增生弧基本特征与地质意义

陈艺超¹　张继恩²　侯泉林¹　闫全人¹　肖文交^1,2,3

（1. 中国科学院大学地球与行星科学学院　北京　100049；2.中国科学院地质与地球物理研究所 北京 100029；3新疆矿产资源研究中心，中国科学院新疆生态与地理研究所 乌鲁木齐 830011）

摘　要　增生弧是发育在增生楔基底之上的岩浆弧，是由于海沟后撤、新的弧岩浆前缘向着洋的方向迁移至早期增生杂岩基底之上。增生弧的发育是Şengör（1992）提出的增生型（突厥型）造山带的核心动力学过程，然而对其识别与大地构造意义尚存诸多争议。日本岛弧是Şengör用以建立增生弧模式的范例，其白垩纪以来的岩浆弧发育在侏罗纪和更早的增生杂岩基底之上。日本岛弧的增生弧岩浆具有典型的岛弧型微量元素地球化学特征，包括富集的LREE和LILE、以及亏损的HFSE，但其Sr-Nd同位素随着海沟后撤和增生弧演化不断变亏损。地球物理剖面显示日本增生弧岩浆来自两个截然不同的岩浆源区，一个位于弧前俯冲大洋岩石圈莫霍面之上，一个位于弧岩浆轴部的莫霍面之下，这可能暗示了日本增生弧具有增生楔重熔和增生弧地幔楔部分熔融两种不同的岩浆形成机制，但增生弧的地幔楔如何形成这一问题尚未得到解决。中亚造山带是增生型造山带，其西段的西准噶尔地区出露早古生代成吉斯弧和晚古生代萨吾尔弧，均为增生弧。萨吾尔弧晚石炭世的弧岩浆岩以Ⅰ型花岗岩、花岗闪长岩—闪长岩岩墙、中-基性火山熔岩等为代表，发育在包括有蛇绿混杂岩、OPS混杂岩、连续单元浊积岩的增生杂岩基底之上这些侵入岩和喷出岩与增生楔物质分别呈侵入和不整合覆盖接触关系。成吉斯弧早泥盆世的弧岩浆岩以中-基性火山熔岩为代表，不整合覆盖在混杂带基底之上；其中混杂带的基质为晚志留世砂岩，夹持有晚奥陶世—晚志留世灰岩、硅质岩等岩块。以上案例展示了增生弧具有典型的二元结构：上盘为晚期增生弧弧岩浆、下盘是早期增生杂岩基底，二者被一个大型的不整合面分隔或构成岩浆侵入接触关系。萨吾尔增生弧岩浆岩具有典型的岛弧型微量元素地球化学特征，花岗岩端元Nd同位素亏损、Sr同位素富集，而玄武岩端元的Sr-Nd同位素均表现为亏损特征，表明基性岩端元直接源自新生的增生弧地幔楔的部分熔融，继承了亏损地幔的同位素特征；酸性岩端元则受到增生楔物质重熔的混染，如富集的Sr同位素，源自增生楔中大洋沉积物和蛇绿岩。增生弧的发育可能是增生型造山带大量年轻地幔物质加入和大规模地壳生长的原因。这一现象还可以进一步地探讨增生弧地幔楔的成因：即随着海沟后撤，原海沟位置的俯冲大洋岩石圈并不会发生断离下沉，而是保留在原位、形成新的增生弧地幔楔。

关键词　增生弧　增生型造山带　增生杂岩

增生型造山带（如中亚造山带）存在两点特殊之处，包括：1）达530×10⁴ km²的巨量地壳生长（Şengör et al., 1993）；2）多于一半的新生地壳是源自亏损地幔，具有年轻的Nd同位素组成（Jahn, 2004）。不同学者提出不同的可能机理来解释这些特殊性，如多块体拼贴、多岛洋演化等（Zonenshain et al., 1990；Windley et al., 2007）。Şengör（1992）首先对比了特提斯构造域同中亚构造域的异同，认为特提斯构造域造山作用是克拉通之间的直接碰撞，而中亚构造域则由宽阔的增生楔—岛弧体隔绝了参与造山的克拉通。据此，Şengör（1992）和Şengör and Natal'in（1996）定义了突厥型（Turkic-Type）造山带，即现今所称呼的增生型造山带；他们认为造成增生型造山带特殊性的根本之处在于发育了增生弧，即随海沟后撤发育在增生楔基底之上的岩浆弧。增生弧是增生型造山带中广泛发育的地质体，该概念对理解增生造山过程至关重要。

根据基底的性质，岛弧通常被划分为安第斯型大陆弧和马里亚纳型洋内弧，前者发育在陆壳之上，具有富集的同位素特征；后者发育在洋壳之上，具有亏损的同位素特征。通常一条俯冲带可以绵延数万公里，而一般的克拉通尺寸则为数千公里，因此，一条俯冲带可以同时发育有安第斯型大陆弧和马里亚纳型洋内弧，如发育于北美阿拉斯加地区的太平洋俯冲带，岛弧性质由安第斯型大陆弧过渡为白令海峡处的洋内弧（Xiao et al., 2010）。然而，以上岛弧类型的划分无法囊括日本岛弧。研究结果表明，日本白垩纪以来的岛弧发育在早期的增生杂岩之上，其基底既不是洋壳也不是陆壳（Isozaki et al., 1990），且不断发生向洋方向的迁移（Taira, 2001）。Şengör（1992）和Şengör and Natal'in（1996）注意到了日本该类型岛弧的特殊性，将其命名为日本型岛弧，认为增生型（突厥型）造山带是由于日本型岛弧的发育，海沟不断后撤，造成新生弧岩浆侵位于老的增生杂岩之上，形成了宽阔的增生楔—岛弧体，造成克拉通之间没有直接碰撞（图1）。由于海沟迁移，新生弧岩浆逐渐由大陆地壳基底迁移至增生杂岩之上，造成大陆地壳来源的同位素信息逐渐减弱，甚至消失，弧岩浆的全岩Nd同位素特征越来越亏损，新生地壳中年轻物质的比例越来越高（Şengör et al., 1993; Şengör and Natal'in, 1996）。李继亮等（1993）进一步将这类岛弧命名为增生弧（Accretion Arc），以区别于正常的大陆弧和洋内弧。

图1　增生弧形成示意图，展示了海沟后撤造成新的岩浆弧侵入到早期的增生楔之中，

形成增生弧的过程（据Şengör, 1992修改）

Fig. 1　Sketch map showing genesis process of accretion arc, intruding into earlier accretionary complex

when trench retreats oceanward（modified after Şengör, 1992）

本文以日本岛弧、新疆西准噶尔萨吾尔弧—成吉思弧系统为例，介绍增生弧的野外识别特征、地球化学特征，探讨增生弧与增生型造山带诸多特征之间的构造关系。

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* 陈艺超，男，1989年生，博士，特别研究助理，构造地质学专业。E-mail: chenyc@ucas.ac.cn