原特提斯洋俯冲起始——来自北祁连早寒武世弧前岩浆作用的新证据

形成于弧前背景的岩浆岩可能记录了俯冲起始的重要证据。本文以北祁连走廊南山蛇绿混杂岩带新识别出的富铌辉长岩和斜长花岗岩为研究对象,在野外观察的基础上,结合岩石学、地球化学、同位素地球化学和年代学的综合研究,对原特提斯洋初始俯冲的时间进行约束,并探讨其形成过程及构造意义。锆石U-Pb定年结果显示富铌辉长岩样品锆石加权平均^(206)Pb/^(238)U年龄为512±4 Ma;两个斜长花岗岩样品的锆石加权平均^(206)Pb/^(238)U年龄分别为522±3 Ma和519±1 Ma。全岩地球化学结果显示富铌辉长岩的Nb含量为7.49×10^(-6)~10.80×10^(-6),TiO_(2)含量为1.50%~2.08%,Nb/U值为11.9~13.4,(Nb/La)N>0.5,明显高于岛弧玄武岩,其εNd(t)值介于+4.38~+5.78之间。斜长花岗岩样品K_(2)O含量(0.31%~1.66%)和K_(2)O/Na2O值(0.05~0.43)较低,稀土元素分布模式较为平缓,具有轻微的Eu正或负异常,相对富集Ba、Sr、U等大离子亲石元素,亏损Nb、Ta等高场强元素,结合其正的εNd(t)值(+3.35)和高、正的锆石εHf(t)值(主要在6.2~12.9之间),类似于弧前大洋斜长花岗岩。综合这些研究资料和区域地质,我们认为百经寺斜长花岗岩可能形成于俯冲初始阶段高温环境下俯冲洋壳部分熔融,随着俯冲继续,俯冲板片在更深部的部分熔融形成埃达克质熔体,并交代地幔楔形成富铌辉长岩。这些研究资料表明北祁连所代表的原特提斯洋的初始俯冲发生在早寒武世。

大陆造山运动:从大洋俯冲到大陆俯冲、碰撞、折返的时限--以北祁连山、柴北缘为例

北祁连山和柴北缘是典型的早古生代大陆造山带,分别发育有北祁连山大洋型俯冲缝合带和柴北缘大陆型俯冲碰撞带。作为早古生代大洋冷俯冲的典型代表,北祁连山经历了从新元古代-寒武纪大洋扩张、奥陶纪俯冲和闭合及早泥盆世隆升造山的过程。高压变质岩变质年龄为490～440Ma,证明古祁连洋经历了至少50m.y.的俯冲过程。柴北缘超高压变质带是大陆深俯冲的结果,岩石学、地球化学和同位素年代学表明,柴北缘超高压变质带中榴辉岩的原岩分别来自洋壳和陆壳两种环境。高压/超高压变质的蛇绿岩原岩的年龄为517±11Ma,与祁连山蛇绿岩年龄一致。榴辉岩早期的变质年龄为443～473Ma,与祁连山高压变质年龄一致,代表大洋地壳俯冲的时代,而柯石英片麻岩和石榴橄榄岩所限定的超高压变质时代为420～426Ma,代表大陆俯冲的年龄。从大洋俯冲结束到大陆俯冲最大深度的转换时间最少需要20m.y.。自420Ma起,俯冲的大洋岩石圈与跟随俯冲的大陆岩石圈断离,大陆地壳开始折返,发生隆升和造山。北祁连山和柴北缘两个不同类型的高压-超高压变质带反映了早古生代从大洋俯冲到大陆俯冲、隆升折返的造山过程。

北祁连山古大洋俯冲带高压变质岩研究评述

北祁连山是中国研究古板块构造和俯冲带的经典地区,肖序常先生在此进行了开创性的研究工作。该俯冲带记录了490~440Ma的高压变质年龄,是目前世界上最老的大洋冷俯冲带之一。较系统地总结了北祁连造山带的研究历史、近年来在高压变质岩及相关岩石研究领域的最新进展,并根据详细的矿物学、岩石学、地球化学和同位素年代学资料,对本区大洋扩张、俯冲和大陆碰撞造山的构造演化过程进行了新的透视和评述。

北祁连东段早古生代洋壳俯冲作用记录——来自晚奥陶世高镁埃达克岩的证据

具有特殊成因机制的埃达克质岩石是探究深部岩浆动力学过程与区域构造演化的重要岩石探针之一。本文对北祁连造山带东段宁夏南华山地区出露的石洼里花岗岩进行了系统的锆石U⁃Pb年龄、主量-微量元素及锆石原位Hf同位素分析,以探讨其岩石成因及地球动力学意义。LA⁃ICP⁃MS锆石U⁃Pb定年结果表明石洼里花岗岩侵位年龄为452±4 Ma,为晚奥陶世岩浆活动的产物。岩石具有较高的SiO_(2)(68.60%~71.42%)、Al_(2)O_(3)(14.95%~15.75%)和Na_(2)O(5.06%~5.79%)含量,较低的K_(2)O(2.23%~3.10%)、MgO(0.91%~1.73%)含量和较高的Mg^(#)值(55~59),属弱过铝质钙碱性系列岩石;岩石具有高Ba(1025×10^(-6)~1250×10^(-6))、Sr(324×10^(-6)~577×10^(-6))和低Y(6.99×10^(-6)~7.69×10^(-6))、Yb(0.65×10^(-6)~0.71×10^(-6))含量,较高的Sr/Y(45~79)和(La/Yb)_(N)(17~31)值,且无明显Eu负异常。锆石εHf(t)值相对较高,变化范围为+0.5~+15.5。主量-微量元素及同位素分析结果表明石洼里花岗岩具有高镁埃达克岩的典型特征,可能是在30~40 km深度的岛弧基性下地壳部分熔融的产物,其源区中可能存在早古生代的新生地壳。结合区内蛇绿岩、高压变质岩、弧岩浆岩的研究成果,笔者认为受北祁连原特提斯洋北向俯冲影响,石洼里高镁埃达克岩形成于老虎山弧后盆地洋壳在晚奥陶世的南向俯冲过程中。

青藏高原东北缘祁连山中部精细地壳结构研究

现今的青藏高原东北缘祁连山地区是在早古生代构造格架的基础之上,于新生代在欧亚大陆与印度大陆碰撞拼合的远程影响下,重新活化进而隆起成为高原的组成部分.因此,该区域地壳结构的揭示不仅可以获得高原地壳变形方式的关键信息,而且也能对该区域早古生代晚期北祁连洋闭合时的相关构造演化提供重要证据.本文以一条穿过青藏高原东北缘祁连山中部地区的深地震反射剖面为基础,结合前人地质、地球物理资料,通过细致的地质构造解译,获得了青藏高原东北缘祁连山中部地区的精细地壳结构.反射剖面图像揭示了海原断裂西段的深部延伸形态、中地壳的双重构造、以及中下地壳的祁连逆冲断裂系等精细的深部构造.结合前人的地质以及地球物理资料,我们提出早古生代晚期北祁连闭合时的南向俯冲以及新生代以来祁连山地区两次陆内俯冲作用可能造就了现今的祁连山.

狮泉河-纳木错特提斯洋盆的俯冲极性:岛弧岩浆岩年代学和岩石地球化学证据

阿翁错-盐湖复式岩体位于狮泉河-纳木错蛇绿混杂岩带北缘,为狮泉河-纳木错特提斯洋俯冲消减、碰撞造山过程中岩浆响应的重要组成部分,其研究对认识狮泉河-纳木错特提斯洋盆的演化具有重要意义。本文以阿翁错-盐湖复式岩体为研究对象,开展了系统的地质学、地球化学和锆石U-Pb年代学研究,总结了复式岩体的时空分布规律,探讨了复式岩体的成因类型、源区特征和构造背景。复式岩体主要由石英闪长(玢)岩、二长闪长岩、花岗闪长岩、黑云母正长花岗岩、(黑云母)二长花岗岩等组成,为一套岛弧岩浆岩组合,成岩年龄集中在120-104 Ma,属于早白垩世末期,空间分布上具从南到北,由早到晚的趋势。岩石地球化学特征显示从石英闪长岩到二长花岗岩具有由钙碱性系列岩石向钾玄岩系列演化的趋势,主体属于准铝质—弱过铝质I型花岗岩,轻稀土元素分馏程度较高,而重稀土近于平坦,具有弱的负铕异常;富集Rb、K等大离子亲石元素,Ta、Zr、Hf等高场强元素和轻稀土元素,相对亏损Nb、P、Ti等高场强元素和重稀土元素,具有岛弧岩浆岩的特征。基于本次研究结果,结合区域构造背景认为,阿翁错-盐湖复式岩体形成于狮泉河-纳木错特提斯洋盆北向俯冲的背景,来自俯冲板片的流体上升,引起上覆地幔楔物质发生部分熔融,形成幔源岩浆,在密度差的作用下幔源岩浆向上运移,底侵至新生下地壳,致其发生部分熔融,并与之发生混合作用,形成了阿翁错-盐湖复式岩体的母源岩浆,早白垩世末期(104.8±1.4 Ma)狮泉河-纳木错特提斯洋壳仍持续向北俯冲,下白垩统竟柱山组磨拉石建造的沉积才意味着洋盆彻底关闭。