 晚三叠世时期延续了二叠纪时期的伸展背景。因而北天山地区在晚二叠世-晚三叠世时期也不存在大规模的区域性挤压事件。

侏罗纪时期, 沉降作用进一步加大, 沉积范围进一步变广, 侏罗纪沉积地层广泛分布在天山地区,即使在现今高耸的天山山脉上也有发现侏罗纪沉积地层, 说明侏罗纪时期天山地势较低, 整个天山处于一个准夷平的过程。天山地区裂变径迹研究也证实了直到白垩纪天山才开始隆升(Dumitru et al., 2001; Jolivet et al., 2010)。下侏罗统样品XJ12-07的碎屑锆石特征总体也表现为晚古生代的峰值年龄(图5), 但早古生代年龄明显增多, 说明了三叠纪的沉降作用在侏罗纪延续, 并且范围变得更大, 使得中天山物缘碎屑得以更多地搬运到北天山地区, 表明盆地范围扩大。因而, 下侏罗统八道湾组与上三叠统小泉沟组之间的不整合也应是相同的构造成因,都是盆地在伸展坳陷过程中形成的超覆不整合, 而非挤压不整合。

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4.2 艾维尔沟不整合的成因

自晚石炭世北天山洋闭合之后, 从二叠纪开始天山北缘形成一系列断陷盆地, 但盆地相互独立,沉积不连续。到三叠纪时期, 伸展作用持续, 由于不同的热力沉降和沉积压实作用, 沉积地层向着盆地中心(轴)倾斜, 这与伸展阶段断块旋转向着平台倾斜方向相反。不同盆地内位置, 单个次盆地和小断块的特征都差别很大, 形成一个连续大范围的坳陷盆地。于是才有了三叠系超覆于二叠系断陷盆地地层之上的现象。上述不整合的发育可用图6示意。

图6中方框指示的位置就与艾维尔沟地区观察到的不整合现象一致。芦草沟组的弯曲是由于盆地在早二叠世的断陷作用之后, 断块发生旋转作用,后沉积的地层沉积在断块转折端就会自然地相应弯曲。从边缘到中心沉积地层倾角由陡变缓, 到顶端逐渐与超覆于其上的地层近一致。这与野外观察到的现象相符。艾维尔沟不整合也说明了当我们在看到一个褶皱的时候, 并不一定就能确定其为挤压条件下形成的, 伸展断陷之后再沉积也能形成地层弯曲的褶皱现象。

图6 断陷盆地向坳陷盆地转换形成不整合构造模式图Fig.6 Tectonic model of the transition process from faulted depression basin to purely extensional basin

4.3 断坳转换形成不整合的其他例子

艾维尔沟不整合是由断坳转换时期形成的沉积不整合, 而非挤压环境下形成的褶皱不整合。这一构造现象在中国东部地区以及世界上其他地方都有发现。

以松辽盆地为例, 松辽盆地中生代处于大规模伸展拉张的构造环境下, 因此伸展断裂十分发育。松辽盆地在火石岭期为初始张裂期, 沙河子期、营城期为断陷主要扩张期, 并在沙河子末期、营城末期发生构造转换。从登娄库期开始, 从断陷过渡为坳陷(蒙启安等, 2005; 孙晓猛等, 2007; 陈娟等, 2008)。松辽盆地现有的地震反射数据都指示断坳转换期形成的一系列沉积不整合。这些不整合的地震剖面特征都与艾维尔沟不整合处野外观察到的相似(张玺, 2006; 杜金虎, 2010)。

另外, 对位于渤海湾盆地的青东坳陷古近纪构造演化进行研究发现, 该凹陷古近纪可以划分为孔店组-沙四下亚段、沙四上亚段、沙三段、沙二段四个构造亚层, 其中孔店组-沙四下亚段与沙四上亚段之间表现为明显的角度不整合, 表明经历了复杂的盆地转换过程(王文君等, 2012)。孔店组-沙四下亚段与沙四上亚段之间的角度不整合与艾维尔沟不整合也有相似的特征。

在北海东北地区侏罗纪-白垩纪时期也发育一系列同裂谷-后裂谷转换相关的不整合构造(Kyrkjebø et al., 2004)。该不整合几乎覆盖整个盆地,在地震反射资料和测井数据中有明显的特征, 且易于辨认和识别, 使得它成为该地区最重要的地表标志。该不整合在地震剖面上也显示是角度不整合和假整合的综合。

类似的断陷向坳陷转换期形成这种沉积不整合的例子还有很多。国内外多方面的例子充分证明了艾维尔沟不整合形成的真实原因: 是二叠纪-三叠纪时期天山北缘从断陷向坳陷转换形成的沉积不整合, 而非区域性挤压环境下形成的褶皱不整合。

5 结论

本文在总结前人对艾维尔沟不整合的成因争议的基础上, 系统描述了艾维尔沟不整合的岩石学和几何特征, 结合碎屑锆石研究, 分析了其成因并讨论相关的争议问题, 主要得出以下结论:

(1) 艾维尔沟不整合下伏的上二叠统芦草沟组和上覆的上三叠统小泉沟组均为冲积扇-湖相陆相沉积地层, 指示不整合面上下层系没有海相到陆相过渡的重大差异。

(2) 对艾维尔沟不整合上下层系的碎屑锆石研究发现, 上下地层碎屑锆石特征非常相似, 表明天山北缘在晚二叠世到晚三叠世期间其构造地貌并没有发生显著改变, 因而也不存在区域性的挤压事件。

(3) 艾维尔沟地区二叠系芦草沟组与三叠系小泉沟组之间的不整合是盆地在经由早二叠世的断陷作用之后, 发生断块掀斜作用, 晚期坳陷期地层超覆于早期掀斜地层之上而形成。早侏罗世与晚三叠世之间的不整合也是相似的成因。侏罗纪时期沉降作用延续并范围扩大。断坳转换期形成不整合的现象在中国东部以及世界上其他地区的断陷盆地中都有相近的例子。

致谢: 衷心感谢南京大学舒良树教授和另一位匿名审稿专家对本文提出的宝贵修改意见和建议！同时,感谢中国地质大学(北京)地质实验中心苏犁老师及钟灵汐、李娇等在LA-ICP-MS U-Pb定年过程中给予的帮助和支持。

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A New Viewpoint of the Aiweiergou Unconformity, Northern Tian Shan, Xinjiang

LIU Dongdong, GUO Zhaojie and ZHANG Ziya
(School of Earth and Space Sciences, Peking University, Beijing 100871, China)

A typical unconformity lies between the Permian Lucaogou Formation and Triassic Xiaoquangou Formation in the Aiweiergou area (Northern Xinjiang), which suggests an important geological event. Several papers have been published concerning this unconformity with quite different views regarding the causes and significances. Based on previous studies, we have systematically analyzed the structure and sedimentary characteristics of the unconformity. Detrital zircon U-Pb analyses show that the age patterns between the underlying Upper Permian Lucaogou Formation and overlying Middle-Upper Triassic Xiaoquangou Formation are similar, both are near-unimodal. The results indicate that no great change of tectonic setting occurred during Late Permian and Late Triassic in the northern Tian Shan. Thus the prevalence views about the unconformity, such as standing for the closure of the North Tian Shan Ocean or regional compressional event, are incorrect. Based on previous studies and our U-Pb dating of the detrital zircons, we believe that the unconformity is a sedimentary unconformity, which was caused by further depression after asymmetric depression fault process of the basin. Such structural phenomenon was discovered and reported in many other places, like Chinese eastern basins and North Sea basin.

Aiweiergou unconformity; cause debate; detrital zircon; depositional unconformity; fault depression basin to purely extensional basin