王志偉,劉振宇,楊振寧,張立楊,王智慧,徐備,李燦清,孫瑜欣,徐引,朱泰昌
1)河北地質(zhì)大學(xué)河北省戰(zhàn)略性關(guān)鍵礦產(chǎn)資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,石家莊,050031;2)河北地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院,河北省戰(zhàn)略性關(guān)鍵礦產(chǎn)研究協(xié)同創(chuàng)新中心,石家莊,050031;3)云南省核工業(yè)二○九地質(zhì)大隊(duì),昆明,650000
內(nèi)容提要:中亞造山帶東部分布有多個(gè)具有前寒武紀(jì)基底的微陸塊(額爾古納、興安、松嫩和佳木斯地塊),其上存在大量元古宙地質(zhì)記錄,包括2.5~2.4 Ga、1.8 Ga、1.5~1.4 Ga、0.9~0.6 Ga巖漿事件和中—新元古代沉積序列,它們是回答微陸塊與Columbia和Rodinia超大陸演化聯(lián)系和地球中年期演化的關(guān)鍵對(duì)象。額爾古納、興安和松嫩地塊發(fā)育相似的2.5~1.8 Ga基底巖石且其間缺少古老的蛇綠巖,它們可能構(gòu)成了一個(gè)聯(lián)合陸塊,其陸核至少在2.7 Ga前已經(jīng)形成,從華北克拉通北部裂解出去并在其周緣演化,2.5 Ga和1.8 Ga經(jīng)歷了洋陸俯沖作用,未參與克拉通化過(guò)程。1.87~1.80 Ga巖漿作用很可能是Columbia超大陸周緣俯沖作用于古老的微陸塊之下的產(chǎn)物;興安地塊西部和白乃廟島弧帶1.45~1.32 Ga A型花崗巖—流紋巖組合及其向陸緣Hf同位素持續(xù)虧損的趨勢(shì)與勞倫南部Granite—Rhyolite Province和波羅的克拉通西南Fennoscandia十分相似,可能是Columbia超大陸周緣俯沖后撤伸展的產(chǎn)物,俯沖后撤和陸下地幔上涌共同促進(jìn)了Columbia超大陸的伸展和裂解。興安地塊西部發(fā)育巖石組合、碎屑鋯石年齡和Hf同位素變化與格林威爾造山有關(guān)的同碰撞和碰撞后沉積序列相似的沉積地層,而且碎屑鋯石微量元素和Hf同位素隨時(shí)代的系統(tǒng)性變化也揭示了1.10~0.98 Ga地殼明顯加厚,伴有大量古老地殼物質(zhì)重熔,0.9~0.8 Ga地殼持續(xù)減薄,以古老地殼再造為主,這與Rodinia超大陸聚合階段格林威爾造山(1080~980 Ma)及隨后的垮塌伸展過(guò)程基本吻合。松嫩地塊東北部954 Ma正長(zhǎng)花崗巖很可能是松嫩與佳木斯地塊陸—陸碰撞后階段沉積巖部分熔融的產(chǎn)物,可能代表了Rodinia超大陸碰撞聚合在中亞造山帶東部的響應(yīng)。超大陸周緣前進(jìn)式俯沖引發(fā)佳木斯地塊與松嫩—興安—額爾古納聯(lián)合陸塊在954 Ma前碰撞拼貼,同時(shí)在外緣的佳木斯地塊上產(chǎn)生953~939 Ma中鉀—高鉀鈣堿性基性—中性—酸性巖組合,920~880 Ma在各地塊上廣泛發(fā)育中酸性鈣堿性巖漿作用。從850 Ma開(kāi)始,后撤式俯沖導(dǎo)致大量高溫的鈣堿性酸性巖、雙峰式巖漿巖組合產(chǎn)出于松嫩和額爾古納地塊上,直至777 Ma和697 Ma之前開(kāi)始不斷裂解產(chǎn)生古牡丹江洋和古新林洋,而且790~560 Ma期間在額爾古納地塊西北緣、松嫩地塊東緣均發(fā)育被動(dòng)大陸邊緣沉積,記錄了Rodinia超大陸的聚合、伸展—裂解過(guò)程。另外,中亞造山帶東部乃至全球其他塊體上大量1.5~1.3 Ga和1.0~0.7 Ga與超大陸聚合、伸展—裂解有關(guān)的“低谷期”地質(zhì)記錄被不斷發(fā)掘出來(lái),暗示了地球中年期并不是前人認(rèn)為的構(gòu)造寧?kù)o期。
超大陸(Supercontinent),是由全球絕大多數(shù)陸塊構(gòu)成的統(tǒng)一的超級(jí)大陸。這個(gè)概念以及潘吉亞超大陸首先由魏格納在20世紀(jì)初提出(Wegener,1912)。直到板塊構(gòu)造理論提出后,20世紀(jì)70~80年代英國(guó)古地磁學(xué)家Piper等人基于全球主要古老地盾(勞倫、波羅的、澳大利亞、西伯利亞、印度、南美和非洲)相似的古地磁極移曲線,提出了元古宙也存在超大陸的假說(shuō)。后續(xù)大量的研究提出潘吉亞之前存在多個(gè)超大陸,包括Kenorland(2.7~2.1 Ga;Williams et al.,1991)、Columbia或Nuna(2.1~1.5 Ga;Hoffman,1991;Rogers et al.,2002;Zhao Guochun et al.,2003,2004;趙國(guó)春等,2022)、Rodinia(1.2~0.7 Ga)、Gondwana或Pannotia(0.75~0.52 Ga),而Gondwana近年來(lái)也被認(rèn)為是一個(gè)巨大陸(Megacontinent),因?yàn)樗⒉皇侨蛐缘拇箨?Wang Chong et al.,2020)。超大陸的最終聚合往往會(huì)產(chǎn)生全球規(guī)模的碰撞造山作用,造成強(qiáng)烈的地殼縮短、高級(jí)變質(zhì)作用、S型花崗巖侵位,例如1.1~0.9 Ga格林威爾碰撞造山作用(Cawood et al.,2016; Hoffman,2019; Spencer et al.,2021);超大陸的裂解則可以產(chǎn)生大陸邊緣裂谷帶、放射狀基性巖墻群(侵入到不同塊體內(nèi))和大火成巖省(Li Zhengxiang et al.,2008)。目前,Rodinia和Gondwana聚合和裂解過(guò)程是研究最為充分的。
另一方面,哥倫比亞(Columbia)和羅迪尼亞(Rodinia)超大陸旋回發(fā)生在地球中年期(Earth’s middle age,1.8~0.75 Ga),這一地質(zhì)時(shí)期傳統(tǒng)上被稱(chēng)為平靜的10億年(boring billion)(Holland,2006),全球被動(dòng)大陸邊緣不甚發(fā)育,缺少冰川沉積和條帶狀鐵建造以及磷酸鹽沉積,古海水沒(méi)有明顯的Sr同位素異常;陸內(nèi)和板塊邊界內(nèi)側(cè)非造山巖漿活動(dòng)(A型花崗巖、斜長(zhǎng)巖—紋長(zhǎng)二長(zhǎng)巖—紫蘇花崗巖—花崗巖AMCG組合)發(fā)育,造山型金礦分布較少(Cawood et al.,2014),花崗巖年齡峰期和新增生地殼占比整體偏低,被認(rèn)為是沒(méi)有大量新生地殼物質(zhì)產(chǎn)生的結(jié)果(Taylor et al.,1995;Condie,1998)。另外,一些學(xué)者建立了鋯石微量元素與地殼厚度及造山作用的聯(lián)系,也得出了地球中年期是造山寧?kù)o期的認(rèn)識(shí),造山作用分布有限,剝蝕和沉積速率也較低(Tang Ming et al.,2021;Zhu Ziyi et al.,2020,2022)。然而,地球中年期確實(shí)是一個(gè)構(gòu)造活動(dòng)的寧?kù)o期嗎?近年來(lái)大量巖漿作用、變質(zhì)作用和地質(zhì)演化的研究結(jié)果對(duì)此提出了挑戰(zhàn)(Spencer et al.,2021;Wang Zhiwei et al.,2022a,b)。
前人的古地磁、巖石學(xué)、古地理重建等工作表明,華北、華南和塔里木均為哥倫比亞(Columbia)和羅迪尼亞(Rodinia)超大陸的組成部分。例如華北西部陸塊和東部陸塊1.85 Ga碰撞事件與Columbia最終聚合吻合,華北克拉通1.8~1.6 Ga熊耳—燕遼裂谷帶及AMCG組合(斜長(zhǎng)巖—紋長(zhǎng)二長(zhǎng)巖—紫蘇花崗巖—花崗巖)、環(huán)斑花崗巖、A型花崗巖、廣泛分布的基性巖墻群,均與Columbia超大陸的裂解有關(guān)(陸松年等,2002;Zhao Guochun et al.,2003,2013;耿元生等,2019)。華夏和揚(yáng)子地塊1.3~0.9 Ga與造山運(yùn)動(dòng)有關(guān)的巖漿—變質(zhì)作用、830~750 Ma巖漿活動(dòng)和裂谷沉積是其參與Rodinia超大陸最終聚合和裂解的地質(zhì)記錄(陸松年,1998;Li Zhengxiang et al.,2008;李獻(xiàn)華,2012;李獻(xiàn)華等,2021)。
作為東亞大陸的重要組成部分,中亞造山帶是全球最大的顯生宙增生造山帶,其中分布有多個(gè)具有前寒武紀(jì)基底的微陸塊,其上存在大量元古宙地質(zhì)記錄,是回答它們與Columbia和Rodinia超大陸演化聯(lián)系和地球中年期演化的天然實(shí)驗(yàn)室。中亞造山帶東部也被稱(chēng)為興蒙造山帶,前人將其從西向東劃分為額爾古納地塊、興安地塊(或興安—艾力格廟地塊)、松嫩地塊(也稱(chēng)松遼地塊)和佳木斯地塊(也稱(chēng)佳木斯—興凱地塊)(圖1;李雙林等,1998;徐備等,2014;許文良等,2019)。雖然這些塊體主體是以顯生宙蛇綠巖帶為界線劃分的,但近年來(lái)在縫合帶內(nèi)也識(shí)別出大量新元古代蛇綠巖組合,而且地塊內(nèi)部確實(shí)含有前寒武紀(jì)古老地質(zhì)體和巖石圈地幔,因此本文沿用該劃分方案。
圖1 中亞造山帶大地構(gòu)造位置示意圖(a)(據(jù)Safonova et al.,2014修改)和中國(guó)東北地區(qū)前寒武紀(jì)微陸塊分布圖(b)(據(jù)Xu Bei et al.,2015和Zhou Jianbo et al.,2018修改)
越來(lái)越多的前寒武紀(jì)地質(zhì)記錄在上述地塊內(nèi)被識(shí)別出來(lái),包括2.5~2.4 Ga、1.8 Ga、1.5~1.4 Ga、0.9~0.6 Ga巖漿事件和中—新元古代沉積作用。這些地質(zhì)記錄是揭示中亞造山帶東部微陸塊基底組成及其與超大陸演化聯(lián)系的關(guān)鍵對(duì)象。不同于潘吉亞超大陸的重建,它有保存完整的相對(duì)年輕的地質(zhì)記錄和可靠的古地磁證據(jù),前寒武紀(jì)微陸塊尤其是卷入到造山帶內(nèi)的,普遍受到后期造山作用的疊加改造,地質(zhì)記錄不完整,也缺乏可靠的古地磁資料,重建它們?cè)谙鄬?duì)古老的超大陸中的位置及演化過(guò)程是相對(duì)困難且充滿(mǎn)爭(zhēng)議的。然而從全球范圍來(lái)看,在古老大陸邊緣、大洋板塊內(nèi)部、造山帶內(nèi)均存在大量的微陸塊,它們都是與大陸的裂解作用有關(guān),隨后增生拼貼到大陸邊緣,或被大洋巖石圈捕獲,或被相對(duì)年輕的造山帶包卷(李三忠等,2018)。在超大陸重建過(guò)程中,它們都發(fā)揮了至關(guān)重要的作用,因?yàn)樗鼈兪浅箨戇吘壛呀狻⒅芫壐_增生的直接產(chǎn)物(Cawood et al.,2010;Zhao Guochun et al.,2018)。
中國(guó)東北地區(qū)已積累了大量中—新元古代巖漿活動(dòng)和沉積作用的研究數(shù)據(jù),但前期研究均集中在單個(gè)塊體的區(qū)域構(gòu)造演化上,將其與超大陸的聚合和裂解相聯(lián)系。目前仍缺少全面整合多個(gè)塊體的巖漿巖和沉積巖時(shí)空分布、以及地塊之間演化聯(lián)系的研究,因此,目前并不清楚中亞造山帶東部幾個(gè)前寒武紀(jì)微陸塊在中—新元古代是作為一個(gè)整體還是單獨(dú)演化?如何參與Columbia和Rodinia超大陸演化?鑒于此,本文將在前期工作基礎(chǔ)上,綜合前人對(duì)中亞造山帶東部前寒武紀(jì)微陸塊上0.9~0.6 Ga巖漿和沉積作用的時(shí)空分布和地球化學(xué)數(shù)據(jù)的時(shí)空變異及區(qū)域?qū)Ρ妊芯抗ぷ?探討前寒武紀(jì)基底巖石組合及時(shí)空分布、構(gòu)造親緣性、何時(shí)及如何參與到Columbia和Rodinia超大陸演化中,同時(shí)為地球中年期演化提供中亞造山帶東部的制約。
目前的研究已經(jīng)確定了中亞造山帶東部前寒武紀(jì)微陸塊基底由新太古代—新元古代多期巖漿巖(2.5~2.4 Ga、1.8 Ga、1.5~1.4 Ga、0.9~0.6 Ga)和中—新元古代沉積巖組成(圖1和圖2)。雖然有報(bào)道黑龍江龍江地區(qū)存在新太古代2699 Ma二長(zhǎng)花崗巖,但大部分鋯石遭受后期改造偏離諧和線,且n(207Pb)/n(206Pb)年齡變化范圍較大(介于2391~2794 Ma),鋯石特征不明,其形成年齡還有待進(jìn)一步驗(yàn)證(Wu Xinwei et al.,2018)。
圖2 中亞造山帶東部微陸塊巖漿和沉積記錄柱狀圖
1.1.1巖漿巖記錄
(1) 2.5~2.4 Ga,該期中基性—酸性巖漿巖已被證實(shí)存在于中亞造山帶東部微陸塊內(nèi)(圖1和圖2)。額爾古納地塊北部鉆孔中發(fā)現(xiàn)有新太古代變質(zhì)中基性巖和花崗巖,呈一定規(guī)模的捕擄體殘留于中生代火山巖中(邵軍等,2015;Liu Huichuan et al.,2021)。其中新太古代斜長(zhǎng)角閃巖(2537~2565 Ma),原巖為輝長(zhǎng)巖/玄武巖,除了富集大離子親石元素外,其他特征與N-MORB基本一致,可能是受俯沖流體交代的巖石圈地幔在~65 km高程度(20%)部分熔融的產(chǎn)物,而2481~2539 Ma變質(zhì)閃長(zhǎng)巖明顯富集輕稀土和大離子親石元素,虧損重稀土和高場(chǎng)強(qiáng)元素,巖漿起源于新生基性下地殼的部分熔融;Nd—Hf同位素出現(xiàn)解耦,與大洋沉積物加入到地幔源區(qū)有關(guān),暗示了它們形成于與俯沖有關(guān)的伸展環(huán)境(Liu Huichuan et al.,2021)。龍江地區(qū)近年來(lái)也報(bào)道有2579 Ma奧長(zhǎng)花崗巖、2480 Ma石英二長(zhǎng)巖和2544 Ma二長(zhǎng)花崗巖,它們相對(duì)虧損的鋯石Hf同位素組成揭示了其巖漿起源于中—新太古代新生地殼的部分熔融(圖3a;錢(qián)程等,2018;吳新偉等,2022),該作者在烏蘭浩特也識(shí)別出一套古元古代(2029 Ma)斜長(zhǎng)角閃巖,其中產(chǎn)出了大量2.5 Ga捕獲鋯石。此外,Han Shijiong等(2019)報(bào)道了佳木斯地塊穆棱地區(qū)存在2539 Ma斜長(zhǎng)角閃巖,同樣顯示出弧巖漿巖屬性及虧損的鋯石Hf同位素組成(圖3a),表明其形成也與俯沖作用有關(guān)。
圖3 中亞造山帶東部微陸塊內(nèi)前寒武紀(jì)巖漿巖鋯石Hf同位素(a)、Zr飽和溫度(b)和Sr/Y(c)隨時(shí)間變化圖解(據(jù)Zhang Liyang et al.,2022修改)
(2)1.8 Ga,該期巖漿活動(dòng)在興安地塊東北部和松嫩地塊零星發(fā)育(圖1和圖2)。如興安地塊東北部(也有學(xué)者認(rèn)為是額爾古納地塊東北部)1872~1741 Ma片麻狀花崗質(zhì)巖石具有負(fù)的εHf(t)值(平均為-6.18),是中太古代(2.8~3.0 Ga)古老地殼物質(zhì)再造的產(chǎn)物(圖3a;孫立新等,2013;張超等,2018;Li Gongyu et al.,2019)。張超等(2018)報(bào)道龍江地區(qū)發(fā)育1808 Ma A型二長(zhǎng)花崗巖,表現(xiàn)出與興安地塊同時(shí)代花崗巖相似的鋯石Hf同位素組成(圖3a)。松嫩地塊南部也存在古元古代結(jié)晶基底,由1.8 Ga變輝長(zhǎng)巖—閃長(zhǎng)巖—花崗巖構(gòu)成(Wang Ying et al.,2006;Pei Fuping et al.,2007),也有學(xué)者認(rèn)為它們是南部華北克拉通的推覆體,而松嫩地塊東南部塔東地區(qū)1859 Ma片麻狀花崗巖的發(fā)現(xiàn)確定了該地塊存在1.8 Ga巖漿事件(許文良等,2019)。
(3)1.5~1.4 Ga,該期酸性巖漿活動(dòng)僅在興安地塊西部和華北板塊北緣白乃廟島弧帶上有報(bào)道(圖1和圖2;孫立新等,2018,2020;Han Jie et al.,2017;Yang Zhenning et al.,2021;Li Changhai et al.,2021;Wang Zhiwei et al.,2022 a,b)。興安地塊西部蘇左旗地區(qū)報(bào)道有1516 Ma細(xì)粒二長(zhǎng)花崗巖,其鋯石εHf(t)值變化于2.8~8.5,二階段模式年齡TDM2介于1.82~2.02 Ga(圖3a;孫立新等,2013)。蘇左旗南部和阿巴嘎旗還分布有較大面積的1399~1360 Ma A型花崗巖,作者近年來(lái)在二連南部和東北部也發(fā)現(xiàn)1450 Ma正長(zhǎng)花崗巖和1385 Ma變質(zhì)流紋巖,它們共同構(gòu)成了一套A型花崗巖—流紋巖組合,巖漿結(jié)晶溫度較高,在810~939℃(圖3b),均具有相對(duì)虧損的鋯石Hf同位素組成以及向西更加虧損的趨勢(shì),作者認(rèn)為這一變化可能與俯沖橫向增生有關(guān)(Yang Zhenning et al.,2021;Wang Zhiwei et al.,2022a,b),也有學(xué)者提出其為陸內(nèi)伸展機(jī)制的產(chǎn)物(孫立新等,2018,2020;Han Jie et al.,2017)。Li Changhai等(2021)和Ma Haitao等(2022)在吉林南部遼源地區(qū)首次發(fā)現(xiàn)中元古代鈣堿性二云母花崗閃長(zhǎng)巖—二長(zhǎng)花崗巖(1444~1321 Ma),正的鋯石εHf(t)值和年輕的二階段模式年齡暗示了它們的巖漿起源于新生地殼物質(zhì)的部分熔融,巖漿結(jié)晶溫度為854~914℃,屬于高溫花崗巖,同時(shí)通過(guò)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)白乃廟島弧帶早古生代酸性巖主體具有中元古代(1.5~1.3 Ga)的二階段模式年齡,暗示了該島弧帶是在元古宙基底上發(fā)育的(Li Changhai et al.,2021)。
(4)0.9~0.7 Ga,與古—中元古代巖漿活動(dòng)相比,拉伸紀(jì)巖漿活動(dòng)更加強(qiáng)烈,在中亞造山帶內(nèi)多個(gè)微陸塊均有分布(圖1和圖2)。
額爾古納地塊是中亞造山帶東部微陸塊中新元古代巖漿活動(dòng)最為頻繁的,可劃分為964~947 Ma、929~880 Ma、850 Ma、819 Ma、792~737 Ma,前四期巖性以花崗巖為主,而后者巖石組合以輝長(zhǎng)巖—花崗巖組成的雙峰式侵入巖組合為特征(許文良等,2019;Wu Fuyuan et al.,2011;Gou Jun et al.,2013;Tang Jie et al.,2013;Zhao Shuo et al.,2016;Liu Huichuan et al.,2020)。Liu Huichuan等(2020)以850 Ma為界劃分為兩個(gè)階段,認(rèn)為964~887 Ma酸性巖漿巖可能是大陸弧巖漿作用的產(chǎn)物,而850 Ma后大量A型花崗巖和雙峰式火成巖記錄了持續(xù)的伸展過(guò)程(圖3)。
興安地塊東北部和西部零星發(fā)育有新元古代早期的巖漿活動(dòng)。地塊西部蘇左旗921 Ma I型黑云母二長(zhǎng)花崗巖侵入到新元古代昌特敖包組內(nèi),Yang Zhenning等(2021)基于富水與高溫(844~857℃)的巖漿性質(zhì)認(rèn)為它們是大陸弧的組成部分(圖3)。此外,該地塊中東部也有少量847~767 Ma花崗質(zhì)片麻巖和740 Ma變質(zhì)輝長(zhǎng)巖的報(bào)道(孫立新等,2013;周文孝等,2013;Zhou Jianbo et al.,2011,2018),興安地塊向西可延伸至英巴地區(qū)、蒙古南部托托尚地塊和南戈壁地塊,前人已經(jīng)報(bào)道存在952~905 Ma二云母花崗巖和石榴子石電氣石花崗巖(周印章等,2013;Yarmolyuk et al.,2005)。
松嫩地塊新元古代巖漿活動(dòng)主要分布于東部小興安嶺和張廣才嶺地區(qū)。近年來(lái)相繼識(shí)別出了5期新元古代花崗質(zhì)侵入體:954~950 Ma、929~911 Ma、895 Ma、856~841 Ma、790 Ma。前三期以鈣堿性二長(zhǎng)巖—石英二長(zhǎng)巖—花崗閃長(zhǎng)巖—正長(zhǎng)花崗巖為主,主體以古元古代地殼為源區(qū),不同的是954~950 Ma過(guò)鋁質(zhì)花崗巖顯示出埃達(dá)克質(zhì)巖的地化特征,巖漿起源于黏土富集的硬砂巖部分熔融,可能與松嫩地塊與佳木斯地塊陸—陸碰撞過(guò)程有關(guān),而929~895 Ma中酸性巖的形成與加厚下地殼的部分熔融有關(guān)(圖3c),可能是大陸邊緣弧巖漿作用的產(chǎn)物(Zhang Liyang et al.,2022;Luan Jinpeng et al.,2017a,2019)。而841 Ma花崗巖及790 Ma雙峰式侵入巖組合可能形成于非造山或造山后環(huán)境(圖3;王少軼等,2014;Luan Jinpeng et al.,2017b,2022)。
佳木斯地塊也報(bào)道有布列亞953~920 Ma變質(zhì)輝長(zhǎng)巖—花崗巖、佳木斯898~891 Ma和757~751 Ma片麻狀花崗巖,佳木斯花崗巖后期遭受了563~476 Ma高級(jí)變質(zhì)作用的疊加改造(Yang Hao et al.,2017,2018)。俄羅斯布列亞953~920 Ma雙峰式變質(zhì)巖漿巖可能是松嫩地塊與佳木斯地塊陸—陸碰撞后伸展的產(chǎn)物(Sorokin et al.,2019)。0.89 Ga正長(zhǎng)花崗巖巖漿起源于低壓下沉積巖部分熔融,可能形成于活動(dòng)大陸邊緣環(huán)境,而佳木斯地塊752 Ma A型花崗巖、777 Ma斜長(zhǎng)角閃巖(原巖為MORB型輝長(zhǎng)巖或玄武巖)與757 Ma變質(zhì)玄武巖共同構(gòu)成了雙峰式巖漿巖組合,形成于拉張環(huán)境(圖3;頡頏強(qiáng)等,2008;Khanchuk et al.,2010;Yang Hao et al.,2017,2018)。
(5)0.6 Ga,目前僅在額爾古納和興安地塊之間的新林—喜桂圖縫合帶報(bào)道有少量鎂鐵—超鎂鐵質(zhì)巖(圖2和圖3)。新林蛇綠巖中出露了蛇紋石化橄欖巖、輝長(zhǎng)巖、輝綠巖,其中輝長(zhǎng)巖形成時(shí)代為669 Ma,高Y和Yb及低U/Yb與洋殼來(lái)源鋯石特征一致,同時(shí)輝長(zhǎng)巖還顯示出N-MORB的地化特征(Gou Jun et al.,2020)。Feng Zhiqiang等(2018)也在此縫合帶阿里河混雜巖帶內(nèi)識(shí)別出嘎仙697 Ma變質(zhì)輝長(zhǎng)巖、628 Ma輝石巖,吉峰647 Ma輝長(zhǎng)巖;輝石巖和輝長(zhǎng)巖具有島弧巖漿屬性和強(qiáng)烈虧損的Hf同位素組成,玄武巖和輝綠巖除有Nb、Ta和Ti虧損外,整體顯示出OIB特征,暗示了其源區(qū)經(jīng)歷了軟流圈和巖石圈相互作用,以上地化特征與洋內(nèi)俯沖作用是吻合的,它們代表了超俯沖帶蛇綠巖的殘片。
另一方面,興蒙造山帶微陸塊中存在新太古代—古元古代基底物質(zhì)也得到了近年來(lái)巖石圈地幔研究的證實(shí),如Deng Fei等(1992)和Zhang Yanlong等(2011)報(bào)道了興安地塊和松嫩地塊新生代玄武巖中地幔橄欖巖捕虜體存在新太古代(2.7~2.6 Ga)、古—中元古代(2.1~1.9 Ga、1.6~1.4 Ga)Re虧損模式年齡,Guo Peng等(2017)報(bào)道了佳木斯—興凱地塊新生代玄武巖中地幔橄欖巖捕虜體也存在古元古代Re虧損模式年齡(1.9 Ga)。
1.1.2沉積記錄
(1)中元古界。中元古代沉積作用(1.4 Ga和1.00~0.92 Ga)較為特殊,目前僅報(bào)道在興安地塊西部出露(圖1和圖2),以寶音圖群和艾力格廟群變質(zhì)碎屑巖夾碳酸鹽巖和火山巖為代表。
寶音圖群大面積分布在內(nèi)蒙中部蘇左旗—錫林浩特一帶,巖石組合在空間上變化較大。在蘇左旗地區(qū)以烏花敖包巖組的斜長(zhǎng)片麻巖夾大理巖、陽(yáng)起石片巖、綠簾綠泥石片巖和石英片巖,以及昌特敖包組黑云斜長(zhǎng)片麻巖、石英巖、大理巖、斜長(zhǎng)角閃巖等為主(孫立新等,2013;Yang Zhenning et al.,2021)。在蘇左旗南部烏花敖包巖組石英片巖被1.4 Ga片麻狀花崗巖侵入,其沉積時(shí)代可以限定在1405~1392 Ma,碎屑鋯石的物質(zhì)來(lái)源主要為研究區(qū)花崗質(zhì)巖石風(fēng)化的產(chǎn)物(Yang Zhenning et al.,2021)。在錫林浩特一帶,寶音圖群被稱(chēng)為錫林郭勒雜巖,巖石組合為黑云斜長(zhǎng)片麻巖、斜長(zhǎng)角閃巖、磁鐵石英巖、石榴子石黑云二長(zhǎng)片麻巖等(內(nèi)蒙古地質(zhì)礦產(chǎn)局,1991;葛夢(mèng)春等,2011),目前已從中解體出了新元古代(800~740 Ma)變質(zhì)輝長(zhǎng)巖(周文孝等,2013;作者未發(fā)表資料)。
艾力格廟群分布于二連浩特西南部艾力格廟地區(qū),向西可延伸至蒙古托托尚—南戈壁和我國(guó)阿拉善北部地區(qū),巖石組合為石英巖、云母石英片巖、大理巖和變質(zhì)流紋巖及其凝灰?guī)r等(內(nèi)蒙古地質(zhì)礦產(chǎn)局,1991;周印章等,2013)。對(duì)艾力格廟群碎屑鋯石年齡、火山巖鋯石U-Pb年齡(923 Ma)和地層疊置關(guān)系的研究表明艾力格廟群是由兩套不同時(shí)代和不同巖性地層組成的,艾力格廟群下段以石英巖和變質(zhì)酸性火山巖及凝灰?guī)r為主,石英巖中有大量格林威爾期(1.1~1.0 Ga)、1.6~1.4 Ga鋯石,其沉積時(shí)限為1003~923 Ma。其中1.6~1.4 Ga碎屑鋯石物質(zhì)來(lái)源為近源的同時(shí)期花崗巖—流紋巖,而1.1~1.0 Ga巖漿活動(dòng)在中亞造山帶東部尚未發(fā)現(xiàn)(Wang Zhiwei et al.,2022a)。吉爾吉斯斯坦北天山也存在少量1.1 Ga花崗巖和英安巖—流紋巖,但它們均具有富集的Nd—Hf同位素組成(Kr?ner et al.,2013),與艾力格廟群中碎屑鋯石高放射性成因Hf同位素組成明顯不同,排除其作為源區(qū)物質(zhì)的可能,因此作者提出它們很有可能來(lái)源于中亞造山帶微陸塊以外的源區(qū)(Wang Zhiwei et al.,2022a),但也不排除近源物質(zhì)供給的可能性。
(2)新元古界。新元古代沉積記錄在中亞造山帶東部幾個(gè)微陸塊上均有分布,但大部分被顯生宙花崗巖侵入及地層覆蓋,出露規(guī)模有限(圖1和2)。
額爾古納地塊西部發(fā)育新元古界額爾古納河群和佳疙疸組。額爾古納河群由下部大理巖和上部變質(zhì)石英砂巖及云母石英片巖等組成,碎屑巖鋯石U-Pb定年和地層覆蓋關(guān)系揭示了其沉積時(shí)代介于738~712 Ma(Zhang Yihan et al.,2014)。佳疙疸組主要由板巖、千枚巖、結(jié)晶灰?guī)r、炭質(zhì)板巖夾變質(zhì)砂巖和安山巖組成,鋯石U-Pb年代學(xué)研究顯示碎屑鋯石年齡主要介于790~990 Ma,地層的沉積作用發(fā)生在790~757 Ma之間(Zhao Shuo et al.,2016)。碎屑鋯石年齡和Hf同位素組成表明兩套沉積的物質(zhì)來(lái)源于區(qū)域上同時(shí)代的巖漿巖。二者均為相對(duì)穩(wěn)定的大陸邊緣海相沉積。
興安地塊新元古界包括地塊西部的艾力格廟群上段、昌特敖包組和東北部的興華渡口群。二連地區(qū)艾力格廟群上段以變質(zhì)細(xì)碎屑巖和大理巖為主,其中的細(xì)粒絹云母石英片巖碎屑鋯石年齡以923、876 Ma為主要峰期,1.7~1.4 Ga為次要峰期,同時(shí)記錄了750 Ma變質(zhì)事件,興安地塊上同時(shí)期的巖漿巖為它們提供了碎屑物質(zhì),沉積時(shí)代介于827~750 Ma(Wang Zhiwei et al.,2022a)。蘇左旗北部昌特敖包組石英巖和黑云母斜長(zhǎng)片麻巖分別給出了1237、930 Ma的原巖最大沉積時(shí)代,它們均在921 Ma黑云母二長(zhǎng)花崗巖侵位前完成沉積(Yang Zhenning et al.,2021)。興華渡口群以富鋁系列片巖和片麻巖、斜長(zhǎng)角閃巖、大理巖和磁鐵石英巖為主,變質(zhì)碎屑巖給出了大量1.0~1.2 Ga、1.6~1.8 Ga和2.5~2.6 Ga巖漿成因碎屑鋯石年齡和798 Ma、628 Ma、500 Ma變質(zhì)鋯石年齡,結(jié)合847~767 Ma花崗質(zhì)片麻巖的存在,暗示了其在847 Ma之前已完成沉積,后期遭受了~500 Ma高級(jí)變質(zhì)作用改造(苗來(lái)成等,2007;Zhou Jianbo et al.,2011)。興華渡口群碎屑巖具有混合物源的特征,1.0~1.2 Ga物質(zhì)可能來(lái)源于外部塊體,1.6~1.8 Ga物質(zhì)由本地塊同時(shí)期花崗巖提供,而2.5~2.6 Ga碎屑物質(zhì)可能來(lái)源于地塊東側(cè)龍江以及北側(cè)額爾古納地塊太古宙基性巖和花崗巖。
在松嫩地塊東北部沉積了新元古代東風(fēng)山群亮子河組和樺皮溝組、晨明組火山—沉積建造。亮子河組由下部的磁鐵石英巖、變質(zhì)玄武安山巖(916 Ma)組成(Zhang Liyang et al.,2022),上部由云母石英片巖和大理巖組成,碎屑鋯石年代學(xué)研究表明峰期年齡有821 Ma、1.2~1.6 Ga、1.8 Ga和2.5 Ga,上部沉積時(shí)代介于821~752 Ma(Wang Feng et al.,2014)。樺皮溝組以大理巖、云母石英片巖、石英巖等為主,碎屑鋯石峰期年齡為752 Ma、821 Ma、852 Ma、921 Ma,Wang Feng等(2014)基于地層覆蓋關(guān)系認(rèn)為其于752~560 Ma發(fā)生沉積。晨明組以厚層石灰?guī)r及泥巖為特征,產(chǎn)藻類(lèi)化石,沉積時(shí)代介于新元古代晚期—早寒武世,是一套被動(dòng)大陸邊緣的淺海相沉積。地塊南部發(fā)育了塔東群朱墩店組斜長(zhǎng)角閃巖、斜長(zhǎng)片麻巖、大理巖和云母石英片巖等,碎屑巖給出了751~749 Ma、855 Ma、914 Ma的峰期年齡和少量格林威爾期碎屑鋯石(付俊彧等,2021;Wang Feng et al.,2014),基于726 Ma變質(zhì)輝長(zhǎng)巖的存在(許文良等,2019),暗示其沉積時(shí)限為751~726 Ma。此外,伊春黑龍宮組和紅山組中也鑒別出新元古代沉積建造,沉積時(shí)代分別為805~561 Ma和747~561 Ma(高福紅等,2016)。總體來(lái)看,0.7~0.9 Ga、1.8 Ga的碎屑物質(zhì)主要源區(qū)物質(zhì)為松嫩地塊上的同時(shí)期巖漿巖,1.2 Ga鋯石尚不清楚是否存在近源物源區(qū)或是來(lái)自外部塊體,2.5 Ga碎屑物質(zhì)可以由龍江和額爾古納地區(qū)同時(shí)代巖漿巖提供。
在佳木斯—興凱地塊西緣,Luan Jinpeng等(2017b)對(duì)變質(zhì)沉積巖的研究揭示了西麻山組二云母石英片巖原巖沉積年齡可能介于994~927 Ma,從馬家街組中識(shí)別出最大沉積年齡分別為1151 Ma和927 Ma的變質(zhì)細(xì)砂巖,其中還出現(xiàn)了大量1.1~1.6 Ga碎屑鋯石,與興安地塊西部艾力格廟群碎屑鋯石的年齡和Hf同位素組成十分相似,很可能也是兩套不同時(shí)代的沉積巖,鑒于區(qū)域上存在898~891 Ma片麻狀花崗巖(Yang Hao et al.,2017,2018),它們很可能在898 Ma之前已經(jīng)完成沉積。
中亞造山帶東部前寒武紀(jì)微陸塊的來(lái)源一直是研究的熱點(diǎn)和爭(zhēng)論的焦點(diǎn)。實(shí)際上,微陸塊的親緣性是一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題,因?yàn)閴K體在后期不同階段可能經(jīng)歷與來(lái)源塊體明顯不同的演化歷史,可能與其他塊體存在相互作用或者聯(lián)系。因此我們要厘清其來(lái)源,再以演化的思維來(lái)探討其演化過(guò)程及其與其他塊體的聯(lián)系。
西伯利亞克拉通Kitoy地體發(fā)育最古老的3.4 Ga酸性麻粒巖,經(jīng)歷了2.6 Ga麻粒巖相變質(zhì)作用(Poller et al.,2005),克拉通南部Sharyzhalgay隆起也出露有3388~3311 Ma TTG巖石,它們具有正的鋯石εHf(t)值,二階段模式年齡反映了3.6~3.45和3.35 Ga經(jīng)歷了兩次重要的地殼增生事件(Turkina et al.,2013)。Turkina等(2012)還識(shí)別出2662 Ma基性和2694 Ma酸性麻粒巖,二者分別經(jīng)歷了1881 Ma和2540 Ma高級(jí)變質(zhì)作用,同時(shí)作者報(bào)道存在2540 Ma花崗巖,后期遭受了1849 Ma高級(jí)變質(zhì)作用。麻粒巖原巖形成于古老陸塊活動(dòng)大陸邊緣環(huán)境。Irkut和Kitoy均存在同時(shí)代變質(zhì)作用(2.6 Ga)和同碰撞花崗巖(2.5 Ga),表明二者在新太古代發(fā)生碰撞;組成西伯利亞的幾個(gè)老陸核West Aldan、Daldyn和Sharyzhalgay隆起從新太古代開(kāi)始碰撞拼合(2.7~2.5 Ga),最終完成克拉通化的時(shí)間在~2.0~1.85 Ga(Turkina et al.,2012)。
塔里木克拉通上目前報(bào)道最古老的巖石是3.7 Ga英云閃長(zhǎng)質(zhì)片麻巖,3.6~3.2 Ga、2.9 Ga巖石僅有極個(gè)別報(bào)道,克拉通南部和北部均發(fā)育3.2~3.0 Ga閃長(zhǎng)巖和TTG巖石,2.8 Ga開(kāi)始出現(xiàn)高鉀花崗巖,2.74~2.5 Ga角閃巖(變質(zhì)輝長(zhǎng)巖)、閃長(zhǎng)巖、TTG和高鉀花崗巖,2.4~2.2 Ga高鉀花崗巖及克拉通南部埃達(dá)克質(zhì)花崗巖(Ge Rongfeng et al.,2022)。塔里木在1.93~1.8 Ga發(fā)育廣泛的角閃巖—麻粒巖相高級(jí)變質(zhì)作用(Lu Songnian et al.,2008),同時(shí)伴生有1.92~1.85 Ga I型花崗巖和1.85~1.78 Ga A型花崗巖及基性巖墻。1.55~1.40 Ga、1.1~1.0 Ga以及0.93~0.84 Ga基性—中性—酸性巖漿巖零星分布于塔里木克拉通東北緣和西南緣,而0.78~0.61 Ga基性—酸性侵入巖廣泛分布于克拉通內(nèi)(蔡志慧等,2019;Zhang Chuanlin et al.,2013)。
華北克拉通發(fā)育的巖漿活動(dòng)更為復(fù)雜,包括有3.8~3.6 Ga奧長(zhǎng)質(zhì)石英閃長(zhǎng)巖—奧長(zhǎng)花崗巖,2.8~2.7 Ga花崗巖—綠巖帶,2.6~2.5 Ga TTG片麻巖、鎂鐵質(zhì)—超鎂鐵質(zhì)巖,2.5 Ga同構(gòu)造紫蘇花崗巖、花崗巖和少量雙峰式火成巖,2.3~2.0 Ga雙峰式火山巖和板內(nèi)巖漿巖,同時(shí)也經(jīng)歷了復(fù)雜的高級(jí)變質(zhì)作用(3.56 Ga、3.3~3.0 Ga、2.7~2.6 Ga、2.5 Ga、1.95~1.85 Ga)(Zhao Guochun et al.,2013;沈其韓等,2016)。同位素研究顯示華北克拉通在2.8~2.7 Ga經(jīng)歷了最重要的一期地殼增生事件。部分學(xué)者認(rèn)為多個(gè)微陸塊在2.7~2.5 Ga碰撞拼貼形成華北克拉通基底,古元古代進(jìn)入裂谷階段,并在1.95~1.85 Ga再次碰撞(Zhai Mingguo et al.,2003,2010,2011)。另一種觀點(diǎn)認(rèn)為陰山和鄂爾多斯陸塊、龍崗和狼林陸塊分別在1.95 Ga和1.90 Ga碰撞形成西、東部陸塊,在1.85 Ga東西陸塊最終碰撞拼合(Santosh,2010; Yin Changqing et al.,2011; Zhao Guochun et al.,2003,2005,2012,2013; Kusky,2011)。在1.75~1.68 Ga期間華北克拉通北部產(chǎn)出了代表伸展環(huán)境的環(huán)斑花崗巖、斜長(zhǎng)巖、紋長(zhǎng)花崗巖等,1.6~1.4 Ga燕遼裂谷帶沉積巖內(nèi)也夾有少量凝灰?guī)r和斑脫巖(耿元生等,2019),也有報(bào)道存在1.32~1.2 Ga燕遼基性大火成巖省、1.32 Ga A型花崗巖(Zhang Shuanhong et al.,2012,2017;Shi Yuruo et al.,2012)。另外,Peng Peng等(2015)在華北克拉通上也識(shí)別出大量925~810 Ma基性巖墻群。
通過(guò)對(duì)比可以發(fā)現(xiàn),上述3個(gè)克拉通、中亞造山帶東部微陸塊均發(fā)育2.5 Ga、1.8 Ga巖漿活動(dòng)。但微陸塊內(nèi)發(fā)育不同的巖石組合,包括2.5 Ga變質(zhì)基性巖—閃長(zhǎng)巖—花崗巖、1.8 Ga變輝長(zhǎng)巖—閃長(zhǎng)巖—花崗巖,而且尚未發(fā)現(xiàn)2.5和1.8 Ga同構(gòu)造花崗巖和高級(jí)變質(zhì)作用。從弱虧損的同位素組成和中太古代二階段模式年齡(2.8~3.1 Ga)來(lái)看,酸性巖主要是來(lái)源于更加古老地殼物質(zhì)的再造,與華北克拉通北部特征基本一致(圖3a;Sun Guozheng et al.,2022)。Liu Yongjiang等(2021)和吳新偉等(2022)也認(rèn)為松嫩地塊發(fā)育2.7 Ga、2.5 Ga、2.0 Ga、1.8 Ga巖漿活動(dòng)與華北克拉通的巖漿事件及鋯石Hf同位素組成相似,表明其與華北克拉通經(jīng)歷了相似的演化歷史。另外,中亞造山帶東部微陸塊(包括額爾古納、興安、松嫩)發(fā)育相似的2.5~1.8 Ga基底巖石且其間缺少古老的蛇綠巖,它們可能構(gòu)成了一個(gè)聯(lián)合古陸。華北克拉通北緣白乃廟島弧帶也發(fā)育2.5~1.8 Ga和1.4~1.3 Ga巖漿活動(dòng),同樣顯示出高放射性成因的鋯石Hf同位素組成特征(郭云鵬等,2018;錢(qián)程等,2018;Li Changhai et al.,2021; Ma Haitao et al.,2022; Du Jiyu et al.,2023)?;谏鲜鼋Y(jié)果,本文認(rèn)為中亞造山帶東部微陸塊陸核至少在2.7 Ga前已經(jīng)形成,可能從華北克拉通北部裂解出去,并在其周緣演化,未參與克拉通化過(guò)程,而在2.5和1.8 Ga可能經(jīng)歷了洋陸俯沖作用,誘發(fā)了古老巖石圈地幔和陸殼的部分熔融。不同的是,2.5 Ga陸殼相對(duì)較厚,巖漿溫度較低(圖3),可能與太古宙不同的板塊構(gòu)造樣式(厚的洋殼俯沖于厚陸殼之下)有關(guān)(Ge Rongfeng et al.,2022)。
古元古代末期(1.7~1.6 Ga)華北克拉通進(jìn)入?yún)^(qū)域伸展階段形成大量AMCG組合,而中亞造山帶東部微陸塊相對(duì)缺乏同期的巖漿記錄。1.4~1.3 Ga期間,白乃廟島弧帶至華北克拉通北部均發(fā)育A型花崗巖(Shi Yuruo et al.,2012; Zhang Shuanhong et al.,2012; Li Changhai et al.,2021),同時(shí)華北北部還發(fā)育燕遼基性大火成巖省(張拴宏等,2022;Zhang Shuanhong et al.,2017)。從空間上來(lái)看,從克拉通北部—白乃廟島弧帶,1.4~1.3 Ga花崗巖表現(xiàn)從富集到虧損的同位素組成變化,這可能意味著經(jīng)歷過(guò)橫向增生作用,燕遼基性巖普遍具有Nb、Ta和Ti虧損的特征可能也證明了這一推論,這一時(shí)期還發(fā)育了白云鄂博裂谷帶,本文認(rèn)為華北克拉通北部及周緣微陸塊可能整體處于俯沖后撤的伸展環(huán)境下。興安地塊西部也發(fā)育較大面積的1.4~1.3 Ga A型花崗巖—流紋巖,也以高放射性成因鋯石Hf同位素為特征,同時(shí)存在一套以近源物源為主的碎屑巖和碳酸鹽巖沉積,也顯示出與弧后盆地類(lèi)似的動(dòng)力學(xué)過(guò)程有關(guān)(Yang Zhenning et al.,2021;Wang Zhiwei et al.,2022a)。
盡管華北克拉通和中亞造山帶東部尚未發(fā)現(xiàn)1.1~0.98 Ga巖漿和變質(zhì)作用,但大量1.0~0.8 Ga碎屑巖和碳酸鹽巖廣泛發(fā)育于華北克拉通北部—東部及興安地塊西部,包括華北克拉通白云鄂博群呼吉爾圖組、狼山群、土門(mén)群,興安地塊艾力格廟群(Hu Bo et al.,2012;Hu Jianmin et al.,2014; Liu Chaohui et al.,2017)。實(shí)際上,相似的沉積巖在中天山—伊犁地塊、西伯利亞克拉通南緣均有分布(Gladkochub et al.,2006;Huang Zongying et al.,2019; Huang Hu et al.,2019)。上述沉積地層中均含有大量1.1~0.98 Ga碎屑鋯石,很可能是外源成因的,暗示了這些克拉通及微陸塊雖然沒(méi)有直接參與格林威爾造山運(yùn)動(dòng),但是接受了與之相關(guān)的沉積物質(zhì)。在0.95~0.85 Ga期間,華北克拉通相對(duì)穩(wěn)定,但在中亞造山帶東部微陸塊上發(fā)育了大量的巖漿活動(dòng),954 Ma過(guò)鋁質(zhì)花崗巖可能是松嫩地塊與佳木斯地塊陸—陸碰撞過(guò)程的產(chǎn)物,而微陸塊上0.94~0.85 Ga大面積鈣堿性巖漿活動(dòng)可能與俯沖作用相關(guān)(Tang Jie et al.,2013; Zhang Liyang et al.,2022;Luan Jinpeng et al.,2017a,2019; Liu Huichuan et al.,2020)。這顯示出新元古代中亞造山帶東部微陸塊與華北克拉通北部經(jīng)歷了明顯不同的構(gòu)造演化過(guò)程。
在大多數(shù)超大陸重建模型中,2.0~1.8 Ga和1.7~1.2 Ga分別經(jīng)歷了Columbia超大陸的碰撞聚合和伸展—裂解過(guò)程,而1.10~0.98 Ga、0.9~0.55 Ga分別對(duì)應(yīng)了Rodinia超大陸碰撞聚合與伸展—裂解階段。Columbia超大陸的聚合導(dǎo)致了全球大多數(shù)克拉通內(nèi)發(fā)育大規(guī)模的高級(jí)變質(zhì)作用,隨后,超大陸內(nèi)部發(fā)育1.6~1.3 Ga的裂谷帶和非造山巖漿作用,而超大陸外部則以發(fā)育長(zhǎng)周期大陸弧和增生造山帶為特征(Rogers et al.,2002;Zhao Guochun et al.,2004;Pisarevsky et al.,2014;Meert et al.,2017)。Rodinia聚合經(jīng)歷了1.1 Ga的碰撞前板內(nèi)巖漿作用,1090~980 Ma的高級(jí)變質(zhì)作用和沿格林威爾造山帶的變形作用,隨后的碰撞后伸展及周緣俯沖過(guò)程(Hynes et al.,2010;Cawood et al.,2016),825~800 Ma超級(jí)地幔柱可能觸發(fā)了Rodinia北部的初始伸展和裂解,整個(gè)過(guò)程具有穿時(shí)性,可延伸至~550 Ma(Li Zhengxiang et al.,2008;Cawood et al.,2016)。
前人大量的研究認(rèn)為中亞造山帶內(nèi)微陸塊產(chǎn)出有1.8~1.3 Ga巖漿活動(dòng),可能是Columbia超大陸演化的結(jié)果(孫立新等,2013;Han Jie et al.,2017; He Zhenyu et al.,2018)。由于缺乏可靠的古地磁數(shù)據(jù),很難確定微陸塊在超大陸中的精確位置,但以下3個(gè)方面的相似之處為我們探討中亞造山帶東部微陸塊在Columbia超大陸中的位置及演化過(guò)程提供了可能,①華北、西伯利亞和勞倫在1800~700 Ma期間有相似的古地磁極移曲線,②興安地塊西部發(fā)育與勞倫南部可類(lèi)比的中元古代A型花崗巖—流紋巖組合及同位素變化,③興安地塊1.8~1.3 Ga基底巖石時(shí)空分布、長(zhǎng)周期的同位素虧損與勞倫南部可對(duì)比。
第一,興安地塊東北部1872~1847 Ma I型花崗巖巖漿結(jié)晶溫度介于802~884℃,產(chǎn)出于與俯沖相關(guān)的地殼加厚環(huán)境(Sr/Y計(jì)算的地殼厚度平均值為52 km),是中太古代(2.8~3.0 Ga)古老地殼物質(zhì)再造的產(chǎn)物(圖3;孫立新等,2013;Li Gongyu et al.,2019)。松嫩地塊西部和南部發(fā)育1873~1808 Ma變輝長(zhǎng)巖—閃長(zhǎng)巖—花崗巖、1808 Ma A型二長(zhǎng)花崗巖,后者巖漿起源于新—中太古代古老地殼物質(zhì)的部分熔融(圖3a;Wang Ying et al.,2006;Pei Fuping et al.,2007;張超等,2018),其相對(duì)高的巖漿結(jié)晶溫度(893~952℃)和較低的地殼厚度(32~29 km)與伸展背景相吻合(圖3)。它們并未經(jīng)歷1.85 Ga高級(jí)變質(zhì)作用,大量超大陸重建模型顯示Columbia超大陸周緣在1.8~1.3 Ga期間經(jīng)歷了長(zhǎng)周期的洋陸俯沖作用,因此本文認(rèn)為中亞造山帶東部微陸塊內(nèi)1.8 Ga巖漿作用很可能是超大陸周緣俯沖帶作用于古老的微陸塊之下的產(chǎn)物,1.87~1.85 Ga以地殼擠壓增厚為特征,與超大陸聚合過(guò)程一致,而1.80 Ga伸展的動(dòng)力學(xué)機(jī)制則可能與俯沖后撤有關(guān),其與超大陸內(nèi)部塊體陸陸碰撞后伸展過(guò)程共同促進(jìn)了Columbia超大陸的伸展(圖4a)。
圖4 元古宙中亞造山帶東部微陸塊在Columbia和Rodinia超大陸演化中的位置重建(據(jù)Zhang Liyang et al.,2022和Wang Zhiwei et al.,2022a修改)
第二,興安地塊基底巖石的時(shí)空分布特征(東老西新)、1.4 Ga A型花崗巖—流紋巖組合及鋯石Hf同位素的空間變化與勞倫南部基底時(shí)空分布(北老南新)、同時(shí)期的Granite—Rhyolite Province巖石組合及同位素空間變異具有很好的一致性(圖4b;Van Schmus et al.,1996;Petersson et al.,2015; Wang Zhiwei et al.,2022a)。首先,從基底巖石時(shí)空分布來(lái)看,興安地塊東部出露有1.8~1.7 Ga花崗質(zhì)巖石,與之相鄰的額爾古納和松嫩還發(fā)育了2.5 Ga基性—中性和酸性侵入巖,因此整體顯示出東老西新的時(shí)空分布格局(圖1b)。勞倫古陸南部從北向南分布有Penokean Province(1.9~1.8 Ga變質(zhì)巖漿和沉積巖)、Yavapai Province(1.8~1.7 Ga花崗巖)、Mazatzal Province(1.7~1.6 Ga大陸弧巖漿巖)、Granite—Rhyolite Province(1.5~1.3 Ga A型花崗巖和流紋巖)(Van Schmus et al.,1996;Petersson et al.,2015)。其次,興安地塊西部蘇左旗—阿巴嘎旗和二連浩特地區(qū)存在1516 Ma二長(zhǎng)花崗巖、1450 Ma A型正長(zhǎng)花崗巖、1399~1360 Ma A型花崗巖以及1385 Ma變質(zhì)流紋巖,它們共同構(gòu)成了一套A型花崗巖—流紋巖組合,缺乏捕獲鋯石可能與其較高的巖漿結(jié)晶溫度(810~939 ℃)有關(guān),同時(shí)它們均具有高放射性成因鋯石Hf同位素組成(圖3),而且鋯石Hf同位素顯示出從東(阿巴嘎,TDM2峰期為1957 Ma)往西(蘇左旗—二連,TDM2峰期為1582 Ma)更加虧損的趨勢(shì)(孫立新等,2018,2020;Wang Zhiwei et al.,2022a,b)。勞倫南部1.5~1.3 Ga A型花崗巖和流紋巖同樣以缺少捕獲鋯石和較高的形成溫度(高于800 ℃)為特征,另外,在Granite—Rhyolite Province內(nèi)存在一條“Nd—Hf同位素線”,北側(cè)地殼物質(zhì)更加古老NdTDM>1.5 Ga,南側(cè)巖石NdTDM<1.5 Ga(圖4b;Van Schmus et al.,1996;Petersson et al.,2015)。此外,類(lèi)似的巖石組合和同位素變化在波羅的克拉通西南Fennoscandia、中天山地塊均有出現(xiàn)(Roberts et al.,2015;He Zhenyu et al.,2018),在華北克拉通北部及白乃廟島弧帶同樣記錄了~1.4 Ga鈣堿性巖漿活動(dòng)(Shi Yuruo et al.,2012; Zhang Shuanhong et al.,2012; Li Changhai et al.,2021; Ma Haitao et al.,2022)。在中天山地塊1.4 Ga花崗巖的鋯石HfTDM2為1.95~1.55 Ga,而其南側(cè)北山造山帶的花崗閃長(zhǎng)巖鋯石HfTDM2較年輕(1.72~1.50 Ga),前人基于巖漿巖的對(duì)比研究提出中天山地塊與波羅的克拉通西南Fennoscandia具有構(gòu)造親緣性(He Zhenyu et al.,2015,2018)。這些中元古代巖漿活動(dòng)的產(chǎn)生及其同位素的空間變化可能與~1.4 Ga期間Columbia超大陸周緣俯沖有關(guān)(Bickford et al.,2015;Roberts et al.,2015;He Zhenyu et al.,2018),是俯沖后撤伸展機(jī)制下的產(chǎn)物,這可以得到興安地塊及白乃廟島弧帶1.4 Ga相對(duì)較薄的地殼厚度(31~29 km)的支持(圖3)。同時(shí),位于Columbia超大陸內(nèi)部的勞倫、波羅的、澳大利亞、亞馬遜、西非、西伯利亞和華北形成了廣泛的同時(shí)期板內(nèi)大火成巖省(LIPs,圖4a;Ernst et al.,2008;Zhang Shuanhong et al.,2017)。俯沖后撤和陸下地幔上涌共同促進(jìn)了Columbia超大陸的伸展和裂解。綜上,作者支持前人提出的中亞造山帶南緣和東部微陸塊在1.4~1.3 Ga位于Columbia超大陸邊緣,中天山地塊緊鄰波羅的,而興安地塊西部顯示出與勞倫古陸的親緣性(圖4a;Wang Zhiwei et al.,2022a,b)。
另一方面,碎屑鋯石Hf同位素隨時(shí)間演化、與巖漿結(jié)晶溫度和深度相關(guān)的地化指標(biāo)的系統(tǒng)變化,也揭示出了1.7~1.2 Ga地殼厚度穩(wěn)定,地殼長(zhǎng)期顯著增生,與長(zhǎng)時(shí)期的俯沖作用有關(guān)。例如,興安地塊約1.7~1.2 Ga碎屑鋯石均具有正的εHf(t)值,且隨時(shí)代變新正值不斷增大(圖5)。這一趨勢(shì)與Grenville Province的巖漿鋯石和碎屑鋯石的趨勢(shì)完全吻合,并與全球碎屑鋯石εHf(t)數(shù)據(jù)的變化部分一致(圖5;Cawood et al.,2014; Petersson et al.,2015 Spencer et al.,2019)。這表明該時(shí)期經(jīng)歷了長(zhǎng)期的強(qiáng)烈的地殼增生過(guò)程,這與大規(guī)模裂谷活動(dòng)或長(zhǎng)期俯沖背景下虧損的幔源巖漿加入有關(guān),這些動(dòng)力學(xué)過(guò)程會(huì)導(dǎo)致古老下地殼和陸下巖石圈地幔的大規(guī)模置換。鋯石Ti溫度、碎屑鋯石La/YbN、Eu/Eu*在同一時(shí)間區(qū)間的同步變化也支持了類(lèi)似的動(dòng)力學(xué)過(guò)程(圖6)。Y和HREEs通常在高壓下容易保留在石榴子石中(Lee et al.,2007),然而高壓環(huán)境下斜長(zhǎng)石的分離結(jié)晶被抑制,不消耗熔體中Eu,氧化作用也可以增強(qiáng)鋯石中Eu的分配(Green,1982;Trail et al.,2012),因此,鋯石中La/YbN、Eu/Eu*的增加可以作為地殼增厚的指標(biāo)(Tang Ming et al.,2021)。興安地塊西部1.7~1.2 Ga碎屑鋯石整體表現(xiàn)出較高的La/YbN、Eu/Eu*值和相對(duì)高的鋯石Ti溫度,暗示了該時(shí)期地殼厚度較大且基本恒定,可能記錄了Columbia超大陸周緣的長(zhǎng)期俯沖作用,但1.35~1.27 Ga期間出現(xiàn)相反的變化趨勢(shì)(圖6),與強(qiáng)烈的地殼減薄相關(guān)。這也可以得到沉積巖研究的支持,Yang Zhenning等(2021)發(fā)現(xiàn)蘇左旗寶音圖群1405~1392 Ma硅質(zhì)碎屑巖碎屑鋯石累計(jì)分布曲線顯示出匯聚型盆地沉積的特征,物源主要來(lái)自近源同時(shí)期花崗質(zhì)巖石。
圖5 中亞造山帶東部微陸塊中—新元古代沉積巖碎屑鋯石年齡頻譜圖和鋯石Hf同位素組成及其與全球碎屑鋯石和勞倫南部巖漿及碎屑鋯石對(duì)比(據(jù)Wang Zhiwei et al.,2022a修改;微陸塊碎屑鋯石年齡數(shù)據(jù)來(lái)自苗來(lái)成等2007;高福紅等,2016;Zhang Yihan et al.,2014; Wang Feng et al.,2014; Zhao Shuo et al.,2016; Luan Jinpeng et al.,2017b; Yang Zhenning et al.,2021; Wang Zhiwei et al.,2022a;全球碎屑鋯石和勞倫南部巖漿和碎屑鋯石分別來(lái)自Cawood and Hawkesworth,2014; Petersson et al.,2015; Spencer et al.,2015,2019)
圖6 興安地塊中—新元古代艾力格廟群碎屑鋯石La/YbN (a) and Eu/Eu*(b)變化圖解及其與Columbia和Rodinia超大陸演化的聯(lián)系(中值以50 Ma為間隔計(jì)算;據(jù)Wang Zhiwei et al.,2022a修改)
在Rodinia超大陸匯聚階段,勞倫和波羅的古陸與亞馬遜古陸在1090~980 Ma碰撞拼貼,形成了格林威爾造山帶,代表了Rodinia超大陸的最終聚合,980~820 Ma在超大陸周緣多個(gè)塊體上發(fā)生了大洋板塊俯沖作用,包括勞倫古陸東北緣(Valhalla 造山帶),西伯利亞南緣、東非、塔里木北緣和揚(yáng)子西緣等(Gladkochub et al.,2006;Cawood et al.,2010,2016;Murphy et al.,2013;Ge Rongfeng et al.,2016)。Rodinia超大陸從820 Ma開(kāi)始大規(guī)模伸展,在750 Ma左右開(kāi)始裂解,可以一直持續(xù)到550 Ma,超級(jí)地幔柱的出現(xiàn)可能主導(dǎo)了裂解過(guò)程,不可忽視的是俯沖回撤的拖拽力也起到了重要作用(Li Zhengxiang et al.,2008;李獻(xiàn)華,2012;李獻(xiàn)華等,2021;Cawood et al.,2016)。
中亞造山帶東部微陸塊與蒙古中部Baydrag地塊前寒武紀(jì)基底組成主體一致(Demoux et al.,2009a,b),古地磁研究顯示Baydrag地塊805~770 Ma可能位于47±14°N(Levashova et al.,2010,2011),古緯度和地質(zhì)記錄與塔里木、華北和華南相似,位于Rodinia超大陸北部。大量的研究顯示,中亞造山帶東部發(fā)育了Rodinia超大陸聚合—伸展裂解階段的沉積記錄和變質(zhì)鋯石記錄,同時(shí)還存在與0.95 Ga陸陸碰撞、0.95~0.77 Ga大陸弧、0.76~0.73 Ga板內(nèi)相關(guān)的巖漿活動(dòng),這些地質(zhì)記錄是揭示中亞造山帶微陸塊與Rodinia超大陸演化聯(lián)系的關(guān)鍵(圖3和圖4)。
首先,筆者等已經(jīng)在興安地塊上識(shí)別出可能與格林威爾期造山作用有關(guān)的沉積序列,以二連南部艾力格廟群為代表,其下段的石英巖和變質(zhì)酸性火山巖、上段的變質(zhì)細(xì)碎屑巖和碳酸鹽巖形成時(shí)代分別為1.00~0.92 Ga和0.87~0.75 Ga,二者的物源存在明顯變化,從以格林威爾期年齡主要峰期為主向缺失該事件的新元古代單一峰期轉(zhuǎn)變(Wang Zhiwei et al.,2022a)。兩套變質(zhì)沉積巖中1.50~1.44 Ga、1.13~1.07 Ga和0.92~0.87 Ga年齡峰值與Columbia和Rodinia超大陸旋回的時(shí)間跨度吻合較好(圖5a;Cawood et al.,2014)。兩段地層的巖石組合、碎屑鋯石年齡和Hf同位素變化與格林威爾造山帶有關(guān)的同碰撞和碰撞后沉積序列相似,而且地層下段石英巖中的鋯石還存在與勞倫南緣Grenville Province相似的變質(zhì)記錄(1.77~1.60 Ga、1.57~1.41 Ga、1.27~1.12 Ga、1.09~1.00 Ga;Hynes et al.,2010;Spencer et al.,2015,2019;Wang Zhiwei et al.,2022a),而中亞造山帶東部普遍缺少上述變質(zhì)記錄和1.1~1.0 Ga巖漿記錄,作者認(rèn)為艾力格廟群下段濱海相硅質(zhì)碎屑巖可能在格林威爾造山期間沉積于勞倫古陸東南緣Grenville Province附近,接受了大量元古宙變質(zhì)鋯石和格林威爾期碎屑鋯石,而上段缺少1.1~1.0 Ga鋯石記錄的淺海相細(xì)碎屑巖—碳酸鹽巖建造可能形成于造山后階段遠(yuǎn)離造山帶的大陸邊緣之上。佳木斯地塊西緣也報(bào)道有類(lèi)似碎屑鋯石年齡組成及物源變化的沉積記錄(Luan Jinpeng et al.,2019)。另外,興安地塊西部艾力格廟群碎屑鋯石微量元素和Hf同位素隨時(shí)代的系統(tǒng)性變化,也揭示了1.1~0.8 Ga期間存在明顯不同的兩個(gè)地殼演化階段:①1.10~0.98 Ga地殼明顯加厚,伴有大量古老地殼物質(zhì)重熔,表現(xiàn)為隨時(shí)代變新Eu/Eu*、La/YbN持續(xù)升高和鋯石Ti溫度降低、鋯石εHf(t)值大斜率快速降低;②0.9~0.8 Ga地殼持續(xù)減薄,以古老地殼再造為主,體現(xiàn)為Eu/Eu*、La/YbN持續(xù)降低和鋯石Ti溫度升高、鋯石εHf(t)值降低(圖6)。這些過(guò)程與Rodinia超大陸聚合階段格林威爾造山(1080~980 Ma)及隨后的垮塌伸展過(guò)程基本吻合(圖6;Wang Zhiwei et al.,2022a)。此外,興安地塊西部蘇左旗地區(qū)昌特敖包組黑云母斜長(zhǎng)片麻巖(沉積時(shí)代為930~921 Ma)峰期年齡相對(duì)單一,主要峰期為930 Ma,次要峰期為1062 Ma,碎屑鋯石年齡累計(jì)曲線與俯沖帶大陸邊緣盆地鋯石年齡組成相似,主要來(lái)源于由近源同時(shí)期大陸弧巖漿巖,可能與Rodinia超大陸周緣俯沖作用有關(guān)(Yang Zhenning et al.,2021)。
其次,鋯石Hf同位素研究顯示興安地塊西部1.2~1.0 Ga外來(lái)鋯石巖漿源區(qū)以古老地殼的再造和混合為主,而0.9~0.8 Ga的地殼演化主要以古元古代地殼的再造為主(圖5b),這與根據(jù)碎屑鋯石Hf—O同位素提出的Grenville造山帶地殼演化需要年輕地殼和至少1.8 Ga的古老地殼的混合相一致(Spencer et al.,2019)。1.1~0.8 Ga期間,古老地殼的再造也控制了Rodinia超大陸組成部分(如勞倫、波羅的、塔里木、華南、揚(yáng)子、北天山、中天山、伊犁等塊體)的地殼演化(Kr?ner et al.,2013;Roberts et al.,2015;Huang Zongying et al.,2019; Huang Hu et al.,2019; Spencer et al.,2019)。1.10~0.98 Ga格林威爾碰撞造山、0.9~0.8 Ga的碰撞后山根垮塌伸展和Rodinia外圍古陸塊邊緣的俯沖增生造山作用,共同主導(dǎo)了持續(xù)的古老地殼物質(zhì)再造(圖4c;Roberts et al.,2015;Huang Zongying et al.,2019; Huang Hu et al.,2019; Spencer et al.,2019;Wang Zhiwei et al.,2022a)。因?yàn)榕鲎策^(guò)程可以使古老沉積物快速輸入到源區(qū),而且可以促進(jìn)先存古老地殼的部分熔融,進(jìn)而產(chǎn)生同—后碰撞巖漿作用,如喜馬拉雅造山帶(Ji Weiqiang et al.,2020)。另外,在新元古代早期,一個(gè)長(zhǎng)壽命的環(huán)Rodinia前進(jìn)式俯沖系統(tǒng)可能沿勞倫東部、波羅的東部、西伯利亞南緣、南美和西非、東非、塔里木北緣、揚(yáng)子西緣、伊犁和中天山、興安、額爾古納等塊體發(fā)育了安第斯型大陸弧,觸發(fā)了大量古老下地殼的再造,同時(shí)也有少量年輕地殼物質(zhì)的加入(Huang Zongying et al.,2019; Huang Hu et al.,2019;Spencer et al.,2019;Wang Zhiwei et al.,2022a;Zhang Shuanhong et al.,2022)。
基于此,我們提出了一個(gè)重建方案,即興安地塊在1.4 Ga可能位于Columbia超大陸邊緣,勞倫古陸東南緣(圖4a),1.00~0.92 Ga在Grenville Province東部沉積了艾力格廟群硅質(zhì)巖石(圖4c)。由于1.10~0.99 Ga波羅的克拉通順時(shí)針旋轉(zhuǎn),導(dǎo)致勞倫東南部和波羅的北部之間的Asgard海打開(kāi),沿勞倫古陸東南邊緣的外部增生造山帶(Valhalla)啟動(dòng),形成了980~920和840 Ma鈣堿性巖漿活動(dòng)(Cawood et al.,2010,2016),在Valhalla造山帶附近,可能的東北向走滑斷層改變了興安、伊犁和中天山地塊原來(lái)的位置(圖4c),同時(shí)這一過(guò)程也可能終止了Grenville造山帶碎屑的沉積作用,并導(dǎo)致在0.87~0.75 Ga內(nèi)形成了艾力格廟群上段的細(xì)粒碎屑和碳酸鹽巖。
中亞造山帶東部額爾古納、松嫩地塊還發(fā)育了與超大陸裂解有關(guān)的沉積記錄。例如,額爾古納地塊北部738~712 Ma額爾古納河群和790~757 Ma佳疙疸組變質(zhì)碳酸鹽巖和細(xì)碎屑巖沉積(Zhang Yihan et al.,2014;Zhao Shuo et al.,2016),是穩(wěn)定的大陸邊緣海相沉積。在松嫩地塊東北部也沉積了新元古代東風(fēng)山群亮子河組磁鐵石英巖(916 Ma)及變質(zhì)陸源碎屑巖和碳酸鹽巖(821~752 Ma)、新元古代晚期—早寒武世晨明組厚層石灰?guī)r夾泥巖,新元古代晚期樺皮溝組(752~560 Ma)大理巖、云母石英片巖、石英巖等,地塊東南部發(fā)育了塔東群朱墩店組(751~726 Ma)變質(zhì)碳酸鹽巖和細(xì)碎屑巖沉積(Wang Feng et al.,2014)。它們均具有被動(dòng)大陸邊緣淺海相沉積的特征,被動(dòng)大陸邊緣數(shù)量增加是Rodinia超大陸裂解的結(jié)果(圖4d)。
中元古代晚期(1.2~1.0 Ga)巖漿巖在中亞造山帶內(nèi)較為罕見(jiàn),僅在南吉爾吉斯北天山地塊發(fā)現(xiàn)少量~1.1 Ga具有富集Hf—Nd同位素特征的花崗巖和酸性火山巖。盡管在興安地塊西部中—新元古代艾力格廟群中存在大量的1.2~1.0 Ga碎屑鋯石,但在中亞造山帶東部尚未發(fā)現(xiàn)切確的1.10~0.98 Ga巖漿活動(dòng)。Wang Zhiwei等(2022a)推測(cè)興安地塊西部的格林威爾期碎屑鋯石顆粒主要來(lái)自勞倫南部的Grenville Province。但我們并不能完全排除本地來(lái)源的可能性。
作者近年來(lái)開(kāi)展的花崗巖捕獲鋯石及Hf同位素研究顯示興安地塊西部可能存在1.2~1.0 Ga地殼物質(zhì)(王志偉等,2022;Wang Zhiwei et al.,2022b)。一方面,我們?cè)谇秩氚Ω駨R群的晚石炭世花崗巖(317 Ma)中發(fā)現(xiàn)大量元古宙捕獲鋯石,形成時(shí)代有1827~1768 Ma、1556~1526 Ma、1195~1082 Ma和964 Ma。這些鋯石年齡與艾力格廟群碎屑鋯石年齡譜存在一定差異,后者主要年齡峰期為923~871 Ma和1597~1003 Ma,次要峰期年齡為1887~1661 Ma和2570~2029 Ma。此外,317 Ma花崗巖中所捕獲的元古宙巖漿鋯石顆粒與艾力格廟群中具有較寬變質(zhì)邊的同時(shí)代碎屑鋯石顆粒明顯不同,捕獲鋯石均呈自形和半自形晶,不發(fā)育明顯的變質(zhì)邊。因此,晚石炭世花崗巖中格林威爾期巖漿成因捕獲鋯石很可能來(lái)自興安地塊之下的結(jié)晶基底,而不是來(lái)自艾力格廟群的碎屑鋯石(王志偉等,2022)。這一結(jié)論也可以得到錫林浩特地區(qū)大量格林威爾期巖漿成因捕獲鋯石存在的支持。例如,錫林浩特地區(qū)458 Ma花崗巖中也含有大量1005~1199 Ma的巖漿成因捕獲鋯石(葛夢(mèng)春等,2011),同時(shí)該地區(qū)大面積古生代火山巖中也存在大量1.2~1.0 Ga的巖漿成因捕獲鋯石(筆者未發(fā)表資料)。另一方面,我們從二連浩特南部地區(qū)384 Ma和281 Ma花崗巖巖漿鋯石中獲得了1.2~1.0 Ga的HfTDM2,表明其巖漿來(lái)源于中元古代地殼物質(zhì)再造,但鋯石εHf(t)值大范圍變化暗示了可能存在古老和新生地殼物質(zhì)混合的可能性?;◢弾r中1.2~1.0 Ga捕獲鋯石二階段Hf模式年齡(TDM2)主要峰期為1.5 Ga、次要峰期為1.9 Ga,也揭示了古老地殼再造過(guò)程(Wang Zhiwei et al.,2022b)。同樣,勞倫南部和東部同碰撞—后碰撞沉積序列中1.2~1.0 Ga碎屑鋯石也顯示出早—中元古代(峰值在1623~1788 Ma)地殼物質(zhì)再造過(guò)程,與Grenville Province同期火成巖的成因相一致(圖5)。
盡管中亞造山帶東部目前尚未發(fā)現(xiàn)與格林威爾造山作用有直接聯(lián)系的巖漿巖和變質(zhì)巖,我們最新的研究顯示松嫩地塊東北部954 Ma正長(zhǎng)花崗巖很可能是松嫩與佳木斯地塊陸—陸碰撞后階段沉積巖在地殼深部發(fā)生白云母脫水部分熔融的產(chǎn)物,這明顯不同于額爾古納地塊同時(shí)期大陸弧基性下地殼部分熔融產(chǎn)生的I型花崗巖,因此我們推測(cè)松嫩地塊上新元古代早期的巖漿活動(dòng)可能是Rodinia超大陸碰撞聚合后伸展在中亞造山帶東部的響應(yīng)(Zhang Liyang et al.,2022)。松嫩地塊基底西部—東南部(2.5 Ga、1.8 Ga)相對(duì)東北部(0.95~0.84 Ga)古老,東北部發(fā)育0.9 Ga年齡峰期相對(duì)單一的火山—沉積建造,與興安地塊東部古老西部年輕的基底分布和0.9 Ga火山—沉積層序相似。但不同的是松嫩地塊尚未發(fā)現(xiàn)1.4 Ga花崗巖—流紋巖組合及與艾力格廟群類(lèi)似的1.00~0.92 Ga變質(zhì)沉積巖,這可能與它們所處的構(gòu)造位置存在差異有關(guān)(圖4c;Wang Zhiwei et al.,2022a,b)。另外,松嫩地塊東北部還發(fā)育有929~927 Ma、917~911 Ma、895 Ma、841 Ma中酸性巖。929~927 Ma正長(zhǎng)巖的原始巖漿可能來(lái)源于俯沖沉積物交代的富集地幔部分熔融,而917~911 Ma二長(zhǎng)花崗巖和正長(zhǎng)花崗巖具有加厚基性下地殼部分熔融成因的埃達(dá)克質(zhì)巖石屬性(Luan Jinpeng et al.,2017a)。895 Ma和841 Ma片麻狀花崗巖是元古宙地殼物質(zhì)再造的結(jié)果,但后一期侵入巖具有更高的巖漿結(jié)晶溫度、鋯石εHf(t)值和更低的Sr/Y及地殼厚度(圖3)。這些研究表明洋殼俯沖作用可能在929 Ma之前已經(jīng)開(kāi)始,而且Sr/Y比值及其計(jì)算的地殼厚度從929 Ma到917 Ma持續(xù)加厚(平均厚度40 km,最大可達(dá)60 km左右),地殼演化也以古老地殼再造為主(圖3;Luan Jinpeng et al.,2017a,2019; Zhang Liyang et al.,2022)。
從空間分布來(lái)看,松嫩地塊與額爾古納地塊發(fā)育相似的0.95~0.84 Ga酸性巖漿活動(dòng)、相對(duì)較高的巖漿結(jié)晶溫度、Sr/Y及地殼厚度,而且與0.92 Ga興安地塊I型花崗巖特征基本一致(圖3;Tang Jie et al.,2013; Liu Huichuan et al.,2020; Yang Zhenning et al.,2021;),興安地塊西延部分英巴地區(qū)發(fā)育有905 Ma石榴子石電氣石花崗巖(周印章等,2013)。它們與佳木斯地塊上953~920 Ma和898~891 Ma中鉀—高鉀鈣堿性基性—中性—酸性巖組合、相對(duì)較低的巖漿結(jié)晶溫度、Sr/Y及地殼厚度明顯不同(圖3;Yang Hao et al.,2017,2018; Sorokin et al.,2019),而且0.95~0.89 Ga巖漿巖還具有更加虧損的Hf同位素組成(圖3)。以上結(jié)果,結(jié)合額爾古納、興安和松嫩地塊都發(fā)育古元古代結(jié)晶基底,更可能暗示了它們相對(duì)于佳木斯地塊處于超大陸更加內(nèi)部的位置(圖4c),松嫩地塊較大的地殼厚度繼承了前期碰撞造山的影響,位于超大陸邊緣的佳木斯地塊可能在953 Ma之前便受到洋殼俯沖的影響,板片脫水促進(jìn)了地幔楔和下地殼的部分熔融,這一推測(cè)可以很好解釋其相對(duì)低的地殼厚度和巖漿結(jié)晶溫度(Zhang Liyang et al.,2022)。另外,北山南部存在900 Ma麻粒巖相變質(zhì)作用(>600℃和0.6 GPa;Zong Keqing et al.,2017),它們可能都是Rodinia超大陸周緣俯沖作用產(chǎn)物的代表。
中亞造山帶東部幾個(gè)地塊上在880~850 Ma之間基本都存在巖漿間歇期,從850 Ma開(kāi)始,大量高溫的鈣堿性酸性巖漿巖、雙峰式巖漿巖組合出現(xiàn)在松嫩和額爾古納地塊上,酸性巖Sr/Y值隨時(shí)間逐漸減小,暗示了地殼厚度從35 km左右持續(xù)減小到30 km以下(圖3c),額爾古納地塊上792 Ma基性巖巖漿起源于俯沖交代的虧損地幔的部分熔融,同時(shí)也顯示出板內(nèi)成因(Tang Jie et al.,2013)。它們可能形成于俯沖帶的伸展環(huán)境,這與幾個(gè)地塊上酸性巖漿巖隨時(shí)代變新由弧巖漿巖逐漸向板內(nèi)成因過(guò)渡的趨勢(shì)相一致(Zhang Liyang et al.,2022)。另外,牡丹江縫合帶內(nèi)777 Ma 具有MORB特征變質(zhì)基性巖的出現(xiàn)表明佳木斯和松嫩地塊之間牡丹江洋已經(jīng)打開(kāi)(頡頏強(qiáng)等,2008),而且額爾古納和興安之間697~628 Ma已出現(xiàn)洋內(nèi)俯沖作用,說(shuō)明新林洋盆在此之前已經(jīng)打開(kāi)(Gou Jun et al.,2020; Feng Zhiqiang et al.,2018)。
此外,興安地塊西部新發(fā)現(xiàn)750 Ma變質(zhì)事件,在中亞造山帶東部較為罕見(jiàn),2粒HREE含量較高的750 Ma變質(zhì)鋯石具有較高的Ti溫度(756~765℃),未形成典型的高壓變質(zhì)礦物,可能暗示了高T/P變質(zhì)作用的存在(Wang Zhiwei et al.,2022a)。這一事件伴隨著錫林郭勒雜巖中740 Ma元輝長(zhǎng)巖的形成(周文孝等,2013)。因此,我們認(rèn)為750 Ma變質(zhì)事件可能發(fā)生在伸展環(huán)境中。同樣,在相鄰的額爾古納地塊形成了同時(shí)期的A型花崗巖(737 Ma)(Tang Jie et al.,2013)。上述事件與勞倫東部邊緣裂谷相關(guān)記錄基本吻合(Cawood et al.,2016)。因此,該中亞造山帶東部微陸塊上750~740 Ma地質(zhì)記錄可能是Rodinia裂解的產(chǎn)物。
基于以上研究,我們可以建立一個(gè)可能的東北地塊群參與Rodinia超大陸演化的重建模型。東北地塊群可能沒(méi)有直接參與格林威爾造山,但相對(duì)位于內(nèi)部的興安地塊接受了與造山有關(guān)的沉積,超大陸周緣前進(jìn)式俯沖使得佳木斯地塊與興安地塊在954 Ma碰撞拼貼,前進(jìn)式俯沖作用持續(xù)至880 Ma進(jìn)入間歇期,從850 Ma轉(zhuǎn)變?yōu)楹蟪肥礁_,直至777 Ma和697 Ma之前開(kāi)始不斷裂解分別產(chǎn)生古亞洲洋的兩個(gè)分支:古牡丹江洋和古新林洋。790~520 Ma期間在額爾古納地塊北緣、松嫩地塊東緣均發(fā)育被動(dòng)大陸邊緣沉積。
地球中年期(Earth’s middle age,1.8~0.75 Ga)介于兩次大氧化事件之間,其地質(zhì)演化與古環(huán)境變化一直是全世界地學(xué)領(lǐng)域研究的前沿和熱點(diǎn)問(wèn)題(Holland,2006; Lyons et al.,2014; Cawood et al.,2014)。這一地質(zhì)時(shí)期傳統(tǒng)上被稱(chēng)為平靜的1.0 Ga(Holland,2006),然而,越來(lái)越多巖漿、變質(zhì)作用和古環(huán)境研究挑戰(zhàn)和改變了寧?kù)o期的傳統(tǒng)觀點(diǎn)(Zhang Kan et al.,2018; Brown et al.,2019; Canfield et al.,2021; Spencer et al.,2021)。
第一,地球中年期經(jīng)歷了Cloumbia和Rodinia超大陸旋回,發(fā)育巨量高溫巖漿和變質(zhì)作用。大量研究顯示巖體型斜長(zhǎng)巖在整個(gè)元古宙均大量產(chǎn)出(Ashwal et al.,2017),與世界范圍內(nèi)大量的高T/P變質(zhì)作用是耦合的(Harley,2021),而且全球?qū)⒔种某邷刈冑|(zhì)作用均發(fā)生在元古宙,尤其是其峰期與Cloumbia和Rodinia超大陸聚合相對(duì)應(yīng)(Brown et al.,2019)。此外,巨量的1.5~1.3 Ga輝長(zhǎng)巖、斜長(zhǎng)巖、花崗巖及火山巖產(chǎn)出在勞倫南部、波羅的東部、東南極、亞馬遜、華夏、華北、塔里木、印度、中天山、興安等塊體上,部分學(xué)者認(rèn)為是地幔上涌至穩(wěn)定的Columbia超大陸下由于絕熱效應(yīng)導(dǎo)致大規(guī)模熔融的結(jié)果(Hoffman,2019),也有學(xué)者認(rèn)為它們是超大陸周緣大規(guī)模俯沖作用的產(chǎn)物(Bickford et al.,2015; Roberts et al.,2015;Condie,2021;Wang Zhiwei et al.,2022a,b)。
格林威爾期經(jīng)歷了全球大規(guī)模碰撞造山作用。在1.1~0.9 Ga期間,勞倫古陸南部經(jīng)歷了強(qiáng)烈的地殼縮短、高級(jí)變質(zhì)作用、S型花崗巖侵位,與同時(shí)期澳大利亞Albany—Fraser、印度Eastern Ghats、南極Rayner、南非Natal—Namaqua、中非Irumide—Kibaran、亞馬遜Rondnia—Sunsas和波羅的Sveconorwegian造山帶共同構(gòu)成了一期全球規(guī)模的碰撞造山作用,記錄了Rodinia超大陸的最終聚合(Cawood et al.,2016;Hoffman,2019;Spencer et al.,2021),而且塔里木和華南可能也參與其中(Li Zhengxiang et al.,2008)。最新的研究顯示,元古宙造山帶是熱、薄、海拔低的造山帶,例如格林威爾造山帶地殼平均最厚至60 km,與喜馬拉雅碰撞造山帶明顯不同。大量AMCG組合及高T/P變質(zhì)作用的出現(xiàn)意味著超大陸之下存在熱的巖石圈地幔,較高的熱流值決定了格林威爾造山帶相對(duì)薄的地殼厚度及較低的海拔高度、陸殼侵蝕和風(fēng)化速率(Brown et al.,2019;Spencer et al.,2021)。
Rodinia超大陸周緣可能存在新元古代環(huán)形俯沖增生造山帶,主要分布在勞倫古陸東北緣(Valhalla造山帶,1.0~0.73 Ga),西伯利亞南緣(900~620 Ma)、波羅的東緣(700~550 Ma)、南美和西非(760~570 Ma)、東非(955~630 Ma)、塔里木北緣(830~800 Ma)和揚(yáng)子西緣(950~735 Ma)(圖4;徐通等,2016;Gladkochub et al.,2006;Murphy et al.,2013;Cawood et al.,2010,2016;Ge Rongfeng et al.,2016)。另外,Rodinia超大陸825~700 Ma之間存在4期裂解事件:820~800 Ma、780~755 Ma、740~720 Ma和650~550 Ma,在825~800 Ma期間可能是超級(jí)地幔柱的出現(xiàn)啟動(dòng)了Rodinia的裂解,產(chǎn)生了大陸邊緣裂谷帶、放射狀基性巖墻群(侵入到不同塊體內(nèi))和大火成巖省(Li Zhengxiang et al.,2008)。澳大利亞和勞倫之間多期次(780~730、650、580 Ma)裂谷作用記錄了原太平洋的打開(kāi)和持續(xù)擴(kuò)張(Mulder et al.,2019)。760~680 Ma巖石圈持續(xù)伸展,大量陸內(nèi)沉積和雙峰式火山巖不整合覆蓋于中元古代格林威爾造山帶上,620~550 Ma以發(fā)育大量裂谷巖漿作用為特征,伴隨著590~570 Ma巨神海(Lapetus Ocean)的打開(kāi)和古亞洲洋的持續(xù)擴(kuò)張(Cawood et al.,2016)。
第二,全球鋯石數(shù)據(jù)庫(kù)低谷是地質(zhì)記錄形成和保存平衡的結(jié)果,地球中年期地質(zhì)記錄的體量被嚴(yán)重低估了。數(shù)據(jù)量不斷增長(zhǎng)的全球鋯石數(shù)據(jù)庫(kù),包括花崗巖、沉積巖以及現(xiàn)代河流沉積物的年齡、Hf—O同位素、微量元素和結(jié)晶溫度,顯示出幕式分布特征(圖5a),并被廣泛用于揭示重要的構(gòu)造機(jī)制轉(zhuǎn)換、地殼厚度、大陸生長(zhǎng)和超大陸旋回等(Dhuime et al.,2012; Condie,2014; Balica et al.,2020; Tang Ming et al.,2021)。然而,幕式分布仍存在爭(zhēng)議的關(guān)鍵問(wèn)題,比如全球數(shù)據(jù)庫(kù)鋯石年齡低谷是代表了巖漿作用弱,還是后期保存不好的結(jié)果?尤其是1.5~1.3 Ga時(shí)期是否記錄了相對(duì)較弱的巖漿活動(dòng)和地殼生長(zhǎng)速率(Dhuime et al.,2012;Cawood et al.,2014)?
首先,近年來(lái),在全球主要的克拉通、特提斯造山帶及中亞造山帶內(nèi)一些微陸塊上,例如勞倫、波羅的、南極洲、澳大利亞、亞馬遜、華夏、伊犁、中天山、興安地塊、白乃廟島弧帶等,越來(lái)越多1.5~1.3 Ga A型花崗巖和雙峰式火山巖以及大火成巖省、1.0~0.7 Ga巖漿巖和沉積巖被識(shí)別出來(lái),尤其是大量碎屑鋯石峰期年齡正好與全球數(shù)據(jù)庫(kù)低谷相對(duì)應(yīng)(圖5a;徐通等,2016;蔡志慧等,2019;Goodge et al.,2008;Ramos,2010;Smits et al.,2014;Petersson et al.,2015;Guo Liang et al.,2017;Wang Wei et al.,2016;Yao Weihua et al.,2017;Huang Zongying et al.,2019; Huang Hu et al.,2019;Pulsipher et al.,2019;Liu Huichuan et al.,2020;Yang Zhenning et al.,2021;Wang Zhiwei et al.,2022a),進(jìn)一步揭示了全球鋯石數(shù)據(jù)庫(kù)低谷并不是沒(méi)有大量新生地殼物質(zhì)產(chǎn)生的表征(Hawkesworth et al.,2009),它們是較為強(qiáng)烈的巖漿作用、剝蝕和沉積作用的產(chǎn)物,只是在全球尺度上有相對(duì)較差的保存狀態(tài),其體量被嚴(yán)重低估了(Wang Zhiwei et al.,2022a)。
其次,上述塊體在1.5~1.3 Ga均發(fā)生顯著的地殼生長(zhǎng),而且新生地殼的體量也被低估了。這一時(shí)期產(chǎn)生了大量具有高放射性成因同位素組成的與伸展有關(guān)的巖漿作用(圖4a;Li Zhengxiang et al.,2008;Goodge et al.,2008;Smits et al.,2014;Petersson et al.,2015;Yao Weihua et al.,2017;He Zhenyu et al.,2018)。而且上述塊體及華北、揚(yáng)子、喜馬拉雅和拉薩等塊體上也存在大量1.5~1.3 Ga以正的εHf(t)值為特征的碎屑鋯石,表明它們的物質(zhì)來(lái)源以新生地殼物質(zhì)為主,含有少量古老和新生地殼混合物質(zhì)(Smits et al.,2014;Turner et al.,2014;Wang Wei et al.,2016;Guo Liang et al.,2017;Yao Weihua et al.,2017;Liu Chaohui et al.,2017;Huang Zongying et al.,2019; Huang Hu et al.,2019;Spencer et al.,2019)。此外,在興安地塊西部、中天山地塊、波羅的Fennoscandia西南部和勞倫南部的增生邊緣1.5~1.3 Ga地殼演化普遍存在橫向增生,靠近陸內(nèi)一側(cè)有更多古老地殼物質(zhì)的貢獻(xiàn),而陸緣以顯著的新生地殼形成為特征(圖4a;Bickford et al.,2015; Petersson et al.,2015;Roberts et al.,2015),古老地殼物質(zhì)的加入會(huì)導(dǎo)致新生地殼的比例被低估。此外,大火成巖省(LIPs)也記錄了1.5~1.3 Ga的大規(guī)模地殼生長(zhǎng),基性巖漿通過(guò)底侵或噴發(fā)也是地幔來(lái)源物質(zhì)加入地殼的重要過(guò)程,是制約陸殼和洋殼生長(zhǎng)的關(guān)鍵。在勞倫、波羅的、澳大利亞、南極洲、西伯利亞、西非和華北發(fā)現(xiàn)了一些1.5~1.3 Ga的LIPs,通常與地幔柱、裂谷有關(guān)(圖4a; Ernst et al.,2008;Zhang Shuanhong et al.,2017),這意味著這些塊體記錄了~1.5~1.3 Ga陸殼大規(guī)模垂向增生。
上述研究表明,地球中年期存在一定規(guī)模的陸—陸碰撞、超大陸周緣長(zhǎng)期俯沖、伸展和裂解作用,產(chǎn)生了大量巖漿、變質(zhì)和沉積記錄,而且大量新的1.5~1.3 Ga和1.0~0.7 Ga“低谷期”地質(zhì)記錄被不斷發(fā)掘出來(lái),這就意味著地球中年期并不是前人認(rèn)為的寧?kù)o時(shí)期。
前人的研究啟示我們,全球數(shù)據(jù)庫(kù)可能不適合用于非全球性地質(zhì)演化過(guò)程的示蹤,這也是一些研究者發(fā)現(xiàn)全球鋯石數(shù)據(jù)庫(kù)微量元素并不能很好地示蹤超大陸聚合過(guò)程的原因。如果要用大量數(shù)據(jù)來(lái)揭示超大陸的演化過(guò)程,我們應(yīng)該重視與超大陸演化過(guò)程直接相關(guān)的區(qū)域和地質(zhì)記錄,如與Rodinia聚合有關(guān)的同造山期和造山后的巖漿、變質(zhì)和沉積記錄。此外,我們還應(yīng)考慮是否有古老地殼物質(zhì)加入到年輕地殼生長(zhǎng)過(guò)程中,這一過(guò)程很容易被忽視,并導(dǎo)致低估了新生地殼的比例,因此要仔細(xì)評(píng)估Nd—Hf模式年齡的意義。
縱觀前人對(duì)Cloumbia和Rodinia超大陸的研究,全球主要克拉通的巖漿、沉積和變質(zhì)記錄以及古地磁證據(jù)為超大陸重建提供了關(guān)鍵的制約,但同時(shí)不可忽視的是超大陸裂解會(huì)產(chǎn)生大量微陸塊和地體,環(huán)超大陸的巨型俯沖帶主體作用于超大陸邊緣的小塊體之上,因此它們也是超大陸重建的關(guān)鍵一環(huán),中亞造山帶內(nèi)的前寒武紀(jì)微陸塊將為超大陸在北亞的演化提供重要制約。盡管中亞造山帶內(nèi)的微陸塊和全球其他古老塊體邊緣的微陸塊或者地體一樣,保存并不完整且受后期改造較為強(qiáng)烈,缺少可靠的古地磁數(shù)據(jù)支持,但越來(lái)越多新的巖漿、沉積、變質(zhì)記錄被識(shí)別出來(lái),綜合多塊體地質(zhì)記錄的時(shí)空分布,也能為超大陸周緣俯沖增生和伸展裂解提供相對(duì)可靠的地質(zhì)證據(jù)。
理解地球內(nèi)部圈層之間的相互作用,探索地球深部和表層過(guò)程是地球深部過(guò)程與動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域的重要研究?jī)?nèi)容,其中一個(gè)重要的研究方向是大陸聚合和裂解過(guò)程、動(dòng)力學(xué)機(jī)制及其資源環(huán)境效應(yīng)。首先,中亞造山帶東部微陸塊在Rodinia聚合階段是否直接參與格林威爾造山運(yùn)動(dòng)尚缺少格林威爾期高級(jí)變質(zhì)作用和巖漿活動(dòng)的精確限定。前期的工作顯示可能存在上述地質(zhì)事件,未來(lái)還需要尋找新的地質(zhì)記錄深入研究,而且微陸塊參與超大陸聚合是否與自上而下的環(huán)形俯沖的動(dòng)力學(xué)機(jī)制(俯沖速率增加或初始俯沖)有關(guān)仍不清楚。其次,超大陸裂解的主要?jiǎng)恿τ懈_后撤(自上而下)和地幔柱(自下而上),中亞造山帶東部新元古代基性巖出露和研究程度有限,目前的研究提出俯沖后撤促進(jìn)了各陸塊的伸展及裂解,但是否有地幔柱的作用還有待進(jìn)一步研究。另一方面,在中亞造山帶東部超大陸演化的表層地質(zhì)過(guò)程響應(yīng)及其資源與環(huán)境效應(yīng)研究十分匱乏,例如,超大陸碰撞拼合和裂解均會(huì)導(dǎo)致海平面上升,而超大陸穩(wěn)定存在期間保持低的海平面和高的陸域,中亞造山帶東部新元古代海平面如何變化?地球中年期不同時(shí)期以低的大氣氧含量為特征?是否存在增氧事件?是否存在冰磧巖、大火成巖省及地表隆升?與古生物如何協(xié)同演化?是否存在與超大陸演化有關(guān)的大型礦床?這些都是需要未來(lái)系統(tǒng)的工作去探討的重要科學(xué)問(wèn)題!
致謝:2022年是“中國(guó)地質(zhì)學(xué)會(huì)成立 100 周年”和“《地質(zhì)學(xué)報(bào)》(中、英文 版)創(chuàng)刊 100 周年”,有幸受到《地質(zhì)論評(píng)》編輯部的邀請(qǐng)撰寫(xiě)了該文章,祝愿中國(guó)地質(zhì)學(xué)會(huì)和《地質(zhì)學(xué)報(bào)》(中、英文 版)在新的一百年里再創(chuàng)輝煌,祝愿《地質(zhì)論評(píng)》發(fā)展越來(lái)越好,更上一層樓。