古生代造山带中的稳定地块,主要由前古生代的结晶岩系组成,一般不会广泛发育古生代的岩浆活动和构造变动。增生型造山带形成于活动大陆边缘,大多并不会经历完整的威尔逊旋回,以发育多期重复的伸展-汇聚事件为特征,并且该种构造体制转换过程也控制着岩浆岩类同位素的时空分布特征。恩格尔乌苏蛇绿岩带以南的阿拉善中-南部地区,广泛出露晚古生代侵入岩,局部残存少量蛇绿岩和前古生代地质体(图1)。该区是古生代造山带中的稳定陆块还是古生代增生型造山带的组成部分,是地质界长期关注的重大地质构造问题。该区的晚古生代侵入岩形成于何种构造环境,残存的蛇绿岩向西如何延伸,是回答上述问题和揭示该区古生代晚期构造格局与造山过程的关键。

  图1 阿拉善地区地质构造简图 针对上述问题,近年来,中国地质科学院地质研究所郑荣国副研究员、李锦轶研究员和张进研究员对阿拉善南部地区的蛇绿混杂岩和岩浆岩开展了系统的研究工作,取得了如下进展: (1)在北大山东部地区新发现早二叠世SSZ型蛇绿混杂岩 通过详细的野外地质调查,在阿拉善右旗以北的北大山发现了一处新的蛇绿混杂岩,并将其命名为特拜蛇绿岩(Tepai ophiolite,图1)。特拜蛇绿岩以混杂带的形式产出,整体向北逆冲到古生代岩体之上。混杂带基质主要为强烈变形的白云母石英片岩、蛇纹岩等,片理走向为78度左右。混杂带的构造块体为近东西向分布的蛇纹石化橄榄岩、蛇纹岩、糜棱岩化辉长岩、辉长岩、玄武岩和硅质岩等(图2)。辉长岩岩块的锆石U-Pb年龄为278 ±3 Ma,地球化学组成表明特拜蛇绿岩为SSZ型蛇绿岩,形成于弧后盆地环境,指示了阿拉善南部地区在早二叠世期间仍然处于大洋俯冲的大地构造环境(Zheng et al., 2018)。另外,通过对比发现,特拜蛇绿岩与查干础鲁蛇绿岩在岩石组成、时代以及地球化学特征方面具有一致性,因此,特拜蛇绿岩向东可与查干础鲁蛇绿岩连接,是阿拉善地区一条重要的构造单元界线,该带以北为沙拉扎山-宗乃山构造带,以南为诺尔公狼山构造带。

  图2 特拜蛇绿岩野外岩石组成 (2)发现阿拉善南部地区发育大量俯冲带伸展环境的岩浆记录 通过详细的野外地质调查、岩石学、年代学以及地球化学等方面的研究工作,在阿拉善南部的狼山及沙拉扎山中发现了二叠纪的A2型花岗岩,其中狼山地区的收吉岩体时代为281–268 Ma (Zheng et al., 2019b),沙拉扎山中A2型花岗岩的时代为271M左右(Zheng et al., 2021)。这些A2型花岗岩都具有低的Sr/Y和L比值,以及高的锆石饱和温度,表明其形成于高温、低压的环境。此外,阿拉善南部地区还发育一期与二叠纪A2型花岗岩伴生的俯冲相关岩浆记录。在沙拉扎山中发育有晚二叠世埃达克质岩墙(ca. 252 Ma)以及中二叠世高镁闪长岩(查古岩体,271–262 Ma),是俯冲板片部分熔融,并与上覆地幔橄榄岩发生不同程度混合的产物(Zheng et al., 2021)。这表明,阿拉善南部地区古大洋的俯冲过程持续到晚二叠世,并在俯冲过程中出现大量伸展背景的岩浆岩。 (3)提出阿拉善南部地区石炭-二叠纪岩浆岩记录了该地区从前进型到后退型造山带的构造转换过程 通过总结归纳阿拉善南部地区石炭-早三叠世岩体的年代学、地球化学和锆石Hf同位素数据,郑荣国等发现第一阶段岩体(ca. 350–315 Ma)表现为富集的同位素组成(图3),具有较高的S和L比值,形成于较厚地壳环境下、古老地壳物质的重熔过程(Zheng et al., 2019a);第二阶段岩体(ca. 315–265 Ma)表现出变化较大的Hf同位素组成,第三阶段岩体(ca. 265–240 Ma)则表现出全部为亏损的锆石Hf同位素组成,反映出其源区幔源物质不断加入、古老地壳物质比例不断减小的过程(图3)。另外,第二、三阶段的岩体都具有较低的S和La/Yb比值,反映出地壳减薄的过程。根据上述岩体数据,结合阿拉善南部地区弧后盆地型蛇绿混杂岩的证据,建立了阿拉善南部地区从早石炭世前进型造山带转换为晚石炭世-早三叠世后退型造山带的过程(图4)。

图3 阿拉善中南部石炭-早三叠世锆石U-Pb年龄vsεHf(t)图

  图4 阿拉善中-南部地区晚石炭世-早三叠世构造转换过程模型图 以上研究成果限定了阿拉善地区古生代大洋闭合的时限,并且为我国北方晚古生代构造单元的划分、对比提供了新的证据。上述研究成果受到国家重点研发计划深地资源勘查开采重点专项 (2017YFC0601301)、中国地质科学院地质研究所基本科研业务费(J2017、J1706)和中国地质调查局地质调查项目(DD2019004)的联合资助。相关成果发表在GSA Bulletin, Lithos, Acta Geologica Sinica (English Edition), Geoscience Frontiers等期刊,论文信息如下: Zheng, R.G., Li, J.Y., Zhang, J., 2021. Juvenile Hafnium isotopic compositions recording a late Carboniferous–Early Triassic retreating subduction in the southern Central Asian Orogenic Belt:a case study from the southern Alxa. The Geological Society of American Bulletin.