2017, Vol. 33
2. 青岛海洋科学与技术国家实验室海洋地质功能实验室, 青岛 266237
, LI Tao1,2, ZHAO ShuJuan1,2, LI XiYao1,2, LIU Xin1,2, GUO LingLi1,2, YU ShengYao1,2, LI ShaoJun1,2
2. Laboratory for Marine Geology, Qingdao National Laboratory for Marine Science and Technology, Qingdao 266237, China
前人认为早古生代原特提斯洋内有众多陆块、微陆块弥散分布，主要有：扬子、华夏、华北、印支等陆块和阿拉善、北秦岭、中祁连、柴达木等大量微陆块，并据此认为原特提斯洋为一内部复杂的大洋。因此，洋内陆块和微陆块亲缘性的甄别对于分析洋内复杂的洋-陆格局有至关重要的作用。研究区在早古生代主要微陆块为中祁连地块和阿拉善地块，这些微陆块与周缘华北、扬子、塔里木、柴达木等陆块、微陆块之间是相互独立的还是具有一定亲缘关系，目前还存在很大的争论。Rodinia超大陆裂解以来的阿拉善和华北之间亲缘关系一直是争论的焦点，有学者认为阿拉善具备和华北同样的基底，与华北是统一的块体(张宏飞等, 2006)；也有学者认为阿拉善和塔里木亲扬子(葛肖虹和刘俊来, 1999, 2000)。近年来，有研究认为阿拉善地块与华北陆块在2.0~1.9Ga可能为统一块体(Zhao et al., 2005)，而通过碎屑锆石年龄谱对比发现，阿拉善新元古代和古生代构造事件与华北存在明显的不同，认为两者从新元古代可能有一定距离，可能拼合为一体的时间更晚(黄宝春等, 2000; 张进等, 2012)。
对于中祁连微陆块的亲缘性也存在较大争论，争论在于：中祁连究竟是一个独立的块体(向鼎璞, 1982, 1985)，或是具有亲华北的属性(夏林圻等, 1996)，还是亲扬子的属性(张宏飞等, 2006; 段吉业和葛肖虹, 2005; 万渝生等, 2003; 辛后田等, 2006)。此外对阿拉善和中祁连之间的关系也有不同观点，有学者认为(中)祁连地块与阿拉善地块可能是统一的块体(葛肖虹和刘俊来, 2000; 段吉业和葛肖虹, 2005)，或是为具有不同属性的块体(万渝生等, 2003)。
早古生代原特提斯洋内陆块、微陆块之间相互的亲缘关系，是确定陆块和微陆块相对位置的前提，是研究原特提斯洋-陆格局的关键。对祁连及邻区的中祁连和阿拉善等微陆块亲缘性的判断显得尤为重要。
祁连造山带具有复杂的俯冲极性和强烈的构造变形，尤其是多期次多幕次变形相互叠加，似乎原特提斯洋北部是一个洋-陆间杂、环境多变的地带(杜远生等, 2007)，增加了辨识的难度；带内产出的高压变质岩石变质程度有高有低，不利于约束俯冲折返时间；蛇绿岩-蛇绿混杂岩和岩浆岩错综复杂，都给研究工作带来不小的难度，也正是这些原因使得众多地质学者在理解早古生代祁连地区的拼合时序、构造演化时多种多样。
总之，研究区目前存在很多重要的问题尚未解决。主要存在问题有：原特提斯洋北部边界不明；原特提斯洋壳俯冲方向、拼合时序和过程存在争议；洋内微陆块亲缘性未明确；构造演化未达成共识等。
2 区域地质背景中国中央造山带秦岭-祁连-昆仑造山带中段的祁连造山带，呈北西-南东向延伸，东西长约1200km，南北宽约100~300km。北以固原-龙首山断裂为界与华北陆块、阿拉善微陆块相邻，西以阿尔金大型左行走滑断裂为界，与塔里木陆块相连，南被柴北缘北部边缘断裂分割，与柴达木微陆块、扬子陆块相接(图 1)。
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图 1 祁连造山带构造单元划分简图 Fig. 1 Simplified tectonic map of the Qilian Orogen |
研究区包括四个构造单元，由北往南为龙首山增生楔、北祁连构造带、中祁连构造带和南祁连构造带，分别以冷龙岭断裂、黑河断裂、拉脊山断裂分割(图 1)。区内发育玉石沟、九个泉两条蛇绿岩-蛇绿混杂岩带(宋述光, 1997; Song et al., 2013; 夏小洪和宋述光, 2010; 夏小洪等, 2012; Xia et al., 2012)、清水沟-百经寺一系列高级蓝片岩和低级蓝片岩带夹低温榴辉岩的高压变质岩带(张建新和许志琴, 1995; 张建新等, 1997; Wu et al., 1993; 宋述光等, 2004; Zhang et al., 2012)及大量岛弧岩浆岩带(张建新和许志琴, 1995; 吴才来等, 2006, 2010; 钱青等, 1998; 王金荣, 2006; 何世平等, 2006)，代表了古祁连洋壳俯冲不同阶段的产物，为典型的加里东期板块俯冲缝合带(Xiao et al., 2009; 宋述光, 1997; Song et al., 2013)。
2.1 龙首山增生楔龙首山增生楔位于祁连造山带北缘(图 1)，以固原-龙首山断裂与阿拉善地块相邻。断裂北部为阿拉善下元古界龙首山岩群的石榴二云石英片岩、大理岩和中、上元古界墩子沟群的大理岩、石英岩、绿泥绢云片岩(左国朝等, 1999)，为阿拉善地块的前寒武纪基底，属阿拉善地块的南部大陆边缘(宋述光, 1997; 冯益民和何世平, 1996)。断裂以南为寒武系变质的浅海相砂岩、灰岩、硅质岩夹少量火山岩，奥陶系和志留系碳酸盐岩和夹少量火山岩的碎屑岩，下志留统泥质岩等类复理石建造和泥盆系的磨拉石建造(周立发, 1992)，有人认为是华北板块南部边缘陆壳拉张发生裂陷而形成的陆源碎屑沉积(左国朝和吴汉泉, 1997)，但根据宫江华等(2013)对龙首山寒武系大黄山群碎屑锆石U-Pb年龄分析，认为其寒武系陆缘碎屑沉积来自祁连地块，形成类复理石建造。北祁连和中祁连碎屑锆石U-Pb年龄对比，也发现古元古代和中元古代的碎屑锆石不是来自阿拉善地块，而主要来自祁连地块(董国安等, 2007; 李怀坤等, 2007; 徐旺春等, 2007; 陆松年等, 2009; 何世平等, 2011)，可能是古祁连洋壳向南俯冲于中祁连微陆块之下，导致中祁连地块抬升剥蚀并于浅部铲刮下来的产物。另外，据野外地质露头观测，带内早古生代断层多为由南向北逆冲，支持前人古祁连洋向南俯冲观点(宋述光, 1997; 王荃和刘雪亚, 1976; 刘传周等, 2005; 周德进等, 1997; 张旗等, 1997; Sobel and Arnaud, 1999; 汤中立和白云来, 1999, 2001; 尹安, 2001; Gehrels et al., 2003)，本文认为位于北祁连构造带以北、阿拉善地块以南的龙首山构造带符合增生楔体特征，可能为早古生代古板块俯冲到中祁连主动大陆边缘形成的增生楔构造。
2.2 北祁连构造带北祁连构造带位于中祁连地块与龙首山构造带之间(图 1)，是加里东期古祁连洋壳俯冲带，带内发育有典型的俯冲杂岩(宋述光, 1997)，记录保存了较为完整的俯冲-增生过程。然而对于北祁连的大地构造属性，目前有三种认识：曾是古特提斯洋的一部分(王荃和刘雪亚, 1976)；曾是华北板块南缘的一个有限洋盆，陆缘裂谷扩张并大洋化，再拼合而成的造山带(夏林圻等, 1996, 1998; 冯益民和何世平, 1996)；属古亚洲洋的一部分(张旗等, 1997)。
Xiao et al. (2009)将其由北到南划分为：奥陶纪-中志留世白泉门弧前蛇绿岩和蓝片岩增生杂岩，奥陶纪大岔大坂-扁马沟岛弧和弧间盆地，奥陶纪-志留纪清水沟蛇绿岩、浊积岩、榴辉岩和蓝片岩增生杂岩，玉石沟蛇绿岩，晚奥陶世-志留纪-早泥盆世弧前盆地。
北祁连构造带内出露高级和低级蓝片岩两条高压变质岩带，即南部出露在清水沟一带的低温榴辉岩伴生高级绿帘石蓝片岩带和北部九个泉一带出露的低级硬柱石蓝片岩带(Song et al., 2013; 林宜慧等, 2010; Wu et al., 1993)。544Ma的蓝片岩变质年龄(左国朝和吴汉泉, 1997)、477Ma和468Ma的榴辉岩锆石U-Pb年龄可能代表了古祁连洋壳开始俯冲的时间(宋述光等, 2004; Zhang et al., 2007)，415~413Ma蓝片岩变质年龄可能代表了俯冲板块折返的时间(林宜慧等, 2010)。
带内保存发育完整的蛇绿岩套和蛇绿混杂岩，Song et al. (2013)划分为南带熬油沟-玉石沟蛇绿岩和北带九个泉-大岔大坂蛇绿岩，分列在高压变质岩两侧。南带熬油沟504Ma的辉长岩、501Ma的基性岩和玉石沟522~495Ma基性岩代表了早-中寒武世的古祁连洋壳(夏林圻等, 1996; 夏小洪等, 2012; 相振群等, 2007)。北带蛇绿岩具有俯冲型(SSZ型)蛇绿岩特征，490Ma辉长岩和483Ma枕状熔岩年龄可能代表了古祁连俯冲洋壳时代(夏小洪和宋述光, 2010; 孟繁聪等, 2010)。
另外，北祁连构造带内发育多种不同类型的岩浆岩，赖绍聪等(1997)将其分为三个单元：洋中脊、岛弧和钙碱性-陆缘弧岩浆岩。吴才来等(2010)认为柯柯里、野马咀、民乐窑沟岩体形成时代分别为512~501Ma、508Ma、463Ma，其代表了俯冲开始时代随俯冲深度增加的岩浆产物及板块碰撞产物。Song et al. (2013)按照俯冲碰撞阶段将岩浆岩体分为：520~460Ma的火山弧花岗岩，440~420Ma的同碰撞花岗岩和400Ma之后的碰撞后花岗岩。
尽管众多地质学者对北祁连构造带从多方面作了详尽的研究，但是北祁连构造带在早古生代的的归属和构造演化还依然存在争论，北祁连构造带作为一条加里东重要的缝合带，其研究对认识原特提斯洋北部边界演化有至关重要的意义。
2.3 中祁连微陆块中祁连微陆块位于北祁连构造带和南祁连构造带之间，为祁连-柴达木微陆块的一部分(左国朝等, 1999)，也称为中央祁连隆起(任纪舜等, 1980)。宋述光等(1997)认为其基底与柴达木、塔里木和阿拉善陆块/微陆块相似，而左国朝等(1999)和郭进京等(2000)认为其是中元古代早期从华北陆块裂离出来的小板块北缘。中祁连东段主要为新元古界马衔山岩群，为一套深变质岩系，包括片麻岩、斜长角闪岩、片岩、混合岩及大理岩(何世平等, 2008)；往西为古元古界湟源群，为一套变质的陆源碎屑岩夹碳酸盐岩、火山岩的陆壳岩石(郭进京等, 2000)；最西部出露古元古界北大河岩群，为一套变质变形比较强烈的变质岩系(彭岩等, 2014)。这些变质岩系均显示了早古生代的强烈构造事件。中祁连微陆块内分布有大量早古生代岩浆岩，其中马衔山岩群发育大量早古生代基性岩墙，表明了古祁连洋俯冲、碰撞造山过程(何世平等, 2008)；湟源群变质中基性火山岩具有岛弧和活动大陆边缘特征(郭进京等, 1999)，也代表了这次俯冲事件；西部野马南山乌尔格拉特埃达克岩也被认为是早古生代古祁连洋向中祁连微陆块俯冲的产物(黄增保等, 2014)。此外，众多学者对早古生代花岗岩体年代测定也证明了古祁连洋俯冲事件(苏建平等, 2004a, b; 贾群子等, 2007; 陈隽璐等, 2007, 2008; 雍拥等, 2008; 李建锋等, 2010; 齐瑞荣, 2012)，中祁连微陆块北缘具有活动大陆边缘特性。
总之，中祁连微陆块北缘早古生代为俯冲环境，具有活动大陆边缘特性，可能是一个具元古界基底、早古生代岩浆弧、增生楔的复合块体(Xiao et al., 2009)。
2.4 南祁连构造带南祁连构造带位于柴北缘高压-超高压变质岩带和中祁连地块之间，主要为寒武纪-奥陶纪海相沉积物、洋壳碎片、溢流玄武岩、火山碎屑岩及深海-半深海沉积，中奥陶世弧火山岩、枕状玄武岩、火山碎屑岩和安山岩等，被泥盆系角度不整合覆盖。志留系复理石沉积建造发育紧闭褶皱，被加里东晚期花岗岩侵入。南祁连被定义为弧-增生体系(Xiao et al., 2009; 潘桂棠等, 2002)。肖序常等(1988)将南祁连作为北祁连俯冲带的弧后盆地。
3 岩浆岩、蛇绿混杂岩的分布3.1 北祁连蛇绿岩分布在北祁连构造带及其周边，自南东向北西分布有贯穿整个地区、保存较好、产出环境不同的蛇绿岩-蛇绿混杂岩，前人对于本地区蛇绿岩-蛇绿混杂岩已经进行了详细的地球化学及地质年代学研究(肖序常等, 1978; 夏林圻等, 1991, 1995, 1996, 1998, 2001, 2003; 王荃和刘雪亚, 1976; 张旗等, 1997; 冯益民和何世平, 1995; 陈雨等, 1995; 钱青等, 1999, 2001a, b; 韩松等, 2000; 侯青叶等, 2005; 曾建元等, 2007; 宋忠宝等, 2005a, b, 2007)。
王荃和刘雪亚(1976)将北祁连蛇绿岩分为三个亚带：河西走廊蛇绿岩带、北祁连北缘蛇绿岩和北祁连南坡蛇绿岩，形成时期依次为早奥陶世、中寒武世和新元古代；肖序常等(1978)也将北祁连蛇绿岩分为奥陶纪、寒武纪和震旦纪三期；其后众多地质学者分别对北祁连蛇绿岩地区进行了地球化学属性和年代学考证(夏林圻等, 1991, 1995, 1996, 1998, 2001, 2003; 张旗等, 1997; 冯益民和何世平, 1995; 陈雨等, 1995; 钱青等, 1999, 2001a, b; 韩松等, 2000; 侯青叶等, 2005; 曾建元等, 2007)。现今绝大部分学者认为北祁连蛇绿岩主要形成在两个时期：奥陶纪和寒武纪。最近，Song et al. (2013)较为系统的将北祁连蛇绿岩-蛇绿混杂岩总结分为南、北两个带，南带分布在北祁连南缘断裂-黑河断裂附近，而北带则分布在北祁连北缘断裂-冷龙岭断裂附近(图 2)，分别代表了MORB型和SSZ型蛇绿岩。空间上，南带从熬油沟向南东延伸，经玉石沟，东草河，到永登县，北带从玉门昌马，经九个泉，大岔大坂，到南东的乌鞘岭和老虎山。
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图 2 北祁连各蛇绿岩单元时空分布(参考文献见表 1) Fig. 2 Temperal-spatial distribution of ophiolite units in the North Qilian Orogen (references seen in Table 1) |
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表 1 北祁连蛇绿岩年龄统计 Table 1 Statistics of ophiolite ages of the North Qilian Orogen |
① 青海地质调查院.2005.1:25万门源幅地质调查报告
基于前人对北祁连蛇绿岩的地球化学属性和地质年代学研究，本文系统统计了各蛇绿岩-蛇绿混杂岩单元形成年代的定年数据和构造属性(表 1)。
(1) 南带蛇绿岩形成时间及构造属性
北祁连北西的熬油沟蛇绿岩中辉绿岩曾测得1777±28Ma、1840±2Ma、1784±2Ma等锆石U-Pb年龄(毛景文等, 2000; 张招崇等, 2001)，被认为是中国最古老的蛇绿岩，但是相振群等(2007)则认为其辉绿岩极容易从围岩中捕获锆石，分析表明可能是围岩中捕获锆石的年龄。辉长岩经SHRIMP锆石U-Pb测年为503.7±6.4Ma(相振群等, 2007)和501±4Ma(Xia et al., 2003; 夏小洪等, 2012)，这才是熬油沟蛇绿岩形成的真实年龄。可能形成环境为大陆裂谷后的初始洋壳(冯益民和何世平, 1995)或洋盆初始扩张时的扩张脊(夏小洪等, 2012; 相振群等, 2007; 张招崇等, 1998, 1999, 2001)。
玉石沟蛇绿岩以其完整的岩石组合一直是本区研究的热点，但对于玉石沟蛇绿岩形成时代存在较大争议，史仁灯等(2004)、侯青叶等(2005)据辉长岩锆石U-Pb年龄550±17Ma认为玉石沟蛇绿岩形成在晚震旦世，但是夏林圻等(1996, 1998)、剡晓旭(2014)获得蛇绿岩辉长岩和基性熔岩年龄集中在早寒武世，Song et al. (2013)对辉长岩采用SHRIMP锆石U-Pb定年，同时测得548±9Ma、529±9Ma两组年龄(表 1)，可见玉石沟蛇绿岩的形成至少经历了30Myr。玉石沟蛇绿岩单元内基性熔岩形成环境一般为洋中脊-洋岛形成阶段(夏林圻等, 1998; 孟繁聪等, 2010)或者成熟的弧后盆地扩张阶段(侯青叶等, 2005)。邻近的穿刺沟蛇绿岩与玉石沟蛇绿岩形成环境基本一致(夏林圻等, 1998)。
东草河蛇绿岩及周围扎麻什东沟蛇绿岩SHRIMP锆石U-Pb年龄和LA-ICP-MS单颗粒锆石U-Pb年龄分别为497±7Ma(曾建元等, 2007)和499.3±6.2Ma(武鹏等, 2012)，年龄基本一致，都形成在晚寒武世。据同位素地球化学分析，它们具有N-MORB洋中脊特征，表明其形成于洋中脊或成熟的弧后盆地形成阶段(Song et al., 2013; 曾建元等, 2007; 武鹏等, 2012)。与玉石沟、穿刺沟蛇绿岩等一起构成了MORB型蛇绿岩带(武鹏等, 2012)。
北祁连南东的水洞峡蛇绿岩中玄武岩Sm-Nd年龄为492.9±22.6Ma(表 1)，晚于玉石沟、东草河蛇绿岩年龄(图 2)。其玄武岩地球化学分析表明，其与板内玄武岩具有明显亲缘关系，而与洋中脊、岛弧和洋岛玄武岩有较大差异，可能形成于板内拉张-大陆裂谷阶段，可能代表了古祁连洋早期快速拉张的产物(黄增保等, 2001)。
因此，南带蛇绿岩从熬油沟蛇绿岩到水洞峡蛇绿岩，形成时间上北西早，南东晚，且自西北向南东基本上呈逐渐变新的趋势。通过对南带各蛇绿岩单元的地球化学分析，各单元均有MORB型特征，共同的形成环境基本可确认为洋中脊扩张环境，表明洋壳至少在550Ma就已经存在，且洋中脊可能北西段扩张早，南东段扩张晚，有“剪刀式”张裂的特点，古祁连洋壳扩张时间至少存在为550~492Ma甚至更早。
(2) 北带蛇绿岩形成时间及构造属性
北祁连构造带北缘冷龙岭断裂附近也分布着一条蛇绿岩带，西北部为昌马蛇绿混杂岩(图 2)，黄增保等(2001)在庙玉沟蛇绿岩上覆超基性岩片中获得Sm-Nd等时线年龄为480±9Ma，并分析其产出特征及地球化学特征，认为所处环境为低扩张速率、高沉积速率的小型初始洋盆扩张脊环境(王希斌和郝梓国, 1994)。
昌马蛇绿岩南东的九个泉蛇绿岩中，辉长岩SHRIMP锆石U-Pb年龄为490±5.1Ma，代表了九个泉蛇绿岩的形成年龄(夏小洪和宋述光, 2010)。据地球化学分析，夏小洪和宋述光(2010)认为九个泉蛇绿岩可能是北祁连弧后盆地洋中脊扩张的产物；Song et al. (2013)认为该蛇绿岩可能形成在俯冲带或弧后盆地环境。结合本区高温低压变质岩石及大地构造综合分析，认为其极可能为SSZ型蛇绿岩。
白泉门蛇绿混杂岩位于九个泉蛇绿岩和大岔大坂蛇绿岩之间，受强烈的构造剪切作用，多种岩块混杂，可能为板块俯冲作用所形成的岛弧增生杂岩(孙晓猛等, 1997)。辉石玄武岩Sm-Nd等时线年龄为468.8±4.63Ma(夏林圻等, 1996)。
大岔大坂蛇绿混杂岩各单元受构造运动影响，将不同时代、不同属性岩石混杂在一起，因此，对于蛇绿岩的形成时代较难确定(Coleman, 1977; Savelieva et al., 2006)。通过前人测年数据，辉长岩SHRIMP锆石年龄为505±8Ma(孟繁聪等, 2010)、486±7Ma(Xia et al., 2012)，玻安岩SHRIMP锆石年龄为484Ma(夏小洪和宋述光, 2009)及岛弧型枕状熔岩年龄483Ma(孟繁聪等, 2010)，玄武岩Sm-Nd等时线年龄465±22Ma、469±5Ma(Xia et al., 2012)，认为玻安岩地球化学性质表明484Ma是洋壳发生俯冲消亡的时代(孟繁聪等, 2010)，这也说明此地蛇绿岩至少存在于505~484Ma，而后发生岛弧岩浆作用。至于Xia et al. (2003)测得玄武岩465±22Ma、469±5Ma的Sm-Nd等时线年龄，可能为之后构造运动将年轻岛弧推覆到蛇绿岩中，并与蛇绿岩混杂在一起，难于辨别。
扁都口蛇绿岩位于北西部大岔大坂蛇绿岩和南东部乌鞘岭、老虎山蛇绿岩之间(图 3)，其辉长岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为479±2Ma(Song et al., 2013)，代表该蛇绿岩形成时代，内部玄武岩地球化学性质为火山弧型玄武岩(Song et al., 2013)，火山熔岩中角斑岩的Sm-Nd等时线年龄为464.59±21.89Ma(夏林圻等, 1996)。
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图 3 北祁连岩浆岩时空分布(参考文献见表 2) Fig. 3 Temperal-spatial distribution of the plutons in the North Qilian Orogen (references seen in Table 2) |
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表 2 北祁连岩浆岩年龄统计 Table 2 Statistics of magmatic ages of the North Qilian Orogen |
北带蛇绿岩最南东为乌鞘岭和老虎山蛇绿岩(图 2)。乌鞘岭蛇绿岩可能形成于弧后盆地环境，属SSZ型蛇绿岩(汪双双等, 2012)，其内玄武岩地球化学特征兼有岛弧和MORB型玄武岩性质(汪双双等, 2009)。老虎山蛇绿岩中辉长岩锆石U-Pb年龄为448.5±4Ma(董云鹏等, 2007)；细碧玢岩Sm-Nd等时线年龄为453.6±4.4Ma(Xia et al., 2003)。其中枕状熔岩和块状辉绿岩大多是亚碱性拉斑玄武岩(Song et al., 2013)，形成环境可能为岛弧环境。
北带蛇绿岩从昌马蛇绿岩到老虎山蛇绿岩，相比南带形成时间普遍较晚，且多处如九个泉、大岔大坂、老虎山等蛇绿岩单元受到复杂构造运动的影响，与岛弧性质岩石混杂。其蛇绿岩类型多为SSZ俯冲型蛇绿岩，说明在北祁连北缘冷龙岭断裂附近存在一次俯冲事件，发生时间可能在505~448Ma。但若考虑544Ma的蓝片岩变质年龄(左国朝和吴汉泉, 1997)，可能为北祁连北带洋壳也可能为早于南带洋壳。仅从各蛇绿岩单元形成时间关系上来看，基本为北西早，南东晚，可能表明古祁连洋在北西部闭合早，南东部闭合晚，呈西早东晚的“剪刀式”闭合方式。
3.2 北祁连岩浆岩时空分布特征北祁连构造带内部及其周边有广泛的岩浆岩分布，目前已经有众多学者对北祁连岩浆岩做过详细的岩石和地球化学研究，并测定各单元岩体的形成时代。北祁连北缘山前断裂附近金佛寺花岗岩体属构造后侵入体，岩浆来源壳源，形成时代为420Ma左右(张德全等, 1995; 刘晓煌等, 2007; 吴才来等, 2010)。清水沟火山弧形成可能时代为495~466Ma(青海省地质矿产局, 1989; 张建新等, 1997)。柯柯里岩体、野马咀、民乐窑沟形成时代分别为512~501Ma、508Ma、463Ma(吴才来等, 2010)，柯柯里石英闪长岩具有埃达克岩类似的地球化学特征，野马咀花岗岩与民乐窑沟花岗闪长岩类似，都具有活动大陆边缘花岗岩特征。
北祁连岩浆岩空间上具有分带性。夏林圻等(2001)根据地理位置和构造部位，把北祁连花岗岩划分为三个带，北带为青石峡-照壁山-黑下老-金佛寺-马良，中带为鹰嘴山-石油河垴-柴达诺山-祁连县东，南带为野牛滩-刃岗沟-北大河-牛心山。毛景文等(1999a, b, 2000)根据岩浆岩形成的俯冲阶段所处地球动力学环境，将北祁连西段花岗质岩体也分为三条带：南部边缘板块俯冲期的花岗闪长岩带，北部边缘碰撞期的黑云母花岗岩带和南部造山后伸展时期的碱性岩带。
本文根据岩浆岩形成时代、构造属性及地球动力学环境(表 2)，将其大体划分为四条带：第一，古祁连洋南缘俯冲型中酸性岩浆岩带：野马咀-柯柯里-清水沟、白柳沟；第二，俯冲后退-岛弧型岩浆岩带：野牛滩-清水沟-石灰沟-牛心山-冷龙岭-老虎山-白银矿田；第三，弧-陆、陆-陆碰撞型岩浆岩带：民乐-宁缠河-什川；第四，碰撞后岩浆岩带：昌马-金佛寺-老虎山。由于各带距离较近，部分地区出现两条或几条带交切的现象，部分岩体中可能产出不同时代、不同岩性、不同构造环境的岩浆岩，如清水沟岩体，牛心山岩体等。其中第二条带为大范围岩浆带，覆盖整个北祁连构造带，还可二分为俯冲型岩浆岩带和岛弧型岩浆岩带。
(1) 洋壳南缘俯冲型中酸性岩浆岩带
主要分布在北祁连构造带南缘断裂——黑河断裂附近(图 3)，包括活动大陆边缘花岗岩特征的野马咀花岗岩体、地球化学特征与埃达克岩类似的柯柯里石英闪长岩体、柯柯里斜长花岗岩和大陆裂谷环境的清水沟-白柳沟矿田流纹岩。该岩浆岩带以中酸性岩浆为主，形成时代为512~501Ma(吴才来等, 2010; 余吉远等, 2010a)。
在新元古代晚期-早古生代早期，古祁连洋南缘首先发生向南的俯冲，古祁连洋壳俯冲于中祁连微陆块活动大陆边缘之下，首先形成了时代为512Ma的柯柯里斜长花岗岩(吴才来等, 2010)和时代为508Ma的野马咀花岗岩体(吴才来等, 2010)，随着俯冲的继续，形成了祁连县清水沟-白柳沟矿田503Ma的流纹岩(余吉远等, 2010a)和501Ma的柯柯里石英闪长岩(吴才来等, 2010)(图 3)。这期岩浆活动代表最早的古祁连洋壳的俯冲活动，并伴随熬油沟-玉石沟蛇绿岩南带的形成。
(2) 俯冲后退-岛弧型岩浆岩带
该岩浆岩带分布广泛(图 3)，包含了与俯冲环境和岛弧环境相关的各类岩体，主要包括S型和I型过渡花岗岩、形成于俯冲晚期-碰撞前期的野牛滩花岗闪长岩-黑云母花岗岩(毛景文等, 2000)、与埃达克岩相类似的牛心山石英闪长岩、清水沟酸性火山凝灰熔岩、岛弧火山岩性质的冷龙岭安山岩(余吉远, 2010b)、岛弧环境的老虎山井子川石英闪长岩、白银矿区中酸性-基性岩浆岩。此岩浆岩带酸性-中性-基性岩浆岩均有产出，形成时代为495~440Ma(张建新等, 1997; 吴才来等, 2006; 毛景文等, 2000; 余吉远等, 2010b)。
前人认为，随着南部柴北缘和柴达木地块的向北俯冲影响，古祁连洋壳俯冲受阻，俯冲带向北后撤，形成火山弧，形成了495~481Ma清水沟酸性火山岩(张建新等, 1997)、486Ma的石灰沟基性火山岩、476Ma牛心山的中酸性石英闪长岩(吴才来等, 2006)、464Ma的老虎山井子川石英闪长岩(吴才来等, 2010)、460Ma的野牛滩花岗闪长岩和冷龙岭中基性岩(毛景文等, 2000; 余吉远等, 2010b)、475~440Ma的白银矿田中酸性-基性岩浆(李向民等, 2009; 王焰等, 2001; 尹观等, 1998)。但Li et al.(2017a, b)提出中央造山带东、西部分别存在印支期和加里东期的弯山构造以来，也有可能古祁连洋壳俯冲向北后撤与同俯冲的弯山构造形成过程密切相关。
图 3显示与俯冲相关的岩浆岩，包括中祁连南缘俯冲早期岩浆岩和俯冲后退形成的岛弧型岩浆岩，总体上北西段成岩时代较早、南东段时代较晚，这也表明北西段俯冲时间要早于南东段，俯冲具有自西向东斜向“剪刀式”的特点。
(3) 弧-陆、陆-陆碰撞型岩浆岩带
弧-陆、陆-陆碰撞带主要分布在肃南-民乐-宁缠河-什川一带(图 3)，以同碰撞环境的S型花岗岩为特征，形成时代为466~444Ma。该带主要包括了具有活动性大陆边缘特征的民乐窑沟花岗闪长岩(吴才来等, 2006)，同碰撞环境的民乐下湾村和海潮坝英云闪长岩(陈化奇, 2007)，清阳河英云闪长岩，下池沟、上夹石同碰撞花岗岩钾长花岗岩-二长花岗岩(陈隽璐等, 2007)，同碰撞型钾质钙碱性花岗岩特征的什川二长花岗岩(陈隽璐等, 2008)。
随着俯冲向北后撤，古祁连洋壳持续向南俯冲，466Ma开始，岛弧与中祁连微陆块、中祁连与阿拉善相继发生弧-陆、陆-陆碰撞，古祁连洋开始闭合，形成了466~454Ma的民乐岩体(吴才来等, 2006; 许荣科等, 2001)、463~447Ma的清阳河和下池沟、上夹石花岗岩(陈化奇, 2007)、444Ma的什川二长花岗岩(陈隽璐等, 2008)和黑沟梁子二长花岗岩(苏建平等, 2004b)等。约444Ma古祁连洋最终闭合。
(4) 碰撞后岩浆岩带
碰撞后岩浆岩带主要沿北祁连构造带北缘断裂-冷龙岭断裂一线，沿昌马-金佛寺-老虎山分布(图 3)，自西向东主要包括昌马附近岩浆岩、牛心山石英闪长岩、金佛寺花岗岩体、老虎山闪长岩等，形成时代为435~404Ma，到383~370Ma有可能发生小范围的岩浆活动，以金佛寺岩体为代表。张德全等(1995)、吴才来等(2004)认为金佛寺侵入体构造环境为碰撞后环境。钱青等(1998)认为老虎山闪长岩的成因可能与板块碰撞之后岩石圈的拆沉作用有关。中祁连微陆块和阿拉善地块碰撞后，435~404Ma，造山带根部岩石圈发生拆沉，地幔上涌，造山带发生拉张，形成了碰撞后板内花岗岩类(吴才来等, 2010; 钱青等, 1998; Turner et al., 1992; Tseng et al., 2009)。
4 微陆块的亲缘性近年来，国内外众多地质学者对北祁连构造带及周缘陆块、微陆块进行了碎屑锆石U-Pb测年工作，得到了大量碎屑锆石数据(图 4)。本文详细收集了北祁连构造带、中祁连微陆块、龙首山增生楔及周缘阿拉善微陆块、华北陆块、扬子陆块，塔里木陆块等碎屑锆石数据，采用发表年限较新、可靠的锆石U-Pb数据，进行陆块、微陆块亲缘性对比(图 4)。
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图 4 陆块、微陆块碎屑锆石年龄谱对比 阿拉善微陆块数据来自张进等(2012)统计646个锆石数据和Yuan et al. (2015)的568个锆石数据.华北陆块数据来自Xu et al. (2010a)统计325个锆石数据和Shi et al. (2013)统计685个锆石数据及Xu et al. (2010b)统计1308个锆石数据.扬子陆块数据来自He et al. (2014)统计1185个锆石数据、Xu et al. (2010a)统计475个锆石数据及Shi et al. (2013)统计2083个北扬子锆石数据和西扬子2400个锆石数据.塔里木陆块数据来自Ma et al. (2012)统计353个锆石数据和Xu et al. (2010a)统计134个锆石数据.龙首山增生楔数据来自Cai et al. (2015)统计1278个锆石数据和Xu et al. (2010a)统计95个锆石数据.北祁连造山带数据来自Xu et al. (2010b)的325个锆石数据和Zhang et al. (2012)的325个锆石数据。中祁连微陆块数据来自Yang et al. (2009)统计243个锆石数据和Xu et al. (2010a)统计234个锆石数据. HN196、HN210为项目组未发表数据 Fig. 4 Comparison of detrital zircon spectra among continents and microcontinents |
中祁连前寒武纪基底的碎屑锆石年龄谱(图 4f)，与阿拉善(图 4c)、华北(图 4g)、扬子(图 4h)、塔里木的碎屑锆石年龄谱(图 4i)对比显示，2.5~2.4Ga为华北和阿拉善的重要构造事件时期-吕梁运动，可能空间上具有相连性，但也可能阿拉善与此时的Kenorland超大陆的其它块体相关，而与华北无关；中祁连、塔里木和扬子与其表现出一定的差异性，此时中祁连微陆块可能与华北、阿拉善不靠近。而在2.0~1.8Ga各陆块、微陆块则表现出共同的沉积特征，可能说明均参与了Columbia超大陆的集结(Yu et al., 2017)。1.0~0.8Ga Rodinia超大陆形成时期，中祁连与扬子、阿拉善、塔里木经历了相似的构造事件，具有相似的亲缘性，而华北则没有此时期的构造事件，可能华北与它们相隔较远。进入早古生代中奥陶世，华北与阿拉善表现出一定的亲缘性，说明此时期华北和阿拉善在逐渐靠近(许淑梅等, 2016)。由此可见，中祁连微陆块基底形成可能与华北无关，自2.5Ga到早古生代，中祁连为相对独立于扬子、华北之外的微陆块，但可能随不同超大陆聚散而与不同陆块曾经亲近。
北祁连样品HN210(另文发表)碎屑锆石年龄谱(图 4d)和前人的北祁连年龄谱(图 4e)与中祁连微陆块基底的碎屑锆石年龄谱(图 4f)、阿拉善微陆块的碎屑锆石年龄谱(图 4c)相比，在0.5Ga之前基本具有相同的峰值年龄，说明北祁连的沉积物源基本来自于中祁连微陆块和阿拉善微陆块。图 4d和图 4e显示，0.4~0.5Ga的峰值可能表明，此阶段为北祁连主要沉积期，此时期发生了重大的构造事件，说明在0.5Ga之后原特提斯洋俯冲消减阶段，北祁连与中祁连和阿拉善逐渐靠近。
龙首山样品HN196(另文发表)碎屑锆石年龄谱(图 4a)和前人的龙首山年龄谱(图 4b)显示，样品HN196缺少0.5~0.4Ga的峰值年龄，是因为碎屑岩样品的沉积年龄早于500Ma，总体上，龙首山增生楔最大峰值年龄段为0.5~0.4Ga和1.0~0.8Ga，说明此时构造活动强烈。与中祁连基底碎屑锆石年龄谱(图 4f)、阿拉善碎屑锆石年龄谱(图 4c)相比，在0.5Ga之前也基本具有相同的峰值年龄，说明了在0.5Ga之后龙首山沉积物源主要为中祁连和阿拉善。
根据各陆块、微陆块碎屑锆石年龄谱(图 4)对比可知，中祁连基底应与华北不同，而可能与冈瓦纳陆块某处，也可能是扬子地块西缘有关。2.0~1.8Ga随着Columbia超大陆的形成，中祁连、华北、扬子可能都集结到该超大陆的不同部位，随后各自裂离。直到1.2Ga Rodinia超大陆聚合之前，中祁连微陆块与华北、扬子依然保持无关联状态。1.0~0.8Ga Rodinia超大陆聚合，中祁连微陆块、扬子、阿拉善可能距华北较远。随着Rodinia超大陆裂解，中祁连、阿拉善微陆块远离冈瓦纳陆块，逐渐向华北靠近，但是随着0.5~0.4Ga原特提斯洋闭合，中祁连、阿拉善与华北可能都俯冲拼合到冈瓦纳古陆北缘(李三忠等, 2016a, b, c, d; Li et al., 2017b)，并由中祁连和阿拉善微陆块的沉积物源供应，形成北祁连、龙首山构造单元。
5 原特提斯北部边界西段微陆块构造演化李三忠等(2017)通过对北祁连及其周边构造带内精细的构造变形和构造带边缘断裂特征研究，确定了古祁连洋壳向南的俯冲极性；从统计的榴辉岩和蓝片岩变质年龄得出了三幕变形时间及俯冲时限。本文进一步据蛇绿岩南、北两带分布，确定了俯冲位置、岩浆岩时代和构造分带，确定了碰撞前、同碰撞、碰撞后三个阶段的时限；通过北祁连、龙首山碎屑锆石年龄谱和各陆块微陆块碎屑锆石年龄谱对比，确定陆块、微陆块之间不同时期的亲缘性。由以上研究，本文提出原特提斯北界西段的构造演化模式如下(图 5)。
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图 5 北祁连早古生代构造演化模式 Fig. 5 Paleozoic tectonic evolution of the North Qilian Orogen |
自0.8Ga Rodinia超大陆裂解，华北、扬子等陆块及中祁连、阿拉善、柴达木等微陆块开始裂离，古祁连洋逐渐打开，540Ma洋壳已初具规模。
540Ma左右中祁连微陆块北缘为活动大陆边缘，首先古祁连洋向南的俯冲，540~492Ma俯冲形成玉石沟蛇绿岩、熬油沟蛇绿岩、东草河蛇绿岩组成的MOR型蛇绿岩南带，并在512~501Ma形成柯柯里、野马咀等俯冲型岩浆岩。
505~495Ma可能因弯山构造逐步形成，南部柴北缘和柴达木微陆块转为向北俯冲(李三忠等, 2016a, b, c, d)，中祁连微陆块北缘的俯冲带向北后撤，形成大岔大坂岛弧，在大岔大坂岛弧弧前盆地发生一次俯冲跃迁事件，俯冲方式为洋-洋俯冲，俯冲方向依然是向南俯冲。
495~462Ma在大岔大坂岛弧弧前俯冲区形成了大岔大坂、白泉门、九个泉、老虎山蛇绿混杂岩等典型的SSZ型蛇绿岩北带。并在495~440Ma伴随着清水沟花岗岩、牛心山闪长岩类、野牛滩闪长岩、白银矿田基性岩浆等与俯冲相关的岛弧岩浆的产生。
462Ma随着古祁连洋壳的持续俯冲，洋壳消减殆尽，大岔大坂岛弧逐渐与中祁连微陆块碰撞，紧接着中祁连微陆块与阿拉善微陆块对接发生陆-陆碰撞，产生了大量同碰撞花岗岩，如民乐、宁缠河等花岗岩-花岗闪长岩。在陆块浅部发育由南往北逆冲的逆冲推覆构造，并发生第一幕变形D1，深部发生高压低温矿物的冷却封闭。440Ma左右古祁连洋最终闭合。
440Ma后北祁连地区开始进入碰撞后陆内造山阶段，或可能处于商丹洋西延段落向北俯冲的弧后伸展背景，拼合的陆块短时期内再次处于弧内伸展的构造环境之下，形成了435~404Ma金佛寺花岗岩体、牛心山闪长岩体、老虎山闪长岩体等碰撞后岩浆岩带。422~406Ma高压榴辉岩，高压低温蓝片岩发生折返退变质，浅部发生第二幕变形D2(422~406Ma)。400Ma之后俯冲洋壳发生拆沉。
6 结论(1) 据蛇绿岩位置、形成年龄和构造属性，将北祁连蛇绿岩分为南、北两带：南带熬油沟-玉石沟为MOR型蛇绿岩，形成时代略早，为550~492Ma；北带九个泉-大岔大坂为SSZ型蛇绿岩，形成时代略晚，为505~453Ma。据此可推断古祁连洋早古生代存在多期俯冲，或俯冲带可能发生了由南向北的跃迁或后撤。同时，南、北两带自西向东时代均有逐渐变新的趋势，总体上西边俯冲早、东边俯冲晚，呈自西向东“剪刀式”拼合的特点。
(2) 本文据北祁连构造带内早古生代大量岩浆岩形成年龄统计和对比分析，综合形成时代、构造属性及地球动力学环境，将其分为四个阶段：第一，512~501Ma古祁连洋南缘俯冲形成的中酸性岩浆岩带；第二，495~440Ma俯冲后退阶段形成的岛弧型岩浆岩带；第三，466~444Ma弧-陆、陆-陆碰撞造山阶段岩浆岩带；第四，435~404Ma碰撞后岩浆岩带。俯冲过程形成的岩浆岩基本为北西成岩时代较早、南东时代较晚，也说明了自西向东“剪刀式”拼合的特征。
(3) 根据各陆块、微陆块碎屑锆石年龄谱分析对比，中祁连基底应与华北不同，而可能与冈瓦纳有关，且更接近扬子地块。Rodinia超大陆聚合之前，中祁连微陆块作为一个独立的微陆块与华北、扬子保持一定距离。1.0~0.8Ga Rodinia超大陆聚合期间，中祁连微陆块可能与冈瓦纳拼贴在一起，且距华北较远。早古生代末期，中祁连微陆块远离冈瓦纳，逐渐向阿拉善靠近。碎屑锆石年龄谱也显示，北祁连、龙首山与中祁连和阿拉善均有相似的沉积物源，北祁连、龙首山由于古祁连洋壳的俯冲接受了洋壳两侧陆块沉积物源。
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