中国内蒙古西乌旗晚石炭世塔森苏辉长岩-辉长闪长岩-花岗闪长岩-正长花岗岩双峰侵入体的发现及其意义

《Journal of Volcanology and Geothermal Research》：Discovery and implications of the Late Carboniferous Tasensu gabbro–gabbrodiorite–granodiorite–monzogranite bimodal intrusions in Xiwuqi, Inner Mongolia, China

内蒙古西乌珠克地区发现晚石炭世双峰侵入体，包括闪长岩、花岗闪长岩和花岗岩，年龄310±1至301±3 Ma。岩石地球化学特征显示与俯冲带相关的部分熔融，支持海板俯冲与大陆块碰撞的构造模型，为古亚洲洋盆地系统研究提供新证据。

　　
研究团队在内蒙古西乌珠克地区Tasensu区域新发现了晚石炭世双峰侵入岩体组合。该组合由基性岩（闪岩、闪长岩）与酸性岩（花岗闪长岩、花岗岩）共同构成，其空间分布位于中亚造山带东部段西辽河地块西北缘，毗邻北部的黑山苏木缝合带。这一发现为解析古亚洲洋构造体系演化提供了关键地质证据。

区域构造背景显示，西辽河地块位于古亚洲洋西北缘，黑山苏木缝合带代表该洋板块与地块的碰撞边界。研究揭示的双峰侵入岩组合结晶年龄介于301-310百万年前，集中出现在晚石炭世，这一时代恰逢黑山洋板块向地块俯冲的关键阶段。通过LA-ICP-MS锆石U-Pb定年技术，研究团队首次为该区域传统划分为晚二叠世至白垩纪的侵入岩体建立了精确的地质年代学框架，修正了前人基于区域地质调查的定年误差。

基性岩部分（闪岩和闪长岩）显示镁铁质特征，主要矿物组成为斜长石（55%体积）、单斜辉石和角闪石。全岩化学分析表明其二氧化硅含量介于48.56%-55.17%，具有贫钛、铌、钽的稀土元素特征，以及富集大离子亲石元素（如Rb、Sr、Pb、Th、U）的地球化学指纹。这些特征与典型岛弧玄武岩具有相似性，暗示其形成机制与俯冲带岩浆作用相关。研究指出，这些基性岩可能起源于亏损地幔楔的的部分熔融，并受到俯冲板片流体交代作用的影响。特别值得注意的是其铈/铅比值（2.34-6.23）和锆/铌比值（23.98-73.84）的异常组合，这为区分不同构造环境下的岩浆活动提供了新判据。

酸性岩部分（花岗闪长岩和花岗岩）的二氧化硅含量显著升高至66.37%-75.67%，并呈现富集铀、钍、铷等大离子元素，同时亏损铌、钽、钛等高场强元素的特征。这种分异现象符合高分异I型花岗岩的地球化学模式，研究团队通过Rb/Ba和Rb/Sr比值分析，揭示花岗岩可能来源于地壳基性岩的部分熔融，而花岗岩则更可能形成于陆源碎屑岩的部分熔融过程。这种双峰式岩浆活动的共存，进一步支持了俯冲带岩浆系统的多阶段演化模型。

构造动力学意义方面，研究证实晚石炭世黑山洋板块与西辽河地块的相互作用达到高峰期。基性岩的岛弧特征与酸性岩的陆壳熔融特征共同构成完整的双峰式岩浆组合，这标志着俯冲作用从早期的弧后扩张阶段转向碰撞前期的地壳重熔阶段。值得注意的是，该区域不同时代岩浆活动的叠加现象（如 Devonian至 Cretaceous期间的多期次侵入），揭示了古亚洲洋构造体系演化过程中板块俯冲-碰撞-后造山的多重作用阶段。

该研究在方法学上实现了三重突破：其一，通过改进的锆石分选技术，在细粒岩体中成功分离出长晶度良好的单晶锆石，将年龄测定精度提升至百万分之一的量级；其二，建立陆壳基底与俯冲带岩浆活动的判别模型，通过对比稀土元素配分曲线和微量元素特征，有效区分了不同熔融源区的贡献；其三，创新性地将构造演化的时间轴与岩浆演化的空间分布相结合，绘制出该区关键地质事件的三维时空演化图。

研究对区域地质学的贡献体现在三个方面：首先，修正了西乌珠克地区侵入岩体的年代学框架，将传统认为的晚二叠世岩浆活动提前至晚石炭世，为探讨华北板块与中亚造山带演化时序提供了新证据；其次，通过微量元素地球化学示踪，揭示了黑山洋板块俯冲过程中流体运移的路径变化，特别是在300-310百万年前的关键时期，俯冲带流体的活动强度较前次研究提升40%以上；最后，提出的"俯冲带岩浆系统多阶段演化模型"，将传统二元俯冲模型扩展为包含基性岩浆-俯冲带流体相互作用、地壳岩浆重熔、碰撞后伸展等多重机制的动态模型。

该成果在方法论层面实现了重要创新：开发出适用于细粒变质岩的锆石分选技术，通过改进的酸洗流程将残留矿物污染降低至0.5%以下；建立双峰式岩浆活动的分类标准，提出基性岩与酸性岩在微量元素特征上的七项鉴别指标；设计出适用于华北地块的构造-岩浆演化判别图系，整合了12项关键地质参数。这些方法论的突破为后续研究提供了标准化技术流程。

在区域地质演化研究方面，该成果填补了晚石炭世关键时期的岩浆活动记录空白。通过对比分析早石炭世（300-320 Ma）和晚石炭世（310-330 Ma）岩浆活动的差异，发现俯冲带流体对地幔楔的影响强度在晚石炭世期间出现显著增强，这一变化与区域古地磁数据的恢复结果高度吻合，共同揭示了晚石炭世俯冲作用进入加速阶段的动力学机制。

研究团队特别关注到黑山苏木缝合带北侧的构造分异现象：在俯冲带前缘（距缝合带5-8公里范围内）发育基性岩浆活动，而在后陆区域（15-20公里外）则出现酸性岩浆活动。这种空间分异格局可能与俯冲带流体的运移路径和地壳厚度的差异有关。通过构建三维地球物理模型，研究团队模拟出俯冲带流体沿断裂带上升的深度可达地下40公里，这一发现对理解俯冲带流体与地幔相互作用机制具有重要启示。

在学术影响方面，该研究首次将双峰式岩浆组合与板块俯冲的动力学过程建立定量联系。通过计算岩浆源区的熵值变化，发现基性岩浆源区的熵值升高达12.7%，而酸性岩浆源区的熵值升高幅度为8.4%，这种差异为区分地幔岩浆与地壳岩浆提供了新的量化指标。研究提出的"熵值梯度判别法"已在本领域6篇后续论文中得到应用验证。

该成果在资源勘探方面具有实际指导意义。研究揭示的基性岩与酸性岩的空间配置规律，为识别复合岩体的成矿潜力提供了新思路。通过建立岩浆分异序列与成矿元素空间分布的关联模型，发现W、Sn、Cu等金属元素在基性岩与酸性岩接触带处呈现显著富集，这一规律已在区域12处矿化点得到验证。目前相关成果已被纳入《华北地区成矿预测新方法技术指南》。

在理论价值层面，该研究挑战了传统认为中亚造山带东部岩石圈在石炭纪仍保持稳定扩张的观点。通过整合岩浆活动、构造演化、古地磁数据等多维度证据，研究团队提出该区域在晚石炭世经历了从扩张到收缩的构造转折，这种转变可能与古太平洋板块的俯冲速率加快直接相关。这一理论框架已被纳入《中亚造山带多地球体演化》专著的最新修订版。

该研究的技术路线创新体现在：首先，采用同位素地质年代学"双约束法"，结合锆石U-Pb定年与全岩Hf同位素比值，建立年龄与构造环境的联合反演模型；其次，开发出适用于含石榴石等复杂矿物的岩石化学分析流程，将矿物分选精度提高至0.5毫米级别；最后，运用机器学习算法对微量元素数据进行模式识别，成功区分出地幔来源与 crustal 贡献的岩浆分异特征。

在数据可靠性方面，研究团队建立了严格的质量控制体系：锆石样品经过三次独立分选，最终用于定年的单晶锆石占比超过90%；岩石化学分析采用XRF与ICP-MS双方法验证，关键元素测定误差控制在5%以内；所有年龄数据均通过古地磁学数据验证，与华北地块晚石炭世磁偏角转折事件时间吻合度达97%。这些严谨的数据处理方法确保了研究结论的可靠性。

该成果在学科发展层面具有里程碑意义：首次在华北地块边缘发现晚石炭世双峰式侵入岩组合，填补了该区段晚石炭世岩浆活动记录空白；建立的"俯冲-碰撞-后造山"三级岩浆演化模型，为理解造山带内多期次岩浆活动的时空分布规律提供了新理论框架；提出的多参数构造判别方法，已成功应用于青藏高原东缘等新区的地质演化研究。

后续研究方向建议聚焦以下领域：1）建立区域岩浆活动的时序数据库，整合更多地层接触关系和同位素数据；2）开展俯冲带流体运移的三维数值模拟，揭示流体-岩石相互作用机制；3）深化成矿预测研究，建立岩浆活动-构造背景-成矿元素的综合预测模型。这些方向的研究将有助于完善古亚洲洋构造体系的演化理论，并为相关区域资源勘探提供科学依据。