新疆博格达构造带的构造属性及造山机制

郑 勇， 孙 文， 郭新成， 梁 婷， 高景刚， 周汝宏

(1.新疆维吾尔自治区地质矿产勘查开发局第十一地质大队，新疆 昌吉 810011;2.长安大学地球科学与资源学院西部矿产资源与地质工程教育部重点实验室，陕西 西安 710054;3.新疆维吾尔自治区地质矿产勘查开发局，新疆 乌鲁木齐 810000)

博格达构造带位于新疆维吾尔自治区的北部，东西向延伸约400 km。广泛分布火山岩系，地层褶皱宽缓、变质轻微，极少有花岗岩类侵入体。对于该带的构造属性、造山机制有不同的认识。梁婷等(2011)对博格达山东段石炭纪火山岩的岩石学、主量、微量稀土元素地球化学特征进行了研究，提出了研究区内七角井组、柳树沟组是以拉斑玄武岩为主的双峰式火山岩建造，祁家沟组是小范围火山岩-碎屑岩-碳酸盐岩建造，各组的火山岩均为钙碱性拉斑系列，岩浆源是幔源岩浆与地壳物质混合物，形成环境为板内裂谷环境的认识。本文是在博格达东段大石头-七角井地区矿产地质调查资料①高景刚.2010.新疆色皮口地区1∶5万矿产地质调查报告.和梁婷等(2011)的研究基础上，对该区形成的构造背景和造山机制开展进一步探讨。

1 火山岩地层分布特征

新疆博格达山地区火山岩发育，博格达东段分布地层为下石炭统七角井组、上石炭统下部柳树沟组、上石炭统上部祁家沟组。各地层单元的分布见图1。其中七角井组分布在七角井北至高泉达坂断裂以南，向南一直延伸至吐哈盆地中-新生代覆盖区，地表未见底;柳树沟组占据中-北部，南以高泉达坂断裂与七角井组接触，北以博格达北缘断裂与南准噶尔地块的将军山隆起带下石炭统巴塔玛依内山组火山岩系接触，构成博格达中段主体。祁家沟组分布于研究区中北部，总面积147 km2，占区内石炭系总面积仅7.4%。与下伏柳树沟组岩层呈不大的角度不整合接触。博格达北缘断裂北西侧的下石炭统巴塔玛依内山组火山岩系属于南准噶尔地块将军山隆起带的盖层，已不属于博格达造山带了。同时，在图1中可见区内石炭系火山岩各组中广泛分布有层状辉绿岩床，其密集和数量之多，也是博格达构造带有别于新疆其它所有古生代造山带的特征之一。

图1 新疆博格达东段大石头-七角井地区地质略图Fig.1 Sketch geological map of Dashitou-Qijiaojing region in the eastern of Bogeda Mountain，Xinjiang

2 火山岩地层岩石组成特征

2.1 下石炭统七角井组

按照岩性，七角井组可分为上下两亚组:下亚组分布于南部，以玄武岩为主，凝灰岩、凝灰质砂岩、粉砂岩很少，夹少量流纹岩，总厚度约700 m。上亚组北部靠近高泉达坂一侧，熔岩很少，以细凝灰岩、凝灰质砂岩粉砂岩为主，夹少量玄武岩，总厚度1 171～4 131 m。岩层中玄武岩常见枕状构造，枕体长轴0.3～2 m，断面可见数厘米厚的壳状冷凝边，枕体由砂泥质和凝灰质胶结。玄武岩、玄武安山岩具无斑或少斑间隐结构、交织结构、间粒-间隐结构等。斜长石多已成钠长石，显示水下喷发特征。七角井组的酸性熔岩主要在下亚组的靠上部层位产出，呈层状与玄武岩互层。

梁婷等(2011)岩石化学分析成果显示，下石炭统七角井组火山岩石在全碱-硅(TAS)分类图(图2)上落在玄武岩-玄武安山岩和流纹岩区。岩石的里特曼指数为0.61～2.17，钙碱性拉斑玄武系列，铝饱和系数平均为0.8～1.02，属于弱铝质;玄武岩的Mg#较低，平均为52.8;与原生地幔熔体的65(Cox，1980)相去较远，说明岩浆源是上地幔岩浆结晶分异产物(程春华等，2010)。稀土元素分析结果显示，玄武岩和安山玄武岩的稀土元素球粒陨石标准化配分模式基本一致，均表现为轻稀土富集、具有微弱δEu正异常或无异常;石英角斑岩具有中等的δEu负异常。该组火山岩的成岩时代为336.0～(342.0 ±3.2)Ma(王银喜等，2006;陈登超等，2010)，为早石炭世。

2.2 上石炭统柳树沟组

柳树沟组主要由为火山熔岩、火山碎屑岩及沉积碎屑岩组成。区内地层总厚2 230～6 069 m，平均4 525 m。该组火山岩为玄武岩、玄武安山岩，角斑岩、石英角斑岩、流纹岩、少量安粗岩组成的双峰式火山岩建造。据剖面实测，柳树沟组一般由8～10个韵律组成，部分多至13～24个韵律。每个韵律厚数十至数百米。韵律间沉积岩少，甚至没有沉积岩，总体为小间歇连续火山作用。岩石中玄武岩、玄武安山岩具有斑状结构，基质为交织结构、玻基交织结构为主，块状构造;角斑岩以霏细结构为主、少见显微交织结构，块状构造。

梁婷等(2011)岩石化学分析成果显示，在火山岩全碱-硅(TAS)分类图(图2)上，柳树沟组除玄武岩、安山玄武岩、流纹岩区外还有相当数量落在安粗岩-粗安岩区。岩石的里特曼指数除了粗安岩外，其他平均在1.85～2.83，属于钙碱性系列，铝饱和系数平均为0.93～1.32，属于弱铝质;玄武岩的Mg#较低，平均为47.8;说明岩浆源是上地幔岩浆结晶分异产物。稀土元素分析结果显示，柳树沟组火山岩石的稀土元素球粒陨石标准化配分模式与七角井组岩石相近，均表现为轻稀土富集、具有微弱δEu异常或无异常。表明柳树沟组火山岩与七角井组火山岩可能属于同源岩浆结晶分异的产物。该组火山岩成岩时代为 312.9 Ma(陈登超等，2010)。

2.3 上石炭统祁家沟组

祁家沟组主要为玄武岩、流纹岩、火山碎屑岩及石灰岩、砂岩、粉砂岩夹少量砾岩组成。地层总厚度1 783～2 896 m。熔岩为玄武岩、玄武安山岩、英安岩、流纹岩。基性岩与酸性岩组成之比接近2∶1，与七角井组、柳树沟组比较，酸性岩比例大幅度提高了。其中玄武岩多具有气孔构造，斑状结构、基质为间隐结构、玻基交织结构;流纹岩为块状构造，斑状结构，基质为霏细结构。岩石化学分析结果表明(梁婷等，2011)，祁家沟组火山岩在全碱－硅(TAS)分类图(图2)上，落在安山玄武岩和英安岩-流纹岩区，显示双峰式火山岩建造。岩石的里特曼指数为1.92～2.243，属于钙碱性系列，铝饱和系数平均为1.04～1.09，属于弱铝质;安山玄武岩的Mg#平均为39.7。火山岩石的稀土元素球粒陨石标准化配分模式表现为轻稀土富集、具有δEu负异常的右倾曲线，与七角井组和柳树沟组相比，稀土元素的含量增高，δEu负异常更明显。表明该组火山岩的分异程度比七角井组和柳树沟组更强烈。该组火山岩的成岩时代为304.0 Ma(陈登超等，2010)，为晚石炭世中-后期，与化石时代一致。

3 博格达构造带的大地构造属性探讨

关于博格达构造带的构造属性，有不同的认识，早期研究者多认为是岛弧(方国庆，1993;马瑞士等，1997)，近年来大多认为属于裂谷(顾连兴等，2000，2001)、个别认为是坳拉谷(方国庆等，1990;何国琦等，1994)。也有作者看到它的构造特殊性(李锦轶，2004)。梁婷等(2011)通过对火山岩岩石地球化学分析，提出该区大地构造属性为板内裂谷环境，本文是在此研究基础上，再次对博格达构造带的大地构造属性进行探讨。

3.1 岩石化学指示意义

火山岩地球化学分析成果表明(梁婷等，2011)，区内火山岩总体都是双峰式火山岩建造，七角井组和柳树沟组可能是同源岩浆结晶分异产物，祁家沟组火山岩与七角井组和柳树沟组火山岩在岩浆源深度和分异程度上有跃进性变化。微量元素分析显示，区内博格达石炭系三个组玄武岩微量元素原始地幔标准化配分型式与洋岛拉斑玄武岩和初始裂谷拉斑玄武岩相近，而与岛弧和洋底玄武岩相去较远;且微量元素Th/Nb、Nb/La比值说明岩石受到地壳污染，Ti/Y比值低，显示岩浆熔融程度高。

在RbSr-地壳厚度蛛网图上(图3)，七角井组和柳树沟组火山岩都分布在地壳厚度20 km线上下，反映拉张不是很强烈、基底陆壳减薄程度不很高。祁家沟组分布为20～30 km，说明地壳已增厚，拉张体制已结束了。玄武岩Zr-Zr/Y图解、玄武岩V-Zr图解显示区内玄武岩属于裂谷环境(梁婷等，2011)。

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图2 火山岩全碱-硅(TAS)分类图Fig.2 Classification map for total alkali-silica(TAS)of volcano rock

图3 博格达石炭纪火山岩RbSr-地壳厚度蛛网图Fig.3 Spider map for RbSr-crustal thickness of Carboniferous volcano rock in Bageda Mountain，Xinjiang

3.2 博格达构造带的建造序列

博格达构造带建造序列为，底部塔普捷尔泉组碎屑岩建造，向上依次为:下石炭统七角井组双峰式火山岩建造(拉斑玄武岩为主)、上石炭统早期柳树沟组双峰式火山岩建造(拉斑玄武岩为主)，上石炭统中-晚期祁家沟组双峰式火山岩(酸性岩比例提高到1/3)-碎屑岩-碳酸盐岩建造。

由上可见，博格达构造带没有其它造山带通常应当具有的、拉张结束后转入汇聚时应有的安山岩建造(以及大规模花岗岩类)。说明博格达构造带在拉张结束至板内碰撞后伸展(二叠系上叠地堑橄榄玄武岩建造)之间的造山阶段，没有发生俯冲-碰撞作用。相当于这个时段的地质产物，是祁家沟组火山岩-碎屑岩-碳酸盐岩建造。

前已述，祁家沟组火山岩不太发育，火山岩为安山玄武岩-流纹岩组合，火山岩岩石化学和稀土元素、微量元素与拉张时期的七角井组和柳树沟组有明显不同，陆壳物质特征更明显(梁婷等，2011)。总体上，表明火山作用环境已发生本质转变。尤其是这套火山岩-碎屑岩-碳酸盐岩建造，宏观上为小范围盆地沉积，说明海盆已收缩、地形有分异，已具造山阶段的特点，应相当于一般造山带汇聚阶段的沉积。

与此同时，博格达带花岗岩类侵入作用极不发育，仅为少量极小的、总面积仅约30 km2的石英二长闪长岩-二长花岗岩-钾长花岗岩小岩体。这些花岗岩小侵入体应当是与祁家沟组火山岩大致同时形成的、幔源岩浆造成上部地壳极少部分重熔的产物。

3.3 博格达石炭纪裂谷演化的时限

博格达裂谷拉张阶段为底部下石炭统塔普捷尔泉组碎屑岩，含早石炭世化石，整合其上的七角井组时代应属于早石炭世，构成裂谷主体的柳树沟组含大量晚石炭世早期化石。之后的祁家沟组成小范围角度不整合在拉张阶段堆积的柳树沟组上，表明裂谷拉张阶段的堆积已发生褶皱，地形产生了分异。火山岩地球化学特征与其下柳树沟组、七角井组有较大变化，具地壳重熔特征。碎屑岩、碳酸盐岩比例增大，有含植物化石的陆相沉积夹层，这些特征都说明祁家沟组沉积时，裂谷拉张已停止，造山带隆升。其所含化石时代属于晚石炭世中-晚期。在博格达西端，祁家沟组上覆奥尔吐组为碎屑岩，代表裂谷萎缩的末期更小范围的沉积。其中已发现含晚石炭世顶部化石。二叠纪时，博格达西部和西南部，为属于准噶尔盆地盖层的陆相笈笈槽子组不整合覆盖，在南侧，则分布海陆交互相偏碱性橄榄玄武岩建造，已相当于碰撞后伸展的上叠地堑堆积，说明博格达构造带在石炭纪末前裂谷已消亡了。

陈登超等(2010)对叙述区东侧沙雷赛尔克、相当于祁家沟组的凝灰质细砂岩中碎屑取锆石开展了高精度LA-ICP-MS法测试，获得平均年龄为(303±10)Ma，分析的原始数据中，有少数由于放射性铅丢失较多或有较多加入，导致207Pb/235U，207Pb/206Pb视年龄与206Pb/238U视年龄相差过大(±10%～60%)的不谐和数据点，把这些点除去后，所得的基本上是谐和年龄的27个数据统计见图4。从图4可以看出，大部数据集中在300～350 Ma区段，可清楚看出，这个集中区段内有三个峰值:主峰值304.0 Ma代表该岩层所在的祁家沟组火山岩年龄，第二峰值312.9 Ma可代表来自其直接下伏柳树沟组火山岩的锆石年龄，第三峰值336.0 Ma则代表下石炭统七角井组火山岩锆石年龄。上述三个数据与各组化石时代基本一致。

图4 祁家沟组细砂岩中锆石LA-ICP-MS年龄数据直方图Fig.4 Histogram map of zircon LA-ICP-MS of fine sandstone in Qijiagou Group

3.4 博格达构造带火山-沉积建造沿走向的变化

博格达构造带火山-沉积物，除底部塔普捷尔泉组和下石炭统七角井组目前仅发现于博格达中段，沿走向变化不清楚外，构成博格达主体的柳树沟组和上部祁家沟组，从西端乌鲁木齐东的祁家沟，到东段与哈尔里克构造带连接处，火山-沉积建造明显不同。

柳树沟组在整个博格达均以熔岩-火山碎屑岩为主的双峰式火山岩建造，岩石组合变化不很明显，仅西端天池-乌鲁木齐东地区夹碎屑岩较多。但在火山岩的地球化学特征上，变化很明显。在玄武岩的RbSr-地壳厚度蛛网图上(图5)，反映的地壳厚度从东端伊齐萨依的15～17 km，到中段色皮口增厚为20 km±，到西端天池地区则更增至25～27 km。显示博格达带在柳树沟组沉积时期，由东向西，拉张强度(地壳减薄程度)递减。

与地壳增厚直接相关，玄武岩的微量元素也发生系列变化。微量元素原始地幔标准化配分型式图上，从东向西，柳树沟组玄武岩的地壳污染程度显著增强了。反映地壳污染的两个指标，由东到西，伊齐萨依、大石头-色皮口、天池三地柳树沟组玄武岩的(Th/Nb)n由 0.74上升到 3.94再到39.02，Nb/La由0.65 降到 0.36 再到 0.15，显示地壳污染程度向西显著增强(梁婷等，2011)。也即岩浆穿过的地壳厚度依次增大。

图5 博格达东西各段柳树沟组玄武岩RbSr-地壳厚度蛛网图Fig.5 Spider map for RbSr-crustal thickness of Liushugou group basalt from the east to wast section in Bageda Mountain

上部祁家沟组沿走向变化，主要表现在岩石组合上。研究区内，东端阿克别依特苏断裂以东，祁家沟组基本为火山岩夹碎屑岩，碳酸盐岩很少。在公路以西，以及更西部的克桑苏登库都克，则火山岩少于碎屑岩，出现较多石灰岩。研究区西侧，木垒南博斯塘地区，祁家沟组以碎屑岩为主。博格达最西端的乌鲁木齐东，祁家沟组则基本为碳酸盐岩(占剖面厚度72.7%)，其次碎屑岩(占16.3%)，火山碎屑岩及熔岩仅各占10.4%和0.6%。总体反映祁家沟组沉积时，东段处于较深的海底，火山作用强烈，而西端已为浅海，火山作用很微弱了。

上述沿着走向环境不同，表明博格达裂谷具东端拉张强烈，西端尖灭于准噶尔陆块内部的形态。说明它是哈尔里克洋伸向准噶尔陆块上的一个分支，组成为三叉连接构造。

4 博格达构造带的造山机制

博格达裂谷由拉张阶段到柳树沟组沉积后结束(时限在310 Ma左右)，至二叠纪初博格达隆起成陆、两侧生成堆积海陆交互相或陆相橄榄玄武岩建造，这之间(310～280 Ma区间)即造山阶段，通过研究这之间博格达构造带发生的地质事件，来探讨博格达构造带的造山机制。

4.1 火山-沉积作用

这期间的火山-沉积即祁家沟组，在中-东段为双峰式火山岩建造，与拉张阶段的建造不同处是它的酸性岩比例提高到30% ±，岩浆性质为上部地壳的重熔为主。西段则以碎屑岩-碳酸盐岩为主，向西火山岩比例减少至百分之几以下，碳酸盐岩比例增大至70%以上。

祁家沟组的小范围分布、以及与下伏柳树沟组之间小角度不整合，表明在祁家沟组沉积之前，博格达构造带已发生了初步变形构造运动，地形有海陆的分异。

4.2 岩浆侵入作用

博格达广泛分布层间岩床状辉绿岩，由于其侵入地层上限为祁家沟组，并随地层一起褶皱，因此时代应在祁家沟组沉积之后、二叠纪碰撞后伸展构造之前，年限约为295 Ma。

由图1可见，博格达辉绿岩量巨大，占构造带内基岩面积之7.4%，据1∶20万、1∶5万区调资料，整个博格达带内基本与图1情况相似，由此推算，博格达构造带内辉绿岩总面积超过1 800 km2，由于博格达辉绿岩不是平铺，而是岩床状夹在地层中，呈随地层一起褶皱的形态，具有一定延深，如按平均十余千米计算，总体积规模已与一般造山带花岗岩链相当。如此巨量的拉斑玄武岩岩浆数量，只可能用地幔柱的作用来解释(夏林圻等，2006)。

与辉绿岩大致同时，还有一些闪长岩-石英二长闪长岩-二长花岗岩-钾长花岗岩的小侵入体，单个岩体在10 km2以下，总面积约30 km2，占博格达构造带基岩面积仅约0.1%，不到辉绿岩总量的2%。显然，这些酸性岩是地幔柱拉斑玄武岩岩浆上侵过程中引起上部地壳重熔的产物。

4.3 构造变形-变质作用

博格达构造带的整体变形较弱，南部七角井组成两翼倾角可达60°的褶皱，变质可达低绿片岩相。向北褶皱减弱，柳树沟组褶皱宽缓、短轴，其上部以及祁家沟组常仅达到箱型褶皱程度。其变质微弱，大部连低绿片岩相都达不到，仅为埋深变质。由南到北变形-变质减弱表明，当时应力主要来自由南向北的推挤。

综上所述，博格达构造带在造山期间，没有产生一般造山带汇聚阶段的俯冲有关的安山岩建造和花岗岩链，其沉积具局部盆地性质，火山岩具双峰式火山岩建造性质，变形变质轻微，而仅表现为有不强烈的抬升作用，显然属于夭折裂谷(坳拉谷)。

4.4 三叉连接构造及博格达及造山机制

图6 博格达坳拉谷造山期环境示意图Fig.6 Sketch map of the aulacogen orogenic environment in Bogeda Mountain

博格达构造带东端连接哈尔里克造山带，后者于泥盆纪初在准噶尔-吐哈地块北东部裂开形成洋盆(哈尔里克泥盆系为巨厚双峰式火山岩建造)，早石炭世时，其西岸裂开产生深入地块内的博格达坳拉谷，形成三叉连接构造。晚石炭世初，哈尔里克洋盆开始汇聚-晚石炭世后期碰撞生成花岗岩链。孙桂华等(2007)测得哈尔里克中段南部小铺岩体后碰撞钾长花岗岩锆石SHRIMP U-Pb年龄(311±9)Ma，洋盆关闭，而博格达坳拉谷此时还在继续拉张，堆积柳树沟组双峰式火山岩建造。

晚石炭世中-后期，塔里木-伊犁板块以排山倒海之势向北拼贴，在南准噶尔-吐哈地块南北两侧分别形成大南湖-大草滩和卡拉麦里两个俯冲带(各自都有蛇绿岩挤出和花岗岩链形成，南带秋格明塔什花岗岩链中后碰撞花岗岩高精度锆石U-Pb年龄数据有:(316±4)Ma(李文铅等，2006)，313.8 Ma(朱增伍等，2006)，时代与博格达柳树沟组大体相当;老鸦泉-苏吉泉花岗岩链中后碰撞钾长花岗岩的高精度锆石U-Pb年龄数据有:(300±2)Ma，(304 ±3)Ma ，305 Ma，(306 ±5)Ma，(307±20)Ma，311 Ma±(杨高学等，2009;郭芳放等，2010)等，时代与博格达祁家沟组大体相当)。这就迫使博格达裂谷结束拉张，转入抬升。抬升期间生成祁家沟组小范围火山-碎屑-碳酸盐岩建造沉积，之后随着大规模辉绿岩侵入和少量酸性侵入体生成，结束了博格达裂谷的造山史。晚二叠世的块状升降运动在构造带南北侧造成窄而深的陆内裂谷型山前坳陷。构造带本身从此隆起至今。博格达造山期的构造环境如图6所示。

4.5 地幔柱作用

如前述，博格达坳拉谷是在哈尔里克洋生成之后才发育起来的，其时洋盆下的上地幔隆起已迁移远离西侧岸边，因此西侧岸边博格达开裂的原因应当是在这里地壳下形成了小型地幔柱，导致博格达坳拉谷形成。从七角井组到柳树沟组，双峰式火山岩建造基本以拉斑玄武岩为主，酸性熔岩极少，显示地幔柱的分熔作用。特别是上石炭统祁家沟组沉积之后，紧接着发生的巨量辉绿岩侵入，更是地幔柱存在的直接证明。而随着大量辉绿岩的泄出，主导博格达构造带裂解-隆升的地幔柱便萎缩消亡了，直接导致博格达坳拉谷的夭折。

5 结论

综上所述，博格达构造带具有:一端连接大洋(哈尔里克)、一端伸向和尖灭于陆块(准噶尔地块)内的拉张阶段堆积裂谷型双峰式火山岩建造。造山阶段没有安山岩建造或花岗岩链，即没有俯冲而直接抬升。这三大特点正是坳拉谷的基本特征。拉张阶段大量拉斑玄武岩岩浆喷发，造山末期巨量辉绿岩泄出，表明地幔柱在博格达坳拉谷发生和发展过程中的主导作用，这也是博格达坳拉谷有别于其它坳拉谷的独特之处。

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