塔里木克拉通北缘前寒武纪地质构造重建
地球拥有独特大气圈、生物圈、水圈和岩石圈。各圈层的动态协同演化有别于其他星球。其中，大陆地壳相对于大洋地壳，年代更古老、密度更小、且难以俯冲，大陆地壳记录了其自身的演化，同时为研究其他圈层演化提供素材，是整个地球演化的历史档案。
大陆地壳根据构造属性可分为造山带、克拉通和陆缘带。其中的克拉通是长期稳定的构造单元，可以分为地盾和地台。一般认为，克拉通是造山带围绕古老陆核发生增生和克拉通化的结果。通过研究克拉通的物质组成和演化历史，是解析大陆地壳演化的关键。
▲大陆地壳分布及年龄简图（据Lee et al.，2011）。世界主要克拉通：1-大奴；2-怀俄明；3-苏必利尔；4-格陵兰；5-芬诺斯堪迪亚；6-西伯利亚；7-华北；8-西澳；9-印度；10-塔里木；11-坦桑尼亚；12-南非（卡普瓦尔）；13-刚果；14-西非；15-亚马逊；16-科罗拉多高原
塔里木克拉通是中国三大古老克拉通（华北、华南、塔里木）之一，它位于欧亚大陆的中心地带，北接天山（中亚造山带的一部分），南临青藏高原，面积大约600000km²，其中90%以上被沙漠或新生代沉积岩覆盖，前寒武纪岩石仅出露于盆地周缘的阿克苏、库鲁克塔格、敦煌、阿尔金、西昆仑等地。近年，随着地球化学、同位素地质学、锆石U-Pb 年代学等领域分析技术的发展与应用，塔里木克拉通前寒武纪地质研究取得了一系列进展，并对地壳生长与超大陆旋回等全球性重大事件进行了探讨。
▲塔里木克拉通大地构造位置图
作者及其团队长期在新疆地区从事基础地质研究，先后主持并参加多项与塔里木克拉通有关的国家级重点科研项目。通过这些项目的实施过程，作者等以板块构造理论和大陆动力学理论为指导，对新疆地区各个块体的构造属性、前寒武纪基底形成演化及后期抬升剥露、多块体的汇聚与裂解过程等问题开展了多方面的研究。我们在这些项目研究中积累了大量第一手野外地质资料和室内分析测试数据，在塔里木克拉通前寒武纪基础地质研究方面取得了诸多新认识，在此基础上出版了《塔里木克拉通北缘前寒武纪构造岩浆事件与地壳演化》（以下简称“本书”）。
我们重点选择塔里木克拉通北缘的库鲁克塔格隆起和阿克苏—柯坪隆起。这两个地区前寒武纪露头清楚、地质现象丰富且交通便利，是开展塔里木克拉通前寒武纪地质研究的理想场所。研究采取详细的野外工作与多种室内分析相结合的方案，综合构造地质学、岩浆岩-变质岩岩石学、锆石U-Pb 年代学、地球化学和同位素地质学等多种研究方法，对该区的前寒武纪表壳岩及侵入岩进行全方位的解析。
▲库鲁克塔格西段地质简图（据新疆维吾尔自治区地质矿产局，1993）
我们首先通过详细的野外实测剖面和关键地区大比例尺填图，厘清了上述两个地区复杂的岩石组合及其大致空间分布范围，并根据不同岩石之间的接触关系确定其形成顺序，然后根据不同的研究目的选择不同岩石组合进行系统采样。
对于古老的变质火山岩和变质侵入体以及未变质的花岗岩体，主要通过锆石微区U-Pb 定年确定岩浆结晶年龄，并通过锆石Hf-O 同位素和全岩地球化学数据探讨岩浆源区、熔融条件、岩浆演化及其构造背景；对于典型的变质岩，首先进行面理、线理等韧性变形的详细测量，确定变形期次，然后进行详细的岩相学研究，确定岩石结构、矿物组合和包裹-反应关系与变质期次，建立变质-变形配套关系，估算变质温压条件和P-T 轨迹，最后选择典型样品进行锆石U-Pb 原位定年和Hf 同位素分析，确定变质作用时代，探讨其构造背景。
通过上述研究，我们获得了以下主要认识。
▋ 库尔勒地区的变质杂岩体中发育2.74～2.71Ga 的正片麻岩和斜长角闪岩，这是目前为止在库鲁克塔格地区识别出的具有可靠年龄的最古老岩石，这些岩石至少受到2.0～1.8Ga 和0.8～0.6Ga 两期变质事件的影响。锆石Hf-O 同位素特征表明，同期的亏损地幔与至少3.4～3.5Ga 的古老大陆地壳均参与了这些～2.7Ga 岩浆岩的形成过程。地球化学数据表明，～2.7Ga 的斜长角闪岩的原岩类似于典型的岛弧拉斑玄武岩和岛弧富Nb（或高Nb）玄武岩，正片麻岩可能是斜长角闪岩的母岩浆AFC 作用的产物。这一岩石组合类似于北美Superior 和Dharwar 克拉通中许多～2.7Ga 绿岩带中的岛弧火山岩组合，指示大陆岛弧环境下年轻洋壳的“热”俯冲，这一过程可能对新太古代地壳生长和分异都具有重要意义。对已有锆石原位U-Pb 年龄和Hf 同位素数据的总结表明，塔里木克拉通可能经历了～2.7Ga和2.5Ga 两期重要的新太古代岩浆作用，～2.7Ga 和2.5Ga 均为地壳生长的重要时期，但这些新太古代岩石的锆石Hf 模式年龄并不代表地壳生长时间，而是岩浆混合作用的假象。
▲库尔勒变质杂岩体地质简图（Ge et al.，2014a）
▋ 库鲁克塔格西段古元古代变质沉积岩（兴地塔格群）的变质作用具有区域性。库尔勒地区的云母石英片岩矿物组合与温压估算表明，其经历了高角闪岩相变质，峰期温压条件为P=11±2kbar，T=690±50℃。这些云母石英片岩与石英岩、混合岩化副片麻岩等均记录了～1.85Ga 的变质事件，但这些变质沉积岩中的多数碎屑锆石大多已被完全重结晶或溶解-再沉淀，形成新生变质锆石，并发生Hf 同位素均一化，其变质年龄可能代表退变质时代，而非峰期变质时代。相反，西山口东部地区的云母片岩和副片麻岩可能仅经历了绿片岩相变质，其变质年龄为～1.93Ga，与附近花岗岩体侵入时代一致，且其中存在大量碎屑锆石，说明变质重结晶和新生锆石生长较弱。
▋ 库尔勒地区的混合岩化副片麻岩和浅色花岗岩至少记录了三期混合岩化作用，即～1.85Ga、～830Ma 和～660Ma。～1.85Ga 的混合岩化可能与区域高级变质作用导致的原地深熔作用有关，而～830Ma 的浅色花岗岩则来自于深部或邻区相对年轻地壳的重熔及大规模熔体运移和注入，这两期混合岩化可能分别反映了古元古代晚期和新元古代中期的两期区域造山事件，而第三期～660Ma 的混合岩化可能是碱性花岗岩侵入导致的局部重熔。
▲库鲁克塔格西段古元古代晚期花岗岩锆石Hf-O 同位素模拟（Ge et al.，2015）
▋ 兴地塔格群中碎屑锆石的最年轻年龄峰与变质边的最老U-Pb 年龄表明其沉积时代为2.05～1.93Ga，后者与侵入其中的1.93～1.94Ga 的花岗岩年龄一致。这些碎屑锆石的年龄介于2.0～3.5Ga，年龄谱特征和锆石形态分析表明，这些碎屑锆石可能主要来源于塔里木北缘的岩浆岩；Hf-O 同位素特征表明，其物源区岩石可能主要来自以高δ18O 的成熟沉积物为主的古老地壳的再造；线性回归分析表明，岩浆源区最古老的地壳组分为3.7～3.9Ga，且其176Lu/177Hf 值为～0.01，明显低于基性岩而与酸性岩石一致，说明塔里木克拉通北缘可能存在3.7～3.9Ga 的酸性大陆地壳，比前人获得～3.3Ga 的地壳组分老很多，并且至～3.5Ga 时已发生壳内熔融与分异，形成成熟的大陆地壳。
▋ 库鲁克塔格西部广泛的古元古代晚期片麻状（蓝石英）花岗岩大多侵位于1.93～1.94Ga，并在岩浆结晶之后不久的1.91～1.92Ga 发生变质作用。该期岩浆岩涉及幔源新生物质的加入和古老表壳岩系的再造。相对富钾的二长花岗岩、石英闪长岩/石英二长岩、含石榴子石花岗岩可能是幔源基性岩侵入导致变质沉积岩（即兴地塔格群）部分熔融及岩浆混合作用的结果，而相对富钠的奥长花岗岩和英云闪长岩可能是新生基性下地壳在金红石榴辉岩相（＞50km）部分熔融并受浅部沉积物混染的产物。这一岩浆-变质事件可能发生于安第斯型大陆岛弧环境，并随后卷入1.85Ga 的陆陆碰撞造山作用。
▲塔里木北缘中元古代—新元古代构造演化（据Zhu et al.，2011b）。新的年代学资料和地球化学资料使得我们可以重新评价阿克苏蓝片岩地体的构造意义。阿克苏蓝片岩地体代表了泛非造山运动，而不是格林威尔造山运动，应该与Gondwana 聚合有关而不是与Rodinia 聚合有关
▋ 阿克苏蓝片岩带举世闻名，但原岩年龄、基质属性未被研究。通过对该蓝片岩带中变基性岩的Sm-Nd 同位素定年研究，获得变基性岩原岩年龄为890±23Ma；通过岩石地球化学研究，确定变基性岩原岩为玄武岩，其物源为富集地幔和亏损地幔，形成环境为正常洋中脊。据此确认，塔里木克拉通北缘存在新元古代早期的大洋地壳。通过对包裹蓝片岩的变沉积岩的年代学研究，确定其碎屑锆石的年龄上限是727±12Ma（即高压变质时间不早于730Ma），不整合覆盖于蓝片岩之上的震旦纪砂岩碎屑锆石的年龄上限是602±13Ma。因此，蓝片岩是由新元古代早期的玄武岩经过变质作用形成的，变质时间发生在730Ma 之后，602Ma 之前。变沉积岩地球化学分析表明，其原岩为杂砂岩或泥岩，形成背景为活动陆缘岛弧环境。此外，阿克苏地区没有新元古代花岗岩，其地层序列、岩石组合、沉积环境、构造属性显示出明显的大洋亲缘性，显著区别于大陆亲缘性的库鲁克塔格，彼此不能对比。
▋ 塔北缘常见辉绿岩-花岗岩双峰式岩墙，发育数千条辉绿岩岩墙，主要为一系列密集平行排列、间距大致相等（几十厘米至数米）的岩墙，均侵入于前寒武纪变质岩中。通过对塔北缘新元古代双峰式火成岩和基性岩墙的地球化学示踪研究，发现这些火成岩均形成于板内环境，其母岩浆源自被交代的岩石圈地幔。对塔北缘兴地和铁门关等地的双峰式火成岩作SHRIMP 锆石U-Pb 定年，其结晶年龄主要集中在830～800Ma、790～740Ma和652～629Ma 三个阶段，表明当时的裂解事件从830Ma 开始，到630Ma 结束，历时长达2 亿年。其全球的构造背景是罗迪尼亚超大陆的裂解，据此提出了罗迪尼亚（Rodinia）超大陆长期持续裂解的科学命题。
▲塔里木克拉通北缘新元古代长期俯冲增生造山作用模型。 模型将中亚造山带西南部的增生历史从古生代延伸至新元古代，并将其与罗迪尼亚超大陆周缘增生造山系统相联系。这一模型对中亚造山带演化的许多传统模型构成挑战
尽管本书对塔里木克拉通北缘前寒武纪地质进行了较为详细的分析，获得了大量新数据和新认识，但由于塔里木克拉通总体研究程度仍相对较低，数据积累有限，且研究区大多交通不便，工作条件艰苦，再加上作者团队的研究水平有限，本书的工作还存在很多不足之处，书中的解释难免存在疏漏，提出的模型仍有待检验。
本文摘编自《塔里木克拉通北缘前寒武纪构造岩浆事件与地壳演化》（朱文斌 葛荣峰 舒良树 郑碧海 著.责任编辑：王腾飞 沈旭 冯钊. 北京：科学出版社，2017.4）一书。标题为编者所加。
（大陆动力学系列专著）
ISBN 978-7-03-052490-4
《塔里木克拉通北缘前寒武纪构造岩浆事件与地壳演化》以塔里木克拉通北缘前寒武纪地质体为研究对象，开展构造地质学、岩石学、同位素年代学和地球化学等多方面的综合研究。在此基础上，厘定该区前寒武纪地质体的岩石组成及各岩石单元的大致分布范围；限定各类岩石的形成时代及其大地构造背景；探讨变形与变质作用的期次、年代学格架、温压条件和P-T-t 轨迹；阐述变质杂岩体中混合岩的浅色体和暗色体的物质来源、形成时代及混合岩化机制。
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（本文编辑：刘四旦）
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