新疆博格达造山带晚古生代火山岩和碰撞后侵入岩的岩石学和Os-Nd-Hf同位素地球化学研究

The Bogda orogenic belt in the eastern segment of the Tianshan Mountain Range, NW China, is a key geological unit to understand the Late Paleozoic tectonic-magmatic evolution of the Eastern Tianshan. However, it is hotly debated whether the Bogda orogenic belt was constructed by continental rift system or island arc system of Carboniferous. Disputes over basement nature (Precambrian rocks or juvenile series), petrogenesis of felsic magmas (rhyolite and granite) with positive eNd values, crust-mantle interaction and other related issues have not yet been resolved due to insufficient evidence. The principal objectives of this research program are to: (1) evaluate the extent of crustal assimilation involved in Carboniferous to Early Permian basaltic lavas based on Re-Os isotopic study and reanalyze the tectonic affinity of the Bogda orogenic belt; (2) ascertain whether the basement is dominated by Precambrian or young rocks through detrital zircon U-Pb and Hf isotopic data of the Early Paleozoic terranes; (3) investigate the cause of high eNd values for rhyolite and granite, petrogenetic links between felsic (rhyolite and granite) and mafic rocks (basalt and gabbro) according to petrological characteristics, elemental modeling calculations and covariation analysis, and track the significant role of crust-mantle interaction had played in the formation of post-collisional plutons of the Bogda orogenic belt, which will throw new light on the Phanerozoic crustal growth of the Central Asia Orogenic Belt.

博格达造山带是揭示天山东段晚古生代构造-岩浆演化的重要窗口。然而，目前该造山带的构造属性(岛弧/裂谷)仍存在较大分歧，基底性质、酸性岩浆岩高eNd成因及壳幔相互作用等问题尚不明确，特别是缺少关键证据的检验。本项目在已有研究基础上，拟通过：(1)对造山带石炭纪-早二叠世玄武岩的Re-Os同位素研究，鉴别幔源玄武质岩浆在上升过程中是否以及在多大程度上受到地壳物质混染，分析博格达双峰式火山岩的成因及其构造属性；(2)对早古生代地体中碎屑锆石的U-Pb和Hf同位素研究，检验基底的组成(前寒武陆壳/年轻地体)；(3)采用岩石学、微量元素模拟计算、多元素相关性研究，结合继承锆石年龄和Nd-Hf同位素示踪，查明酸性岩浆(流纹岩和花岗岩)高eNd值的原因及其与同期基性岩浆(玄武岩和辉长岩)的成因关系，并揭示壳幔相互作用在碰撞后侵入岩形成过程中的作用，为深入认识中亚造山带显生宙地壳生长机制提供新的视角。

项目围绕新疆博格达造山带石炭纪-早二叠世火山岩和侵入岩的（1）岩石组合及其成因；（2）构造属性（岛弧/裂谷/其他）；（3）高εNd流纹岩与玄武岩的成因关系；（4）基底构成（年轻基底/古老前寒武系基底）等关键科学问题开展工作。通过系统的矿物学、岩石学、锆石U-Pb年代学、地球化学和Sr-Nd-Hf等同位素研究，对上述遗留科学问题有了新的认识。主要成果包括：1. 查明博格达地区石炭纪火山岩以双峰式组合为主（流纹岩和玄武岩），在局部剖面安山岩也占有重要比例（如哈萨坟沟、下捞坝和天池地区）。通过新的锆石U-Pb定年，厘定了火山岩主要喷发于晚石炭世（322~302 Ma），而不是前人通过Rb-Sr方法确定的早石炭世（342~340 Ma）。2. 查明了博格达造山带中石炭纪火山岩的成因及其构造背景。认为玄武岩起源于被交代不久的岩石圈地幔，安山岩和流纹岩来自年轻岛弧基底的部分熔融。该期火山岩形成于古亚洲洋闭合后的后碰撞伸展环境，不是前人认为的岛弧环境。3. 识别出新疆博格达-哈尔里克地区三期侵入岩：晚奥陶世（451~447 Ma）、晚石炭世（321~302 Ma）和早二叠世（287 Ma），分别对应于岛弧、后碰撞和陆内环境。其中在俯冲阶段，来自幔源的镁铁质岩浆一部分与壳源长英质熔体发生混合形成各类岩浆，另一部分则是经历分离结晶后直接添加到地壳中。因此，壳幔岩浆混合作用和幔源物质的直接加入是陆壳增生的两种主要方式。4. 揭示了研究区的基底性质及大地动力学演化过程。通过同位素模拟，揭示研究区不存在古老（前寒武系）地壳，而是以古生代以来的年轻岛弧或残余洋壳为主。将博格达-哈尔里克构造带及邻区的地质演化过程分成三个阶段：（1）奥陶纪-早石炭世末的岛弧俯冲阶段，（2）晚石炭世碰撞后伸展阶段（3）早二叠世陆内裂解阶段。项目研究成果对刻画博格达-哈尔里克构造带古生代以来的构造演化及岩浆作用过程具有新的启示。