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横亘于中国大陆中部的秦岭-祁连-昆仑复合造山带,作为中国中央造山系的主干部分,记录了在中国中部奥陶纪和三叠纪分别发生的陆-陆碰撞事件,并产生了世人瞩目的超高压碰撞造山带。充分认识从中国中部早古生代大陆碰撞转换至三叠纪古特提斯洋闭合的近两亿年的大地构造历史,对全面准确理解中国大陆构造乃至全球构造和特提斯演化都具有十分重要的意义。处于中央造山系核心位置的共和-西秦岭-松潘地区,是研究中国中部大陆构造演化历史和重建古特提斯构造格局理想天然的实验室。本文通过对首次在共和盆地茶卡地区发现的中二叠世早期双峰式岩浆岩及共和盆地大河坝地区中三叠世中基性岩脉进行锆石U-Pb同位素年代学和Hf同位素、矿物化学及全岩主微量元素含量和Sr-Nd同位素的系统分析,对共和-西秦岭-松潘地区二叠纪-三叠纪古流向测量和砂岩碎屑组分的统计,以及对砂岩碎屑锆石形态、微量元素含量、U-Pb年龄及Hf同位素的系统测定,尝试重建秦祁昆边界地区的二叠纪-三叠纪构造环境,并恢复中国中部乃至特提斯域的大地构造演化历史。 作者首次在共和盆地茶卡地区发现了中二叠世早期的双峰式岩浆岩,岩性主要为镁铁质岩石(辉长岩、辉绿岩)和花岗岩,形成时间为~270Ma。两类岩石均富集轻稀土元素和大离子亲石元素,亏损高场强元素,呈现轻微的负Eu异常,且具有相似的Sr-Nd-Hf同位素特征,表明了花岗岩与辉长岩同源,是镁铁质母岩浆经历了更为显著的分离结晶作用的产物。相对较高的87Sr/86Sri比值(0.7061-0.7094)和较低的εNd(t)值(-6.4到-3.7),以及Nb-Ta元素亏损,暗示了母源浆起源于被早古生代特提斯俯冲板片改造的富集岩石圈地幔。共和盆地周边祁连地区、东昆仑地区和西秦岭地区缺乏中二叠世弧相关的岩浆事件但盆地内部及近侧发育同期洋岛玄武岩,表明共和盆地中二叠世双峰式岩浆岩为陆内伸展裂谷的产物。 共和盆地大河坝地区发育中基性岩脉,岩性主要为辉长岩和闪长玢岩,形成时间为~240Ma。这些中三叠世晚期中基性岩脉与中二叠世双峰式岩浆岩中镁铁质岩石具有相似的地球化学特征,表明了裂谷作用仍在持续,但地壳混染或交代作用程度增加,表明可能已发展转变为弧后裂谷作用。 共和盆地二叠纪砂岩碎屑锆石主要是岩浆锆石,呈现四个主要峰值1900-1600Ma、1000-750Ma、550-400Ma和350-250Ma。三叠纪砂岩碎屑组分主要来自再旋回造山带和岩浆弧物源区,古流向主体向东,但东部有西向流向,碎屑锆石分为岩浆锆石和变质锆石两类,主要来自大陆岩石,少量来自新元古宙早期(996±10Ma)商丹—祁连洋壳,稀土元素特征显示个别变质锆石来自超高压榴辉岩,其年龄指示可能源自柴北缘早古生代超高压变质带。碎屑岩浆锆石年龄峰值1000-750Ma、550-400Ma和350-250Ma,局部>1000Ma,εHf(t)主要介于-20到15之间,显示继承了二叠纪沉积物源。变质锆石主要集中在~430Ma和~471Ma两个峰值。因此,共和盆地二叠-三叠纪沉积物主要来自于东昆仑-柴达木-祁连带基底及岩浆岩,少量来自秦岭造山带。 西秦岭地区晚二叠世碎屑岩浆锆石主要为大陆锆石,年龄分布于>1700Ma(其中又包括2600-2400Ma和2100-1700Ma两组峰值)和550-250Ma,且前者年龄分布占主体,碎屑岩浆锆石εHf(t)主要介于-20到10之间,五个碎屑变质锆石呈现分散的年龄,分别为2147、2072、1954、1912和325Ma。三叠纪砂岩碎屑主要来自过渡大陆、再旋回造山带和切割弧物源区,古流向主体向南,少量西向,碎屑锆石以岩浆锆石为主,少量变质锆石据稀土元素及年龄特点可能来自华北中部早元古宙造山带高温麻粒岩。岩浆锆石基本落入了大陆锆石的区域,年龄峰值2600-2400Ma、2100-1700Ma和600-230Ma,εHf(t)主要介于-20到10之间,变质锆石峰值2500-1750Ma、510-420Ma和320-260Ma。综上,华北南缘、北秦岭造山带、东昆仑-柴达木带、祁连地块组成了西秦岭地区二叠-三叠纪主要的沉积物源区。 松潘地区中二叠世砂岩碎屑锆石主要为陆壳岩浆锆石,峰值1900-1700Ma、900-750Ma和550-250Ma,εHf(t)主要介于-15到10之间,变质锆石峰值1909-1780Ma、458-416Ma和279-258Ma。中-晚三叠世碎屑组分源自再旋回造山带及切割弧,古流向主体指向南西,也有指向北西、南东,碎屑锆石以岩浆锆石为主,个别变质锆石稀土特征及年龄指示来自扬子西北缘的基底麻粒岩,岩浆锆石基本落入了大陆锆石区域,年龄峰值2600-2400Ma、2100-1700Ma和600-230Ma,此外,在900-750Ma也呈现一个小峰值,εHf(t)主要介于-20到20之间,变质锆石峰值1900-1700Ma和510-260Ma。因此,北秦岭造山带、扬子西北缘、南秦岭构造带、东昆仑-柴达木带和祁连地块的基底及岩浆弧为松潘地区二叠纪-三叠纪主要的沉积物源区,晚期更多来自于秦祁昆带,尤其是北秦岭造山带。 据上述成果,尝试重建秦祁昆边界地区二叠-三叠纪构造演化。随着祁连-柴达木-昆仑地块及松潘-甘孜地块在早古生代沿着北秦岭带拼贴至华北南缘,华南大陆在中二叠世时期顺时针旋转,向华北大陆碰撞拼贴,致祁连-柴达木-昆仑-松潘-甘孜地块沿着秦岭-昆仑区域内的大型剪切带向西北方向发生构造逃逸作用。这一构造转换过程导致了大陆裂解并形成了一系列的陆内裂谷事件,共和盆地茶卡地区双峰式岩浆岩就是此一事件的产物。从425Ma-265Ma,秦祁昆地区为岩浆弧(即俯冲作用)停歇期。 在二叠-三叠纪,秦岭、祁连和昆仑造山带均为隆起状态,为共和-西秦岭-松潘地区沉积盆地提供物源。西秦岭地区与松潘地区之间的白龙江微陆块于早三叠世形成一个水下隆起地带,对两个地区之间的物源沟通起到了一定的阻隔作用,但并未切断来自东昆仑-柴达木和秦岭造山带的物源供给;晚三叠世中期龙门山构造带开始隆升,使得松潘地区来自扬子西北缘的物源比例有所下降。