胚胎期的原始特提斯洋:来自中国西北部阿尔金山带早埃迪卡拉纪库亚克蛇绿岩混杂体的证据

时间:2026年2月6日
来源:Precambrian Research

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中国西部阿尔泰地区早泥盆世库亚克蛇绿岩混杂体研究表明,其由蛇纹石化橄榄岩、层状岩体、玄武岩和千枚岩组成,锆石U-Pb测年显示年龄约625 Ma,为已知最古老的原特提斯洋岩石圈。岩石地球化学特征显示源自 depleted asthenosphere,经历部分熔融和地壳混染,支持罗迪尼亚裂解与原特提斯洋形成的关系。

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王宏然|张传林|马华东|景艳|Sargazi Masumeh|宋志豪
中国河海大学海洋学院,中国南京西康路1号,210093

摘要

中国特提斯构造域的北部地区,包括西昆仑、阿尔金、祁连和北秦岭区域,保留了晚前寒武纪至早古生代构造过程的重要记录,这些过程与罗迪尼亚大陆的解体及原始特提斯洋的早期演化有关。然而,原始特提斯洋何时、何地以及为何形成仍不清楚。在这项研究中,我们在阿尔金塔格山脉的南部边缘发现了一个早埃迪卡拉纪的蛇绿岩混杂体(即Kuyake蛇绿岩),为原始特提斯洋的早期演化提供了关键证据。Kuyake蛇绿岩混杂体由蛇纹石化残余地幔橄榄岩、堆积岩、玄武岩和硅质岩组成。对辉长岩进行的锆石U-Pb测年结果显示其结晶年龄分别为6.28±4 Ma和6.22±5 Ma,这是迄今为止测得的最古老的特提斯洋岩石圈。这些堆积岩具有平坦的稀土元素分布特征,并具有正常型洋中脊玄武岩(N-MORB)的不相容微量元素特性。玄武岩可分为两组:第一组具有典型的N-MORB地球化学特征,而第二组则具有富集型的稀土和不相容元素组成。主要元素和微量元素以及全岩Nd(εNd[t] = 0.4–6.7)和锆石Hf(εHf[t] = –8.5至+6.1)同位素组成表明,这些岩石主要来源于贫化的软流圈地幔,但经历了不同程度的地壳混合作用和分异结晶作用。这一结果也与硅质岩的地球化学特征一致。基于岩石组合、地球化学特征和区域地质情况,我们认为早埃迪卡拉纪的Kuyake蛇绿岩混杂体代表了东亚地区原始特提斯洋形成初期的胚胎期洋壳。

引言

巨大的特提斯造山带在古生代早期随着冈瓦纳大陆的解体而开始演化,并持续到新生代印度与欧亚大陆的最终碰撞(Wu等人,2020年;Zhao等人,2018年)。其演化过程大致可分为三个主要阶段(即原始特提斯阶段、古特提斯阶段和新特提斯阶段)(Wu等人,2020年)。然而,与古特提斯和新特提斯不同,东亚地区原始特提斯洋的形成和闭合过程及其在冈瓦纳大陆聚合中的作用仍不明确(Dong等人,2021年;Wu等人,2020年;Zhao等人,2018年)。
由于地幔上涌和岩石圈拉伸作用,罗迪尼亚大陆开始解体,这可能与大规模地幔柱活动和/或环罗迪尼亚俯冲作用有关(Li等人,2023年;Zheng和Li,2025年)。这一过程形成了复杂的裂谷系统,逐渐演化成初步的海洋域(Preiss,2000年;Thomson等人,2015年)。在欧洲,罗迪尼亚大陆的解体导致劳伦西亚-波罗的海-西伯利亚地块从冈瓦纳大陆分离。大约在6亿年前,劳伦西亚与波罗的海之间的裂谷作用形成了伊阿佩图斯洋,该洋在大约5亿年前达到最大范围。随后,阿瓦隆尼亚从冈瓦纳大陆西部分离并向北移动,引发了雷克洋的开放以及伊阿佩图斯洋构造活动的减弱。大约在4.5亿年前,阿瓦隆尼亚与波罗的海碰撞,随后联合的阿瓦隆尼亚-波罗的海地块与劳伦西亚碰撞,最终在4.35亿年前形成了加里东-阿巴拉契亚造山带。
在东亚地区,晚前寒武纪的造山事件通过寒武纪-奥陶纪的蛇绿岩和大量弧状火成岩、晚奥陶纪-早志留纪的变质作用以及泥盆纪的磨拉石沉积岩得到了明确指示,这些岩层不整合地覆盖了西昆仑、阿尔金、祁连和北秦岭地区的前寒武纪变质岩和褶皱岩。这一造山事件与欧洲的加里东造山运动大致同时发生。早期的研究中,这条长约3500公里的造山带也被称为加里东造山带(McKerrow等人,2000年;Wu等人,2020年;Zhao等人,2018年)。然而,与阿巴拉契亚造山运动不同,东亚地区原始特提斯洋的初始开放时间和性质研究较少。关于原始特提斯洋演化的另一个问题是,东亚地区的大陆(即塔里木、华北、中南半岛以及特提斯造山带中的其他微大陆块)是否曾经与东冈瓦纳大陆聚合(Zhang等人,2018年;Zhang等人,2021年;Zhao等人,2018年)。一些研究提出,在原始特提斯洋闭合期间,这些小型大陆块可能对接到了东冈瓦纳大陆的北部边缘(Cawood等人,2018年;Yu等人,2021年;Zhao等人,2018年)。相反,也有研究认为原始特提斯洋的闭合与冈瓦纳大陆的聚合是分离的,因为东亚地区没有记录到泛非洲造山事件。这次闭合具体发生在塔里木-华北地块与其他微大陆块(如天水海、羌塘、祁连和北秦岭)之间。此外,还有研究认为,在这一时期,塔里木-华北和华南地块与其他东亚微大陆块被原始特提斯洋所分隔(Lu等人,2008年;Yang等人,2004年;Zhao等人,2024年)。
蛇绿岩是古老洋壳的残余物以及上地幔部分熔融的产物,主要表现为在俯冲-碰撞事件中沉积到大陆边缘或岛弧上的碎片序列。它们是由橄榄岩、辉长岩、基性岩床或岩脉、枕状熔岩和远洋硅质岩组成的构造混杂体(Dilek和Furnes,2011年;Dilek和Furnes,2014年)。这些岩体保存了古代板块边界、海洋演化和涉及海洋岩石圈的构造岩浆作用的关键证据,为造山事件和海洋-大陆转化提供了重要见解(Dilek和Furnes,2011年;Pearce,2014年)。
在本文中,我们记录了中国阿尔金塔格断层(ATF)沿线新发现的早埃迪卡拉纪蛇绿岩的野外特征、岩石学特征、年龄和地球化学性质。这些结果有助于我们更好地理解东亚地区原始特提斯洋的演化过程以及从罗迪尼亚大陆解体到原始特提斯洋初步形成的过渡。

地质背景

中国西部的西南昆仑地块(SWT)、阿尔金塔格(或阿尔金塔格造山带)、祁连造山带和北东昆仑造山带构成了中国的原始特提斯造山带(图1)。右旋走滑的ATF断层可能使阿尔金塔格从SWT地块位移了约400公里(Cowgill,2010年;Yin等人,2002年)。在阿尔金塔格和SWT地区都发现了寒武纪至早奥陶纪的蛇绿岩混杂体(图1)。

Kuyake蛇绿岩混杂体的野外特征和岩石组合

Kuyake蛇绿岩混杂体位于ATF断层与西昆仑断层的构造交汇处(图1,图2a),呈NE-SW走向,长度约为30公里,宽度为1-5公里。它主要由蛇纹石化橄榄岩、堆积岩、玄武岩和硅质岩组成(图2b)。蛇纹石化橄榄岩是该岩类的主要成分。次生的辉长岩侵入体嵌入蛇纹岩中或以构造片的形式出现。片状玄武岩主要表现为构造岩

分析方法和结果

对代表性的蛇纹石化橄榄岩、辉长岩、玄武岩和硅质岩进行了矿物成分、全岩主要和微量元素分析、锆石U-Pb测年、锆石原位Hf同位素分析以及全岩Sr-Nd同位素分析。分析方法和相关参考资料见补充附录1。这些样品和标准材料的分析结果列在补充数据表S1-S5中。

蚀变效应

鉴于主要元素和大多数轻量元素(LILEs)对蚀变的敏感性,在进行岩石成因分析之前评估元素的迁移性非常重要。蚀变程度通常通过主要元素或微量元素与LOI值或Zr含量的相关性来评估。辉长岩中的TiO2、Al2O3、MgO、FeOT、Cr、Ni、REE和高场强度元素含量与Zr含量有明显的相关性(补充图3),但与LOI值无相关性(图表未显示)。

结论

(1)早埃迪卡拉纪的Kuyake蛇绿岩混杂体(约6.25亿年前)暴露在阿尔金塔格山脉的南部边缘,由蛇纹石化地幔橄榄岩、辉长岩、玄武岩和硅质岩组成。
(2)岩石组合、岩石学特征和地球化学性质表明,Kuyake蛇绿岩混杂体代表了胚胎期的洋壳。
在罗迪尼亚大陆解体过程中,哈萨克斯坦、塔里木以及特提斯域内的其他几个微大陆块(包括MTT、羌塘、祁连等)

CRediT作者贡献声明

王宏然:撰写初稿、方法论研究、数据分析、数据整理。张传林:撰写修订稿、审稿与编辑、项目管理和资金申请。马华东:验证结果、监督工作、资源协调、项目管理和方法论研究。景艳:Sargazi Masumeh:撰写修订稿、审稿与编辑、概念构思。宋志豪:撰写修订稿、可视化处理、方法论研究。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

我们感谢张健先生和胡静博士在锆石U-Pb和Lu-Hf同位素分析以及全岩元素和Sr-Nd同位素分析方面提供的帮助。同时,我们也感谢两位匿名审稿人对本文提出的详细而有价值的意见,这些意见显著提升了本研究的质量。本研究得到了新疆重点研发计划(2022B03015-1)和国家重点研发计划的资助。

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