中亚造山带增生过程及其成矿作用,历来是我国地学研究的焦点和重大地质问题。由于西伯利亚与华北-塔里木板块之间长期相互作用,中亚造山带经历了近八亿年的俯冲-增生历史,为国内外地质学家研究显生宙大陆动力学与成矿作用提供了天然实验室。南天山—Solonker缝合带作为古亚洲洋消亡的最终缝合带(图1),记录了丰富的古亚洲洋演化与消亡的信息,为揭示中亚造山带增生与演化历史的钥匙。对该缝合带进行系统性的研究和总结,为重塑古亚洲洋的最终闭合时限与演化历史具有重要意义。
周建波教授团队在新的研究思路基础上,系统总结了5千余公里延伸的南天山—Solonker缝合带的区域分布、构造-岩石、地球化学与年代学信息,首次提出了南天山—Solonker缝合带四阶段演化模式:
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图1 南天山—Solonker缝合带区域构造单元组成
(自西向东分为南天山缝合带、北山缝合带、索伦缝合带和延吉缝合带)
1. 南天山带形成于晚石炭世,为塔里木北向俯冲与哈萨克斯坦—伊犁地块拼贴的产物
南天山缝合带的区域构造特征显示其在晚石炭世—二叠纪期间经历了由汇聚碰撞向区域性伸展的转变,并引发了一系列的后碰撞岩浆作用。来自蓝片岩、榴辉岩等高压变质岩的地质年代学证据显示其峰期变质年龄集中于早石炭世,部分榴辉岩在早二叠世退变质为了异剥钙榴岩。缝合带上覆地层中的二叠纪陆相磨拉石证据、化石证据表明南天山洋在晚石炭世完成了闭合。多条穿插高压变质带的花岗岩脉也将南天山缝合带的形成时代限定在了晚石炭世。在石炭纪期间,哈萨克斯坦—伊犁地块内发育的一系列增生杂岩和弧岩浆岩是对塔里木克拉通北向俯冲活动的反应,其中一部分被推覆到了塔里木克拉通北缘的被动陆缘沉积物之上。
2. 北山缝合带形成于早—中二叠世,为敦煌—阿拉善北向俯冲与图瓦—蒙古板块碰撞的产物
在北山缝合带内从北到南分布有四条蛇绿混杂岩带:红石山蛇绿混杂岩带、星星峡—石板井蛇绿混杂岩带、红柳河—洗肠井蛇绿混杂岩带和柳园蛇绿混杂岩带。其中红石山蛇绿混杂岩带和柳园蛇绿混杂岩带被认为是古亚洲洋的最终闭合位置所在,带内蛇绿岩和碰撞相关花岗岩的地质年代学数据显示二者均形成于早—中二叠世,柳园地区的所有火山岩均被上二叠统—下三叠统砂岩不整合覆盖,古地层学、古生物学和古地磁学证据等证据也显示缝合带两侧的陆块在早—中二叠世发生拼贴,北山洋的完全闭合发生于早—中二叠世。此外在阿拉善地块北缘也发育有两条蛇绿混杂岩带:恩格尔乌苏带与查干楚鲁带,二者的地质年代学数据显示北山带在阿拉善地块一侧的演化可能持续到了中二叠世–晚二叠世早期。北山缝合带内从南到北分布着代表了洋壳残片、弧前增生杂岩和岩浆弧的岩石块体,带内的韧性变形事件自北向南逐渐变年轻,地球物理剖面也显示该地区的大部分逆冲断层均具有向南推覆的趋势,因此敦煌—阿拉善地块发生了北向俯冲,并最终与北侧的图瓦—蒙古板块发生碰撞。
3. Solonker缝合带形成于中—晚二叠世,为华北克拉通和西伯利亚克拉通之间的古亚洲洋双向俯冲的产物
区域沉积特征显示Solonker缝合带由早二叠世的海相沉积转变为了早—中三叠世的陆相沉积。放射虫、腕足、双壳类等化石记录最晚也持续到了晚二叠世。在三叠纪期间,以Solonker缝合带为界的华夏生物群和安加拉生物群开始发生混生。区域内大量的蛇绿岩和碰撞相关花岗岩证据显示,Solonker缝合带形成于中—晚二叠世期间。Solonker缝合带的区域构造特征符合“阿巴拉契亚型”造山带特征,沿Solonker缝合带两侧造山带分布的蛇绿岩记录也表明古亚洲东段沿Solonker缝合带发生了双向俯冲,最终于中—晚二叠世期间完成了闭合。
4. 延吉缝合带形成于中—晚三叠世,形成于古亚洲洋闭合与环太平洋启动的转换时期
通过对烟筒山、呼兰、色洛河、青龙村、开山屯等地区的增生杂岩的大量的研究与数据整理工作,这些杂岩的形成年龄主要集中在中—晚三叠世左右。结合217 ± 5 Ma的未变质长英质侵入体、225 ± 1 Ma的上覆陆相磨拉石建造以及晚三叠世陆相植物化石等证据,推断延吉缝合带的形成时代为中—晚三叠世。作者认为尽管延吉缝合带与Solonker缝合带的东缘相接,但它并非前人所认为的属于Solonker缝合带的东部延伸,与古亚洲洋的闭合无关。延吉缝合带的形成受到了古太平洋西向俯冲活动的影响,是佳木斯—兴凯地块与华北克拉通发生拼贴的产物。
5. 南天山—Solonker缝合带四阶段演化历史
南天山—Solonker缝合带的形成经历了四个不同的增生—碰撞事件,整个过程从晚石炭世一直持续到了中—晚三叠世(图2)。南天山缝合带、北山缝合带和Solonker缝合带分别标志着塔里木克拉通与哈萨克斯坦—伊犁地块、敦煌—阿拉善地块与图瓦—蒙古板块、华北克拉通与西伯利亚克拉通之间的碰撞拼贴,代表着古亚洲洋的分段式闭合过程。在中—晚三叠世,延吉缝合带则受到了古太平洋构造域的影响,标志着佳木斯—兴凯地块与华北克拉通之间的拼贴。
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图2. 南天山—Solonker缝合带的四阶段演化历史
微陆块:A=阿拉善地块;D=敦煌地块;E=东戈壁断裂;JK=佳木斯-兴凯地块;KYT=哈萨克斯坦-伊犁地块;T=塔里木克拉通;TM=图瓦-蒙古地块;Y-Y=依兰—伊通断裂;NC=华北板块;SC=华南板块
论文链接:Hao-Dong Li(李皓东), Jian-Bo Zhou*(周建波), Simon A. Wilde*. Nature and development of the South Tianshan-Solonker suture zone. Earth-Science Reviews, 233(2022): 104189
https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2022.104189