闫臻创新团队-JGS、GSA Bulletin等：混杂带专题地质填图揭示原

特提斯造山带物质组成和复合造山作用过程

　　混杂带结构组成、原始序列与形成时代一直是造山带研究的难点和最基本内容。蛇绿混杂岩和增生杂岩作为古大洋板块和汇聚板块边界的直接判别标志，是造山作用方式和板块构造重建的最主要证据。混杂带（mélange）从概念提出至今已经历了100年，其含义和形成机制仍未达成共识，特别是古老造山带中的混杂带结构、组成与形成方式。混杂带精细地质填图解析，是我们合理认识洋盆演化、造山带结构、造山作用、板块俯冲起始方式、板块构造重建等关键科学问题的最有效手段。东亚原特提斯域北祁连构造带和柴北缘构造带分别作为增生型和碰撞型造山带的典型代表，保留大量早古生代蛇绿混杂岩、增生杂岩和高压-超高压变质岩等，具有解决以上重要科学问题的潜力，为此中国地质科学院地质研究所闫臻研究员带领的沉积大地构造与复合造山创新团队对上述两类原特提斯造山带开展了混杂带专题地质调查，主要取得以下研究进展：

　　1、厘定北祁连大洋板块地层时代和来源，揭示了北祁连洋盆多期俯冲-增生过程

　　专题调查发现，北祁连增生杂岩由大洋板块地层（OPS）的连续“片段”单元和混杂岩共同组成，包括薄层硅质岩、远洋泥岩、页岩、浊积岩、玄武岩、灰岩、蓝片岩、榴辉岩透镜体和蛇绿混杂岩。扁都口和百经寺增生杂岩中的硅质岩保存有结构良好的中奥陶世放射虫化石，石灰沟增生杂岩中的硅质岩含有弗洛期-大坪期牙形刺化石和中奥陶世放射虫（图1）。这些证据表明，北祁连增生杂岩中包含有早-中奥陶世OPS，且原特提斯洋在470Ma之前并未关闭。结合碎屑锆石U-Pb年龄、全岩地球化学结果，该增生杂岩以富含陆源碎屑组分的OPS为主，这些OPS主要是由靠近中祁连安第斯型陆缘弧和洋内岛弧的海沟充填序列及其旁侧的半远洋沉积共同组成（图2）。

　　北祁连大洋板块地层记录了寒武纪时期原特提斯洋在北祁连微陆块北侧发生双向俯冲并形成陆缘弧和洋内岛弧（图2）；早奥陶世时期（约480Ma），中祁连微陆块与洋内岛弧发生弧-陆碰撞，俯冲极性发生反转，形成南向俯冲。

图1 北祁连增生杂岩的部分中奥陶世放射虫和弗洛期-大坪期牙形刺化石

图2 北祁连洋俯冲极性与增生杂岩形成模型

　　2、识别出柴北缘乌日嘎霍古元古代变质基底，重新限定了柴北缘早古生代缝合线位置

　　专题地质填图表明，柴北缘托莫尔日特东北乌日嘎霍一带出露花岗片麻岩和斜长角闪岩透镜组合，原岩分别为花岗闪长岩和基性岩。LA-ICP-MS锆石U-Pb测年获得古元古代岩浆结晶年龄（2413±28Ma）和变质年龄（1966±46Ma和1922±22Ma）（图3）。它们的岩石组合、地球化学特征、形成时代与图幅北侧的德令哈杂岩相一致，同属于欧龙布鲁克地块的古元古代变质基底。这一认识查明了欧龙布鲁克地块变质基底的分布，进一步将柴北缘早古生代缝合线限定在该古元古代变质岩与石棉沟蛇绿岩之间。

图3 乌日嘎霍片麻岩和斜长角闪岩LA-ICP-MS锆石U-Pb谐和图

　　3、厘定了柴北缘蛇绿混杂岩和增生杂岩组成，践行了混杂岩专题地质填图方法

　　专题地质填图表明，柴北缘石棉沟蛇绿混杂岩（图4）主要由蛇纹岩、辉长岩以及斜长花岗岩组成，局部可见辉长岩和硅质岩等块体裹挟于片理化蛇纹岩中。斜长花岗岩和辉长岩的锆石测年结果表明蛇绿岩形成于506~512Ma。蛇纹岩中尖晶石具较高的Cr#值（>60），表现出弧前橄榄岩特征。大柴旦落凤坡蛇绿岩发育有玻安岩和类似MORB拉斑质基性岩，进一步表明柴北缘蛇绿岩为洋内初始俯冲产物。

　　增生杂岩出露于乌兰县南侧布拉格斯塔一带，由片理化玄武岩、凝灰岩、硅质岩、灰岩和混杂岩等组成，凝灰岩碎屑锆石U-Pb年龄全部为寒武纪（487Ma-507Ma）且具有较高的εHf(t)值（+5.4–+16.8），主要来自寒武纪柯柯岛弧。该增生杂岩经历了2期构造变形，第一期表现为双冲构造和同斜紧闭褶皱，形成于向北俯冲阶段，第二期表现为不对称褶皱和S-C组构，可能形成于陆-陆碰撞走滑剪切过程。

　　两类岩石-构造单元的识别和厘定，丰富了原特提斯造山带组成结构，并检验了《混杂岩地质调查与填图方法》（闫臻等，2020）在碰撞造山带复杂构造区地质调查中的有效性。

图4 柴北缘托莫尔日特地质图

　　4、恢复了柴北缘洋内和陆缘沟-弧体系时空结构，重建了柴北缘早古生代洋盆演化和板块构造格局

　　柴北缘及周边地区发育的古生代岩石构造单元（图5）包括：①寒武纪-早奥陶世陆弧岩浆岩；②中-晚奥陶世混合岩和高温低压变质岩；③中-晚奥陶世俯冲相关侵入岩；④寒武纪增生杂岩；⑤寒武纪蛇绿岩；⑥寒武纪弧前盆地；⑦寒武纪大洋岛弧；⑧寒武纪弧后盆地；⑨晚奥陶世-志留纪高压-超高压变质岩；⑩志留纪-泥盆纪陆相沉积；⑪晚奥陶世-志留纪同碰撞和后碰撞侵入岩。其中寒武纪增生杂岩、蛇绿岩、弧前盆地和大洋岛弧共同构成了530-480Ma洋内沟-弧系，是原特提斯洋内北向俯冲的产物；寒武纪-早奥陶世陆弧岩浆岩以及中-晚奥陶世混合岩和高温低压变质岩形成于原特提斯洋向欧龙布鲁克地块之下俯冲过程（图6）。

图5 柴北缘及周边地区早古生代岩石构造单元时空分布图

　　综合分析表明柴北缘构造带经历了古生代复杂增生和碰撞造山过程（图6）：①寒武纪-早奥陶世时期，原特提斯洋在洋内和陆缘俯冲分别形成洋内和陆缘沟-弧系；②早-中奥陶世时期，洋内沟-弧系向北增生至陆弧边缘，并在洋内沟-弧系之上发育早-中奥陶世岩浆弧；③晚奥陶世-志留纪时期，原特提斯洋闭合，柴达木地块与欧龙布鲁克地块碰撞，形成陆相沉积、高压-超高压变质岩和同碰撞岩浆岩。

图6 柴北缘原特提斯洋演化模式图

　　上述系列填图成果揭示了混杂岩结构、组成与形成方式的复杂性，细化了原特提斯洋多期俯冲-增生过程的大地构造相及其物质组成与结构，建立了洋内沟-弧体系演化和弧-陆碰撞造山过程，限定了原特提斯洋初始俯冲与闭合时限，为中央造山带结构、复合造山过程、原特提斯洋演化研究和板块构造重建奠定了坚实基础，充分体现了混杂带专题地质填图是解决关键地质科学问题和提升基础地质理论认识的有效途径。相关成果发表于JGS、GSA Bulletin、岩石学报和地质通报等期刊。

　　1、闫臻, 付长垒, 张继恩, 牛漫兰, 祁生胜, 曹泊, 孙毅, 李秀财, 刘建峰. 2020. 混杂岩地质调查与填图方法. 北京, 地质出版社, p 80.

　　2、Yan Z, Xiao WJ, Aitchison JC, Yuan C, Liu CZ and Fu CL. 2021. Age and origin of accreted ocean plate stratigraphy in the North Qilian belt, NE Tibet Plateau: evidence from microfossils and geochemistry of cherts and siltstones. Journal of the Geological Society, 178(6): jgs2020-231.

原文链接：https://pubs.geoscienceworld.org/jgs/article/178/6/jgs2020-231/598708/Age-and-origin-of-accreted-ocean-plate

　　3、Fu CL, Yan Z, Aitchison JC, Xiao WJ, Buckman S, Wang BZ, Zhai QG, Cao B. 2021. Short-lived intra-oceanic arc-trench system in the North Qaidam belt (NW China) reveals complex evolution of the Proto-Tethyan Ocean. GSA Bulletin, doi: /0000-0002-9233-6366.

原文链接：https://pubs.geoscienceworld.org/gsa/gsabulletin/article/doi/10.1130/B36127.1/609274/Short-lived-intra-oceanic-arc-trench-system-in-the

　　4、闫臻, 付长垒, 牛漫兰, 张继恩, 肖文交, 王宗起. 2021. 造山带中增生楔识别与地质意义. 地质科学, 56(2), 430-448.

原文链接：http://www.dzkx.org/article/doi/10.12017/dzkx.2021.023

　　5、付长垒, 闫臻, 王秉璋, 陈雷, 李隽辉. 2021. 柴北缘托莫尔日特古元古代变质基底的发现—对早古生代缝合线位置的约束. 地质通报, 40(8): 1215-1230.

原文链接：http://dzhtb.cgs.cn/gbc/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=20210802&flag=1

　　6、Fu CL, Yan Z, Aitchison JC, Xiao WJ, Buckman S, Wang BZ, Li WF, Li YS, Ren HD. 2020. Multiple subduction processes of the Proto-Tethyan Ocean: Implication from Cambrian intrusions along the North Qilian suture zone. Gondwana Research, 87, 207-223.

原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1342937X2030188X

　　7、曹泊, 闫臻, 付长垒, 牛漫兰. 2019. 柴北缘赛坝沟增生杂岩组成与变形特征. 岩石学报, 35(4): 1015-1032.

原文链接：http://www.ysxb.ac.cn/ysxb/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=20190403&flag=1