摘要
北乌兰地体位于祁连-柴北缘造山系统南缘，北临南祁连造山带，南侧为具有克拉通属性的全吉地块。研究表明，北乌兰地体保留有大量前寒武纪变质结晶基底，记录了与超大陆汇聚与裂解相关的构造热事件和沉积作用。精细的研究这些基底岩石，不仅能够揭示北乌兰地体的起源，而且可为探讨前寒武纪超大陆旋回过程提供重要的证据。本文在详细的野外调查基础上，以北乌兰地体东段、中段以及西段出露的基底为研究对象，通过岩相学、岩石地球化学、锆石U-Pb年代学、锆石Lu-Hf同位素、全岩Nd-Hf同位素等综合研究，结合前人研究成果，查明了北乌兰地体基底物质组成及其时空分布特征，剖析了多期变火成岩岩石成因，探讨了其形成环境，厘定了变沉积岩的形成时代，分析了其物源特征，揭示了北乌兰体前寒武纪卷入超大陆旋回过程的多阶段增生与再造历史。通过构造热事件、地层层序、碎屑锆石年龄谱和火成岩锆石Hf同位素对比研究，探讨了北乌兰地体与周边大陆残片以及克拉通的古地理亲缘性。 研究表明，北乌兰地体并非只存在晚古元古代至新元古代前寒武纪基底，而是还保留有晚太古代、古元古代中期以及新识别出的中元古代和新元古代复杂的基底物质组成。晚太古代基底岩石以出露于哈里哈图地区的2.57Ga花岗片麻岩为代表，具有高SiO2和K2O含量，原岩属于高分异的I型花岗岩，经历了钾长石、磷灰石、铁-钛氧化物以及独居石等分离结晶。锆石Hf同位素研究结果显示其具有富集Hf同位素组成，?Hf(t)值变化于-6.6~+0.6之间，与其3.2~2.7继承锆石核Hf同位素演化区间重合。结合区域上广泛发育的岛弧相关的构造热事件，本文认为其母岩浆可能是由3.2~2.7Ga古老地壳岩石在大陆边缘弧环境或者大陆岛弧环境下再造形成。 古元古代中期基底岩石以1.8~1.7Ga长英质片麻岩为主，零星出露于哈里哈图北部和二郎洞地区，它们的长英质片麻岩碎屑锆石样品具有相似的年龄谱特征，主要分布在太古代至古元古代区间内。其中，哈里哈图长英质片麻岩具有2.52Ga晚太古代年龄主峰和一个1.95Ga古元古代年龄次峰值，而二郎洞长英质片麻岩仅具有古元古代的年龄主峰为1.84Ga。通过与北乌兰地体残留基底岩石、邻区微陆块及克拉通的锆石U-Pb年龄谱和Lu-Hf同位素对比研究显示，其碎屑物质可能来源于塔里木克拉通和北乌兰地体太古代基底。此外，二郎洞长英质片麻岩还保留了中元古代早期（1.55Ga）变质记录。 晚古元古代至中元古代早期基底主要包括1.58~1.55Ga长英质片麻岩、1.44Ga含石榴子石浅色花岗岩、1.38Ga石榴角闪岩以及1.37Ga变基性岩，经历了多期变质作用。其中，1.58~1.55Ga长英质片麻岩目前仅出露于察汗河和哈里哈图地区。两个地区采集的长英质片麻岩碎屑锆石样品具有相似的年龄谱组成，主要变化在1.6~3.1Ga之间。其中，哈里哈图长英质片麻岩显示出五个年龄峰值分别为2.58Ga、2.47Ga、2.28Ga、1.89Ga和1.72Ga。其碎屑物质最可能源自塔里木克拉通和北乌兰地体残留的基底。1.44Ga含石榴子石浅色花岗岩仅出露于哈里哈图南部地区。岩石具有较高的SiO2和K2O含量、CaO/Na2O（＞0.4）和A/CNK值，较低的Mg#、Eu/Eu*值以及HFSE（e.g.，Zr、Nb、Ce、Y）含量，属于典型的S型花岗岩。花岗岩较高的FeOT/MgO、和（Na2O+K2O）/CaO比值，K2O、CaO与Sr的正相关性以及SiO2/Al2O3与Sc/Th的负相关性指示了母岩浆演化过程中发生了斜长石、钾长石以及黑云母的分离结晶作用。锆石εHf（t）变化于-7.1~+3.7之间，结合区域同期裂谷相关岩浆-变质和沉积事件，本文认为其母岩浆可能是由混合的杂砂岩和泥质岩在裂谷环境下再造后经过显著结晶分异的产物。1.38Ga石榴角闪岩和1.37Ga变基性岩分别出露于察汗河和哈里哈图南部地区。变基性岩可细分为两类，第一类与石榴角闪岩具有相似的地球化学特征。石榴角闪岩与两类变基性岩均显示出板内玄武岩相似的地球化学特征，且明显亏损Nb、Ta、Ti等高场强元素，富集Pb、U、Ba、La、Ce等大离子亲石元素和轻稀土元素，第二类变基性岩还具有更高的轻-重稀土分异趋势和Zr、Hf等元素的含量。微量元素定量模拟显示，它们经历过橄榄石、单斜辉石、斜长石或角闪石的分离结晶作用。石榴角闪岩和变基性岩均亏损锆石Hf同位素和全岩Nd-Hf同位素组成，具有较高的Rb/Y（0.6~3.7）、Ba/Th（32.9~123.4）、较低的Nb/Zr（0.05~0.12）比值，指示其原岩均起源于先存的俯冲板片流体交代的亏损岩石圈地幔。地球化学热力学模拟结果显示，两类岩石是由岩石圈地幔橄榄岩经历了低比例部分熔融（＜7%）形成，记录了该时期北乌兰地体在强烈伸张背景下，无热异常的岩石圈地幔上涌事件。此外，上述基性岩还保留了1.18~1.13Ga变质记录，这为探讨北乌兰地体卷入Rodinia超大陆提供了新的证据。 晚中元古代至新元古代基底主要包括1.2Ga长英质片麻岩和0.9~0.87Ga花岗片麻岩。1.2Ga长英质片麻岩出露于察汗托落南部和北部地区。北部长英质片麻岩样品的碎屑锆石年龄谱分布区间为1.23~1.87Ga，出现1.36Ga和1.83Ga两个年龄峰值。南部长英质片麻岩样品具有更宽广的年龄区间为1.20~2.59Ga，并显示出1.59Ga、1.71Ga、1.81Ga和2.47Ga四个年龄峰值。与北乌兰地体现存基底、邻区微陆块和克拉通的锆石U-Pb年龄谱和Lu-Hf同位素组成对比研究显示，其物源主要来源于北乌兰地体和塔里木克拉通同期基底岩石。此外，北部和南部长英质片麻岩还保留有晚中元古代至早古生代变质记录。0.9~0.87Ga花岗片麻岩主要由分布于二郎洞、果可山和察汗河地区。二郎洞眼球状花岗片麻岩（0.9Ga）与察汗河眼球状花岗片麻岩（0.88Ga）均具有较高的SiO2和K2O含量以及A/CNK值，较低的Mg#、Eu/Eu*值以及HFSE（e.g.，Zr、Nb、Ce、Y）含量，属于典型的S型花岗岩。它们相似的但是不均质的锆石Hf同位素组成（εHf（t）=-2.4~+3.7）以及变化较大的CaO/Na2O（0.26~0.52）比值，指示它们的母岩浆均起源于不均质的变泥质岩和变杂砂岩源区。果可山花岗片麻岩（0.87Ga）具有相对较低的SiO2和K2O含量，但却具有更高的A/CNK值，并且发育岩浆成因的石榴子石，也属于S型花岗岩。锆石εHf（t）值变化于-5.8~+6.4之间，且较高的CaO/Na2O（0.86）比值和Al2O3含量指示其母岩浆主要起源于不均质的变质砂岩的部分熔融。结合区域同期构造热事件，本文认为0.9~0.87Ga花岗片麻岩形成于造山后伸展背景下的古老地壳再造。 晚新元古代基底主要由出露在二郎洞地区的0.7Ga透辉石石英岩和0.6Ga云母石英片岩组成。北乌兰地体西段阿里特克山地区虽然未出露同期基底，但是可能深埋有0.6Ga变沉积岩。碎屑锆石年龄谱结果显示这些变沉积岩主要由古元古代至新元古代碎屑物质组成，但却具有不同的年龄峰值。透辉石石英岩样品主要呈现出中元古代的年龄峰值，分别为1.0Ga、1.10Ga、1.17Ga、1.3Ga和1.5Ga；云母石英片岩也具有一个中元古代显著的年龄峰值（1.35Ga）。然而，深埋于阿里特克山地区的变沉积岩具有两个新元古代的年龄峰值分别为0.65Ga和0.95Ga。与北乌兰地体现存基底、邻区微陆块以及克拉通锆石U-Pb年龄谱和Lu-Hf同位素组成对比显示，上述变沉积岩的碎屑物质主要来源于北乌兰地体发育的同期基底岩石。 北乌兰地体自太古宙至早古生代经历了原始陆核的形成和地壳再造（3.6~1.8Ga）、大陆裂解相关的盆地沉积和地壳增生与再造（1.67~1.35Ga）、大陆边缘弧造山系统的建立和地壳增生与再造（1.1~0.8Ga）、裂谷沉积（0.7~0.6Ga）、活动大陆边缘弧系统岩浆就位和变质改造（0.5~0.45Ga）。区域对比研究显示，在漫长的地质过程中，北乌兰地体与周边中祁连地体、化隆地体以及全吉地块可能曾经构成一个联合的祁连-全吉地块。在Columbia超大陆裂解之前，该联合地块与塔里木和华北克拉通具有古地理亲缘性，然而在Rodinia超大陆汇聚及其演化过程中，该联合地块和塔里木克拉通相连并与扬子克拉通具有古地理亲缘性。伴随着Rodinia超大陆的裂解和原特提斯洋的开启，祁连-全吉地块裂解形成北乌兰地体、中祁连地体、化隆地体以及全吉地块。随后因加里东期造山运动，这些微陆块陆续并置于早古生代祁连-柴北缘造山系统，拼贴于Gondwana超大陆的北缘。
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