东天山大南湖岛弧晚古生代火山岩的成因机制及动力学意义

As the primary tectonic units in accretionary orogenic belts, island arcs that generated by subduction of one oceanic plate beneath another, record the subduction processes of convergent plates and thus play an important role in reconstruction of ancient accretionary orogens. The Dananhu arc, located on the Eastern Tianshan, has been considered to be a major site for crustal growth and mineralization in the Central Asian Orogenic Belt, however, the evolutionary process of this arc is not well constrained. The Dananhu arc is characterized by the occurrence of voluminous Paleozoic volcanic rocks, whose source nature and petrogenesis are crucial in deciphering the tectonic evolution of the Dananhu arc during the Paleozoic as well as geodynamic background for metallogenesis in this area. This project focuses on the Dananhu volcanic rocks in the Eastern Tianshan, with a comprehensive study including geological investigation, petrographic, geochemical and Sr-Nd-O-B isotopes. By parsing these geochemical data and synthesizing the existing geological data, this project aims to: (1) understand their source nature and petrogenesis; and (2) constrain the geodynamic process of the Dananhu arc as well as implications for metallogenesis in this area.

岛弧是大洋板块向另一大洋板块下俯冲的产物，它是增生型造山带最为主要的构造单位并且记录了汇聚板块的俯冲过程，因而对恢复增生造山历史发挥着关键的作用。位于东天山地区的大南湖岛弧,是中亚造山带内地壳生长和成矿作用较为显著的地区，然而其演化过程没有被很好的限制。大南湖岛弧出露大量的古生代火山岩，了解其源区性质和成因机制对揭示大南湖岛弧的形成与演化以及成矿动力学机制有着重要意义。本项研究拟对东天山大南湖岛弧的火山岩开展系统的野外地质调查、年代学、岩相学、元素地球化学以及Sr-Nd-O-B同位素地球化学研究。通过深入剖析这些岩石地球化学数据以及整合现有的地质资料，查明其源区性质和岩石成因，进而限制大南湖岛弧的演化过程并为该地区的金属成矿提供制约。

增生造山带形成于汇聚板块边缘，由一系列的增生杂岩、岛弧、蛇绿岩、大洋高原以及微陆块拼贴而成。由于增生地体的多样性以及增生造山的复杂性，给恢复古老增生造山过程带来了困难，如岛弧俯冲极性的确定、弧盆格局的恢复、俯冲区物质的循环、大洋盆地的关闭以及俯冲洋壳的命运。基于以上这些问题，我们对东天山大南湖岛弧中基性火山岩以及北山和阿勒泰山的中基性岩石进行了研究。研究发现，大南湖岛弧古生代火山岩由北向南变年轻，我们推测大南湖岛弧是北天山洋长期北向俯冲的产物。另外，统计发现东天山地区基性岩的Ce/Y比值以及长英质岩浆的Ho/Yb比值具有一定的时空变化规律。早石炭世Ce/Y和Ho/Yb比值逐渐降低，反映了地壳逐渐减薄，很可能是由板片回撤引起，并导致了大南湖-哈尔里克岛弧的裂解以及博格达弧后盆地的形成。通过对大南湖岛弧志留纪安山岩进行Mo-B同位素研究，发现其地幔源区含有俯冲的碳酸岩，提出了俯冲流体可以将板片碳酸岩带到上覆岩石圈。统计发现，东天山地区基性岩的Nb/La比值在305-302 Ma时突然升高为0.67–1.41（以红山口辉绿岩为例），表明有富集软流圈地幔的贡献。因此，我们提出北天山洋此时开始关闭，板片断离导致了软流圈地幔的上涌。另外，我们对北山地区的中性岩墙进行了B同位素研究，发现高度俯冲下地幔源区通常被高度脱水板片释放的流体（即轻的δ11B）所交代。我们还对阿勒泰山的新生代玄武岩进行了Mo-B同位素研究，发现其地幔源区涉及不同蚀变程度的循环洋壳。以上研究结果为我们精细增生造山过程提供了新的启示。