新疆东天山红云滩地区构造-热演化探讨:来自Ar-Ar和(U-Th)/He 热年代学的约束*

2015-03-15 11:24孙敬博孙腾飞陈文喻顺尹继元李超张彦刘新宇
岩石学报 2015年12期
关键词:磷灰石锆石天山

孙敬博 孙腾飞 陈文** 喻顺 尹继元 李超 张彦 刘新宇

SUN JingBo1,SUN TengFei2,CHEN Wen1**,YU Shun1,YIN JiYuan1,LI Chao3,ZHANG Yan1 and LIU XinYu1

1. 中国地质科学院地质研究所同位素热年代学实验室,大陆构造与动力学国家重点实验室,北京 100037

2. 长安大学地球科学与资源学院,西安 710054

3. 国家地质实验测试中心,北京 100037

1. State Key Laboratory for Continental Tectonics and Dynamics,Laboratory of Isotope Thermochronology,Institute of Geology,Chinese Academy of Geological Sciences,Beijing 100037,China

2. School of Earth Science and Resources,Chang’an University,Xi’an 710054,China

3. National Research Center for Geoanalysis,Beijing 100037,China

2015-05-21 收稿,2015-09-08 改回.

天山山脉位于中国西部和中亚地区,总体上近东西向延伸,绵延2500 多千米。与昆仑山-阿尔泰山和准噶尔盆地、塔里木盆地构成了“三山夹两盆”的构造地貌格局。天山造山带初始形成是由古生代的俯冲和碰撞作用导致(Allen et al.,1993;Charvet et al.,2007,2011;Xiao et al.,2009;马瑞士等,1997),并在此之后经历了多次构造活动最终形成现今天山的构造形态(Bullen et al.,2001;Hendrix et al.,1994;Li et al.,2014;舒良树等,2004)。

前人对天山山脉天山造山带基本格架形成后的隆升剥蚀历史研究,已做过大量工作,积累了丰富的研究成果。舒良树等(2004)通过盆山演化特点认为天山二叠纪发生过强烈隆升作用,在三叠纪遭受夷平作用,受印亚陆陆碰撞的影响,于新近纪以来发生逆冲推覆。根据不整合面的发育情况,有研究者认为天山在中生代经历了晚侏罗世-早白垩世的隆升作用和三叠纪-晚侏罗世、晚白垩世的夷平作用阶段(马瑞士等,1993;张良臣和吴乃元,1985)。近年来,随着热年代学理论和技术的发展,有关天山地区隆升剥蚀历史的研究越来越多,主要涉及到的技术手段包括Ar-Ar 测年、裂变径迹和(U-Th)/He 测年等。热年代学的研究主要取得以下几方面的认识:中生代天山隆升作用发生于晚三叠世(De Grave et al.,2012;Li et al.,2014;陈正乐等,2006,2008;李锦轶等,2000;李向东等,1998)和晚侏罗世-白垩纪(De Grave et al.,2012;Dumitru et al.,2001;Glorie et al.,2010;Li et al.,2014;陈正乐等,2008;郭召杰等,2006;朱文斌等,2004,2007);新生代天山隆升剥蚀历史受关注程度更高,但仍然存在争议,其初始隆升时间存在以下几种观点:始新世(Yu et al.,2014;杜治利等,2007),渐新世(Dumitru et al.,2001;Hendrix et al.,1994;Sobel and Dumitru,1997;Yin et al.,1998;陈正乐等,2006;郭召杰等,2006)和中新世(Bullen et al.,2001;沈传波等,2006;王彦斌等,2001;朱文斌等,2006,2007)。以上研究主要集中在天山中、西段和天山北段,争议的存在与研究区范围之广不无关系,但具体到东天山地区,相对较小的范围内也依然存在不一致的认识,高洪雷等(2014)、郭召杰等(2002)和刘红旭等(2014)认为东天山新生代以来处于稳定状态,其构造面貌基本继承了中生代的特征;袁万明等(2007)则认为东天山于20Ma 以来发生了快速冷却作用。另外,前人所采用的热年代学手段以裂变径迹为主,用中高温至低温系统的热演化历史研究相对较少,同时也缺乏更低温度的限定。本文采用包括锆石和磷灰石(U-Th)/He、黑云母Ar-Ar 等多种同位素测年体系对东天山觉罗塔格地区开展系统的隆升剥蚀历史研究,对于天山局部地区和整个天山完整热演化历史及动力学机制探讨具有一定的指示意义。

1 地质背景

研究区阿奇山-雅满苏地区位于东天山觉罗塔格南缘,是东天山构造演化的重要单元,主要出露石炭系中酸性火山岩和侵入岩(图1)。该地区构造背景目前还存在不同的认识,主要观点包括古生代时期形成的岛弧(Xiao et al.,2004;罗桂昌等,1999;苏春乾等,2009;吴昌志等,2006)、早石炭世裂谷(秦克章等,2002;王京彬等,2006;肖序常等,1992)等观点。其北部为康古尔塔格韧性剪切带,南部通过阿齐克库都克大断裂与中天山地块相隔。

阿奇山-雅满苏火山岩带内出露地层主要为下石炭统阿奇山组火山岩、雅满苏组火山碎屑岩、陆源碎屑和碳酸盐岩,上石炭统土古土布拉克组钙质砾岩、凝灰砂岩、安山质凝灰角砾岩和安山质沉凝灰岩(苏春乾等,2009)。带内侵入岩极为发育,主要为华力西中-晚期花岗岩,自西向东依次出露有红云滩岩体、阿奇山岩体、百灵山岩体、雅满苏岩体等。本文所研究的红云滩岩体位于阿奇山-雅满苏地区西侧,吴昌志等(2006)已进行过构造背景的限定,认为其成因为洋壳俯冲所导致的下地壳物质部分熔融、岩浆分离结晶和上地壳同化混染作用的产物。

2 样品采集与测试分析

2.1 样品采集和岩石学特征

本研究样品采自东天山觉罗塔格地区红云滩岩体,采样位置位于红云滩铁矿东北方向约3km,该地区地形呈舒缓波状,表面岩石发生破碎,所采集样品(样品号TS1074)岩性为花岗闪长岩。红云滩岩体侵入于下石炭统雅满苏组海相火山-沉积岩系中,岩体近地表被风化部分为淡红褐色,较深部未被风化部分呈灰白色。

花岗闪长岩为灰色块状,花岗结构(图2a,b)。主要成分为斜长石(20% ~50%)、钾长石(15% ~30%)、石英(30%左右)和黑云母(3%)。斜长石主呈半自形板状,0.4~1.2mm,不均匀绢云母化、黝帘石化,局部可见环带构造,少量与钾长石接触处见交代蠕虫结构,可见聚片双晶;钾长石呈半自形板状-他形粒状,0.5 ~2mm,具高岭土化,局部粒内嵌布少量半自形板状斜长石和他形粒状石英;石英他形粒状,0.2 ~1.5mm,单晶或集合体填隙状分布于长石粒间,局部粒内波状消光;黑云母呈鳞片状、叶片状,片径0.2 ~1.2mm,似堆状分布,多绿泥石化,呈假象,局部残留处多色性较明显:Ng' =棕褐色,Np' =浅黄色;见不透明矿物呈半自形粒状,大小0.05 ~0.2mm,零星分布。副矿物为磷灰石、褐帘石和不透明矿物。

图1 东天山构造格架地质简图(据王京彬等,2006 修改)1-中新生代沉积盖层;2-二叠纪陆相火山-沉积岩系;3-石炭纪火山-沉积岩系;4-奥陶-泥盆纪火山-沉积岩系;5-变质岩;6-花岗岩类;7-金矿床;8-铜矿床;9-铁矿床;10-剪切带;11-采样位置Fig.1 Tectonic framework and geological sketch map of eastern Tianshan (modified after Wang et al.,2006)1-Meso-Cenozoic sedimentary cover;2-Permian continental volcanic-sedimentary rocks;3-Carboniferous volcanic-sedimentary rocks;4-Ordovician-Devonian volcanic-sedimentary rocks;5-metamorphic rocks;6-granitoids;7-Au deposit;8-Cu deposit;9-Fe deposit;10-shear zone;11-sampling location

图2 红云滩岩体花岗闪长岩显微照片Pl-斜长石;Kf-钾长石;Qtz-石英Fig.2 Microphotographs of the Hongyuntan granodioritePl-plagioclase;Kf-K-feldspar;Qtz-quartz

2.2 样品分析

用于测试的黑云母、锆石和磷灰石均来自花岗闪长岩,单矿物由岩石直接粉碎并进行过筛、磁选和重液分选得到。

黑云母Ar-Ar 同位素定年分析在中国地质科学院地质研究所同位素热年代学实验室完成。进行Ar-Ar 分析的黑云母单矿物(纯度>99%)用超声波清洗。清洗后的样品被封进石英瓶中送核反应堆中接受中子照射。照射工作是在中国原子能科学研究院的“游泳池堆”中进行的,使用H4 孔道,中子流密度约为2.60 ×1013n·cm-2S-1。照射总时间为1440min,积分中子通量为2.25 ×1018n·cm-2;同期接受中子照射的还有用做监控样的标准样:ZBH-25 黑云母标样,其标准年龄为132.7 ±1.2Ma,K 含量为7.6%。样品的阶段升温加热使用石墨炉,每阶段加热10min,净化30min。质谱分析是在多接收稀有气体质谱仪Helix MC 上进行的,每个峰值均采集20 组数据。所有的数据在回归到时间零点值后再进行质量歧视校正、大气氩校正、空白校正和干扰元素同位素校正。中子照射过程中所产生的干扰同位素校正系数通过分析照射过的K2SO4和CaF2来获得,其值为:(36Ar/37Aro)Ca=0.0002389,(40Ar/39Ar)K= 0.004782,(39Ar/37Aro)Ca=0.000806。37Ar 经过放射性衰变校正;40K 衰变常数λ=5.543×10-10y-1;用ISOPLOT 程序计算坪年龄及正、反等时线(Ludwig,2001)。坪年龄误差以2σ 给出。详细实验流程见有关文章(陈文等,2011,2006;张彦等,2006)。

表1 红云滩花岗闪长岩黑云母40Ar/39Ar 阶段升温加热分析数据Table 1 The results of 40Ar/39Ar stepwise heating dating of biotite for Hongyuntan granodiorite

磷灰石(U-Th)/He 测年在中国地质科学院地质研究所同位素热年代学实验室完成,锆石(U-Th)/He 测年在科廷大学JDLCMS 实验室(John De Laeter Center for Isotope Research)完成。从岩石样品中分选出的锆石和磷灰石单矿物放在双目体式镜下进行进一步挑选,选择晶形较好的晶体,并尽量排除含包裹体的颗粒;晶体尺寸在镜下通过刻度尺测量,并根据测量结果计算α 校正系数(FT;Farley et al.,1996)。晶体测量后拍摄镜下照片并装入铌囊(锆石)和铂囊(磷灰石)中。样品的氦气通过二极管激光器加热提取,用四极杆质谱测定4He/3He 值,样品中的4He 含量最终通过同位素稀释法测定而来。样品4He 的测量不确定度小于1%。样品4He 含量分析之后,将其进行化学溶解并通过电感耦合等离子质谱仪(ICP-MS)分析U、Th 含量。铂囊中的磷灰石样品加入25μL 含50% HNO3的稀释剂,稀释剂中235U 为15 ×10-9,230Th 为5 ×10-9;标准溶液中加入等体积同种稀释剂并加入25μL 含25 ×10-9的U 和25 ×10-9的Th 标准试剂。磷灰石样品加入试剂后静置12h 左右使磷灰石充分溶解。锆石的化学溶解需要在高压密封溶样器(Parr)中经历多次消解。第一次消解时样品中加入25μL 含15 ×10-9的235U 和15 ×10-9的230Th 的稀释剂和350μL HF;标准溶液中加入等体积同种稀释剂并加入25μL 含77 ×10-9U 和77 ×10-9Th的标准试剂;消解在240℃条件下持续40h。消解过的溶液蒸干后加入300μL HCI 进行第二次消解处理,在200℃的条件下持续24h。磷灰石和锆石样品的U、Th 元素质谱分析所用仪器均为电感耦合等离子质谱(ICP-MS),U 和Th 同位素比值分析不确定度小于2%(Evans et al.,2005)。

3 分析结果与模拟

3.1 Ar-Ar 年龄

样品的40Ar-39Ar 同位素测年分析结果列于表1,相应的坪年龄和反等时线年龄分别见图3 和图4。

计算得到样品总气体年龄为307.9Ma。从图3 中可以看出,820 ~1400℃总共12 个温度阶段组成了一个很好的年龄谱,坪年龄(tP)=316.9 ±1.8Ma,对应了92.7%的39Ar 释放量。相应的39Ar/40Ar-36Ar/40Ar 反等时线年龄(ti)=317.1±3.9Ma,40Ar/36Ar 初始比值=238 ±79(MSWD =39)(图4)。坪年龄和反等时线年龄在误差范围内完全一致。316.9±1.8Ma 的Ar-Ar 坪年龄代表了黑云母冷却降温至Ar-Ar 同位素体系封闭温度时的年龄。

3.2 (U-Th)/He 年龄

锆石和磷灰石单颗粒的(U-Th)/He 同位素测年分析结果列于表2。锆石显微照片见图5a,晶体自形-半自形结构,粒度均在60μm 以上,未见包裹体和裂缝,局部有蠕虫状蚀痕。4 颗锆石的(U-Th)/He 年龄在204.8 ±8.7Ma 到220.1±10.3Ma 之间,并在误差范围内完全一致,平均年龄为213.7 ±9.6Ma。4 个锆石颗粒并未出现由于辐射损伤或存在包裹体、裂隙等因素导致的年龄分散现象,说明样品质量较好,所记录的热演化信息准确性较高。磷灰石显微照片见图5b,晶体自形-半自形结构,但整体粒度较小,TS1074-1 和TS1074-2 透明度较好,TS1074-3 透明度稍差。3 颗磷灰石(U-Th)/He 年龄分别为70.6 ±1.4Ma、60.3 ±1.2Ma、564.9±10.5Ma。数据显示,TS1074-3 颗粒的(U-Th)/He 年龄明显偏老,颗粒尺寸与另外2 颗基本一致,但He 含量高出两个数量级。该颗粒晶体为六方柱形态,并呈现一定程度的磨蚀,说明该颗粒是磷灰石,可排除疑似锆石造成的混淆。He含量异常高的原因可能是单矿物颗粒内部存在富含U、Th 元素的包裹体,这些包裹体通常为锆石或独居石等晶体,在地质演化过程中释放了大量的He,并在加热取气过程中释放出来,但在磷灰石样品溶解过程中这些晶体无法溶于硝酸,U、Th 元素不能进入到溶液中,从而导致子体元素偏高,使磷灰石(U-Th)/He 年龄偏老。磷灰石样品TS1074-1 和TS1074-2 二者年龄较为接近,取其平均年龄65.5 ±1.3Ma 进行计算和模拟。

表2 红云滩花岗闪长岩锆石和磷灰石(U-Th)/He 同位素年龄Table 2 Zircon and apatite (U-Th)/He ages for Hongyuntan granodiorite

图3 红云滩花岗闪长岩黑云母40Ar/39Ar 阶段升温年龄谱图Fig.3 40 Ar-39 Ar age spectrum of biotite from Hongyuntan granodiorite

图4 红云滩花岗闪长岩黑云母39Ar/40Ar-36Ar/40Ar 反等时线图Fig.4 39Ar/40Ar-36Ar/40Ar inverse isochron of biotite from Hongyuntan granodiorite

3.3 模拟

图5 红云滩花岗闪长岩锆石(a)和磷灰石(b)显微照片Fig.5 Microscopy images of zircon (a)and apatite (b)from Hongyuntan granodiorite

图6 红云滩岩体热历史正演(a)与反演(b)模拟结果Fig.6 Forward modeling results (a)and inverse modeling results (b)for thermal history of Hongyuntan intrusive rocks

(U-Th)/He 同位素定年体系中,当体系达到封闭温度以后,4He 由U 和Th 经过α 衰变而不断积累,产生的4He 保存在矿物中,部分由于扩散而少量丢失,有研究表明4He 的扩散受辐射损伤影响较大(Flowers,2009;Shuster et al.,2006);当岩石在He 半保留区间内(30 ~70℃)停留较长时间(>107y)时,晶体尺寸对He 年龄将会产生最显著的影响(Reiners and Farley,2001);由于4He 在形成时所具有的初始动能导致其在矿物内部需要运移约20μm 才能停止,从而导致在晶体边缘生成的4He 部分发生出射而丢失;另外,U、Th分带不均匀的情况下,若核部的U、Th 元素浓度较边部偏高,进行正常α 射出校正(Ft 校正)会得到偏老的年龄(Fitzgerald et al.,2006;Tagami et al.,2003)。正因为(UTh)/He 测年体系受以上因素的影响,样品在同样初始的条件下如果经历不同的热演化过程,将得到不同的(U-Th)/He年龄结果。因此,样品的(U-Th)/He 年龄代表的不仅仅是年龄值,还包含了样品所经历的时间-温度历史信息。揭示样品所经历的时间-温度历史,需要借助热年代学的反演技术,即根据已测定样品的年龄、颗粒有效半径等信息,假定样品初始的条件,结合蒙特卡罗等方法进行模拟。

本文采用HeFTy 软件(Ketcham,2005)对样品经历的时间-温度历史进行反演模拟。磷灰石采用Flowers et al.(2009)的辐射损伤积累和退火模型(RDAAM),锆石选择Reiners et al.(2004)的热扩散模型。反演条件以锆石U-Pb年龄(吴昌志等,2006)和黑云母Ar-Ar 年龄进行高-中温阶段演化时间限定,以锆石和磷灰石(U-Th)/He 年龄进行低温阶段演化时间限定。温度区间以各自体系的封闭温度区间为基础:锆石U-Pb 选择750 ±50℃,黑云母Ar-Ar 选择350 ±50℃(Grove and Harrison,1996;Harrison et al.,1985;McDougall and Harrison,1999),锆石(U-Th)/He 选择170 ~196℃(Reiners et al.,2002,2004,2005),磷灰石(U-Th)/He选择70℃(Farley,2000;Wolf et al.,1996)。为尽量减少限定区间对模拟造成人为干扰,所选取的限定区间均较宽,其中高温区间选择800 ~650℃、345 ~320Ma;中温阶段选择400 ~260℃、320 ~280Ma;低温阶段220 ~110℃、250 ~180Ma 和100 ~30℃、100 ~50Ma。随机模拟100 条较好的路径,选择其中“最优”的一条路径作为岩体热演化的时间-温度曲线。模拟结果见图6,图中绿色区域为可接受的热史曲线集(拟合度>5%),红色的为较好的热史曲线集(拟合度>50%),黑色粗线为最佳拟合曲线,浅蓝色矩形框从左下至右上分别为锆石U-Pb、黑云母Ar-Ar、锆石(U-Th)/He 和磷灰石(U-Th)/He 的年龄及其封闭温度范围。样品的年龄拟合度(GOF)大于0.95。

模拟结果显示红云滩岩体自岩浆固结以来经历了三期快速冷却阶段(图中罗马数字所示):I)岩体固结之后经历快速冷却,穿越黑云母Ar-Ar 同位素体系所代表的年龄和封闭温度区间,该阶段从大约330Ma 开始持续到296Ma,温度从700℃降至340℃。冷却速率约为10℃/Myr;II)晚三叠世快速冷却阶段,时间从222Ma 持续到220Ma,温度从230℃降至155℃。冷却速率约为37℃/Myr,反映了一次极快速冷却事件;III)晚白垩世冷却阶段时间从91Ma 到77Ma,温度从87℃降至54℃,冷却速率约为2.3℃/Myr。

4 讨论

本文得到的热年代学数据及其模拟结果显示东天山阿奇山-雅满苏地区存在晚石炭世-早二叠世、晚三叠世、晚白垩世三期快速冷却事件。该结果与前人的测试结果及地质事实均具有很好的一致性。

红云滩岩体位于东天山觉罗塔格南缘,形成于晚古生代觉罗塔格俯冲洋壳之上的火山弧环境,由锆石U-Pb 限定其侵位时间为328.5 ±9.3Ma(吴昌志等,2006)。岩体侵位时温度通常会高于围岩的温度,通过与围岩的热平衡作用而迅速冷却,此过程持续时间因岩体岩性、规模、侵入深度等条件不同而有差异,并尤以花岗岩体积规模影响较大(章邦桐等,2013)。岩石学研究表明呈中粗粒全晶质结构、具均匀块状构造等地质特征的花岗岩,其形成(侵位)时的埋深约为6.5~13km(Hyndman,1985),花岗岩在该深度位置处于传热效应明显的热传导层范围内,岩浆热量将主要通过与围岩的热传导散失(章邦桐等,2013)。假设红云滩岩体所在地区地温梯度为造山带正常水平30℃/km(朱文斌等,2007),地表温度选择10℃(Hendrix et al.,1994;Sobel and Dumitru,1997),黑云母Ar-Ar 体系封闭温度350℃所代表的地下深度约为11km,处于传导冷却的深度范围内,并且有研究表明,侵入体冷却至与围岩温度一致所需时间短可至0.3Myr 以内(Fu et al.,2010;Garwin,2002;McInnes et al.,2005)长可达十几个百万年(Dalrymple et al.,1999;Hattori and Keith,2001),推测黑云母Ar-Ar 年龄代表了红云滩岩体自侵位后通过热传导冷却降温至350 ±50℃时的时间。已有研究表明,天山造山带的形成发生在晚石炭世-早二叠世(Allen et al.,1993;Charvet et al.,2007,2011;Dumitru et al.,2001;Gao et al.,1998,2011;Wang et al.,2011;Xiao et al.,2009),红云滩岩体形成于洋壳俯冲阶段(吴昌志等,2006),侵位之后伴随晚石炭世-早二叠世天山的造山作用持续发生隆升。本文反演模拟结果(阶段Ⅰ)显示,红云滩岩体自侵位之后的冷却作用持续到296Ma,同样说明岩体在通过传导冷却至黑云母封闭温度之后,继续伴随天山的造山作用发生了隆升冷却。

根据锆石(U-Th)/He 年龄和反演模拟结果显示,红云滩岩体晚三叠世期间经历过一次极快速冷却阶段(阶段Ⅱ)。有研究表明,天山中新生代变形作用与不同陆块碰撞增生到亚洲板块南部边缘有关,其中包括晚三叠世(230 ~220Ma)羌塘地块的增生作用(Hendrix et al.,1992)。近几年已发表的热演化数据揭示出在天山多个地区存在该期快速隆升剥蚀作用,包括西天山和准噶尔等地区(De Grave et al.,2012;Dumitru et al.,2001;Li et al.,2014;陈正乐等,2006,2008),另外在天山东部地区发现存在三叠纪-侏罗纪的岩浆活动(Zhang et al.,2005;顾连兴等,2006;李华芹等,2005)和断裂活动以及构造热事件等(李锦轶等,2000;李向东等,1998),显示天山山脉在后碰撞地壳演化阶段经历了晚三叠世的一期重要构造热事件。本文锆石(U-Th)/He 实测年龄和模拟结果表明研究区所在的东天山阿奇山-雅满苏地区也存在晚三叠世快速隆升冷却事件,证明由羌塘-欧亚板块碰撞远程效应造成的该期快速隆升事件在天山地区广泛存在。

第Ⅲ阶段的快速隆升作用发生于晚白垩世。刘红旭等(2014)和高洪雷等(2014)在阿奇山-雅满苏岛弧带内的阿奇山地区和东部雅满苏地区获得的不同岩性样品的磷灰石裂变径迹年龄在82 ~51Ma 之间,与本文的数据结果完全一致,均表明该时期内存在一期快速隆升作用。朱文斌等(2004,2007)通过裂变径迹测年证实东天山吐哈盆地和塔里木北缘前寒武基底在晚白垩世发生过构造抬升。邵磊等(1999)根据吐鲁番-哈密盆地白垩纪砂岩成熟度指数较低的特点证明吐-哈盆地及周边地区在中生代晚期受燕山及喜山运动的影响构造活动性加强。除了天山东部地区之外,在西天山和准噶尔等地区,前人通过(U-Th)/He、裂变径迹等热年代学手段和沉积学特征研究发现白垩世的快速隆升冷却事件的存在(De Grave et al.,2012;Dumitru et al.,2001;Glorie et al.,2010;Li et al.,2014;陈正乐等,2006;郭召杰等,2005;王彦斌等,2001)。除了热年代学研究之外,此次隆升剥露事件对应的构造变形和角度不整合发现于天山及其周边不同地区,如塔里木盆地东部的车尔臣断裂在白垩纪再次活动(卢华复等,2006),伊犁盆地南缘达拉低等地的钻孔资料显示上白垩统与下伏的中、下侏罗统之间为角度不整合接触(陈正乐等,2008),张国伟等(1999)发现伊犁盆地白垩系沉积存在缺失,认为可能是由整个天山山脉在燕山运动末期强烈隆升所造成的。综合来看,晚白垩世的快速冷却事件在塔里木北缘、西天山、准噶尔盆地、东天山等地区均有记录。通过本文的磷灰石(U-Th)/He 年龄及其模拟结果说明,晚白垩世的快速冷却阶段在东天山阿奇山-雅满苏地区也有很明显的体现,表明该地区在此时期发生过快速隆升作用。吐哈盆地上白垩统与上覆地层为角度不整合,塔里木盆地白垩纪晚期发生整体抬升,Hendrix et al.(1992)认为该期构造抬升-剥露可能是由于科希斯坦-德拉斯(Kohistan-Dras)岛弧与拉萨地块碰撞的远程效应所致,我们推测本次碰撞的远程效应对吐哈盆地和塔里木盆地之间的阿奇山-雅满苏地区晚白垩世的隆升作用也产生了显著的影响。

关于天山山脉新生代的构造运动已有丰富的研究成果,Hendrix et al.(1994)在塔里木盆地-准噶尔盆地地区采用磷灰石裂变径迹研究发现天山新生代的隆升作用发生在24Ma左右;Dumitru et al.(2001)对准噶尔-库车剖面的研究发现天山在25Ma 左右发生挤压-隆升作用;近年来,对此次隆升作用有了较为集中的报道(陈正乐等,2006,2008;郭召杰等,2006),Yu et al. (2014)在库车盆地采用磷灰石(U-Th)/He测年研究还发现了10Ma 和6Ma 的隆升作用。以上研究主要集中在天山的西段,所反映的新生代构造运动并不能代表整个天山山脉的新生代构造运动特点。本文所研究的红云滩地区位于天山东段,岩体的热年代学数据和反演模拟结果并未显示24Ma 左右隆升事件的存在。研究区在新生代以前已经位于地下2km 以浅的深度位置,自晚白垩世以后在此深度基础上以0.7℃/Myr 速度缓慢冷却,同时伴随平均速率为0.026mm/y 的缓慢剥蚀作用。高洪雷等(2014)、郭召杰等(2002)和刘红旭等(2014)在红云滩岩体所在的阿奇山-雅满苏地区开展的裂变径迹热年代学研究认为东天山新生代以来处于稳定状态,其构造面貌基本继承了中生代的特征,本文以更低封闭温度的测年方法在该地区同样未发现更晚期的快速冷却作用,表明阿奇山-雅满苏地区在新生代期间总体保持稳定,未受到明显的构造挤压-抬升作用影响。同时也说明天山东段和西段在新生代期间的构造活动有着明显差异。

5 结论

(1)东天山红云滩地区自晚古生代以来经历了3 期快速冷却,分别发生于:晚石炭世至早二叠世(ca.330 ~296Ma)、晚三叠世(222 ~220Ma)、晚白垩世(91 ~77Ma)。其中第一期快速冷却除了岩体侵位后与围岩发生热传导冷却之外,还伴随天山的造山作用发生了隆升冷却。

(2)新生代以来,红云滩岩体所在的阿奇山-雅满苏地区构造活动相对较弱,未发生较为明显的隆升作用,与天山西段新生代的构造活动有着明显的差异。

致谢 感谢澳大利亚Curtin 大学JdLCMS 中心Noreen Evans,Brent I.A. McInnes,Brad McDonald 和Celia Mayers 在(U-Th)/He 测年技术上的指导帮助;诚挚感谢中国科学院地质与地球物理研究所王非研究员及吴林、单竞男、张炜斌等人在U、Th 元素质谱分析测试方面提供的帮助。

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