马鬃山基性-超基性杂岩体的成因机制及其对地壳生长的制约

Origin and growth of the continent are the elementary issues in geoscience, and subduction zones has been considered as the most important site for crustal growth, but how the crust transformed from island arc with relatively simple rock association into continental crust with lithological diversity is still hotly debated. The Mazongshan complex consists of ultramafic and mafic rocks, which represent an exposed magma chamber in deep crust. The petrogenesis of the Mazongshan complex and its relationship with coeval, adjacent granitoid intrusions are crucial in deciphering the tectonic evolution of the Mazongshan arc in Silurian and Devonian as well as geodynamic background for magmatism and metallogenesis in the area. By revealing the magmatic processes in the magma chamber, this study will answer three questions: (1) the petrogenesis of the Mazongshan complex and its genetic link with adjacent granitic intrusions; (2) late Silurian to Early Devonian geodynamic background of the Mazongshan arc; and (3) crustal growth of the Beishan orogenic belt during accretionary orogen. To achieve these, this study will conduct a comprehensive study including petrographic, geochemical as well as petrogenesis studies using systematic Nd-Sr-O-Hf-Os isotopes, in order to trace their origin and test the current models for crustal growth.

大陆的起源和生长是地球科学研究的基本问题之一，长期以来俯冲带被认为是地壳生长的重要场所，但是大洋岛弧如何从相对单一的岩性组合演化成岩性纷繁复杂的大陆地壳，以及增生杂岩如何转变为大陆花岗岩仍是一个广泛争论的问题。本项目所要研究的马鬃山基性杂岩体和同期的花岗质岩体及周围的增生杂岩代表了一个暴露的深部岛弧岩浆房，了解其源区性质和成因机制对揭示增生造山过程中大陆地壳生长机制和志留纪至晚泥盆纪的构造背景和成矿动力学机制有重要意义。本研究拟通过对该岩浆房的研究，回答三个关键的科学问题：（1）马鬃山基性杂岩体的成因及其与同期花岗岩的成因联系；（2）北山地区在志留纪至晚泥盆纪的地球动力学背景；（3）增生造山作用过程中的地壳生长方式。为此，本研究拟对马鬃山基性杂岩体以及同时期的花岗质岩石开展系统的岩相学和包括Nd-Sr-O-Hf-Os同位素示踪在内的地球化学研究，以确认其源区特征并检验现有的地壳生长模式。

大陆生长是地球科学研究广泛关注的前沿科学问题之一，岛弧地壳如何由基性成份演变为成熟大陆地壳的中酸性组成一直是该领域研究的焦点问题。马鬃山岛弧位于中亚造山带南部，由一个奥陶纪洋内弧逐步演化为一个成熟的岛弧，是了解岩浆活动和地壳组成演变的理想区域。本项目对该岛弧上岀露的基性杂岩体和花岗质岩石进行了系统的岩石学、年代学和地球化学研究，旨在揭示公婆泉岛弧岩浆活动和地壳演化过程。项目取得以下进展：（1）精确测定了马鬃山基性杂岩体（403.8 ± 2.6 Ma）的年龄，查明了杂岩体的主要岩性构成、矿物特征和地球化学组成；指出基性杂岩体来自受到不同程度交代的富集地幔源区。（2）在马鬃山岛弧识别出三期岩浆活动，分别为中奥陶世-晚志留世（约470–423 Ma）玄武岩和I型花岗岩类、早泥盆世（约424–395 Ma）花岗岩以及晚泥盆世-早石炭世（371–349 Ma）I型花岗岩。其中，第1期岩浆活动与俯冲有关；第2期岩浆活动以S型和A型花岗岩为特征，反映了公婆泉与花牛山岛弧之间的红柳河-洗肠井洋盆关闭有关的弧-弧碰撞及其伴生的大规模地壳重熔作用，该过程使地壳组成由早期的中基性组成转为花岗质为主；第3期岩浆活动为小黄山弧后洋盆南向俯冲的结果。（3）结合对阿尔泰和中天山的研究，我们提出块体之间的拼贴作用可以促进岛弧地壳分异，有利于大陆地壳的成熟化过程。.此外，我们对北山古堡泉地区的榴辉岩进行了系统的年代学和地球化学研究， 恢复了其原岩和P-T-t-D轨迹。结果显示，榴辉岩原岩形成于889.0 ± 4.8 Ma，具有显著的板内岩浆组成特征，变质峰期介于460~450 Ma之间，为奥陶纪大陆地壳俯冲过程的产物。同时，我们还对比了东天山正常岛弧安山岩与板片成因埃达克岩的Mo-B同位素组成，揭示了在板片脱水过程中重的98Mo和11B同位素更倾向进入流体相中，而脱水后的大洋地壳则具有轻的98Mo 和11B特征，证实在大洋俯冲板片脱水过程中大部分碳酸岩能够随流体进入上覆地幔楔，较好地解释了正常岛弧岩浆与板片来源埃达克质岩石在Mo-B同位素组成上的差异。