古亚洲洋寒武纪俯冲起始的动力学机制|朱明帅等-CEE

中亚造山带是一条跨越俄罗斯、蒙古、中国和中亚多个国家的巨型增生型造山带，是认识和理解增生造山时空演化过程的理想研究区（Sengör and Natal’in, 1996; Wilhem et al., 2012；Xiao et al., 2015）。中亚造山带经历了早期米洛维亚洋（环绕罗迪尼亚超大陆的超大洋）和后期古亚洲洋的复合增生造山过程。在罗迪尼亚超大陆裂解（750-600 Ma）之前，中亚造山带1020–892 Ma的蛇绿岩（Gordienko et al., 2010；Khain et al., 2002）和1017–780 Ma的弧岩浆岩（Buriánek et al., 2017；Yang et al., 2020）记录了米洛维亚洋俯冲增生演化过程；而在罗迪尼亚超大陆裂解形成古亚洲洋之后（Cawood et al., 2007；Zhao et al., 2018；Gladkochub et al., 2019），中亚造山带的构造演化主要受古亚洲洋构造演化的控制（600-250 Ma；Wilhem et al., 2012）。目前关于古亚洲洋俯冲起始的动力学机制存在较大争议，主要有三种代表性观点：转换断层的坍塌（Ren et al., 2014）；与地幔柱作用有关（Yang et al., 2020）；弧-陆碰撞诱发俯冲起始（Jian et al., 2014）。

中国科学院地质与地球物理研究所朱明帅副研究员、董淼副研究员、苗来成研究员、张福勤研究员等，联合西班牙高等科研理事会（CSIC）的Daniel Pastor-Galán、英属哥伦比亚大学Matthijs A. Smit副教授和上海交通大学的李顺副研究员等以蒙古西部寒武纪蛇绿岩（Ulgey、Gurvan Sayhan 和Zoolen蛇绿岩）为研究对象，通过详细的野外观察、岩石学、地球化学和同位素年代学等综合研究，认为这些SSZ型蛇绿岩代表了古亚洲洋在蒙古西部的俯冲起始记录。蒙古西部寒武纪SSZ型蛇绿岩与蒙古中南部地区（Manlay和Namdain hundy蛇绿岩；528-509 Ma）（Zhu et al., 2014）、哈萨克斯坦地区（Tesiktas、Eastern Arkharsu 和Djalair-Naiman 蛇绿岩；532-513 Ma）（Degtyarev et al., 2021）、准噶尔地区（唐巴勒、玛依勒、洪古勒楞、扎河坝和阿尔曼泰蛇绿岩；531-496 Ma）（Ren et al., 2014）、蒙古西南部地区（Gobi Altai、Gurvan Sayhan和Zoolen蛇绿岩；529-494 Ma）（Jian et al., 2014）和东天山-北山地区（康古尔塔格、干沟、红柳河、牛圈子、芨芨台子和小黄山蛇绿岩；536-496 Ma）（Shi et al., 2018；Yang et al., 2023）发育的寒武纪SSZ型蛇绿岩（图1，图2），表明古亚洲洋不同构造位置（>6000千米范围）发生俯冲起始的时间均在536-528 Ma之间。显然，前人提出的俯冲起始动力学机制无法解释古亚洲洋在短时间（<8 Ma）内如此大规模（>6000千米）俯冲起始的地球动力学原因。

图1中亚造山带大地构造简图

图2蒙古西部寒武纪SSZ型蛇绿岩的地质年代学和地球化学分析结果

研究团队前期研究厘定的超过1000千米的寒武纪高压变质带（548–520 Ma）（Zhu et al., 2023）、中国东北地区超过1300千米的麻粒岩相变质带（530–500 Ma）（Zhou et al., 2011）、西伯利亚南缘超过1000千米的麻粒岩相带（507–490 Ma）（Gladkochub et al., 2008）和哈萨克斯坦科克切塔夫超过150千米的高压-超高压变质带（540–510 Ma）（Zhang et al., 2016）（图1），表明米洛维亚洋闭合的时间（即微陆块与西伯利亚克拉通碰撞时间）为寒武纪，与古亚洲洋俯冲起始的时间相吻合，因此，他们提出微大陆与西伯利亚克拉通寒武纪碰撞事件诱发古亚洲洋大范围俯冲起始的新动力学机制。他们的地质观察和数值模型工作表明（图3），在碰撞诱发的俯冲起始过程中，俯冲起始发生的构造位置位于洋内薄弱带，而不是传统认为的增生地体的边缘带，进一步加深了人们对地体碰撞诱发俯冲起始过程与机制的理解和认识。

图3碰撞诱发俯冲起始的数值模拟结果

研究成果发表于国际学术期刊

Communications Earth & Environment

朱明帅*，Pastor-Galán D.，Smit M.A.，苗来成, 董淼*，张福勤，Sanchir D., GanbatA., 刘成浩，罗晔，李顺*.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.

研究受国家自然科学基金项目(42272262和42172241)和中国科学院战略先导项目(XDB 41000000)等资助。

美编 | 陈永焱

校对 | 刘强