克木齐岩群为一套经历多期变形、变质的高角闪岩相变质岩系, 岩性主要为混合岩化黑云斜长片麻岩、二云斜长片麻岩、黑云(斜长)石英片岩、矽线石黑云二长石英片岩、斜长角闪岩等, 为阿尔泰地区目前所厘定的时代最老地层, 其变质程度深、变形强烈, 岩性复杂, 混合岩化普遍发育。由于断裂及晚期岩浆侵入破坏, 地层连续性差, 总体无序无层, 糜棱岩、石香肠、构造鱼、流变褶皱、无根褶皱广泛发育(图2)。

图 2

Fig.2

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	图 2 克木齐岩群变形构造 a. 流变褶皱构造; b. 旋转碎斑构造; c. 肠状褶皱构造; d. 石香肠构造Fig.2 Deformation structures of Kemuqi Group

从宏观角度来看, 为收缩体制下加厚的重复叠置岩片, 上、下关系不可分。在乌恰山中部出露宽度最大, 向西北延伸出露宽度减小, 该岩群内常见辉绿岩墙(脉)、花岗岩脉穿插, 普遍具强烈混合岩化, 由于经历了多期次、深层次的变形变质作用改造, 原岩结构构造已消失殆尽, 普遍存在地层加厚或构造流失甚至缺失, 研究区内该套地层经历了不同期次的推覆剪切作用, 形成一种无序的叠置关系。

克木齐岩群从岩性组合看与新疆北部古元古界基本可以对比。天山区相应层位自西向东分别为木扎尔特岩群、那拉提岩群、温泉岩群、北山岩群等。岩性均以片麻岩、混合岩、斜长角闪岩为主, 变质程度为高绿片岩相— 角闪岩相, 混合岩化作用普遍发育。但研究区克木齐岩群与其相比, 大理岩相对不甚发育。

中元古代苏普特岩群, 分布于富蕴— 锡泊渡断裂以南额尔齐斯构造带中和二台断裂西侧可可托海镇— 铁买克乡— 阿克沃巴一线以及青河县喀拉布腊他乌、昆格依特青格里河流域等地, 呈构造岩片产出。苏普特岩群为一套中深变质岩系, 为各类片岩、片麻岩、混合岩、变粒岩等, 其变质程度达低角闪岩相, 变质作用类型为区域动力热流变质作用, 属低— 中压相系。从野外宏观上看, 苏普特岩群各变质岩岩石多呈层状、似层状产出, 各类岩石之间呈构造面理接触, 岩石类型呈连续过渡变化, 岩层发育紧闭褶皱、多级不对称褶皱等, 为一套经历多期变形、变质的构造岩石地层。

在额尔齐斯构造带内, 岩石糜棱岩化、角岩化、混合岩化强烈。总体以片麻岩发育为特征, 夹有少量片岩, 变质相对较深, 各地岩性总体变化不大, 地层中有大量伟晶岩脉穿插, 在可可托海一带尤为壮观。

在青河县齐巴哈勒盖一带其上与震旦纪— 早寒武世喀纳斯群呈构造接触, 原1∶ 20万区调将局部地段划为整合接触关系, 主要依据是二者岩层产状(片理产状)倾向一致, 似为整合接触。本次工作经过仔细观察, 二者虽然倾向一致, 但倾角略显不同, 且在上覆地层中见有极少砾石存在, 砾岩成分为较老地层组分。从大范围看, 上、下两套地层变质程度差别较大(下伏地层为低角闪岩相, 上覆地层为绿片岩相), 变质作用类型亦不相同(下伏地层为区域动力热流变质作用类型, 上覆地层为区域低温动力变质作用类型)。在多期变形和强烈变质作用影响下, 两套地层不整合, 特别是平行不整合的证据难以查明, 两套地层有时岩性上却呈一种渐变关系, 即有人称之为“ 隐蔽不整合” 。

研究区主要岩石类型有片麻岩、片岩、石英岩类, 这些不同的岩石类型组成了前寒武纪地层的物质实体, 详细岩石学特征见表1。

表 1

Table 1

表 1(Table 1)

表 1 富蕴地区前寒武纪地层中不同岩石类型的岩石特征 Table 1 Characteristic of different rocks of Precambrian in Fuyun area 岩石名称 颜色 结构构造 矿物成分及含量 粒度/mm 蚀变及特征矿物 大理岩类 含透闪透辉大理岩 浅灰色 块状构造, 粒状 变晶结构 Call 60%~65%, Q 5%~10%, Pl 10%~15%, Di 5%, Ti 5% 0.3~1.2 透闪石、透辉石 片 麻 岩 类 副 片 麻 岩 黑云斜长片麻岩 灰色 鳞片-不等粒变晶 结构, 片麻状构造 Pl> 50%, Q 30%~35%, Bit 10%~15% 0.3~1 黑云母 黑云二长片麻岩 浅灰色 鳞片-粒状变晶结构, 片麻状构造 Pl> 50%, Kp 35%~40%, Q 5%~10%, Bit< 5% 0.5~2 黑云母、钾长石 黑云角闪 斜长片麻岩 灰色、深灰色 鳞片-粒状变晶结构, 片麻状构造 Pl 35%~40%, Q 30%~25%, Kp 5%~10%, Bit 5%~10%, Hb 5%~10% 0.5~1.8 黑云母、角闪石、钾长石 含石榴角闪黑云斜长片麻岩 深灰色 斑状变晶结构、柱粒状变晶结构, 片麻状-平行状构造 Pl 30%~35%, Hb 30%~35%, Gr 5%~10%, Q 5%~10%, Bit< 5% 0.3~0.7 石榴子石、角闪石、黑云母 含矽线石榴富铝片麻岩 灰色, 略带暗红色 纤状-不等粒变晶结构、筛状晶结构、斑状变晶结构, 片麻状构造 Q 30%~35%, Ald 30%~35%, Sl 10%~15%, Kp 10%~15%, Bit 少量 变斑晶2~5, 基质 0.3~0.8 黑云母、铁铝榴石 矽线石、钾长石 TTG 片麻岩 花岗质片麻岩 浅灰色、褐灰色 鳞片-粒状变晶结构, 片麻状构造 Pl 15%~20%, Q 30%~35%, Kp> 40%, Bit< 5% 0.5~0.25 绢云母、绿帘石化 花岗闪长质片麻岩 浅灰色 鳞片-粒状变晶结构, 片麻状构造 Pl> 60%, Q 15%~20%, Kp< 10%, Bit< 10% 0.5~3 绢云母化、石英岩化

表 1 富蕴地区前寒武纪地层中不同岩石类型的岩石特征 Table 1 Characteristic of different rocks of Precambrian in Fuyun area

变质岩岩石的结构构造在表1中已进行了简单描述, 不同的岩石类型, 其结构构造特征差异明显。片麻岩为鳞片粒状变晶结构、斑状变晶结构、纤状不等粒变晶结构、筛状变晶结构等, 构造为片麻状构造和平行状构造等。

由于特殊的构造位置, 且经历了多期次构造和岩浆热事件作用, 岩石普遍发生了变质和变形。不同岩石中所出现的变质矿物或特征变质矿物是有差异的, 究其原因, 一方面取决于原岩的物质组成, 另一方面则与区域构造背景及应力作用的不平衡性有关。该地区前寒武纪地层不同岩石中的变质矿物共生组合面貌, 清晰地反映了其变质历史和期次(表2)。

综合分析不同岩石的矿物共生组合和宏观上岩石变质变形特征, 前寒武纪地层是经过多期次的变质, 特点是主要的临界变质反应(Bit+Sl+Q=Gr+Kp+H₂O), 均说明其具区域动力热流变质作用特色, 属高绿片岩相-角闪岩相, 变质作用发生的温度在575~700℃之间, 压力为0.2~1.0 GPa。

表 2

Table 2

表 2(Table 2)

表 2 富蕴地区前寒武纪地层中不同岩石变质特征 Table 2 The metamorphic characteristic of different rocks of Precambrian in Fuyun area 岩石类型 矿物共生组合 变质期 原岩恢复 变质相 黑云斜长片麻岩 Bit+Pl+Q 晋宁期 长石石英粉砂岩 黑云二长片麻岩 Bit+Kp+Pl+Q 华力西— 印支期 片 麻 岩 类 黑云角闪斜长片麻岩 Hb+Bit+Kp+Pl+Q 加里东期 钙泥质粉砂岩 高绿片 岩相 │ 角闪 岩相 含石榴黑云斜长片麻岩 Gr+Bit+Kp+Pl+Q 含石榴黑云角闪斜长片麻岩 Gr+Hb+Bit+Pl+Q 华力西 │ 印支期 含钙砂质粘土岩 含矽线石榴黑云斜长(二长)片麻岩 Sl+Ald+Bit+Kp+Q 石英 岩类 含透辉石石墨石英岩 Di+Gph+Q 华力西— 印支期 长石石英砂岩 钙质石英砂岩 高绿片 岩相 云母长石石英岩 Bit+Gph+Mu+Kp+Pl+Q 印支期

表 2 富蕴地区前寒武纪地层中不同岩石变质特征 Table 2 The metamorphic characteristic of different rocks of Precambrian in Fuyun area

研究区变质岩中各类变质岩虽经多期变质改造, 但反映原岩特征的某些残余组构仍隐约可见, 变余组构特征见表3。

表 3

Table 3

表 3(Table 3)

表 3 富蕴地区前寒武纪变质岩变余组构特征 Table 3 The fabric characteristic of metamorphic of Precambrian in Fuyun area 岩石类型 样品序号 岩石名称 变余组构特征 1 含榴黑云斜长片麻岩 个别长石保留碎屑状, 锆石呈滚圆状 2 含榴黑云斜长片麻岩 残留砂屑结构, 锆石呈浑圆状 斜长片麻岩 3 矽线黑云斜长片麻岩 残留砂屑结构 4 含榴黑云斜长片麻岩 锆石呈浑圆状 5 矽线二云斜长片麻岩 个别长英质矿物晶面模糊, 锆石呈滚圆状 变粒岩 1 斜长变粒岩 个别长英质矿物具砂屑特点, 锆石呈明显滚圆状 2 含榴黑云斜长变粒岩 残留砂状结构, 斜长石、石英个别保留圆状或次圆状, 边部具铁质氧化膜 斜长角闪岩 1 斜长角闪岩 岩石呈残留斑状结构, 基质具残留交织结构

表 3 富蕴地区前寒武纪变质岩变余组构特征 Table 3 The fabric characteristic of metamorphic of Precambrian in Fuyun area

研究区变质岩中副矿物组合及锆石特征见表4, 由表中可以看出, 其中锆石系多成因产物, 沉积型、变质型、岩浆型均存在, 但变粒岩中以沉积型为主。

表 4

Table 4

表 4(Table 4)

表 4 副矿物组合及锆石特征 Table 4 The characteristics of mineral assemblages and zircon of Precambrian in Fuyun area 岩石类型 序号 副矿物成分 锆石特征 矽线堇青黑云斜长片麻岩 1 石榴子石、磁铁矿、赤褐铁矿、磷灰石、锆石、黄铁矿、榍石、黝帘石、辉钼矿、金红石、绿帘石、独居石、斜黝帘石 占副矿物比例6.7%, 呈正方双锥柱状, 晶体长0.06~0.43 mm, 宽0.03~0.2 mm, 长宽比值为2∶ 1、3∶ 1、5∶ 1、8∶ 1、3∶ 2、4∶ 1、5∶ 3, 无色透明、浅褐色透明— 半透明, 金刚光泽, 晶面光滑, 晶棱平直, 晶棱晶面界线清晰, 少量晶棱有磨蚀现象。部分内含小锆石及网状暗色矿物包裹体 黑云斜长片麻岩 2 磁铁矿、赤褐铁矿、磷灰石、锆石、黄铁矿、榍石、绿帘石、钛铁矿、金红石、白钛石、电气石、锐钛矿 占副矿物比例5.5%, 正方双锥柱状, 晶体长0.06~0.3 mm、宽0.03~0.15 mm, 长宽比值为2∶ 1、3∶ 1、3∶ 2、5∶ 3, 无色透明、浅褐色透明— 半透明, 金刚光泽, 晶面光滑, 晶棱平直, 晶棱晶面界线清晰。个别晶棱有磨蚀圆化现象, 少量内含小锆石及暗色矿物包裹体, 小锆石包裹体排列无方向性 斜长变粒岩 3 磁铁矿、赤褐铁矿、磷灰石、锆石、黄铁矿、榍石、绿帘石、电气石、金红石、独居石、独居石 占副矿物比例6.02%, 淡玫瑰色, 金刚光泽, 半透明, 少数透明。颗粒以碎块状或残缺柱状为主, 较少量晶形完整, 次棱角— 次浑圆状, 晶体形态模糊不清, 晶体表面凹凸不平, 晶体长0.04~0.16 mm、宽0.02~0.04 mm, 长宽比值大部分为2∶ 1, 少量3∶ 1~4∶ 1, 见小锆石及暗色矿物包裹体 含榴黑云斜长变粒岩 4 磁铁矿、石榴子石、钛铁矿、赤褐铁矿、电气石、磷灰石、锆石、黄铁矿、方铅矿、榍石、绿帘石、金红石、白钛石、角闪石、黑云母 占副矿物比例0.182%, 以褐黄色为主, 少量淡粉色, 强金刚光泽, 半透明, 次浑圆— 浑圆状, 熔蚀强烈, 晶面粗造, 晶体形态难分, 晶体长0.08~0.16 mm, 宽0.06~0.12 mm, 长宽比值多为2∶ 1、3∶ 1, 少量4∶ 1~6∶ 1, 部分内含小锆石、黄铁矿、钛铁矿及暗色矿物包裹体, 小锆石包裹体排列无方向性 含榴黑云斜长片麻岩 5 磁铁矿、石榴子石、钛铁矿、绿帘石、褐铁矿、电气石、磷灰石、锆石、黄铁矿、方铅矿、榍石、绿帘石、金红石、角闪石、黑云母 占副矿物比例0.062%, 以褐黄色为主, 弱金刚光泽, 绝大部分不透明, 少量半透明, 次浑圆— 浑圆状, 熔蚀强烈, 晶面粗造, 晶体形态难分, 晶体长0.08~0.16 mm, 宽0.04~0.10 mm, 长宽比值多为2∶ 1、3∶ 1, 部分内含小锆石、黄铁矿、钛铁矿及暗色矿物包裹体, 小锆石包裹体排列无方向性

表 4 副矿物组合及锆石特征 Table 4 The characteristics of mineral assemblages and zircon of Precambrian in Fuyun area

在其形成和演化的地质历史中, 先后经历了多期次的构造运动影响和岩浆热事件作用的叠加, 形成了许多有世代关系的矿物组, 并由进变质达角闪岩相, 经后期构造叠加改造而发生了退变质作用。

黑云母在片麻岩中多由角闪石变质而来, 继而又发生了进一步的退变, 转化为绿泥石、白云母和毛发状矽线石; 石榴子石为变斑晶、残缕结构, 其内的石英包裹体发生了重结晶和平行排列, 并有少数

子石榴石退变质为黑云母; 斜长石被钾长石交代, 形成微斜长石, 另外还可以形成绿帘石和绢云母。

根据上述矿物间的演绎关系分析, 该地区前寒武纪地层的原始沉积物(主要为砂质、泥砂质、钙泥质、碳酸盐)经晋宁期变质作用, 形成了角闪石; 加里东期变质作用使黑云母发生退变, 形成了绿泥石、白云母等; 华力西期— 印支期变质作用, 残留黑云母蚀变为矽线石、白云母等; 石榴子石、石墨、方柱石、透辉石、透闪石在这一构造变质事件中形成, 并演化发展, 在晚期构造应力为主的前提下, 再发生退变, 石榴子石形成了黑云母等。最后一次热构造事件发生在燕山期, 主要的变质作用发生在构造强烈地段, 即断裂构造带侧旁和岩浆活动区周围地层中, 发生的变质矿物演化, 构造带侧旁为退变质作用, 如黑云母蚀变为绢云母、白云母等。

综上所述, 该地区前寒武纪地层的岩石至少经历了4次以上的构造-岩浆热事件影响, 发生了不少于4次的区域动力热流变质作用, 属多期次的变质作用叠加的变质岩区。

晋宁期是古中国大陆陆块重要的构造活动和岩浆热事件活动时期^[21], 本区前寒武纪地层(克木齐岩群、苏普特岩群)在这一时期经历了构造-岩浆热事件的影响, 岩石发生了明显的变质和构造变形。其变形机制主要是在深部构造层次剪切流变作用下形成的透入性微片麻理构造。变形形迹主要表现为结晶分异条纹和条带、褶皱构造变形、韧性剪切带等。这些构造变形已被后期构造叠加破坏, 保留的是条纹和条带状构造及韧性剪切带糜棱岩等。片麻岩是晋宁期变质变形的产物。

研究区该时期变质地层中能够辨认的早期变形构造(S_n+1), 为强烈的面理置换作用, 使矿物定向排列, 形成微片麻理(图3), 导致古老侵入岩由块状构造向片麻状构造转变, 岩石由沉积岩向变质岩开始转变。在黑云斜长片麻岩的片麻理由长英质粒状矿物(> 70%)与其间断续定向分布的片状矿物黑云母构成; 斜长角闪岩片理面平直, 由柱状角闪石平行定向排列构成; 钙硅变粒岩中粒状矿物含量较高, 面理粗糙。局部大理岩重结晶程度较高, 方解石颗粒粗大(24 mm), 面理不发育。从片麻理区域分布统计情况看, 除局部受后期变形改造外, 总体呈近东西向平行“ 岩层” 层面。

图 3

Fig.3

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	图 3 片麻理构造素描图Fig.3 The sketch of gneissosity structure

该时期的变形构造主要表现为中深层次环境下的变形构造, 经过震旦— 寒武纪相对扩张后, 受加里东运动影响, 古亚洲洋(额尔齐斯洋)向西伯利亚板块俯冲, 研究区前寒武纪地层经历了这一构造变革时期, 相应地形成了一系列构造变形形迹。主要表现为以区域片麻理(S_n+1)为变形面, 铸造成顺层掩卧褶皱、紧闭同斜褶皱, 顶厚褶皱和流褶皱及旋斑构造等剪切褶皱系统, 局部大理岩层中则表现为顺层剪切带, 形成条带状大理岩。野外褶皱要素统计结果表明, 该期褶皱枢纽倾向多在250° ~290° 之间变化, 倾角30° ~50° , 消除后期构造干扰因素外, 剪切运动方向大致为180° , 反映出构造的生成与水平方向强应力有关。此外, 该期褶皱还以尺度小(露头级)、形态复杂、样式不确定为特点, 表现为中深构造相的塑性流变特征。

图 4

Fig.4

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	图 4 糜棱岩中矿物晶体变形素描图Fig.4 The sketch of deformation of mineral crystals in mylonite

图 5

Fig.5

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	图 5 苏普特岩群D2构造变形素描 (a)节状石香肠构造; (b)窗棂构造; (c)肠状构造; (d)旋转碎斑构造Fig.5 The sketch of D2 structure deformation in Supute Group

同时由于该时期的推覆剪切作用也使本地区发育一系列区域性的糜棱面理, 面理构造主要由片状矿物(绢云母、白云母和绿泥石)的定向平行排列和粒状矿物的拉长定向构成(图4), 与之伴生的线理构造有矿物拉伸线理、粘连型石香肠(图5a)、窗棂构造(图5b), 同时发育肠状构造(图5c)、旋转碎斑构造(图5d)等, 强变形带中发育鞘褶皱。其中在苏普特村一带克木齐岩群中石榴黑云斜长片麻岩以片麻理(S_n+1)形成的褶皱面理(S_n+2)被该期糜棱面理(S_n+3)置换改造形成长英质糜棱岩。侵入克木齐岩岩群中的花岗岩受该期剪切作用, 形成花岗质糜棱岩, 糜棱面理以石英的拉丝构造与长石的旋转碎斑为主。据野外观测, 该期剪切推覆构造铸就了克木齐岩群、苏普特岩群与上覆地层之间的现今构造叠覆关系。所发育的韧性剪切带规模宏大、分带清楚, 强变形带中S-C组构发育(图6), 矿物拉伸线理发育, 长石以δ 型旋斑出现, 长英质脉体呈揉皱出现, 而弱变形域内, 长石多成σ 型碎斑。

图 6

Fig.6

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	图 6 糜棱岩中S-C组构Fig.6 The S-C fabric in mylonite

晚泥盆世— 早石炭世, 随着有限洋盆完全消亡, 准噶尔板块与西伯利亚板块开始对接碰撞^[18], 岩浆活动也较频繁, 陆壳的抬升也非常明显。由此产生的构造效应, 主要表现为浅表层次的褶皱、断裂构造、节理构造等。该时期的褶皱构造主要表现为以糜棱面理为变形面, 形成区域级、露头级宽缓等厚褶皱(图7)。该期褶皱构造总体呈近东西向展布, 枢纽产状, 250° ~290° ∠25° ~30° , 长宽比一般为2∶ 1~3∶ 1, 轴面劈理345° ∠70° , 矿物擦痕线理较发育, 反映了浅部构造相收缩体制下产生的近南北向挤压形成的褶皱构造。为区内造山运动的产物, 并从此奠定了研究区的构造格架。

图 7

Fig.7

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	图 7 苏普特岩群D3构造(宽缓等厚褶皱)变形素描图Fig.7 The sketch of D3 structure deformation in Supute Group

华力西末期, 随造山运动发展到末期, 阿尔泰造山带进入大规模的应力调整释放阶段^[22], 沿板块前缘的先期北西向断裂痕迹进行叠加改造, 形成区域性的左行走滑断裂系, 如富蕴— 锡泊渡断裂等。本区受挤压产生的北北西向剪切裂隙, 局部被逐渐追踪贯通, 发展演化为大型右行走滑断裂, 如可可托海— 二台断裂。研究区克木齐岩群、苏普特岩群中的浅表层次环境下的变形构造也较明显, 发育有较多的断裂构造和宽缓褶皱等, 其中断裂构造主要表现为脆性, 形成大量的破碎带和构造角砾岩带。韧脆性断裂以短距离、规模小为特点; 韧性断裂多形成水平走滑形迹, 明显对地层、岩块、侵入体形成一定破坏和错位。褶皱构造带以背形和向形形式反映在较大范围, 对前期构造发生了改造和叠加, 使区内的构造更趋复杂和多样化。