结构学和地质年代学约束：中亚东部造山带内泥盆纪斜向俯冲作用及石炭纪期间嫩江洋的逐步闭合过程

《Journal of Asian Earth Sciences》：Structural and geochronological constraints on Devonian oblique subduction and diachronous Carboniferous closure of the Nenjiang Ocean in the eastern Central Asian Orogenic Belt

斜向俯冲诱发复杂构造变形，研究揭示内蒙古东南部Xing'an增生带南缘Nenjiang-Zhalantun剪切带经历的三个变形期（D1、D2、D3），结合结构分析、有限应变和运动涡旋定量计算，以及锆石U-Pb和黑云母Rb-Sr同位素测年，表明D1为早泥盆世至晚泥盆世Nenjiang Ocean斜向俯冲主导的右旋走滑变形；D2为晚泥盆世至石炭纪俯冲闭合相关的NNW-SSE缩短变形，伴随温压条件变化；D3为早侏罗世逆冲变形。成果为揭示斜向俯冲动力学机制提供了新证据。

　　

刘玉琪|陈家富|张毅|秦涛|张一凡|法拉克·谢尔|李超|刘俊来

中国东北大学资源与土木工程学院地质系，沈阳 110819

摘要

揭示由斜向汇聚引起的构造复杂性对于理解造山过程至关重要。尽管沿海沟方向的走滑剪切带已有充分记录，但在斜向俯冲系统中与俯冲方向平行的剪切带仍知之甚少。我们在兴安增生地体（XAT）发现了三个变形阶段（D₁、D₂和D₃），这些阶段记录了嫩江洋的斜向汇聚过程。综合结构分析、有限应变和运动涡度定量计算以及锆石U-Pb和原位白云母Rb-Sr地质年代学分析表明：D₁变形阶段（386–360 Ma）以简单剪切为主的右旋走滑为特征，发生在平面应变条件下（L=S型构造岩）；D₂变形阶段（349–320 Ma）以NNW-SSE方向的缩短为特征，伴随着纯剪切变形，且随着地壳深度的增加，变形方式从脆性转变为韧性；D₃变形阶段（160–145 Ma）表现为向SW方向的左旋逆冲，并叠加了D₂变形。我们的发现揭示了两个先前未被认识的古生代事件：（1）在嫩江洋斜向俯冲期间出现了中晚泥盆世的走滑剪切；（2）石炭纪时期由于嫩江洋的异时闭合而发生了收缩。这些与俯冲方向平行的走滑剪切带可能与板块回撤速度梯度有关，表明存在斜向汇聚现象。

引言

斜向汇聚是一种复杂的地质过程，包括上板块旋转、海沟前进或后退、独特的岩浆活动以及多样的变形样式（Malatesta等人，2013；Malatesta等人，2016；Liu等人，2015；Lanari等人，2020；Andri?-Toma?evi?等人，2023），这可能导致海洋的异时闭合（Balázs等人，2021）。尽管斜向汇聚在许多造山带中很常见（Sanderson和Marchini，1984；Chadwick等人，2000；Acocella，2014；Alvarado等人，2016；Wu等人，2024），但其相关的岩浆-构造演化特征尚未得到充分研究。响应斜向汇聚的韧性和脆性变形为造山演化提供了具体的地质动力学机制记录（Solar和Brown，2001；Cao和Neubauer，2016；Zhang等人，2022）。斜向汇聚的走滑分量通常在海沟前进的压缩环境中形成走滑剪切带（McCaffrey，1992，1998；Vernant和Chéry，2006；Wang等人，2020）。相比之下，斜向汇聚会导致沿海沟方向的非对称地幔流动，从而引发板块回撤速度的差异，进而导致上覆板块旋转并产生高温岩浆（Malatesta等人，2013；Magni等人，2014；Balázs等人，2021；Wang等人，2024a）。转换断层的发展是为了适应板块回撤速度的差异（Balázs等人，2021）。这一过程也可能为走滑韧性剪切带的形成创造有利条件。然而，相关案例的研究较少。

中亚造山带（CAOB）作为世界上最大的增生造山带，包含了众多微大陆、蛇绿岩、海山、增生复合体及弧盆系统（图1a，?eng?r等人，1993；Jahn 2000，2004；Windley等人，2007；Xiao和Santosh，2014；Safonova等人，2017）。CAOB的古生代构造演化主要受古亚洲洋（PAO）的动态以及微大陆与增生地体之间的碰撞作用控制（Jian等人，2008；Shi等人，2010；Han等人，2012；Wilde，2015；Xiao和Santosh，2014；Chen等人，2010；Zhou等人，2018）。嫩江洋作为PAO的东部分支，位于兴安增生地体（XAT）和松辽-锡林浩特地块（SXB）之间（图1a和1b；Feng等人，2018b；Liu等人，2019）。关于嫩江洋的古生代演化历史仍有两个争议点：首先，由于该时期缺乏岩浆活动记录，泥盆纪曾被认为是一个构造静止期（Liu等人，2017）。然而，最近的研究发现了一些形成于不同构造环境中的泥盆纪花岗岩类岩石，包括俯冲、板块断裂和板块回撤（Ma等人，2020；Ji等人，2022；Wang等人，2024b）。其次，嫩江洋的闭合时间被估计为晚志留世-早泥盆世（Xu等人，2013，2015）、晚石炭世-早二叠世（Feng等人，2015；Liu等人，2017；Liu等人，2021b；Li等人，2020；Chen等人，2023；Tang等人，2024），或早二叠世-早三叠世（Shen等人，2006；Han等人，2012；Ren等人，2023；Wu等人，2021）。因此，嫩江洋的准确闭合时间及其相关的地质动力学过程仍不明确。此外，以往的研究忽略了嫩江洋的斜向汇聚现象，而这一现象可以通过综合变形分析得以揭示。

在这项研究中，我们对XAT东南缘的变形岩性单元进行了全面的结构、石英c轴织构、有限应变、运动涡度和地质年代学研究。我们识别出了泥盆纪和石炭纪的变形事件，并推测嫩江洋板块分别以斜向方式俯冲到XAT下方并发生了异时闭合。

章节摘录

区域地质框架

CAOB的东段也被称为兴安-蒙古造山带（图1b，Ge等人，2007；Xu等人，2015；Liu等人，2017）。在整个古生代至中生代期间，众多微板块和增生地体的碰撞形成了该地区的地质基础（Liu等人，2021a；Chen等人，2023）。这些地体和微板块包括额尔古纳地块、兴安增生地体（XAT）和松辽-锡林浩特地块。

结构描述

嫩江和扎兰屯地区的结构特征相似。两种主要的岩性单元包括中深部地壳的花岗质糜棱岩和花岗质超糜棱岩，以及浅层地壳的火山-沉积序列，这些岩石保存了被命名为D₁、D₂和D₃的变形事件的证据。D₁阶段以右旋走滑为特征，主要发生在中间地壳层，并通过韧性变形得以适应；D₂阶段则涉及...

石英的微结构分析和晶体优选取向（CPO）

选取了七个代表性样本进行微结构和CPO分析，其中x轴平行于层理方向，z轴垂直于层理方向，y轴既垂直于层理方向又平行于层理方向。这些定向样本代表了不同的地壳层位，变形事件的采集基于详细的野外观察。

有限应变和运动涡度的估算

从不同的岩性单元中选取了四个具有明显韧性变形特征的代表性样本进行有限应变和运动涡度分析，包括D₁花岗质糜棱岩（22HLJ11E和22ZLT69-1）以及D₂花岗质超糜棱岩样本（22HLJ6A-1和22HLJ6A-2）。

采样策略

为了确定晚古生代两次变形事件的年龄，我们收集了七个样本进行锆石U-Pb和原位Rb-Sr地质年代测定。这些分析在中国地质科学院矿物资源研究所的金属成因与矿物评价重点实验室（北京）以及中国地质调查局东北地质科学技术创新中心（沈阳）进行。

变形条件

根据结构观察，嫩江-扎兰屯剪切带经历了三个不同的变形阶段：EW向的右旋走滑（D₁）、NNW-SSE方向的缩短（D₂）以及向SW方向的逆冲（D₃）。研究表明，不同地壳层位的变形温度存在系统变化，这表明沿嫩江-扎兰屯剪切带发育的结构经历了剥露过程（图11，图12）。

结论

（1）在兴安增生地体东南缘发现了两个新的古生代变形事件。D₁阶段以中低温条件下的简单剪切平面应变为主的右旋走滑为特征；D₂阶段则表现为NNW-SSE方向的缩短，主要通过纯剪切变形实现，且随着地壳深度的增加，变形方式从韧性转变为脆性。

（2）锆石U-Pb测年结果...

未引用参考文献

Bhattacharya和Weber，2004；Dong等人，2016；Ebert，2006；Govindaraju，1979；Heidelbach等人，2000；Hou等人，2007；Hou等人，2015b；Ildefonse等人，1992；Jahn，2004；Jahn等人，2000；Li等人，2022；Li等人，2017；Liu等人，2020；Prior等人，1999；Royden等人，2008；Sigmundsson等人，2024；Sun等人，2013b；Xie等人，2008；Yu等人，2025；Zhang等人，2017；Zhang等人，2025；Zheng等人，2011。

CRediT作者贡献声明

刘玉琪：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、方法论研究、数据整理、概念构建。陈家富：撰写——审稿与编辑、监督、资源协调、项目管理、方法论研究、调查、资金争取、正式分析、概念构建。张毅：方法论研究、调查。秦涛：调查。张一凡：方法论研究、调查。法拉克·谢尔：撰写——审稿与编辑、调查。李超：方法论研究。

利益冲突声明

作者声明他们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

本研究得到了中国国家自然科学基金[项目编号42172252]、辽宁矿产资源绿色发展重点实验室[LNTU/GDMR-2301]以及中国地质调查局东北地质科学技术创新中心[项目编号QCJJ2023-27]（资助给陈J.F.）的支持。我们非常感谢Ji?í ?ák教授和Shuyun Cao教授的宝贵意见和建议。特别感谢Fang Song和Zhiwei Song对本文内容的建议。