蒙古中东部地区石炭纪构造古地磁学研究

The Central Asian Orogenic Belt (CAOB) is the largest accretionary orogen on Earth, and its formation process is closely related to the subduction history of the Paleo-Asian Ocean (PAO). Although many researches have been carried out, there is still intense controversy as to when and where the PAO finally closed. Tuva-Erguna Block (TEB) and south Mongolia-Xing'an Block (MXB) are located on the key area of the eastern CAOB, and their palaeogeographic positions during the Carboniferous are critical to understand the closure process of the PAO. However, the amount and quality of Carboniferous paleomagnetic data obtained from the TEB and MXB are not enough to reconstruct their paleogeographic positions and kinematic characteristics. A combined study of tectonic paleomagnetism and U-Pb zircon geochronology from Carboniferous rocks in the central and eastern Mongolia of the TEB and MXB will provide high-quality paleomagnetic data with reliable age constraints. Combined with available Carboniferous paleomagnetic data from the CAOB and their surrounding major blocks, we can reconstruct their paleogeographic positions and compare their evolution curves of paleolatitude and paleoazimuth, which can quantificationally constrain the closure of the eastern PAO.

中亚造山带是全球面积最大的增生型造山带，其形成过程与古亚洲洋的俯冲消减历史密切相关。尽管已有大量研究，但对于古亚洲洋关闭的时间和地点还存有激烈争议。图瓦-额尔古纳地块和南蒙古-兴安地块位于中亚造山带东部的核心区域，其石炭纪所处古地理位置是理解古亚洲洋关闭问题的关键。然而，这两个地块石炭纪古地磁数据偏少、数据可靠性较低，无法准确约束这两个地块的古地理位置和运动学特征。本项目通过对图瓦-额尔古纳地块和南蒙古-兴安地块在蒙古境内中东部地区石炭系碎屑岩和火山岩地层开展构造古地磁学和锆石U-Pb年代学研究，获得有精确年代学控制的高质量古地磁数据。结合已有的中亚造山带内部和周边主要地块的石炭纪古地磁数据，再造各地块的古地理位置，对比它们的石炭纪古纬度和古方位演化曲线，定量约束古亚洲洋东部的关闭情况。

项目为了研究古亚洲洋的闭合过程来揭示中亚造山带的构造演化历史，在三年内对蒙古和我国内蒙地区石炭系-二叠系沉积岩和火山岩开展了系统的构造古地磁学和U-Pb同位素年代学研究工作。利用U-Pb同位素定年手段确定了阿穆尔地块Gunbuyn组砂岩（~330 Ma）、蒙古-图瓦地块Altan-ovoo组砂岩（~315 Ma）、锡林浩特地块大石寨组火山岩（~285 Ma）、哲斯组红层（~265 Ma）和华北地块青凤山组上部火山岩（~255 Ma）的精确年龄，同时结合岩相学、岩石磁学和剩磁成分分离分析等方法获得了这些地层的高质量古地磁数据。利用古地磁极与GPlates重建技术恢复了石炭纪-二叠纪东亚主要板块的构造古地理位置，并获得以下主要认识：（1）阿穆尔和图瓦-蒙古地块在330-315 Ma期间位于低纬度地区，证明其发育的北方生物群可以从高纬度延伸到低纬度近赤道地区，并由此重建该时期全球气候带不对称模型；（2）早二叠世（~285 Ma）锡林浩特-松辽地块分隔了古特提斯洋和古亚洲洋，古亚洲洋的主洋盆为贺根山洋而不是传统认为的索伦洋；（3）锡林浩特地块和华北地块在265-246 Ma之间存在一定程度的纬向汇聚和相对旋转运动，此运动方式导致索伦洋自西向东“剪刀式”闭合，并在时空上控制了华夏-安加拉植物群的混生过程；（4）在265-255 Ma期间，东亚主要地块都同时经历了快速的向北运动，这样快速的板块运动可能成为东亚地区海洋生物在瓜德鲁普晚期的大灭绝重要因素之一。系列的晚古生代东亚构造古地理重建结果揭示了海陆格局变化对生物-气候演化的重要控制作用，为构造-生物-气候古地理协同演化研究提供重要的范例。