摘要
中亚造山带是全球显生宙以来最大的增生型造山带，记录了新元古代至中生代古亚洲洋的俯冲过程，并经历了后续陆壳增生和改造。中亚造山带地质演化过程显示出明显的地域差异，多数学者一致认为南部俯冲增生过程稍晚于北部。东天山作为中亚造山带南缘俯冲增生最晚期的构造单元，是准噶尔板块和塔里木板块最终碰撞拼合的重要区域，已然成为解读中亚造山带古生代以来构造演化的最佳选区。 本论文以大南湖-头苏泉带北段岩浆记录相对连续的卡拉塔格地区为研究区，对区域内的卡拉塔格复式岩体和穿插在该岩体内的基性岩墙进行了系统的锆石 U-Pb年代学和原位 Lu-Hf同位素、全岩主/微量元素和 Sr-Nd同位素，以及单矿物矿物化学组成的研究分析。结合前人研究成果，合理地制约了东天山北部古生代地质演化。 锆石 U-Pb 结果显示卡拉塔格复式岩体中花岗岩、花岗闪长岩(Ⅰ和Ⅱ)、辉长闪长岩的侵位年龄分别为 434 Ma、442 Ma和 427 Ma、445 Ma，表明卡拉塔格复式岩体侵位于早志留世。其中花岗岩和花岗闪长岩(Ⅰ和Ⅱ)均显示出低磷(P2O5＜0.1 wt.%)、富钠(K2O/Na2O ≤0.5)、准铝质-弱过铝质(ASI ＜1.1)的 I-型花岗岩特征。三个花岗质岩石样品均具有极低的 Sr/Y 比值(1.9~4.5, 8.0~11.4, 9.4~10.0)和(La/Yb)N比值(1.6~2.4, 2.4~3.2, 2.6~3.4)，较高的 εHf(t)值(+12.7~+15.5, +11.0~+14.7, +10.4~+14.4)和 εNd(t)值(+7.0~+7.6, +7.2~+7.7, +6.3~+8.4)，以及年轻的二阶段 Hf 模式年龄(426~589 Ma, 485~722 Ma, 491~752 Ma)和 Nd模式年龄(558~602 Ma, 555~598 Ma, 485~658 Ma)，这些证据共同表明花岗岩和花岗闪长岩是年轻下地壳部分熔融的产物。辉长闪长岩相对富集大离子亲石元素(LILE)和高度不相容元素，相对亏损高场强元素(HFSE)，显示出典型俯冲相关的岛弧岩浆岩地球化学特征。较高的 MgO 含量(5.26~5.54 wt.%)，较高的 εHf(t)值(+12.1~+15.7)和 εNd(t)值(+7.1~+7.3)，年轻的单阶段 Hf 模式年龄(429~589 Ma)和 Nd 模式年龄(634~669 Ma)，说明母岩浆来自于亏损的岩石圈地幔。辉长闪长岩较高的 Ce/Nb比值(11.5~16.1)和较低的 Th/La 比值(~0.1)指示地幔源区经历了俯冲流体的交代作用。综合前人对该地区早古生代岩浆活动的研究成果，我们认为大南湖-头苏泉带是康古尔洋北向俯冲形成的洋内弧，且俯冲开始时间不晚于早志留世。 基性岩墙的锆石 U-Pb 年龄为 279±5 Ma，表明基性岩墙侵位于早二叠世，与前人在卡拉塔格地区的相关报道时代较一致。基性岩墙较高的 εHf(t)值(+5.0~+10.0)和 εNd(t)值(+6.3~+6.9)显示岩浆来自亏损的地幔源区，但其相对富集大离子亲石元素(如 Rb-Sr-Ba)和高度不相容元素(如 U-Pb)，相对亏损高场强元素(如 Nb-Ta-Ti)，以及较低的Ba/Th比值(137~196)和较高的 Th/La比值(0.1~0.2)显示地幔源区经历了俯冲熔体的改造。此外，基性岩墙成岩过程中可能经历了橄榄石、单斜辉石和 Fe-Ti氧化物的结晶分离作用。综合该地区特殊的岩石组合及其分布特征，我们推测康古尔洋在早二叠世仍在持续俯冲，板片断离形成的板片窗致使软流圈地幔上涌，上覆岩石圈地幔楔部分熔融形成携带岛弧岩浆岩特征的基性岩墙。
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