Tectonic switching during Carboniferous-Early Triassic within the southern Alxa
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摘要:
阿拉善地区位于中亚造山带南缘中段，该地区出露大量古生代的蛇绿混杂岩、增生杂岩和岩浆岩，记录了古亚洲洋闭合过程对大陆地壳的改造。本文系统总结了阿拉善南部地区蛇绿混杂岩及石炭纪—早三叠世岩浆岩的研究进展，收集整理了该地区岩浆岩的年代学、全岩地球化学和同位素数据。结果发现，阿拉善南部地区分布有早二叠世俯冲相关蛇绿混杂岩，中、晚二叠世高镁安山岩和埃达克岩，表明该地区的古大洋在晚二叠世尚未闭合。阿拉善南部地区岩浆岩的时空分布反映出该地区岩浆岩带向北西方向迁移的特征，揭示了阿拉善地块晚古生代向北增生的过程。阿拉善南部地区从早石炭世的前进型俯冲带转换为晚石炭世—二叠纪的后撤型俯冲带。
Abstract:Numerous Paleozoic ophiolitic mélange, accretionary complex and plutons are exposed in the Alxa region, located in the central segment of the Central Asian Orogenic Belt, which may record the reworking process of continental crust during the closure of the Paleo−Asian Ocean. In this study, we collected and compiled new published data of zircon U−Pb age, whole−rock major and trace element and zircon Hf isotope for ophiolitic mélange and plutons in the southern Alxa. Based on these new data, we propose that Permian SSZ−type ophiolitic mélange and Middle−Late Permian high−Mg diorites and adakites support the hypothesis that a Permian oceanic slab subduction in the southern Alxa. The zircon U−Pb ages of Carboniferous−Permian magmatism show a younging trend toward the northwest in the southern Alxa region, indicating a northward accretion of the Alxa Block. Temporal−spatial variations of zircon Hf isotope for plutons suggest tectonic switching from advancing to retreating subduction during Carboniferous–Early Triassic within the southern Alxa.
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Keywords:
- Alxa /
- Central Asian Orogenic Belt /
- ophiolitic mélange /
- retreating subduction
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大陆地壳生长一直是固体地球科学领域经久不衰的研究主题，增生型造山作用作为一种特殊的造山类型，以显著的大陆地壳侧向增生和垂向增生过程为主要特征，对大陆地壳的生长具有重要贡献（Sengör et al., 1991; Jahn et al., 2000），一直以来吸引众多地质学家开展相应的研究工作。在增生型造山过程中，广泛发育岩浆岩带向洋迁移，并伴随新生地壳和外来微陆块在板块边缘的拼贴过程，使陆壳发生显著的侧向生长（Moresi et al., 2014）。例如，位于澳大利亚东南部的塔斯马尼亚造山系统，是发育在元古宙克拉通基底上的增生型造山带。在塔斯马尼亚造山系统中发育有持续近200 Ma的岩浆活动，并表现出从大陆基底不断向大洋方向迁移的特征，形成了不同时代的造山带（Collins, 2002; Spencer et al., 2017; Collins et al., 2020）。该向洋迁移的造山过程形成了澳大利亚大陆近1/3的面积（Spencer et al., 2017）。
中亚造山带由一系列增生杂岩、岛弧/陆缘弧、蛇绿岩混杂岩、前寒武纪微陆块、及被动大陆边缘沉积物不断拼贴聚合而成，记录了古亚洲洋长达数亿年的演化历史，反映出极复杂的大陆地壳增生过程（Sengör et al., 1991; Jahn et al., 2000;Windley et al., 2007; Xiao et al., 2015, 2018）。在中亚造山带中，普遍出现岩浆岩带向大洋一侧迁移的现象，在迁移过程中伴随增生杂岩的大量生长（Sengör et al., 1991, 1996）。具体表现为，岩浆岩带通常以不连续跳跃的方式向大洋一侧迁移，在强烈变形的增生基底中形成大范围的弧岩浆岩，并且在迁移的岩浆岩带之间形成大量的增生杂岩（Sengör et al., 1996）。
已有研究发现，在古亚洲洋闭合过程中，西伯利亚克拉通边缘发生了明显的向南（现今方位）的大陆地壳增生，表现为围绕西伯利亚克拉通，增生杂岩不断向洋迁移（图1；Sengör et al., 1991, 1996）。位于古亚洲洋南侧的大陆（如阿拉善地块等）北缘（现今方位），在古亚洲洋闭合过程中是否发生了类似的向洋增生，目前尚不清楚。此外，关于大陆增生的时限问题也存在争议。以阿拉善南部地区为例，其在二叠纪处于何种构造环境这一科学问题，不同学者提出了不同的认识。一种观点认为，阿拉善南部地区在二叠纪处于大洋俯冲环境（Feng et al., 2013; Lin et al., 2014; Zheng et al., 2014, 2019b, 2022）；也有观点认为，在二叠纪，阿拉善南部地区的古大洋已经闭合，整体进入后碰撞的环境（Zhang et al., 2013b）；还有学者认为，阿拉善南部地区受到塔里木地幔柱的影响，大陆地壳处于伸展环境，形成大量的二叠纪岩浆岩（Dan et al., 2014a）；还有一种观点认为，阿拉善南部地区在二叠纪从俯冲环境转换为后碰撞环境，该构造转换造成了该时期岩浆岩同位素的显著改变（Shi et al., 2014; Liu et al., 2017）。近年来，在中亚造山带中段的阿拉善地区发现了岩浆岩带向洋迁移的地质记录，本文系统总结了阿拉善地区石炭纪—二叠纪蛇绿混杂岩、侵入岩，以及火山-沉积组合等方面的研究进展，根据已发表的数据，限定了阿拉善地区古亚洲洋闭合的时限，恢复了该地区石炭纪—二叠纪岩浆岩带的向洋迁移过程，建立了阿拉善地区石炭纪—二叠纪的构造体制转换过程。
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Figure 1. Tectonic map of the main components of the Central Asian Orogenic Belt1. 区域地质背景
阿拉善地块位于中亚造山带的南侧（图1），受古亚洲洋闭合过程影响，阿拉善地块北缘地区（以下简称为阿拉善地区）发育大量古生代的增生杂岩、蛇绿混杂岩、岩浆岩等。阿拉善地区自北而南分布3条北东东向延伸的断裂带（图2）：雅干断裂带、恩格尔乌苏断裂带和巴丹吉林断裂带，在恩格尔乌苏和巴丹吉林断裂带中，分别出露恩格尔乌苏和查干础鲁蛇绿岩带。根据断裂带相邻地区的地质特征，以3条断裂带为界，阿拉善地块北缘地区可分为4个次级构造单元（自北向南）：雅干构造带、珠斯楞-杭乌拉构造带、宗乃山-沙拉扎山构造带和诺尔公-狼山构造带（吴泰然等, 1993）。本文重点对阿拉善南部的宗乃山-沙拉扎山构造带和诺尔公-狼山构造带（以下简称为阿拉善南部地区）进行研究。
宗乃山-沙拉扎山构造带位于恩格尔乌苏断裂带和巴丹吉林断裂带之间，向南西方向延伸至北大山北部地区（图2），该构造带内脆性、韧性断裂发育，断裂规模巨大，岩浆岩发育。该构造带内的前寒武纪岩石主要出露于宗乃山西段，岩性包括黑云二长片麻岩、黑云斜长片麻岩、角闪黑云斜长条带状混合岩、眼球状混合岩夹大理岩，以及少量黑云斜长变粒岩、二长浅粒岩、斜长角闪岩等，呈残留体形态产出，大多经历了绿片岩相—角闪岩相的中高级变质作用（王廷印等，1994；史兴俊等，2016）。该地区正片麻的锆石U−Pb年龄数据表明其形成于中元古代（1.4~1.5 Ga；史兴俊等，2016）。
宗乃山-沙拉扎山构造带内广泛发育阿木山组，根据岩性特征，该构造带的阿木山组可分为3个岩段，下部为以浅海相中酸性火山碎屑岩、长石砂岩、板岩为代表的火山岩-碎屑岩组合；中部以碳酸盐岩为主，出露范围较大，富含丰富的化石；上部则为以砾岩及长石石英砂岩为代表的浅海相—滨海相碎屑岩。阿木山组下部火山-碎屑岩段中的凝灰熔岩锆石U−Pb年龄为315 Ma（郑荣国等，2017），该岩段内开始大量出现Triticites化石，并伴生有珊瑚、腕足类等化石。因此，锆石U−Pb年代学和古生物化石证据表明，阿木山组的火山-碎屑岩岩段形成于晚石炭世。阿木山组中部的碳酸盐岩段以厚层的灰岩、白云质灰岩和大理岩为主，夹有钙质砂岩；阿木山组上部的碎屑岩段以板岩、千层岩、钙质砂岩和砾岩为主（王廷印等，1994；Chen et al., 2020）。这2个岩段都产出大量Pseudoschwagerina带化石的重要分子Pseudoschwagerina，Quasifusuina，Rugosofusulina等。另外，阿木山组碎屑岩岩段中砂岩的碎屑锆石年代学谱图中出现了279 Ma的最小峰值年龄（Chen et al., 2020），因此，阿木山组的灰岩和碎屑岩岩段在时代上应为早二叠世。侵入至阿木山组的岩体年龄介于266~251 Ma之间，表明阿木山组应在266 Ma之前完成沉积（郑荣国等，2017）。因此，宗乃山-沙拉扎山构造带内的阿木山组时代应为晚石炭世—早二叠世。
宗乃山-沙拉扎山构造带内出露大量岩浆岩，整体构成一条近东西走向的岩浆岩带，侵入岩的岩石类型包括花岗岩、花岗闪长岩、石英闪长岩、闪长岩、辉长岩等。大部分岩体侵入至阿木山组。已有锆石年龄数据表明，宗乃山-沙拉扎山构造带中侵入体的时代集中在270~240 Ma之间，还有少量岩体形成于晚石炭世—早二叠世（Zheng et al., 2019b）。该构造带内的岩体都具有相对亏损的锆石Hf同位素和全岩Nd同位素组成，以及中—新元古代二阶段模式年龄（Shi et al., 2014; Liu et al.,2017; Zheng et al., 2019b）。
诺尔公-狼山构造带以巴丹吉林断裂带为北界，南界不明。该构造带主要由前寒武纪结晶基底和盖层岩石、石炭纪二叠纪火山-沉积建造及古生代（石炭纪、二叠纪为主）侵入岩组成（吴泰然等，1993；王廷印等，1993，1994；Zheng et al., 2014, 2022, 2023）。已有研究表明，诺尔公-狼山构造带的前寒武纪岩石主要包括新太古代—古元古代变质杂岩、新元古代片麻岩、花岗岩和变质表壳岩（耿元生等, 2006, 2010, 2011; Zhang et al., 2013a; Dan et al., 2014b; Hu et al., 2014; Gong et al., 2016; Zheng et al., 2022）。新太古代杂岩的岩性以石榴黑云斜长片麻岩、黑云二长片麻岩、含辉石角闪斜长片麻岩、透辉大理岩、条纹条带状铁英岩为主，变质程度为麻粒岩相－高角闪岩相；古元古代杂岩以黑云石榴斜长角闪岩、透辉斜长角闪岩、黑云斜长片麻岩，角闪斜长片麻岩、黑云斜长片麻岩、大理岩、变粒岩、石英岩为主，变质程度为角闪岩相（耿元生等，2006）。新元古代—古元古代变质杂岩在诺尔公-狼山构造带广泛出露，在狼山南部地区出露的高级变质杂岩（即叠布斯格杂岩）主要包括角闪岩、镁铁质片麻岩、TTG片麻岩、副片麻岩、磁铁石英岩和大理岩（Dan et al., 2012）。叠布斯格副片麻岩的最大沉积年龄约为2.45 Ga（Dan et al., 2012）。叠布斯格杂岩被1.97 Ga的花岗岩体侵入，两者又一起经历了2期高级变质作用的改造，变质时代分别约为1.89 Ga和1.79 Ga（Dan et al., 2012）。在巴彦乌拉山地区，前寒武纪的镁铁质、长英质片麻岩和角闪岩、大理岩呈互层形式产出。巴彦乌拉山地区的正片麻岩形成于2.30~2.24 Ga，随后经历了2期变质作用的改造，时代分别为1.94~1.91 Ga和1.88~1.86 Ga（Wu et al., 2014）。此外，北大山地区也出露中元古代花岗质片麻岩，时代为1.4 Ga和1.2 Ga（Song et al., 2017; 王毛毛等，2019）。
新元古代片麻岩主要分布在阿拉腾敖包附近，时代为930~904 Ma，大多经历了强烈的构造作用改造，并表现出S型花岗岩的特征（耿元生等，2010；Dan et al., 2014b）；在狼山南部地区发现新元古代镁铁质侵入体，时代集中在827~819 Ma之间（Zheng et al., 2023a）。新元古代火山-沉积岩主要分布在狼山南部地区，其中，狼山群是阿拉善地区新元古代火山-沉积岩的典型代表之一。狼山群主要由变沉积岩和酸性火山岩组成，岩石类型包括变质砂岩、云母石英片岩、石英岩、大理岩等（彭润民等, 2010; Hu et al., 2014; Liu et al., 2019）。狼山群通常被分为4个岩段，已有学者在狼山群第二岩段中发现了酸性火山岩夹层，其锆石U−Pb年龄为878~804 Ma（Peng et al., 2010; Hu et al., 2014; Liu et al., 2019）。第一、第三和第四岩段中变质沉积岩的最大沉积年龄分别为1829 Ma, 810 Ma和1118 Ma（Hu et al., 2014; Liu et al., 2019），表明狼山群经历了长期的沉积-火山岩喷发过程。新元古代片麻岩主要分布在诺尔公-狼山构造带的中部地区，岩石类型主要有眼球状片麻岩和条带状片麻岩，分别形成于971~845 Ma和926~904 Ma（耿元生等，2006，2010，2011）。
诺尔公-狼山构造带出露大量古生代岩浆岩，整体形成一条北东—南西走向的岩浆岩带，其中，侵入岩类大多侵入至该地区的前寒武纪岩石中。已有研究表明，诺尔公-狼山构造带中的古生代岩浆岩大多形成于石炭纪—二叠纪，并具有富集的锆石Hf同位素组成和古老的锆石Hf同位素模式年龄，通常被认为是古老地壳物质重熔的产物（耿元生等，2012；Shi et al., 2014; Liu et al., 2017; Zheng et al., 2019b, 2022, 2023b）。
2. 阿拉善地区蛇绿混杂岩
2.1 恩格尔乌苏蛇绿混杂岩
恩格尔乌苏蛇绿岩出露于恩格尔乌苏断裂带内（图3），以巨大的混杂带形式产出，混杂带内不同地质体及地层关系完全遭到构造破坏，破坏程度向北呈减弱趋势。混杂带总体上由一系列向南倾斜，或向北逆冲推覆的叠瓦状构造岩片组成，构造岩片倾角一般在20º~30º之间，劈理也主要向南倾，倾角在32°~45°之间或更大。混杂带基质主要由粉砂岩、杂砂岩、砂岩、砂质凝灰岩和凝灰岩组成，大多经历了强烈的挤压作用改造。构造块体主要是蛇绿岩套的组成单元，包括超镁铁质岩、辉长岩、玄武岩、硅质岩、铁碧玉岩等（图3；吴泰然等，1992，1993；王廷印等，1994；王金荣等，1995； Zheng et al.，2014）。超镁铁岩分布较广泛，大都发生碳酸盐岩化、硅化，常呈正地形出露于断裂带中。辉长岩较少，且分布于主断裂带以南，主要为角闪辉长岩，具辉长结构。玄武岩分布广泛，具有块状构造和枕状构造（Zheng et al., 2014）。
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图 3 恩格尔乌苏蛇绿混杂岩地质图（据Zheng et al., 2014）Figure 3. The geological map of the Enger Us ophiolitic mélange恩格尔乌苏蛇绿混杂岩中的块状和枕状玄武岩都表现出正常型大洋中脊玄武岩（N−MORB）的地球化学特征，具体表现为具有较高的TiO2含量和低的K2O含量，轻稀土元素亏损，没有高场强元素的分异，且Nb−Ta无异常（Zheng et al., 2014；图4），表明岩石形成过程中没有俯冲带物质的加入。恩格尔乌苏蛇绿混杂岩中的块状和枕状玄武岩的微量元素整体组成特征类似于N−MORB，表明恩格尔乌苏蛇绿混杂岩代表的古大洋形成于大洋中脊环境（吴泰然等，1992，1993；王廷印等，1993，1994；Zheng et al., 2014）。
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Figure 4. The rare earth element patterns (a) and trace element spidergram (b) for representative samples of ophiolitic mélanges in the southern Alxa恩格尔乌苏枕状玄武岩的SHRIMP锆石 U−Pb年龄约为302 Ma（Zheng et al., 2014）。另外，已有研究在恩格尔乌苏蛇绿混杂岩的硅质岩岩块中发现了阿尔拜虫目放射虫化石，经过对比研究，确定2个放射虫化石组合的时代分别为早二叠世和中二叠世晚期—晚二叠世早期（谢力等，2014）。现有的年代学证据表明，恩格尔乌苏蛇绿混杂岩代表的古洋盆在晚石炭世仍然在扩张并形成新的洋壳，且该洋盆闭合的时代应在晚二叠世之后。
2.2 查干础鲁蛇绿混杂岩
查干础鲁蛇绿岩以混杂岩的形式产出于巴丹吉林断裂带中，构造岩块混杂于基质中，卷入混杂带的岩石普遍劈理化，或脆性碎裂岩化。查干础鲁蛇绿混杂岩带是由多条不同级别的逆冲断层组成的叠瓦状推覆构造体系，且经历了近南北向的挤压作用。构造包体以脆性剪切破碎为主，弱劈理化，而基质以韧脆性剪切变形为主，强劈理化，形成软弱层或滑动层（吴泰然等，1992，1993；王廷印等，1994；Zheng et al., 2014）。
混杂带的构造块体多呈透镜状、条带状，常见超镁铁岩、辉长岩、硅质岩，偶见玄武岩。基质主要为细碎屑岩，最常见的是凝灰岩、粉砂岩、粉砂质泥岩、泥岩等。超镁铁岩多发生碳酸盐岩化和硅化，以构造侵位的方式赋存于基质中。辉长岩构造块体广泛出露，在局部地段分布较集中。辉长岩构造变形强烈，有单斜辉长岩、橄榄辉长岩等。硅质岩类主要为灰色条带的铁质碧玉岩和一些含硅质成分较高的硅质泥岩。玄武岩构造块体在混杂带内出露较少（吴泰然等，1992，1993；王廷印等，1994；Zheng et al., 2014）。
查干础鲁蛇绿混杂岩中的辉长岩表现出类似于玻安岩类的地球化学特征，例如高的MgO含量、Mg#值、相容元素含量（Ni, Co, Sc, V）和Al2O3/TiO2比值；极低的TiO2含量和稀土元素含量（图4）；高场强元素强烈亏损，高的LILE/HFSE值（Zheng et al., 2014）。特殊的地球化学组成表明，其形成于已经经历一次或多次玄武质岩浆抽取后的地幔源区的再次熔融，并且在形成过程中经历了携带大离子亲石元素（LILE）的俯冲带流体/熔体的富集过程（Zheng et al., 2014）。地球化学数据表明，查干础鲁蛇绿混杂岩是SSZ型蛇绿岩，形成于俯冲带相关的构造环境中。
查干础鲁蛇绿混杂岩中辉长岩岩块的SHRIMP锆石U−Pb年龄为275 Ma（Zheng et al., 2014）。已有研究发现，该蛇绿混杂岩中含有早二叠世放射虫化石（尹海权，2016）。现有的年代学证据表明，查干础鲁代表的古大洋在早二叠世仍然扩张形成新的洋壳，而该洋盆的闭合时限还没有进一步的证据限定。
2.3 特拜蛇绿混杂岩
特拜蛇绿混杂岩出露于北大山地区，以混杂带的形式产出（图2），整体向北逆冲到晚古生代岩体之上。混杂带基质主要为强烈变形的白云母石英片岩、蛇纹岩等，片理走向为北北东向。混杂带的构造块体为近东西向分布的蛇纹石化橄榄岩、蛇纹岩、糜棱岩化辉长岩、辉长岩、玄武岩、硅质岩等（Zheng et al., 2018）。
特拜蛇绿混杂岩中辉长岩岩块的锆石U−Pb年龄为278 Ma（Zheng et al., 2018）。另外，特拜蛇绿混杂岩中辉长岩岩块的地球化学组成类似于查干础鲁蛇绿混杂岩，同样表现出类似玻安岩的元素组成特征（图4），两者还具有类似的氧同位素组成，表明特拜蛇绿混杂岩形成于与俯冲相关的环境（Zheng et al., 2018）。另外，通过对比发现，特拜蛇绿岩与查干础鲁蛇绿岩在岩石组成、时代及地球化学特征方面具有一致性，因此，特拜蛇绿岩向东可与查干础鲁蛇绿岩连接，是阿拉善地区一条重要的构造单元界线。
3. 阿拉善南部地区二叠纪构造环境
阿拉善南部地区在二叠纪的构造环境尚处于争议中。本文通过收集整理阿拉善南部地区石炭纪—二叠纪岩浆岩类的全岩地球化学数据发现，绝大多数镁铁质岩石表现出钙碱性系列的元素组成特征，除少量高分异的花岗岩类外，大部分花岗岩类表现出钙碱性—高钾钙碱性的元素组成特征（图5；Zheng et al., 2022, 2023b）。阿拉善南部地区石炭纪—二叠纪岩浆岩类的元素组成并没有随时代的变化发生显著的变化，暗示石炭纪—二叠纪阿拉善南部地区的构造环境没有明显变化。本次研究整理归纳了近年来阿拉善南部地区的研究进展，对该地区二叠纪的构造环境提出进一步限定。
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图 5 阿拉善南部地区侵入岩SiO2−(Na2O+K2O) (a，底图据Wilson, 1989)和SiO2−K2O图解(b，底图据Peccerillo et al., 1976)（地球化学数据据Zheng et al., 2022）Figure 5. SiO2 versus (Na2O + K2O) diagram (a) and SiO2 versus K2O discrimination diagram (b) for plutons in the southern Alxa在蛇绿混杂岩方面，恩格尔乌苏蛇绿混杂岩中硅质岩岩块的放射虫化石证据表明，阿拉善南部地区古大洋闭合的时间应晚于晚二叠世（谢力等，2014）。另外，阿拉善南部地区的查干础鲁蛇绿混杂岩和特拜蛇绿混杂岩属于SSZ型蛇绿岩，形成于大洋俯冲环境（Zheng et al., 2014, 2018）。在特殊元素组成的岩浆岩方面，相关研究在沙拉扎山东段发现了晚二叠世的埃达克岩质岩墙（255 Ma），形成于俯冲大洋板片的部分熔融过程；沙拉扎山地区还发现了中二叠世的埃达克质高镁闪长岩（271~262 Ma），形成于俯冲大洋板片熔体被上覆地幔楔交代的过程（Zheng et al., 2022）。因此，蛇绿混杂岩和岩浆岩的证据表明，阿拉善南部地区在二叠纪仍存在古大洋的俯冲过程。
锆石年代学和古生物化石证据表明，阿拉善南部地区的阿木山组形成于晚石炭世—晚二叠世（尹海权，2016；郑荣国等，2017；Chen et al., 2020），阿木山组碎屑岩的地球化学组成表明其形成于俯冲相关的构造环境，类似于活动大陆边缘相关盆地沉积的碎屑岩（尹海权，2016）。另外，相关研究发现，阿木山组碎屑岩的碎屑锆石年龄以古生代为主，前寒武纪年龄的锆石数量较少，表明阿拉善南部地区古老大陆并非阿木山组沉积的主要物源区，这一现象类似于汇聚板块边缘环境（如洋内弧和弧后盆地环境）的碎屑岩，表明阿木山组形成于俯冲相关的环境（尹海权，2016；Zheng et al., 2022）。
综上，阿拉善南部地区在二叠纪存在古大洋的俯冲过程，该过程中形成了SSZ型蛇绿岩，俯冲的大洋板片发生部分熔融及地幔交代作用，形成了高镁安山岩、埃达克岩的岩浆岩。同时，在俯冲相关盆地中形成了阿木山组的火山-沉积建造。
4. 阿拉善南部地区构造体制的转变
阿拉善南部地区出露大量的晚古生代侵入岩，其时代集中在石炭纪—二叠纪。本次研究系统归纳整理了阿拉善南部地区侵入岩的锆石年代学、Hf同位素及全岩地球化学数据，研究其时空分布特征，探讨其地质意义。
4.1 阿拉善南部地区岩浆岩带的时空分布特征
统计近年来的锆石U−Pb年代学数据发现（图6），诺尔公构造带岩浆岩类的时代集中在350~265 Ma，且表现出280 Ma和330 Ma左右的年龄峰值（图7−a）。沙拉扎山构造带中岩浆岩类的时代跨度较大，早石炭世—早三叠世的岩体都有报道，大多数岩体时代集中在晚二叠世—早三叠世，并表现出明显的250 Ma的年龄峰值（图7−a）。从空间分布看，早石炭世侵入岩集中分布在最东南侧的狼山—巴彦乌拉山一带，晚石炭世—中二叠世侵入岩集中分布在雅布赖山—诺尔公—狼山一带，中二叠世—早三叠世侵入岩集中分布在宗乃山—沙拉扎山一带，总体看，阿拉善南部地区的侵入岩表现出从东南向西北变年轻的趋势（图5）。从同位素组成看，诺尔公构造带的侵入岩，都具有富集的同位素组成，表现为负的锆石εHf(t)值和全岩εNd(t)值（图7−b），以及较大的二阶段模式年龄，表明古老陆壳物质参与到古生代岩体的形成过程中。相比而言，沙拉扎山构造带的侵入岩则具有正的锆石εHf(t)值和全岩εNd(t)值（图7−b），以及较年轻的二阶段模式年龄，表明新生陆壳物质或地幔来源物质参与到其成岩过程中。总体看，从东南到西北，阿拉善南部地区侵入岩的源区中古老陆壳物质的比例变小。另外，诺尔公构造带是发育在新太古代—古元古代大陆基底之上的岩浆岩带，而沙拉扎山构造带以北的恩格尔乌苏蛇绿混杂岩通常被认为是阿拉善地区古大洋的残余，且该大洋至少持续到晚二叠世。综上，阿拉善南部地区的侵入岩表现出从大陆向大洋一侧（北西）迁移的趋势，并且在岩浆岩带迁移过程中，源区的古老陆壳物质比例变小。
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图 6 阿拉善南部地区地质图及侵入体年代学数据（年代学数据据Zheng et al., 2019b）Figure 6. The geological map of southern Alxa, mainly showing zircon U−Pb age data of plutons![]()
图 7 阿拉善南部晚古生代岩体特征图a—阿拉善南部晚古生代岩体年代学概率图；b—阿拉善南部晚古生代岩体及碎屑岩锆石U-Pb年龄-εHf(t)值图解；c—阿拉善南部晚古生代中酸性岩体锆石U−Pb年龄-锆石饱和温度图解；d—阿拉善南部晚古生代花岗岩锆石U-Pb年龄-(La/Yb)N值图解（据Zheng et al., 2022修改）Figure 7. Characteristics diagrams of plutons in the southern Alxa4.2 阿拉善南部地区石炭纪—二叠纪构造转换过程
根据侵入体的时代、同位素组成等特征，将阿拉善南部地区的侵入体分为2个阶段。第一阶段岩浆岩（350~315 Ma）主要分布在阿拉善南部的狼山、巴彦乌拉山和龙首山一带，岩石类型包括橄榄辉长岩、辉长闪长岩、石英闪长岩、英云闪长岩、二长花岗岩和糜棱岩化花岗岩（Wang et al., 2015; Dan et al., 2016; Liu et al., 2016；Xue et al., 2017）。该阶段的镁铁质侵入岩表现出钙碱性—高钾钙碱性的特征，富集大离子亲石元素、亏损高场强元素，同时具有类似于正常型大洋中脊玄武岩（N-MORB）的稀土元素配分模型（Wang et al., 2015）。该阶段的镁铁质侵入岩具有类似的同位素组成，表现为极富集的同位素（全岩Nd同位素和锆石Hf同位素）组成，以及古元古代—新太古代二阶段模式年龄，表明古元古代—新太古代的陆壳物质是重要的物源（Dan et al., 2016; Xue et al., 2017; Zheng et al., 2019a）。已有研究表明，阿拉善南部地区的早石炭世闪长岩和花岗岩形成于大陆弧环境（Wang et al., 2015; Liu et al., 2016; Zheng et al., 2019a）。此外，龙首山地区的早石炭世花岗岩具有较高的Sr/Y和(La/Yb)N值，形成于加厚大陆地壳的部分熔融过程（Dan et al., 2016; Xue et al., 2017）。综上，早石炭世阿拉善南部地区存在加厚的大陆地壳，且古元古代—新太古代大陆地壳物质参与到该时期岩浆岩形成过程中，发生了明显的陆壳物质再循环，类似于典型的前进型俯冲带（Cawood et al., 2009）。
第二阶段的岩浆岩时代集中在晚石炭世—早三叠世，在宗乃山-沙拉扎山构造带和诺尔公-狼山构造带都有分布（图6）。统计数据表明，年龄小于315 Ma的岩体锆石εHf(t)值与其锆石年龄之间呈负相关关系（图7−b），几乎所有年龄小于265 Ma的岩体都具有正的εHf(t)值（图7−b）。该变化趋势表明，315 Ma之后，越来越多的新生壳源物质或幔源物质参与到阿拉善南部地区岩体的形成过程中。年龄在315~265 Ma之间的岩体具有变化较大的锆石εHf(t)值，表明古老陆壳物质和幔源物质或新生壳源物质都参与到该阶段岩体的形成过程中。锆石εHf(t)值在265 Ma发生突变，表明该时间点之后古老陆壳物质几乎不参与到岩体的形成过程中。阿拉善南部地区石炭纪—早三叠世岩体的锆石εHf(t)值的时间变化规律与形成于后撤型俯冲带的岩体类似，如澳大利亚的塔斯马尼亚造山带（Kemp et al., 2009）、秘鲁的安第斯活动大陆边缘（Boekhout et al., 2015）等。
另外，利用统计数据，重新计算阿拉善南部地区石炭纪—早三叠世岩体的锆石饱和温度之后发现，年龄在285~265 Ma之间的花岗岩类具有很高的锆石饱和温度（>820°C, 图7−c），暗示该时期阿拉善南部地区处于高温环境。另外，通过计算发现，该时期（285~265 Ma）的中酸性侵入岩具有较低的(La/Yb)N值，暗示了地壳减薄的构造环境（图7−d）。有学者发现，阿拉善南部地区存在早—中二叠世的A2型花岗岩（281~268 Ma），暗示了伸展的构造环境（Dan et al., 2014a; Zheng et al., 2019b, 2022）。此外，阿拉善南部的查干础鲁和特拜蛇绿混杂岩都被认为形成于弧后盆地环境，其时代分别为275 Ma和278 Ma（吴泰然等, 1993; 王廷印等, 1994; Zheng et al., 2014, 2018）。上述研究证明，阿拉善南部地区弧后盆地的拉张导致地幔物质上涌，形成了高温、地壳拉伸减薄的构造环境。
综上，岩浆源区的古老地壳物质越来越少，地壳减薄及弧后盆地形成都与后撤型俯冲带环境类似（Collins, 2002; Cawood et al., 2009），表明阿拉善南部地区从早石炭世的前进型俯冲带转变为晚石炭世—早三叠世的后撤型俯冲带。
4.3 阿拉善南部地区石炭纪—二叠纪期间的构造演化过程
前人研究表明，恩格尔乌苏蛇绿混杂岩所代表的古洋壳在泥盆纪开始向南俯冲到古老的陆壳之下（吴泰然等，1993；王廷印等，1994）。随着古大洋的闭合，大洋板片不断向南俯冲，早石炭世在阿拉善南部地区形成了加厚的地壳，表现为前进型俯冲带的特征（图8−a）。在俯冲过程中，加厚地壳发生部分熔融，形成了高Sr/Y值的花岗岩类。另外，该阶段形成的酸性侵入岩具有明显富集的同位素组成，暗示侵入体来源于古老大陆地壳的部分熔融（图8−a）。
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图 8 阿拉善南部地区石炭纪—早三叠世构造演化示意图（据Zheng et al., 2022）SZTZ—宗乃山-沙拉扎山构造带；NLTZ—诺尔公-狼山构造带Figure 8. Tectonic evolution of the southern Alxa during Early Carboniferous—Early Trisstic随着时间推移，俯冲板片前端低密度矿物相变为高密度矿物，引起俯冲角度变大，形成俯冲板片向北西方向的回转，俯冲板块的回转进一步引起软流圈地幔上涌， 造成315 Ma之后形成的侵入体开始表现出正的锆石εHf(t)值。俯冲板片的回转造成上覆阿拉善地块的伸展，在伸展环境下形成阿木山组的碎屑岩沉积。随着进一步的大陆地壳伸展，大量早二叠世的A2型花岗岩在宗乃山-沙拉扎山构造带和诺尔公-狼山构造带形成（图8−b）。
大陆地壳进一步伸展之后，造成阿拉善地块裂解，形成弧后盆地，该弧后盆地洋壳侵位之后形成了查干础鲁蛇绿混杂岩和特拜蛇绿混杂岩。另外，随着俯冲角度的进一步增大，俯冲带流体和熔体上升影响的范围进一步缩小，造成约265 Ma之后的岩浆岩记录大多出现在宗乃山-沙拉扎山构造带内（图8−c）。该阶段，俯冲的大洋板片发生部分熔融，形成了埃达克岩；部分熔体与上覆地幔楔发生交代，形成了高镁闪长岩（图8−c）。
5. 结 论
（1）阿拉善南部地区的蛇绿混杂岩、岩浆岩和火山-沉积建造证据表明，该地区的古大洋在晚二叠世仍存在，处于大洋俯冲环境。
（2） 阿拉善南部地区石炭纪—早三叠世的岩浆岩带表现出向洋迁移的特征，指示了阿拉善地块向北增生的过程。
（3）阿拉善南部地区在早石炭世处于前进型大洋俯冲环境，在晚石炭世—早三叠世处于后撤型大洋俯冲环境。
致谢：审稿专家对本文提出了宝贵的修改意见，在此表示诚挚的感谢。本文献给李春昱院士诞辰120周年，并向李院士在中国地质学领域作出的卓越贡献致以崇高的敬意！
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图 1 中亚造山带构造组成图（据Şengör et al., 1991；Xiao et al., 2015修改）
Figure 1. Tectonic map of the main components of the Central Asian Orogenic Belt
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图 3 恩格尔乌苏蛇绿混杂岩地质图（据Zheng et al., 2014）
Figure 3. The geological map of the Enger Us ophiolitic mélange
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图 4 阿拉善地区蛇绿混杂岩代表性岩石的稀土元素配分图（a）和微量元素蛛网图（b）（稀土元素和微量元素数据据Zheng et al., 2014, 2018）
Figure 4. The rare earth element patterns (a) and trace element spidergram (b) for representative samples of ophiolitic mélanges in the southern Alxa
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图 5 阿拉善南部地区侵入岩SiO2−(Na2O+K2O) (a，底图据Wilson, 1989)和SiO2−K2O图解(b，底图据Peccerillo et al., 1976)（地球化学数据据Zheng et al., 2022）
Figure 5. SiO2 versus (Na2O + K2O) diagram (a) and SiO2 versus K2O discrimination diagram (b) for plutons in the southern Alxa
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图 6 阿拉善南部地区地质图及侵入体年代学数据（年代学数据据Zheng et al., 2019b）
Figure 6. The geological map of southern Alxa, mainly showing zircon U−Pb age data of plutons
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图 7 阿拉善南部晚古生代岩体特征图
a—阿拉善南部晚古生代岩体年代学概率图；b—阿拉善南部晚古生代岩体及碎屑岩锆石U-Pb年龄-εHf(t)值图解；c—阿拉善南部晚古生代中酸性岩体锆石U−Pb年龄-锆石饱和温度图解；d—阿拉善南部晚古生代花岗岩锆石U-Pb年龄-(La/Yb)N值图解（据Zheng et al., 2022修改）
Figure 7. Characteristics diagrams of plutons in the southern Alxa
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图 8 阿拉善南部地区石炭纪—早三叠世构造演化示意图（据Zheng et al., 2022）
SZTZ—宗乃山-沙拉扎山构造带；NLTZ—诺尔公-狼山构造带
Figure 8. Tectonic evolution of the southern Alxa during Early Carboniferous—Early Trisstic
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期刊类型引用(1)
1. 雷聪聪，高琪，王文宝，李卫星，马军，闫振军. 阿拉善地块北缘雅干中酸性火山岩LA-ICP-MS年龄、地球化学特征及其对区域构造演化的制约. 地质通报. 2025(Z1): 459-476 . 
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