华北克拉通北部边缘的早二叠世岩浆活动表明存在向南的俯冲作用

《Journal of Geodynamics》：Early Permian magmatism at the northern margin of the North China Craton indicating southward subduction

　　银川王|祖晨李|献志裴|瑞光王|海周|少伟赵|艳艾|童张|肖王
西安长安大学地球科学与资源学院关键金属成因与高效利用重点实验室，中国西安710054

**摘要**
地壳-地幔岩浆作用对于理解古生代晚期古亚洲洋（PAO）的俯冲和闭合历史至关重要。东部PAO的构造演化仍存在争议，这使得研究华北克拉通（NCC）北部边缘的岩浆组合成为解码该地区演化历史的关键。在本研究中，我们提供了来自上二叠世上义地区基性、中性和酸性侵入岩的岩石学、地质年代学、地球化学以及原位锆石Hf同位素数据。锆石U-Pb测年结果显示，正长岩的年龄为289 Ma，花岗闪长岩为289 Ma，辉长岩为283 Ma。所研究的正长岩具有较低的SiO2含量（57.68–64.28 wt%）和较高的Al2O3含量（13.54–16.42 wt%），其A/CNK值介于0.78至0.95之间，表现出I型花岗岩的特征。结合变化的锆石εHf(t)值（-8.03至-11.03），表明其母岩来源于下地壳中角闪岩/玄武岩的部分熔融。花岗闪长岩含有较高的SiO2（73.68–75.36 wt%）和Al2O3（11.93–12.39 wt%），但MgO含量较低（0.21–0.63 wt%）。锆石εHf(t)值介于-7.64至-9.78之间，表明其起源于下地壳中砂岩的部分熔融。这些岩石均富集了大离子亲石元素和轻稀土元素，而贫乏高场强元素和重稀土元素，形成于活跃的大陆边缘构造环境。基性微晶包体、花岗闪长岩和辉长岩的地球化学特征表明，它们是碱性至过碱性岩石，形成于上二叠世PAO板块向NCC北部边缘俯冲期间。俯冲板块的断裂引发了软流圈的上涌，这源于富集地幔中石榴石-尖晶石榴辉岩的部分熔融。结合本研究和以往的研究结果，我们认为上二叠世PAO经历了双向俯冲过程，且PAO并未在早二叠世之前闭合。

**引言**
中亚造山带（CAOB）从西部的乌拉尔山脉延伸至东部的蒙古-鄂霍次克地区，位于西伯利亚克拉通（SC）和塔里木-华北克拉通之间，是地球上最大的显生宙俯冲-增生造山带（图1），其形成时间从中新元古代持续至三叠纪（例如，Seng?r等人，1993年；Jahn等人，2000年、2004年；Windley等人，2007年；Xiao等人，2015年、2018年；Fu等人，2024年；Wang等人，2024b年；Xing等人，2024年）。受PAO构造域控制的兴蒙造山带（XMOB）位于CAOB的东南部，处于华北克拉通（NCC）的北部边缘，经历了多阶段的洋壳俯冲、大规模的地壳-地幔相互作用和广泛的岩浆活动（Seng?r等人，1993年；Jahn等人，2004年；Li等人，2018年）。它是显生宙重要的地壳增生区（Wu等人，2002年；Hong等人，2003年），记录了PAO的俯冲减少、闭合及最终碰撞的整个过程，是研究CAOB构造演化的重要区域（图2a）。Xiao等人（2003年、2009年）将CAOB的东南边缘从北向南划分为南蒙古活跃大陆边缘（乌里雅斯泰活跃大陆边缘）、黑山蛇绿岩-弧-增生复合体、白林道弧-增生复合体、二道井增生复合体（缝合带）、昂多尔苏姆俯冲-增生复合体、白乃庙弧带以及NCC的北部边缘（图2b）。其构造演化过程包括新元古代早期或寒武纪的日本型俯冲-增生作用、中古生代的安第斯型南北双向俯冲，以及晚古生代末期沿索隆克尔-萨莫隆缝合带（SXS）的喜马拉雅型碰撞闭合。

尽管已进行了大量研究，但普遍认为PAO沿SXS带以剪刀式运动从西向东逐渐闭合。然而，关于东部PAO最终闭合的时间和构造演化仍存在争议（Xiao等人，2003年、2009年、2018年、Fu等人，2024年；Wang等人，2024年；Xing等人，2024年）。由于典型的区域碰撞特征（如超高压变质岩和强过铝质S型花岗岩）较为罕见，其构造演化仍具有推测性（Eizenh?fer和Zhao，2018年）。主要存在两种观点：一种观点认为PAO主要在晚志留纪-泥盆纪闭合（例如，Yue等人，2001年；Xu等人，2013年、2015年）；另一种观点认为，在晚古生代，PAO的主要海洋盆地及其次级盆地发生了俯冲并消失，PAO最终在晚二叠世-早三叠世沿SXS带闭合（例如，Seng?r等人，1993年；Xiao等人，2003年、2009年、2018年；Luo等人，2009年；Hao等人，2012年；Jiang等人，2013年；Cheng等人，2014a年；Chen等人，2014年；Zhao等人，2016年；Liu等人，2017年；Zhang等人，2017a年；Zhang等人，2017b年；Yan等人，2019年；Guo等人，2019年；Zhou等人，2019年、2022年、2023年；Li等人，2021年；Zhang等人，2021年；Fu等人，2024年；Wang等人，2024b年；Wang等人，2025b年；Wang等人，2026a年）。

以往的地质研究主要集中在NCC北部边缘的内蒙古和兴安岭地区的晚古生代及早中生代构造-岩浆活动。相比之下，关于NCC北部边缘上义地区的晚古生代构造-岩浆活动报道较少。因此，我们基于上义地区的构造-岩浆活动开展科学研究，以增进对PAO构造演化过程的总体理解。对上义地区的基性、中性及酸性侵入岩和辉长岩脉进行了岩石学、岩石学、地球化学、地质年代学及Lu-Hf同位素研究，为NCC北部边缘PAO的晚古生代构造演化提供了新的见解。

**地质背景**
先前的研究表明，SXS带记录了PAO的最终闭合。华北地块（NCB）被SXS带与北部的几个地块分隔开来。NCC的北部边缘主要由南部的NCC和北部的白乃庙弧带组成，两者由赤峰-巴音奥博断层带分隔；而济宁-赤城-龙华断层带则将NCC的北部边缘与北部的内蒙古古隆起及燕山推覆-褶皱带分隔开来。

**样品采集**
样品采集自上义县大德塘地区的基性-中性岩石（花岗闪长岩、正长岩和MMEs）。花岗闪长岩分布于正长岩的中部和边缘，并与正长岩相互混合（图3d）。正长岩中含有MMEs（图3a、b），这些MMEs呈椭圆形或滴状，直径范围为5厘米至30厘米，具有明显的反向脉状结构和冷凝边缘（图3c）。此外，还采集了花岗闪长岩的样品。

**锆石U-Pb测年**
锆石U-Pb测年样品P10TW1、P18TW2和P25TW1来自地表新暴露的岩石。这些样品在河北省区域地质与矿产调查研究院按照标准程序进行了破碎处理。经过重力和磁选后，在双筒显微镜下选取了晶体完整且纯度高的锆石作为测年对象。随后通过透射光、反射光和阴极发光（CL）照片进行了分析。

**锆石U-Pb地质年代学**
上义地区基性-中性酸性侵入岩的锆石U-Pb年代数据见补充表S1。大德塘正长岩（P10TW1）、秦家沟花岗闪长岩（P25TW1）和大西沟辉长岩（P18TW2）的锆石颗粒呈自形至亚自形，长度为50–130 μm，具有明显的振荡分带现象（图5a-c），Th/U比值介于0.21–1.87之间，表明其具有火成起源（Belousova等人，2002年；Williams等人，2009年）。

**地层年龄**
本文从大西沟辉长岩和秦家沟花岗闪长岩中获得了360–343 Ma和346–340 Ma的岩浆锆石年龄，这些岩石均属于早石炭世，反映了上义地区早石炭世的构造-岩浆活动。该时期的构造-岩浆活动较为活跃，同一时期的构造-岩浆活动还包括西侧的查海楼沟花岗闪长岩。

**地球动力学意义**
东部PAO沿SXS带的构造演化仍是一个未解决的问题。一个关键争议点是PAO最终闭合的时间。Xiao等人（2003年）认为，PAO板块在南部SC和北部NCC下经历了整个古生代的双向俯冲，直到晚二叠世两个相对活跃的大陆边缘发生碰撞。一些学者提出，PAO在早古生代也经历了双向俯冲。

**结论**
（1）NCC北部边缘的大德塘含MMEs的正长岩的锆石U-Pb年龄为289 Ma，表明其形成于早二叠世。其地球化学特征表现为较低的SiO2含量（57.68–64.28 wt%）、较高的Al2O3含量（13.54–16.42 wt%）和A/CNK值（0.78–0.95），属于I型花岗岩。δEu值为1.11–1.40，富集LILEs和LREEs，贫乏HFSEs和HREEs，形成于活跃的大陆边缘构造环境。锆石εHf(t)值介于-8.03至-11.03之间。

**参考文献**
（此处列出相关文献，因原文未提供完整参考文献列表，故省略）

**作者贡献声明**
银川王：撰写、审稿与编辑、研究工作。献志裴：撰写、审稿与编辑。祖晨李：撰写、审稿与编辑、资金获取、概念构思。海周：撰写、审稿与编辑。瑞光王：数据管理。艳艾：撰写、审稿与编辑。少伟赵：撰写、审稿与编辑。肖王：撰写、审稿与编辑。童张：数据管理。

**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**
感谢匿名审稿人对本文提出的批评性和建设性意见。本研究得到了国家自然科学基金（项目编号41872235）、陕西省双一流大学建设专项（项目编号300111240014）、中央高校基本科研业务费（项目编号300103724059和300108231154）、陕西省高校青年创新团队的支持，以及自然科学基础研究的资助。