洋脊俯冲及其在新疆阿尔泰地区存在的可能证据.doc

洋脊俯冲及其在新疆阿尔泰地区存在的可能证据 沈晓明1，2，张海祥1，马林1，2 1.中国科学院广州地球化学研究所同位素年代学与地球化学重点实验室，广东广州510640； 2.中国科学院研究生院，北京100049 摘 要本文综述了洋脊俯冲的研究历史与现状，论述了与洋脊俯冲相关的各种构造运动、岩浆活动以及成矿特点。同时，系统总结了阿尔泰南缘已报道的可能与洋脊俯冲有关的证据，如埃达克岩和富铌玄武岩、玻安岩、苦橄岩、A型花岗岩、双峰式火山岩、阿拉斯加型杂岩、酸性岩墙群等特殊的岩石类型，以及可能与洋脊俯冲相关的变质变形作用，认为洋脊俯冲模式可以合理的解释阿尔泰南缘的这些岩石组合以及变质变形作用。此外，分析了晚古生代阿尔泰南缘洋脊俯冲的时空分布，阐述了洋脊俯冲对中亚造山带陆壳增生及成矿的意义。 关键词洋脊俯冲；阿尔泰；陆壳增生；成矿 中图分类号P541 文献标识码A 文章编号10011552201002018115 0 引 言 现代的大洋中脊是地球上最巨大的山脉系统，它纵贯太平洋、印度洋、大西洋和北冰洋，彼此相连，总长度约60000km，宽度一般可达10002000km，约占整个海洋面积的1/3.这道海底火山平均高出深海盆地13km，顶部有溢出岩浆的裂谷宽度一般1040km，并被许多转换断层或破裂带切穿。大洋中脊是洋底扩张的中心和新地壳产生的地带，热地幔物质沿脊轴不断上升，凝固成以超基性和基性岩组成的新洋壳，并不断向两侧扩张推移W ilson，1989。目前，一般以扩张速率为标准将大洋中脊分为4种类型Macdonald，1982； Dick et al，2003 1快速扩张脊918cm/a，如EPR3S；2中速扩张脊59cm/a，如EPR21N； 3慢速扩张脊25cm/a，如MAR； 4超慢速扩张脊2cm/a，如SWIR和北极洋脊。最后，洋壳都俯冲进入消减带而消亡，当俯冲速率大于洋脊扩张的速率并满足其它条件时就会发生洋脊俯冲Ridge subductionFarrar and Dixon，1993。 对洋脊俯冲的研究，最早始于20世纪60年代末对美国西部造山作用的研究Palmer，1968。此后，由于其不同于普通洋壳俯冲而特有的地质现象引起地质学家的广泛关注Delong and Fox，1977；Dickinson and Snyder，1979； Cronin，1992； Farrarand Dixon，1993； Haeussler et al，1995； Klein andKarsten，1995； Sisson et al，2003，研究的内容包括洋脊俯冲的几何学、运动学、岩浆作用、变质作用以及成矿作用等方面。洋脊俯冲是国际上的研究热点，而在国内则刚刚得到重视刘希军等，2007，2009； Jian et al，2008； Ling et al，2009。中亚造山带特殊的古生代构造格局和复式增生垂向和侧向增生方式，为研究洋脊俯冲提供了得天独厚的条件，使其处于国内洋脊俯冲研究的前沿刘希军等，2007，2009； Jian et al，2008； Cai et al，2008；唐功建等，2009； Geng et al，2009。实际上，洋脊俯冲是一个普遍的地质现象，所有的俯冲带最终都会与扩张洋脊相互作用而结束Brown，1998； Delong and Fox，1977，这也是威尔逊旋回W ilson cycle中大洋闭合的阶段。现在仍然存在许多可观察到的洋脊俯冲地区，环太平洋造山带就有7处，分别是北美洲的Mendocino，Rivera，British Columbia，中美洲的Panama，南美洲的Chilean和南太平洋的Antarctic、WoodlarkSisson et al，2003。因此，在地球历史上古大洋的演化过程中也必定留下许多洋脊俯冲的记录，只是这些板块边缘的地质记录还没有被揭示出来。扩张洋脊与俯冲带的相互作用会引发一系列的构造-岩浆-成矿事件，研究这些地质事件将有助于揭示新的地球动力学过程，具有重要的地质意义。 1 洋脊俯冲研究进展 Palmer1968首次注意到洋脊俯冲，他根据北美洲板块向西漂移的速度推测出东太平洋洋中脊在中侏罗世开始俯冲到北美洲板块之下，并认为美国西部造山带与洋脊俯冲有关。Delong和Fox1977为洋脊俯冲提供了直接证据，他们通过分析海底磁异常，发现在阿拉斯加和阿留申、北美的西南、智利的南部、印度尼西亚、日本和南极都曾出现过洋脊俯冲，并认为洋脊俯冲会产生三种主要的地质效应火山岛弧的岩浆活动的中止、前弧区域岩石的低温变质作用、海沟向岛弧一侧地形的变化局部构造运动。 洋脊具体以何种形式俯冲取决于板块之间的几何学和运动学关系Cronin，1992； FarrarandDixon，1993。Farrar和Dixon1993讨论了海底扩张使洋脊到达俯冲边界时4种可能的运动学模式。他们用一个上覆大陆板块Overriding plate和两个海洋板块前导板块Leading oceanic plate和拖曳板块Trailing oceanic plate来表示洋脊俯冲及相关的地质问题。他们认为俯冲自前导板块开始，当前导板块完全冲入上覆大陆板块之下，洋脊到达上覆大陆板块前缘的海沟处俯冲边界时可能的运动模式为拖曳板块和上覆板块拼合如南极之下的Aluk洋脊、拖曳板块缓慢俯冲如智利之下的Nazca洋脊、日本之下的Lzanagi洋脊，此种俯冲模式将会产生火山岩浆活动、拖曳板块和上覆板块转换为走滑运动如圣-安得列斯转换断层、拖曳板块和上覆板块分离如北美板块。洋脊具体以何种方式运动取决于洋脊后的拖曳板块和上覆板块之间的相对运动关系 当扩张洋脊俯冲到上覆板块之下，由于不断产生的新的岩浆不再固结，便会产生板片窗图1Dickinson and Snyder，1979。板片窗的形状和大小主要取决于俯冲前洋脊-转换断层-海沟结构、板块汇聚向量和俯冲角度三个因素Thorkelson，1996。软流圈地幔通过板片窗上涌，并在周围的软流圈地幔产生异常的热的物理的和化学的效应，这些条件就会改变上覆板块的构造和岩浆演化，打乱正常的弧前-弧体系。埃达克岩、高镁安山岩、富铌玄武岩，结合“正常”的拉斑到钙碱性的与俯冲有关的岩石系列，通常被解释为洋中脊俯冲的产物，分别代表俯冲板片的熔体，埃达克质流体和地幔橄榄岩的混合，以及混合的残余Defant and Drummond，1990； EscuderViruete et al，2007； Kepezhinskas et al，1996； Martin et al，2005。在板片窗上方，岛弧火山活动减少，取而代之的是洋中脊或与裂谷有关的火山活动。从前弧到弧后异常的岩浆活动可能伴随着前弧变质作用、走滑断层的发育、区域的抬升和伸展，甚至裂谷的发生Thorkelson，1996。板片窗在世界上许多地方都有发现，如Alaska南部Cole et al，2006、墨西哥的BajaCalifornia南部Madsen et al，2006和北美西部等等Pallares et al，2007。 Brown1998在研究日本Ryoke和Abukuma由洋脊俯冲产生的高温-低压变质带时认为，扩张洋脊的俯冲产生的板片窗会在地壳浅部产生异常高的温度，从而使俯冲增生杂岩中出现低P /T的变质带并导致杂岩的熔融。热量是通过近海沟处上升的岩浆进行传导的，近海沟处的岩浆活动和低P /T变质带的出现是洋脊俯冲标志性的地质现象。类似成因的高温低压变质带还出现在日本的Shimanto和Hidaka变质带和美国阿拉斯加的Chugach变质带等。Iwamori 2000在研究洋脊俯冲产生的热效应时认为，洋脊俯冲可以产生高P /T的变质，并以此解释在日本Ryoke低P /T变质带和Sanbagawa高P /T变质带并列出现的现象。 Sisson et al 2003对洋脊-俯冲带作用做了系统评述，总结了现今的和已发生的洋脊俯冲引发的地质过程，将其特点归纳如下 1运动学构造历史时间和空间上的变化；地区的快速抬升。2岩浆作用前弧地区岩浆随时间迁移，岩浆起源于地幔或地壳；岩浆弧岩浆作用停止或岩浆活动性增加，岩浆发展为碱性系列；弧后出现碱性和洋岛特征的岩浆作用；出现板片熔融相关的岩浆。3变质作用前弧具有低压或者高温变质作用；区域接触变质作用。4盆地演化沉积中心快速抬升和前弧盆地的抬升；前弧盆地被走滑断裂系统破坏。5增生楔间歇性的构造侵蚀；具有与海沟附近MORB相关的远洋沉积物6消减带蛇绿岩具有特殊地球化学特征的前弧增生蛇绿岩。Sisson et al2003提出的古近纪北美科迪勒拉大陆边缘洋脊俯冲模式图中总结了与洋脊俯冲相关的各种地质过程，如图1所示。 另外，洋脊俯冲与成矿作用密切相关。Haeussler et al 1995认为阿拉斯加南部的脉状金矿形成于洋脊俯冲造成的板片窗之上。Goldfarb et al1998在研究环太平岩同造山型金矿时认为，位于弧前之下俯冲的板片窗可以为金矿的形成提供所需要的热量。Cooke et al 2005和Hollings et al2005认为洋脊俯冲可以形成斑岩型铜矿和热液型金矿床，如智利中部的大型斑岩铜矿床。Ling et al 2009认为我国长江中下游的金属矿床和岩作用与太平洋板块和Izanagi板块之间的洋脊俯冲有关。以上研究表明，洋脊俯冲及其引发的地质过程可能为矿床的形成提供了必要的构造、热和物质来源。 最近几年，中亚造山带也逐渐有学者研究与古亚洲洋洋脊俯冲有关的地质过程，并取得一定的成果。刘希军等2007认为东准噶尔克拉麦里蛇绿岩可能形成于受洋脊俯冲影响的岛弧或弧前扩张环境。最近，刘希军等2009在西准噶尔达拉布特蛇绿岩中发现形成时代远晚于主体蛇绿岩395Ma的EMORB型镁铁质岩302Ma，并认为EMORB型镁铁质岩是蛇绿岩消亡阶段由于扩张洋脊和俯冲带碰撞作用而形成的弧前海山。Jian等2008认为内蒙古地区在早古生代存在着洋脊俯冲。唐功建2009认为西准噶尔包古图地区的铜金矿床和一些埃达克岩或高镁安山岩可能与石炭纪的洋脊俯冲有关。Geng et al 2009也认为西准噶尔晚石炭世的岩浆活动与洋脊俯冲有关。 2 新疆阿尔泰地区与洋脊俯冲有关的证据 阿尔泰造山带位于中亚造山带CAOB的中部，是世界上典型的显生宙增生造山带，是中亚造山带的重要组成部分 Jahn et al，2000； Sengor et al，1993。虽然对于包括阿尔泰造山带在内的中亚造山带古生代的构造演化模式存在很多不同的观点，但多岛洋俯冲增生拼贴模式被大多数研究者可W indley et al，2007； Xiao et al，2008，2009。这一观点认为古亚洲洋古生代的构造格局类似于现在的东南亚，是由许多被洋内弧分割的洋盆组成的。新疆北部的阿尔泰、东准噶尔、西准噶尔、天山等造山拼贴体图2A是在晚古生代逐渐向北拼贴到西伯利亚板块南缘，于二叠纪晚期造成古亚洲洋的闭合并完成这一复杂的陆壳侧向增生造山过程Xiao et al，2008，2009。 研究区位于阿尔泰造山带南缘的富蕴-青河一带，构造上位于西伯利亚板块和哈萨克斯坦-准噶尔板块的结合部位Sengor et al，1993；肖序常和汤耀庆，1991图2B。前人的研究表明，至少从早奥陶世开始，形成了分隔准噶尔板块与阿尔泰地块的准噶尔洋西与斋桑洋、东与南蒙古洋相通，并且发生了俯冲、碰撞、增生等过程Windley et al，2002； Xiao et al，2004；何国琦等，1994；曾乔松等，2009，直到晚石炭世-二叠纪早期新疆北部仍然存在一定规模的洋盆及其相关的俯冲作用Xiao et al，2008，2009；肖文交等，2006b；龙晓平等，2006。 古亚洲洋演化过程中必定存在着扩张洋脊的俯冲作用，研究洋脊与俯冲带相互作用的构造运动、岩浆活动、成矿作用等地质过程是地球动力学一个十分重要的前沿课题。本文在前人积累的大量研究成果的基础上，通过对新疆阿尔泰地区晚古生代的埃达克岩和富铌玄武岩、玻安岩、苦橄岩、A型花岗岩、双峰式火山岩、阿拉斯加型杂岩、酸性岩墙群等特殊的岩石类型以及变质变形作用的系统总结和分析，认为洋脊俯冲模式可以合理的解释阿尔泰南缘的这些岩石组合以及变质变形作用。 2. 1 区域地质概况 研究区分布的主要断裂为额尔齐斯-玛因鄂博深大断裂和卡拉先格尔断裂，南部有乌伦古河深大断裂，其中额尔齐斯-玛因鄂博断裂被认为是西伯利亚板块和哈萨克斯坦-准噶尔板块的分界线图2。区内晚古生代地层火山岩十分发育，从早泥盆世到早二叠世均有发育图2B，主要组成为基性-中性-酸性火山岩、火山碎屑岩、碎屑沉积岩建造。如下泥盆统托让格库都克组为一套海相中基性-中酸性火山岩及其碎屑岩建造，其中含有埃达克岩和富铌玄武岩张海祥等，2004；中泥盆统北塔山组为一套中基性火山岩，并且底部含有厚度超过100m的苦橄岩张招崇等，2007。区内岩浆侵入活动主要为花岗岩，少量基性-超基性岩。其中花岗岩以额尔齐斯断裂为界可以明显的分为两种类型，以北的拉斑-钙碱性I型花岗岩和以南的碱性A型花岗岩。花岗岩形成时代跨度大，主要年龄范围在410280Ma，且有从北至南有逐渐变新的趋势Wang et al，2006；毛启贵等，2008；刘家远和袁奎荣，1996。基性-超基性岩出露较少，主要分布在喀拉通克一带，岩石类型主要为苏长岩和橄榄苏长岩，苏长岩的SHRIMP锆石U-Pb年龄为2875Ma韩宝福等，2004。研究区蛇绿岩沿深大断裂分布图2A，有沿额尔齐斯断裂分布的库尔蛇绿岩、青河蛇绿岩和沿乌伦古断裂分布的扎河坝蛇绿岩、阿尔曼太蛇绿岩，形成时代分别为37219Ma、3524Ma、48944815Ma和5037Ma肖文交等，2006a；吴波等，2006；张海祥等，2003b；简平等，2003。 此外，阿尔泰山南缘是重要的铜、铁、金、铅、锌等多金属成矿带，著名的阿舍勒铜铅锌矿和可可塔勒铅锌矿、蒙库铁矿和喀拉通克铜镍矿即产于该带中。研究区中的铜金矿化可能与埃达克岩有关，如富蕴南索尔库都克一带的铜金矿化群的赋矿层主要为下泥盆统托让格库都克组火山岩，与埃达克岩共生图2B；卡拉先格尔铜矿带的含矿斑岩也具有埃达克岩的地球化学特征万博和张连昌，2006。 2. 2 与洋脊俯冲有关的证据 2. 2. 1 埃达克岩和富铌玄武岩 在阿尔泰南缘富蕴南部的索尔库都克地区分布有埃达克岩和富铌玄武岩组合，它们产出于下泥盆统托让格库都克组火山岩中Zhang et al，2005；张海祥等，2004，与铜矿化关系密切。另外，在阿尔泰南缘的卡拉先格尔铜矿带的许多含矿斑岩也具有埃达克岩的地球化学特征万博和张连昌，2006；杨文平等，2005，它们侵入于中泥盆统北塔山组地层中，SHRIMP锆石U-Pb年龄为381637610Ma张招崇等，2006b。前人研究认为这些埃达克岩都是由俯冲洋壳熔融形成的，具有高的87Sr/86Sri和低εNdt的埃达克岩可能是板片熔体受到俯冲沉积物的混染造成的图3。洋脊俯冲最有利于形成埃达克岩-富铌玄武岩-高镁安山岩等具有特殊地球化学特征的岩石，原因为扩张洋脊满足埃达克形成的必要条件年轻的、热的洋壳Yogodzinski et al，2001。洋脊俯冲形成的板片窗容易使两侧的板片发生部分熔融形成埃达克岩，并引发形成其组合岩石，如日本、阿留申、墨西哥巴哈半岛、南美洲厄瓜多尔等的埃达克岩和高镁安山岩都被认为是由洋脊俯冲形成的Sisson et al，2003。阿尔泰南缘的埃达克岩可能是洋脊俯冲时板片窗边缘的洋壳熔融形成的，富铌玄武岩则是埃达克质熔体上升过程中交代的地幔楔橄榄岩发生部分熔融所形成的。 2. 2. 2 玻安质岩石 新疆北部富蕴县沙尔布拉克中泥盆统北塔山组中发育有玻镁安山岩张海祥等，2003a，表现出高MgO3. 91 9。 31 和相容元素包括Ni、Cr、图A底图修改自Jahn et al，2000；Xiao et al，2008；与洋脊俯冲有关的地质记录引自表1和文献Xiao et al，2004； Zhou et al，2004；Zhang et al，2005； Zhou et al，2008； Geng et al，2009；刘家远和袁奎荣，1996；张海祥等，2003a，2003b；陈毓川等，2004；韩春明等，2006；毛启贵等，2008； Wang et al，2005；周刚等，2007a，2007b，2007c；范裕等，2007；唐红峰等，2007a，2007b；宫红良等，2007；苏玉平等，2008；谭绿贵，2008；唐功建等，2009。图B图例 1.海西期花岗岩； 2.海西期闪长岩； 3.断层； 4。第四系； 5。第三系； 6。上石炭统； 7。下石炭统； 8。上泥盆统； 9。中泥盆统； 10.下泥盆统； 11.志留系； 12.寒武系-奥陶系。与洋脊俯冲相关的地质证据①。埃达克岩和富铌玄武岩；②。玻安岩；③。苦橄岩；④。A型花岗岩；⑤。双峰式火山岩；⑥。弧后盆地蛇绿岩；⑦。阿拉斯加型杂岩；⑧。变质岩；⑨。酸性岩墙群。图2 A新疆北部大地构造简图及可能与洋脊俯冲有关的地质记录B阿尔泰南缘区域地质简图及金属矿点分布Fig。2 Simplified geologicalmap of Northern X injiang and the possible records of ridge subduction A and geologicalmap of Southern A ltay and the distribution ofm ineral deposits BCo等含量，低TiO2含量0. 21 0. 35 ，同时具有U型稀土元素分布模式图4，并强烈亏损高场强元素。这是与俯冲密切相关的一类较罕见的石类型，形成于前弧环境，典型地区如IzuBoniN-Mariana前弧Macpherson andHal，l 2001等。玻安质岩浆是在低压条件下，来源于比MORB熔离后残留模拟参数 Cook埃达克岩 Sr2003μg/g，87Sr/86Sri0.7028；Nd28。 1μg/g，εNdt9。 8。俯冲沉积物 Sr200μg/g，87Sr/86Sri0.712； Nd20μg/g，εNdt-8。参数选择据Kay et al，1993，Plank and Langmuir，1998。图3 阿尔泰南缘埃达克质岩熔融源区模拟Fig。3 Source simulation of the adakites in Southern Altay图4 新疆北部玻安质火山岩稀土元素配分模式与Bonin岛玻安岩系岩石的对比图中数据引自牛贺才等，1999；张海祥等，2003a； Macpherson andHal，l2001Fig。4 Contrast ofREE of boninite in NorthernX injiang and Bonin Island物更难熔的橄榄岩源区贫单斜辉石的二辉橄榄岩或方辉橄榄岩Umino and Kushiro，1989。要使这个亏损的橄榄岩发生熔融，不仅需要比早期熔融更高的温度，同时需要流体的加入Crawford et al，1989。 另外，阿尔泰西部阿舍勒铜矿区中泥盆统阿舍勒组海相火山岩地层中发育一套富镁火山岩系牛贺才等，1999，主要由高镁安山岩和高镁英安岩组成，它们也表现出与玻安岩相似的地球化学特征图4，是前弧地区典型的岩石组合。阿舍勒富火山岩系与富蕴西南的沙尔布拉克玻安岩一起表明，阿尔泰南缘在中泥盆世可能是靠近古亚洲洋海沟的前弧环境，它们可能是洋脊俯冲时在前弧环境下产出的一种特殊的岩石类型。 2. 2. 3 苦橄岩 近年来，在阿尔泰山南缘的中泥盆统北塔山组D2b地层中发现了世界罕见的厚度100200m的苦橄岩，该苦橄岩由乔夏哈拉-老山口延伸达60km以上陈毓川等，2004。苦橄岩是一种高温下形成的高镁熔岩，其低的黏度使其上升速度快，由此保证了岩浆从形成到喷发过程中基本不发生演化Anderson，1994，因此，苦橄岩可以更好地反映其源区特点。该区苦橄岩高的Mg值0. 750. 80和Cr、Ni含量分别为8801250μg/g和280560μg/g指示了其是地幔直接熔融形成的，苦橄岩的Zr/Nb比值为2366，与MORB的Zr/Nb比值的范围接近1060 Davidson，1996，同样其Sm/Nd比值0. 260. 33也落在MORB的范围内平均值为0. 32 Anderson，1994，可由此推测其源区为MORB源的亏损地幔。微量元素N-MORB标准化蛛网图和稀土元素球粒陨石标准化配分图上，苦橄岩均显示与N-MORB相似的特征，同时显示出明显大离子亲石元素富集Rb、Ba、Th、K和高场强元素的亏损，并具有Nb、Ta负异常和轻微的Ti负异常，说明其具有岛弧火山岩的特征张招崇，2006a。另外，同位素数据87Sr/86Sri 0. 70330. 7043，εNdt 6. 47.3，t385Ma也显示这套苦橄岩具有现代岛弧岩浆岩的特征Zhang et al，2008。北塔山组火山岩具有从拉斑玄武岩系列向钙碱性玄武岩系列过渡的特点，也暗示了其构造背景为板块边缘。 Zhang et al 2008通过单斜辉石-流体温度压力计估算出单斜辉石的结晶温度为1350C，压力1.80GPa，并以此推算出岩浆的logfO2-3. 97，据此认为苦橄岩应该是俯冲岛弧下的地幔楔部分熔融的产物，并根据所建立的稀土比值模拟认为初始岩浆起源于地幔石榴石橄榄岩-尖晶石橄榄岩过渡相约80km。 如果苦橄岩中单斜辉石的结晶温度为1350C，那么促使岩浆源区地幔熔融的温度会更高，如图5所示，无论是洋壳或者陆壳在80km深处，都无法达到如此高的温度，只有在大洋中脊处才能满足地幔熔融所需要的异常高的温度条件，这个温度也与软流圈地幔的温度很接近1400C。苦橄岩的一些铂族元素的特征比值Pd/Ir、Pt/Pt*也指示了岩浆起源于软流圈地幔，而高的Os/Ir比值则暗示了源区中有深海沉积物的加入张招崇等，2006a。因此，阿尔泰山南缘的苦橄岩最有可能的一种形成模式为洋脊俯冲，洋脊俯冲既提供了苦橄岩形成所需要热源也提供了物源。 2. 2. 4 A型花岗岩 洋脊俯冲会形成板片窗，软流圈物质通过板片窗上涌，在板片窗上部造成拉张的构造环境，形成具有后碰撞特点的花岗岩类。在由洋脊俯冲作用下形成的板片窗上常出露有A型花岗岩，如新西兰Chatham洋脊东部的A型花岗岩Mortimer et al，2006、阿拉斯加的Mc Kinley Sequence岩体Hung et al，2007和南美智利的SanLorenzo岩体Suarezand De La Cruz，2001等。阿尔泰南缘的青河口岸A碱性型花岗岩，代雅建2006获得了3584Ma的锆石SHRIMPU-Pb年龄。与新疆北部广泛分布的后碰撞A2型花岗岩相比，口岸A碱性型花岗岩表现出A1型花岗岩的特点，具有板内岩浆OIB的某些地球化学特征图6，但口岸碱性花岗岩形成于早石炭世358Ma准噶尔洋俯冲的构造环境，因此，可能是洋脊俯冲形成的。 另外，在新疆阿尔泰地区广泛发育晚古生代花岗岩，这也是中亚造山带显生宙陆壳生长的最重要的物质表现Chen et al，2000； Han et al，1997；Hong et al，2004；贾小辉等，2009。韩宝福等2006通过统计年代学资料厘定了东准噶尔后碰撞深成岩浆活动集中在330280Ma。对新疆北大规模的后碰撞岩浆活动的触发机制，不排除洋脊俯冲影响的可能，因为“后碰撞”Post collision在时间上确实与新疆北部俯冲的构造环境不符，这种“后碰撞”很可能为“后洋脊俯冲带碰撞”Postridgetrench collision。Farrar和Dixon1993认为，扩张洋脊俯冲引起的地幔物质上涌可以持续几十个百万年。W indley et al 2007也认为中亚造山带后碰撞花岗岩尤其是A型花岗岩与洋脊俯冲有关。例如，现今日本与陆壳增生相关的花岗岩类，其最重要的成因机制就是洋脊俯冲Maruyama，1997。 2. 2. 5 双峰式火山岩 新疆阿尔泰苏普特一带中泥盆统阿勒泰组为一套以玄武质岩石为主的双峰式火山岩组合，明显缺少SiO2为55 66的中性岩周刚等，2007a。这套岩石下部以变质玄武岩为主，夹少量流纹岩，中部以变质玄武岩、玄武质凝灰岩、沉凝灰岩为主，夹少量酸性火山岩及其碎屑岩，上部流纹质岩石有所增加。玄武质岩石往往变质为角闪片岩、绿帘阳起石片岩等，属拉斑玄武岩系列，低SiO2、K2O，高T，i富Na、Rb、Ba、Th、U等，轻稀土略富集，无明显铕异常，Nb负异常明显，相似于MORB和岛弧型玄武岩的某些特征，与弧后盆地玄武岩的特征基本一致Gribble et al，1996； Shinjo et al，1999。流纹质岩石属钙碱性系列，高SiO2，低K2O，为钠质型；大离图5 地球200km深度内地热梯度曲线据W ilson，1989阿尔曼太蛇绿岩数据来源于Wang et al，2003；布尔根蛇绿混杂岩数据来源于吴波等，2006；岩体数据源自沈晓明等未发表资料；底图据Eby，1992.图6 口岸A型花岗岩Ce/Nb-Y/Nb图解子亲石元素富集，具明显的Nb、P、Ti负异常和弱的Th正异常，Sr含量较低；稀土元素含量较高，轻稀土略富集，La/YbN为2. 553. 73，铕负异常较明显，δEu值为0. 340. 54。流纹质岩石地球化学特征也与典型弧后盆地双峰式火山岩中的流纹岩相似Shinjo andKato，2000。结合区域资料分析，笔者认为苏普特双峰式火山岩是阿尔泰南缘洋脊俯冲造成的裂谷盆地演化晚期局部形成的类似于弧后环境的产物。 2. 2. 6 弧后盆地蛇绿岩 研究认为，原来通常被认为形成于弧后环境的超消减带SuprasubductioN-type ophiolite蛇绿岩，更理想的产出环境为受洋脊俯冲影响的前弧Sisson et al，2003或岛弧，如智利南部的Taito半岛Klein andKarsten，1995； Lagabrielle et al，1994和南AlaskaBradley et al，2003； Sisson and Pavlis，1993蛇绿岩。位于阿尔泰地区的库尔提蛇绿岩兼具MORB和IAB的双重地球化学特征，与典型的Mariana弧后盆地玄武岩类似Gribble et al，1996。 Xu et al 2002认为其形成于古亚洲洋北侧的洋内弧的弧后盆地系统。张海祥等2003b对蛇绿岩中斜长花岗岩的锆石SHRIMP U-Pb定年结果为37219Ma，鉴于斜长花岗岩的形成年龄往往晚于蛇绿岩，库尔提蛇绿岩可能形成于中泥盆世，与苏普特双峰式火山岩同期。因此，笔者认为库尔提蛇绿岩与苏普特双峰式火山岩一起可能是洋脊俯冲产生的弧后拉张环境的产物。最近，有研究认为位于东准噶尔南部的克拉麦里蛇绿岩是洋脊俯冲的产物刘希军等，2007。 2. 2. 7 阿拉斯加型基性-超基性杂岩 阿拉斯加型岩体是由纯橄岩、橄榄岩、辉石岩、辉长岩和闪长岩等组成的环带状岩体，由于阿拉斯加型基性-超基性杂岩特殊的构造环境、地质特征、岩石组合和化学特征，很早就引起地质学家的关注Taylor，1967。分布在阿拉斯加的带状基性-超基性杂岩被认为与阿拉斯加新生代的洋脊俯冲有关Sisson et al，2003。阿尔泰南缘的喀拉通克大型铜镍硫化物矿集区分布有11个基性-超基性杂岩体，1号岩体苏长岩的SHRIMP锆石U-Pb年龄为2875Ma韩宝福等，2004，铜镍硫化物矿石的ReOs同位素年龄为30515Ma韩春明等，2006，与新疆北部A型花岗岩形成时代相近Zhou et al，2004，表明二者之间具有成因上的联系。韩春明等2006和Pirajno et al 2008认为喀拉通克铜镍硫化物矿床的基性杂岩体属于阿拉斯加型杂岩，基性杂岩的地球化学特征指示其形成于岛弧环境，硫化物矿石的Sr、Nd、Os、S、O同位素表明成矿物质来源于亏损的软流圈地幔，结合其与北侧额尔齐斯断裂带镁铁-超镁铁杂岩体和火山岩空间分布特征，韩春明等2006认为该矿床为准噶尔洋盆向北俯冲增生的产物，喀拉通克一带岩体可能是在增生楔之上发育的增生岛弧环境下形成的一套基性-超基性杂岩体。 2. 2. 8 变质作用 尽管热的扩张洋脊俯冲导致近洋脊附近的年轻海洋地壳在火山岛弧下浅层提前脱水而使熔融停止岛弧火山活动中断，但其热传导作用可使上覆岛弧的前弧区域岩石产生区域性高温低压变质作用Brown，1998，并在深部发生高压变质作用，最后通过低角度俯冲或者热抬升折返到地表Iwamor，i2000。新疆阿尔泰地区的变质作用总结如表1.从表1可以看出，新疆阿尔泰南缘的变质岩带变质时代主要集中在二叠纪。前人研究认为，这些变质岩带的原岩形成于岛弧环境，变质年龄代表晚古生代时期与俯冲增生造山作用相关的构造热事件胡霭琴等，2006；厉子龙等，2004；陈汉林等，2006，而这种构造热事件很可能与扩张洋脊与俯冲带的相互作用有关。 表1 新疆阿尔泰地区变质岩同位素年龄资料 Table1 Isotopic ages ofm etamorphic rocks in A ltay，X injiang 地点 变质岩 变质年龄Ma 测年方法 资料来源 青河西南 英安岩质片麻岩 2813 锆石SHRIMPU-Pb 胡霭琴等，2006 富蕴地区 片麻岩 275/270 角闪石和黑云母40Ar/39Ar坪年龄 胡霭琴等，1997 富蕴乌恰沟 基性麻粒岩 255 锆石SHRIMPU-Pb陈汉林等，2006 富蕴库尔提 角闪片岩 276 角闪石40Ar/39Ar坪年龄 待发表 扎河坝 石英菱镁岩 281. 62.5 多硅白云母40Ar/39Ar等时线 牛贺才等，20072. 2. 9 酸性岩墙群 在阿尔秦南缘额尔齐斯构造带东段、额尔齐斯活动断裂与富蕴-锡泊渡断裂之间发育了一套未变形的酸性岩墙群图2B，遥感影像呈现明显的密集条带。在额尔齐斯河活动断裂南侧和富菹-锡泊渡断裂北侧，都没有这套酸性岩墙侵位。岩墙群呈北北东向，侵位于海西期片麻岩化花岗岩和上石炭统深变质的额尔齐斯组岩层中，为具有细晶结构的流纹斑岩，一些岩墙的南端被额尔齐斯断裂切割。岩石的地球化学特征具A型花岗岩类特点宫红良等，2007。岩墙中锆石U-Pb二次粒子微探针测年为2861227710MaBriggs et al，2007；宫红良等，2007。宫红良等2007认为，岩墙是阿尔泰海西期后碰撞拉张构造环境下的地壳局部熔融产物。但是，岩墙群产出于富蕴地区西部相当局部的范围；新疆北部的构造演化表明早二叠世新疆北部还存在局部洋盆Briggs et al，2007； Xiao et al，2008，2009。因此，笔者认为阿尔泰南缘的具有A型花岗岩特征的酸性岩墙群，其形成的构造环境可能为洋脊俯冲造成的局部伸展，岩墙群的NNE走向，也与古亚洲洋向北俯冲和局部抬升双重应力条件下产生的破裂方向相符。 2. 3 阿尔泰地区洋脊俯冲的时空分布 图2A标示出了新疆北部可能与洋脊俯冲有关的地质记录，从这些地质记录的分布来看，阿尔泰地区相对集中，尤其在阿尔泰南缘的富蕴-青河一带密集分布，分布有埃达克岩、富铌玄武岩、玻安岩、苦橄岩、变质岩带、A型花岗岩等。图7统计出了阿尔泰南缘各种与洋脊俯冲相关的地质记录的时间分布，从图7可以看出，时间上，阿尔泰南缘的岩浆活动和变质作用主要集中在416371Ma和323255Ma之间，分别以390Ma和290Ma为中心，并具有明显的时间间断370330Ma，这表明，在阿尔泰地区在晚古生代很可能存在两次洋脊俯冲。洋脊俯冲的这种时间间隔特征类似于日本，据Maruyama1997研究，从450Ma以来，日本大约每100Ma存在一次洋脊俯冲，并由此产生岩浆活动的高峰。 另外，区域变形也支持上述阿尔泰地区晚古生代可能存在两次洋脊俯冲的认识。Wang et al2006在研究阿尔泰同造山花岗岩时认为，410370Ma阿尔泰存在一次区域性变形事件，这个时间与阿尔泰南缘泥盆纪的洋脊俯冲相对应，这可能与洋脊与俯冲带的碰撞作用Ridgetrench collision相关。Briggs et al 2007研究额尔齐斯大断裂时为，由于俯冲作用，在早二叠世290275Ma额尔齐斯断裂发生南向的逆冲，这个时间与阿尔泰南缘早二叠世的洋脊俯冲相对应。青河西南的片麻岩锆石U-Pb年龄2813Ma胡霭琴等，2006，以及富蕴变质岩中角闪石和黑云母的40Ar/39Ar年龄275270Ma胡霭琴等，1997，都记录了阿尔泰造山带早二叠世时期一次重要的构造挤压-变质作用-快速构造隆升的动力学过程，其诱发机制可能为二叠纪古亚洲洋消亡阶段的洋脊俯冲。 3 洋脊俯冲对中亚造山带陆壳增生及成矿的意义 洋脊俯冲在中亚造山带的存在，对于深入认识中亚造山带显生宙陆壳增生问题具有重要意义。在新疆北部，除传统的侧向增生外，还存在有垂向增生。对阿尔泰地区洋脊俯冲的厘定，揭示了本区晚古生代陆壳增生方式具有多样性洋脊俯冲之前的洋壳板片俯冲，陆壳增生以侧向增生为主，洋脊俯冲时陆壳侧向、垂向增生同时存在，随后逐渐过渡到以垂向增生为主；在增生的物质上，有地幔楔，也有洋壳板片埃达克岩、洋壳板片熔体交代地