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中亚造山带在显生宙发生了显著的地壳生长,属有典型的增生造山带。该造山带具有什么样的深部物质组成结构是备受关注的重要课题。阿尔泰、东准噶尔及东天山是中亚造山带的典型地区,其造山带组成,特别是深部物质组成结构,一直是关注的重大问题。例如,阿尔泰深部是否存在相对较老的物质组成?东准噶尔基底是否是年轻物质组成,其与阿尔泰相比,基底组成有何差异?东天山与东准噶尔深部物质组成是否相似?Nd-Hf同位素填图是一个有效的揭示大陆地壳深部物质组成的手段。本文主要通过对阿尔泰、东准噶尔和东天山东北段的花岗质岩石进行锆石U-Pb年龄、岩石地球化学、全岩Nd同位素和锆石Hf同位素研究,建立中亚造山带典型地区的花岗岩同位素剖面,系统地进行花岗岩区域物源对比,探讨深部物质组成、结构及陆壳生长方式。主要取得以下成果和认识:1、在中国阿尔泰造山带东南缘获得了四个花岗质岩体LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄,分别为382±4Ma、381±4Ma、385±5Ma和363±6Ma,揭示了两期(385~380Ma和363Ma)岩浆事件。这些花岗质岩石为高钾钙碱性、准铝质—弱过铝质的I型花岗岩,εHf(t)值为-32.8~+11.09,绝大多数为正值,二阶段模式年龄TDM-2为3.4~0.6Ga,同时具有负的εNd(t)值(-2.42~-0.53),较老的Nd模式年龄(TDM-1=1.6~1.3Ga),显示源区以古老地壳成分与新生物质成分混源特点,其形成于活动大陆边缘弧环境。2、东准噶尔北部和南部典型岩体获得的锆石U-Pb年龄为303±3Ma,290±3Ma,378±3Ma和301±3Ma,揭示了两期(303~290Ma和378Ma)岩浆事件,泥盆纪乌图布拉克岩体为弱过铝质高钾钙碱性I型花岗岩,而其余三个晚古生代岩体为准铝质的高钾钙碱性I型或A型花岗岩。东准噶尔北段古尔斯、哈旦逊和乌图布拉克花岗质岩石εHf(t)值为+11.7~+17.5,TDM-2为0.61~0.19Ga;东准噶尔南段的乌尊布拉克花岗质岩石的εHf(t)值为+10.2~+15.7,TDM2(Hf)为0.66~0.32Ga,二者具有相似的Hf同位素特征,均反映了年轻物质为二者源区的主要成分。3、东天山哈尔里克山小铺花岗岩体和沁城南花岗岩体LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄分别为316±4Ma和320±3Ma,均为晚石炭世。小铺岩体为弱过铝质高钾钙碱性I型花岗岩,沁城南岩体为准铝质高钾钙碱性,且具有A型花岗岩特征,两个岩体显示年轻地壳物源特点(εHf(t)值为+8.0~+16.7,模式年龄为0.82~0.27Ga),结合区域同时代基性岩产出,这些花岗岩的形成最有可能与新的幔源基性底侵岩浆有关,为哈尔里克地区石炭纪后碰撞地壳垂向生长提供了新证据。4、阿尔泰花岗岩类(460~150Ma)Nd同位素组成为εNd(t)值(-4.2~+8.1),TDM2(Nd)为1.77~0.47Ga;东准噶尔花岗岩类εNd(t)值分别为+2.4~+8.4,相应的TDM2(Nd)分别为1.04~0.46Ga。阿尔泰花岗岩类(507~151Ma)Hf同位素组成(平均值)为εHf(t)值(-3.7~+12.4),TDM2(Hf)为1.50~0.39Ga;东准噶尔块体花岗岩类εHf(t)值为+7.6~+14.7,相应的TDM2(Hf)为0.81~0.38Ga。以额尔齐斯断裂为界,北部阿尔泰与南部东准噶尔花岗岩类Hf同位素组成差别明显,从北到南εHf(t)值明显变大,从低的负值变成高的正εHf(t)值,这种Hf同位素组成的差异为大地构造单元划分提供了深部依据。位于额尔齐斯断裂带两侧的阿尔泰和东准噶尔,其在花岗岩类起源、基底组成等方面的不同,表明该断裂带是这两大块体的构造分界线。哈尔里克山花岗岩类Hf同位素组成(εHf(t)=+5.4~+16.9,TDM2=0.99~0.23Ga)和Nd同位素特征(εNd(t)=+3.1~+8.2,绝大多数为+4.4~+5.9,TDM=0.92~0.52Ga),说明年轻组分在该区花岗岩浆源区占有很大比例的贡献,可能不存在古老物质,与其相邻的东准噶尔具有较为相似的深部物质组成。5、通过Nd-Hf同位素填图进一步证实,中国阿尔泰不同的块体具有不同的深部物质组成,块体2、3具有相似的古老物质,为阿尔泰深部可能存在前寒武纪基底提供了新证据,而南部的块体5基底相对年轻。阿尔泰的东部相比于西部具有更老的深部地壳物质。而东准噶尔(块体6和块体7)具有年轻物质组成特征,为基底性质主要为年轻物质提供了证据,局部有可能存在古老物质。东天山哈尔里克山(块体8)深部则主要由年轻物质组成。上述同位素填图和剖面对比揭示,阿尔泰和东准噶尔具有不同的深部物质组成,其中,深部物质组成差异边界与额尔齐斯断裂带一致,为该构造带作为重要的构造边界提供了深部物质组成差异的证据。该研究丰富了本地区的研究资料,为应用岩浆岩同位素填图和剖面对比揭示造山带地壳深部物质组成结构提供了新的成功实例,有利于深化中亚造山带构造演化的认识,也进一步表明该方法可以应用于深部物质探测。