付冬等-Geology：原特提斯东北部玻安质蓝片岩记录了洋内俯冲初始和岛弧弧前增生
经典的威尔逊旋回描述了两个大陆之间洋盆周期性的开合，并以碰撞造山作用而终止（Wilson, 1966）。然而，现今地球上发育众多形成于俯冲带之上的边缘海盆/岛弧，其形成和演化往往伴随着增生造山作用（Cawood et al., 2009）。其中，岩石圈俯冲是板块构造的典型特征。俯冲初始（subduction initiation）和终结（termination）对于认识新的汇聚板块边界成核、俯冲增生/侵蚀、地壳生长和造山带演化等科学问题至关重要。洋内岛弧-弧前杂岩是揭示俯冲初始动力学过程的关键，因为它们能够记录自俯冲初始至成熟岛弧形成等地质过程的岩浆作用（Reagan et al., 2010; Whattam and Stern, 2011）。然而，由于俯冲初始相关地质记录比较匮乏（e.g., Stern, 2004; Marques et al., 2014; Arculus et al., 2015; Crameri et al., 2020），目前对于上述动力学过程的理解仍然有限。
在俯冲终结时，上覆板片（如岛弧/弧前）往往通过仰冲就位于大陆或岛弧边缘（Wakabayashi and Dilek, 2003; Dewey and Casey, 2011）。此外，一些现代俯冲体系在弧后盆地关闭的过程中则以俯冲带上盘型（SSZ型）大洋板片的俯冲为特征，例如西太平洋Izu‒Bonin‒Mariana（IBM）洋内岛弧和菲律宾弧后斜向俯冲于日本岛弧之下。在这种情形下，先前的上覆板片可能发生俯冲并通过刮削或底垫作用卷入至增生楔中形成含高压低温变质岩石的混杂岩；抑或在俯冲过程中由于低密度岛弧地壳的阻塞，上覆板片与岛弧或大陆边缘发生碰撞 （e.g., Stern, 2004）。增生或碰撞造山期间的这些地质过程，以及俯冲侵蚀和仰冲/增生后的剥蚀作用等共同影响，均可能会抹除大多数俯冲起始地质记录。因此，在造山带内识别上述地质过程，对于解释俯冲初始岩石组合的缺乏至关重要。然而，来源于上覆板片与俯冲初始相关的岩石俯冲至岛弧/大陆边缘之下的构造情形目前很少在古老的造山带中被记录或证实。
近期，中国地质大学（武汉）地质过程与矿产资源国家重点实验室付冬博士后及其合作者在原特提斯构造域北祁连造山带东缘老虎山地区开展了详细野外填图、构造解析、岩石学、多矿物年代学和地球化学等研究，首次识别出玻安质蓝片岩和岛弧玄武岩。它们记录了早期的俯冲初始-岛弧成熟事件，以及随后的俯冲增生过程，为上覆板片岛弧/弧前杂岩的俯冲提供了直接证据，并表明该过程在减少俯冲初始岩石记录上的重要意义。研究主要获得如下认识：
1）首次在北祁连造山带东缘老虎山地区厘定出含蓝片岩和绿片岩的早古生代混杂岩和岛弧杂岩。蓝片岩岩块具有蓝闪石+多硅白云母+绿泥石+榍石+石英的低级蓝片岩相矿物组合；绿片岩基质矿物组合为钠长石+绿泥石+绿帘石±蓝闪石+多硅白云母+榍石。蓝片岩内多硅白云母Si值可达3.33‒3.49 c.p.f.u.。相平衡模拟将蓝片岩峰期温压限定为~7.5–14.5 kbar/410–490°C；绿片岩温压条件为~6.8‒8.5 kbar/~350‒475°C，二者对应的地温梯度分别为~9.7‒16.5°C/km和~16.5‒18°C/km，与暖俯冲带板片顶部一致。
2）全岩地球化学数据表明，蓝片岩和绿片岩分别具有玻安岩和岛弧玄武岩的特征。蓝片岩具有下凹的稀土配分型式，而绿片岩具有轻稀土亏损-富集的稀土配分型式（图1）。二者在原始地幔标准化图解上，均具有富集大离子亲石元素、亏损高场强元素的特征。通过地球化学对比，发现二者与显生宙典型玻安岩和岛弧玄武岩十分类似，可以解释为一套形成于洋内岛弧-弧前的俯冲初始到成熟岛弧岩浆岩组合。
图1北祁连东缘玻安质蓝片岩和绿片岩地球化学特征图解
3）锆石和榍石U-Pb同位素分析表明蓝片岩的玻安质原岩和岛弧玄武岩形成时代约为492-488 Ma，限定了北祁连东缘岛弧/弧前-弧后俯冲体系的洋内俯冲起始和岛弧成熟时限；多硅白云母40Ar/39Ar坪年龄为455 Ma，指示了峰期蓝片岩相变质时代；蓝闪石40Ar/39Ar坪年龄为432‒425 Ma，推测为构造折返冷却时代。
4）古地理重建表明，早古生代期间冈瓦纳大陆北部和华北-塔里木大陆之间存在多个微陆块和洋内岛弧（图2）。通过区域对比和综合分析，认为北祁连造山带东段新识别的玻安岩和岛弧玄武岩是北祁连岛弧弧前的东延，形成东西向长度可达600 km以上的洋内岛弧带，是祁连洋向北的俯冲产物。东侧俯冲起始时间约为490 Ma，稍晚于中段大岔大阪（517‒505 Ma）。该岛弧分隔了南北两条蛇绿岩-增生杂岩带，分别推测为南侧的（北）祁连洋（>550‒445 Ma）和北侧的北祁连弧后盆地（~490‒430 Ma）的残余。约455 Ma前，北祁连弧后盆地发育一条新的北倾俯冲带，形成了更年轻的SSZ型蛇绿岩（454‒448 Ma）、弧前盆地和岛弧岩浆岩（遍及北祁连北缘-阿拉善南缘）（Fu et al., 2020）。北祁连洋内岛弧-弧后板片俯冲于阿拉善陆块南缘，并被卷入俯冲隧道遭受455 Ma的蓝片岩相变质作用，部分蓝片岩相玻安质岩石于432‒425 Ma构造折返形成混杂岩。北祁连岛弧及增生杂岩于早-中志留世不等时增生至华北-阿拉善南缘，记录了增生造山-碰撞造山作用的转换（Fu et al., 2019, 2020）。
图2 构造演化和岩浆变质事件示意图
5）本研究首次报道的玻安质蓝片岩记录了一个形成至消亡的洋内俯冲带的生命周期，即早期的洋内俯冲初始生成其原岩（玻安岩），最后于另外一个俯冲带俯冲消亡（蓝片岩相变质），提供了一个类似IBM岛弧的早期形成及随后的俯冲于日本岛弧之下的早古生代实例。因此，该研究为上覆板片岛弧/弧前岩石的俯冲和增生提供了有力证据，同时强调了上覆板片岩石的俯冲在减少俯冲初始岩石记录上扮演的重要角色，进而有助于解释古老造山带内俯冲初始相关岩石记录为何稀缺。
上述研究成果发表于国际重要地学期刊Geology，该成果受到国家自然科学基金项目（91755213、42102268和4191101039等）、地质过程与矿产资源国家重点实验室开放基金和中国博士后科学基金等联合资助。
1) 付冬*, 黄波, Johnson, T.E., Wilde, S.A., Jourdan, F., Polat, A., Windley, B.F., 胡兆初, and Kusky, T.*, 2021, Boninitic blueschists record subduction initiation and subsequent accretion of an arc–forearc in the northeast Proto-Tethys Ocean: Geology, doi: 10.1130/G49457.1.
2) 付冬, Kusky, T.M., Wilde, S.A., Windley, B.F., Polat, A., 黄波, 周志鹏, 2020, Structural anatomy of the early Paleozoic Laohushan ophiolite and subduction complex: Implications for accretionary tectonics of the Proto-Tethyan North Qilian orogenic belt, northeastern Tibet: GSA Bulletin, v. 132, p. 2175-2201, doi: 10.1130/B35442.1.
3) 付冬, Kusky, T., Wilde, S.A., Polat, A., 黄波, 周志鹏, 2019, Early Paleozoic collision-related magmatism in the eastern North Qilian orogen, northern Tibet: A linkage between accretionary and collisional orogenesis: Geological Society of America Bulletin, v. 131, p. 1031-1056,10.1130/B35009.1.
