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    大陆地壳由性质各异的克拉通、造山带和增生体拼合而成,既可以长期保持稳定,也可以再活化或被强烈改造,但决定大陆趋于向“克拉通化”发展还是经历再活化过程的机制尚不清晰。中亚造山带是显生宙期间形成的大型增生型造山带,含有大量的蛇绿岩、岛弧、增生楔及地块,经历了多期次、多种类型的复杂变形,是研究造山带活化的理想研究对象。然而,科学界对中亚造山带最终拼合后多期活动的变形样式、控制因素尚不明确。

    针对上述关键科学问题,中国地质科学院地质研究所张进研究员团队选择中亚造山带中段的阿拉善地区(图1),通过大比例尺构造地质填图、古应力分析以及低温热年代学手段,厘定了中亚造山带南缘多期陆内变形的样式、运动学特征以及变形序列,提出了板块边缘汇聚产生的应力传递、俯冲带长期俯冲引起的上覆板块弱化以及陆内先存薄弱带共同控制造山带的活化,并主导了中亚造山带南缘在中生代陆内演化阶段的变形特征与运动学过程,这对认识造山带的陆内演化趋向于固化还是活化具有重要意义,具体如下:

    图片 1

     

    图1 研究区大地构造位置图和研究区地质图

    一是中亚造山带中生代期间多期次的活动受控于大陆板块边缘的远程应力。侏罗纪至白垩纪期间,阿拉善地区的雅布赖盆地经历了多期伸展与挤压活动。古应力数据显示中—晚侏罗世同沉积近南北向缩短、早白垩世同裂谷伸展以及晚白垩世挤压变形(图2)。综合同时期大陆边缘的古应力方位,侏罗纪近南北向缩短与蒙古—鄂霍茨克洋闭合及拉萨地块—欧亚大陆南缘碰撞相关,而晚白垩世北西—南东向挤压受欧亚大陆东缘的远程应力传递的影响。

    图2 阿拉善中部雅布赖–北大山地区中生代变形期次和古应力方位

    二是从构造变形角度约束了中亚造山带南缘中段在中—晚三叠世处于陆内变形阶段。目前,科学界对中亚造山带南缘发育的古亚洲洋最终闭合存在争议,分为早于二叠纪和在晚三叠世闭合两种主流观点。通过区域构造解析,研究厘定阿拉善地区碰撞阶段的变形表现为走向近东西的区域性褶皱和逆冲断裂。低温热年代学结果揭示出该地区经历240–200 Ma的冷却事件,该时期两条北东走向的区域性左行走滑断裂(狼山-巴彦乌拉山断裂和星星峡断裂),地质活动还切穿了近东西向的中亚造山带,两条断裂之间形成一个走滑挤压阶区,240-200Ma的冷却时间代表了两条断裂之间阶区的挤压隆升(图3)。因碰撞阶段的变形被后期区域性走滑断裂切割,中—晚三叠世的冷却事件和走滑挤压属于陆内阶段的变形,古亚洲洋在阿拉善地区的最终闭合早于中三叠世(约240 Ma)。   

    图3 中-晚三叠世阿拉善及周缘地区变形的动力学解释模型。

    三是揭示控制造山带固化或者再活化的主要因素。造山带在汇聚板块边缘远程应力作用下易发生再活化,这一效应在年轻的增生型造山带中尤为显著。中亚造山带中生代以来长期处于多方向、多阶段的俯冲-碰撞环境,周缘发育指向陆内的俯冲带且位于俯冲带的上盘,而沙特阿拉伯地盾长期处于稳定环境,周缘缺乏指向陆内的俯冲带且位于俯冲带的下盘。通过阿拉善地区的分析,揭示了板块周缘俯冲带的持续俯冲引起的地幔弱化、大陆地壳先存构造和源自大陆汇聚边缘远程应力的传递造成中亚造山带形成之后的多期次活动(图4)。

    图4 晚三叠世阿拉善地区陆内变形受到同期板块边缘汇聚、周缘俯冲带引起上地幔弱化和造山带内先存构造三大因素控制。

     

    地质所关于造山带活化的控制因素研究取得新进展

    9月5-13日,中国地质科学院水文地质环境地质研究所李援生副所长带领安全生产检查组赴内蒙古阿拉善地区、青海共和、山西榆林、大柳塔、山西神木、清徐等地进行野外生产安全检查。

    检查组认真听取了各野外项目组负责人关于野外工作过程中安全生产制度、保障措施、责任制落实等安全生产情况汇报;和项目人员座谈、交流,共同探讨如何更有效的保证野外工作的安全。

    检查组每到一地,对项目组出队审批手续、野外工作车辆安全、驻地及野外工作现场安全、野外工作装备(北斗)、保密措施、安全防护及救生用品携带、野外工作站报道登记等进行认真检查。对发现的问题和不足提出了整改意见,要求项目组人员认真整改。检查组还对野外工作组就安全保障系统的填报、工作站报道、北斗使用、消防知识、火场逃生、防火防盗、饮食卫生、安全防护及救生用品的正确使用方法现场进行了安全知识培训。

     

    水环所开展野外工作安全大检查

    内蒙古狼山-渣尔泰地区分布着东升庙、炭窑口、甲升盘和获各琦等一系列多金属硫化物矿床,是世界上著名的元古宙多金属硫化物成矿带。这些硫化物矿床长期以来被认为都属于华北克拉通北缘元古宙裂谷环境下的热液喷流-沉积(SEDEX)成矿系统,传统被划分为南矿带(以炭窑口、东升庙、甲升盘等矿床为代表)和北矿带(以获各琦矿床为代表)。自然资源部中国地质调查局地质研究所朱祥坤研究员课题组通过多年研究,发现这些矿床并非都是形成于元古宙裂谷环境下的SEDEX成矿系统:北矿带的获各琦矿床的形成与中三叠的构造-岩浆热事件有关,是典型的热液矿床;南矿带的三个典型矿床主体都属于元古宙SEDEX成矿系统,其中狼山地区的炭窑口和东升庙形成于同一个次级盆地, 渣尔泰地区甲升盘矿床形成于相似的构造背景,但混入了更多壳源物质。

    铅(Pb)同位素地球化学为该研究的主要手段。长期以来Pb同位素广泛地被应用于追溯成矿物质来源,是矿床学研究中一项重要的示踪技术手段。考虑到各类硫化物U/Pb和Th/Pb比值一般较低,它们的Pb同位素研究对于解决不同硫化物矿床及其不同类型矿化的成因关系具有重要的应用价值。作为矿床主体,层控/层状矿体中的块状矿石是本次调查的主要研究对象。其中位于南带的层状硫化物矿床(炭窑口、东升庙和甲升盘)总体上相对富集非放射性成因铅(206Pb/204Pb=14.9~16.5), 主体属于元古宙同生或近同生成矿系统(SEDEX矿化)的产物。而位于北带的获各琦矿床未见古老矿石铅(206Pb/204Pb<17.00)的报道,明显更富集放射性成因铅(206Pb/204Pb=17.0~18.0),与前人报道的中三叠世角闪辉长岩(~240 Ma)的普通Pb及阿拉善地区显生宙珠拉扎嘎金矿的矿石Pb同位素组成类似。这些特征指示狼山北带硫化物矿床与南带典型矿床属于不同的成矿系统,即不属于元古宙裂谷环境下的SEDEX成矿系统。

    另外,炭窑口-东升庙矿床的脉状矿石Pb同位素组成与块状矿石有明显重合,同时脉状矿石放射性铅部分又与围岩中的成岩黄铁矿的Pb同位素组成一致,表明脉状矿石是后期区域变质作用过程元古宙矿石铅和围岩中的演化铅混合的产物。同时因与矿区周边海西期钾长石的普通Pb同位素组成差别较大,也排除了岩浆叠加成因。前人报道的甲升盘矿床的脉状矿石与块状矿石Pb同位素差别较大,其中脉状矿石铅与海西期花岗岩普通Pb同位素组成一致,指示脉状矿石属后期岩浆热液叠加成因。

    该研究以Pb同位素为主要研究手段重塑了对狼山-渣尔泰成矿带区域成矿作用的基本认识,对于厘清这一世界典型元古宙铅锌成矿带不同矿床的成因关系提供了依据, 同时也对该地区区域勘察找矿具有指导意义。

    上述研究由地质所朱祥坤研究员主持展开,受国家自然科学基金项目(41803025、41873027)、地质调查项目(DD20190002)及中国博士后科学基金(2018M641433)等联合资助。相关研究成果发表在期刊《Precambrian Research》和《Journal of Asian Earth Sciences》。

    狼山-渣尔泰成矿带典型硫化物矿床铅同位素组成特征及不同亚带(南狼山、北狼山及渣尔泰)之间的铅同位素组成差异

    地质所相关研究重塑对狼山-渣尔泰硫化物成矿带区域成...

    摘要:揭示大兴安岭及邻区晚中生代地壳加厚至伸展减薄过程中花岗岩浆演变的特点,为阐述地壳伸展减薄及其成矿背景提供了新依据。秦岭花岗岩同位素填图揭示块体的性质特征及其对钼等多金属矿的制约,进一步确定阿拉善侵入岩分布与成因,初步编制六大区片及中国北方花岗岩图,初步建立中国东部晚中生代火山活动的年代格架。

    1.项目概况

    “重大岩浆事件及其成矿作用调查” 项目所属于九大计划中“关键地质问题综合调查”工程。该项目下设10个子项目,包括6个大区中心承担的六大区片岩浆调查子项目,全国花岗岩、东部火山岩、西部蛇绿岩3个项目及1个岩浆岩填图试点项目。目的是围绕重要成矿带,以岩浆岩为主要研究对象,查明重要、重大岩浆事件及其成矿关系和构造背景,为找矿突破战略行动提供依据,通过关键地区岩浆岩填图和同位素填图,探索花岗岩填图方法。

    2.成果简介

    (1)揭示大兴安岭及邻区晚中生代地壳加厚到伸展减薄下花岗质岩浆演变特点,为阐述地壳伸展减薄及其成矿背 景提供新依据。依据新测和收集的410余个锆石年龄,重新厘定该区包括蒙古晚中生代花岗岩的分布范围,将东北亚晚中生代岩浆发育范围扩展到俄罗斯远东贝加尔湖一带。同时,确定早一中侏罗世花岗岩受鄂霍茨克构造体制的影响。依据实测和收集的百个地球化学数据, 揭示侏罗纪一白垩纪花岗岩类岩浆由高钾钙碱性向高钾钙碱性一钾玄质、由I型向高分异I型、A型和Sr/Y值向低演化的演变特征(图1)。这种岩浆演变是从岩浆演变角度结合构造伸展论证加厚地壳向伸展减薄转化过程的一个成功范例(图1), 为阐明东北亚晚中生代花岗岩陆内挤压增厚到伸展减薄下的动力学背景、深入认识全球规模巨大的侏罗纪一白垩纪地壳伸展巨变和成矿大爆发的地质背景提供新的重要依据。

    (2)秦岭花岗岩同位素填图,揭示块体的性质特征及其对钼等多金属矿的制约。对东秦岭花岗岩开展Nd-Hf同位素填图,揭示出秦岭存在3个不同的Nd同位素区,与3个构造单元基本一致。华北地块南缘具有古老基底,南秦岭有较年轻的基底,北秦岭的基底比较复杂。东秦岭钼多金属矿产种类的分布受基底特征约束: 由北向南钼矿化减弱、铜矿化增加(图2)。

    (3)初步确定阿拉善侵人岩分布与成因,为确定阿拉善地块北缘的位置提供依据。进一步确定内蒙古阿拉善地区 侵人岩年代学格架,较系统地研究地球化学和锆石Hf同位素特征。锆石Hf同位素分析表明,宗乃山一沙拉扎山构造带 具有亲中亚造山带的特征。阿拉善地块与中亚造山带的界限应以查干础鲁蛇绿岩为代表,即阿拉善地块北缘在查干础 鲁以南,这对于大地构造单元重新划分和指导古老克拉通边界找矿部署提供了新的依据。

    (4)初步编制六大区片及中国北方 1:250万数字化花岗岩图,揭示了时空演化特征。与六大地调中心一同初步编 制了各自地区的侵入岩图和中国东部中生代火山岩图,并初步编制了北方花岗岩图。此次编图特点:①充分收集、应 用新的高精度锆石年龄数据,更新已有的图件;②建库编图,是带有属性驱动的数字化图,为数字化岩体的表现。该 图将为深入分析岩浆时空演变规律、阐明与成矿的时空关系提供可靠、简便的基础性图件。

    (5) 初步总结中国东部重要构造带中生代火山岩年代学格架,揭示浙一赣火山岩带东段火山活动随时间由北西向 南东迁移的趋势。长江中下游地区晚中生代火山岩盆地归为橄榄玄粗岩系列和高钾钙碱性系列2种类型。前者位于后者中心地带,对应区内晚中生代岩石圈减薄的中心地带。时间上,橄榄玄粗岩系列主要介于128~134Ma之间,高钾钙碱性系列介于140~122 Ma之间。

    (6)初步总结了中国西部典型蛇绿岩的特征。新识别和确定多个前寒武纪蛇绿岩体,为我国前寒武构造演化研究 和矿产资源勘探开发提供了新的依据。该成果不仅对反演古板块俯冲消减、壳幔相互作用、古缝合的识别、古板块重 建、古洋陆时空分布特征等具有重要的科学意义,而且通过讨论与相关矿产、 能源生因的关系为矿产资源勘探开发提供重要依据。

    3.成果意义

    (1)围绕重要成矿带,以岩浆岩特别是花岗岩为主要研究对象,通过关键地区岩浆岩填图和同位素填图,探索花岗岩填图方法,查明重要成矿带重大岩浆事件及其成矿关系与构造背景,为找矿突破提供依据。

    (2)系统收集已有资料,开展重要成矿带岩浆对比,综合研究所有成果,建库编图,展现中国重大岩浆事件时空 分布规律、岩浆性质、成矿特点及其构造背景,为认识巨型成矿带分布规律、寻找大型矿床和成矿潜力评价提供基础和理论支撑。(中国地质科学院地质研究所王涛 张磊 薛怀民 郭磊 翟庆国,中国地质科学院矿产资源研究所 王晓霞供稿)

    重大岩浆事件调查成果丰硕