增生造山带是地球演化过程中重要的大陆地壳生长、物质再循环和壳-幔相互作用等深部地球化学以及动力学过程的场所。弧岩浆作用在增生造山带的演化中发挥着关键作用。中亚造山带作为增生造山带最重要代表,在古生代时期,发生了大规模弧岩浆作用,导致了显著的地壳生长。与古亚洲洋俯冲消减涉及的岛弧、海山、微古陆之间的俯冲、碰撞、汇聚增生等复杂过程密切相关。然而地壳生长对应的深部岩浆过程、地幔属性、机制与规模仍然存在很大争议。显著的地壳增生伴随着大量岩浆岩的形成。其中与浅部中酸性岩浆耦合的来自深部的基性-超基性岩能够为我们揭示地壳生长机制、深部岩浆过程以及该地区在古生代时期的演化提供独特的视角。准确的限制这些基性-超基性岩的地球化学特征和成因是理解上述科学问题的关键。因此本论文立足于野外区域地质调查,通过对中亚造山带南缘蛇绿混杂岩带中的一系列橄榄岩、辉石岩和玄武岩(代表了从早古生代-晚古生代,从深部-浅部的变化)进行系统的岩相学和地球化学研究,探讨了该地区的地幔属性,地壳生长机制与演化过程,并且探明了古亚洲洋在该地区的闭合时间。北山造山带是研究中亚造山带与古亚洲洋形成与演化的关键地区。本论文通过对该地区最大的早古生代蛇绿混杂岩带中-东部的橄榄岩、辉石岩进行岩相学、主微量元素以及放射性Re-Os同位素研究。发现该地区的橄榄岩和辉石岩具有低Al_2O_3、高Mg#>90、高Cr、Ni含量的特征,表明其为典型的地幔岩石。全岩具有非常低的稀土含量,亏损Nb、Ta、Zr、Hf等高场强元素,表明其形成于高度亏损的地幔区域。轻稀土与高场强元素的相关性(La-Nb、Gd/Lu-Th)说明这些超基性岩经历了一定程度的熔-岩反应。超基性岩富集的Pb、Li、Sr、U等流体活动性元素和亏损的Os同位素与弧前橄榄岩相似,结合发育在其上部的基性岩具有MORB的特征,推测这些岩石可能形成于弧前伸展的小型洋盆。全岩的Re-Os同位素记录了古老熔体抽取事件的发生(T_(RD)=1.0–1.8 Ga,~(187)Os/~(188)Os=0.117–0.132)。利用Dy-Ti和低HREE含量估算出这些超基性岩经历了多期次熔融事件,且最高接近30%的熔体抽取。Re亏损模式年龄表明这些超基性岩形成于元古代,亏损模式年龄的主体(T_(RD)=1.0–1.2 Ga)与古亚洲洋在元古代时期的初始洋盆形成的时间一致,意味着大规模的岩石圈熔Fer-1小鼠体抽取事件可能是对古亚洲洋开始俯冲的响应。此外,整个中亚造山带南部广泛存在的橄榄岩的Re模式年龄与该地区古老地壳的年龄一致,结合极度亏损的Os同位素组成,表明这些岩石更可能来自于与古老地壳对应的微古陆,指示了微古陆在中亚造山带和古亚洲洋形成与演化过程中具有重要作用。而现今观察到的古生代地壳与下部元古代地幔的不耦合现象可能由于古生代时期显著的岩浆活动、构造运动等过程掩盖了微陆块存在的证据。本论文同时对该条蛇绿岩带西部的橄榄岩、辉石岩和辉长岩进行了全岩及单矿物主微量元素和U-Pb年代学研究。发现这些传统上被认为是蛇绿岩套中地幔成分的超基性岩实际上形成于堆晶作用。岩相学证据显示,这些岩石具有典型的增生堆晶和中堆晶结构。Mg O含量与全岩其他主量元素之间明显的相关性以及Dy/Yb与Si O_2的弱正相关趋势代表了以橄榄石和单斜辉石为主的结晶分异作用。橄榄石和斜方辉石中明显较低的Ni O含量和Mg#偏离了典型的地幔超基性岩序列,而指向堆晶成因。富集大离子亲石元素(Ba、Pb、Sr等),亏损高场强元素(Nb、Ta、Zr、Hf、Ti等)显示了典型的岛弧特征,表明这些岩石是由弧岩浆堆晶作用形成的。此外,高Mg#和低Si O_2https://www.selleck.cn/products/SB-431542.html的协变关系也与典型岛弧剖面(如Kohistan和Talkeetna)中含水弧下超基性堆晶岩的演化趋势相同,这与估算的结晶温压条件(0.9–1.2 GPa,890–950°C)一致。所有证据表明,北山造山带中部蛇绿混杂岩带中的大多数超基性岩石是弧下堆晶岩,不能代表蛇绿岩混杂岩中的地幔部分,因此不能作为缝合线的代表。结晶分异模拟显示,这些超基性岩与北山造山带中演化的中酸性岩浆具有互补特征,表明伴随着古亚洲洋长期的俯冲增生作用,弧岩浆在弧地壳深部的堆晶作用可以显著促进中亚地区显生宙时期的大规模地壳生长与成分演化。该条蛇绿混杂岩带南部发育的晚古生代玄武岩对限定古亚洲洋俯冲消减至关重要。本论文对其中的玄武岩和辉长岩进行了全岩主微量元素和Sr-Nd-Pb-Hf同位素以及锆石U-Pb-Lu-Hf同位素分析,限制了玄武岩的成因,并探讨了古亚洲洋最终闭合的时间。辉长岩锆石U-Pb年龄约为288–294 Ma,代表了玄武岩带的形成时间。玄武岩显示出类似MORB的稀土元素特征,全岩ε_(Hf)(t)和ε_(Nd)(t)值分别为11.0–15.4和4.6–9.2,表明其来源于亏损的地幔源区。然而,部分玄武岩具有Pb的正异常、Nb-Ta亏损、高Th/Yb比值以及演化的Sr-Nd-Pb-Hf同位素组成,指示了不同程度的大陆地壳物质的贡献。根据全岩Pb异常(Pb*=2×Pb _N/(Ce _N+Pr _N))与Sr-Nd-Pb-Hf同位素组成具有明显的相关性,并且偏离了形成于富集地幔源区的OIB演化趋势,表明柳园玄武岩的富集特征来源于岩浆喷发过程中的地壳混染,而不是源区中有再循环物质。辉长岩锆石Hf同位素与全岩Hf同位素之间的不平衡也反映了源区的亏损以及地壳混染作用对全岩同位素体系的改造。Sr-Nd同位素以及Th/Yb-Nb/Yb亏损地幔与大陆上地壳之间的两端元混合模拟显示,玄武质岩浆经历约10%的大陆上地壳混染,可以有效解释富集的微量元素和演化的Sr-Nd-Pb-Hf同位素特征。因此,该地区二叠纪大规模枕状玄武岩更可能形成于陆内伸展环境而不是俯冲环境。柳园玄武岩的存在从时空上证明了该条玄武岩带不具有缝合线的意义,即古亚洲洋在二叠纪前已经发生闭合,并且最终闭合的地点也不在该地区。在二叠纪时期,中亚造山带南部已经进入陆内伸展环境。本论文在中亚造山带南缘北山造山带中的早古生代蛇绿混杂岩带中识别出了两种明显不同成因的超基性岩。其中小部分代表了元古代高度亏损的岩石圈地幔残余,为古亚洲洋的形成和俯冲起始提供了物质来源;大部分超基性岩形成于弧岩浆的深部堆晶作用,促进了中亚地区在显生宙时期大规模地壳生长及演化。此外,发现Immunization coverage了晚古生代大规模枕状玄武岩带的地球化学特征与成因,强调了柳园玄武岩不具有缝合线意义,并从时空角度为古亚洲洋最终闭合并非发生在该地区提供了数据支撑。