王涛等-ESR等：复杂大陆如何形成？亚洲花岗岩带演化的证据

　　中国地质科学院地质研究所北京离子探针中心王涛研究员团队，联合澳利大亚、加拿大、俄罗斯等国际知名专家，以岩浆岩建库（数据库）编图为手段，探索创新的研究范式，系统研究揭示了亚洲巨型花岗岩带的演变、复杂大陆多块体拼合过程及其构造体制影响范围，在探索研究复杂大陆拼合过程方面取得重要进展。

　　相关成果发表于《地球科学论评》（Earth-Science Reviews, ESR）特刊(BigData): “大数据方法重建区域到全球古地理构造和演化历史”(客座主编:李正祥、B. Eglington和王涛)等。

问题

如何追索多类型大洋的闭合及复杂大陆的拼合过程？这是板块构造登陆后面临的难点。

　　大陆是地球有别于其他星球的最主要标志，记录了地球的演化历史并孕育着人类赖以生存的能源和矿产资源。大陆的形成特别是超大陆的拼合已经从板块理论包括古地磁等研究方面进行了很好的论述。但是，多块体拼合的复杂大陆是如何拼合形成的，需要深入探索和研究。

　　亚洲大陆不同于其他大陆（如北美大陆，Stern et al.，2018），是全球典型的多块体（包括新生块体）拼合的复杂大陆，并经历了多构造体制的长期叠加作用，是探索解决上述问题的绝佳之地。

进展

一、依据大量数据分析和数字化编图，揭示了亚洲岩浆岩时空演化规律和构造背景

　　该研究依据15500件锆石年龄数据库，通过数字化编图（图1），首次系统揭示亚洲重要岩浆岩带的时空演化规律，阐明了古亚洲洋构造域、特提斯构造域、蒙古-鄂霍茨克洋构造域、古太平洋构造域的花岗质岩浆时空迁移和演化特征，按时间切片，分析不同时期的岩浆时空演化规律（图2）；同时，依据大量地球化学和同位素地球化学数据，进行岩浆成分演化（如在构造判别图上的演化轨迹）的动态分析（而不是单个岩石的即静态分析），判定了巨型花岗岩带形成的构造环境，特别是大洋闭合的过程。

图1 数字化亚洲花岗岩图及聚合过程图

图2 不同时间切片的亚洲花岗岩图

二、揭示不规则边界大洋闭合与多陆块拼合过程，提出了复杂大陆两类聚合的方式

　　例如，利用新获得和收集的近3000个锆石年龄，揭示二叠纪至三叠纪岩浆岩沿中亚造山带系南缘主缝合带，向东变年轻，揭示了古亚洲洋向东的剪刀状闭合过程；同时，在西天山，岩浆向西变年轻，揭示了局部向西的剪刀状闭合，从而提出古亚洲洋“双剪刀状’闭合模型（图3）。

图3 古亚洲洋“双剪刀状”闭合过程

　　此外，在中亚造山系东部鉴别出“紧闭褶皱”的多条岩浆岩带，并发现它们向缝合带变年轻，很好地揭示了蒙古-鄂霍茨克洋从早期后撤式俯冲，到晚期剪刀状闭合，并最终形成蒙古-鄂霍茨克山弯构造的整个过程（Wang et al., NSR）。上述过程伴随着巨量（~4107350 km2 ，~184830750 km3(假设地壳厚度为40-50 km)，占~58% 的面积）的年轻地壳生长和保存。

　　相比而言，在特提斯构造域，花岗质岩石等岩浆岩带以平直为特征，岩浆带总体向南迁移，揭示了块体由北向南依次平行碰撞的过程，新生地壳很少。据此提出两类陆块聚合过程，一是以块体旋转、地壳增生为主，岩浆岩带呈现弯曲状并伴随大陆地壳生长（>50%）为特征，主要发育于古亚洲洋构造域；另一类为块体平行碰撞，岩浆岩带为平直以伴随极少量(<5%)的地壳生长为特点，主要发育于特提斯构造域。

三、确定不同构造体制影响的时空范围

　　如何鉴别和厘定这些构造体制的时空影响范围和叠合过程一直是一个难题。该团队探索了新的方法，即通过巨型岩浆岩带的时空迁移，揭示板块构造体制的时空分布范围和构造叠合过程（图4）。

图4 东北亚晚晚古生代岩浆带迁移方向差异：古亚洲洋和蒙古-鄂霍茨克洋构造体制范围证据

　　通过巨型岩浆岩带的迁移，鉴别出古生代到中生代古亚洲洋与蒙古-鄂霍茨克洋的构造体制影响的时空范围。主要证据是，从石炭纪到二叠纪再到三叠纪，花岗岩带岩浆围绕蒙古-鄂霍茨克洋缝合带，并向缝合带方向迁移，清楚地勾画出该大洋构造体制（后撤俯冲）的影响范围（中北部蒙古-外贝加尔、中-东蒙古-大兴安岭一带）；在白垩纪，其造山带伸展垮塌阶段，影响范围增大，远程效应波及阿拉善-华北北缘-大兴安岭一带，叠加于古亚洲洋体制之上。在晚古生代，亚洲洋体制经历了俯冲到碰撞，主要作用于阿拉善-华北北缘-大兴安岭一带。古太平洋构造体制主要发育于三叠纪-侏罗纪时期，其平板俯冲影响范围抵达大兴安岭-太行山，在白垩纪，俯冲板片后撤，影响范围迁移至东亚大陆最东缘。

四、提出了亚洲多陆块拼合的复杂大陆聚合的五阶段模式

　　在系统厘定特提斯洋、古亚洲洋、蒙古-鄂霍茨克洋的闭合和陆块拼合过程基础上，提出了亚洲大陆五个阶段的聚合过程（图5）。

图5 亚洲大陆五阶段聚合过程

　　该模式显示，来自冈瓦纳大陆等不同的多个多类型、小块体，经过两大构造域五个主要阶段的拼合，形成亚洲大陆。(1)早古生代，在古亚洲洋域形成西伯利亚-蒙古拼贴体，再原特提斯域北缘形成东亚大陆初始聚合体（或未来亚洲大陆的核心）；（2）晚古生代，古亚洲洋剪刀状闭合，上述两个构造域的块体群拼合形成北亚大陆雏形；(3)中生代，特提斯构造域中的小陆块体/地体与北亚大陆拼合形成东亚大陆；（4）晚中生代，蒙古-鄂霍次克洋剪刀状封闭，东亚大陆和西伯利亚-欧洲大陆旋转碰撞形成亚洲大陆主体；(5) 晚中生代晚期-新生代，新特提斯关闭，印度-阿拉伯大陆即特提斯洋小陆块和亚洲大陆主体（欧亚大陆碰撞），最终形成亚洲大陆（图6）。

图6 亚洲大陆五阶段聚合过程的岩浆量及其环境效应

意义

　　（1）该研究首次依据大量数据和数字化编图，系统阐述了亚洲花岗岩的演化；依据巨型花岗岩带的时空迁移和岩浆成分演变，判别大地构造环境及其演化，揭示多块体拼合的复杂大陆的拼合过程，首次论述了巨量（占58% 的面积）年轻地壳的保存在陆块拼合中的作用。这些新研究和认识丰富了花岗岩构造动力学研究内容，为丰富板块构造理论提供了很好的范例。

　　（2）亚洲花岗岩等岩浆岩数字化图及有关的数据都公开，可下载、编辑、修改和使用。这为读者提供了便利，为今后的研究奠定了基础，将为花岗岩及有关大陆聚合的研究做出了贡献。

　　（3）不同时期时间切片确定的中国及邻区花岗岩等岩浆岩的时空分布图，为了解与花岗岩等有关的矿产特别是关键金属矿产的发育背景和潜力（摸清家底）奠定了基础。

　　（4）进一步展示了“库-图-文”三位一体的研究范式，符合当前科学发展趋势。岩浆岩数据库及其数字化编图能很好地揭示出不同类型的巨型岩浆岩带的迁移及岩浆演化规律，揭示不同构造体制的空间演化范围和大陆聚合过程。这是大数据时代下地球系统科学研究的方向。

　　这项研究成果是该团队先后参加任纪舜院士主持完成的的《亚洲地质编图》、李廷栋院士主持的《中国地质志》等重大项目的长期积累的结果。有关文章的评审者认为“这是一项巨大的研究工作。……..大量的数据和多期岩浆过程解释形成一个非常强大的综合分析，从而有助于读者更好地了解亚洲的构造和演化，以及造山作用和地壳增生史”。“所有这些结论都是基于大数据，其处理和揭示是非常耗时、费力的，我对作者的努力表示非常赞赏。”不少专家都认为，“这将是一篇有长期影响的大文章”。澳大利亚的Peter Cawood院士（2022，NSR）还撰文评价了之前的有关部分成果，写到：“王涛团队的这些研究结果，特别是采用的年代学大数据分析方法反映了质谱微区分析在过去四分之一个世纪中令人印象深刻的发展”；“….其大数据分析在破解造山带和地球发育历史方面越来越显示出重要性。特别是，这些大量数据的积累，包括年代学、地球化学及地球物理等其他方面的数据，使我们能够更好地理解造山带四维演化以及整个地球系统的运动，这项研究……为未来的研究开辟了新的道路”。 

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Wang T. et al. 2023. Granitic record of the assembly of the Asian continent. Earth-Science Reviews,104298. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2022.104298

相关论文见：

Wang T. et al., 2022. Rollback, scissor-like closure of the Mongol-Okhotsk Ocean and formation of an orocline: Magmatic migration based on a large archive of age-data. Natl. Sci. Rev. 9(5), nwab210. https://doi.org/10.1093/nsr/nwab210

Cawood et al., 2022.Untangling the history of oroclines and mountain belts. Natl. Sci. Rev. 9 (5), nwab211. https://doi.org/10.1093/nsr/nwab211

王涛等，2022.东北亚晚古生代-中生代岩浆时空演化：多重板块构造体制范围及叠合的鉴别证据.地学前缘, 29(02):28-44. DOI:10.13745/j.esf.sf.2022.2.5