活動大陸邊緣巖漿作用及構造演化
——以敦煌地塊為例*

甘保平 唐菊興,2 第五春榮

地球是太陽系其他類地行星中唯一具有板塊構造和長英質大陸地殼的星球,其形成與演化一直是固體地球科學領域研究的熱點問題(Rudnick and Gao, 2003)。俯沖帶形成于匯聚板塊邊緣之下,由俯沖巖石圈板塊和上部巖石圈板塊組成,以巖石圈的水平和垂(斜)向運動、地幔(軟流圈)對流、弧地殼的加厚與減薄、幔源巖漿底侵作用、強烈的巖漿作用和變質作用等為主要特征,是連接地球圈層物質和能量交換(循環或再循環)的重要紐帶(Stern, 2002; Tatsumi, 2005; Zhengetal., 2022)。

巖漿弧作為匯聚板塊邊緣下大洋俯沖過程的直接產物之一,記錄了板塊構造、殼-幔相互作用及大陸地殼形成和演化等關鍵地質作用過程(Duceaetal., 2015; Leeetal., 2015)。根據上覆板塊性質的不同,一般將巖漿弧分為洋-洋俯沖的大洋弧(洋內弧)和洋-陸俯沖的活動大陸邊緣弧(圖1; Duceaetal., 2015)。前者可能包含有古老大陸碎塊(吳福元等, 2019),以鈣堿性玄武巖為主,并伴有少量的安山巖-英安巖、高鎂閃長巖和埃達克巖,主要分布于環太平洋地區,如伊豆-小笠原-馬里亞納島弧、斐濟-湯加-克馬德克島弧以及小安德列斯島弧等(Frischetal., 2011)。后者的主要特點是其火山弧出現在大陸邊緣且沒有同大陸分離,以俯沖帶上盤是大陸地殼為特征,巖石類型以安山質巖石為主(Taylor and McLennan, 1995),包括北美的阿拉斯加和喀斯喀特、南美的智利或安第斯以及印度洋東北緣巽他弧等(圖1;Duceaetal., 2015; Schmidt and Jagoutz, 2017)。同時在俯沖過程中,如果上盤大陸板塊出現弧后擴張導致原來位于大陸邊緣的部分大陸巖石圈從大陸分離,可能會形成新的俯沖帶上盤,最終形成新的陸緣弧,如日本-琉球、千島群島弧等(Kimura and Yoshida, 2006)。與安第斯型或科迪勒型大陸邊緣弧系統不同的是,馬里亞納型洋內島弧中的俯沖大洋巖石圈具有相對古老、厚、冷和密度大等特征,易發生快速俯沖,形成陡的冷俯沖帶,發育之上的巖漿弧處于擠壓的構造環境(張澤明等, 2020)?？傊?匯聚板塊邊緣的俯沖帶經歷了復雜的構造演化過程(如俯沖-碰撞、板片脫水、流體活動、地慢楔部分熔融、俯沖侵蝕、殼幔分異、地殼再造、變質變形作用等),且上覆板片發育有不同類型的弧巖漿巖、不同時代及成因機制的巖石類型,因此是研究深部地球動力學機制、殼幔相互作用、弧巖漿分異及大陸地殼形成與演化的理想場所(Duceaetal., 2015; 吳福元等, 2019; Zheng, 2019; Zhengetal., 2022)。

圖1 全球代表性洋內弧、陸緣島弧和大陸弧示意圖(據Frisch et al., 2011; Xu et al., 2020修改)Fig.1 Global representative of the inter-oceanic arcs, continental marginal island arcs and continental arcs (modified after Frisch et al., 2011; Xu et al., 2020)

圖2 中亞造山帶構造框架地質簡圖(a,據Jahn et al., 2000修改)、塔里木克拉通及周緣地質簡圖(b,據Lu et al., 2008)及敦煌地塊區域地質簡圖(c,據Gan et al., 2021a)圖c中數據來源:1-Soldner et al. (2022); 2-Gan et al. (2020b); 3-李天虎等(2021); 4-Gan et al. (2021a); 5-Gan et al. (2023a); 6-Zhao et al. (2017); 7-Gan et al. (2023b); 8-刁志鵬(2018); 9-張志誠等(2009); 10-王楠等(2016a); 11-Gan et al. (2021b); 12-趙燕等(2015b); 13-Shi et al. (2020); 14-閆江浩(2017); 15-Wang et al. (2018b); 16-Wang et al. (2014); 17-王楠等(2016b); 18-朱濤等(2014); 19-Bao et al. (2017); 20-Feng et al. (2018); 21-Feng et al. (2020); 22-Wang et al. (2017c); 23-Zhu et al. (2020); 24-王玉璽(2018); 25-Wang et al. (2021b)Fig.2 Tectonic framework of sketch map of the CAOB (a, modified after Jahn et al., 2000), geological map of the Tarim Craton and adjacent areas (b, after Lu et al., 2008) and simplified geological map of the Dunhuang Block (c, after Gan et al., 2021a)Data sources in Fig.2c: 1-Soldner et al. (2022); 2-Gan et al. (2020b); 3-Li et al. (2021); 4-Gan et al. (2021a); 5-Gan et al. (2023a); 6-Zhao et al. (2017); 7-Gan et al. (2023b); 8-Diao (2018); 9-Zhang et al. (2009); 10-Wang et al. (2016a); 11-Gan et al. (2021b); 12-Zhao et al. (2015b); 13-Shi et al. (2020); 14-Yan (2017); 15-Wang et al. (2018b); 16-Wang et al. (2014); 17-Wang et al. (2016b); 18-Zhu et al. (2014); 19-Bao et al. (2017); 20-Feng et al. (2018); 21-Feng et al. (2020); 22-Wang et al. (2017c); 23-Zhu et al. (2020); 24-Wang (2018); 25-Wang et al. (2021b)

中亞造山帶是地球上目前現存規模最大、構造演化最為復雜的顯生宙增生型造山帶(圖1、圖2a),主要是由大量增生雜巖、大陸碎片、巖漿弧、弧相關盆地、蛇綠巖等構成的復雜增生拼貼體,被認為是由新元古代-二疊紀末或早三疊世持久演化古亞洲洋的俯沖消減作用所形成的,具有顯著的地殼生長特征(eng?retal., 1993; Windleyetal., 2007; Xiaoetal., 2010)。近些年,基于詳細的巖石學、年代學和地球化學的研究,很多學者在中亞造山帶內識別出了不同類型的巖漿弧,如:安第斯型的北伊犁、白乃廟巖漿弧等(Zhangetal., 2007)、日本型的阿爾泰、中天山和北山公婆泉島弧等(Xiaoetal., 2013; Songetal., 2015)以及馬里亞納型的西準噶爾和北天山博格達洋內弧等(Xiaoetal., 2004; Zhangetal., 2011),這些在古亞洲洋南部俯沖過程中發育不同類型的巖漿弧均參與了造山帶演化過程,對于理解和認識中亞造山帶的增生造山過程具有重要意義。研究表明,陸緣弧巖漿作用作為大陸地殼生長的主要方式之一,具有顯著的幕式發育的特征,記錄了俯沖帶殼幔物質循環、新生鎂鐵質地殼的生成、多期次不同性質的巖漿活動及構造侵蝕等重要地質信息(Duceaetal., 2015; Chapman and Ducea, 2019)。其中地慢楔的減壓熔融(Leeetal., 2015)、區域地殼伸展或擠壓、巖石圈增厚和根部下沉(Duceaetal., 2015)、巖石圈和地幔的相互作用(van Hunen and Miller, 2015)等模型被認為是活動陸緣弧巖漿幕式作用的成因機制。因此,尋找造山帶內的古老大陸弧,解析其巖石構造組合類型、時空展布規律及地球化學組成特征,為恢復洋-陸構造格架、探究弧巖漿成因和分異特征及造山帶陸殼形成與保存提供關鍵素材(Leeetal., 2007; Duceaetal., 2015; Jagoutz and Kelemen, 2015; Chenetal., 2019; Zhuetal., 2022)。

敦煌地塊位于中亞造山帶中段的最南部,傳統上認為是古亞洲洋構造域內具有前寒武紀變質結晶基底微陸塊(圖2a)。近年來,諸多研究者從敦煌前寒武紀基底中識別出了大量的古生代巖漿巖和變質巖,并對其進行了系統的同位素年代學、地球化學及同位素組成的研究,揭示敦煌地塊在古生代時期經歷了中亞造山帶南緣造山作用的強烈改造可能成為了其中的一部分(Zhaoetal., 2016; 2017; 王楠等, 2016a, 2016b; Wangetal., 2017a, 2017b; 王玉璽, 2018; Fengetal., 2020; Zhuetal., 2020; Soldneretal., 2022; Zhangetal., 2022a)。然而,對于敦煌地塊古生代的大地構造背景仍然存在爭議。部分研究者認為該微陸塊具有前寒武紀變質結晶基底,在古生代時期受到古亞洲洋南部向南俯沖消減作用過程的影響,使其深部巖石圈物質發生改造與再活化,進而產生了廣泛的巖漿-變質巖,形成于活動陸緣弧的構造背景(Ganetal., 2020b, 2021a, b, 2023a, b; Soldneretal., 2022; 康磊等, 2021)。部分研究者基于古生代變質巖和部分巖漿巖的證據認為,這些雜巖體的形成與原特提斯洋向北俯沖的背景有關,屬于古生代增生弧(Shietal., 2020; Wangetal., 2022)?？傊?敦煌地塊出露的古生代巖漿-變質雜巖保存了古大洋體系的俯沖-增生造山過程、深部物質和能量交換及陸殼形成與演化等關鍵地質信息,對于理解匯聚板塊邊緣構造演化和造山作用過程具有重要啟示意義。

本文在系統收集近十多年來已有關于敦煌地塊古生代巖漿巖的年代學、巖石地球化學和Nd-Hf同位素組成數據的基礎上,通過分析研究區內古生代巖漿巖巖石組合類型及時空分布規律,并結合變沉積巖、變質巖及區域構造地質等方面的資料,以期揭示敦煌地塊古生代陸弧巖漿和地殼構造演化過程,探究造山帶大陸邊緣弧地殼增生方式以及深部物質演變規律。

1 區域地質特征

從全球大地構造體系來看,敦煌地塊位于古亞洲構造域和特提斯構造域、華北克拉通和塔里木克拉通的銜接部位,北鄰天山-北山造山帶,南部為祁連造山帶,東部與華北克拉通(阿拉善地塊)相鄰(圖2a, b)。研究區內大部分被第三系和第四系沉積物或沙漠所覆蓋,僅出露有極少量侏羅系地層,并且受控于南側中-新生代阿爾金左行走滑斷裂帶、西北側且末-星星峽斷裂及區內三危山等主斷裂的影響,整體上以北東東-南西西走向為主呈帶狀展布,其中的次級斷裂也較為發育,具有多期次、多階段的時空展布特征(圖2c; Cunninghametal., 2016)。

根據已有的研究表明,本文將敦煌地塊主要劃分為早前寒武紀變質基底雜巖(TTG片麻巖石和表殼巖系)以及古生代雜巖兩大單元,前者主要出露在中部三危山-東巴兔山、南部水峽口-紅柳峽地區(圖1c),主要包括～3.1Ga和2.7～2.5Ga的TTG片麻巖(Zhangetal., 2013; Zongetal., 2013; Zhaoetal., 2015; 趙燕等, 2015a; 閆江浩, 2017),～2.3Ga、2.0～1.8Ga花崗質巖石、變基性巖塊(Zhangetal., 2012; Heetal., 2013; Wangetal., 2014; Ganetal., 2020a)和表殼巖系(在傳統上稱之為“敦煌巖群”)。已有的碎屑鋯石U-Pb年代學揭示,這些變質表殼巖可能經歷了2.0～1.8Ga(Wangetal., 2013)和早古生代兩期區域變質作用(孟繁聰等, 2011),地球化學組成表明其可能形成于活動陸緣沉積環境。此外,Wangetal.(2021a)通過對敦煌地塊早前寒武紀巖石中榍石年代學的研究表明,這些榍石記錄的兩期變質年齡(409～390Ma和354～309Ma)分別對應于早期變質作用的退變質階段和晚期巖漿作用事件,并認為敦煌地塊在古生代時期遭受了中亞造山帶有關構造熱事件的強烈改造,同時提出敦煌地塊不應該被當作一個獨立的古生代造山帶。

近年來,諸多研究者從敦煌前寒武紀結晶基底雜巖中解體出了大量的顯生宙巖漿-變質雜巖(圖2c),其中古生代巖漿雜巖主要包括早古生代早期中酸性火山巖(康磊等, 2021)、I型花崗質巖石(張志誠等, 2009; Zhaoetal., 2017; Ganetal., 2020b, 2021a, 2023a, b)和S型花崗巖(王楠等, 2016a),晚古生代鈣堿性花崗質巖石(王楠等, 2016b; Baoetal., 2017; Zhaoetal., 2017; 王玉璽, 2018; Fengetal., 2020; Ganetal., 2021b, 2023b; Zhangetal., 2022a)和火山碎屑巖(Shietal., 2020),以及少量的中生代基性巖墻(136～100Ma;馮志碩等, 2010)。古生代變質雜巖主要包括高壓基性麻粒巖、角閃巖、含角閃石斜長片麻巖、榴輝巖和變泥質巖等,這些巖石大致記錄了順時針變質作用P-T-t軌跡,其變質年齡約為445～365Ma,揭示了一個古生代古大洋持續俯沖增生的過程(Zongetal., 2012; Heetal., 2014; Wangetal., 2016, 2017a, b, 2018a, b, 2022; 范文壽等, 2018; Soldneretal., 2022)。

2 敦煌地塊古生代構造熱事件序列

隨著研究的不斷深入,近些年關于敦煌地塊古生代時期的構造演化取得了一系列重要進展。結合前人研究和敦煌古生代巖漿巖出露情況,本文大體上將整個敦煌劃分為四個區域,東北部梁湖地區(旱峽-梁湖-雙塔)、中部三危山-東巴兔地區(黨河水庫-三危山-東巴兔山-蘑菇臺)、西南部多壩溝地區(卡拉塔什塔格-多壩溝)和南部(青石溝-紅柳峽-水峽口)(圖2)。

2.1 古生代巖漿巖時空分布規律及巖石組合特征

如圖3a和3b所示,敦煌地塊在古生代時期經歷了多階段巖漿作用演化過程,從寒武紀一直持續到二疊紀末或早三疊世,大致發育五期顯著的巖漿峰期事件:～510Ma、約440～410Ma、390～360Ma、～330Ma和約280～245Ma。

(1)早-中寒武世(～510Ma):該時期巖漿活動主要分布于敦煌地塊東北部,如小宛和梁湖中細?；◢弾r,巖體整體上變形較弱,侵入于早寒武世火山-沉積巖中(圖2c),形成于 ～510Ma(Ganetal., 2020b)?？道诘?2021)在敦煌東北部梁湖地區識別出了一套連續的沉積-火山巖地層,其中火山巖主要以中酸性巖石為主,主要有安山巖、英安巖、流紋巖和少量的凝灰巖等組成,形成時代大致為早寒武世;沉積地層巖石組合主要為變砂巖、變泥質砂巖夾少量變砂質泥巖,碎屑鋯石年代學結果揭示其沉積年齡為574～517Ma,進一步表明敦煌地塊新元古代-古生代沉積地層的存在。

(2)晚奧陶世-早志留世(約440～410Ma):該時期巖漿活動主要分布于敦煌地塊的東北部、中部和西南部,如:東北部梁湖石英閃長巖(450Ma)和十工二長花崗巖(430Ma)(Ganetal., 2021a),安西南片麻狀閃長質巖石(450～440Ma)(Ganetal., 2023a)和閃長巖(Zhaoetal., 2017);中部黨河花崗閃長巖、沙棗園S型花崗巖(460～440Ma)和南部安盆溝正長花崗巖(431±5Ma)(張志誠等, 2009; 王楠等, 2016a, b; Zhaoetal., 2017);西南部多壩溝閃長巖(Zhuetal., 2020)和海子灣英安巖(王玉璽, 2018)。此外,中部三危山地區還出露少量的火山碎屑巖(安山質-英安質-流紋質晶屑凝灰巖),噴發年齡為424～414Ma(Shietal., 2020)。

(3)中-晚泥盆世(390～360Ma):該時期的巖漿活動出露最為廣泛,如:敦煌地塊東北部雙塔和中部蘑菇臺地區花崗閃長巖(～360Ma)(Ganetal., 2023b; Zhaoetal., 2017);中部東水溝石英閃長巖-花崗閃長巖-黑云母花崗巖(390～380Ma)及少量侵入花崗閃長巖中的英安斑巖(～367Ma)(Ganetal., 2021b);南部青石溝糜棱狀/片麻狀花崗巖(380～360Ma)(Baoetal., 2017)。

(4)中石炭世(～330Ma):該時期的巖漿活動僅出露在南部紅柳峽和青石溝地區,主要巖石類型為石英閃長巖、眼球狀片麻巖、似斑狀花崗巖和少量花崗質巖脈(朱濤等, 2014; Baoetal., 2017; Zhaoetal., 2017)。

圖3 敦煌地塊古生代巖漿巖(a、b)和變質巖(c、d)鋯石U-Pb年齡頻譜圖(a、b)中的巖漿巖數據來自于圖2c;(c、d)變質巖數據來源:孟繁聰等(2011),Zong et al. (2012), He et al. (2014), Wang et al. (2016, 2017a, 2017b, 2018a), Zhao et al. (2016), 刁志鵬(2018), 范文壽等(2018), Feng et al. (2018), Zhang et al. (2020), Li et al. (2021), Soldner et al. (2022)Fig.3 Probability density plots of Paleozoic magmatic rocks (a, b) and metamorphic rocks (c, d) in the Dunhuang BlockThe data in Fig.3a and Fig.3b from Fig.2c. The data in Fig.3c and Fig.3d from Meng et al. (2011), Zong et al. (2012), He et al. (2014), Wang et al. (2016, 2017a, b, 2018a), Zhao et al. (2016), Diao (2018), Pham et al. (2018), Feng et al. (2018), Zhang et al. (2020), Li et al. (2021), Soldner et al. (2022)

(5)中-晚二疊世(約280～245Ma):該時期的巖漿活動主要分布于中部和西南部,主要巖石類型為閃長質斑巖、(富石英)花崗巖、二長花崗巖、鉀質花崗巖。其中中部東巴兔地區的花崗巖類多呈脈狀產出,局部發生變形構造,與前寒武紀巖石呈侵入接觸關系(Fengetal., 2018, 2020);西南部多壩溝地區主要出露二疊紀高鉀花崗巖和鎂鐵質巖石,形成時代約為285～245Ma(王玉璽, 2018; Zhangetal., 2022a;作者,未發表數據)。

綜上所述,敦煌地塊古生代巖漿巖出露較為廣泛,巖漿作用類型主要以中酸性巖石為主,并伴有少量的鎂鐵質巖石,持續時間從寒武紀到二疊紀乃至早三疊世。研究區古生代巖漿活動從東北部梁湖地區到南部紅柳峽地區,再到中部三危山-東巴兔地區以及西南部多壩溝地區,其形成年齡顯示出逐漸年輕化趨勢(圖2c、圖3b),且呈階段性峰期特征產出(圖 3a)。

2.2 古生代變質-變形作用演化規律

圖4 敦煌地塊古生代花崗巖類巖石地球化學特征判別圖(a)(Na2O+K2O)-SiO2 (TAS)圖解;(b)SiO2-K2O圖解;(c)A/NK-A/CNK圖解;古生代花崗巖類SiO2含量(d)、Mg#值(e)及Sr/Y比值(f)隨時間演變特征圖解. (a、b)中的大陸弧和洋內弧埃達克巖數據來自于Wang et al. (2020),其余數據來源于圖2cFig.4 Discrimination diagrams of geochemical characteristics for the Paleozoic granitoids in the Dunhuang Block(a) Total alkali (Na2O+K2O) vs. SiO2 (TAS) diagram; (b) SiO2 vs. K2O diagram; (c) A/NK vs. A/CNK diagram; SiO2 (d), Mg# (e) and Sr/Y (f) vs. zircon U-Pb ages. Data of continental arc and intra-oceanic arc adakites from Wang et al. (2020), and other data from Fig.2c

圖5 敦煌地塊古生代巖漿巖Sr/Y-Y圖解(a)和Rb-(Y+Nb)圖解(b) (據Defant and Drummond, 1990)圖中的數據均來自于圖2cFig.5 Trace elements characteristic diagrams of the Paleozoic igneous rocks from the Dunhuang Block (after Defant and Drummond, 1990)(a) Sr/Y vs. Y diagram; (b) Rb vs. Y+Nb diagram. The data from Fig.2c

敦煌地塊同時出露有廣泛的古生代變質雜巖,主要出露在中部三危山-東巴兔地區和南部紅柳峽-青石溝地區,西南部多壩溝地區也有少量出露(圖2c),其變質年齡主要集中在晚奧陶世到泥盆紀時期(圖3c, d)。如中部三危山地區的石榴斜長角閃巖和石榴黑云斜長片麻巖記錄了460～440Ma的變質年齡,表明敦煌地塊遭受了古生代構造熱事件的改造(孟繁聰等, 2011);蘑菇臺地區出露早古生代高壓基性麻粒巖的鋯石揭示其麻粒巖相變質年齡約為440～430Ma,退變質角閃巖相年齡約為403Ma,記錄了從變質峰期到退變質階段近等溫降壓的“發卡狀”P-T-t演化軌跡,峰期溫壓分別為760～800℃和1.4～1.6GPa,指示其板片折返速率相對較慢,表明了敦煌地區在志留紀遭受了俯沖碰撞造山事件的影響,可能是中亞造山帶南部向南擴展的結果(Zongetal., 2012; Heetal., 2014)。近些年,研究者在敦煌中部蘑菇臺、南部青石溝-紅柳峽地區識別出了構造混雜巖,如石榴斜長角閃巖、高/中壓麻粒巖、榴輝巖等,以構造透鏡體或構造布丁的形式被夾持于片麻巖、大理巖和變泥質片巖等變質沉積巖組成的基質中,具有典型“巖塊-基質(block-in-matrix)”的混雜巖產出特征(Wangetal., 2017a, b, 2018a; 范文壽等, 2018)。這些巖石的退變質階段均記錄了含近等溫降壓的緊閉型順時針的P-T軌跡,類似于“Franciscan”型,被認為是形成于俯沖隧道中俯沖到不同深度的產物,最終在構造折返階段混雜并置在一起(Wangetal., 2016, 2017a, b, 2018a;Zhangetal., 2020)。最近,Wangetal.(2022)通過對西南部多壩溝地區的高壓基性麻粒巖、含榴變泥質巖、角閃巖和紅柳峽榴輝巖進行年代學和地球化學研究表明,這些巖石具有不同的地球化學屬性(如E/N-MORB、IAB),可能形成于一個相對較冷的俯沖構造環境,且俯沖帶深部T/P熱梯度從～18℃/km(～460Ma)轉變為～10℃/km(～420Ma),被認為是由于板片回卷引起板塊的幾何形態重組所致。此外,Fengetal.(2018)對敦煌地塊中部青石山地區的長英質巖脈和角閃石片麻巖進行了年代學和變形動力學的研究,其中的角閃片麻巖記錄了兩期變質年齡:406±5Ma和249±4Ma。同時結合礦物組合、顯微結構和石英C-軸組構特征,這兩期變質年齡被認為可能是敦煌地塊古生代的兩期構造變形時限,早期年齡為第一期變形事件,其形成角閃巖相的條件,這在區域上與前人的研究結果相一致(Heetal., 2014);晚期年齡屬于目前敦煌地塊古生代最年輕的變質年齡,記錄了一次右旋走滑變形構造事件,被認為是晚二疊世-中三疊世期間地體南北向擠壓和旋轉導致,這在區域上與天山地區的走滑變形事件同期,屬于碰撞后造山活動(Fengetal., 2018)。

3 古生代花崗巖類地球化學特征

如前所述,敦煌地塊發育廣泛的古生代巖漿巖,其巖石類型主要以花崗質巖類巖石為主,很少出露有同時期大規模的基性-超基性巖石,局部僅出露零星的變基性巖和輝長巖,且大部分古生代巖漿巖在空間上侵入到了前寒武紀巖石(圖2c)。年代學結果顯示其形成時間跨度較大從寒武紀一直持續到早三疊世(圖3a, b)。從東北部梁湖地區到中部多壩溝-三危山-東巴兔地區再到南部紅柳峽-青石溝地區,這些古生代花崗巖類巖石隨著時間的演化,其SiO2、全堿(K2O+Na2O)含量逐漸升高(圖4a, b),且具有低鉀鈣堿性向高鉀鈣堿性系列演化趨勢(圖4c)。研究區大部分巖石屬于準鋁質到弱過鋁質I型巖石系列(A/CNK=0.8～1.1)(圖4d),僅中部沙棗園和南部紅柳峽地區發育有少量起源于變雜砂巖部分熔融形成S型花崗巖(457～434Ma),大部分樣品的A/CNK值約大于1.05,Na2O/K2O比值約小于1,Eu負異常等特征(王楠等, 2016a, 2016b)。西南部多壩溝和中部東巴兔山地區中-晚二疊世-早三疊世花崗巖類巖石具有富鉀、富硅的特征(Fengetal., 2020; Wangetal., 2021b)。這些晚古生代花崗巖類巖石大致從I型向 I-A 型過渡,最終向晚二疊世A型演變的趨勢(王玉璽, 2018; Wangetal., 2021b)。這些古生代花崗巖類總體上呈英安質的成分,明顯有別于洋內弧的玄武質成分,與北美白堊紀Cordilleran大陸邊緣弧大型花崗巖基所有具有的安山質到英安質的成分演化特征極為相似(DeCellesetal., 2009)。同時,敦煌地塊古生代花崗巖類巖石普遍具有輕稀土元素和大離子親石元素富集,虧損重稀土元素和高場強元素(如Nb、Ta、Ti),輕/重稀土分異明顯,以及Pb正異常等特征,與典型的安第斯弧花崗巖和平均大陸地殼演化趨勢相類似,指示其巖漿可能形成于與俯沖有關的島弧或陸緣弧環境(Pearce and Peate, 1995)。此外,這些古生代花崗巖類巖石的Mg#值和Sr/Y比值隨著時間的變化逐漸降低(圖4e, f),結合晚古生代晚期的花崗巖具有高的不相容元素(如Rb、K和Th)、富集的放射性Sr-Nd-Pb同位素和低的鎂鐵質組分等特征(作者,未發表數據),進一步證實敦煌地塊陸殼組分逐漸向成熟化轉變(Zhuetal., 2022)。

埃達克質巖石作為一種古匯聚板塊邊緣特殊的中酸性巖漿巖,無論是其源區(俯沖洋殼、陸殼、俯沖沉積物、混雜巖、被侵蝕的俯沖上盤物質等)、熱源(陡/平俯沖、板片回卷、板片撕裂、俯沖侵蝕等),還是巖漿產生機制(含水玄武質地殼部分熔融、俯沖板片釋放的流體誘發地慢楔含水部分熔融等)都具有多樣性的特征,導致其具有不同的構造背景和地球動力學意義(張澤明等, 2020; Wangetal., 2020及其中的參考文獻)。敦煌地塊古生代時期的部分花崗巖類巖石具有埃達克質巖石的地球化學屬性,以富集輕稀土元素、虧損重稀土元素、具有正的或者無Eu異常以及高的La/Yb和Sr/Y比值為主要特征,具有不同的成因機制(圖5a; Defant and Drummond, 1990)。例如,東北部小宛中寒武世埃達克質花崗巖屬于古亞洲洋向南俯沖引起加厚新生地殼部分熔融作用的產物(Ganetal., 2020b);中部東水溝埃達克質黑云母花崗巖起源于俯沖板片部分熔融產生的熔體與上覆地幔橄欖巖相互作用,及后續受到古老地殼物質混染(Ganetal., 2021b);南部青石溝地區晚泥盆世至早石炭世的埃達克質巖石起源于加厚下地殼的部分熔融作用,源區殘留相為高角閃巖相或麻粒巖相(朱濤等, 2014; Baoetal., 2017)?？傊?這些來自地殼深部的埃達克質巖漿,從源區產生上升到最后巖漿噴發或就位期間,通常經歷分離結晶、巖漿混合、AFC或MASH(熔融、混染、貯存、均勻化)等一系列復雜的演化過程,能為探討敦煌地塊深部物質循環、地殼演化過程及造山帶類型提供重要的巖石學約束。

4 敦煌地塊古生代屬于活動陸緣弧的證據

關于敦煌地塊古生代屬于中亞造山帶南部活動大陸邊緣弧的認識,本文將從以下幾個方面進行探討。

(1)巖漿巖巖石組合方面:從早寒武世之后,敦煌地塊北部由被動大陸邊緣轉變為活動大陸邊緣環境,并發育一套具有島弧特征的火山巖(安山-英安-流紋巖和凝灰巖),被認為是古亞洲南向俯沖過程的產物(李天虎等, 2021)。東北部梁湖寒武紀花崗巖、奧陶紀石英閃長巖以及安西南和多壩溝閃長巖均具有島弧屬性的地球化學特征,形成于古亞洲洋向南俯沖的陸緣弧構造背景(Zhaoetal., 2017; Zhuetal., 2020; Ganetal., 2020b, 2021a)。梁湖二長花崗巖和安盆溝正長花崗巖鋯石U-Pb定年結果均為～431Ma,形成于同碰撞的構造背景(王楠等, 2016b; Ganetal., 2021a)。西南部海子灣英安巖(422±6Ma)屬于造山晚期階段的巖漿產物,標志著敦煌地塊早古生代晚期造山事件的結束(王玉璽, 2018)。中部三危山424～414Ma的火山碎屑巖和～360Ma英安玢巖(Shietal., 2020)、東水溝復式巖體(390～380Ma)(Ganetal., 2021b),以及蘑菇臺花崗閃長巖(Zhaoetal., 2017; Ganetal., 2023b)均屬于陸緣弧巖漿作用的產物。西南部多壩溝和中部東巴兔山地區發育早二疊世(284～275Ma)和晚二疊世-中三疊世(255～238Ma)花崗巖類分別被認為是與俯沖相關和碰撞后的巖石,可能是北山造山帶與敦煌地塊碰撞或敦煌地塊內部相互碰撞的產物(王玉璽, 2018; Fengetal., 2018, 2020)。除多壩溝地區248Ma的花崗巖落入板內花崗巖區域外,其余大部分寒武紀-二疊紀花崗巖具有低的Y+Nb和Rb含量,且樣品點落入弧花崗巖類區域(圖5b)。此外,西南部多壩溝地區還發育有少量的晚二疊世鎂鐵質巖漿作用,如輝長巖、輝綠巖脈及角閃巖類,以及A2型花崗巖的出露,這些巖石組合與典型的后造山巖漿巖組合相似,表明其形成于后碰撞(伸展)的構造環境(作者,未發表數據)。

(2)變質巖方面:敦煌地區廣泛出露古生代變質雜巖,如高/中壓基性麻粒巖、榴輝巖、石榴單斜輝石巖、含榴斜長角閃巖、黑云斜長片麻巖等。本文匯總敦煌地區出露的古生代變質巖年齡,發現敦煌古生代變質構造熱事件大致經歷了三期(圖3c, d):中奧陶世(～450Ma),早泥盆世(～410Ma)和晚泥盆世(～360Ma)。通過對其巖相學、礦物學的研究,這些變質巖普遍記錄了“順時針型”變質作用P-T-t演化軌跡,表明敦煌地區在奧陶紀-泥盆紀時期經歷了大洋巖石圈俯沖過程,可能代表了俯沖隧道內俯沖至不同深度的變質產物(Wangetal., 2016, 2017a, b; 范文壽等, 2018; Lietal., 2021)。部分巖石在退變質階段顯示近等溫降壓的過程,反映了后期快速折返或抬升的過程(Wangetal., 2018a, b; Zhangetal., 2020)。前期的研究表明,敦煌地區變質巖具有不同的來源,大多數記錄了太古代-元古代的原巖年齡和古生代變質年齡,可能是卷入到古生代古大洋俯沖-增生造山過程中的外來巖塊(或大陸碎片?),遭受了從角閃巖相到榴輝巖相(其中榴輝巖峰期壓力高達～2.4GPa)的變質作用,記錄了古生代俯沖、增生碰撞和折返的演化過程(Wangetal., 2016, 2017a, b, 2018a; 范文壽等, 2018; Zhangetal., 2020; Lietal., 2021)。最近,Soldneretal.(2022)基于對敦煌地塊北部和中部早古生代變基性巖(麻粒巖和角閃巖)及其寄主變沉積巖進行了系統的年代學和地球化學組成研究,其中的變基性巖具有弧后玄武巖的地球化學屬性,而變沉積巖碎屑被推測主要來自鄰近的寒武紀巖漿弧,認為敦煌在寒武紀-早志留世經歷了連續的俯沖和伸展作用,并伴隨有高溫變質作用,隨后在430～420Ma可能發生碰撞事件,類似于北美Cascadia-type活動陸緣演化特征。

(3)沉積巖方面:近年來,研究者們在敦煌東北部梁湖地區和南部紅柳峽地區識別出了變沉積巖地層(圖2c),其中梁湖地區巖石組合主要為變砂巖、變泥質砂巖及少量變砂質泥巖等,碎屑鋯石年齡和侵入其中的花崗巖的侵位時代限定了該套沉積地層的最大沉積時代約為574～517Ma。該套沉積地層被認為是敦煌地區前寒武紀變質基底之上的蓋層,具有相對富石英的源區特征,物源區可能來自于臨近敦煌地區或塔里木板塊前寒武紀基底巖石(成熟大陸源區),結合其中的重砂礦物穩定性以及沉積巖的沉積構造特征,認為其形成于大陸邊緣濱海環境,之后敦煌地區將轉向活動陸緣弧演化階段(康磊等, 2021)。石夢巖等(2018)通過對紅柳峽地區出露的構造混雜帶中的變沉積巖基質進行年代學、地球化學和沉積學研究表明,其中的變質砂巖記錄了大量的古元古代-古生代碎屑鋯石年齡,指示其最大沉積年齡可能為泥盆紀(～389Ma),母巖成分主要以長英質巖石為主,表明該區的俯沖作用過程可能在中泥盆世尚未結束,處于俯沖相關的陸緣弧或活動大陸邊緣的構造背景,但俯沖極性被確定為從南向北。劉祥(2019)對敦煌三危山、旱峽和紅柳峽地區的云母石英片巖進行了碎屑鋯石年代學和地球化學組成方面的研究,認為敦煌群原巖主體最大沉積時限為晚泥盆世,并非前人所認為的古元古代(Wangetal., 2013)或新元古代(孟繁聰等, 2011),形成于活動大陸邊緣的構造背景,推測與北部北山地區的紅柳河-洗腸井洋向南俯沖有關。

圖6 敦煌地塊古生代巖漿巖鋯石U-Pb年齡-εHf(t)圖解(a)及鋯石Hf同位素模式年齡頻譜圖(b)敦煌地區所有數據均來源于圖2c;北山造山帶石板山地體古生代花崗巖類數據來源于He et al. (2018)及姜洪穎和賀振宇(2022)Fig.6 Zircon U-Pb age vs. εHf(t) diagram (a) and relative probability density plot of model ages of Hf isotopes diagram (b) for the Paleozoic igneous rocks in the Dunhuang BlockData of Dunhuang Block from Fig.2c. Paleozoic granitoids of Shibanshan terrane in the southern Beishan Orogenic Belt from He et al. (2018), Jiang and He (2022)

(4)巖石地球化學特征:花崗巖類作為大陸地殼的主要組分而區別于洋殼,且廣泛出露于俯沖帶上覆板片大陸地殼單元,其源區屬性和成因機制是探究大陸地殼形成、增生和再造演化過程的關鍵對象(王孝磊, 2017; Moyenetal., 2021; Wangetal., 2023)。Nd-Hf同位素組成是示蹤巖漿來源和殼-幔相互作用過程的有力工具,可提供關于地殼深處未暴露部分的幼年、古老以及混合成分分布的信息(Kempetal., 2007; Collinsetal., 2011),同時觀測εHf(t)和εNd(t)值與地殼模式年齡隨時間和空間的變化,能為探究巖石圈組構和大陸生長演化提供重要制約。敦煌地塊出露廣泛的古生代花崗巖類巖石,其成因演化對于理解敦煌古生代地殼增生機制及中亞造山帶南緣造山作用過程具有重要指示。前期研究表明,敦煌東北部梁湖寒武紀花崗巖顯示正的鋯石εHf(t)值,具有中-新元古代的模式年齡,形成于新生地殼的重熔,暗示顯著的地殼生長事件(Ganetal., 2020b)。中部多壩溝-三危山-東巴兔山地區奧陶紀-泥盆紀花崗巖類具有負到正的鋯石εNd(t)值,變化范圍較大,具有古-新元古代模式年齡,表明以新生物質熔融為主,并伴隨有古地殼物質再造(王楠等, 2016a; Zhaoetal., 2017; Zhuetal., 2020; Ganetal., 2021a, b, 2023b)。南部青石溝-紅柳峽地區石炭紀和二疊紀花崗巖類具有顯著負的鋯石εHf(t)值,太古代到古-中元古代地殼模式年齡,表明其巖漿起源于古老地殼重熔作用(朱濤等, 2014; Fengetal., 2020; Zhangetal., 2022a)。本文系統的搜集并整理了敦煌地塊古生代花崗巖類的鋯石Hf同位素組成,通過分析對比發現,敦煌地塊古生代花崗巖類鋯石Hf同位素組成由北部梁湖地區虧損轉變為南部紅柳峽地區的富集(寒武紀-中石炭世),再從富集逐漸轉向中部多壩溝-東巴兔山地區的虧損特征(中石炭世-二疊紀甚至早三疊世),類似于北山南部石板山地體/弧奧陶紀-二疊紀的演化特征(圖6a),表明敦煌地區北部以地殼生長事件為主,但也不能忽視古老地殼物質再造對于北部地殼生長的貢獻程度,而南部以古老地殼再造事件為主,幔源巖漿提供了必要的熱源。此外,敦煌地塊古生代花崗巖類的全巖Nd同位素組成顯示從東北部梁湖地區到中部多壩溝-三危山-蘑菇臺地區,εNd(t)值由虧損轉變為富集特征,也表明北部在早古生代以新生地殼重熔為主,南部在晚古生代時期以古老地殼再造為主(圖7),并且Nd同位素體系的整體變化趨勢大致類似于中亞造山帶內的微陸塊花崗巖類的特征(Hongetal., 2004),這些證據表明敦煌地塊在古生代時期強烈卷入了中亞造山帶南部相關的造山活動中,從而產生廣泛的巖漿作用熱事件(Wangetal., 2016, 2017a, 2018b; Zhaoetal., 2017; Fengetal., 2020; Zhuetal., 2020;Ganetal., 2021a, b)。

綜合考慮上述提到的敦煌地塊出露的同時期變質巖、沉積巖的證據,以及巖漿巖的時空分布、巖石組合及地球化學組成特征,可以看到敦煌地塊古生代巖漿巖巖石組合類型較為豐富,地殼總體成分為安山質(圖4a),明顯不同于以玄武質成分為主的洋內弧(Stern, 2010)。古生代巖漿活動時限從寒武紀持續到早三疊世,大致從東北部梁湖地區逐漸遷移到南部紅柳峽地區再折返到西南部多壩溝和中部三危山-東巴兔地區,其中東北部梁湖地區和中部三危山地區分別在寒武紀和泥盆紀時期可能屬于一個“巖漿弧”,且巖漿弧的組成極性隨時間的變化由不成熟弧殼逐漸轉變為成熟弧殼,類似于匯聚板塊邊緣環境下陸緣弧巖漿成分演化特征(Brown, 1982; 鄧晉福等, 2015)?？傊?敦煌地塊古生代巖漿巖巖石組合和巖石化學組分類似于美洲大陸西部的科迪勒拉-安第斯型巖石系列演化特征。上述證據進一步表明敦煌地塊古生代雜巖體記錄了古亞洲洋南部向南俯沖-增生-閉合的演化過程,強烈卷入到與中亞造山帶南部相關的造山事件中,屬于古生代活動大陸邊緣弧。

5 敦煌地塊古生代構造屬性和構造演化

圖7 敦煌古生代巖漿巖εNd(t)-年齡(a)圖解和鋯石Hf二階段模式年齡(tDM2)圖解(b,據Hong et al., 2004)數據引自于甘保平(2021)Fig.7 εNd(t) values vs. zircon U-Pb age (a) and two-stage Hf model age (tDM2) (b, after Hong et al., 2004) diagrams for the Paleozoic igneous rocks in the Dunhuang BlockData from Gan (2021)

中亞造山帶內存在大量的古老地體或微陸塊群,由前寒武紀變質結晶基底和沉積蓋層組成,經歷了角閃巖相甚至麻粒巖相的高級變質作用,同時經歷了復雜的構造變形(Zhouetal., 2018)。這些微陸塊可以充當地殼增生的核心,也可以作為連續的外來地體,后期可能增生到先存的地體或克拉通塊體中,并在一定程度上控制著其塊體間縫合線的幾何形狀,最終造就了現今中亞造山帶的結構(Wilhemetal., 2012; Xiaoetal., 2015; Zhouetal., 2018)。需要注意的是,這些從周圍克拉通的解體產生的微陸塊/大陸碎片通常經歷了后期巖漿、變質、變形作用以及區域構造熱事件的強烈改造,不僅記錄了大陸裂解形成大洋之前克拉通形成的演化過程,也記錄了古大洋俯沖-閉合后卷入造山帶的構造熱事件(Kr?neretal., 2017; Heetal., 2018; Zhouetal., 2018; 張建新和宮江華, 2018)?？傊?克拉通或陸塊邊緣在克拉通化后強烈遭受了顯生宙造山帶造山事件的改造,使其巖石圈遭受進一步的活化與改造,產生了廣泛巖漿-變質作用事件,并對新生的古生代大陸地殼體積組成有顯著的影響(Kr?neretal., 2017),但造山帶內的微陸塊何時、以何種方式活化和再造的機制仍然未知(Huangetal., 2020; 張建新等, 2021)。

關于敦煌地塊的構造屬性問題一直是具有爭議性的話題。部分研究者基于敦煌地區前寒武紀基底巖石的年代學和鋯石Hf同位素組成演化特征的研究,推測其可能裂解自塔里木克拉通(Luetal., 2008; 孟繁聰等, 2011; Heetal., 2013; Longetal., 2014)或華北克拉通(Zhangetal., 2012, 2013; Zongetal., 2013)。敦煌地塊從中元古代到新元古代晚期,未發生顯著的巖漿-變質-沉積構造熱事件,與華北克拉通以及天山-北山造山帶具有截然不同的構造演化歷史。此外,敦煌地塊的前寒武紀變質結晶基底主要分布于西南部多壩溝地區、中部三危山-東巴兔地區和南部紅柳峽地區(圖2c)(Heetal., 2013; Zhangetal., 2013; Zongetal., 2013; Zhaoetal., 2015),可能是部分古生代花崗巖類形成的主要物源區(甘保平, 2021)。近些年,基于敦煌地塊前寒武紀基底中識別出的古生代巖漿巖和變質巖及規模較小的變沉積巖,特別是奧陶紀-泥盆紀變質雜巖和泥盆紀增生弧的厘定,研究者認為敦煌地塊古生代巖漿-變質雜巖的屬性是古生代增生弧屬性,古大洋(特提斯洋?)俯沖極性是由南向北(石夢巖等, 2018; Shietal., 2020; Wangetal., 2022),或者屬于年輕的造山帶(Zhaoetal., 2016, 2017; Wangetal., 2016, 2017a, b, 2018a, b; Fengetal., 2018, 2020; Zhangetal., 2022b)。

敦煌地塊古生代時期的構造熱事件與中亞造山帶南部其他微陸塊/地體可能具有相類似的俯沖-閉合構造演化特征,如中天山、北山、阿拉善、華北北緣等地質體。其中北山造山帶屬于典型的增生型造山帶,出露大量的顯生宙巖漿巖,其巖石組合類型多樣,構造樣式較為復雜,被認為形成于與古亞洲洋的南向俯沖-增生-閉合密切相關的造山事件(Xiaoetal., 2010; Heetal., 2018),類似于現今太平洋西緣的日本島弧增生型造山第(Songetal., 2015)。位于北山南緣的石板山地體/弧廣泛具有中-新元古代基底,與敦煌地塊的前寒武紀基底存在顯著區別,且各自具有不同的演化過程,因而不具有構造親緣性(姜洪穎等, 2013; Heetal., 2018; Yuanetal., 2019)。古生代時期石板山地體/弧被認為是發育于敦煌北緣的大陸邊緣弧(Xiaoetal., 2010; Heetal., 2018; Zhengetal., 2021),后續在早志留世可能與敦煌地塊發生碰撞(Heetal., 2014),產生同碰撞型花崗質巖漿(Ganetal., 2021a)。值得注意的是,石板山地體/弧出露的巖石組合類似于敦煌地塊北部出露的變質表殼巖(石英云母片巖、角閃巖、片麻巖和大理巖等),并且敦煌地區的變沉積巖(孟繁聰等, 2011; 石夢巖等, 2018; 劉祥, 2019)和變質巖鋯石的核部(Wangetal., 2017a, b, 2018a, 2022; Soldneretal., 2022)及部分花崗巖類中的鋯石記錄了大量的中-新元古代年齡信息,推測敦煌地塊古生代北部-中部的雜巖體可能與北山造山帶南部出露大量中-新元古代巖石似乎存在某種特殊的關聯,需要進一步驗證。

圖8 敦煌地塊古生代構造演化模式圖(據Xiao et al., 2010; Feng et al., 2020; Zheng et al., 2021; Gan et al., 2023a, b; Mao et al., 2023)(a)從早寒武世到中寒武世,敦煌地塊可能處于被動陸緣的構造背景;(b)中寒武世到晚奧陶世(517～440Ma),古亞洲洋南向俯沖于敦煌地塊之下,在東北部梁湖地區產生廣泛的巖漿作用;(c)早志留世到早泥盆世(約440～400Ma),在古亞洲洋南向俯沖的驅動下,北山南部的石板山地體/弧可能與敦煌地塊發生碰撞,產生廣泛的變質巖和巖漿巖;(d、e)泥盆紀-早石炭世,隨著大洋板片的俯沖繼續,部分變質巖發生折返,后續巖漿作用逐漸遷移到南部紅柳峽-青石溝地區,產生石炭紀埃達克質巖漿;(f)中二疊世-早三疊世(<270～235Ma),巖漿活動后撤到中部東巴兔-多壩溝地區,敦煌地區可能處于伸展的構造背景Fig.8 Schematic model showing the Paleozoic tectonic evolution of the Dunhuang Block (after Xiao et al., 2010; Feng et al., 2020; Zheng et al., 2021; Gan et al., 2023a, b; Mao et al., 2023)(a) from the early to middle Cambrian, the Dunhuang Block was in a passive continental margin setting; (b) from the Middle Cambrian to Late Orodovician (517～440Ma), the Paleo-Asian Ocean subducted the southward beneath the Dunhuang Block, resulting in extensive magmatism in the Lianghu region of northeastern Dunhuang; (c) from the Early Silurian to Early Devonian (ca. 440～440Ma), driven by the southward subduction of the Paleo-Asian Ocean, the Shibanshan terrane/arc likely collided with the Dunhuang Block, and that triggered extensive metamorphic rocks and magmatic rocks; (d, e) as subduction of the oceanic plate continued during the Devonian-Early Carboniferous, metamorphic rocks underwent exhumation. Subsequently, magmatic activity gradually shifted towards the Hongliuxia-Qingshigou area of southern Dunhuang, which generated the Carboniferous adakitic magma; (f) from the Middle Permian to the Early Triassic period (<270～235Ma), magmatism retreated to the Dongbatu-Duobagou area of the central Dunhuang, which formed in an extension tectonic setting

如前所述,敦煌地塊古生代巖漿作用時間從中寒武世持續二疊紀甚至到早三疊世,發育的五期階段性巖漿活動(圖3a),與典型陸弧巖漿呈階段性、峰期性特征(幕式巖漿作用)相似(Duceaetal., 2015; Zhuetal., 2022)。敦煌地塊在古生代時期南北地殼Hf同位素組成具有顯著的不一致特征(圖6),即北部以新生地殼為主,南部以古老地殼為主,表明敦煌地塊古生代南北地殼可能具有不均一性,并推測其古大洋的俯沖極性可能是由北向南。值得注意的是,這一演化特征與中亞造山帶南部阿拉善地塊奧陶紀-三疊紀花崗巖類的Hf同位素組成特征較為相似,北部主要為新生地殼(模式年齡小于1.3Ga),南部主要為古老地殼(模式年齡大于1.3Ga),被認為可能是由于深部地殼成分的巨大差異引起的(Zhangetal., 2023)。同時,阿拉善發育奧陶紀到早二疊世的多期巖漿-構造-變質熱事件也是中亞造山帶自古生代以來造山作用的響應,其北部可能處在古亞洲洋(廣義)向南俯沖的活動大陸邊緣環境(Liuetal., 2016; 張建新和宮相華, 2018; Tianetal., 2020)。

結合區域地質資料,本文認為敦煌地塊在古生代時期大致經歷了六個階段的構造演化過程。首先,敦煌東北部梁湖地區火山-沉積巖地層的新發現,揭示其在早前寒武世可能處于被動陸緣環境(圖8a)。其次,敦煌地區古生代巖漿巖在時空演化上由北(梁湖地區)向南(紅柳峽地區)再折返到中部(多壩溝-東巴兔地區)逐漸顯示年輕化趨勢,弧巖漿前鋒逐漸從北部遷移到中部三危山地區(圖8b-d),巖石組合成分從低鉀鈣堿性轉變為高鉀的巖石特征,并且弧地殼逐漸成熟化(圖4a, b, d)。前期的研究表明,敦煌地塊古生代的地殼厚度發生了兩次顯著的加厚過程,第一次地殼加厚(50～55km)從晚奧陶世到志留紀(450～420Ma),可能是敦煌地塊與北山造山帶南部石板山地體/弧碰撞引起的,并且有幔源巖漿的底侵(Heetal., 2014; Ganetal., 2023a),或者是與北部柳園微大陸(大陸碎片)碰撞引起的(Liuetal., 2011);第二次地殼加厚(約40～55km)從晚泥盆世到中石炭世,被認為可能是由南部阿爾金與敦煌地塊碰撞引起的(朱濤等, 2014; Baoetal., 2017)。古地磁數據表明,塔里木克拉通和敦煌地塊之間存在的古亞洲洋在290～280Ma期間仍然處于一個開放的狀態(Xuetal., 2019)。因此,本文推測敦煌地塊在泥盆紀-石炭紀時期整體還受控于古亞洲洋或其分支南向俯沖的影響。結合該時期鋯石Hf同位素組成的變化特征,本文推測古亞洲洋俯沖板片的后撤或回卷引起地慢楔頂部的地殼縮短和南部地殼加厚,進而誘發南部古老加厚下地殼熔融產生石炭紀埃達克質巖石(圖8e)。此外,敦煌地塊中部東巴兔山和西南部多壩溝地區發育有早-中二疊世(284～275Ma)碰撞前或俯沖相關的弧巖漿活動和晚二疊世-中三疊世(255～238Ma)碰撞后的巖漿活動,表明古亞洲洋或其分支在敦煌和北山造山帶之間或敦煌地塊內部的閉合時限可能發生在～270Ma之后(王玉璽, 2018; Fengetal., 2020;作者,未發表數據)。Fengetal.(2018)對敦煌中部青山地區的花崗質侵入體和角閃石片麻巖進行了年代學、變質作用和構造變形研究,揭示了249～241Ma的右旋走滑韌性剪切作用事件,形成于碰撞后的構造背景。由此可見,敦煌地塊在晚二疊紀世地殼厚度可能處于一個輕微減薄的厚度,這與之前所認為敦煌地塊在二疊紀末期處于的伸展的構造背景相符合(圖8f)(Fengetal., 2020; Wangetal., 2021b)。

綜合已有的研究,本文認為敦煌地塊古生代活動陸緣弧地殼再活化機制既有新生地殼生長,也有古老地殼物質重熔,主要是由于俯沖相關的弧巖漿底侵、部分熔融、地殼增厚及區域性變質作用等引起的,與南部祁連-阿爾金-昆侖早古生代造山系中的微陸塊在顯生宙時期卷入特提斯構造域具有相似的活化機制(Zhangetal., 2017; Lietal., 2019; 張建新等, 2021)?？傊?敦煌地塊屬于古亞洲洋構造域內一個具有早前寒武紀結晶基底的微陸塊,在顯生宙時期受到古亞洲洋俯沖-增生-碰撞-閉合的強烈改造,卷入中亞造山帶南部相關的造山事件中使其地殼發生了再活化,進而產生了廣泛古生代巖漿-變質構造熱事件,以陸緣弧的形式就位于中亞造山帶中段的最南部,并非整體是一個古生代造山帶,這與東部阿拉善地塊古生代時期的構造演化過程較為相似(Liuetal., 2016; 張建新和宮江華, 2018; Tianetal., 2020)。限于作者水平和篇幅,本文僅對敦煌地塊古生代巖漿巖相關特征進行了初步的總結和探討,相關解釋難免有不足之處,特別是敦煌地塊古生代(高-中壓)變質巖與弧巖漿巖的空間配置關系,以及敦煌地塊與鄰區古生代的構造演化關聯等還存在諸多問題,需要進一步的研究。

6 認識和結論

根據上述近十多年來對敦煌地區相關研究進展的綜合分析和新的數據,我們得到如下結論:

(1)敦煌地塊古生代巖漿作用大致可劃分為五個階段:～510Ma、440～410Ma、390～360Ma、～330Ma和280～245Ma,具有幕式巖漿作用特征。

(2)敦煌地塊古生代巖漿巖類型主要以I型花崗巖類、少量S型花崗巖和高鉀花崗巖為主。地球化學特征顯示這些弧巖漿巖從北向南由寒武紀低鉀拉斑系列逐漸轉變為二疊紀高鉀、富硅特征,且中北部以地殼生長事件為主,而南部泥盆紀-石炭紀巖漿作用以古老地殼重熔為主。

(3)敦煌地塊在古生代時期經歷了兩次顯著的地殼增厚事件,早期志留紀可能是與北山南部的石板山地體/弧碰撞及幔源巖漿底侵有關,而晚期石炭紀可能是由俯沖板片后撤或回卷引起的。

(4)作為中亞造山帶中段最南部的微陸塊,敦煌地塊遭受了古生代相關造山作用事件的強烈改造使其地殼再活化。該微陸塊作為古亞洲洋的活動大陸邊緣弧,被與俯沖洋殼有關的弧巖漿底侵、部分熔融和變質作用等所破壞和改造,發育多期次巖漿-變質構造熱事件。

致謝兩位匿名審稿專家、王孝磊教授仔細審閱全文并提出了建設性意見和建議,使本文質量得到了很大提升,在此表示感謝!感謝編輯部老師對本文的辛勤付出。