天山及邻区石炭纪—早二叠世裂谷火山岩岩石成因

中国西北部天山石炭纪—早二叠世裂谷火山作用代表了一个新近被认可的大火成岩省,其分布范围至少有170万km2。该火山岩系主要由玄武质熔岩组成,其次有中性和酸性熔岩及火山碎屑岩。它们是地幔柱活动的产物,该地幔柱的组分为:εNd(t)≈+5,87Sr/86Sr(t)≈0.704和La/Nb≈0.9。根据岩石地球化学数据,石炭纪—早二叠世基性熔岩可以划分为高Ti/Y(HT,Ti/Y>500)和低Ti/Y(LT,Ti/Y<500)两个岩浆类型。LT熔岩又可进一步划分为LT1、LT2、LT3和LT4等4个亚类。LT1、LT2(天山中段和甘肃北山)、LT4(天山西段、新疆北山和准噶尔)和LT3、HT(塔里木)熔岩的化学演化系受控于橄榄石(ol)+单斜辉石(cpx)结晶分离作用;而天山东段的的LT4熔岩的化学变异则是经受了辉长岩质结晶分离作用。元素和同位素数据表明,天山及邻区石炭纪早二叠世裂谷基性熔岩并不是单一母岩浆结晶分离的产物。遭受地壳混染的LT3和LT4熔岩的Sr-Nd同位素变化特点与其地幔柱源熔体上升喷发所通过的岩石圈的性质有关。古老(前寒武纪)岩石圈的卷入,导致天山西段的石炭纪LT4熔岩和柯坪裂谷的早二叠世LT3熔岩具有低-负εNd(t)值(-2.91～+6.1)和中等—高87Sr/86Sr(t)值(0.7036～0.7081);相反,天山东段和准噶尔的石炭纪LT4熔岩是以高εNd(t)值(+4.2～+9.7)和低87Sr/86Sr(t)值(0.7035～0.7044)为特征,这乃是与其遭受了含有早古生代—泥盆纪弧-盆系火山岩的上地壳的混染有关,或者是与其岩石圈地幔源区遭受前石炭纪消减富集有关。天山及邻区石炭纪—早二叠世裂谷基性熔岩中观察到的地球化学变异与AFC作用一致。天山及邻区石炭纪—早二叠世裂谷火山岩显示时间上和空间上的岩石地球化学变化。石炭纪时,未遭受混染的石炭纪LT1熔岩和受到轻微混染的石炭纪LT2熔岩喷发于天山中段裂谷,而遭受强烈混染的石炭纪LT4熔岩则喷发于天山中段裂谷四周的区域之中。石炭纪LT1和LT2熔岩是地幔柱的石榴子石稳定区较高程度部分熔融(10%～30%)产物;而石炭纪LT4熔岩则是温度较低的地幔柱的尖晶石-石榴子石过渡带较低程度部分熔融(<10%)产物。早二叠世时,未遭受混染的早二叠世HT、LT1熔岩和受到轻微混染的早二叠世LT3熔岩喷发于塔里木裂谷和北山裂谷,而遭受强烈混染的早二叠世LT4熔岩则喷发于北部博格达-哈尔里克裂谷区。

天山及邻区燕山期构造岩浆事件

天山及邻区中生代以来发育多个不整合面,其中下白垩统底部的不整合面规模最大,是一个贯穿全区的区域性不整合面。对中新生代沉积地层的碎屑锆石年代学研究和源区分析发现,碎屑物中含有大量晚中生代岩浆岩锆石,说明该地区存在一定规模的同时期岩浆活动。本研究认为,上述晚中生代的构造岩浆事件是燕山运动在天山及邻区的具体表现。早白垩世地层超覆不整合在不同时代的前白垩纪地层之上,不整合面以下的地层发育程度、剥蚀程度和构造变形强度在不同地区表现不同。在现今的天山山脉内部,下白垩统直接覆盖在中侏罗统头屯河组之上,上侏罗统齐古组和喀拉扎组整体缺失。在天山南北两侧的塔里木盆地、准噶尔盆地和吐哈盆地,上侏罗统局部发育,范围远小于中下侏罗统。进一步研究发现,盆地中的上侏罗统通常作为生长地层发育在晚中生代形成的褶皱古隆起翼部,依据上侏罗统齐古组中、下部凝灰岩层锆石U-Pb年代学数据和生物地层学资料,将燕山运动在天山及邻区的启动时间限定在160Ma左右。天山及邻区燕山期的构造变形具有多个方向,推测与中侏罗世晚期以来拉萨地块与亚洲南部边缘的碰撞、蒙古-鄂霍茨克洋的碰撞闭合以及俄罗斯东北部的Kolyma-Omolon地块与西伯利亚克拉通之间陆陆碰撞等构造事件的叠加影响有关,这也是晚中生代东亚多板块汇聚在天山及邻区的具体体现。

基于流动GPS测量的南天山及邻区地壳形变与地震活动

通过分析2010~2014年间4期新疆南天山及邻区流动GPS观测资料,发现喀什乌恰交汇区始终处于高剪应变值状态,但剪应变变化率不大,而巴楚至阿克苏一带,剪应变量值虽然不大,但相邻两年间的变化速率较快。研究表明,喀什乌恰交汇区存在发生7级左右地震的背景,但仍处于应变积累阶段,短期内发震可能性较小;巴楚附近应变能积累水平较高,变化率亦很大,因此近期发震的可能性较大,震级水平应该在6级以上。

天山及邻区Vening Meinesz均衡重力异常特征及其动力学意义

本文基于Vening Meinesz区域均衡模型,通过试验不同参数计算Vening Meinesz均衡补偿深度,将其与CRUST1.0模型给出的莫霍面深度进行拟合,得到适应于天山及邻区的平均补偿深度、“地区性指标”以及区域补偿半径.结合地球重力场模型EIGEN-6C4与地形数据,利用球冠体积分方法进行地形效应、沉积层效应计算和均衡校正,得到了研究区的Vening Meinesz均衡重力异常.结果显示天山及邻区的均衡重力异常幅值在-110~120 mGal之间,表明了天山及周边盆地岩石圈所处于的均衡状态,同时揭示了研究区的壳幔密度分布特征.天山、塔里木盆地、准噶尔盆地等块体的地壳垂向形变可能部分地由均衡调整引起,且均衡调整趋势与地面形变测量结果相契合.通过对均衡重力异常成因的解释,从地壳均衡角度分析了该地区复杂的构造背景及其新生代以来的演化历程.