《Global and Planetary Change》：New constraints on archipelago amalgamation processes in the SW Paleo-Asian Ocean by Middle Paleozoic strata in the northern West Junggar, NW China
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古亚洲洋弧-弧碰撞机制及构造叠合过程研究——以新疆西缘 Junggar 地区奥陶-石炭系沉积序列为例。通过区域地质调查、露头测量及沉积岩分析，结合锆石U-Pb测年（271-392 Ma）与古生物地层学研究，揭示了该区不同构造单元的沉积时代与构造演化特征。研究显示华北、俄罗斯地台与西伯利亚地台间的多阶段弧-弧碰撞与弧-陆整合作用主导了古亚洲洋闭合过程，并识别出早-中志留世三向缩短事件、石炭-二叠纪构造叠合等关键构造阶段。
杨雅琪|赵磊|张金|赵恒|曹鹏|杨旭|宋梦迪
教育部喀斯特地质资源与环境重点实验室，贵州大学资源与环境工程学院，中国贵阳550025
摘要
在中古生代（奥陶纪-石炭纪），古亚洲洋地区主要呈现出群岛式构造框架，但其聚合的过程和方式尚未得到充分理解。为了解决这一问题，我们不仅在准噶尔西部北部的三个关键区域对奥陶纪至石炭纪的地层进行了大规模测绘、细部剖面测量和结构分析，还选取了具有代表性的砂岩和化石样本进行沉积学和年代学研究。碎屑锆石的U-Pb测年以及古生物学证据表明：奥陶纪的布龙郭尔组形成于卡提安期；志留纪的布龙组、沙尔布埃蒂组和克克雄库杜克组形成于普里多利期；泥盆纪的乌拉图布克组和赫布克赛尔组形成于埃姆斯期；而洪古勒楞组、塔尔巴哈塔伊组和黑山头组则分别形成于弗拉斯尼期、法门尼期和维塞期。碎屑岩的成分和锆石年龄谱表明，这些地层可能沉积于一个岛弧间盆地中，其原始物质主要来自当地的同代岩弧。此外，在奥陶纪至石炭纪的地层中还发现了不同尺度的变形褶皱，这可能是由早-中志留纪、石炭纪和二叠纪期间的多相缩短事件所驱动的。结合以往的研究结果，我们得出结论：准噶尔西部北部在奥陶纪至志留纪经历了岩弧间的聚合，在泥盆纪至石炭纪经历了岩弧与大陆的整合，在二叠纪则发生了大陆内部的变形。因此，多地块、多阶段的聚合过程可能在古亚洲洋的闭合中起到了关键作用。
引言
人们普遍认为，海洋闭合可以通过多种方式实现，包括大陆-大陆碰撞、岩弧-大陆碰撞以及岩弧-岩弧碰撞（例如，Cawood和Buchan，2007年）。特别是岩弧-岩弧碰撞，在大型海洋盆地中是一个常见的过程，其中通常会发育多个岛弧（例如，English和Johnston，2005年；Wang等人，2022年）。例如，西太平洋的岛弧系统展示了两种不同的岩弧聚合方式：印度尼西亚东北部的双向俯冲系统（Macpherson等人，2003年）以及北海道中南部的多条同倾俯冲系统（Itoh等人，2005年）。然而，关于化石造山带中岩弧-岩弧聚合的过程和方式仍知之甚少。
中亚造山带（CAOB）位于北部俄罗斯和西伯利亚克拉通与南部塔里木和华北克拉通之间，是世界上典型的增生造山带之一（图1a；?eng?r等人，1993年；Jahn等人，2000年；Xiao等人，2010年）。尽管?eng?r等人（1993年、2018年）提出了一个长期存在的单一俯冲带模型来解释古亚洲洋的闭合过程，但越来越多的研究表明，CAOB是由众多微大陆、海洋弧以及增生复合体（包括蛇绿岩和海山）通过多种俯冲极性的聚合形成的（例如，Mossakovsky等人，1994年；Degtyarev和Ryazantsev，2007年；Windley等人，2007年；Xiao等人，2010年、2015年；Yang等人，2020年、2021年）。近年来，在CAOB内部发现了许多海洋弧（Safonova等人，2017年）。这些岩弧很可能将广阔的古亚洲洋划分成了多个次级盆地，形成了群岛状的古地理格局（例如，Ren等人，2014年；Xiao等人，2015年；Yang等人，2021年；Wang等人，2022年）。因此，岩弧-岩弧或岩弧-大陆的聚合是古亚洲洋闭合的基本机制。
CAOB的西部特征是一个U形的岩弧系统，称为“哈萨克斯坦造山带”（?eng?r等人，1993年），该系统具有马蹄形的构造特征（例如，Abrajevitch等人，2007年；Windley等人，2007年；Bazhenov等人，2012年）。该地区由众多弯曲的、带状的地质单元组成，包括岛弧、增生复合体和微大陆（图1b），类似于现今西南太平洋的海沟-岩弧系统（van de Lagemaat等人，2018年）。准噶尔西部造山带（WJOB）位于哈萨克斯坦造山带的闭合端，延伸至其北部和南部（图1b）。WJOB及其相邻区域内的多个独立岩弧系统在古生代期间通过连续的碰撞逐渐聚合（Choulet等人，2012年）。因此，准噶尔西部（WJ）被认为是研究带状群岛系统聚合过程的理想区域（例如，Xiao等人，2010年、2015年；Liu等人，2018年）。
哈萨克斯坦造山带的北部主要由几个准线形的马里安型岩弧组成，包括博兹沙科尔-青吉兹（BC）弧和扎尔玛-索尔（ZS）弧（图1b）。然而，该地区的岩弧-岩弧聚合过程仍存在争议，特别是在俯冲极性和碰撞时间方面（例如，Choulet等人，2012年；Yin等人，2017年；Yang等人，2019a、2019b）。以往的研究主要集中在增生复合体（Chen等人，2017b；Yang等人，2019a、2021年；Song等人，2020b）和火成岩（Chen等人，2019年；Song等人，2020a）的地质年代学和地球化学证据上。相比之下，古生代的沉积序列受到的关注较少。在这项研究中，我们基于大规模测绘和细部剖面测量，对WJB北部的奥陶纪至石炭纪地层进行了系统的研究。我们报告了这些地层的碎屑锆石U-Pb年龄、古生物学数据以及结构分析结果，这些结果为古亚洲洋群岛的俯冲和碰撞过程提供了新的见解。
地质背景
WJOB东侧毗邻准噶尔盆地，南侧与中国的北天山缝合带相连，西侧与巴尔喀什-伊犁弧相邻，北侧与额尔齐斯-扎伊桑缝合带（或厄尔奇斯剪切带）相邻（图1b）。先前有研究将谢米西台断层或赫斯图罗盖凹陷视为分隔WJB北部和南部的主要边界（Feng等人，1989年；Zhao和He，2014年；Yang等人，2019a）。WJB北部以一条蛇绿岩带和多个其他地质构造为主
野外地质
东部的赛尔山、沙尔布埃蒂山和索尔山位于WJB的东部，含有保存完好的奥陶纪至石炭纪沉积序列（图2）。这些沉积层包括不同粒度的深水及浅海碎屑岩以及火山岩或火山碎屑岩。对这些沉积层进行了详细的测绘、剖面测量和结构分析，并选取了具有代表性的碎屑岩样本和化石
分析方法
从东部的赛尔山、沙尔布埃蒂山和索尔山采集了九种代表性的砂岩和一个辉长岩样本用于锆石分离。超过270颗锆石颗粒被安装在矿物靶上，由中国北京中科矿业研究与测试技术有限公司进行阴极发光（CL）成像。根据CL图像，选择了具有代表性的锆石样本进行原位U-Pb测年和微量元素分析
锆石地质年代学
通过LA-ICP-MS分析获得的九种代表性碎屑样品和一个辉长岩样本的U-Th-Pb同位素数据列在补充表A中。从这些碎屑样品中分离出的200多颗锆石颗粒透明、亚自形且近圆形。其中一些颗粒颜色较深，呈长柱状（图9，图10）。这些锆石具有明显的振荡分带现象，Th/U比值范围为0.10至2.17（平均值=0.6）沉积年龄
碎屑锆石常被用来确定沉积年龄和来源（Moecher和Samson，2006年）。通常使用最年轻的U-Pb年龄来估算沉积单元的最大沉积年龄（Brown和Gehrels，2007年；Chen等人，2017b；Song等人，2020a）。然而，Dickinson和Gehrels（2009年）指出，使用多个颗粒年龄得到的最年轻年龄更能准确反映实际沉积年龄。此外，Xu等人也提出了类似的观点结论
基于以往的研究以及我们新的碎屑锆石U-Pb年龄和古生物学数据，以及对中国西北部WJB地区奥陶纪至石炭纪地层的结构分析，我们得出以下结论：
（1）布龙郭尔组形成于卡提安期；布龙组、沙尔布埃蒂组和克克雄库杜克组形成于普里多利期；乌拉图布克组和赫布克赛尔组形成于埃姆斯期；洪古勒楞组、塔尔巴哈塔伊组和黑山头组分别形成于弗拉斯尼期、法门尼期和维塞期
作者贡献声明
杨雅琪：撰写初稿、方法学研究、资金获取、正式数据分析。赵磊：撰写、审稿与编辑、方法学研究、资金获取。张金：撰写、审稿与编辑、方法学研究。赵恒：方法学研究、数据收集、正式数据分析。曹鹏：软件支持、数据收集。杨旭：软件支持、数据收集。宋梦迪：数据收集。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
我们感谢两位匿名审稿人和客座编辑尹继远教授对本文提出的建设性意见和建议。同时感谢黄云泽和何德峰在锆石U-Pb测年方面的帮助，以及史春华在TIMA分析方面的指导。本研究得到了国家自然科学基金（42202244、42072265）、贵州省基础研究重点项目（MS[2026]115、ZD[2025]008、ZD[2025]009）的支持
