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中亚造山带经历了长期的、复杂的地质演变,囊括了多样的板块俯冲作用、块体增生作用及造山作用,形成了区域内不同期次、不同类型的岩浆作用和成矿作用,以古生代大规模的大陆生长为特点并造就了中亚成矿域。诚然,构造运动、岩浆作用和成矿作用具有着紧密的成因联系又遵循着其各自的演化规律。因此,只有将这三者进行综合考虑,展开系统的研究和探讨,才能更好的解译其各自的动力学机制。 1.白杨河大型Be-U矿床 位于新疆和布克赛尔县的白杨河Be-U矿床是亚洲最大的Be矿床,矿体呈细脉浸染状产出于一套花岗斑岩与围岩的接触带上。目前对于该矿床的研究相对薄弱,其成矿年龄、成矿物质来源及成矿流体来源等重要矿床成因学问题依旧没有得到很好的解决,这严重制约了西准地区同类型Be矿床的勘查。对此,本文开展富矿花岗斑岩的锆石U-Pb年代学、元素地球化学以及同位素地球化学的研究。研究表明,花岗斑岩的成岩年龄为313.4±2.3 Ma,它是目前在西准地区已报道的唯一一例A1-型花岗岩,很可能形成于弧后盆地的大地构造背景下。结合脉石矿物-萤石的微量元素和Sr-Nd同位素数据,本文得到如下结论:(1)成矿流体源自花岗斑岩岩浆晚期的热液作用;(2)成矿年龄约为307~305 Ma;(3)在花岗斑岩的成岩时代,西准噶尔地区处于板块俯冲的构造环境中。这为西准地区晚古生代的成矿作用和构造背景提供了新的依据。 2.阿尔泰伟晶岩以及伟晶岩型稀有金属矿床 新疆阿尔泰地区出露近100,000条伟晶岩脉,并赋存着大量Li、Be、Nb、Ta等稀有金属矿床,是我国稀有金属资源的重要产地。传统观点认为,伟晶岩是花岗质岩浆高度分异演化的产物,与其母质花岗岩有着重要的成因联系,并常常以母岩为核心呈放射状分布。以此为依据,众多学者在阿尔泰地区开展了长期的、深入的成矿规律和找矿靶区预测的研究。然而,收效甚微。因此,传统的伟晶岩成岩模型面临着重大的挑战。本次研究以阿祖拜-琼库尔-佳木开三个伟晶岩田的卡鲁安803号(KLA803)、阿祖拜01号(AZB-01)和佳木开09号(JMK-09)伟晶岩(简写为K-A-J伟晶岩)为例,开展锆石U-Pb年龄和Hf同位素地球化学的研究。由于这三条伟晶岩脉与哈龙花岗岩在成岩年龄、Hf同位素组成上具有显著的差异,笔者否定了哈龙花岗岩为花岗质母岩的可能性。其后,笔者利用Hf同位素组成计算初始岩浆的组分,并以此建立了新的伟晶岩的成岩模型,指出阿尔泰地区的伟晶岩很可能是由沉积岩和先存花岗岩直接熔融形成,并不存在于其具有成因演化联系的母岩花岗岩。同时,笔者阐明了伟晶岩成岩的重要控制因素:(1)花岗质初始岩浆;(2)伸展构造背景;(3)较高的地温梯度,并首次提出“保温”在形成伟晶岩中起到的决定性的作用。这对于阿尔泰地区伟晶岩成因以及稀有金属矿产成矿规律等研究有着极其重要的意义。 3.伟晶岩在阿尔泰地区构造演化研究中的重要意义 已有研究表明,在中亚造山带中,西伯利亚和哈萨克斯坦板块的最终陆-陆碰撞很可能发生在晚古生代,这标志着古亚洲洋的闭合,至此之后区域进入了长期的后碰撞伸展的构造环境。这个最终的碰撞直接作用在阿尔泰造山带与准噶尔块体(西准噶尔、东准噶尔和准噶尔盆地)之间并以额尔齐斯断裂为缝合带。因此,阿尔泰地区占据了这一构造转换的核心位置。在该区域分布的大量古生代的岛弧I-型花岗岩,证实了早-中古生代的板块俯冲构造环境,然而,同碰撞、后碰撞的花岗岩则鲜为出露,这极大的限制了后碰撞构造运动的研究。不过,阿尔泰地区出露着大量的花岗伟晶岩,这些伟晶岩形成于280~180 Ma之间,它们记录了大量后碰撞岩浆作用的信息。笔者将已报道的伟晶岩脉和后碰撞花岗的成岩年龄和分布规律进行了对比研究,结果显示伟晶岩形成较晚于后碰撞花岗岩约30 Ma,由此可以确定区域内长期的后碰撞伸展的构造环境。阿尔泰地区的后碰撞花岗岩和伟晶岩的Hf同位素组成以及时空分布规律说明,在~240 Ma时区域内发生了由板片拆离向岩石圈地幔拆沉的重要的构造转换,这样的结论填补了区域内后碰撞岩浆作用和构造背景研究的空白,并为CAOB古生代至中生代的大陆生长提供了新的依据。 在以上重要结论的基础之上,本文综述了阿尔泰-准噶尔地区的晚古生代的岩浆作用规律:在西准地区,首次出现的A2-型板内花岗岩(阔一塔斯岩体)说明后碰撞岩浆作用自~298 Ma开始,阿尔泰造山带与扎玛-苏尔岛弧的拼合时间为303~298Ma;在东准地区,俯冲相关的岩浆作用持续自322Ma至309Ma,而后碰撞岩浆作用在308Ma开始,说明~309Ma是一个重要的构造转换时期;在中国阿尔泰地区,俯冲相关的岩浆作用在~313Ma截止,后碰撞岩浆作用在280 Ma之后大规模发生,暗示了大规模、长时间的碰撞、拼合作用。以此,笔者提出了西伯利亚板块与哈萨克斯坦板块的最终碰撞分为三个阶段:(1)度拉特岛弧与阿尔泰造山带的弧-陆碰撞发生在~308 Ma,(2)扎玛-苏尔岛弧与阿尔泰造山带的弧-陆碰撞发生在303~298 Ma,(3)西伯利亚板块与哈萨克斯坦板块的陆-陆碰撞持续时间较长自~313 Ma至281 Ma。