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以古论今:不规则的大洋如何关闭?弯曲的造山带如何形成?| NSR

已有 1537 次阅读 2021-12-17 14:56 |个人分类:国家科学评论|系统分类:论文交流


“沧海桑田”——大洋的产生与消亡是地球板块运动最主要的特征。对于具有规则边界的大洋闭合和消亡过程,现有的板块理论已有很好解释。但是在现今的大洋中,还发育很多具有不规则边界的大洋和弯曲的构造带。这些大洋的发展命运将会如何?它们会如何关闭消亡?这是理解板块运动的关键点和难点。 

将古论今,可以通过研究已经消亡的大洋来寻找答案现今的大陆地壳中保存着大洋关闭遗迹(缝合带)和弯曲的造山带(山弯构造,Orocline),为我们提供了破解该难题的重要线索。

对此,中国地质科学院地质研究所(简称地质所,下同)王涛团队联合肖文交院士团队和英国、俄罗斯、蒙古科学家,选择全球最大的中亚增生造山带东部蒙古-鄂霍茨克带开展研究,取得重要进展,相关成果发表于《国家科学评论》(National Science Review, NSR)。地质所、北京离子探针中心王涛研究员为该论文第一作者和通讯作者,地质所童英、中国科学院新疆生态与地理研究所肖文交院士、地质所郭磊副研究员、英国莱斯特大学 Brian Windley教授、俄罗斯科学院伊尔库茨克地壳研究所Tatiana Donskaya研究员、地质所李舢研究员、蒙古科学院地质所 Tserendash Narantsetseg研究员、地质所张建军副研究员为共同作者。


中亚增生造山带东部蒙古-鄂霍茨克带及周缘是全球中酸性岩浆岩最为发育的地区之一。该团队通过长期研究的积累,建立了岩浆岩同位素年代学和地球化学数据库,编制了系列数字化图件,利用新获得和收集的2660个锆石U-Pb同位素年龄,鉴别出石炭纪到侏罗纪多条巨型岩浆岩带发生“紧闭褶皱”,发现岩浆带早期向古大洋迁移,晚期顺着缝合带向东迁移,很好地揭示了蒙古-鄂霍茨克洋从早期后撤式俯冲,到晚期剪刀状闭合,并最终形成蒙古-鄂霍茨克山弯构造和“紧闭褶皱”的岩浆岩带。    

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岩浆岩锆石年龄时空演化确定“紧闭褶皱”的岩浆岩带以及岩浆岩带的迁移,提供恢复蒙古-鄂霍茨克洋后撤式-剪刀状关闭关键证据


作者由此提出了该大洋闭合的机制和模型,即西伯利亚地块旋转和大洋后撤俯冲联合作用,其北侧安第斯型大陆边缘向南后撤旋转,南侧东西方向的洋内弧向北后撤旋转。 

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蒙古-鄂霍茨克洋后撤式-剪刀状关闭过程及其岩浆岩带的发育演化 

该研究还厘定了蒙古-鄂霍茨克带构造体制的时空范围,并通过不同时代岩浆岩带的发育空间范围,清楚地展示了从石炭纪到侏罗纪该构造体制影响的范围。这也进一步证实,中亚造山带形成于两种大洋板块构造体制,一个是古亚洲洋体制,主要在中亚造山带的西边和南部;另一个就是蒙古-鄂霍茨克带体制,主要在东部。

作者提出,这类似于现今的东南亚,西侧受控于印度洋板块,东侧受控于太平洋板块。所以,中亚造山带是典型的复合型造山带,应该称之为中亚造山系。

通过数字化编图,作者从巨型岩浆带中鉴别出“紧闭褶皱”了的岩浆岩带,并进一步发现岩浆岩带的迁移演化,从而恢复出具有弯曲边界的蒙古-鄂霍茨克洋后撤式俯冲-剪刀状的关闭过程。这是该研究的重要发现和亮点。这在以往的研究中不多见。


该研究提供了通过对巨型岩浆带原始状态的恢复和时空迁移,确定古大洋关闭过程及山弯构造形成的经典实例,其成果得到了国际同行的关注。澳大利亚科学院院士、国际著名大地构造学家Peter Cawood教授为此撰写了评论性文章。Cawood指出,这篇文章的研究结果,特别是采用的年代学大数据分析方法“反映了质谱分析和微区分析在过去四分之一个世纪中令人印象深刻的发展”;“通过高质量测试数据分析,能够精确测定地球岩石的生成和演化模型,其大数据分析在破解造山带和地球发育历史方面越来越显示出重要性。”

该评论文章进一步指出,这项研究正如所有好的科学研究工作一样,并不是故事的结束,而是为未来的研究开辟了新的道路。特别是,这些大量数据的积累,包括年代学、地球化学及地球物理等其他方面的数据,使我们能够更好地理解造山带四维演化以及整个地球系统的运动。

该研究另一个重要意义是,在中亚造山带明确了古亚洲洋和蒙古-鄂霍茨克带两大构造体制及其时空范围和发育过程。这为理解和预测现今东南亚弧形构造的板块构造体制及其未来发展提供了依据。目前,东南弧形构造带西侧受控于印度洋板块体制,东侧受控于太平洋板块体制,假如今后某个地质历史时期,太平洋、印度洋关闭,该弧形构造可能发育为紧闭的山弯构造,类似于现今的蒙古-鄂霍茨克带。这提供了将古论今的经典实例。 


研究详情请阅读原文▼

Rollback, scissor-like closure of the Mongol-Okhotsk Ocean and formation of an orocline: Magmatic migration based on a large archive of age-data
 https://doi.‍org/10.10‍93/nsr/nwab210
 
Peter Cawood教授Commentary文章:
Untangling the history of oroclines and mountain belts
https://doi.org/10.10‍93/nsr/nwab211


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