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全球微头条丨【NSR专题】中亚造山带、大陆生长与成矿作用(特邀编辑:肖文交)

时间:2023-02-27 15:08:45    来源:中国科学杂志社

■  作者:肖文交   

造山带结构与演化及其与大陆生长的内在关联是地球科学长期关注的重大基础问题(Dewey et al., 1970; Samson et al., 1989; Şengör et al., 1993; Dhuime et al., 2012; Naeraa et al.,2012; Walzer & Hendel, 2022)。中亚造山带(又被称为阿尔泰拼贴造山带)是位于东欧(波罗地)和西伯利亚克拉通以南、塔里木和华北克拉通以北的巨型造山拼贴造山带,由新元古代至早中生代时期古亚洲洋经历长期、多重俯冲-增生造山而形成(Şengör et al., 1993; Xiao et al., 2015)。中亚造山带是全球保存下来的最大的增生造山带,蕴含着造山带形成、大陆生长以及成矿作用等前沿地球科学理论的关键信息,成为研究上述重大基础问题的天然实验室(Jahn et al., 2000; Wu et al., 2004; Windley et al., 2007)。


(资料图片仅供参考)

造山带组成与结构分析、洋盆消减与闭合及其时限厘定是解剖增生造山带的关键与难点。通过沉积大地构造系统研究,可以识别出中亚造山带主要由三大拼贴体(北部为蒙古拼贴体,西部为哈萨克斯坦拼贴体,南部为塔里木-华北拼贴体)组成(Xiaoet al., 2015)。三大拼贴体都具有长期复杂的增生-拼贴演化历史,其中最南部的塔里木-华北拼贴体横跨古亚洲洋和特提斯特提斯洋。最新对塔里木-华北拼贴体北缘的高级变质岩石的年龄、温度、压力以及温压比值的综合比对分析,揭示出两个不同但连续的造山旋回,分别对应于外围大洋增生造山期和内部碰撞造山期(Soldner, 2023)。实际上,塔里木-华北拼贴体由包括塔里木、华北以及其间的敦煌-阿拉善等不同的弧、陆地体组成。尽管塔里木-华北拼贴体分隔了古亚洲洋和特提斯特提斯洋,然而在晚前寒武纪-早古生代期间,这些弧、陆地体是离散分布于外围大洋(泛大洋)之中(Xiao et al., 2019; Wang et al.,2022),并没有阻隔古亚洲洋与特提斯洋的长期的相互作用。直到晚古生代至早中生代,其间的诸多弧、陆地体汇聚拼贴形成“串珠状”的多弧-陆构造古地理面貌,逐步形成分隔古亚洲洋和特提斯特提斯洋的主体格局(Xiao et al., 2019;Song et al., 2021)。在天山-敦煌-北山-阿拉善地区识别出三叠纪的(最年轻的)增生楔组分(Mao et al., 2022a)、构造变形(Tian et al., 2015; Maoet al., 2022b)、岛弧岩浆-变质作用(Wanget al., 2023)以及弧后前陆盆地的物源变化(Song et al., 2021; Tan etal., 2022)支持了上述构造格局(Xiao et al., 2019)。

位于中亚造山带北部的蒙古拼贴体和西部的哈萨克斯坦拼贴体,主体由外围大洋演化而成,其俯冲的大洋板块的回卷以及相邻陆块或俯冲带的旋转、汇聚的挤压作用形成了大规模的造山带山弯构造,构筑了中亚造山带由外围大洋复式俯冲-增生长期演化的主体格架(Xiao et al., 2015)。蒙古拼贴体最新获得的古地磁、构造以及年代学资料的综合分析,揭示出图瓦-蒙古山弯构造南翼的逆时针旋转与蒙古-阿尔泰地区增生体的多期变形、索伦克缝合带的三阶段的俯冲-碰撞演化以及古亚洲洋和蒙古-鄂霍次克洋的最终闭合密切相关(Schulmann et al., 2023)。新近工作揭示出在中国东北及东亚地区也存在重要的山弯构造(Liu et al., 2021),与图瓦-蒙古合并连成S型复式山弯构造。Liu et al.(2023)系统总结了哈萨克斯坦、蒙古和中国东北三大山弯构造的长期俯冲-增生过程,并揭示了它们的两阶段山弯作用机制:第一阶段为形成近线性的增生造山带,第二阶段则因俯冲板片回卷(俯冲带后撤)和/或周缘挤压作用而引发造山带弯曲。这些新的研究进展,进一步推进了山弯构造在解剖中亚造山带等增生造山带中的重要意义和贡献。

中亚造山带同时也是显生宙时期规模最大、效率最高的新生地壳生长区域,但是其增生过程与大陆生长以及成矿作用的内在关联一直是国际学术界长期争议的关键问题(Wu et al., 2004; Windley et al., 2007; Schulmann & Paterson,2011; Goldfarb et al., 2014; Seltmann et al., 2014)。有关中亚造山带研究古地理和构造变形等复式增生过程解剖工作表明,哈萨克斯坦拼贴体由复杂的哈萨克斯坦山弯构造在晚古生代-早中生代逐步发育形成,其北翼与蒙古拼贴体西南部的阿尔泰岛弧拦腰拼贴,在哈萨克斯坦山弯构造的马蹄形中心合围圈闭形成环巴尔喀什-准噶尔多重俯冲后撤-回卷系统(Xiao et al., 2018)。俯冲后撤-回卷系统沿图瓦-蒙古山弯构造也十分发育,为大陆增生和成矿作用提供了重要物质、能量和构造基础。正是由于其长期、充分的俯冲-后撤作用,导致了(洋内)岛弧体系的大规模发育,为新生地壳物质加入的提供了主要场所,特别是在三大拼贴体中的一些特殊构造位置,如环巴尔喀什-准噶尔、南蒙古等,在多期次的造山运动中,新生物质高效产出并得到了最佳保存(Xiao et al., 2018; Li et al.,2022; Yang et al., 2022)。针对在中亚造山带最南缘的北山地区,精细的地质填图(1:25000)厘定出了二叠纪期间安第斯型陆缘弧和洋内弧-弧后两类不同的岛弧体系(Hong et al., 2023),印证了蒙古拼贴体南部持续发生大规模伸展与增生(Xiao et al., 2018)以及古亚洲洋闭合过程中多阶段的岛弧增生-碰撞过程(Hong et al., 2023)。Safonove & Perfilov (2023)根据碎屑锆石年代学、地球化学和同位素数据,恢复了哈萨克斯坦中部和东部残存的和已经消失的古洋内弧体系,表明古生代期间俯冲增生与俯冲剥蚀在古亚洲洋活动板块边缘交替发挥着作用。这些弧-盆体系的发育与保存都对多重岛弧及其增生-拼贴与大陆生长-成矿作用特殊的时空耦合进行了很好的诠释(Xiao et al., 2010; Xiaoet al., 2018)。Kusky & Şengör(2023)运用十分有效的造山带比较解构学方法(Comparative orotomy),对太古宙苏必利尔(Superior)和显生宙中亚造山体系的地质记录和运动学机制进行了全面的解剖和对比。研究结果显示太古宙以来的造山带的岩石种类与组合、构造演化的时空尺度以及大陆生长均具有显著的相似性。Wang et al. (2023)运用同位素填图方法,揭示了中亚造山带的三维的岩石圈成分结构,并进一步限定了新生地壳生长与改造对特定种类的矿产资源形成的控制作用。Aitchison(2023)回顾了自18世纪以来中亚造山带的研究历史与成果,并指出了现代研究过程中出现的方法学问题。在展望未来的研究方向中指出,除了关注古洋盆的消亡和相应的造山作用外,古洋盆的早期打开发育过程以及大陆与大洋板块的边界位置仍有待探索和解决,特别是一些被解释为蛇绿岩的岩石组合是否可能为早期洋-陆过渡带和/或大洋变质核杂岩的遗迹,这值得更深入的研究(Aitchison, 2023)。

近期,《国家科学评论》(National Science Review, NSR)出版了“中亚造山带、大陆生长与成矿作用”专题,由中国科学院新疆生态与地理研究所肖文交院士担任特邀编辑,包括1篇编者按,2篇研究亮点,3篇观点和3篇综述文章,内容聚焦于巨型中亚造山带的多重-复式增生造山过程以及大陆生长与成矿作用的最新进展和未来研究的核心问题。

Wenjiao Xiao

Guest Editorial: Altaids, continental growth andmetallogeny

Wenjiao Xiao

Timothy M Kusky

Comparative orotomy of the Archean Superior and PhanerozoicAltaid orogenic systems

Timothy M Kusky*, A M Celâl Şengör

Inna Safonova

Survived and disappeared intra-oceanic arcs of the Paleo-AsianOcean: evidence from Kazakhstan

Inna Safonova* and Alina Perfilova

Tao Wang

Voluminous continental growth of the Altaids and itscontrol on metallogeny

Tao Wang*, He Huang, Jianjun Zhang, Chaoyang Wang, Guangyue Cao, Wenjiao Xiao, QidiYang and Xuewei Bao

Jonathan C. Aitchison

Altaids: accretionary tectonics writ large

Jonathan C. Aitchison

Shoufa Lin

Mapping uncovered a multi-phase arc–back-arc system inthe southern Beishan during the Permian

Tong Hong, Gabriel S. Santos, Cees R. van Staal,Wenhua Ji and Shoufa Lin*

Yongjiang Liu

Oroclines in the Central Asian Orogenic Belt

Yongjiang Liu*, Wenjiao Xiao, Yongfei Ma, Sanzhong Li, A. Yu. Peskov, Zhaoxu Chen, TongZhou and Qingbin Guan

Jérémie Soldner

Karel Schulmann

Paleomagnetic, tectonic and geochronologicalconstraints for Permian–Triassic oroclinal bending of the Mongolian collage

Karel Schulmann, Jean Bernard Edel, Ondrej Lexa*, Wenjiao Xiao, D. Třebínoví, Richard Spikings, UrsSchaltegger, Arkadiusz Derkowski and Marek Szczerba

REFERENCES

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