樊婷婷

(西安科技大学 地质与环境学院，陕西 西安 710054)

新疆准噶尔盆地基底性质研究进展

樊婷婷

(西安科技大学 地质与环境学院，陕西 西安 710054)

准噶尔盆地作为中亚造山带的重要组成部分，其中富存大量的矿产与能源资源，是研究中亚造山带构造演化与资源勘探开发的重要地点。然而，关于其盆地基底性质的问题长期存在争议，直接影响了对该区各项研究的开展。本文在阅读大量国内外文献的基础上，综述了关于基底性质各类观点的证据与存在的问题，并提出加强对沉积岩中碎屑锆石的研究，从而寻找新的有效证据。

准噶尔盆地；基底；构造演化；碎屑锆石；新疆

关于准噶尔盆地的基底(图1)形成时期和性质，一直存在着不同的认识。主要观点有：(1)准噶尔盆地发育前寒武纪变质结晶基底[1～2]；(2)准噶尔盆地的基底为年轻的古生代残余洋壳[3～10]，其中肖序常等[7]、赵俊猛等[8]认为是含有陆壳碎块的洋壳；(3)准噶尔盆地的基底为古生代岛弧、蛇绿岩拼贴增生组合体[11，12]；(4)准噶尔盆地的基底存在结晶基底和褶皱基底双重基底[13～18]或复合基底[19]。由此可见，该领域分歧很大[20]，直接影响了对本区区域地质形成过程的深入认识。

图1 准噶尔盆地褶皱基底结构略图

1 关于古生代洋壳基底的认识

1.1 地球物理学证据

江远达[3]研究认为，准噶尔地区包括中央坳陷存在一个统一的晚古生代构造层。磁异常场研究表明，“准噶尔坳陷深部存在着两个方向相互正交的磁异常场，与此相应的为两个构造层：上部为以东西向的中央磁力高所代表的华力西构造层，下部为以南北向的磁异常所代表的“前华力西构造层”。上部构造层顶界面相当于石炭系顶界面或二叠系底界面，两个构造层的有效磁化强度的数量级完全一致，说明这两个构造层的岩石性质(含成分、结构)可能类似。由于上部构造层反映中基性火山岩系，那下部构造层也应类似，基于下部构造层埋深已超过20 km且其磁性稍强，因此推测这套磁性火山岩为海洋玄武岩—拉斑玄武岩。这就否定了准噶尔坳陷区深部的南北向磁异常是前寒武纪的变质结晶基底。因此认为准噶尔不存在前寒武纪结晶基底，而是一套基性火山熔岩-拉斑玄武岩，纯属洋壳。王道永等[21]依据准噶尔盆地周缘地质特征和盆地地球物理资料进行综合分析，认为“准噶尔板块无古老基底，早古生代时为一大洋环境，在加里东末期古洋壳发生强烈变形，华力西早中期在洋壳基础上逐渐演化成陆壳。”赵俊猛等[8]运用盆地内部1：20万重磁数据进行重磁联合反演后认为准噶尔盆地北部基底具双层结构，上层为(泥盆系和下石炭统组成的)海西期褶皱基底，下层为(下古生界组成的)加里东期结晶基底。基底是由早—中古生代洋壳物质组成的“槽型”基底，但可能有时代较古老的小陆块介于其中，基底的形成经历了一个多岛洋环境。

1.2 岩浆岩地球化学证据

Coleman等[4]对西准噶尔A型花岗岩研究表明，年龄为中石炭纪(321.4 ± 6.7 Ma)，物质来源与洋壳密切相关，并且花岗岩中榍石和磷灰石Sm-Nd 数据εNd(t)的值为+6.1，非常类似于相同年龄值的洋壳。这些结果说明西准噶尔地体A型花岗岩的岩浆形成可能来自于古生代洋壳物质组成的下地壳的局部熔融，而非来源于古老的前寒武纪基底。Feng等[5]持有相同认识，对6个深成花岗岩中的长石进行的铅同位素测试，比值结果表明岩浆物源仅和洋壳相关，暗示了准噶尔盆地基底岩石在北部和西部可能来源于洋壳。杨梅珍等[22]根据准噶尔盆地西北部克夏基性火山岩岩石地球化学研究，认为其与西准噶尔洋盆洋壳的俯冲消减有直接的成因联系，说明西准噶尔弧盆系向东延伸至盆地内部，盆地西部基底为洋陆俯冲形成的岛弧型增生地体。伍建机等[10]认为西准噶尔具后碰撞性质庙台沟岩体源区来自亏损地幔，可能是形成于早古生代期间的洋壳和岛弧建造。西准地区基底形成时代新，古老地壳即使有也非常有限。肖序常等[7]根据准噶尔盆地周缘山系中花岗岩Nd和Sr同位素特征认为基底为洋壳，但不排除其中残存一些地块。

1.3 沉积学证据

Carroll等[6]对准噶尔东部露头区泥盆—二叠系研究表明，准噶尔东部地区上泥盆统上部，由浅海-非海相沉积物组成。上泥盆统—下石炭统主要是浅海碎屑岩、碳酸盐岩和河流相的火山碎屑岩、冲积的砾岩，局部夹煤。不整合上覆的“磨拉石”是由砾岩和安山岩—流纹熔岩、凝灰岩、岩席组成的上石炭统，厚度变化在1 000～4 000 m之间。浅海浅滩的碳酸盐沉积物包含棘皮动物和四射珊瑚覆在火山岩上面，被晚石炭世到二叠纪河流砂岩和砾岩替代。角度不整合分隔了晚古生代和三叠纪-白垩纪非海相的碎屑沉积。根据泥盆—二叠系沉积序列、沉积组合特征及岩相组合、时空演变研究可恢复中石炭世的板块构造模式及古地理格局，并以此为准噶尔盆地“洋壳基底”提供证据。

2 关于结晶基底与褶皱基底的认识

2.1 前震旦纪结晶基底研究

1985年以来，越来越多的地球物理勘探资料表明准噶尔盆地及其邻区存在陆壳基底。袁学诚等[1]通过对可可托海—阿克塞地球物理深断面的研究得出准噶尔盆地航磁上延40 km垂直磁场异常图，表明存在结晶基底。陈俊湘等[9]根据准噶尔盆地地震转换波地震速度进行地质分析，认为盆地为浅变质的下古生界褶皱基底直接覆盖于硅铝镁层上，结晶基底缺失。张季生等[16]根据准噶尔盆地与正的卫星磁异常相对应，以及大面积的磁异常呈团块状，推测应有古老的太古宙和下元古代组成的结晶基底。马宗晋等[14]根据地震资料研究认为准噶尔盆地的结晶基底和褶皱基底是在古生代褶皱基底形成过程中，沿乌尔禾—三个泉一线两侧与古陆块(地块)发生拼合形成统一基底。邵学钟等[17]采用天然地震转换波测深方法，赵俊猛等[8]、马宗晋等[14]采用重磁异常分析，曲国胜等[18]、马宗晋等[14]采用人工地震深反射—折射剖面和重磁及相关深部探测，得出准噶尔盆地地壳具有明显分层结构特征，划分为沉积盖层、古生界褶皱基底和前寒武纪结晶基底三大构造层。

此外，在盆地周缘造山带陆续获得存在前寒武结晶基底的地质和同位素年龄证据，在克拉美丽山发现了震旦纪地层[23]，在准噶尔盆地东缘卡姆斯特东北的阿勒安道巴斯地区、克拉麦里清水泉东南科乃温德尔一带以及克拉麦里大断裂一带都发现晚震旦-早寒武世的古圆藻类和小壳化石群分子。赵振华[24]在不同地区花岗岩类中获得的铷模式年龄值，东、西准噶尔基底形成时期在8亿年左右。胡蔼琴等[11]在西准噶尔唐巴勒的花岗岩、斜长花岗岩、碱性花岗岩以及其中的单矿物中，获得Sm-Nd同位素年龄约13 ～ 14亿年，与西准地区拉巴群中一个凝灰质砂岩的模式年龄1 543 Ma相一致。张前峰等[2]在东准噶尔下马崖南小石头泉变质岩的Sm -Nd等时线年龄约为670 Ma。胡霭琴等[25]东准噶尔巴里坤地区下马崖南片麻岩和片岩Sm-Nd等时线年龄671 ± 140 Ma。张立飞[26]在西准噶尔唐巴勒蓝片岩中得出蓝闪石和青铝闪石40Ar/39Ar年龄为458 ～ 470 Ma。李锦轶等[14]对出露在准噶尔盆地东北缘的老君庙石英片岩中的白云母进行40Ar/39Ar定年，获得了461.5 ± 0.2 Ma的坪年龄和462.0 ± 4.1 Ma等时线年龄，表明变质时代不晚于中奥陶世晚期，准噶尔盆地东部具有前晚奥陶世的陆壳基底。值得重视的是，近年来，李亚萍等[34]获得了准噶尔盆地东北缘的泥盆纪卡拉麦里组长石岩屑砂岩中碎屑锆石3 073～2 876 Ma、2 490～2 464 Ma、2 052～1 942 Ma、1 700～1 513 Ma、1 083～827 Ma的前寒武纪定年数据；朱永峰等[28]对西准噶尔克拉玛依西山的早寒武世(>517 Ma)枕状玄武岩锆石定年研究也发现，该套洋岛海相玄武岩岩枕中存在大量古元古代—新太古代1 883～2 536 Ma 的岩浆锆石，表明其岩浆源区存在古老大陆地壳物质。孙桂华等[29]对哈尔里克山南麓石炭纪砂岩碎屑锆石进行SHRIMP 锆石U-Pb 定年，获得了579±10 Ma、949±26 Ma的年龄。陈登超等[30]在准噶尔盆地南部博格达山北侧石炭系砂岩中获得1 354±57 Ma、2 146±38 Ma、2 215±37 Ma的锆石U-Pb年龄。武富礼等[31]对准南伊连哈比尔尕山山前断褶带的沙湾县石场中生界中的砂岩进行锆石U-Pb 定年，获得了8 颗2 200～2 900 Ma 和1 000～1 600 Ma的年龄。樊婷婷等[32]在准噶尔盆地西北缘和布克赛尔玄武岩中获得了继承性单颗粒碎屑锆石谐和年龄为 2 395±27 Ma。杨甫等[33]对准噶尔盆地内部陆梁隆起中北部Db1井和Y1井岩心中的石炭系火山碎屑岩进行锆石U-Pb定年，获得了1 447～1 410 Ma、885～559 Ma的年龄记录。均为准噶尔存在古老结晶基底提供了证据。

2.2 褶皱基底研究

关于准噶尔盆地的褶皱基底性质，不同的学者提出了不同的观点。黄汲清[1]根据盖层表现的稳定性和盆地三角形形状及周边山脉的走向，设想准噶尔地块是在中新生代沉积层之下为由前寒武纪结晶岩组成的褶皱基底。在70年代末、80年代初大量地表和井下资料证实，盖层之下主要是晚古生代的槽型沉积，旧的结构模式明显地是不成立的。于是，基底双层结构说应运而生。双层结构是指组成基底下层的老地块在海西旋回中碎裂沉没，其上堆积了相对较薄的海西期槽型建造；海西中期回返后转化为内陆盆地，海西摺皱构造层就成了盆地盖层下的上层基岩。于淑华[13]根据磁场特征，结合地质上的类比和反证，推断褶皱基底是在前震旦系变质结晶基底上局部发育的古生代浅变质岩。蔡忠贤等[34]认为盆地具有前寒武纪结晶基底和古生界变质岩、火山岩基底双层结构。王元龙等[35]认为准噶尔早古生代是通过弧盆发展进行增生的主要时期，并导致早古生代大陆的形成。胡霭琴等[11]由小石头泉变质岩Sm-Nd等时线年龄和Nd模式年龄的推断准噶尔盆地基底岩石中可能有少量的前寒武纪地壳成分，认为目前的资料确定了东、西准噶尔基底具有年轻岛弧组合的特征。何登发等[15]根据新的地球物理探测资料认为褶皱基底顶面埋深6～16 km，表现为北浅南深的构造形态。但褶皱基底层的厚度却具有北厚南薄的特点，在盆地北侧的红岩断阶厚8～10 km，向南至盆地南部的昌吉凹陷减薄为0～1 km，褶皱基底层与结晶基底顶面之间表现为角度不整合接触关系。在褶皱基底层，发育北西西向的与陆梁隆起一致的基底隆起带。曲国胜等[18]在对穿越全盆地34条地震大剖面重新复合的基础上，认为前二叠纪的褶皱基底层北厚南薄，三个泉凸起带以北厚度在4～10 km之间，以南则小于4 km，厚度最薄的位于昌吉凹陷一带，为0～1 km。

3 存在的问题

3.1 关于前寒武纪结晶基底的研究

前人通过地球物理资料解释出的盆地基底性质的结果具有多解性，这是因为地球物理资料是该区现今各类地质体物性的综合反映，很可能包括了目前难以区分的来自现今地幔、盆地基底和盆地堆积物等的多源信息[14]，因此得出的推论具有很大的不确定性。

而在准噶尔盆地周缘造山带获取的同位素年龄证据方面，胡霭琴[11]认为一些“前寒武纪”同位素年龄存在很大的问题，如东准噶尔荒草坡群下部的肉红色黑云母花岗片麻岩、1：25万纸房幅区域调查报告中划出的“新元古代”塔黑尔巴斯套糜棱杂岩和鲍尔羌吉糜棱杂岩等锆石U-Pb年龄数据，它们并不是真实的前寒武纪年龄结果。分析出现这种误区的主要原因是对U-Pb和Sm-Nd同位素年代学的基本原理了解不够，在使用锆石Pb同位素蒸发法定年时，没有按照限定，对于不谐和年龄的锆石测定的年龄结果是不可靠的。而利用Sm-Nd全岩等时线方法确定岩石的形成时代要求样品来自同一源区，并且要求测试样品点多，等时线年龄误差小，且有地质意义，这样才不会造成太大的误差。此外过去用锆石测定年龄，由于分析精度所限，一般是将锆石按粒度、晶形或颜色等分成不同的组份，分别测定年龄。数据测试的精度和应用范围有限。并且前人多是依据准噶尔盆地周缘造山带获取的同位素年龄来推测盆地属性，在物源等方面尚存在一些争议。而盆地内部钻井资料的直接证据又比较缺乏。

表1 准噶尔盆地蛇绿岩U-Pb测年结果(修改自参考文献[20]) a

3.2 关于古生代褶皱基底的研究

关于准噶尔盆地褶皱基底的时代和性质均存在较大分歧。对于褶皱基底时代的争议主要集中在褶皱基底与沉积盖层的分界是在石炭纪还是二叠纪。对于其性质，一些学者认为是由周边的哈萨克斯坦、塔里木和西伯利亚板块的岛弧增生地体拼合而成，或是包含了许多岛弧、弧前和弧后盆地、蛇绿混杂岩及洋壳物质的变质岩和火山岩基底；另一些学者则认为是洋壳物质构成的“槽型”基底；也有人认为是独立的微陆块。存在争议的原因是准噶尔盆地的褶皱基底应该包括北部和南部两个重要组成部分(图1)。准噶尔盆地现今的古生代褶皱基底结构特征主要是晚古生代洋盆俯冲，岛孤、地体增生，陆陆碰撞拼合板块构造作用过程的综合产物。根据系统分析前人关于区域蛇绿岩带的定时、定性研究(表1)，分析准噶尔盆地古生代区域板块构造格局，确定洋盆闭合、陆陆碰撞造山的时期。准噶尔盆地西北部的塔尔巴哈台蛇绿岩—洪古勒椤蛇绿岩与其东侧的阿尔曼泰—北塔山蛇绿岩可能相连构成准噶尔洋盆消减的碰撞带。准噶尔盆地东侧的克拉麦里蛇绿岩、蛇绿混杂带向西没入盆地，推测经三个泉再向西经过乌尔禾，与准噶尔盆地西部露头区的达尔布特蛇绿岩和向西南延伸的白涧滩—克拉玛依蛇绿岩蛇绿混杂岩等相连，共同组成弧后盆地消减增生的蛇绿岩、蛇绿混杂岩增生带。上述两蛇绿岩带之间的带状区，即为洋盆消减俯冲、闭合的地壳横向增生带。准北的乌伦古应是卷入该增生带中的微陆块。显然，准噶尔盆地实质上是上叠在古生带褶皱基底上的上叠盆地，褶皱基底包括两个重要组成部分，即北部的岛弧、微陆块、地体增生带，南部的准噶尔褶皱基底(古生代陆壳基底)陆块。

4 展望

前人对准噶尔基底形成时代的研究主要集中在对岩浆岩和变质岩的地球化学及Sm-Nd、Rb-Sr、40Ar/39Ar等同位素研究方面，主要包括形成时代、成因机制及其地质演化等研究，而缺乏碎屑沉积岩地球化学、碎屑锆石年代学等方面研究。碎屑沉积岩物质来源具有广泛的区域代表性，其地球化学和碎屑锆石相关同位素研究在反演区域构造演化方面具有重要作用[36]。近年来，随着同位素分析测试技术的发展，激光剥蚀等离子体质谱(LA-ICP-MS)和高分辨离子探针(SHRIMP)技术实现了对锆石颗粒内部微区定年，并极大地提高了物源分析的可靠性[37]。由于盆地周缘没有出露前寒武纪地质体，因此准噶尔盆地及邻区最古老的地质信息大多保存在碎屑锆石中，对这些古老的锆石开展详细的研究是解决准噶尔早期演化历史的重要手段。

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2017-06-14

国家自然科学基金项目(41641018)

樊婷婷(1982-)，女，安徽太和人，讲师，主要从事岩石学与矿物学方面教学及研究工作。

P534.4

A

1004-1184(2017)04-0193-03