活动大陆边缘岩浆作用及构造演化<br/>——以敦煌地块为例*

活动大陆边缘岩浆作用及构造演化
——以敦煌地块为例*

2024-03-11甘保平唐菊兴第五春荣

岩石学报 2024年3期

甘保平唐菊兴,2 第五春荣

地球是太阳系其他类地行星中唯一具有板块构造和长英质大陆地壳的星球,其形成与演化一直是固体地球科学领域研究的热点问题(Rudnick and Gao, 2003)。俯冲带形成于汇聚板块边缘之下,由俯冲岩石圈板块和上部岩石圈板块组成,以岩石圈的水平和垂(斜)向运动、地幔(软流圈)对流、弧地壳的加厚与减薄、幔源岩浆底侵作用、强烈的岩浆作用和变质作用等为主要特征,是连接地球圈层物质和能量交换(循环或再循环)的重要纽带(Stern, 2002; Tatsumi, 2005; Zhengetal., 2022)。

岩浆弧作为汇聚板块边缘下大洋俯冲过程的直接产物之一,记录了板块构造、壳-幔相互作用及大陆地壳形成和演化等关键地质作用过程(Duceaetal., 2015; Leeetal., 2015)。根据上覆板块性质的不同,一般将岩浆弧分为洋-洋俯冲的大洋弧(洋内弧)和洋-陆俯冲的活动大陆边缘弧(图1; Duceaetal., 2015)。前者可能包含有古老大陆碎块(吴福元等, 2019),以钙碱性玄武岩为主,并伴有少量的安山岩-英安岩、高镁闪长岩和埃达克岩,主要分布于环太平洋地区,如伊豆-小笠原-马里亚纳岛弧、斐济-汤加-克马德克岛弧以及小安德列斯岛弧等(Frischetal., 2011)。后者的主要特点是其火山弧出现在大陆边缘且没有同大陆分离,以俯冲带上盘是大陆地壳为特征,岩石类型以安山质岩石为主(Taylor and McLennan, 1995),包括北美的阿拉斯加和喀斯喀特、南美的智利或安第斯以及印度洋东北缘巽他弧等(图1;Duceaetal., 2015; Schmidt and Jagoutz, 2017)。同时在俯冲过程中,如果上盘大陆板块出现弧后扩张导致原来位于大陆边缘的部分大陆岩石圈从大陆分离,可能会形成新的俯冲带上盘,最终形成新的陆缘弧,如日本-琉球、千岛群岛弧等(Kimura and Yoshida, 2006)。与安第斯型或科迪勒型大陆边缘弧系统不同的是,马里亚纳型洋内岛弧中的俯冲大洋岩石圈具有相对古老、厚、冷和密度大等特征,易发生快速俯冲,形成陡的冷俯冲带,发育之上的岩浆弧处于挤压的构造环境(张泽明等, 2020)。总之,汇聚板块边缘的俯冲带经历了复杂的构造演化过程(如俯冲-碰撞、板片脱水、流体活动、地慢楔部分熔融、俯冲侵蚀、壳幔分异、地壳再造、变质变形作用等),且上覆板片发育有不同类型的弧岩浆岩、不同时代及成因机制的岩石类型,因此是研究深部地球动力学机制、壳幔相互作用、弧岩浆分异及大陆地壳形成与演化的理想场所(Duceaetal., 2015; 吴福元等, 2019; Zheng, 2019; Zhengetal., 2022)。

图1 全球代表性洋内弧、陆缘岛弧和大陆弧示意图(据Frisch et al., 2011; Xu et al., 2020修改)Fig.1 Global representative of the inter-oceanic arcs, continental marginal island arcs and continental arcs (modified after Frisch et al., 2011; Xu et al., 2020)

图2 中亚造山带构造框架地质简图(a,据Jahn et al., 2000修改)、塔里木克拉通及周缘地质简图(b,据Lu et al., 2008)及敦煌地块区域地质简图(c,据Gan et al., 2021a)图c中数据来源:1-Soldner et al. (2022); 2-Gan et al. (2020b); 3-李天虎等(2021); 4-Gan et al. (2021a); 5-Gan et al. (2023a); 6-Zhao et al. (2017); 7-Gan et al. (2023b); 8-刁志鹏(2018); 9-张志诚等(2009); 10-王楠等(2016a); 11-Gan et al. (2021b); 12-赵燕等(2015b); 13-Shi et al. (2020); 14-闫江浩(2017); 15-Wang et al. (2018b); 16-Wang et al. (2014); 17-王楠等(2016b); 18-朱涛等(2014); 19-Bao et al. (2017); 20-Feng et al. (2018); 21-Feng et al. (2020); 22-Wang et al. (2017c); 23-Zhu et al. (2020); 24-王玉玺(2018); 25-Wang et al. (2021b)Fig.2 Tectonic framework of sketch map of the CAOB (a, modified after Jahn et al., 2000), geological map of the Tarim Craton and adjacent areas (b, after Lu et al., 2008) and simplified geological map of the Dunhuang Block (c, after Gan et al., 2021a)Data sources in Fig.2c: 1-Soldner et al. (2022); 2-Gan et al. (2020b); 3-Li et al. (2021); 4-Gan et al. (2021a); 5-Gan et al. (2023a); 6-Zhao et al. (2017); 7-Gan et al. (2023b); 8-Diao (2018); 9-Zhang et al. (2009); 10-Wang et al. (2016a); 11-Gan et al. (2021b); 12-Zhao et al. (2015b); 13-Shi et al. (2020); 14-Yan (2017); 15-Wang et al. (2018b); 16-Wang et al. (2014); 17-Wang et al. (2016b); 18-Zhu et al. (2014); 19-Bao et al. (2017); 20-Feng et al. (2018); 21-Feng et al. (2020); 22-Wang et al. (2017c); 23-Zhu et al. (2020); 24-Wang (2018); 25-Wang et al. (2021b)

中亚造山带是地球上目前现存规模最大、构造演化最为复杂的显生宙增生型造山带(图1、图2a),主要是由大量增生杂岩、大陆碎片、岩浆弧、弧相关盆地、蛇绿岩等构成的复杂增生拼贴体,被认为是由新元古代-二叠纪末或早三叠世持久演化古亚洲洋的俯冲消减作用所形成的,具有显著的地壳生长特征(engöretal., 1993; Windleyetal., 2007; Xiaoetal., 2010)。近些年,基于详细的岩石学、年代学和地球化学的研究,很多学者在中亚造山带内识别出了不同类型的岩浆弧,如:安第斯型的北伊犁、白乃庙岩浆弧等(Zhangetal., 2007)、日本型的阿尔泰、中天山和北山公婆泉岛弧等(Xiaoetal., 2013; Songetal., 2015)以及马里亚纳型的西准噶尔和北天山博格达洋内弧等(Xiaoetal., 2004; Zhangetal., 2011),这些在古亚洲洋南部俯冲过程中发育不同类型的岩浆弧均参与了造山带演化过程,对于理解和认识中亚造山带的增生造山过程具有重要意义。研究表明,陆缘弧岩浆作用作为大陆地壳生长的主要方式之一,具有显著的幕式发育的特征,记录了俯冲带壳幔物质循环、新生镁铁质地壳的生成、多期次不同性质的岩浆活动及构造侵蚀等重要地质信息(Duceaetal., 2015; Chapman and Ducea, 2019)。其中地慢楔的减压熔融(Leeetal., 2015)、区域地壳伸展或挤压、岩石圈增厚和根部下沉(Duceaetal., 2015)、岩石圈和地幔的相互作用(van Hunen and Miller, 2015)等模型被认为是活动陆缘弧岩浆幕式作用的成因机制。因此,寻找造山带内的古老大陆弧,解析其岩石构造组合类型、时空展布规律及地球化学组成特征,为恢复洋-陆构造格架、探究弧岩浆成因和分异特征及造山带陆壳形成与保存提供关键素材(Leeetal., 2007; Duceaetal., 2015; Jagoutz and Kelemen, 2015; Chenetal., 2019; Zhuetal., 2022)。

敦煌地块位于中亚造山带中段的最南部,传统上认为是古亚洲洋构造域内具有前寒武纪变质结晶基底微陆块(图2a)。近年来,诸多研究者从敦煌前寒武纪基底中识别出了大量的古生代岩浆岩和变质岩,并对其进行了系统的同位素年代学、地球化学及同位素组成的研究,揭示敦煌地块在古生代时期经历了中亚造山带南缘造山作用的强烈改造可能成为了其中的一部分(Zhaoetal., 2016; 2017; 王楠等, 2016a, 2016b; Wangetal., 2017a, 2017b; 王玉玺, 2018; Fengetal., 2020; Zhuetal., 2020; Soldneretal., 2022; Zhangetal., 2022a)。然而,对于敦煌地块古生代的大地构造背景仍然存在争议。部分研究者认为该微陆块具有前寒武纪变质结晶基底,在古生代时期受到古亚洲洋南部向南俯冲消减作用过程的影响,使其深部岩石圈物质发生改造与再活化,进而产生了广泛的岩浆-变质岩,形成于活动陆缘弧的构造背景(Ganetal., 2020b, 2021a, b, 2023a, b; Soldneretal., 2022; 康磊等, 2021)。部分研究者基于古生代变质岩和部分岩浆岩的证据认为,这些杂岩体的形成与原特提斯洋向北俯冲的背景有关,属于古生代增生弧(Shietal., 2020; Wangetal., 2022)。总之,敦煌地块出露的古生代岩浆-变质杂岩保存了古大洋体系的俯冲-增生造山过程、深部物质和能量交换及陆壳形成与演化等关键地质信息,对于理解汇聚板块边缘构造演化和造山作用过程具有重要启示意义。

本文在系统收集近十多年来已有关于敦煌地块古生代岩浆岩的年代学、岩石地球化学和Nd-Hf同位素组成数据的基础上,通过分析研究区内古生代岩浆岩岩石组合类型及时空分布规律,并结合变沉积岩、变质岩及区域构造地质等方面的资料,以期揭示敦煌地块古生代陆弧岩浆和地壳构造演化过程,探究造山带大陆边缘弧地壳增生方式以及深部物质演变规律。

1 区域地质特征

从全球大地构造体系来看,敦煌地块位于古亚洲构造域和特提斯构造域、华北克拉通和塔里木克拉通的衔接部位,北邻天山-北山造山带,南部为祁连造山带,东部与华北克拉通(阿拉善地块)相邻(图2a, b)。研究区内大部分被第三系和第四系沉积物或沙漠所覆盖,仅出露有极少量侏罗系地层,并且受控于南侧中-新生代阿尔金左行走滑断裂带、西北侧且末-星星峡断裂及区内三危山等主断裂的影响,整体上以北东东-南西西走向为主呈带状展布,其中的次级断裂也较为发育,具有多期次、多阶段的时空展布特征(图2c; Cunninghametal., 2016)。

根据已有的研究表明,本文将敦煌地块主要划分为早前寒武纪变质基底杂岩(TTG片麻岩石和表壳岩系)以及古生代杂岩两大单元,前者主要出露在中部三危山-东巴兔山、南部水峡口-红柳峡地区(图1c),主要包括～3.1Ga和2.7～2.5Ga的TTG片麻岩(Zhangetal., 2013; Zongetal., 2013; Zhaoetal., 2015; 赵燕等, 2015a; 闫江浩, 2017),～2.3Ga、2.0～1.8Ga花岗质岩石、变基性岩块(Zhangetal., 2012; Heetal., 2013; Wangetal., 2014; Ganetal., 2020a)和表壳岩系(在传统上称之为“敦煌岩群”)。已有的碎屑锆石U-Pb年代学揭示,这些变质表壳岩可能经历了2.0～1.8Ga(Wangetal., 2013)和早古生代两期区域变质作用(孟繁聪等, 2011),地球化学组成表明其可能形成于活动陆缘沉积环境。此外,Wangetal.(2021a)通过对敦煌地块早前寒武纪岩石中榍石年代学的研究表明,这些榍石记录的两期变质年龄(409～390Ma和354～309Ma)分别对应于早期变质作用的退变质阶段和晚期岩浆作用事件,并认为敦煌地块在古生代时期遭受了中亚造山带有关构造热事件的强烈改造,同时提出敦煌地块不应该被当作一个独立的古生代造山带。

近年来,诸多研究者从敦煌前寒武纪结晶基底杂岩中解体出了大量的显生宙岩浆-变质杂岩(图2c),其中古生代岩浆杂岩主要包括早古生代早期中酸性火山岩(康磊等, 2021)、I型花岗质岩石(张志诚等, 2009; Zhaoetal., 2017; Ganetal., 2020b, 2021a, 2023a, b)和S型花岗岩(王楠等, 2016a),晚古生代钙碱性花岗质岩石(王楠等, 2016b; Baoetal., 2017; Zhaoetal., 2017; 王玉玺, 2018; Fengetal., 2020; Ganetal., 2021b, 2023b; Zhangetal., 2022a)和火山碎屑岩(Shietal., 2020),以及少量的中生代基性岩墙(136～100Ma;冯志硕等, 2010)。古生代变质杂岩主要包括高压基性麻粒岩、角闪岩、含角闪石斜长片麻岩、榴辉岩和变泥质岩等,这些岩石大致记录了顺时针变质作用P-T-t轨迹,其变质年龄约为445～365Ma,揭示了一个古生代古大洋持续俯冲增生的过程(Zongetal., 2012; Heetal., 2014; Wangetal., 2016, 2017a, b, 2018a, b, 2022; 范文寿等, 2018; Soldneretal., 2022)。

2 敦煌地块古生代构造热事件序列

随着研究的不断深入,近些年关于敦煌地块古生代时期的构造演化取得了一系列重要进展。结合前人研究和敦煌古生代岩浆岩出露情况,本文大体上将整个敦煌划分为四个区域,东北部梁湖地区(旱峡-梁湖-双塔)、中部三危山-东巴兔地区(党河水库-三危山-东巴兔山-蘑菇台)、西南部多坝沟地区(卡拉塔什塔格-多坝沟)和南部(青石沟-红柳峡-水峡口)(图2)。

2.1 古生代岩浆岩时空分布规律及岩石组合特征

如图3a和3b所示,敦煌地块在古生代时期经历了多阶段岩浆作用演化过程,从寒武纪一直持续到二叠纪末或早三叠世,大致发育五期显著的岩浆峰期事件:～510Ma、约440～410Ma、390～360Ma、～330Ma和约280～245Ma。

(1)早-中寒武世(～510Ma):该时期岩浆活动主要分布于敦煌地块东北部,如小宛和梁湖中细粒花岗岩,岩体整体上变形较弱,侵入于早寒武世火山-沉积岩中(图2c),形成于～510Ma(Ganetal., 2020b)。康磊等(2021)在敦煌东北部梁湖地区识别出了一套连续的沉积-火山岩地层,其中火山岩主要以中酸性岩石为主,主要有安山岩、英安岩、流纹岩和少量的凝灰岩等组成,形成时代大致为早寒武世;沉积地层岩石组合主要为变砂岩、变泥质砂岩夹少量变砂质泥岩,碎屑锆石年代学结果揭示其沉积年龄为574～517Ma,进一步表明敦煌地块新元古代-古生代沉积地层的存在。

(2)晚奥陶世-早志留世(约440～410Ma):该时期岩浆活动主要分布于敦煌地块的东北部、中部和西南部,如:东北部梁湖石英闪长岩(450Ma)和十工二长花岗岩(430Ma)(Ganetal., 2021a),安西南片麻状闪长质岩石(450～440Ma)(Ganetal., 2023a)和闪长岩(Zhaoetal., 2017);中部党河花岗闪长岩、沙枣园S型花岗岩(460～440Ma)和南部安盆沟正长花岗岩(431±5Ma)(张志诚等, 2009; 王楠等, 2016a, b; Zhaoetal., 2017);西南部多坝沟闪长岩(Zhuetal., 2020)和海子湾英安岩(王玉玺, 2018)。此外,中部三危山地区还出露少量的火山碎屑岩(安山质-英安质-流纹质晶屑凝灰岩),喷发年龄为424～414Ma(Shietal., 2020)。

(3)中-晚泥盆世(390～360Ma):该时期的岩浆活动出露最为广泛,如:敦煌地块东北部双塔和中部蘑菇台地区花岗闪长岩(～360Ma)(Ganetal., 2023b; Zhaoetal., 2017);中部东水沟石英闪长岩-花岗闪长岩-黑云母花岗岩(390～380Ma)及少量侵入花岗闪长岩中的英安斑岩(～367Ma)(Ganetal., 2021b);南部青石沟糜棱状/片麻状花岗岩(380～360Ma)(Baoetal., 2017)。

(4)中石炭世(～330Ma):该时期的岩浆活动仅出露在南部红柳峡和青石沟地区,主要岩石类型为石英闪长岩、眼球状片麻岩、似斑状花岗岩和少量花岗质岩脉(朱涛等, 2014; Baoetal., 2017; Zhaoetal., 2017)。

图3 敦煌地块古生代岩浆岩(a、b)和变质岩(c、d)锆石U-Pb年龄频谱图(a、b)中的岩浆岩数据来自于图2c;(c、d)变质岩数据来源:孟繁聪等(2011),Zong et al. (2012), He et al. (2014), Wang et al. (2016, 2017a, 2017b, 2018a), Zhao et al. (2016), 刁志鹏(2018), 范文寿等(2018), Feng et al. (2018), Zhang et al. (2020), Li et al. (2021), Soldner et al. (2022)Fig.3 Probability density plots of Paleozoic magmatic rocks (a, b) and metamorphic rocks (c, d) in the Dunhuang BlockThe data in Fig.3a and Fig.3b from Fig.2c. The data in Fig.3c and Fig.3d from Meng et al. (2011), Zong et al. (2012), He et al. (2014), Wang et al. (2016, 2017a, b, 2018a), Zhao et al. (2016), Diao (2018), Pham et al. (2018), Feng et al. (2018), Zhang et al. (2020), Li et al. (2021), Soldner et al. (2022)

(5)中-晚二叠世(约280～245Ma):该时期的岩浆活动主要分布于中部和西南部,主要岩石类型为闪长质斑岩、(富石英)花岗岩、二长花岗岩、钾质花岗岩。其中中部东巴兔地区的花岗岩类多呈脉状产出,局部发生变形构造,与前寒武纪岩石呈侵入接触关系(Fengetal., 2018, 2020);西南部多坝沟地区主要出露二叠纪高钾花岗岩和镁铁质岩石,形成时代约为285～245Ma(王玉玺, 2018; Zhangetal., 2022a;作者,未发表数据)。

综上所述,敦煌地块古生代岩浆岩出露较为广泛,岩浆作用类型主要以中酸性岩石为主,并伴有少量的镁铁质岩石,持续时间从寒武纪到二叠纪乃至早三叠世。研究区古生代岩浆活动从东北部梁湖地区到南部红柳峡地区,再到中部三危山-东巴兔地区以及西南部多坝沟地区,其形成年龄显示出逐渐年轻化趋势(图2c、图3b),且呈阶段性峰期特征产出(图 3a)。

2.2 古生代变质-变形作用演化规律

图4 敦煌地块古生代花岗岩类岩石地球化学特征判别图(a)(Na2O+K2O)-SiO2 (TAS)图解;(b)SiO2-K2O图解;(c)A/NK-A/CNK图解;古生代花岗岩类SiO2含量(d)、Mg#值(e)及Sr/Y比值(f)随时间演变特征图解. (a、b)中的大陆弧和洋内弧埃达克岩数据来自于Wang et al. (2020),其余数据来源于图2cFig.4 Discrimination diagrams of geochemical characteristics for the Paleozoic granitoids in the Dunhuang Block(a) Total alkali (Na2O+K2O) vs. SiO2 (TAS) diagram; (b) SiO2 vs. K2O diagram; (c) A/NK vs. A/CNK diagram; SiO2 (d), Mg# (e) and Sr/Y (f) vs. zircon U-Pb ages. Data of continental arc and intra-oceanic arc adakites from Wang et al. (2020), and other data from Fig.2c

图5 敦煌地块古生代岩浆岩Sr/Y-Y图解(a)和Rb-(Y+Nb)图解(b) (据Defant and Drummond, 1990)图中的数据均来自于图2cFig.5 Trace elements characteristic diagrams of the Paleozoic igneous rocks from the Dunhuang Block (after Defant and Drummond, 1990)(a) Sr/Y vs. Y diagram; (b) Rb vs. Y+Nb diagram. The data from Fig.2c

敦煌地块同时出露有广泛的古生代变质杂岩,主要出露在中部三危山-东巴兔地区和南部红柳峡-青石沟地区,西南部多坝沟地区也有少量出露(图2c),其变质年龄主要集中在晚奥陶世到泥盆纪时期(图3c, d)。如中部三危山地区的石榴斜长角闪岩和石榴黑云斜长片麻岩记录了460～440Ma的变质年龄,表明敦煌地块遭受了古生代构造热事件的改造(孟繁聪等, 2011);蘑菇台地区出露早古生代高压基性麻粒岩的锆石揭示其麻粒岩相变质年龄约为440～430Ma,退变质角闪岩相年龄约为403Ma,记录了从变质峰期到退变质阶段近等温降压的“发卡状”P-T-t演化轨迹,峰期温压分别为760～800℃和1.4～1.6GPa,指示其板片折返速率相对较慢,表明了敦煌地区在志留纪遭受了俯冲碰撞造山事件的影响,可能是中亚造山带南部向南扩展的结果(Zongetal., 2012; Heetal., 2014)。近些年,研究者在敦煌中部蘑菇台、南部青石沟-红柳峡地区识别出了构造混杂岩,如石榴斜长角闪岩、高/中压麻粒岩、榴辉岩等,以构造透镜体或构造布丁的形式被夹持于片麻岩、大理岩和变泥质片岩等变质沉积岩组成的基质中,具有典型“岩块-基质(block-in-matrix)”的混杂岩产出特征(Wangetal., 2017a, b, 2018a; 范文寿等, 2018)。这些岩石的退变质阶段均记录了含近等温降压的紧闭型顺时针的P-T轨迹,类似于“Franciscan”型,被认为是形成于俯冲隧道中俯冲到不同深度的产物,最终在构造折返阶段混杂并置在一起(Wangetal., 2016, 2017a, b, 2018a;Zhangetal., 2020)。最近,Wangetal.(2022)通过对西南部多坝沟地区的高压基性麻粒岩、含榴变泥质岩、角闪岩和红柳峡榴辉岩进行年代学和地球化学研究表明,这些岩石具有不同的地球化学属性(如E/N-MORB、IAB),可能形成于一个相对较冷的俯冲构造环境,且俯冲带深部T/P热梯度从～18℃/km(～460Ma)转变为～10℃/km(～420Ma),被认为是由于板片回卷引起板块的几何形态重组所致。此外,Fengetal.(2018)对敦煌地块中部青石山地区的长英质岩脉和角闪石片麻岩进行了年代学和变形动力学的研究,其中的角闪片麻岩记录了两期变质年龄:406±5Ma和249±4Ma。同时结合矿物组合、显微结构和石英C-轴组构特征,这两期变质年龄被认为可能是敦煌地块古生代的两期构造变形时限,早期年龄为第一期变形事件,其形成角闪岩相的条件,这在区域上与前人的研究结果相一致(Heetal., 2014);晚期年龄属于目前敦煌地块古生代最年轻的变质年龄,记录了一次右旋走滑变形构造事件,被认为是晚二叠世-中三叠世期间地体南北向挤压和旋转导致,这在区域上与天山地区的走滑变形事件同期,属于碰撞后造山活动(Fengetal., 2018)。

3 古生代花岗岩类地球化学特征

如前所述,敦煌地块发育广泛的古生代岩浆岩,其岩石类型主要以花岗质岩类岩石为主,很少出露有同时期大规模的基性-超基性岩石,局部仅出露零星的变基性岩和辉长岩,且大部分古生代岩浆岩在空间上侵入到了前寒武纪岩石(图2c)。年代学结果显示其形成时间跨度较大从寒武纪一直持续到早三叠世(图3a, b)。从东北部梁湖地区到中部多坝沟-三危山-东巴兔地区再到南部红柳峡-青石沟地区,这些古生代花岗岩类岩石随着时间的演化,其SiO2、全碱(K2O+Na2O)含量逐渐升高(图4a, b),且具有低钾钙碱性向高钾钙碱性系列演化趋势(图4c)。研究区大部分岩石属于准铝质到弱过铝质I型岩石系列(A/CNK=0.8～1.1)(图4d),仅中部沙枣园和南部红柳峡地区发育有少量起源于变杂砂岩部分熔融形成S型花岗岩(457～434Ma),大部分样品的A/CNK值约大于1.05,Na2O/K2O比值约小于1,Eu负异常等特征(王楠等, 2016a, 2016b)。西南部多坝沟和中部东巴兔山地区中-晚二叠世-早三叠世花岗岩类岩石具有富钾、富硅的特征(Fengetal., 2020; Wangetal., 2021b)。这些晚古生代花岗岩类岩石大致从I型向 I-A 型过渡,最终向晚二叠世A型演变的趋势(王玉玺, 2018; Wangetal., 2021b)。这些古生代花岗岩类总体上呈英安质的成分,明显有别于洋内弧的玄武质成分,与北美白垩纪Cordilleran大陆边缘弧大型花岗岩基所有具有的安山质到英安质的成分演化特征极为相似(DeCellesetal., 2009)。同时,敦煌地块古生代花岗岩类岩石普遍具有轻稀土元素和大离子亲石元素富集,亏损重稀土元素和高场强元素(如Nb、Ta、Ti),轻/重稀土分异明显,以及Pb正异常等特征,与典型的安第斯弧花岗岩和平均大陆地壳演化趋势相类似,指示其岩浆可能形成于与俯冲有关的岛弧或陆缘弧环境(Pearce and Peate, 1995)。此外,这些古生代花岗岩类岩石的Mg#值和Sr/Y比值随着时间的变化逐渐降低(图4e, f),结合晚古生代晚期的花岗岩具有高的不相容元素(如Rb、K和Th)、富集的放射性Sr-Nd-Pb同位素和低的镁铁质组分等特征(作者,未发表数据),进一步证实敦煌地块陆壳组分逐渐向成熟化转变(Zhuetal., 2022)。

埃达克质岩石作为一种古汇聚板块边缘特殊的中酸性岩浆岩,无论是其源区(俯冲洋壳、陆壳、俯冲沉积物、混杂岩、被侵蚀的俯冲上盘物质等)、热源(陡/平俯冲、板片回卷、板片撕裂、俯冲侵蚀等),还是岩浆产生机制(含水玄武质地壳部分熔融、俯冲板片释放的流体诱发地慢楔含水部分熔融等)都具有多样性的特征,导致其具有不同的构造背景和地球动力学意义(张泽明等, 2020; Wangetal., 2020及其中的参考文献)。敦煌地块古生代时期的部分花岗岩类岩石具有埃达克质岩石的地球化学属性,以富集轻稀土元素、亏损重稀土元素、具有正的或者无Eu异常以及高的La/Yb和Sr/Y比值为主要特征,具有不同的成因机制(图5a; Defant and Drummond, 1990)。例如,东北部小宛中寒武世埃达克质花岗岩属于古亚洲洋向南俯冲引起加厚新生地壳部分熔融作用的产物(Ganetal., 2020b);中部东水沟埃达克质黑云母花岗岩起源于俯冲板片部分熔融产生的熔体与上覆地幔橄榄岩相互作用,及后续受到古老地壳物质混染(Ganetal., 2021b);南部青石沟地区晚泥盆世至早石炭世的埃达克质岩石起源于加厚下地壳的部分熔融作用,源区残留相为高角闪岩相或麻粒岩相(朱涛等, 2014; Baoetal., 2017)。总之,这些来自地壳深部的埃达克质岩浆,从源区产生上升到最后岩浆喷发或就位期间,通常经历分离结晶、岩浆混合、AFC或MASH(熔融、混染、贮存、均匀化)等一系列复杂的演化过程,能为探讨敦煌地块深部物质循环、地壳演化过程及造山带类型提供重要的岩石学约束。

4 敦煌地块古生代属于活动陆缘弧的证据

关于敦煌地块古生代属于中亚造山带南部活动大陆边缘弧的认识,本文将从以下几个方面进行探讨。

(1)岩浆岩岩石组合方面:从早寒武世之后,敦煌地块北部由被动大陆边缘转变为活动大陆边缘环境,并发育一套具有岛弧特征的火山岩(安山-英安-流纹岩和凝灰岩),被认为是古亚洲南向俯冲过程的产物(李天虎等, 2021)。东北部梁湖寒武纪花岗岩、奥陶纪石英闪长岩以及安西南和多坝沟闪长岩均具有岛弧属性的地球化学特征,形成于古亚洲洋向南俯冲的陆缘弧构造背景(Zhaoetal., 2017; Zhuetal., 2020; Ganetal., 2020b, 2021a)。梁湖二长花岗岩和安盆沟正长花岗岩锆石U-Pb定年结果均为～431Ma,形成于同碰撞的构造背景(王楠等, 2016b; Ganetal., 2021a)。西南部海子湾英安岩(422±6Ma)属于造山晚期阶段的岩浆产物,标志着敦煌地块早古生代晚期造山事件的结束(王玉玺, 2018)。中部三危山424～414Ma的火山碎屑岩和～360Ma英安玢岩(Shietal., 2020)、东水沟复式岩体(390～380Ma)(Ganetal., 2021b),以及蘑菇台花岗闪长岩(Zhaoetal., 2017; Ganetal., 2023b)均属于陆缘弧岩浆作用的产物。西南部多坝沟和中部东巴兔山地区发育早二叠世(284～275Ma)和晚二叠世-中三叠世(255～238Ma)花岗岩类分别被认为是与俯冲相关和碰撞后的岩石,可能是北山造山带与敦煌地块碰撞或敦煌地块内部相互碰撞的产物(王玉玺, 2018; Fengetal., 2018, 2020)。除多坝沟地区248Ma的花岗岩落入板内花岗岩区域外,其余大部分寒武纪-二叠纪花岗岩具有低的Y+Nb和Rb含量,且样品点落入弧花岗岩类区域(图5b)。此外,西南部多坝沟地区还发育有少量的晚二叠世镁铁质岩浆作用,如辉长岩、辉绿岩脉及角闪岩类,以及A2型花岗岩的出露,这些岩石组合与典型的后造山岩浆岩组合相似,表明其形成于后碰撞(伸展)的构造环境(作者,未发表数据)。

(2)变质岩方面:敦煌地区广泛出露古生代变质杂岩,如高/中压基性麻粒岩、榴辉岩、石榴单斜辉石岩、含榴斜长角闪岩、黑云斜长片麻岩等。本文汇总敦煌地区出露的古生代变质岩年龄,发现敦煌古生代变质构造热事件大致经历了三期(图3c, d):中奥陶世(～450Ma),早泥盆世(～410Ma)和晚泥盆世(～360Ma)。通过对其岩相学、矿物学的研究,这些变质岩普遍记录了“顺时针型”变质作用P-T-t演化轨迹,表明敦煌地区在奥陶纪-泥盆纪时期经历了大洋岩石圈俯冲过程,可能代表了俯冲隧道内俯冲至不同深度的变质产物(Wangetal., 2016, 2017a, b; 范文寿等, 2018; Lietal., 2021)。部分岩石在退变质阶段显示近等温降压的过程,反映了后期快速折返或抬升的过程(Wangetal., 2018a, b; Zhangetal., 2020)。前期的研究表明,敦煌地区变质岩具有不同的来源,大多数记录了太古代-元古代的原岩年龄和古生代变质年龄,可能是卷入到古生代古大洋俯冲-增生造山过程中的外来岩块(或大陆碎片?),遭受了从角闪岩相到榴辉岩相(其中榴辉岩峰期压力高达～2.4GPa)的变质作用,记录了古生代俯冲、增生碰撞和折返的演化过程(Wangetal., 2016, 2017a, b, 2018a; 范文寿等, 2018; Zhangetal., 2020; Lietal., 2021)。最近,Soldneretal.(2022)基于对敦煌地块北部和中部早古生代变基性岩(麻粒岩和角闪岩)及其寄主变沉积岩进行了系统的年代学和地球化学组成研究,其中的变基性岩具有弧后玄武岩的地球化学属性,而变沉积岩碎屑被推测主要来自邻近的寒武纪岩浆弧,认为敦煌在寒武纪-早志留世经历了连续的俯冲和伸展作用,并伴随有高温变质作用,随后在430～420Ma可能发生碰撞事件,类似于北美Cascadia-type活动陆缘演化特征。

(3)沉积岩方面:近年来,研究者们在敦煌东北部梁湖地区和南部红柳峡地区识别出了变沉积岩地层(图2c),其中梁湖地区岩石组合主要为变砂岩、变泥质砂岩及少量变砂质泥岩等,碎屑锆石年龄和侵入其中的花岗岩的侵位时代限定了该套沉积地层的最大沉积时代约为574～517Ma。该套沉积地层被认为是敦煌地区前寒武纪变质基底之上的盖层,具有相对富石英的源区特征,物源区可能来自于临近敦煌地区或塔里木板块前寒武纪基底岩石(成熟大陆源区),结合其中的重砂矿物稳定性以及沉积岩的沉积构造特征,认为其形成于大陆边缘滨海环境,之后敦煌地区将转向活动陆缘弧演化阶段(康磊等, 2021)。石梦岩等(2018)通过对红柳峡地区出露的构造混杂带中的变沉积岩基质进行年代学、地球化学和沉积学研究表明,其中的变质砂岩记录了大量的古元古代-古生代碎屑锆石年龄,指示其最大沉积年龄可能为泥盆纪(～389Ma),母岩成分主要以长英质岩石为主,表明该区的俯冲作用过程可能在中泥盆世尚未结束,处于俯冲相关的陆缘弧或活动大陆边缘的构造背景,但俯冲极性被确定为从南向北。刘祥(2019)对敦煌三危山、旱峡和红柳峡地区的云母石英片岩进行了碎屑锆石年代学和地球化学组成方面的研究,认为敦煌群原岩主体最大沉积时限为晚泥盆世,并非前人所认为的古元古代(Wangetal., 2013)或新元古代(孟繁聪等, 2011),形成于活动大陆边缘的构造背景,推测与北部北山地区的红柳河-洗肠井洋向南俯冲有关。

图6 敦煌地块古生代岩浆岩锆石U-Pb年龄-εHf(t)图解(a)及锆石Hf同位素模式年龄频谱图(b)敦煌地区所有数据均来源于图2c;北山造山带石板山地体古生代花岗岩类数据来源于He et al. (2018)及姜洪颖和贺振宇(2022)Fig.6 Zircon U-Pb age vs. εHf(t) diagram (a) and relative probability density plot of model ages of Hf isotopes diagram (b) for the Paleozoic igneous rocks in the Dunhuang BlockData of Dunhuang Block from Fig.2c. Paleozoic granitoids of Shibanshan terrane in the southern Beishan Orogenic Belt from He et al. (2018), Jiang and He (2022)

(4)岩石地球化学特征:花岗岩类作为大陆地壳的主要组分而区别于洋壳,且广泛出露于俯冲带上覆板片大陆地壳单元,其源区属性和成因机制是探究大陆地壳形成、增生和再造演化过程的关键对象(王孝磊, 2017; Moyenetal., 2021; Wangetal., 2023)。Nd-Hf同位素组成是示踪岩浆来源和壳-幔相互作用过程的有力工具,可提供关于地壳深处未暴露部分的幼年、古老以及混合成分分布的信息(Kempetal., 2007; Collinsetal., 2011),同时观测εHf(t)和εNd(t)值与地壳模式年龄随时间和空间的变化,能为探究岩石圈组构和大陆生长演化提供重要制约。敦煌地块出露广泛的古生代花岗岩类岩石,其成因演化对于理解敦煌古生代地壳增生机制及中亚造山带南缘造山作用过程具有重要指示。前期研究表明,敦煌东北部梁湖寒武纪花岗岩显示正的锆石εHf(t)值,具有中-新元古代的模式年龄,形成于新生地壳的重熔,暗示显著的地壳生长事件(Ganetal., 2020b)。中部多坝沟-三危山-东巴兔山地区奥陶纪-泥盆纪花岗岩类具有负到正的锆石εNd(t)值,变化范围较大,具有古-新元古代模式年龄,表明以新生物质熔融为主,并伴随有古地壳物质再造(王楠等, 2016a; Zhaoetal., 2017; Zhuetal., 2020; Ganetal., 2021a, b, 2023b)。南部青石沟-红柳峡地区石炭纪和二叠纪花岗岩类具有显著负的锆石εHf(t)值,太古代到古-中元古代地壳模式年龄,表明其岩浆起源于古老地壳重熔作用(朱涛等, 2014; Fengetal., 2020; Zhangetal., 2022a)。本文系统的搜集并整理了敦煌地块古生代花岗岩类的锆石Hf同位素组成,通过分析对比发现,敦煌地块古生代花岗岩类锆石Hf同位素组成由北部梁湖地区亏损转变为南部红柳峡地区的富集(寒武纪-中石炭世),再从富集逐渐转向中部多坝沟-东巴兔山地区的亏损特征(中石炭世-二叠纪甚至早三叠世),类似于北山南部石板山地体/弧奥陶纪-二叠纪的演化特征(图6a),表明敦煌地区北部以地壳生长事件为主,但也不能忽视古老地壳物质再造对于北部地壳生长的贡献程度,而南部以古老地壳再造事件为主,幔源岩浆提供了必要的热源。此外,敦煌地块古生代花岗岩类的全岩Nd同位素组成显示从东北部梁湖地区到中部多坝沟-三危山-蘑菇台地区,εNd(t)值由亏损转变为富集特征,也表明北部在早古生代以新生地壳重熔为主,南部在晚古生代时期以古老地壳再造为主(图7),并且Nd同位素体系的整体变化趋势大致类似于中亚造山带内的微陆块花岗岩类的特征(Hongetal., 2004),这些证据表明敦煌地块在古生代时期强烈卷入了中亚造山带南部相关的造山活动中,从而产生广泛的岩浆作用热事件(Wangetal., 2016, 2017a, 2018b; Zhaoetal., 2017; Fengetal., 2020; Zhuetal., 2020;Ganetal., 2021a, b)。

综合考虑上述提到的敦煌地块出露的同时期变质岩、沉积岩的证据,以及岩浆岩的时空分布、岩石组合及地球化学组成特征,可以看到敦煌地块古生代岩浆岩岩石组合类型较为丰富,地壳总体成分为安山质(图4a),明显不同于以玄武质成分为主的洋内弧(Stern, 2010)。古生代岩浆活动时限从寒武纪持续到早三叠世,大致从东北部梁湖地区逐渐迁移到南部红柳峡地区再折返到西南部多坝沟和中部三危山-东巴兔地区,其中东北部梁湖地区和中部三危山地区分别在寒武纪和泥盆纪时期可能属于一个“岩浆弧”,且岩浆弧的组成极性随时间的变化由不成熟弧壳逐渐转变为成熟弧壳,类似于汇聚板块边缘环境下陆缘弧岩浆成分演化特征(Brown, 1982; 邓晋福等, 2015)。总之,敦煌地块古生代岩浆岩岩石组合和岩石化学组分类似于美洲大陆西部的科迪勒拉-安第斯型岩石系列演化特征。上述证据进一步表明敦煌地块古生代杂岩体记录了古亚洲洋南部向南俯冲-增生-闭合的演化过程,强烈卷入到与中亚造山带南部相关的造山事件中,属于古生代活动大陆边缘弧。

5 敦煌地块古生代构造属性和构造演化

图7 敦煌古生代岩浆岩εNd(t)-年龄(a)图解和锆石Hf二阶段模式年龄(tDM2)图解(b,据Hong et al., 2004)数据引自于甘保平(2021)Fig.7 εNd(t) values vs. zircon U-Pb age (a) and two-stage Hf model age (tDM2) (b, after Hong et al., 2004) diagrams for the Paleozoic igneous rocks in the Dunhuang BlockData from Gan (2021)

中亚造山带内存在大量的古老地体或微陆块群,由前寒武纪变质结晶基底和沉积盖层组成,经历了角闪岩相甚至麻粒岩相的高级变质作用,同时经历了复杂的构造变形(Zhouetal., 2018)。这些微陆块可以充当地壳增生的核心,也可以作为连续的外来地体,后期可能增生到先存的地体或克拉通块体中,并在一定程度上控制着其块体间缝合线的几何形状,最终造就了现今中亚造山带的结构(Wilhemetal., 2012; Xiaoetal., 2015; Zhouetal., 2018)。需要注意的是,这些从周围克拉通的解体产生的微陆块/大陆碎片通常经历了后期岩浆、变质、变形作用以及区域构造热事件的强烈改造,不仅记录了大陆裂解形成大洋之前克拉通形成的演化过程,也记录了古大洋俯冲-闭合后卷入造山带的构造热事件(Kröneretal., 2017; Heetal., 2018; Zhouetal., 2018; 张建新和宫江华, 2018)。总之,克拉通或陆块边缘在克拉通化后强烈遭受了显生宙造山带造山事件的改造,使其岩石圈遭受进一步的活化与改造,产生了广泛岩浆-变质作用事件,并对新生的古生代大陆地壳体积组成有显著的影响(Kröneretal., 2017),但造山带内的微陆块何时、以何种方式活化和再造的机制仍然未知(Huangetal., 2020; 张建新等, 2021)。

关于敦煌地块的构造属性问题一直是具有争议性的话题。部分研究者基于敦煌地区前寒武纪基底岩石的年代学和锆石Hf同位素组成演化特征的研究,推测其可能裂解自塔里木克拉通(Luetal., 2008; 孟繁聪等, 2011; Heetal., 2013; Longetal., 2014)或华北克拉通(Zhangetal., 2012, 2013; Zongetal., 2013)。敦煌地块从中元古代到新元古代晚期,未发生显著的岩浆-变质-沉积构造热事件,与华北克拉通以及天山-北山造山带具有截然不同的构造演化历史。此外,敦煌地块的前寒武纪变质结晶基底主要分布于西南部多坝沟地区、中部三危山-东巴兔地区和南部红柳峡地区(图2c)(Heetal., 2013; Zhangetal., 2013; Zongetal., 2013; Zhaoetal., 2015),可能是部分古生代花岗岩类形成的主要物源区(甘保平, 2021)。近些年,基于敦煌地块前寒武纪基底中识别出的古生代岩浆岩和变质岩及规模较小的变沉积岩,特别是奥陶纪-泥盆纪变质杂岩和泥盆纪增生弧的厘定,研究者认为敦煌地块古生代岩浆-变质杂岩的属性是古生代增生弧属性,古大洋(特提斯洋?)俯冲极性是由南向北(石梦岩等, 2018; Shietal., 2020; Wangetal., 2022),或者属于年轻的造山带(Zhaoetal., 2016, 2017; Wangetal., 2016, 2017a, b, 2018a, b; Fengetal., 2018, 2020; Zhangetal., 2022b)。

敦煌地块古生代时期的构造热事件与中亚造山带南部其他微陆块/地体可能具有相类似的俯冲-闭合构造演化特征,如中天山、北山、阿拉善、华北北缘等地质体。其中北山造山带属于典型的增生型造山带,出露大量的显生宙岩浆岩,其岩石组合类型多样,构造样式较为复杂,被认为形成于与古亚洲洋的南向俯冲-增生-闭合密切相关的造山事件(Xiaoetal., 2010; Heetal., 2018),类似于现今太平洋西缘的日本岛弧增生型造山第(Songetal., 2015)。位于北山南缘的石板山地体/弧广泛具有中-新元古代基底,与敦煌地块的前寒武纪基底存在显著区别,且各自具有不同的演化过程,因而不具有构造亲缘性(姜洪颖等, 2013; Heetal., 2018; Yuanetal., 2019)。古生代时期石板山地体/弧被认为是发育于敦煌北缘的大陆边缘弧(Xiaoetal., 2010; Heetal., 2018; Zhengetal., 2021),后续在早志留世可能与敦煌地块发生碰撞(Heetal., 2014),产生同碰撞型花岗质岩浆(Ganetal., 2021a)。值得注意的是,石板山地体/弧出露的岩石组合类似于敦煌地块北部出露的变质表壳岩(石英云母片岩、角闪岩、片麻岩和大理岩等),并且敦煌地区的变沉积岩(孟繁聪等, 2011; 石梦岩等, 2018; 刘祥, 2019)和变质岩锆石的核部(Wangetal., 2017a, b, 2018a, 2022; Soldneretal., 2022)及部分花岗岩类中的锆石记录了大量的中-新元古代年龄信息,推测敦煌地块古生代北部-中部的杂岩体可能与北山造山带南部出露大量中-新元古代岩石似乎存在某种特殊的关联,需要进一步验证。

图8 敦煌地块古生代构造演化模式图(据Xiao et al., 2010; Feng et al., 2020; Zheng et al., 2021; Gan et al., 2023a, b; Mao et al., 2023)(a)从早寒武世到中寒武世,敦煌地块可能处于被动陆缘的构造背景;(b)中寒武世到晚奥陶世(517～440Ma),古亚洲洋南向俯冲于敦煌地块之下,在东北部梁湖地区产生广泛的岩浆作用;(c)早志留世到早泥盆世(约440～400Ma),在古亚洲洋南向俯冲的驱动下,北山南部的石板山地体/弧可能与敦煌地块发生碰撞,产生广泛的变质岩和岩浆岩;(d、e)泥盆纪-早石炭世,随着大洋板片的俯冲继续,部分变质岩发生折返,后续岩浆作用逐渐迁移到南部红柳峡-青石沟地区,产生石炭纪埃达克质岩浆;(f)中二叠世-早三叠世(<270～235Ma),岩浆活动后撤到中部东巴兔-多坝沟地区,敦煌地区可能处于伸展的构造背景Fig.8 Schematic model showing the Paleozoic tectonic evolution of the Dunhuang Block (after Xiao et al., 2010; Feng et al., 2020; Zheng et al., 2021; Gan et al., 2023a, b; Mao et al., 2023)(a) from the early to middle Cambrian, the Dunhuang Block was in a passive continental margin setting; (b) from the Middle Cambrian to Late Orodovician (517～440Ma), the Paleo-Asian Ocean subducted the southward beneath the Dunhuang Block, resulting in extensive magmatism in the Lianghu region of northeastern Dunhuang; (c) from the Early Silurian to Early Devonian (ca. 440～440Ma), driven by the southward subduction of the Paleo-Asian Ocean, the Shibanshan terrane/arc likely collided with the Dunhuang Block, and that triggered extensive metamorphic rocks and magmatic rocks; (d, e) as subduction of the oceanic plate continued during the Devonian-Early Carboniferous, metamorphic rocks underwent exhumation. Subsequently, magmatic activity gradually shifted towards the Hongliuxia-Qingshigou area of southern Dunhuang, which generated the Carboniferous adakitic magma; (f) from the Middle Permian to the Early Triassic period (<270～235Ma), magmatism retreated to the Dongbatu-Duobagou area of the central Dunhuang, which formed in an extension tectonic setting

如前所述,敦煌地块古生代岩浆作用时间从中寒武世持续二叠纪甚至到早三叠世,发育的五期阶段性岩浆活动(图3a),与典型陆弧岩浆呈阶段性、峰期性特征(幕式岩浆作用)相似(Duceaetal., 2015; Zhuetal., 2022)。敦煌地块在古生代时期南北地壳Hf同位素组成具有显著的不一致特征(图6),即北部以新生地壳为主,南部以古老地壳为主,表明敦煌地块古生代南北地壳可能具有不均一性,并推测其古大洋的俯冲极性可能是由北向南。值得注意的是,这一演化特征与中亚造山带南部阿拉善地块奥陶纪-三叠纪花岗岩类的Hf同位素组成特征较为相似,北部主要为新生地壳(模式年龄小于1.3Ga),南部主要为古老地壳(模式年龄大于1.3Ga),被认为可能是由于深部地壳成分的巨大差异引起的(Zhangetal., 2023)。同时,阿拉善发育奥陶纪到早二叠世的多期岩浆-构造-变质热事件也是中亚造山带自古生代以来造山作用的响应,其北部可能处在古亚洲洋(广义)向南俯冲的活动大陆边缘环境(Liuetal., 2016; 张建新和宫相华, 2018; Tianetal., 2020)。

结合区域地质资料,本文认为敦煌地块在古生代时期大致经历了六个阶段的构造演化过程。首先,敦煌东北部梁湖地区火山-沉积岩地层的新发现,揭示其在早前寒武世可能处于被动陆缘环境(图8a)。其次,敦煌地区古生代岩浆岩在时空演化上由北(梁湖地区)向南(红柳峡地区)再折返到中部(多坝沟-东巴兔地区)逐渐显示年轻化趋势,弧岩浆前锋逐渐从北部迁移到中部三危山地区(图8b-d),岩石组合成分从低钾钙碱性转变为高钾的岩石特征,并且弧地壳逐渐成熟化(图4a, b, d)。前期的研究表明,敦煌地块古生代的地壳厚度发生了两次显著的加厚过程,第一次地壳加厚(50～55km)从晚奥陶世到志留纪(450～420Ma),可能是敦煌地块与北山造山带南部石板山地体/弧碰撞引起的,并且有幔源岩浆的底侵(Heetal., 2014; Ganetal., 2023a),或者是与北部柳园微大陆(大陆碎片)碰撞引起的(Liuetal., 2011);第二次地壳加厚(约40～55km)从晚泥盆世到中石炭世,被认为可能是由南部阿尔金与敦煌地块碰撞引起的(朱涛等, 2014; Baoetal., 2017)。古地磁数据表明,塔里木克拉通和敦煌地块之间存在的古亚洲洋在290～280Ma期间仍然处于一个开放的状态(Xuetal., 2019)。因此,本文推测敦煌地块在泥盆纪-石炭纪时期整体还受控于古亚洲洋或其分支南向俯冲的影响。结合该时期锆石Hf同位素组成的变化特征,本文推测古亚洲洋俯冲板片的后撤或回卷引起地慢楔顶部的地壳缩短和南部地壳加厚,进而诱发南部古老加厚下地壳熔融产生石炭纪埃达克质岩石(图8e)。此外,敦煌地块中部东巴兔山和西南部多坝沟地区发育有早-中二叠世(284～275Ma)碰撞前或俯冲相关的弧岩浆活动和晚二叠世-中三叠世(255～238Ma)碰撞后的岩浆活动,表明古亚洲洋或其分支在敦煌和北山造山带之间或敦煌地块内部的闭合时限可能发生在～270Ma之后(王玉玺, 2018; Fengetal., 2020;作者,未发表数据)。Fengetal.(2018)对敦煌中部青山地区的花岗质侵入体和角闪石片麻岩进行了年代学、变质作用和构造变形研究,揭示了249～241Ma的右旋走滑韧性剪切作用事件,形成于碰撞后的构造背景。由此可见,敦煌地块在晚二叠纪世地壳厚度可能处于一个轻微减薄的厚度,这与之前所认为敦煌地块在二叠纪末期处于的伸展的构造背景相符合(图8f)(Fengetal., 2020; Wangetal., 2021b)。

综合已有的研究,本文认为敦煌地块古生代活动陆缘弧地壳再活化机制既有新生地壳生长,也有古老地壳物质重熔,主要是由于俯冲相关的弧岩浆底侵、部分熔融、地壳增厚及区域性变质作用等引起的,与南部祁连-阿尔金-昆仑早古生代造山系中的微陆块在显生宙时期卷入特提斯构造域具有相似的活化机制(Zhangetal., 2017; Lietal., 2019; 张建新等, 2021)。总之,敦煌地块属于古亚洲洋构造域内一个具有早前寒武纪结晶基底的微陆块,在显生宙时期受到古亚洲洋俯冲-增生-碰撞-闭合的强烈改造,卷入中亚造山带南部相关的造山事件中使其地壳发生了再活化,进而产生了广泛古生代岩浆-变质构造热事件,以陆缘弧的形式就位于中亚造山带中段的最南部,并非整体是一个古生代造山带,这与东部阿拉善地块古生代时期的构造演化过程较为相似(Liuetal., 2016; 张建新和宫江华, 2018; Tianetal., 2020)。限于作者水平和篇幅,本文仅对敦煌地块古生代岩浆岩相关特征进行了初步的总结和探讨,相关解释难免有不足之处,特别是敦煌地块古生代(高-中压)变质岩与弧岩浆岩的空间配置关系,以及敦煌地块与邻区古生代的构造演化关联等还存在诸多问题,需要进一步的研究。