巴基斯坦西部的中生代穆斯林巴格-卡诺扎伊蛇绿岩混杂体：对新特提斯洋构造演化的启示

《Journal of Asian Earth Sciences: X》：Mesozoic Muslim Bagh-Khanozai ophiolite mélange in the western Pakistan: implications for the tectonic evolution of the Neo-Tethys Ocean

新特提斯洋演化：穆斯林巴格-???瓦伊蛇绿岩套的构造背景与年代学证据

　　在当今的巴基斯坦地区，新特提斯洋（Neo-Tethys Ocean）的演化仍然是一个尚未完全解决的科学问题。该区域的地质记录对于评估新特提斯洋的构造演化至关重要，但其具体性质和演化历史仍存在诸多不确定性。为此，本文通过对穆斯林巴赫-汗诺扎伊蛇绿岩混杂岩（Muslim Bagh-Khanozai ophiolitic mélange）的综合研究，结合野外地质调查、锆石铀-铅（U-Pb）年代学和全岩地球化学分析，试图揭示其构造背景和演化过程。

新特提斯洋的形成可以追溯到早二叠世，当时冈瓦纳大陆（Gondwana）北部边缘的微地块发生裂解，进而导致海洋盆地的扩张（?eng?r, 1979; Scotese and Golonka, 1993; Stampfli and Borel, 2002; Angiolini et al., 2003; Chen et al., 2017）。随着新特提斯洋的持续俯冲，最终在中生代至新生代期间，印度板块与欧亚板块发生碰撞，形成了世界上最大的阿尔卑斯-扎格罗斯-喜马拉雅构造体系（Dewey et al., 1973; ?eng?r, 1979; ?eng?r, 1987; Mouthereau et al., 2012）。这一构造带涵盖了新特提斯洋东、西两部分的构造-岩浆地质特征，而巴基斯坦则位于东新特提斯域与西新特提斯域的交汇区域。尽管宏观尺度的研究表明，巴基斯坦的新特提斯洋具有与北印度相似的演化趋势，但其具体的构造演化过程仍需更多证据来进一步确认（Kakar et al., 2014; Ahmadi and Kalkan, 2021）。

蛇绿岩混杂岩是研究新特提斯洋演化的重要地质载体，它通常包含来自洋壳的岩石碎片，如橄榄岩、辉长岩和玄武岩等。这些岩石的组合反映了洋壳在俯冲和碰撞过程中的复杂演化路径。在巴基斯坦地区，这些蛇绿岩混杂岩广泛分布于从西南向东北延伸的多个蛇绿岩复合体中。根据已有的研究，巴基斯坦的蛇绿岩可以分为两个主要部分：南部蛇绿岩带，包括瓦济尔斯坦-朱博-穆斯林巴赫-贝拉地区的蛇绿岩（Asrarullah and Abbas, 1979; ?eng?r, 1979; Mahmood et al., 1995; Sawada et al., 1995; Kakar et al., 2012）；以及北部蛇绿岩带，由马尔坎德、尚拉、吉贾尔、萨帕特和奇拉斯等地的蛇绿岩混杂岩组成（Gnos et al., 1997; Khan, 2000）。其中，穆斯林巴赫-汗诺扎伊蛇绿岩混杂岩作为重要的构造-岩浆单元，保存了新特提斯洋演化的关键信息，但其具体性质和形成环境仍存在争议。

一些研究将该蛇绿岩混杂岩归类为侵入岩体（Vredenburg, 1901; H.S.C, 1960; Bilgrami, 1964），而另一些则认为其为喷出岩体（Shah, 1974）或蛇绿岩复合体（Rossman et al., 1971）。这些不同的分类反映了对该混杂岩形成机制和就位历史的不同理解。此外，关于其形成环境也存在较大分歧，有研究认为其形成于中洋脊环境（Siddiqui et al., 1996），也有研究提出其可能形成于俯冲带上方的构造环境（Kakar et al., 2014）或复合构造背景下（Khan et al., 2007），涉及多期次的岩浆活动和构造变形。这种持续的争论表明，有必要通过高精度的地球化学、同位素和年代学研究，来厘清穆斯林巴赫-汗诺扎伊蛇绿岩混杂岩的构造演化和就位机制。

本文的研究对象是穆斯林巴赫-汗诺扎伊蛇绿岩混杂岩，通过对该区域的详细野外地质调查，结合锆石铀-铅年代学和全岩地球化学分析，揭示了该混杂岩的构造背景和演化过程。研究发现，该混杂岩主要由两种类型的火成岩单元组成：蛇绿岩单元和其他后期形成的单元。蛇绿岩单元主要由辉长岩、玄武岩和橄榄岩碎片构成，而后期形成的单元则包括枕状安山岩和大规模玄武岩。这些火成岩单元的地球化学特征表明，它们可能形成于不同的构造环境。

具体而言，辉长岩和玄武岩岩墙显示出低含量的轻稀土元素（LREE）和富集的大离子亲石元素（LILE），以及平缓或亏损的高场强元素（HFSE），这些特征与来自中洋脊环境的N-MORB型地幔源一致。此外，橄榄岩显示出高镁氧化物（MgO）和低钇（Yb）含量，这表明其可能形成于深海环境。通过锆石铀-铅年代学分析，研究确定辉长岩的结晶年龄为199.7±4.5百万年，而玄武岩岩墙的结晶年龄为198.0±3.5百万年，表明这些岩石形成于早侏罗世。

另一方面，后期形成的枕状安山岩和大规模玄武岩则显示出富集的轻稀土元素和亏损的钽（Ta），这些特征与弧环境下的岩浆活动一致。此前的研究认为这些玄武岩形成于晚白垩世，而本文的新数据结合已有的可靠资料，表明穆斯林巴赫-汗诺扎伊蛇绿岩混杂岩不仅记录了新特提斯洋在早侏罗世的扩张过程，还记录了其在晚白垩世的俯冲过程。这一发现为理解新特提斯洋的演化提供了新的证据。

在构造背景方面，巴基斯坦的构造体系由三个主要地壳板块的汇聚构成：东南印度板块、西北伊朗-阿富汗地区的欧亚板块以及西南阿拉伯板块（图1a）。穆斯林巴赫地区西南侧的查曼走滑断裂带（Chaman strike-slip fault）界定了卡特瓦兹盆地及其相关的蛇绿岩带与东北部喀布尔块体之间的边界。在该区域的东南侧，则是苏莱曼-基特尔褶皱冲断带（Sulaiman-Kirthar Fold and Thrust Belt）。这些构造特征为研究穆斯林巴赫-汗诺扎伊蛇绿岩混杂岩的形成提供了重要的地质背景。

在样品采集和岩石学分析方面，研究团队对穆斯林巴赫-汗诺扎伊蛇绿岩混杂岩进行了详细的野外调查，发现其主要由多个构造片岩通过断层堆叠而成，局部还表现出块体嵌入基质的结构。沿剖面方向，其岩石类型呈现出多样性，橄榄岩、辉长岩和基性岩是该区域的主要岩石类型。在靠近穆斯林巴赫地区的剖面上，岩石的暴露变得更加复杂，包括沉积岩等其他类型的岩石。

为了进一步研究该蛇绿岩混杂岩的成因和演化，研究团队选取了17个样品进行主量和微量元素分析，并从中挑选了两个结晶性较好的样品进行锆石铀-铅年代学测定。这些样品的薄片制备工作在中国广州的广州拓源检测技术有限公司完成，而锆石的分离则采用了相应的地质实验方法。通过这些分析，研究团队能够更准确地确定这些火成岩单元的形成时间和地球化学特征。

在锆石铀-铅年代学分析中，研究发现辉长岩中的锆石晶体具有明显的晶体面和良好的结晶形态，其长度与宽度的比例在2:1到7:1之间。阴极发光（CL）成像显示，这些锆石颗粒通常呈现为暗色、不透明至半透明，整体上较为均匀，或在边缘显示出狭窄的岩浆振荡环带（图4a），这表明它们具有岩浆成因。锆石的Th/U比值常被用于判断其成因分类，其中岩浆成因的锆石通常具有较低的Th/U比值，而沉积成因的锆石则具有较高的Th/U比值。这一特征为确定辉长岩的形成时间提供了重要依据。

此外，研究还发现，辉长岩样品的有机质损失（LOI）值较低，通常在0.29至0.53 wt%之间，只有一个样品显示出略微升高的LOI值（1.61 wt%），这可能是由于矿物学的轻微变化，特别是部分橄榄岩被绿泥石所取代。低LOI值通常表明这些岩石经历了较少的后期变质作用或交代作用，从而保留了其原始的地球化学特征。这一特征与中洋脊玄武岩的地球化学特征相吻合，进一步支持了其形成于中洋脊环境的假说。

通过综合分析这些火成岩单元的地球化学特征和年代学数据，研究团队得出了几个重要的结论。首先，穆斯林巴赫-汗诺扎伊蛇绿岩混杂岩中的辉长岩和玄武岩岩墙形成于早侏罗世，分别对应199.7±4.5百万年和198.0±3.5百万年。这一发现表明，该区域在早侏罗世期间曾经历过大规模的洋壳扩张过程。其次，辉长岩和玄武岩岩墙显示出低总稀土元素含量、轻稀土元素亏损和轻大离子亲石元素亏损，这些特征进一步支持了其形成于中洋脊环境的假说。此外，后期形成的枕状安山岩和大规模玄武岩则显示出轻稀土元素富集和钽亏损，这表明它们可能形成于弧环境下的岩浆活动。

这些研究结果不仅有助于理解穆斯林巴赫-汗诺扎伊蛇绿岩混杂岩的构造演化，还为探讨新特提斯洋的整体演化提供了新的视角。通过对比其他地区的蛇绿岩混杂岩，研究团队发现，该区域的蛇绿岩混杂岩可能代表了新特提斯洋在巴基斯坦地区的特定演化阶段，其形成与洋壳扩张和俯冲过程密切相关。这些发现对于进一步研究新特提斯洋的构造演化和全球构造格局具有重要意义。

总体而言，穆斯林巴赫-汗诺扎伊蛇绿岩混杂岩的研究不仅揭示了其形成时间和构造背景，还为理解新特提斯洋的演化提供了关键证据。通过综合分析多种地质数据，研究团队能够更准确地厘清该区域的构造演化历史，并为未来的地质研究提供新的方向和思路。这些成果将有助于更全面地认识新特提斯洋的演化过程及其在全球构造体系中的作用。