石炭纪—二叠纪岩浆弧体系作为古地理屏障控制东亚生物地理省区化

《Journal of Asian Earth Sciences》:Carboniferous–Permian magmatic arc system as paleogeographic barrier controlling biogeographic provincialism in East Asia

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年08月31日 来源:Journal of Asian Earth Sciences 2.4

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   •在中亚造山带(CAOB)南部识别出一套构造拼接的石炭纪–二叠纪岩浆弧系统。•该弧系统隔离了古亚洲洋和古特提斯洋域。•弧系统引起的隔离作用导致气候分异和生物地理区域的独立演化。•构造-古地理屏障在塑造深时生物区系中的作用超越了纬度因素。引言板块构造与生命的协同演化从根本上塑造

  
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    在中亚造山带(CAOB)南部识别出一套构造拼接的石炭纪–二叠纪岩浆弧系统。
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    该弧系统隔离了古亚洲洋和古特提斯洋域。
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    弧系统引起的隔离作用导致气候分异和生物地理区域的独立演化。
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    构造-古地理屏障在塑造深时生物区系中的作用超越了纬度因素。

引言

板块构造与生命的协同演化从根本上塑造了地球历史各个时期的地表环境和生物多样性(Stern and Gerya, 2023)。自显生宙以来,现代板块构造格局和气候带性的建立,使大陆和洋盆的动态重组不断调节着不同古纬度带的环境条件(Shen et al., 2013, Stern, 2016, Zerkle, 2018)。随着陆地和海洋环境的变迁,生物群落适应这些变化的热、水文和营养条件,最终形成了不同的古生物地理区(Huang and Ding, 1998, Sun, 1998, Srivastava and Agnihotri, 2010, Shen et al., 2013)。构造汇聚通过俯冲和造山作用形成复杂的地形和地形降水梯度,既可作为生物多样性的泵送机制,也可成为强大的物理屏障——通过新兴陆桥促进生物交流,或通过隆起的山带隔离种群(Badgley, 2010, Hoorn et al., 2010, Defossez et al., 2021)。相反,构造离散通常开启促进生物混合的海道,或形成新的洋盆以推动海洋物种分化(Lavergne et al., 2013, Steeman et al., 2009, Toussaint et al., 2014)。尽管将深时构造与生物地理分割联系起来的精确机制仍然复杂且具有情境依赖性,但人们日益认识到,构造格局是古地理格局的首要控制因素,进而支配大气和海洋环流模式。这些环流系统最终决定了区域古气候和水文条件,从而对古生物群的空间分布和演化轨迹产生深远但受调节的影响。
在石炭纪–二叠纪期间,东亚被划分为两个截然不同的构造域:北侧的古亚洲洋(PAO)和南侧的古特提斯洋(PTO)(图1)。陆地上,PAO域发育了冷温带安加拉植物区(Huang and Ding, 1998, Sun, 1998, Deng et al., 2009, Wang et al., 2014a, Wang et al., 2014b),而海洋环境则支持冷水北方针叶带动物群(Wang et al., 2014a, Wang et al., 2014b)。相比之下,PTO域在陆地上维持了热带至亚热带的华夏植物区(Sun, 1998),在海洋中则拥有暖水特提斯动物群(Guo, 2012, Wang et al., 2014a, Wang et al., 2014b)。这种显著不同的动物群和植物区导致了晚古生代东亚尖锐分界线的生物地理区域的形成。尽管这些生物群已有充分记载,但驱动区域化的构造机制仍存在激烈争论。古地磁重建表明,PAO–PTO边界沿线的微陆地块(即华南、华北、塔里木克拉通,以及阿拉善和敦煌地块)在晚古生代北移过程中具有不同的古纬度,并遵循分异漂移轨迹,产生了显著的古纬度偏移(Huang et al., 2018)。关键在于,这些中间地体在空间上呈碎片化分布,地理上不足以形成连续的物理屏障,留下了广阔的海洋通道,理应促进PAO和PTO之间强烈的温盐环流和表层水交换(Xiao et al., 2015, Ma et al., 2025)。在这种水文开放格局下,生态不相容、气候敏感的生物群持续共存,提出了一个根本性悖论,仅凭传统的纬度模型或地体阻挡模型无法完全调和。
为解决这一悖论,我们研究了平安迪杂岩体,它是PAO–PTO过渡带内的一个关键构造要素(图2)。综合岩石学、年代学和地球化学分析手段以限定其结晶年龄和地球动力学背景。将这些新数据与中亚造山带(CAOB)南部东段、中段和西段已发表的石炭纪–二叠纪岩浆作用记录综合,重建了一连续的区域尺度岩浆弧系统。本研究旨在评估弧源古地理屏障如何限制洋间交流并促进独特生物地理区的形成。通过将局部地质约束与区域构造综合联系起来,我们的研究结果表明,构造驱动的古地理分割而非仅古纬度梯度,才是控制石炭纪–二叠纪东亚生物地理区域化的主要因素。

各章节片段

地质背景

构造上,研究区位于索伦口缝合带,这是划分PAO和PTO域的基本构造边界(图2)。关键在于,研究区内的平安迪杂岩体占据着索伦口缝合带上的关键位置,记录了PAO消亡的终末阶段以及向北中国克拉通(NCC)–CAOB拼合过渡的地球动力学转变。它保存了丰富的岩石学和地球化学档案,关键性地记录了索伦口缝合带晚古生代的演化,

锆石U–Pb定年

锆石颗粒首先在中国长春的长春中能岩矿测试服务有限公司采用标准重液和磁选技术进行分离,然后在双目显微镜下手拣,挑选透明、自形程度好且无可见包裹体和裂面的晶体。选定的颗粒被固定在环氧树脂中,抛光以暴露内部结构,并使用阴极发光(CL)成像以引导靶点定位。然后,所有锆石

年代学

四个样品的年代学定年结果列于附录表S1。

平安迪杂岩体的大陆边缘弧亲和性和地壳污染特征

平安迪杂岩体的主要组成部分(即石英二长岩(PAD–01)和角闪岩(PAD–04))显示出俯冲相关岩浆作用的诊断性地球化学特征,表现为大离子亲石元素(LILEs;如Th、U、Rb)的系统性富集和高场强元素(HFSEs;如Nb、Ta、Ti)的亏损,类似于典型弧岩浆作用特征(图6),这通常在俯冲相关构造背景下形成(e.g., Pearce et al., 2004, Pearce, 2014)。

结论

  • 1.
    平安迪杂岩体介于336至252 Ma之间就位,构造增生早于中三叠世(237 Ma),记录了古亚洲洋(PAO)的南向俯冲。古老陆壳碎块的卷入对触发俯冲初始和调控相关弧岩浆作用的成分演化起到了重要作用。
  • 2.
    与索伦口–北山–南天山缝合带同期弧岩浆作用同步,沿

CRediT作者贡献声明

Yongfei Ma:撰写——初稿撰写、调查研究、获取资金。Yongjiang Liu:撰写——审阅与编辑、监督指导、获取资金、形式分析。Zhaoxu Chen:撰写——审阅与编辑、形式分析。Sihua Yuan:可视化、形式分析、概念构思。Li Zhang:软件、方法论、数据整理。

未引用参考文献

Deep Time Maps (2026)。

利益冲突声明

作者声明不存在任何可能影响本文所报告工作的已知竞争性经济利益或个人关系。

致谢

本研究得到了中国国家自然科学基金(批准号:42130305、42372269和42172024)、河北省自然科学基金(批准号:D2025512022)以及俄罗斯联邦科学基金会地球物理研究所国家任务(研究课题号:122041100043-8)的资金支持。我们感谢来自中国地质调查局沈阳中心的前同事张玉金和杜吉禹提供的野外协助。我们也感谢编辑的编辑处理以及两位匿名审稿人。
Yongfei Ma|Yongjiang Liu|Zhaoxu Chen|Sihua Yuan|Li Zhang
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