摘要
由古亚洲洋经新元古代-早中生代俯冲汇聚增生形成的中亚造山带是世界上最大的增生型造山带，中亚造山带中段南缘是研究古亚洲洋汇聚过程的关键位置。目前对于古亚洲洋南缘俯冲汇聚时限和过程存在争议。位于中亚造山带中段南缘的北山造山带从北向南分布着四条蛇绿带，这些蛇绿带及侵入于蛇绿岩中的岩浆岩，为我们理解古亚洲洋中段南缘俯冲汇聚过程和时限提供了帮助。本文以北山南带出露的两条蛇绿岩带及侵入其中的火成岩作为研究对象，开展岩石学、LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学、全岩地球化学分析，解析了不同蛇绿岩以及其中的侵入岩体的形成时代、成因及形成环境，约束了古亚洲洋中段南缘初始俯冲时间，厘定了两条蛇绿岩带之间的关系，限定了古洋盆最终闭合时限，为探讨古亚洲洋中段南缘俯冲汇聚过程提供了新的证据。本文主要认识如下： 红柳河、白云山蛇绿岩中堆晶辉长岩锆石年龄分别为525.1±2.7Ma、508.4±3.0Ma，指示红柳河-白云山蛇绿岩形成于早-中寒武世。红柳河、白云山蛇绿岩组分中堆晶辉长岩和变玄武岩属于拉斑系列，具有类似N-MORB的亏损型稀土配分曲线，但Nb、Ta等HFSE相较N-MORB偏低，Rb、Ba、U等偏高。地球化学特征指示红柳河-白云山蛇绿岩兼具MORB和IAB特征，其中红柳河和白云山变玄武岩更接近MORB，且具有与弧前玄武岩一致的低Ti/V值（红柳河：9.11~12.33；白云山：10.50~21.84），堆晶辉长岩Ti/V值与弧前堆晶辉长岩一致（红柳河：6.53~9.17；白云山：2.18~8.43）。结合区域地质背景，指示红柳河-白云山蛇绿岩记录了古亚洲洋中段南缘红柳河-白云山分支洋盆在早-中寒武世发生北向初始俯冲的过程。 辉铜山蛇绿岩中辉长岩锆石年龄为444.9±2.1Ma，指示辉铜山蛇绿岩形成于晚奥陶世。蛇绿岩组分中辉长岩和玄武岩分别属于拉斑质和拉斑质-钙碱性系列，具有轻微左倾-近水平和近水平-右倾的稀土配分曲线，均富集Rb、Ba、U、Pb等，亏损Nb、Ta、Zr、Hf等。辉长岩和玄武岩高Zr/Nb值（48.88~83.57和12.82~47.29）和Ba/La值（32.93~97.27和13.34~102.90），表明岩浆源区为受俯冲流体交代的亏损地幔端元。样品兼具N-MORB和IAB的地球化学特征的同时，表现出更多的IAB特点，并且具较低Th/Yb（辉长岩：0.03~0.05；玄武岩：0.13~0.34）、Ce/Pb（辉长岩：0.05~0.25；玄武岩：0.19~1.15）和高Ba/Nb（辉长岩：82.32~647.85；玄武岩：18.24~745.65），结合区域地质背景，表明辉铜山蛇绿岩是红柳河-白云山分支洋盆在晚奥陶世南向俯冲形成的弧后盆地在初始演化阶段的产物。 红柳河角闪辉长岩和火石山杂岩体沿红柳河-牛圈子-洗肠井深大断裂，分别侵入于红柳河蛇绿岩和出露于火石山地区，其中火石山杂岩体由闪长岩、辉长岩、玄武岩等中-基性岩及辉橄岩等超基性岩组成。火石山闪长岩和红柳河角闪辉长岩具有相近的锆石年龄（412.5±1.9Ma和404.4±2.4Ma）。火石山闪长岩和玄武岩属于钙碱性-钾玄质系列，红柳河角闪辉长岩属于拉斑质系列。样品相对富集LREE和LILE，亏损HREE和Nb、Ta等HFSE（闪长岩：(La/Yb)N=6.30~7.18；玄武岩：(La/Yb)N=4.34~6.54；角闪辉长岩：(La/Yb)N=4.04~4.27）。火石山闪长岩、玄武岩以及红柳河角闪辉长岩来源于软流圈地幔部分熔融并受到地壳物质混染。样品具有大陆拉张带玄武岩高Zr含量（闪长岩：238.55×10-6~288.75×10-6；玄武岩：84.43×10-6~275.91×10-6；角闪辉长岩：128×10-6~133×10-6）以及Zr/Y值（闪长岩6.21~7.59；玄武岩4.83~6.53；角闪辉长岩5.27~5.59）的地球化学特征，结合区域地质背景，表明红柳河角闪辉长岩及火石山杂岩体形成于伸展构造背景下，指示红柳河-白云山分支洋盆在早泥盆世之前已完成闭合，北山南带在早泥盆世时处于后碰撞伸展环境中。 账房山蛇绿岩中辉长岩锆石年龄为364.7±2.3Ma，指示账房山蛇绿岩形成于晚泥盆世。辉长岩和玄武岩属于拉斑质系列，呈现类似N-MORB的亏损型稀土配分曲线（辉长岩：(La/Yb)N=0.60~0.67、(Gd/Yb)N=1.12~1.25；玄武岩：(La/Yb)N=0.30~0.48、(Ga/Yb)N=1.06~1.13）。辉长岩相对亏损Ba、Pb、Ti，弱亏损Nb、Ta，相对富集Th元素；玄武岩相对富集Rb、Ba、U、Pb、Sr，相对亏损Th、Nb、Ta、Ti，弱亏损Zr、Hf。样品Ba/Th（辉长岩：24.04~49.48；玄武岩：807.34~1714.13）和负δNb（辉长岩-0.52~-0.44；玄武岩-0.10~-0.25）值，表明岩浆源区为受俯冲流体交代的亏损地幔端元。玄武岩和辉长岩兼具N-MORB和IAB的地球化学特征的同时，表现出更多的MORB特点，且具有较低Th/Yb值（辉长岩：0.028~0.031；玄武岩：0.01~0.03），结合区域地质背景，帐房山蛇绿岩是辉铜山弧后盆地向东持续扩张的产物，其与辉铜山蛇绿岩带相连接，共同指示着辉铜山-账房山弧后盆地从晚奥陶世-晚泥盆世，由弧后盆地初始演化阶段向弧后盆地后期扩张阶段演化的过程。 侵入于账房山蛇绿岩的花岗闪长岩，以及由流纹岩和玄武安山岩互层构成的白山堂双峰式火山岩出露于北山南带的花牛山单元。花岗闪长岩及流纹岩锆石年龄为288.7±1.7Ma和272.3±1.6Ma，属于高钾钙碱性岩浆岩，具有高Na2O+K2O含量（8.21~8.48wt.%；7.12~10.74wt%）、10000*Ga/Al值（2.60~2.73；2.8~3.3）、Y/Nb（2.58~2.69；3.47~5.99）、Rb/Nb（11.88~13.69；10.73~14.51）和Ce/Nb（4.87~5.59；5.99~8.36）值，属于A2型岩浆岩。花岗闪长岩具有较高的MgO、Na2O含量以及Mg#值，Lu/Yb为0.14~0.15，镜下可见明显的斜长石环带结构、针状磷灰石以及斜长石中长英质包裹体，属于壳幔混合成因A型花岗岩；流纹岩具有负的εNd(t)（-5.2~-4.8）和εHf(t)（-2.2~-1.9）值，Nd、Hf同位素对应二阶段模式年龄分别为1460~1433Ma和1427~1411Ma，指示来源于中元古代地壳部分熔融。玄武安山岩属于钙碱性系列，富集LREE和Rb、Ba、Th、U、Pb，弱富集Zr-Hf，亏损HREE和Nb、Ta、Ti等HFSE，具有较高的Zr含量（180~258×10-6）和Zr/Y值（5.37~6.53），以及不一致的εNd(t)（-2.8~-0.4）和εHf(t)（1.8~5.5）值，来源于沉积物熔体与幔源岩浆的混合。结合区域地质背景，账房山花岗闪长岩及白山堂双峰式火山岩形成于伸展构造背景，指示北山南带早二叠世已处于后碰撞伸展环境，辉铜山-账房山弧后盆地在此之前已完成闭合。 综上所述，古亚洲洋中段南缘红柳河-白云山分支洋盆于早-中寒武世发生自发式北向初始俯冲，形成产出于弧前初始俯冲环境下的红柳河-白云山蛇绿岩，并在红柳河-白云山蛇绿岩带以北形成具有岛弧性质的马鬃山单元。至中奥陶世，红柳河-白云山分支洋盆发生双向俯冲，向南俯冲于敦煌地块之下并形成花牛山单元。至晚奥陶世，受红柳河-白云山分支洋盆南向俯冲影响，在花牛山单元南侧发生弧后裂解形成辉铜山-账房山弧后盆地。早泥盆世红柳河-白云山分支洋盆已完成闭合，北山南带此时进入短暂的伸展构造演化阶段。晚泥盆世至早石炭世，辉铜山-账房山弧后盆地发生北向俯冲，并在花牛山单元上形成一系列晚泥盆世-早石炭世弧岩浆岩。早石炭世末期，辉铜山-账房山弧后盆地闭合，并在晚石炭世-二叠纪，北山南带进入伸展构造演化阶段。
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