地质所研究中亚造山带西准噶尔古生代岩浆岩取得新成果

近期，中国地质科学院地质研究所尹继元研究员、中国科学院新疆分院肖文交院士、中国地质科学院地质研究所王涛研究员、黄河研究员和陈文研究员等通过对中亚造山带西准噶尔洋内弧古生代侵入岩开展详细的锆石U-Pb年龄和Hf-O同位素研究（图1），取得了新进展。

大陆地壳的形成与演化一直是地球科学研究领域的核心问题。大陆地壳的成熟过程，尤其是如何在洋内弧环境下从初始的玄武质成分转变为安山质和英安质成分，成为理解大陆地壳生长机制的关键科学问题。尽管洋内弧通常由玄武质成分构成，但大陆地壳整体成分更偏安山质或英安质，这种差异性突显了从洋内弧玄武质地壳向成熟长英质地壳转变的复杂性。由于洋内弧背景中各岩浆源区普遍具有亏损的放射性同位素特征，通过传统的同位素方法来识别循环地壳来源的花岗岩具有一定挑战性。因此，准确识别花岗岩的源区对于揭示洋内弧的岩浆成因与地壳分异过程具有重要科学意义。

针对以上关键科学问题，中国地质科学院地质研究所取得的主要进展如下：

图1. (a) 中亚造山带的简化构造分区；(b) 西准噶尔地区的地质图。

一是识别出西准噶尔洋内弧四期岩浆活动及其时空分布。这四期岩浆活动分别为早寒武世至早奥陶世（515-486 Ma）、晚奥陶世至中泥盆世（445-392 Ma）、早石炭世（343-310 Ma）以及晚石炭世至中二叠世（309-259 Ma），在时间与空间上表现出显著的差异性。早寒武世至早奥陶世侵入岩主要集中在西准噶尔南部的巴尔雷克和玛依勒地区；晚奥陶世至中泥盆世侵入岩主要分布在西准噶尔北部成吉思火山弧；早石炭世侵入岩主要分布在西准噶尔北部的萨乌尔火山弧；晚石炭-中二叠世侵入岩遍布整个西准噶尔地区，且不受构造边界的限制。所有岩浆岩均显示出较高的锆石Hf同位素值和全岩Nd同位素值，但锆石O同位素值则存在显著变化。根据锆石δ18O值，侵入岩可以分为两类：高δ18O（大于6.5‰）和地幔类似的δ18O值（约5.5‰）（图2）。

图2. 西准噶尔洋岛弧古生代侵入岩锆石U-Pb年龄与Hf-O同位素数据相关图。

二是理清了西准噶尔古生代侵入岩δ18O特征及其时空差异。通过对西准噶尔古生代侵入岩进行锆石O同位素填图显示，高δ18O值的侵入岩主要分布在西准噶尔南部，而地幔类似δ18O值的侵入岩则主要分布于西准噶尔北部，表明它们源于不同的岩浆源区并经历了不同的形成过程（图3）。高δ18O的侵入岩形成过程涉及表壳岩与新生玄武质下地壳的参与，而地幔类似的δ18O值的侵入岩则记录了多样的岩浆源区和过程，如交代亏损地幔的部分熔融、亏损地幔与新生地壳的混合、新生洋内弧地壳或镁铁质下地壳的部分熔融等。

图3. (a) 锆石O同位素等值线图，显示西准噶尔洋岛弧古生代侵入岩的锆石δ18O ​值的时空变化；

(b) Hf同位素等值线图，显示西准噶尔洋岛弧古生代侵入岩的TDM2 的时空变化。

三是查明了西准噶尔地区三次显著地壳生长事件。锆石Hf同位素与Hf模式年龄研究结果表明，西准噶尔地区在约656-684 Ma、524-536 Ma和441-471 Ma期间经历了三次显著的地壳生长事件（图3和4）。这些事件与亏损地幔周期性重熔有关，表明西准噶尔在早古生代经历了显著的地壳生长。尽管上述事件中形成的新生物质在地壳中存留长达260 Ma，并在此期间被反复熔融，但其仍保留了与地幔类似的初始氧同位素组成。

图4. 西准噶尔洋岛弧岩浆锆石年龄直方图，与锆石δ18O值 < 6.5%的Hf模式年龄分布对比。

四是揭示了西准噶尔地区岩浆活动峰期与地壳生长期不同步，提出了洋中脊俯冲作用是洋内弧地壳成分转变的重要机制。西准噶尔地区地壳生长主要发生在早古生代，而大面积的岩浆活动期主要发生在晚志留-早泥盆世和晚石炭-早二叠世，显示两者并不同步。这两期显著的岩浆活动可能记录了洋脊俯冲事件（图5）。在这些时期，高温伸展的背景促进了镁铁质下地壳、洋壳与表壳岩等广泛熔融，推动了从洋内弧地壳从玄武质向长英质大陆地壳成分的转变。

图5. 西准噶尔古生代多岛弧俯冲–增生系统的构造演化图。

本项研究通过对中亚造山带西准噶尔洋内弧古生代侵入岩系统的Hf-O同位素填图，识别出洋内弧背景下花岗岩质岩石的岩浆源区及其与年轻表壳岩的物质循环的关系，为重建洋内弧地壳从玄武质向长英质的成熟转变过程提供了新见解，也为探讨大陆地壳生长与演化提供了新视角。

该研究成果获得国家自然科学基金项目（41830216）、国家重点研发计划项目课题（2019YFA0708601）和国际地学计划IGCP664联合资助，近期发表在国际权威的地学期刊Earth- Science Reviews上。