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地質所研究中亞造山帶西準噶爾古生代巖漿巖取得新成果
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地質所研究中亞造山帶西準噶爾古生代巖漿巖取得新成果 來源:地調局地質所 作者:尹繼元 發(fā)布時間:2024-11-19 近期，中國地質科學院地質研究所尹繼元研究員、中國科學院新疆分院肖文交院士、中國地質科學院地質研究所王濤研究員、黃河研究員和陳文研究員等通過對中亞造山帶西準噶爾洋內弧古生代侵入巖開展詳細的鋯石U-Pb年齡和Hf-O同位素研究（圖1），取得了新進展。 大陸地殼的形成與演化一直是地球科學研究領域的核心問題。大陸地殼的成熟過程，尤其是如何在洋內弧環(huán)境下從初始的玄武質成分轉變?yōu)榘采劫|和英安質成分，成為理解大陸地殼生長機制的關鍵科學問題。盡管洋內弧通常由玄武質成分構成，但大陸地殼整體成分更偏安山質或英安質，這種差異性突顯了從洋內弧玄武質地殼向成熟長英質地殼轉變的復雜性。由于洋內弧背景中各巖漿源區(qū)普遍具有虧損的放射性同位素特征，通過傳統(tǒng)的同位素方法來識別循環(huán)地殼來源的花崗巖具有一定挑戰(zhàn)性。因此，準確識別花崗巖的源區(qū)對于揭示洋內弧的巖漿成因與地殼分異過程具有重要科學意義。 針對以上關鍵科學問題，中國地質科學院地質研究所取得的主要進展如下： 圖1. (a) 中亞造山帶的簡化構造分區(qū)；(b) 西準噶爾地區(qū)的地質圖。 一是識別出西準噶爾洋內弧四期巖漿活動及其時空分布。這四期巖漿活動分別為早寒武世至早奧陶世（515-486 Ma）、晚奧陶世至中泥盆世（445-392 Ma）、早石炭世（343-310 Ma）以及晚石炭世至中二疊世（309-259 Ma），在時間與空間上表現(xiàn)出顯著的差異性。早寒武世至早奧陶世侵入巖主要集中在西準噶爾南部的巴爾雷克和瑪依勒地區(qū)；晚奧陶世至中泥盆世侵入巖主要分布在西準噶爾北部成吉思火山弧；早石炭世侵入巖主要分布在西準噶爾北部的薩烏爾火山弧；晚石炭-中二疊世侵入巖遍布整個西準噶爾地區(qū)，且不受構造邊界的限制。所有巖漿巖均顯示出較高的鋯石Hf同位素值和全巖Nd同位素值，但鋯石O同位素值則存在顯著變化。根據鋯石δ18O值，侵入巖可以分為兩類：高δ18O（大于6.5‰）和地幔類似的δ18O值（約5.5‰）（圖2）。 圖2. 西準噶爾洋島弧古生代侵入巖鋯石U-Pb年齡與Hf-O同位素數(shù)據相關圖。 二是理清了西準噶爾古生代侵入巖δ18O特征及其時空差異。通過對西準噶爾古生代侵入巖進行鋯石O同位素填圖顯示，高δ18O值的侵入巖主要分布在西準噶爾南部，而地幔類似δ18O值的侵入巖則主要分布于西準噶爾北部，表明它們源于不同的巖漿源區(qū)并經歷了不同的形成過程（圖3）。高δ18O的侵入巖形成過程涉及表殼巖與新生玄武質下地殼的參與，而地幔類似的δ18O值的侵入巖則記錄了多樣的巖漿源區(qū)和過程，如交代虧損地幔的部分熔融、虧損地幔與新生地殼的混合、新生洋內弧地殼或鎂鐵質下地殼的部分熔融等。 圖3. (a) 鋯石O同位素等值線圖，顯示西準噶爾洋島弧古生代侵入巖的鋯石δ18O 值的時空變化； (b) Hf同位素等值線圖，顯示西準噶爾洋島弧古生代侵入巖的TDM2 的時空變化。 三是查明了西準噶爾地區(qū)三次顯著地殼生長事件。鋯石Hf同位素與Hf模式年齡研究結果表明，西準噶爾地區(qū)在約656-684 Ma、524-536 Ma和441-471 Ma期間經歷了三次顯著的地殼生長事件（圖3和4）。這些事件與虧損地幔周期性重熔有關，表明西準噶爾在早古生代經歷了顯著的地殼生長。盡管上述事件中形成的新生物質在地殼中存留長達260 Ma，并在此期間被反復熔融，但其仍保留了與地幔類似的初始氧同位素組成。 圖4. 西準噶爾洋島弧巖漿鋯石年齡直方圖，與鋯石δ18O值 < 6.5%的Hf模式年齡分布對比。 四是揭示了西準噶爾地區(qū)巖漿活動峰期與地殼生長期不同步，提出了洋中脊俯沖作用是洋內弧地殼成分轉變的重要機制。西準噶爾地區(qū)地殼生長主要發(fā)生在早古生代，而大面積的巖漿活動期主要發(fā)生在晚志留-早泥盆世和晚石炭-早二疊世，顯示兩者并不同步。這兩期顯著的巖漿活動可能記錄了洋脊俯沖事件（圖5）。在這些時期，高溫伸展的背景促進了鎂鐵質下地殼、洋殼與表殼巖等廣泛熔融，推動了從洋內弧地殼從玄武質向長英質大陸地殼成分的轉變。 圖5. 西準噶爾古生代多島弧俯沖–增生系統(tǒng)的構造演化圖。 本項研究通過對中亞造山帶西準噶爾洋內弧古生代侵入巖系統(tǒng)的Hf-O同位素填圖，識別出洋內弧背景下花崗巖質巖石的巖漿源區(qū)及其與年輕表殼巖的物質循環(huán)的關系，為重建洋內弧地殼從玄武質向長英質的成熟轉變過程提供了新見解，也為探討大陸地殼生長與演化提供了新視角。 該研究成果獲得國家自然科學基金項目（41830216）、國家重點研發(fā)計劃項目課題（2019YFA0708601）和國際地學計劃IGCP664聯(lián)合資助，近期發(fā)表在國際權威的地學期刊Earth- Science Reviews上。 |
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