古亞洲洋寒武紀俯沖起始的動力學機制|朱明帥等-CEE

中亞造山帶是一條跨越俄羅斯、蒙古、中國和中亞多個國家的巨型增生型造山帶，是認識和理解增生造山時空演化過程的理想研究區（Seng?r and Natal’in, 1996; Wilhem et al., 2012；Xiao et al., 2015）。中亞造山帶經歷了早期米洛維亞洋（環繞羅迪尼亞超大陸的超大洋）和后期古亞洲洋的復合增生造山過程。在羅迪尼亞超大陸裂解（750-600 Ma）之前，中亞造山帶1020–892 Ma的蛇綠巖（Gordienko et al., 2010；Khain et al., 2002）和1017–780 Ma的弧巖漿巖（Buriánek et al., 2017；Yang et al., 2020）記錄了米洛維亞洋俯沖增生演化過程；而在羅迪尼亞超大陸裂解形成古亞洲洋之后（Cawood et al., 2007；Zhao et al., 2018；Gladkochub et al., 2019），中亞造山帶的構造演化主要受古亞洲洋構造演化的控制（600-250 Ma；Wilhem et al., 2012）。目前關于古亞洲洋俯沖起始的動力學機制存在較大爭議，主要有三種代表性觀點：轉換斷層的坍塌（Ren et al., 2014）；與地幔柱作用有關（Yang et al., 2020）；弧-陸碰撞誘發俯沖起始（Jian et al., 2014）。

中國科學院地質與地球物理研究所朱明帥副研究員、董淼副研究員、苗來成研究員、張福勤研究員等，聯合西班牙高等科研理事會（CSIC）的Daniel Pastor-Galán、英屬哥倫比亞大學Matthijs A. Smit副教授和上海交通大學的李順副研究員等以蒙古西部寒武紀蛇綠巖（Ulgey、Gurvan Sayhan 和Zoolen蛇綠巖）為研究對象，通過詳細的野外觀察、巖石學、地球化學和同位素年代學等綜合研究，認為這些SSZ型蛇綠巖代表了古亞洲洋在蒙古西部的俯沖起始記錄。蒙古西部寒武紀SSZ型蛇綠巖與蒙古中南部地區（Manlay和Namdain hundy蛇綠巖；528-509 Ma）（Zhu et al., 2014）、哈薩克斯坦地區（Tesiktas、Eastern Arkharsu 和Djalair-Naiman 蛇綠巖；532-513 Ma）（Degtyarev et al., 2021）、準噶爾地區（唐巴勒、瑪依勒、洪古勒楞、扎河壩和阿爾曼泰蛇綠巖；531-496 Ma）（Ren et al., 2014）、蒙古西南部地區（Gobi Altai、Gurvan Sayhan和Zoolen蛇綠巖；529-494 Ma）（Jian et al., 2014）和東天山-北山地區（康古爾塔格、干溝、紅柳河、牛圈子、芨芨臺子和小黃山蛇綠巖；536-496?Ma）（Shi et al., 2018；Yang et al., 2023）發育的寒武紀SSZ型蛇綠巖（圖1，圖2），表明古亞洲洋不同構造位置（>6000千米范圍）發生俯沖起始的時間均在536-528 Ma之間。顯然，前人提出的俯沖起始動力學機制無法解釋古亞洲洋在短時間（<8?Ma）內如此大規模（>6000千米）俯沖起始的地球動力學原因。

圖1中亞造山帶大地構造簡圖

圖2蒙古西部寒武紀SSZ型蛇綠巖的地質年代學和地球化學分析結果

研究團隊前期研究厘定的超過1000千米的寒武紀高壓變質帶（548–520?Ma）（Zhu et al., 2023）、中國東北地區超過1300千米的麻粒巖相變質帶（530–500?Ma）（Zhou et al., 2011）、西伯利亞南緣超過1000千米的麻粒巖相帶（507–490?Ma）（Gladkochub et al., 2008）和哈薩克斯坦科克切塔夫超過150千米的高壓-超高壓變質帶（540–510?Ma）（Zhang et al., 2016）（圖1），表明米洛維亞洋閉合的時間（即微陸塊與西伯利亞克拉通碰撞時間）為寒武紀，與古亞洲洋俯沖起始的時間相吻合，因此，他們提出微大陸與西伯利亞克拉通寒武紀碰撞事件誘發古亞洲洋大范圍俯沖起始的新動力學機制。他們的地質觀察和數值模型工作表明（圖3），在碰撞誘發的俯沖起始過程中，俯沖起始發生的構造位置位于洋內薄弱帶，而不是傳統認為的增生地體的邊緣帶，進一步加深了人們對地體碰撞誘發俯沖起始過程與機制的理解和認識。

圖3碰撞誘發俯沖起始的數值模擬結果

研究成果發表于國際學術期刊

Communications Earth & Environment

朱明帥*，Pastor-Galán D.，Smit M.A.，苗來成, 董淼*，張福勤，Sanchir D., GanbatA., 劉成浩，羅曄，李順*.Ophiolites in the Central Asian Orogenic Belt record Cambrian subduction initiation processes. 2024, Communications Earth & Environment, 2024,5: 753. DOI:10.1038/s43247-024-01905-7.

研究受國家自然科學基金項目(42272262和42172241)和中國科學院戰略先導項目(XDB 41000000)等資助。

美編 | 陳永焱

校對 | 劉強