弧弧碰撞是匯聚板塊邊界側(cè)向增生的主要方式之一，其碰撞拼貼的動(dòng)力學(xué)過(guò)程與機(jī)制吸引了學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。日本中部本州弧(Honshu arc)和伊豆小笠原弧(Izu-Bonin arc)之間的斜向碰撞以及東南亞馬魯古海地區(qū)桑義赫弧(Sangihe Arc)與哈馬黑拉弧(Halmahera Arc)之間的正向碰撞是弧弧碰撞的典型代表，但這些現(xiàn)今的弧弧碰撞帶主要出露淺部地殼巖石組合，記錄了弧弧碰撞過(guò)程中淺表沉積和變形響應(yīng)方面的信息，而中下地殼巖石在這些現(xiàn)今弧弧碰撞帶中往往未能得以廣泛剝露，制約了我們對(duì)于弧弧碰撞過(guò)程中不同地殼層次巖石變形響應(yīng)機(jī)制的認(rèn)知。中亞造山帶是顯生宙以來(lái)最大的增生型造山帶，涉及到一系列巖漿弧體系的碰撞拼貼，并在中新生代發(fā)生了廣泛的隆升剝失，出露了大量中下地殼層次巖石，使其成為研究弧弧碰撞拼貼過(guò)程中深部地殼變形與熱響應(yīng)機(jī)制的天然實(shí)驗(yàn)室。
額爾齊斯構(gòu)造帶是中亞造山帶中一條十分重要的古縫合帶，代表著阿爾泰大陸邊緣弧與東西準(zhǔn)噶爾洋內(nèi)弧體系的縫合邊界，是認(rèn)知弧弧碰撞拼貼過(guò)程的理想窗口。長(zhǎng)期以來(lái)，圍繞額爾齊斯構(gòu)造帶東段的韌性變形構(gòu)造開展了廣泛研究，限定了阿爾泰與東準(zhǔn)噶爾碰撞拼貼的時(shí)限及動(dòng)力學(xué)過(guò)程；但由于額爾齊斯構(gòu)造帶西段被中新生代沉積物廣泛覆蓋，制約了阿爾泰與西準(zhǔn)噶爾縫合位置、時(shí)限及動(dòng)力學(xué)過(guò)程方面的研究。鑒于此，中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所博士生胡萬(wàn)萬(wàn)、李鵬飛研究員及其合作者，圍繞額爾齊斯構(gòu)造帶西段布爾津地區(qū)的零星古生代巖石露頭，開展了變形構(gòu)造解析為基礎(chǔ)的大地構(gòu)造重建工作，揭示了額爾齊斯構(gòu)造帶西段縫合的位置、時(shí)限及其動(dòng)力學(xué)過(guò)程。
研究人員基于詳細(xì)的野外工作，在額爾齊斯構(gòu)造帶西段的布爾津地區(qū)，沿著泥盆紀(jì)布爾津組與石炭紀(jì)那林卡拉組/恰其海組/卡拉崗組的邊界處識(shí)別出~WNW–ESE向脆性左行走滑斷裂，該斷層兩側(cè)沉積地層碎屑鋯石年齡譜與Hf同位素存在明顯差異，并分別對(duì)應(yīng)于阿爾泰與西準(zhǔn)噶爾北部的碎屑鋯石年齡譜與Hf同位素特征，因而指示該~WNW–ESE向脆性左行走滑斷層為額爾齊斯縫合帶的延伸部分。此外，阿爾泰造山帶南部和西準(zhǔn)噶爾地體北部，發(fā)育一期NW-SE向褶皺構(gòu)造，其形成于石炭紀(jì)末期至二疊紀(jì)，為阿爾泰造山帶與西準(zhǔn)噶爾地體初始正向碰撞拼貼的產(chǎn)物（圖1）。而左行脆性走滑構(gòu)造切割了北西-南東向褶皺構(gòu)造，指示阿爾泰造山帶與西準(zhǔn)噶爾地體在二疊紀(jì)以斜向匯聚為特征（圖1）。
對(duì)比額爾齊斯構(gòu)造帶東西兩段的變形變質(zhì)特征，發(fā)現(xiàn)其沿著走向存在顯著差異。沿著該構(gòu)造帶，阿爾泰造山帶南緣巖石變質(zhì)程度從西段的布爾津地區(qū)向著東段的富蘊(yùn)-青河地區(qū)逐漸增強(qiáng)，指示額爾齊斯構(gòu)造帶從西向東代表著一個(gè)傾斜的弧弧碰撞帶，其東西兩段分別為中下地殼和上地殼變形變質(zhì)的產(chǎn)物。值得注意的是，在額爾齊斯構(gòu)造帶東段的富蘊(yùn)-青河地區(qū)，產(chǎn)出一期早二疊世近水平面理和平行于造山帶拉伸線理(原始方向)，指示著中下地殼平行造山帶的物質(zhì)流動(dòng)，其可能與早期碰撞地殼加厚后的垮塌有關(guān)，而該期變形在目前暴露的中上地殼層次巖石中（布爾津地區(qū)）缺少記錄。綜合來(lái)看，阿爾泰造山帶與東/西準(zhǔn)噶爾地體的碰撞拼貼經(jīng)歷了地殼加厚、平行造山帶伸展及轉(zhuǎn)換壓縮三個(gè)階段的演化過(guò)程（圖2），但平行造山帶伸展的變形構(gòu)造目前主要保存在額爾齊斯構(gòu)造帶東段的中下地殼巖石中。
該項(xiàng)工作重建了阿爾泰造山帶與東/西準(zhǔn)噶爾地體碰撞拼貼的4D動(dòng)力學(xué)演化過(guò)程，揭示了弧弧碰撞拼貼過(guò)程中地殼分層差異變形及其耦合機(jī)制，豐富了增生造山環(huán)境下塊體碰撞拼貼與變形響應(yīng)方面的認(rèn)知。該項(xiàng)成果近期發(fā)表在國(guó)際構(gòu)造地質(zhì)學(xué)期刊《Tectonics》。
論文信息：Wanwan Hu(胡萬(wàn)萬(wàn)), Pengfei Li *(李鵬飛), Chao Yuan(袁超), Min Sun(孫敏), Yingde Jiang(蔣映德), Keda Cai(蔡克大), Chao Zhang(張超), 2023. Structural and geochronological constraints on the collision between the Chinese Altai and the West Junggar in Central Asia: implication for deformation response and geodynamic evolution of arc-arc collision in 4D. Tectonics, 42, e2023TC007770.
圖1 阿爾泰造山帶與西準(zhǔn)噶爾地體碰撞拼貼演化模式圖。（a）階段1：晚石炭世-早二疊世，阿爾泰造山帶與西準(zhǔn)噶爾地體沿額爾齊斯構(gòu)造帶正向碰撞，在縫合帶兩側(cè)產(chǎn)出NW-SE向褶皺構(gòu)造（b-c）；（d）階段2：早-中二疊世，阿爾泰造山帶與西準(zhǔn)噶爾地體斜向匯聚，沿額爾齊斯斷層左行走滑，產(chǎn)出擦痕、階步等脆性走滑構(gòu)造（e-f）。
圖2 阿爾泰造山帶與東西準(zhǔn)噶爾地體石炭紀(jì)末期至二疊紀(jì)碰撞拼貼4D演化圖。（a）阿爾泰與東/西準(zhǔn)噶爾初始正向碰撞，導(dǎo)致地殼加厚；（b）阿爾泰與東/西準(zhǔn)噶爾匯聚過(guò)程中短期平行造山帶伸展變形，在深地殼層次發(fā)育近水平面理構(gòu)造與平行造山帶拉伸線理構(gòu)造，而在淺部構(gòu)造層次推測(cè)曾發(fā)育了裂谷構(gòu)造;（c）阿爾泰與東/西準(zhǔn)噶爾斜向匯聚，沿著額爾齊斯構(gòu)造帶發(fā)生大規(guī)模左行走滑，其相關(guān)的壓縮分量導(dǎo)致了深部地殼沿著額爾齊斯構(gòu)造帶不均勻抬升剝露。注：額爾齊斯斷層在布爾津地區(qū)走向~WNW-ESE，而在富蘊(yùn)地區(qū)走向~NW-SE，二者斜向匯聚角度不同（前者低角度，而后者高角度斜向匯聚），對(duì)應(yīng)不同的壓縮分量。
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