摘要
中亚造山带是全球范围内增生最强烈的造山带之一,显生宙期间经历了俯冲、碰撞、造山带垮塌等一系列演化过程。而古生代期间的演化尤其重要,如古亚洲洋何时俯冲、俯冲极性以及何时闭合这些关键性问题的争议较大。为了解决这些争议问题,本文以华北板块北缘中段集宁-苏尼特右旗地区的岩浆岩和沉积地层为研究对象,通过野外地质调查,同位素年代学和地球化学等一系列方法,确定了这一区域不同期次岩浆岩和不同时代沉积地层的构造背景。并通过总结前人的成果及资料,重塑华北板块北缘中段古生代的构造演化历史,再现华北板块北缘陆壳的增生过程。本文取得的主要认识如下:1.厘清了早古生代SSZ型蛇绿岩和埃达克岩的成因及构造背景区内的变质辉长岩和石英闪长岩可能代表区内最早的岩浆作用。变质辉长岩年龄约为490 Ma,有着不同于典型MORB和OIB型玄武岩的地球化学特征,可能来自于俯冲地幔楔的部分熔融;石英闪长岩的侵位年龄为488.4±2.3 Ma,具有典型的斜长花岗岩特征,来自俯冲洋壳中高温剪切带岩石的部分熔融。两者同为SSZ型蛇绿岩的一部分,是早古生代古亚洲洋俯冲开始的标志事件。晚奥陶世奥长花岗岩的年龄为448.1±2.1 Ma,为典型的埃达克岩。区内大规模的岩浆活动一直持续到志留纪末,指示了古亚洲洋向南持续俯冲的过程。2.确定了早古生代沉积地层的形成时代和沉积环境早古生代沉积地层主要包括奥陶系的阿牙登组,志留系的徐尼乌苏组和西别河组。阿牙登组以飞来峰的形式出露在研究区南部,根据碎屑锆石数据判断其沉积下限为490 Ma,岩性岩相显示出阿牙登组形成于一个相对稳定的沉积环境。徐尼乌苏组和西别河组的沉积下限分别为440 Ma和417 Ma,分别形成于弧陆碰撞前后。阿牙登组中有不同于华北板块的古老碎屑锆石组成(700~1250 Ma),表明其沉积地点远离华北板块,而徐尼乌苏组和西别河组中代表华北板块的古老物源物质逐渐增多。从阿牙登组到徐尼乌苏组和西别河组的变化,反映了白乃庙弧与华北板块不断靠近,在早古生代末最终拼合的过程。3.确定了本巴图组、三面井组和拴马桩组的形成时代和沉积环境本巴图组为一套滨浅海相碎屑岩,碎屑锆石显示其沉积下限为296 Ma,具有海进的岩相特征,形成于局部伸展的弧后盆地。三面井组为一套滨浅海相的火山沉积地层,碎屑锆石显示其沉积下限为272 Ma,形成于盆地收缩、环境动荡的沉积环境。拴马桩组为一套陆相碎屑岩,碎屑锆石显示其沉积下限为270 Ma。从本巴图组,到三面井组和拴马桩组,沉积环境由海相变为陆相,由局部伸展变为挤压,反映出了晚古生代古亚洲洋俯冲到闭合的过程。4.重新厘定了二叠纪火山岩本文将区内大部分前人填图为中生代的火山岩重新厘定为二叠纪的额里图组火山岩。火山岩从偏基性的玄武安山岩到流纹岩均有出露,是一套连续的陆缘弧火山岩,而非双峰式火山岩。获得的火山岩年龄在278~260 Ma之间。基性的火山岩年龄明显较老,酸性的年轻,两者之间可能存在着喷发间断。260 Ma以前,火山岩均具有陆缘弧岩浆岩的属性;在260 Ma以后,开始出现板内花岗岩属性,并且有A型花岗岩的特征。区内以徐尼乌苏断裂为界,两侧火山岩的ε_(Hf)(t)值有明显的不同。越向南,ε_(Hf)(t)值越小,代表着华北板块古老地壳物质的参与增多,反映出古亚洲洋向南俯冲和陆壳增生的过程。5.重新探讨了白乃庙岛弧性质白乃庙弧岩带上的火山岩和沉积地层中,频繁出现了华北板块缺失的700~1250 Ma阶段的锆石。除此之外,产于白乃庙岛弧上的岩浆岩有着与华北板块截然的不同的同位素特征,这些都显示出白乃庙岛弧有着自己独特的基底组成。其锆石和古生物的相似性显示,白乃庙弧可能是来源其它板块的外来地体,在约500 Ma之后逐步加入到中亚造山带的构造体系之中。6.完善了古生代二阶段构造演化模式结合区内的岩浆岩及沉积地层资料,本文完善了华北板块北缘的二阶段演化模式。第一阶段为晚寒武世至晚志留世,这一阶段为古亚洲洋向南开始俯冲,以白乃庙弧与华北板块碰撞结束。第二阶段为泥盆纪至早三叠世,泥盆纪为碰撞后伸展阶段;石炭纪俯冲再次启动;晚二叠至早三叠世,古亚洲洋由西向东剪刀式闭合,主洋盆消失。