中亞造山帶西段俯沖起始時(shí)限及機(jī)制探討

楊高學(xué)，李永軍，司國(guó)浩，李 海，佟麗莉，王祚鵬

(1.長(zhǎng)安大學(xué) 地球科學(xué)與資源學(xué)院，陜西 西安 710054； 2.長(zhǎng)安大學(xué) 西部礦產(chǎn)資源與地質(zhì)工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710054； 3. 長(zhǎng)安大學(xué) 地質(zhì)工程與測(cè)繪學(xué)院，陜西 西安 710054)

0 引 言

板塊俯沖起始是當(dāng)代固體地球科學(xué)的重大前沿領(lǐng)域之一，主要包括俯沖起始時(shí)限和機(jī)制兩個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題[1-6]。板塊俯沖的起始時(shí)限可以是全球尺度，也可以是局部。就全球尺度板塊構(gòu)造起始時(shí)限而言，幾乎覆蓋了整個(gè)地球歷史，從冥古宙到元古宙末期，但絕大多數(shù)研究者認(rèn)為起始時(shí)限在太古宙[7-10]。最新研究認(rèn)為，板塊構(gòu)造演化是分階段的，并不是勻速和簡(jiǎn)單旋回的[11-13]。板塊俯沖起始機(jī)制是板塊構(gòu)造理論面臨的另一個(gè)更重要難題[14-15]。在過(guò)去的近半個(gè)世紀(jì)里，學(xué)者們通過(guò)野外調(diào)查、年代學(xué)和巖石學(xué)研究、動(dòng)力學(xué)數(shù)值模擬、高壓實(shí)驗(yàn)等多種途徑[16-28]，試圖探尋板塊俯沖起始機(jī)制，但目前認(rèn)為主要有自發(fā)和誘導(dǎo)兩種模式[14,16,18-19]。自發(fā)俯沖指相鄰板塊之間在密度差的作用下由重力作用產(chǎn)生的俯沖起始，可能發(fā)生在地幔柱頭周緣、轉(zhuǎn)換斷層及被動(dòng)大陸邊緣；而誘導(dǎo)俯沖主要指在外力擠壓下產(chǎn)生的俯沖起始，主要包括俯沖極性翻轉(zhuǎn)和俯沖遷移。地幔柱頭周緣垮塌模型需要一個(gè)熱的大規(guī)模地幔柱活動(dòng)，地幔柱頭引起大洋巖石圈垮塌，從而形成新的俯沖帶。這個(gè)模型最初是由Ueda等基于二維數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)提出來(lái)的[29]。隨后，Burov等通過(guò)熱動(dòng)力實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證實(shí)地幔柱活動(dòng)能夠破壞大洋巖石圈并導(dǎo)致俯沖起始[30]。2015年，Whattam等在中美洲地區(qū)發(fā)現(xiàn)了一個(gè)非常好的地幔柱活動(dòng)引起俯沖起始的天然實(shí)例[31]，即晚白堊世的地幔柱活動(dòng)，在加勒比海板塊的西緣和南緣形成新俯沖帶。此外，最新研究認(rèn)為始新世卡斯卡迪亞俯沖帶的形成也與地幔柱活動(dòng)有關(guān)[32]。

1為Kynda;2為Kainar;3為Uchkel;4為古洛溝;5為黑英山;6為巴音溝;7為瑪依勒;8為達(dá)爾布特;9為克拉瑪依;10為Char;11為Kurai;12為Katun;圖件引自文獻(xiàn)[35]圖1 中亞造山帶構(gòu)造劃分簡(jiǎn)圖及典型蛇綠混雜巖分布Fig.1 Simplified Tectonic Divisions of the CAOB and Distribution of Typical Ophiolitic Mélanges

中亞造山帶(Central Asian Orogenic Belt,CAOB)是全球最大的增生型造山帶之一[34-36](圖1)，也是全球顯生宙大陸地殼生長(zhǎng)最顯著地區(qū)[37-46]，位于西伯利亞板塊、塔里木板塊、華北板塊和東歐板塊之間，在形成過(guò)程、物質(zhì)組成及構(gòu)造樣式等方面明顯不同于阿爾卑斯—喜馬拉雅碰撞造山帶[47-49]。中亞造山帶主要由一系列微陸塊、島弧、海山/大洋高原、增生雜巖及蛇綠混雜巖構(gòu)成[34-35,50-53]，其形成記錄了新元古代—早中生代古亞洲洋(Paleo-Asian Oce-an,PAO)演化歷程[54-55]，而古亞洲洋演化過(guò)程中發(fā)育類似于西南太平洋的多島洋體系[34-36]。隨著研究的不斷深入，在中亞造山帶不斷有不同時(shí)代的洋島玄武巖被識(shí)別出來(lái)，并被認(rèn)為形成于海山/大洋高原[56-64]。例如，在西伯利亞板塊西南緣的Lake、Char及Kurai等蛇綠混雜巖中識(shí)別出不同時(shí)代具有洋島玄武巖特征的玄武巖[59,65]；在西準(zhǔn)噶爾地區(qū)不同蛇綠混雜巖中發(fā)育寒武紀(jì)—晚泥盆世海山碎片和大洋高原組分[50,61-66]；最新研究認(rèn)為在中亞造山帶東緣發(fā)育早白堊世鄂霍茨克大洋高原[67-68]。但前人研究主要集中在對(duì)不同時(shí)代和地域的蛇綠混雜巖和堿性洋島玄武巖巖石學(xué)、年代學(xué)、地球化學(xué)及海山/大洋高原恢復(fù)等方面，而缺少對(duì)中亞造山帶西段蛇綠混雜巖及海山/大洋高原的系統(tǒng)總結(jié)，更沒(méi)有對(duì)與此密切相關(guān)的俯沖起始時(shí)限及機(jī)制進(jìn)行深入探討?；诖?，本文對(duì)中亞造山帶西段的蛇綠混雜巖及海山/大洋高原研究進(jìn)展進(jìn)行系統(tǒng)分析，并結(jié)合古亞洲洋的發(fā)展演化歷程，探討中亞造山帶西段俯沖起始時(shí)限及機(jī)制問(wèn)題，以期為中亞造山帶發(fā)展演化研究提供新的資料和制約。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

中亞造山帶規(guī)模巨大，西起烏拉爾，東至日本海，跨度達(dá)5 500 km，北接西伯利亞板塊，南鄰塔里木板塊和華北板塊，最寬處超過(guò)1 100 km，最窄處為500 km(圖1)。它是古亞洲洋多階段俯沖消減而形成的巨型造山帶，記錄了古亞洲洋的整個(gè)發(fā)展演化歷程[33-36,43-46,50-55]。

中亞造山帶西段在地理上主要包括俄羅斯西南部、哈薩克斯坦及吉爾吉斯斯坦東部、中國(guó)新疆北部地區(qū)，在地質(zhì)上主要由東北部阿爾泰造山帶、南部天山造山帶和中部哈薩克斯坦山彎3個(gè)部分組成(圖1)。東北部阿爾泰造山帶位于西伯利亞板塊西南緣，主要斷裂呈NW—SE向展布，將其分為3個(gè)不同構(gòu)造塊體[69]；出露地層主要有震旦系—寒武系的喀納斯群淺變質(zhì)陸源細(xì)碎屑巖和庫(kù)衛(wèi)群片麻巖、混合巖，夾少量片巖及斜長(zhǎng)角閃巖等[70]；巖漿活動(dòng)以加里東期和華力西期中酸性侵入巖為主，而火山活動(dòng)主要集中在泥盆紀(jì)[71-74]。南部天山造山帶位于塔里木板塊北緣及尼古拉耶夫—那拉提北斷裂之南的中天山島弧帶及南天山縫合帶[75-76]，在其內(nèi)部發(fā)育兩條近乎平行的蛇綠混雜巖帶，它們都形成于南天山洋[75]，也有研究者認(rèn)為其形成于晚古生代兩個(gè)不同的洋盆[77-78]；另外，在其內(nèi)部發(fā)育(超)高壓-低溫變質(zhì)巖，在榴輝巖和藍(lán)片巖中獲得一系列SHRIMP、Sm-Nd、Rb-Sr及40Ar/39Ar年齡，但其年齡范圍跨度較大(422～291 Ma)[79-83]。中部哈薩克斯坦山彎從中國(guó)北天山及伊犁向西經(jīng)巴爾喀什湖折向西北的西準(zhǔn)噶爾地區(qū)呈馬蹄形[84-85]；山彎外部主要由微陸塊和洋內(nèi)弧在早古生代拼合而成[86]，內(nèi)部由準(zhǔn)噶爾洋向哈薩克斯坦板塊俯沖過(guò)程中形成的一系列晚古生代增生楔和巖漿弧構(gòu)成[34-35]；在整個(gè)哈薩克斯坦山彎中發(fā)育寒武紀(jì)—石炭紀(jì)蛇綠混雜巖及海山/大洋高原，主要集中在俄羅斯南部及中國(guó)新疆北部地區(qū)[56-64]。

2 蛇綠混雜巖特征

中亞造山帶西段蛇綠混雜巖廣泛發(fā)育，主要分布在南天山、中國(guó)北天山、西準(zhǔn)噶爾及阿爾泰造山帶內(nèi)部(圖1)，時(shí)代跨度大，從新元古代到早石炭世均有出現(xiàn)[50-51]。但總體上，年齡較老者分布在哈薩克斯坦山彎的北翼外側(cè)[87-88]，而最老者位于西伯利亞板塊南緣、具有俯沖帶性質(zhì)的Dunzhugur蛇綠混雜巖(年齡為1.02 Ga)[49]。另外，在西準(zhǔn)噶爾地區(qū)瑪依勒蛇綠混雜巖中，Yang等在輝長(zhǎng)巖中獲得鋯石U-Pb年齡為(572.2±9.2)Ma[57]，屬于新元古代晚期，該年齡是準(zhǔn)噶爾乃至新疆北部地區(qū)報(bào)道的最古老蛇綠混雜巖年齡。這些蛇綠混雜巖的物質(zhì)組成基本一致，主要為地幔巖部分的純橄巖、二輝橄欖巖，組成洋殼的輝石巖、輝長(zhǎng)巖、斜長(zhǎng)花崗巖、玄武巖、安山質(zhì)玄武巖、硅質(zhì)巖、灰?guī)r和碎屑巖等，缺失典型席狀輝綠巖墻(圖2)。在野外，各個(gè)巖石單元被構(gòu)造強(qiáng)烈肢解改造，與其他巖石混雜堆積，它們之間大多數(shù)為構(gòu)造界面，發(fā)育典型的巖塊-基質(zhì)構(gòu)造。

在地球化學(xué)方面，蛇綠混雜巖中基性巖可明顯分為兩組。一組為洋中脊玄武巖型，屬于拉斑系列，富集大離子親石元素，虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素，顯示明顯的Nb、Ta負(fù)異常，具有俯沖帶相關(guān)信息，即可能形成于俯沖有關(guān)環(huán)境[89-91]。另一組為洋島玄武巖型，屬于堿性玄武巖系列，輕稀土元素強(qiáng)烈富集，無(wú)明顯Nb、Ta負(fù)異常，并與典型的洋島玄武巖類似，可能形成于海山/大洋高原環(huán)境[50,56-58]，它們主要發(fā)育在南天山吉爾吉斯斯坦境內(nèi)的志留紀(jì)—泥盆紀(jì)Kynda、Kainar及Uchkel蛇綠混雜巖[92]，南天山中國(guó)新疆境內(nèi)的早石炭世古洛溝[93]及晚泥盆世黑英山[77]蛇綠混雜巖，中國(guó)北天山早石炭世巴音溝蛇綠混雜巖[94]，西準(zhǔn)噶爾晚志留世瑪依勒、晚泥盆世達(dá)爾布特及晚泥盆世克拉瑪依蛇綠混雜巖[50,56-58,95]，東哈薩克斯坦早古生代Char蛇綠混雜巖[88]，阿爾泰造山帶的晚新元古代Kurai和早—中寒武世Katun蛇綠混雜巖[96]。

3 海山/大洋高原特征及分布

中亞造山帶西段蛇綠混雜巖的物質(zhì)組成復(fù)雜。各個(gè)蛇綠混雜巖中除了正常洋殼的主要組成之外，還發(fā)育枕狀玄武巖、火山角礫巖、礁灰?guī)r、滑塌堆積巖、陸源碎屑巖等(圖3)，這是典型的海山巖石組合特征[97-99]。Kurai蛇綠混雜巖主要由古海山殘片組成，巖石類型主要有枕狀熔巖、火山角礫巖、層狀和塊狀灰?guī)r、灰質(zhì)泥巖、凝灰質(zhì)砂巖、硅質(zhì)巖透鏡體，灰?guī)r含大量燧石結(jié)核，并夾疊層石和鮞狀灰?guī)r透鏡體，局部發(fā)育同沉積Z型褶皺、滑塌構(gòu)造等[88]。Katun蛇綠混雜巖總體與Kurai蛇綠混雜巖中古海山組成相似，主要巖石組成為玄武巖、灰?guī)r、硅質(zhì)巖、泥巖及砂巖。

圖件引自文獻(xiàn)[97]圖2 中亞造山帶西段蛇綠混雜巖綜合柱狀圖Fig.2 Comprehensive Stratigraphic Columns of Ophiolitic Mélanges in the Western CAOB

圖件引自文獻(xiàn)[97]，有所修改圖3 中亞造山帶西段古海山復(fù)原圖及巖石組合特征Fig.3 Reconstruction of Paleoseamount and Rock Combination in the Western CAOB

相對(duì)而言，絕大多數(shù)蛇綠混雜巖中海山/大洋高原單元發(fā)育不全。例如，西準(zhǔn)噶爾地區(qū)克拉瑪依、達(dá)爾布特和瑪依勒蛇綠混雜巖中僅僅在局部可見(jiàn)少量的枕狀玄武巖和灰?guī)r等，基性巖具有洋島玄武巖地球化學(xué)特征[50,56-58]，中國(guó)北天山和南天山造山帶內(nèi)部的蛇綠混雜巖也有類似特征[60,77]。這可能與海山的發(fā)展階段和規(guī)模[100-101]或俯沖-增生過(guò)程[102-104]有關(guān)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，在全球海底分布著超過(guò)125 000個(gè)高度在1 km以上的海山[105]。例如，發(fā)育在西北太平洋的皇帝—夏威夷火山島鏈、西太平洋馬里亞納弧前海山省、東太平洋的科科斯群島、印度洋北部的德干高原及90°E海嶺等，都形成于地幔柱熱點(diǎn)[106-107]。這些形成于大洋板內(nèi)的火山島鏈隨著板塊運(yùn)動(dòng)最終被帶至俯沖帶并與之發(fā)生相互作用，換而言之，可能大部分海山/大洋高原被帶進(jìn)了俯沖帶。通過(guò)巖石學(xué)最新研究認(rèn)為位于西準(zhǔn)噶爾北部的塔城盆地可能是古老大洋高原的一部分[62]，其形成時(shí)代為寒武紀(jì)—奧陶紀(jì)。因此，可以肯定的是在古亞洲洋整個(gè)發(fā)展演化歷程中有大量海山/大洋高原發(fā)育[108](圖4)，就如同現(xiàn)今太平洋中的皇帝—夏威夷火山島鏈、路易斯維爾海山鏈、沙茨基海隆、翁通爪哇大洋高原等，但是據(jù)僅存地質(zhì)事實(shí)，目前對(duì)其規(guī)模不能做很好的制約。

圖件引自文獻(xiàn)[66]和[108]，有所修改圖4 古亞洲洋中海山/大洋高原分布Fig.4 Distributions of Seamount/Oceanic Plateau in the PAO

總體而言，古亞洲洋中海山組成與現(xiàn)今大洋中海山組成基本一致。其底部為洋底玄武巖，形成于大洋中脊；由于板內(nèi)巖漿作用，在洋中脊玄武巖上部噴發(fā)形成海山的主體枕狀玄武巖火山錐；隨著火山作用的減弱直至熄滅，在火山錐的周圍形成火山角礫巖、泥巖及滑塌堆積巖，而在頂部形成含硅質(zhì)條帶的鮞狀灰?guī)r(圖3)。

4 討 論

4.1 俯沖起始時(shí)限

板塊俯沖起始是地球構(gòu)造演化過(guò)程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，要準(zhǔn)確限定這個(gè)轉(zhuǎn)化過(guò)程的時(shí)間，就需要研究俯沖起始的地質(zhì)記錄，即俯沖型蛇綠巖、變質(zhì)底板和玻安巖[19-20,109-110]。學(xué)術(shù)界普遍認(rèn)為，在洋中脊形成的蛇綠巖極少，而絕大部分都是與俯沖作用密切相關(guān)的俯沖型蛇綠巖[111]，而俯沖型蛇綠巖形成的年齡代表的是主洋盆開(kāi)始俯沖消減并在俯沖帶上產(chǎn)生新洋殼的時(shí)間，即俯沖起始時(shí)限。最典型的例子如Izu-Bonin-Mariana和Tonga島弧帶[112-113]，它們的弧前初始弧火成巖組合剖面基本一致，即底部均為似洋中脊型玄武巖，基底為俯沖型蛇綠巖，自下而上依次為地幔橄欖巖、輝長(zhǎng)巖、席狀巖墻，表明俯沖型蛇綠巖形成于俯沖起始階段的弧前環(huán)境。這一模型也被譽(yù)為蛇綠巖形成的初始俯沖定律(Subduction Initiation Rule)[109]，因此，理解蛇綠巖的屬性和構(gòu)造內(nèi)涵對(duì)俯沖起始的研究至關(guān)重要。變質(zhì)底板與蛇綠巖的演化有著密切關(guān)系，已有研究表明大多數(shù)變質(zhì)底板巖石的冷卻年齡與相關(guān)蛇綠巖地殼巖石的結(jié)晶年齡接近[114-115]。因此，變質(zhì)底板的出現(xiàn)是蛇綠巖形成并就位于俯沖起始階段的關(guān)鍵證據(jù)[116-117]。但到目前為止，關(guān)于變質(zhì)底板形成的根本機(jī)制仍存在很大爭(zhēng)議[118-119]，如變質(zhì)底板以何種方式折返到地表仍不明確。玻安巖是一種高鎂硅飽和巖，多被認(rèn)為是弧前環(huán)境的標(biāo)志巖石，可能是在俯沖起始階段具有異常高熱流值的地幔楔部分熔融產(chǎn)物[19,120-121]。但實(shí)際上，在島弧、裂谷和洋中脊等環(huán)境中也有玻安巖發(fā)育[122-124]。

中亞造山帶發(fā)育無(wú)數(shù)條蛇綠混雜巖帶，總體上從北往南年齡逐漸變年輕，其西段也有類似趨勢(shì)(圖5)。西伯利亞南緣的Shaman蛇綠巖中斜長(zhǎng)花崗巖、玄武巖和輝長(zhǎng)巖鋯石U-Pb年齡分別為(971±14)、(939±11)和(892±16)Ma[125]；俄羅斯西南部的Kurai和Katun蛇綠混雜巖形成時(shí)代分別為(598±25)Ma[87]、550～530 Ma[88]，蒙古西部的Dariv和Khantaishir蛇綠混雜巖形成時(shí)代分別為(571±4)、(568±4)Ma[126]，向南進(jìn)入中國(guó)西準(zhǔn)噶爾地區(qū)，瑪依勒蛇綠混雜巖中輝長(zhǎng)巖鋯石U-Pb年齡為(572.2±9.2)Ma[57]。寒武紀(jì)—泥盆紀(jì)蛇綠混雜巖主要分布在中亞造山帶西段中部的蒙古南部[126]、中國(guó)西準(zhǔn)噶爾和東準(zhǔn)噶爾[56-57,127-128]、中國(guó)北山地區(qū)[129]，相對(duì)而言泥盆紀(jì)蛇綠混雜巖主要分布在準(zhǔn)噶爾地區(qū)，主要組成為超基性巖、玄武巖、輝長(zhǎng)巖及遠(yuǎn)洋沉積物等。石炭紀(jì)—二疊紀(jì)蛇綠混雜巖相對(duì)較少，主要發(fā)育在天山和北山地區(qū)[93,130]，如早石炭世巴音溝[94]、古洛溝[93]及晚泥盆世黑英山[77]蛇綠混雜巖等。如前文述及，這些蛇綠混雜巖中基性巖除少數(shù)具有堿性洋島玄武巖類似的特征[50,66]外，絕大多數(shù)具有俯沖型蛇綠巖的地球化學(xué)屬性[49,51,131]。在變質(zhì)巖方面，在西伯利亞南緣Nurundukan和Shaman地區(qū)的蛇綠混雜巖中發(fā)現(xiàn)有角閃巖和麻粒巖巖塊，其變質(zhì)時(shí)代分別為(905±30)Ma[132]和(918±15)Ma[133]，這也是中亞造山帶目前報(bào)道的最老的、與俯沖事件相關(guān)的變質(zhì)年齡，向南變質(zhì)時(shí)代逐漸變年輕，例如在唐巴勒蛇綠混雜巖中發(fā)育藍(lán)片巖，其發(fā)生變質(zhì)的時(shí)代為中奧陶世[80]。目前沒(méi)有關(guān)于最古老玻安巖的相關(guān)報(bào)道。這些蛇綠混雜巖和變質(zhì)巖的時(shí)代及屬性表明，古亞洲洋至少在約1.0 Ga之前打開(kāi)，新元古代早期在古亞洲洋北部發(fā)生俯沖起始，并逐漸向南發(fā)展，而在中國(guó)西準(zhǔn)噶爾地區(qū)有早寒武世發(fā)生俯沖起始的蛇綠混雜巖、變質(zhì)巖及島弧巖漿巖記錄[134-136]。古亞洲洋在經(jīng)歷長(zhǎng)達(dá)約800 Ma演化后，在晚二疊紀(jì)—早三疊世最終關(guān)閉。

4.2 俯沖起始機(jī)制

隨著板塊構(gòu)造理論的提出，對(duì)于板塊俯沖起始的研究也由來(lái)已久。目前，關(guān)于俯沖初始化的機(jī)制存在多種模型和假說(shuō)，主要包括：轉(zhuǎn)換斷層轉(zhuǎn)化和破碎帶追蹤[25,137-138]；擴(kuò)張中脊的翻轉(zhuǎn)[139-140]；地幔柱-巖石圈相互作用[29-32]；被動(dòng)大陸邊緣垮塌[141-142]；俯沖極性翻轉(zhuǎn)和遷移[143-144]；行星撞擊事件[145-146]；小規(guī)模亞巖石圈地幔對(duì)流[147]；巖石圈含有較多的游離水[148]。但實(shí)際上這些模型和假說(shuō)僅能解釋不同區(qū)域觀察到的現(xiàn)象。根據(jù)其驅(qū)動(dòng)力來(lái)源的不同，這些模式主要可以分為兩類，即自發(fā)俯沖起始和誘發(fā)俯沖起始過(guò)程[14]。

中亞造山帶被認(rèn)為是全球最大的顯生宙大陸增生區(qū)[33-34]，是由大量增生雜巖、巖漿弧、蛇綠混雜巖、海山/大洋高原及微陸塊等構(gòu)成的復(fù)雜拼貼體[50,66,149-154]，是古亞洲洋長(zhǎng)期俯沖消減的產(chǎn)物。古亞洲洋演化呈現(xiàn)多洋盆、多俯沖帶、多向匯聚復(fù)式增生造山特征[35-36]，并伴有洋中脊俯沖、板片后撤、海山/大洋高原俯沖-增生過(guò)程[50,66,149-150]。這種不同屬性塊體的俯沖、碰撞、增生會(huì)產(chǎn)生一系列地質(zhì)效應(yīng)[155]，諸如海山俯沖誘發(fā)地震，抑制島弧巖漿作用，引發(fā)島弧區(qū)構(gòu)造變形等(圖6)。另外，大洋高原或島弧等在碰撞拼貼過(guò)程中可能會(huì)導(dǎo)致俯沖極性翻轉(zhuǎn)和躍遷[156]。例如，位于西南太平洋的翁通爪哇大洋高原的南向俯沖，導(dǎo)致俯沖通道阻塞，引起俯沖極性翻轉(zhuǎn)，即在翁通爪哇大洋高原南側(cè)形成向北俯沖的新幾內(nèi)亞俯沖帶[157]。此外，通過(guò)對(duì)班公—怒江蛇綠混雜巖帶的研究，最新發(fā)現(xiàn)在中生代特提斯演化過(guò)程中存在早—中侏羅世大洋高原與羌塘地體碰撞導(dǎo)致俯沖帶發(fā)生躍遷的事實(shí)，即在大洋高原后緣形成新的俯沖帶[158]。

圖件引自文獻(xiàn)[50]，有所修改圖6 西準(zhǔn)噶爾地區(qū)海山俯沖-增生過(guò)程簡(jiǎn)圖Fig.6 Sketch of Seamounts Subduction and Accretion in West Junggar Area

圖件引自文獻(xiàn)[160]，有所修改圖7 西準(zhǔn)噶爾地區(qū)大洋高原導(dǎo)致俯沖極性翻轉(zhuǎn)和躍遷簡(jiǎn)圖Fig.7 Sketches for Oceanic Plateau Causing Subduction Polarity Reversal and Transition in West Junggar Area

中亞造山帶西段發(fā)育不同時(shí)代海山、大洋高原及大洋島弧[50,62,159-160]，隨著俯沖的進(jìn)行，它們最終被帶到海溝，發(fā)生俯沖和增生。規(guī)模相對(duì)較小者，可能全部被帶進(jìn)俯沖帶；但規(guī)模較大的海山/大洋高原阻塞俯沖通道，導(dǎo)致俯沖極性翻轉(zhuǎn)和躍遷(圖7)。西準(zhǔn)噶爾地區(qū)塔城盆地兩側(cè)發(fā)育不同時(shí)代的島弧帶，更為重要的是，蛇綠混雜巖中輝長(zhǎng)巖、塊狀玄武巖和枕狀玄武巖顯示具有洋島玄武巖、富集型洋中脊玄武巖、正常型洋中脊玄武巖的地球化學(xué)特征[62]，這很可能與塔城大洋高原俯沖-增生過(guò)程密切相關(guān)，需要深入研究。另外，研究發(fā)現(xiàn)哈薩克斯坦山彎構(gòu)造的形成是俯沖板片的不對(duì)稱后撤和塔里木、西伯利亞板塊阻擋共同作用的結(jié)果[84]。但沒(méi)有相關(guān)研究進(jìn)一步揭示俯沖板片為什么會(huì)發(fā)生不對(duì)稱后撤。實(shí)際上，這很可能是海山/大洋高原俯沖-增生打破了原來(lái)俯沖帶的“平衡”，導(dǎo)致不協(xié)調(diào)俯沖及板片后撤，基于上述機(jī)制的共同作用，形成了現(xiàn)今的哈薩克斯坦山彎構(gòu)造。這與Izu-Bonin-Mariana島弧帶因北部小笠原海底高原和南部卡洛琳高原的俯沖發(fā)生變形極為相似。

目前，普遍認(rèn)為大洋高原是地幔柱活動(dòng)的結(jié)果[156,161]，如現(xiàn)代大洋中的翁通爪哇、克爾蓋朗、加勒比海大洋高原及沙茨基海隆均與早白堊世地幔柱活動(dòng)有關(guān)。中亞造山帶中大量發(fā)育的海山/大洋高原也是不同時(shí)代、不同規(guī)模地幔柱活動(dòng)的結(jié)果[56-59]。而這些熱的地幔柱頭與大洋巖石圈相互作用，不斷熱侵蝕大洋巖石圈底部，最終使得其由于重力失衡而發(fā)生俯沖起始。Yang等認(rèn)為西準(zhǔn)噶爾地區(qū)在早寒武世早期的俯沖起始是同期地幔柱活動(dòng)誘發(fā)的(圖8)[134]，類似的俯沖起始機(jī)制在華北板塊東部[162]、中美洲地區(qū)的加勒比海[31]和卡斯卡迪亞俯沖帶[32]也有報(bào)道。需要指出的是，隨著地球逐漸冷卻，巖石圈強(qiáng)度變大變厚，地幔柱誘發(fā)俯沖起始難度變大[15]。因此，在古亞洲洋發(fā)育早期階段，地幔柱誘發(fā)俯沖起始應(yīng)為主導(dǎo)機(jī)制，而在后期應(yīng)多為俯沖極性翻轉(zhuǎn)和遷移，當(dāng)然也應(yīng)有轉(zhuǎn)換斷層轉(zhuǎn)化、擴(kuò)張中脊翻轉(zhuǎn)、被動(dòng)陸緣垮塌等引發(fā)俯沖起始，這些需要后續(xù)工作進(jìn)行深入研究。

圖件引自文獻(xiàn)[134]，有所修改圖8 古亞洲洋南部早寒武世地幔柱誘發(fā)俯沖起始模式Fig.8 Subduction Initiation Models Induced by Early Cambrian Mantle Plume in the Southern PAO

5 結(jié) 語(yǔ)

(1)中亞造山帶西段蛇綠混雜巖物質(zhì)組成基本一致，包括超鎂鐵質(zhì)巖、基性侵入雜巖和基性熔巖以及海相沉積物等。各個(gè)巖石單元被構(gòu)造肢解改造，發(fā)育典型的巖塊-基質(zhì)構(gòu)造。在地球化學(xué)上，蛇綠混雜巖中基性巖可明顯分為洋中脊玄武巖型和洋島玄武巖型。

(2)蛇綠混雜巖中除了上述典型的蛇綠巖組分外，大多發(fā)育典型的海山巖石組合，即枕狀玄武巖、火山角礫巖、礁灰?guī)r、滑塌堆積巖、陸源碎屑巖，局部發(fā)育同沉積Z型褶皺、滑塌構(gòu)造等?？傮w而言，古亞洲洋中海山組成與現(xiàn)今大洋中海山基本一致。

(3)中亞造山帶西段蛇綠混雜巖和變質(zhì)巖的時(shí)代、屬性及空間分布，表明古亞洲洋俯沖起始時(shí)限不晚于新元古代早期，位置應(yīng)在西伯利亞南緣，并逐漸向南發(fā)展。西準(zhǔn)噶爾地區(qū)俯沖起始時(shí)限為早寒武世，并有蛇綠混雜巖、變質(zhì)巖及島弧巖漿巖記錄。

(4)中亞造山帶西段發(fā)育不同時(shí)代海山/大洋高原，可能阻塞俯沖通道，導(dǎo)致俯沖極性翻轉(zhuǎn)和躍遷，從而發(fā)生俯沖起始，即形成新的俯沖帶。但在古亞洲洋發(fā)育早期階段，地幔柱誘發(fā)俯沖起始為主導(dǎo)機(jī)制。

(5)雖然在中亞造山帶中不斷有海山/大洋高原被識(shí)別出來(lái)，但是其規(guī)模和分布都還不清楚，從而制約對(duì)其俯沖地質(zhì)效應(yīng)研究。另外，目前對(duì)于古亞洲洋的研究主要集中在顯生宙以來(lái)的俯沖-增生過(guò)程，而沒(méi)有關(guān)注其早期演化，更沒(méi)有探討古亞洲洋俯沖起始時(shí)限和機(jī)制問(wèn)題。當(dāng)然，板塊俯沖起始是當(dāng)代固體地球科學(xué)的重大前沿領(lǐng)域之一，更是板塊構(gòu)造理論面臨的一個(gè)重要難題。因此，需要地質(zhì)學(xué)家共同努力去揭秘古亞洲洋的前世今生，破解板塊俯沖起始的奧秘。

謹(jǐn)以此文慶祝長(zhǎng)安大學(xué)七十周年華誕，祝愿母校乘風(fēng)破浪，再創(chuàng)輝煌！七十個(gè)春夏秋冬，培育桃李滿園；七十載風(fēng)雨兼程，造就無(wú)數(shù)棟梁；是您開(kāi)啟了我的地學(xué)之門，是您培養(yǎng)了我的地學(xué)思維，是您賦予了我前進(jìn)的動(dòng)力！憶往昔，伯聲像旁，雁博園前，育才路邊，母校的一草一花，同學(xué)的一言一行，老師的一顰一笑，仍記憶猶新！地質(zhì)樓的教室緊挨著成片柿子樹(shù)，上課時(shí)同學(xué)們總要討論窗外的柿子多么香甜，有天晚上和同學(xué)好不容易摘了幾個(gè)回來(lái)，特意放被窩珍藏了好些天，拿出來(lái)時(shí)卻已經(jīng)壞了，最終還是沒(méi)有嘗到是澀是甜，但是現(xiàn)在每每路過(guò)那里，心里總是甜甜的。冬天的早上，總是想賴床不想上課，但是有個(gè)媽媽般的阿姨不會(huì)讓你如愿以償。無(wú)論你是誰(shuí)，只要發(fā)現(xiàn)上課期間還在床上，直接把被子掀掉，督促你上課，大家都“怕”她了，慢慢習(xí)慣了，反倒很尊重她，現(xiàn)在想起來(lái)，心里還是暖暖的。在《地球科學(xué)概論》課堂上，老師深入淺出地分析了萊伊爾的“現(xiàn)在是認(rèn)識(shí)過(guò)去的鑰匙”這一著名原理，同時(shí)簡(jiǎn)要講解了具有中國(guó)特色的五大構(gòu)造學(xué)派發(fā)展及成就。但是沒(méi)有人作筆記，老師便說(shuō)：“你們的腦袋都能記??？都能掌握？但我還是相信好記性不如爛筆頭，希望大家要養(yǎng)成記筆記的好習(xí)慣！”我記住了老師的話，并堅(jiān)持了下來(lái)，受益終生。飲水思源，作為母校的一員，我衷心感謝母校的培養(yǎng)，也將為母校的建設(shè)和發(fā)展貢獻(xiàn)自己的下半輩子！回顧過(guò)去，我無(wú)比幸運(yùn)；展望未來(lái)，我信心十足！相信母校的七十周年華誕將成為承前啟后、繼往開(kāi)來(lái)和開(kāi)拓創(chuàng)新的新起點(diǎn)！