天山是中亚造山带的重要组成部分，也是世界上典型的增生型造山带。天山-北山地区与幔源岩浆有关的晚古生代镁铁-超镁铁岩体颇为发育，且已构成我国继金川之后最重要的镍铜矿产基地。争论的焦点是，这套幔源岩浆矿床是后碰撞演化的产物? 还是与二叠纪地幔柱活动有关？长期以来，大多倾向于为碰撞造山后伸展阶段幔源岩浆上侵的产物。但问题是整个中亚造山带长达7000 km，为什么Cu-Ni矿主要局限于中国的新疆北部不到2000 km范围？

塔里木盆地广泛出露的二叠纪溢流玄武岩、镁铁-超镁铁侵入岩脉及苦橄岩构成了一个大火成岩省，被认为是二叠纪地幔柱活动的产物。东天山-北山晚古生代的镁铁-超镁铁侵入活动是否与地幔柱活动有关仍存在较大争议，前期测年对象及测年方法各式各样，所获年龄范围跨度很大（330~250Ma），与典型地幔柱的岩浆爆发活动不符，因此有人提出其为石炭-二叠纪地幔柱。

地质与地球物理研究所固体矿产资源研究室造山带与成矿课题组秦克章研究员、苏本勋博士后及其合作者对东天山和北山地区的二十多处代表性的镁铁-超镁铁岩体和铜镍矿床（图1）进行了系统的野外调查和年代学、锆石Hf-O同位素以及地球化学研究工作。锆石SIMS和LA-ICP-MS U-Pb定年结果显示这些镁铁-超镁铁岩及其相关火山岩的形成时代集中在早二叠世（269~286Ma），与塔里木溢流玄武岩的时代一致，并显示岩浆峰期年龄为280Ma（图2）。镁铁-超镁铁岩中锆石的Hf-O同位素在~280Ma时出现明显的异常变化（图3）。与塔里木早二叠世玄武岩相比，东天山和北山镁铁-超镁铁岩具有低TiO₂和ε_Sr(t)、高Mg#和ε_Nd(t)的地球化学特征，二者的相互关系可与峨眉山大火成岩省中的溢流玄武岩及镁铁-超镁铁岩相对比。

图1：A）塔里木盆地二叠纪溢流玄武岩分布图. B）东天山和北山镁铁-超镁铁岩体分布图

图2：A）新疆岩浆型及热液型矿床的成矿年代学（119个数据）统计结果表明成矿峰期为280~300Ma. B）东天山和北山镁铁-超镁铁岩（33个数据）及塔里木火山岩（主要为玄武岩）和基性岩墙的年代学（38个数据）显示岩浆活动峰期为~280Ma. C）年代学数据及其误差统计结果

图3：东天山-北山镁铁-超镁铁岩及其相关火山岩中锆石的Hf-O同位素相关性图解

图4：东天山和北山新元古代-早二叠世构造演化模式图

全岩的ε_Nd(t)值和微量元素以及锆石Hf-O同位素表明其岩浆源区具有亏损地幔的特征并经历了俯冲板片的改造。结合锆石Hf亏损地幔模式年龄及区域上蛇绿岩的年代学研究表明北山地区南侧的南天山洋可能在~900Ma时开始向北俯冲，至~400Ma大洋闭合；东天山以北的准噶尔洋可能在~600Ma时开始向南俯冲，至~310Ma时大洋闭合，进入碰撞造山阶段，在290~269Ma期间为造山后伸展阶段；塔里木地区~280Ma的地幔柱活动在东天山、北山与造山后伸展的叠加作用使得幔源岩浆活动广泛发育，系叠置在造山带背景上的早二叠世地幔柱；北山地区熔融程度高，可能地幔柱的头部（图4）。

上述研究成果近期分别发表在国际著名的地质学刊物American Journal of Science（Qin et al. SIMS zircon U-Pb geochronology and Sr-Nd isotopes of Ni-Cu-bearing mafic-ultramafic intrusions in eastern Tianshan and Beishan in correlation with flood basalts in Tarim Basin (NW china): constraints on a ca. 280 Ma mantle plume. American Journal of Science, 2011, 311(3):237-260）和Gondwana Research上（Su et al. U–Pb ages and Hf–O isotopes of zircons from Late Paleozoic mafic–ultramafic units in the southern Central Asian Orogenic Belt: Tectonic implications and evidence for an Early-Permian mantle plume. Gondwana Research, 2011, 20(2-3): 516-531）。

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