北祁连地块大岔大坂蛇绿岩中寒武纪洋中脊玄武岩类镁铁质岩与伴生玻安岩的成因及其对弧后扩张的启示

本研究针对北祁连洋寒武纪构造演化中是否存在弧后扩张这一关键问题，通过系统分析大岔大坂蛇绿岩中513–506 Ma MORB-like镁铁质岩与503–490 Ma玻安岩的岩石学、锆石U-Pb-Hf同位素及全岩Sr-Nd同位素组成，揭示其分别来源于石榴石二辉橄榄岩（>70 km）和交代型难熔方辉橄榄岩地幔，提出北祁连洋在513–490 Ma经历了弧内俯冲与弧后扩张事件，为古亚洲洋早古生代板块构造过程提供了新约束。

　　

论文解读

研究背景与科学问题

北祁连造山带作为探索古亚洲洋早古生代板块构造的关键窗口，其内部蛇绿岩的成因长期存在争议。尽管学界公认北祁连洋壳曾向北俯冲于阿拉善地块之下，但关于该洋盆是否发育弧内俯冲系统及弧后扩张等细节仍缺乏直接证据。大岔大坂蛇绿岩中独特的寒武纪镁铁质岩与玻安岩组合，为破解这一谜题提供了珍贵样本。

研究设计与技术方法

中国研究人员对大岔大坂蛇绿岩开展多学科交叉研究：1) 锆石U-Pb定年精确厘定岩体形成时代（513–490 Ma）；2) 全岩主微量元素分析区分E-MORB-like（类型1）与N-MORB-like（类型2）镁铁质岩及玻安岩的地球化学特征；3) 矿物原位微区分析结合Sr-Nd-Hf同位素示踪地幔源区性质；4) 原始地幔标准化图解揭示Nb-Ta异常与俯冲沉积熔体交代信号。

研究结果

1. 岩石成因

• 下序列镁铁质岩：类型1（SiO₂ 45.1–49.8 wt%）具平坦重稀土配分模式（(La/Yb)_N = 0.8–1.2），ε_Nd(t) = +2.6至+6.5，指示>70 km深度的石榴石二辉橄榄岩部分熔融；类型2（SiO₂ 49.3–59.2 wt%）显示轻稀土亏损，源自<70 km的尖晶石方辉橄榄岩。
• 上序列玻安岩：显著Nb-Ta负异常（Th/Nb = 1.5–3.0）与ε_Hf(t) = +3.4至+13.6，反映难熔地幔经俯冲沉积熔体交代后熔融。

2. 构造演化
提出北祁连洋三阶段扩张模型：前寒武纪–早寒武世（550–520 Ma）、中–晚寒武世（513–497 Ma）和中–晚奥陶世（458–449 Ma），其中513–490 Ma的弧后扩张事件通过玻安岩–MORB组合首次获得岩石学验证。

结论与意义

该研究揭示北祁连洋寒武纪弧后扩张的岩石记录，确立玻安岩形成与弧内俯冲的成因联系，为全球早古生代弧–盆系统演化提供重要类比案例。成果发表于《Geochemistry》，深化了对古亚洲洋多阶段扩张动力学机制的理解。