弧弧碰撞是匯聚板塊邊界側(cè)向增生的主要方式之一，其碰撞拼貼的動力學過程與機制吸引了學術(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，記錄了弧弧碰撞過程中淺表沉積和變形響應方面的信息，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，制約了我們對于弧弧碰撞過程中不同地殼層次巖石變形響應機制的認知。中亞造山帶是顯生宙以來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程中深部地殼變形與熱響應機制的天然實驗室。
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噶爾洋內(nèi)弧體系的縫合邊界，是認知弧弧碰撞拼貼過程的理想窗口。長期以來，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噶爾碰撞拼貼的時限及動力學過程；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噶爾縫合位置、時限及動力學過程方面的研究。鑒于此，中國科學院廣州地球化學研究所博士生胡萬萬、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、時限及其動力學過程。
研究人員基于詳細的野外工作，在額爾齊斯構(gòu)造帶西段的布爾津地區(qū)，沿著泥盆紀布爾津組與石炭紀那林卡拉組/恰其海組/卡拉崗組的邊界處識別出~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，并分別對應于阿爾泰與西準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，其形成于石炭紀末期至二疊紀，為阿爾泰造山帶與西準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噶爾地體在二疊紀以斜向匯聚為特征（圖1）。
對比額爾齊斯構(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-青河地區(qū)逐漸增強，指示額爾齊斯構(gòu)造帶從西向東代表著一個傾斜的弧弧碰撞帶，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-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，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。綜合來看，阿爾泰造山帶與東/西準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)換壓縮三個階段的演化過程（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。
該項工作重建了阿爾泰造山帶與東/西準噶爾地體碰撞拼貼的4D動力學演化過程，揭示了弧弧碰撞拼貼過程中地殼分層差異變形及其耦合機制，豐富了增生造山環(huán)境下塊體碰撞拼貼與變形響應方面的認知。該項成果近期發(fā)表在國際構(gòu)造地質(zhì)學期刊《Tectonics》。
論文信息：Wanwan Hu(胡萬萬), 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噶爾地體石炭紀末期至二疊紀碰撞拼貼4D演化圖。（a）阿爾泰與東/西準噶爾初始正向碰撞，導致地殼加厚；（b）阿爾泰與東/西準噶爾匯聚過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)造層次推測曾發(fā)育了裂谷構(gòu)造;（c）阿爾泰與東/西準噶爾斜向匯聚，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），對應不同的壓縮分量。
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