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引用本文: 邱瑞照,李廷栋,肖庆辉. 2024. 阿拉善地块晚古生代构造演化新模式:来自岩浆岩和沉积岩的记录[J]. 矿产勘查,15(1):1-12.

Citation: Qiu Ruizhao,Li Tingdong,Xiao Qinghui. 2024. A new model of Late Paleozoic tectonic evolution in the Alxa Block: Records from magmatic and sedimentary rocks[J]. Mineral Exploration,15(1):1-12.

作者简介:

邱瑞照,男,1963年生,博士,研究员,从事深部地质、区域成矿和境外地质矿产研究;E-mail:qiurrzz@163.com。

通讯作者:

李廷栋,男,1930年生,研究员,中国科学院院士,长期从事区域地质研究及地质编图;E-mail:litdong@163.com。

中图分类号:P542

文献标识码:A

文章编号:1674-7801(2024)01-0001-12

DOI:10.20008/j.kckc.202401001

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目录contents

    摘要

    本文根据阿拉善地块岩浆岩和沉积岩的记录分析,结合造山带岩石圈演化,提出阿拉善地块随着古亚洲洋在晚志留世末闭合,发生弧-陆或陆-陆碰撞、以及与相邻地块的碰撞,使陆壳得到广泛加厚;晚古生代时期以伸展为特征,早石炭世造山带岩石圈初始垮塌,致使阿拉善地块北部珠斯楞—杭乌拉带由泥盆纪相对稳定的被动陆缘,转为活动陆缘,并形成一套前弧碎屑岩-火山岩沉积;晚石炭世乌力吉—宗乃山— 沙拉扎山带岩石圈初始垮塌、诺尔公—红古玉林带造山带岩石圈初始垮塌,由此构成阿拉善地块岩石圈部分垮塌,使中南部广泛区域沉降,形成一套后弧环境的海相碳酸盐-碎屑岩沉积岩石组合,并伴随同时期的辉长岩等基性岩体侵入;二叠纪造山带岩石圈完全垮塌,大规模软流圈上涌物质和热,使俯冲的洋壳物质、加厚下地壳混合物质、交代岩石圈地幔衍生新生物质等被加热熔融,形成高(超)钾岩浆储库。早二叠世,因侧向强迫重力翻转或受塔里木早二叠世地幔柱活动的触发,导致高(超)钾质岩浆沿珠斯楞、乌力吉、诺尔公陆壳中的岩石圈不连续挤出,以气球膨胀式短时、快速侵位,形成以珠斯楞、乌力吉、诺尔公为代表的二叠纪巨量花岗岩带,该时期也应该是阿拉善地块最重要的大规模成矿时期。阿拉善地块是华北克拉通的组成部分,至今在其南部依然保留着大于 200 km 厚的岩石圈。阿拉善地块在早古生代时期汇聚,伴随古亚洲洋、祁连洋的形成、演化与消亡及与华北地块相互作用,使阿拉善地块被“破坏”;晚古生代时期伸展,伴随造山带岩石圈垮塌被“肢解”,总体上属于西部“华北克拉通破坏”范畴,显生宙以来的构造-岩浆事件,是西部“华北克拉通破坏”的响应。

    Abstract

    Based on the record analysis of magmatic and sedimentary rocks in the Alxa Block, combined with the evolution of the orogenic-type lithosphere. It is proposed that the Alxa Block underwent arc & land or land & land collision with the closure of the ancient Asian Ocean at the end of the Late Silurian, as well as collision with adjacent blocks, resulting in widespread thickening of the continental crust in this papper; In the Late Paleozoic era, characterized by extension, the orogenic-type lithosphere in Early Carboniferous initially collapsed, causing the northern part of the Alxa Block to transform from a relatively stable passive margin in the Devonian to an active margin, and forming a set of forearc clastic and volcanic sedimentary rocks; The initial collapse of the orogenictype lithosphere in the Uliji-Zongnaishan-Salazar belt and Noergong-HongguYulin belt during the Late Carbonifer- ous formed a partial collapse of the lithosphere in the Alxa Block, causing widespread subsidence in the central and southern regions, forming a set of marine carbonate clastic sedimentary rock combinations in a backarc environ- ment, accompanied by the intrusion of basic rock masses such as gabbros during the same period; The complete collapse of the Permian orogenic-type lithosphere resulted in the upwelling of materials and heat from the largescale asthenosphere, which heated and melted the subducted oceanic crust material, thickened lower crustal mixed material, and new biomass derived from the metasomatic lithospheric mantle, forming a high (super) K magma reservoir. In the Early Permian, due to lateral forced gravity overturning or triggering by the activity of the Tarim Early Permian mantle plume, high (super) K magma was extruded along the lithosphere discontinuties of the Zhusileng, Uliji, and Nuoergongin continental crust , and rapidly invaded in a balloon expansion manner, forming a Permian massive granite belt which represented by Zhusileng, Uliji, and Nuoergong. This period should also be the most important large-scale mineralization period for Alxa Block. The Alxa Block is a component of the North China Craton, and to nowadays, a lithosphere thicker than 200 km is still preserved in its southern part. The Alxa Block converged during the Early Paleozoic era, accompanied by the formation, evolution, and extinction of the ancient Asian Ocean and Qilian Ocean, as well as their interaction with the North China Block, resulting in the destruction of the Alxa Block; During the Late Paleozoic era, the extension was accompanied by the collapse of the orogenic-type lithosphere, which was "dismembered". Overall, it belongs to the category of "North China Craton Destruction" in the west. The tectonic-magmatic events since the Phanerozoic era are a response to the "North China Craton Destruction" in the west.

  • 0 引言

  • 阿拉善地块位于中亚造山带南部,夹在华北克拉通、塔里木克拉通、中亚造山带和祁连造山带之间,西接天山—北山,东接索隆克缝合线,占有关键构造位置。近几十年来,阿拉善地块在岩浆-沉积作用、构造变形、岩石地球化学、同位素年代学等方面都取得了重要进展。然而,关于阿拉善地块的形成、演化及二叠纪产出巨量花岗岩成因等关键科学问题仍在争论。阿拉善地块内部,作为中亚造山带南界,是以恩格尔乌苏断裂带为界,还是以查干础鲁断裂带为界也有不同认识;本文基于阿拉善地块晚古生代岩浆岩和沉积岩的记录,结合造山带岩石圈演化过程,探讨阿拉善地块晚古生代构造演化的深部过程与浅部响应,提出新模式。

  • 1 地质背景

  • 1.1 构造框架

  • 阿拉善地块位于华北克拉通西部(图1a),是一个被造山带和断裂围限的微陆块,西以阿尔金断裂为界与敦煌地块相隔,东接华北克拉通主体,北侧以查干础鲁(巴丹吉林)断裂带与中亚造山带为界,南—西南以龙首山断裂与祁连造山带相隔;阿拉善地块具有前寒武纪变质基底、发育中—新元古代沉积岩系,大量发育显生宙岩浆岩。由北向南分为 3 个单元,分别为珠斯楞—杭乌拉带、乌力吉—宗乃山—沙拉扎山带、诺尔公—红古玉林带,其间分别被恩格尔乌苏断裂带和查干础鲁(巴丹吉林)断裂带分隔(图1b)。恩格尔乌苏和查干础鲁也被称为蛇绿岩带(王廷印等,1992)。据称具有洋中脊玄武岩(MORB)和超俯冲带(SSZ)岩石的特征,锆石 (SHRIMP)U-Pb 定年结果表明,它们分别形成于晚石炭世(302±14 Ma,MSWD=7. 0)和中二叠纪(275± 3 Ma,MSWD=1.7)(Zheng et al.,2014)。

  • 图1 阿拉善地块及邻区大地构造位置和早前寒武纪变质基底分布(据张建新和宫江华,2018修改)

  • a—阿拉善地块位置;b—阿拉善地块早前寒武纪变质基底分布及年龄;自北向南断裂带依次为:恩格尔—乌苏断裂带、查干础鲁断裂带、狼山 —巴彦乌拉山断裂带;自北向南地质单元依次为:珠斯楞—杭乌拉带、乌力吉—宗乃山—沙拉扎山带、诺尔公—红古玉林带

  • 1.2 构造背景

  • 中亚造山带位于亚洲中北部,从乌拉尔到太平洋,位于欧洲、西伯利亚、塔里木和华北克拉通之间,是由岛弧、海山、弧前和弧后盆地、微大陆等一系列地体在新元古代—中生代的增生和碰撞中形成的,是世界上最大的增生造山带,记录了从约600 Ma 到约 250 Ma 的悠久增生历史,通常认为始于约 1. 0 Ga,结束于约 250 Ma。一般认为起源于中元古代晚期(Khain et al.,2002),经历了哥伦比亚超大陆、罗迪尼亚超大陆2次裂解的基础上形成的,至少存在早古生代、晚古生代(中泥盆世)2 次俯冲作用 (Wilhem et al.,2012),但其闭合时间仍有很大争议,有学者认为,古亚洲洋闭合发生在早古生代 (Tang,1990Tang and Yan,1993Yue et al.,2001Kheraskova et al.,2003Dan et al.,2016)、泥盆纪— 早石炭世(陈义兵等,1999Charvet et al.,20072011牛晓露等,2021)、二叠纪—中三叠世早期 (Xiao et al.,20032010Windley et al.,2007张文等,2013Shi et al.,2014Zheng et al.,2014)等不同认识。

  • 李锦轶等(2006)认为新疆北部及中亚的洋盆,在石炭纪晚期或二叠纪初期关闭,萨彦岭和蒙古西部的洋盆于早古生代关闭。由于古亚洲洋的俯冲作用,阿拉善地块北缘形成了早古生代岩浆弧(吴泰然和何国琦,1993Wu et al.,1998),这一认识得到阿拉善地块、塔里木克拉通和华北克拉通的碎屑锆石总结资料支持(Yin et al.,2020)。阿拉善地块西南缘与祁连地块碰撞(Song et al.,2013),阿拉善地块在古生代很可能增生到华北克拉通(Dan et al.,2016)。有学者论证苏尼特(或锡林浩特)微陆块碰撞到华北克拉通北缘(Yue et al.,2001)、哈萨克斯坦陆块斜碰撞到华北克拉通(Wilhem et al., 2012)、白乃庙弧增生到华北克拉通北缘(Zhang et al.,2014),即古亚洲洋在晚志留世末(泥盆纪之前) 已发生了闭合(Chen et al.,2015Xu et al.,2015Zhang et al.,2018)。阿拉善地块西南缘与祁连地块碰撞(Song et al.,2013),祁连造山带地质、岩石学和地球化学研究表明(Xiao et al.,2009魏俏巧等, 2013),祁连造山带是由从寒武纪—泥盆纪的多次俯冲增生事件形成的,与阿拉善(华北克拉通的最西端)和柴达木地块(在青藏高原北部)之间的汇合有关。根据综合地质、岩石、地球化学和地质年代学证据,重建祁连造山系统相对于原特提斯洋的新元古代—古生代构造历史(Yu et al.,2021),重要地质事件包括原始特提斯祁连洋的扩张(580~550 Ma)、俯冲闭合(520~460 Ma)、随后的深部大陆俯冲 (455~430 Ma)、多阶段深俯冲(425~400 Ma),以及最终伸展塌陷(400~360 Ma)。耿元生等(2007)认为阿拉善北部和东部基底经历了480~446 Ma构造热事件。因此,阿拉善地块随着古亚洲洋在晚志留世末闭合,发生弧-陆(古亚洲洋—雅干地块)或陆-陆(雅干地块—阿拉善地块)碰撞、以及与相邻地块的碰撞,可能使陆壳得到广泛加厚。

  • 2 晚古生代沉积岩、岩浆岩记录

  • 2.1 沉积记录

  • 阿拉善地块大部分被新生代沉积物覆盖,西面是巴丹吉林沙漠,南面是腾格里沙漠,东面是鄂尔多斯地块。珠斯楞—杭乌拉带(图1b)位于乌力吉 —宗乃山—沙拉扎山带的北部,由恩格尔乌苏断裂带与乌力吉—宗乃山—沙拉扎山带隔开,往西消失在西部的巴丹吉林沙漠下,向东延伸到蒙古国。该区域包含从新元古代—三叠纪的完整地层柱,但在志留纪和泥盆纪、泥盆纪和石炭纪、石炭纪和二叠纪之间存在角度不整合。

  • 从晚古生代地层分布来看(图2),北部珠斯楞 —杭乌拉带,泥盆纪为稳定的浅海陆棚环境下的陆源碎屑岩建造。石炭纪,进入了构造–火山作用异常活跃期,火山活动频繁,形成了绿条山组(C1l)碎屑岩沉积和白山组(C2b)中酸性火山岩。

  • 中南部,乌力吉—宗乃山—沙拉扎山带和诺尔公—红古玉林带没有早古生代地层和早石炭世地层分布,只有晚石炭世地层分布,其中下部本巴图组(C2bb)整体上为一套浅海相碎屑岩组合,上部阿木山组(C2a)为一套海相碳酸盐-碎屑岩组合,主要分布于乌力吉—宗乃山—沙拉扎山带,诺尔公—红古玉林带有少量分布;本巴图组(C2bb)沉积序列表明,沉积环境由稳定的碳酸盐台地逐渐转变为构造环境相对活跃的环境,砂岩碎屑粒度分析结果显示出浊流的典型特征(尹海泉等,2020)。值得注意的是伴有同时期的角闪辉长岩、辉长岩等基性岩-超基性岩侵入,而辉长岩是代表岩石圈伸展的产物 (邱瑞照等,2006),说明该时期深部岩石圈减薄、伴随软流圈物质上涌,浅部响应伴随岩石圈伸展由快速扩张,形成后弧盆地,沉积产物由碳酸盐台地转为浊流沉积。

  • 早二叠世,北部珠斯楞—杭乌拉带再次大范围凹陷,形成了埋汗哈达组(P1m)滨浅海相-陆棚相碎屑岩夹灰岩组合(斜坡相类复理石建造),阿其德组 (P1a)海相中基性火山岩夹碎屑岩组合。

  • 沉积岩和火山岩均表明,珠斯楞—杭乌拉在晚古生代是活动大陆边缘,而乌力吉—宗乃山—沙拉扎山带缺失早二叠世沉积,诺尔公—红古玉林带有少量早二叠世沉积,且零星分布,称为二叠系船山统,岩性组合为凝灰质砂岩、砂砾岩、砾岩、粉砂岩夹板岩、灰岩,为海陆交互相产物,可能表明该区域后弧盆地在早二叠世已经闭合,即乌力吉—宗乃山 —沙拉扎山岛弧在早二叠世已经和雅布赖—诺尔公—红古玉林古陆块拼合在一起,结束了后弧盆地的演化,成为具有岛弧特征的新增生陆壳。沉积记录显示,弧盆地发育自北而南,南部弧盆地闭合于早二叠世。

  • 如果以雅干陆块南部断裂带为界,那么弧的位置大致在哈日奥日布格—伊和扎格敖包一线,珠斯楞—杭乌拉带为前弧,珠斯楞—杭乌拉带南部、乌力吉—宗乃山—沙拉扎山带及诺尔公—红古玉林带为后弧。

  • 图2 阿拉善地块晚古生代沉积岩、辉长岩等分布图

  • ∑—超基性岩;δν—角闪辉长岩;ν—辉长岩

  • 2.2 岩浆活动记录

  • 阿拉善地块出露的显生宙岩浆岩中,分布面积最广的是二叠纪岩浆岩,其次是早三叠世岩浆岩,主要为花岗岩类,见少量辉石岩、角闪岩和辉长岩,广泛分布于阿拉善全区。志留纪、泥盆纪、石炭纪岩浆岩分布少,主要为花岗岩类。近年来,阿拉善地块发表大量显生宙岩浆岩的锆石年龄数据,大致将岩浆期次划分为 3 期,分别为晚奥陶世—泥盆纪 (460~390 Ma)、石炭纪(360~300 Ma)、二叠纪—早三叠世(299~230 Ma)(张建新和宫江华,2018)。张拴宏等(2010)报道了华北克拉通北缘晚古生代 —早中生代花岗岩的同位素年龄,提出华北克拉通北缘地区至少记录了 3 个主要的岩浆作用时期:泥盆纪(400~360 Ma)、早石炭纪晚期—中二叠纪 (330~265 Ma)和二叠纪末 — 三叠纪(250~200 Ma),分别对应于弧大陆、俯冲相关构造和碰撞相关构造的伸展期。因此,多数学者认为可与华北克拉通北缘对比,形成于古亚洲洋向阿拉善地块俯冲增生、碰撞到后碰撞的不同阶段。

  • 以恩格尔乌苏和查干楚鲁断裂带为界,可划分出珠斯楞—杭乌拉岩浆岩带、宗乃山—沙拉扎山岩浆岩带和雅布赖山—诺尔公—红古玉林—狼山岩浆岩带。阿拉善地块内岩浆活动记录从志留纪→ 泥盆纪→石炭纪→二叠纪→三叠纪,似乎具有幕式岩浆侵入的特点,但是,如果把阿拉善地块不同时代的侵入体拆分开来(图3),可以看出志留纪、泥盆纪、石炭纪的岩体分布,似乎是沿深大断裂侵入的岩体,且与二叠纪杂岩体相比规模相差甚大。

  • 晚奥陶世—泥盆纪岩浆事件(460~390 Ma)主要分布于龙首山、北大山、诺尔公及狼山地区(图3d)。龙首山地区既有花岗岩类(444~420 Ma),也有辉绿岩(424~421 Ma)(Duan et al.,2015),目前这些岩浆事件均被解释为与祁连洋向阿拉善地块俯冲及拆沉作用相关(魏俏巧等,2013张建新等, 2018)。北大山和诺尔公地区主要出露闪长岩(460~397 Ma)和花岗岩类,但其地球化学特征显示岛弧相关性质,被认为与古亚洲洋的俯冲造山过程相关。在阿拉善地块东部的牙马图及狼山地区也发现有花岗岩类(443~418 Ma),被认为与阿拉善地块与华北克拉通的汇聚相关(Dan et al.,2016)。出现在南部的花岗岩类解释为与祁连洋向阿拉善地块俯冲及拆沉作用相关是合理的,笔者认为出现在北部珠斯楞—杭乌拉带的泥盆纪花岗岩,可能与古亚洲洋志留纪末闭合、弧-陆(古亚洲洋—雅干地块)或陆-陆(雅干地块—阿拉善地块)碰撞后的伸展事件有关。

  • 石炭纪岩浆事件(360~300 Ma)见于龙首山、北大山、巴彦乌拉山、诺尔公、叠布斯格及狼山地区,形成一条向南突出的弧形岩浆岩带(图3c)。该期岩浆岩普遍高Sr低Y,具有埃达克岩特征,被认为形成于俯冲相关的环境,或形成于增厚大陆下地壳的部分熔融(Shi et al.,2014Dan et al.,2016)。这条岩浆岩带向东与华北北缘同期的岩浆岩带相连,有学者认为最可能与中亚造山带的俯冲增生作用相关,也有一些学者认为该期花岗岩与阿拉善地块和华北克拉通的碰撞拼合相关。但是值得注意的是,在晚古生代时期,古亚洲洋是被描述为“后退式俯冲”的,可能无暇顾及阿拉善地块,因此,应该是早古生代被加厚的阿拉善地块岩石圈伸展的结果,与古亚洲洋的向南俯冲无关。

  • 二叠纪—早三叠世花岗岩(299~230 Ma)、基性岩和火山岩广泛分布于阿拉善全区(图3b、图3a),其中二叠纪岩体呈现规模巨大的岩带状分布成为独特景观。根据前人统计数据(张建新和宫江华,2018)及新发表数据(史兴俊等,2020高千, 2023),对比花岗岩、辉长岩的形成年龄范围,乌力吉—宗乃山—沙拉扎山岩浆岩带出露大量的花岗岩类(315~250 Ma)、辉长岩(308~250 Ma),该岩浆岩带过去被认为是在阿拉善地块北缘裂解出去的陆壳上发育的火山弧,近年一些学者认为该带应归属于中亚造山带。雅布赖山—诺尔公—红古尔玉林 — 狼山岩浆岩带出露大量花岗岩类(310~250 Ma)、辉长岩(306~262 Ma),一直以来被认为是在早前寒武纪变质基底上发育的陆缘弧,并向西延伸到北大山及龙首山地区。珠斯楞—杭乌拉岩浆岩带年龄数据量较少,但是已有年龄都在上述两条带的花岗岩类、辉长岩年龄范围内。前两条岩浆岩带呈现的特点是花岗岩和辉长岩年龄范围大体同步,可能暗示其下的岩石圈垮塌几乎同时,沿恩格尔乌苏断裂带和查干楚鲁断裂带沉降形成后弧盆地,接受晚石炭世浅海—半深海相碳酸盐-碎屑岩沉积。

  • 图3 阿拉善地块不同时代花岗岩分布图

  • a—三叠纪;b—二叠纪;c—石炭纪;d—志留纪—泥盆纪

  • 阿拉善地区的岩浆岩无疑对区域构造演化具有重要意义,与华北克拉通北缘岩浆活动不同,阿拉善地块志留纪—二叠纪的岩浆活动记录是发生在地块内部,华北克拉通北缘的岩浆规律可能不能简单套用到阿拉善地块内。已有资料表明,珠斯楞 —杭乌拉岩浆岩带、乌力吉—宗乃山—沙拉扎山岩浆岩带、诺尔公—红古玉林—狼山岩浆岩带内的二叠纪岩体,岩石组合基本一致,侵位时间大致同时,从时间、空间、岩石组合上都很难分出俯冲极性,因此,其产出背景、形成模式及其构造意义需要重新审视。

  • 3 造山带岩石圈演化与深部过程

  • 3.1 造山带岩石圈演化

  • Cawood et al.(2009)将全球造山带分为 3 种基本类型:增生型、碰撞型和陆内型。如果以洋板块划分,则可以分为 2 类(邓晋福等,1996):一类是与大洋发育、消亡有关的(包括大大小小的洋)造山带,另外一类是与洋无关的陆内或板内造山带。不论是那一种类型的造山带,它们都是在挤压机制下形成的,因此,它们具有相同的形成过程。

  • 从造山带岩石圈形成、演化过程看(图4a~c)。在造山挤压机制下,强烈构造变形会使大陆壳被破坏;对流地幔物质和热输入大陆后,玄武岩的底侵也会导致刚性的地壳加热而弱化,弱化诱发的流变学条件有利于陆壳收缩变形和加厚(图4a);随着壳内分异残留的榴辉岩堆积,其高密度诱发造山带岩石圈根失稳,导致岩石圈大规模去根减薄和构造、热失去平衡,从而促使大量对流地幔物质和热输入大陆,使岩石圈地幔部分熔融、软流圈物质上涌,大规模的壳幔相互作用致使岩浆活动达到峰期、形成大规模成矿作用发生(图4b)。造山带岩石圈大规模去根带动下伏残留的克拉通岩石圈地幔一起拆沉后,输入大陆的对流地幔物质,在分出玄武质岩浆后的冷却物形成新的岩石圈地幔(图4c)。因此,对流地幔物质和热输入会使原有的陆壳和岩石圈地幔组成均受到强烈改造。

  • 图4 造山带型岩石圈根形成过程示意图(据邓晋福等, 2001

  • a—早期相:帕米尔型岩石圈冷根;b—中期相:念青唐古拉型减薄岩石圈;c—晚期相:羌塘型“热”岩石圈MSL—强的力学岩石圈边界 (黑点示中源地震);L/A—热学岩石圈边界;L—拆沉的岩石圈;A— 软流圈

  • 从造山带形成过程来看,造山带岩石圈是活动的、不稳定的结构单元。造山带岩石圈失稳、去根,称之为造山带岩石圈垮塌(图4b)。根据地质过程、造山带结构,以及大规模成矿关系,可将造山带垮塌过程分为不同阶段,实例如以青藏高原为代表的造山带属于初始垮塌阶段,以美国西部科迪勒拉为代表的属于不完全垮塌阶段,以中国东部为代表的属于完全垮塌阶段(邱瑞照等,2017)。中国大陆印支期南北大陆拼合之后,在中国东部地区晚三叠世 —早侏罗世发生初始垮塌(华南、东北),部分垮塌发生在中侏罗世(华南,W-Sn等大规模成矿),完全垮塌发生在早白垩世(整个中国东部,成矿大爆炸) (邱瑞照等,2021)。

  • 3.2 阿拉善地块深部过程

  • 从沉积岩、岩浆岩地质记录来看,阿拉善地块在晚古生代经历了造山带岩石圈初始垮塌、部分垮塌和完全垮塌的全过程,其深部过程如下:

  • 第一阶段(图5a):造山带岩石圈在早石炭世 (C1)初始垮塌(沿雅干断裂带),在前弧区域下方形成厚的俯冲地壳楔;俯冲板块析出的流体、地幔岩石圈拆沉引发的上涌软流圈,对地幔楔进行交代。浅部响应,使北部珠斯楞—杭乌拉区由泥盆纪相对稳定的被动陆缘环境,在早石炭世开始进入活动陆缘阶段,构造-火山作用异常活跃,形成前弧盆地。

  • 第二阶段(图5b):连同沿恩格尔乌苏断裂带初始垮塌、查干础鲁断裂带初始垮塌一起,构成造山带岩石圈在晚石炭世(C2)部分垮塌,俯冲板块断离和回返,软流圈上涌输入的对流地幔物质,在分出玄武质岩浆后冷却物形成新的岩石圈地幔;俯冲下去的下地壳物质和超俯冲地幔混合体在重力驱动下塑性流动。浅部响应,在后弧区域,即阿拉善地块中南部的宗乃山—沙拉扎山构造带南北两侧,接受海相碳酸盐-碎屑岩组合沉积,并伴随弧性质的岩浆活动,以及基性-超基性岩侵入。

  • 第三阶段(图5c):造山带岩石圈在二叠纪(P) 完全垮塌,大规模软流圈上涌,进入陆块内的加厚下地壳混合物质、交代岩石圈地幔衍生新生物质等被加热熔融,形成高(超)钾岩浆储库。因前弧区域下沉,以北部埋汗哈达组(P1m)滨浅海相—陆棚相碎屑岩夹灰岩组合、阿其德组(P1a)海相中基性火山岩夹碎屑岩组合等为标志,使侧向强迫重力翻转,导致高(超)钾质岩浆沿珠斯楞、乌力吉、诺尔公陆壳中的岩石圈不连续挤出,以气球膨胀式短时、快速侵位,在阿拉善地块内形成 3 条花岗岩杂岩带。此外,引发阿拉善地块二叠纪大规模岩浆活动的诱因,也可能归因于塔里木早二叠纪地幔柱活动的触发。经后期剥蚀,呈现出现今观察到的珠斯楞—杭乌拉、乌力吉—宗乃山—沙拉扎山、诺尔公—红古玉林3条花岗杂岩带。

  • 图5 阿拉善地块晚古生代构造演化示意图

  • a—长英质大陆地壳的俯冲和源自俯冲板块物质的增生楔的发育,垂直阴影区=含水板状流体对地幔楔的早期交代作用; b—与增生的长英质地壳以水平塑性流动方式重新分布,以及与下伏的混杂带有关的物质重新分布,由于板块断裂而增强的岩浆活动(酸性、基性),白色箭头=重新分层的长英质地壳的通量方向;c—弧前区域的侧向强迫翻转和垮塌,(超)钾岩浆沿陆壳中岩石圈不连续气球膨胀式侵位

  • 4 讨论

  • 4.1 大规模成岩成矿作用

  • 从造山带岩石圈演化的基本过程来看,岩石圈根失稳、去根,对于大规模成矿作用发生具有决定性的作用。综合全国不同地区的岩浆活动峰期与大规模成矿时期,结合中国大陆岩石圈物质、结构形成时代,认为一个地区的大规模成矿作用、岩石圈的壳-幔岩石学结构,取决于最后、最强的一次的岩浆作用(邓晋福等,2004邱瑞照等,2006);换句话说,最后、最强的一次的岩浆活动时期,是一个地区岩石圈结构、物质结构形成和成矿作用发生的主要时期。从造山带型岩石圈演化过程来看,还可以得出这样的认识:一个地区大规模成矿作用的发生起始于造山岩石圈根失稳、去根和大规模软流圈上涌时期,C型埃达克岩的出现是其标志之一(邱瑞照等,20062013)。造山带岩石圈垮塌与大规模成岩成矿具有密切关系。在南美的智利北部、阿根廷西北部识别出两类斑岩铜矿成矿方式(邱瑞照等, 2019),智利北部安第斯型为主,呈带状分布;阿根廷西北部以造山带垮塌型为主,呈面状分布。安第斯型和造山带垮塌型两类斑岩铜矿成矿方式,在环太平地区具有普遍意义,南美安第斯山与北美科迪勒拉山西部、日本—台湾—菲律宾岛弧带,斑岩铜矿以安第斯型为主,而远离俯冲带的北美盆岭省、南美安第斯山岭及中国东部以造山带垮塌型为主 (邱瑞照等,2021)。阿拉善地块目前虽然处于点多、面广、成型大矿床少的局面,但其在晚古生代伸展背景下,经历了造山带岩石圈初始垮塌、部分垮塌和完全垮塌过程,并形成了巨量的二叠纪花岗岩类岩石,由此形成“造山带岩石圈垮塌成矿系统”。已知矿床(点)与二叠纪花岗岩体之间显示出密切的空间关系,二叠纪花岗岩显示具有埃达克质岩石的地球化学特点,同时,就晚古生代岩浆活动而言,二叠纪的强度最大、分布最广,应该是阿拉善地块最重要的大规模成岩成矿时期,显示出良好的成矿找矿前景。

  • 图6 阿拉善地块及邻区前寒武纪基底岩石、不同时代花岗岩类岩石分布图

  • a—三叠纪;b—二叠纪;c—石炭纪;d—泥盆纪;e—早古生代;f—前寒武纪

  • 4.2 西部“华北克拉通破坏”

  • 阿拉善地块传统上被认为是华北克拉通(中朝克拉通)的最西端,地球物理探测揭示(夏时斌等, 2019),阿拉善地块真正的基底南部边界被祁连山覆盖。关于阿拉善与华北地块及其他地块(如敦煌、塔里木、扬子、柴达木、祁连地块等)的关系长期存在争论。据张建新和宫江华(2018)最新总结,阿拉善地块早前寒武纪变质基底记录了 3. 0~2.7 Ga 陆壳生长、~2.5 Ga TTG 岩浆—变质事件、2.3~2. 0 Ga岩浆事件以及 1.95~1.90 Ga和 1.85~1.80 Ga两期重要的变质事件,具有与华北克拉通相似的岩石组成和地壳演化历史;阿拉善地块发育与华北克拉通相似的中—新元古代沉积岩系,其碎屑锆石具有来源华北克拉通的物源区特征,反映出阿拉善地块直到中元古代—新元古代早期仍可能是华北克拉通的一部分。

  • 从更大范围来看阿拉善地块显生宙的多期岩浆-构造事件(图6),早古生代(Є-O-S)花岗岩中 (图6e),寒武纪、奥陶纪花岗岩分布在祁连山构造带,志留纪花岗岩不仅遍布祁连山构造带,而且还有少量深入到阿拉善地块内部,具有沿前寒武纪先存断裂分布特征,与前寒武纪花岗岩分布相伴(图6f);晚古生代花岗岩主要分布在北部(图6d、6c),中蒙国界以北,以及天山、祁连山构造带,其中泥盆纪、石炭纪花岗岩在阿拉善地块内的分布与志留纪花岗岩分布,在空间上具有一定的重叠性和继承性,似乎是沿相同断裂构造带侵入的。二叠纪花岗岩呈现特殊的存在,在阿拉善地块内成带分布,规模巨大(图6b),三叠纪花岗岩分布是二叠纪的延续,只是强度降低(图6a)。阿拉善地块是具有太古宙—古元古代陆壳的克拉通,至今在其南部依然保留着大于200 km厚的岩石圈(新编内蒙古自治区地质志)。因此,可以认为阿拉善地块与相邻地块在早古生代时期汇聚,伴随古亚洲洋、祁连洋的形成、演化和消亡以及与华北地块相互作用,使阿拉善地块被“破坏”;晚古生代时期伸展,伴随阿拉善地块造山带岩石圈演化被“肢解”,经历了造山带岩石圈初始垮塌、部分垮塌和完全垮塌的全过程,在二叠纪时期高(超)钾质岩浆沿珠斯楞、乌力吉、诺尔公陆壳中的岩石圈不连续挤出,以气球膨胀式短时、快速侵位,为伸展背景下的另类大陆地壳生长方式之一,也是李廷栋院士、肖庆辉研究员等(2013)在总结中国三维岩石圈时提出“东亚式”软流圈造山模式实例。另外,雷豪等(2021)报道内蒙古林西县双井地区出露一套含暗色包体的花岗质岩体,暗色包体和周边花岗岩大部分锆石记录了~285 Ma和~270 Ma两期年龄,少量锆石记录了~320 Ma的较老年龄;岩石地球化学证据显示在在 290~270 Ma 地壳经历了一次显著的减薄过程,暗示古亚洲洋在晚古生代末期并不处于大洋俯冲阶段,而是造山后的伸展裂解阶段。因此,张拴宏等(2010)报道的华北克拉通北缘晚古生代早中生代3个主要的岩浆作用时期,或许可以解释为华北克拉通北缘晚古生代时期和阿拉善地块一样都是处于伸展背景,是造山带型岩石圈伸展、垮塌的产物。阿拉善地块总体上属于西部“华北克拉通破坏”范畴,显生宙以来的构造-岩浆事件,是西部“华北克拉通破坏”的响应。

  • 5 结论

  • (1)阿拉善地块晚古生代构造演化模式表明,浅部地表地质变化受造山带岩石圈深部地幔向地壳输入过程的制约,造山带岩石圈演化过程中深部地幔向地壳输入改造岩石圈演化过程起主导作用。阿拉善地块在晚古生代经历了造山带岩石圈初始垮塌、部分垮塌和完全垮塌的全过程。完全垮塌导致大规模软流圈上涌,熔融深部混合物质形成高(超)钾岩浆储库,在二叠纪时期因侧向强迫重力翻转或受塔里木早二叠纪地幔柱活动的触发,高(超) 钾质岩浆沿珠斯楞、乌力吉、诺尔公陆壳中的岩石圈不连续挤出,以气球膨胀式侵位,形成二叠纪巨量花岗岩,并延续到早三叠世;为伸展背景下的另类大陆地壳生长方式之一,也是“东亚式”软流圈造山模式实例。

  • (2)阿拉善地块早古生代时期挤压汇聚,伴随古亚洲洋、祁连洋的形成、演化和消亡以及与华北地块相互作用,使阿拉善地块被“破坏”;晚古生代时期伸展,伴随阿拉善地块造山带岩石圈演化被 “肢解”,总体上属于西部“华北克拉通破坏”范畴,显生宙以来的构造-岩浆事件,是西部“华北克拉通破坏”的响应。

  • (3)一个地区的大规模成矿作用,取决于最后、最强的一次的岩浆作用,阿拉善地块目前虽然处于点多、面广、成型大矿床少的局面,但已知矿床(点) 与二叠纪岩浆岩之间显示出密切的空间关系,就晚古生代岩浆活动而言,二叠纪的强度大、分布广,应该是阿拉善地块最重要的大规模成岩成矿时期,显示出良好的成矿找矿前景。

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图1 阿拉善地块及邻区大地构造位置和早前寒武纪变质基底分布(据张建新和宫江华,2018修改)
图2 阿拉善地块晚古生代沉积岩、辉长岩等分布图
图3 阿拉善地块不同时代花岗岩分布图
图4 造山带型岩石圈根形成过程示意图(据邓晋福等, 2001
图5 阿拉善地块晚古生代构造演化示意图
图6 阿拉善地块及邻区前寒武纪基底岩石、不同时代花岗岩类岩石分布图

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