地質地球所建立中亞造山帶大陸地殼生長的兩階段模型

2020-11-27 中國科學院

位於西伯利亞、卡拉庫姆-塔裡木板塊、華北板塊和東歐板塊之間的中亞造山帶（或阿爾泰拼貼體）不同於環太平洋俯衝型和阿爾卑斯-喜馬拉雅山碰撞型造山帶，是典型的增生型造山帶，也是全球顯生宙大陸地殼生長最顯著的地區。目前對大陸地殼生長機制的認識有兩種截然不同的模型：1）大陸地殼的生長全部通過大洋板塊俯衝誘導的增生造山完成，簡稱為「側向增生模型」，該機制類似於現在的環太平洋增生型造山帶；2）不僅承認洋陸俯衝體制下的側向增生過程，而且特別強調後碰撞大陸地殼在深部幔源物質底墊過程中的垂向生長，簡稱為「雙向增生模型：洋陸體制的側向增生+後碰撞垂向增生」。奠定這兩種模型的關鍵是對伊犁地塊和塔裡木地塊碰撞造山結束時間的精確限定和對花崗質巖石的成因認識。

塔裡木和伊犁地塊之間的碰撞、拼合標誌著中亞造山帶西南緣造山作用的結束，形成了西起烏茲別克斯坦，經塔吉克斯坦、吉爾吉斯坦、哈薩克斯坦，東延至我國新疆和甘肅交界，約2500 km的南天山造山帶。多年來，地質學家認為塔裡木和伊犁地塊之間的碰撞發生在晚古生代。近年來，部分學者根據西天山榴輝巖中鋯石的SHRIMP U-Pb年齡（233-226 Ma），提出塔裡木和伊犁地塊之間的碰撞發生三疊紀，在學術界引起了激烈爭議。同時也衍生出兩種中亞造山帶地殼生長模型。

中科院地質與地球物理研究所固體礦產資源研究室的研究員高俊和博士研究生龍靈利等對此開展了一系列的研究，他們於2010年對西天山高壓-超高壓變質帶中榴輝巖鋯石Cameca U-Pb年代學研究，獲得榴輝巖的峰期變質年齡為320 Ma，從而限定了塔裡木和伊犁地塊之間的碰撞事件發生的時間的下限。2011年又報導了一切穿高壓/超高壓變質帶的S型花崗巖脈，確定了伊犁地塊和塔裡木地塊之間碰撞時間的上限。

一條寬約2 m ~ 8 m、北西310方向延伸約300 m的花崗巖脈切穿了高壓/超高壓變質帶。巖脈由角閃石黑雲母花崗巖、黑雲母花崗巖、二雲母花崗巖、含黑雲母花崗巖、似斑狀花崗巖組成，直接圍巖為含石榴石黑雲母斜長片麻巖、含紅柱石黑雲母斜長片麻巖和含電氣石黑雲斜長片麻巖等接觸變質巖，外圍圍巖為綠泥石白雲母鈉長石片巖、綠泥綠簾石陽起石片巖和藍閃石片巖。花崗巖脈的A/CNK在1.1~1.27間，平均1.19，說明其為過鋁質花崗巖。稀土元素成分顯示強烈的Eu負異常，δEu在0.03 ~ 0.28間，平均0.09。花崗巖脈的CaO/ Na2O 比值從0.06到0.17間變化、Al2O3/TiO2比值為240到525，類似於喜馬拉雅後碰撞強過鋁質花崗巖SP granites (Sylvester, 1998)。高精度離子探針獲得花崗巖脈鋯石284.9 ± 2.0 Ma，為榴輝巖相變質年齡的上限，表明西天山高壓-超高壓變質作用年齡早於二疊紀。

西天山花崗質巖石的出露面積約佔整個造山帶的30%，他們選擇了20餘個代表性巖體進行了巖石學、地球化學與同位素年代學的研究，並綜合目前已經發表的花崗質巖石的U-Pb年代學和Sr-Nd同位素數據，初步構建了西天山花崗質巖石的年代學框架（圖1），探討了其Sr-Nd同位素特徵（圖2）。鋯石U-Pb年齡分布在896 Ma 至247 Ma間，87Sr/86Sr 初始比在 0.70329至0.72070間，εNd值從-14.1變化到+7.3。新元古代花崗片麻巖的產出表明西天山具前寒武紀基底。洋陸俯衝過程中，大陸地殼生長通過洋殼熔體的直接添加、上地幔楔部分熔融產生基性巖漿的侵入和基性巖漿與大陸基底混合產生的花崗質巖漿上湧等方式實現。後碰撞時期，板片斷離誘發的軟流圈地幔物質的上湧、底侵造就了大陸地殼的垂向生長。

中亞造山帶的顯生宙大規模地殼生長可以用這兩階段模型解釋，早期洋陸俯衝階段島弧物質的側向添加+ 晚期後碰撞幔源物質垂向底墊（圖3）。

該研究成果近期發表在國際知名的構造學期刊Tectonophyics和Lithos上。

原文連結

Tectonophyics

Lithos

 

圖1：西天山花崗質巖石的鋯石U-Pb年齡統計直方圖。a: 伊犁地塊北緣花崗巖帶, b:伊犁地塊南緣花崗巖帶， c: 中天山花崗巖帶， d:南天山的花崗巖帶

 

圖2：西天山花崗質巖石的Sr-Nd同位素組成。NTGB-北天山花崗巖帶，NYGB-伊犁地塊北緣花崗巖帶, SYGB-伊犁地塊南緣花崗巖帶， CTGB-中天山花崗巖帶， STGB-南天山的花崗巖帶

圖3：西天山地殼生長的兩階段模型

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