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稀有金属矿物微区同位素定年与示踪

岩石学报 2024年第4期40卷 1023-1043页

作者：杨岳衡吴石头车旭东杨明黄超王浩杨进辉王汝成吴福元中国科学院地质与地球物理研究所岩石圈演化国家重点实验室北京100029 南京大学内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室南京大学地球科学与工程学院南京210023 浙江大学海南研究院三亚572025

作为战略性关键金属矿产资源,钨、锡、铌、钽、锂、铍、铷、铯、锆、铪、稀土等稀有金属,在国民经济与国家安全方面有着重要的研究意义。稀有金属矿石矿物微区同位素定年与示踪,是开展稀有金属矿床成矿作用研究的最直接手段,具有整体分... 详细信息

作为战略性关键金属矿产资源,钨、锡、铌、钽、锂、铍、铷、铯、锆、铪、稀土等稀有金属,在国民经济与国家安全方面有着重要的研究意义。稀有金属矿石矿物微区同位素定年与示踪,是开展稀有金属矿床成矿作用研究的最直接手段,具有整体分析无可比拟的优点。近年来,钨锡铌钽锆铪稀土等稀有金属矿物微区U-Pb定年与Sr-Nd-Hf同位素示踪发展迅速,而锂铍铷铯等稀有金属矿物微区Rb-Sr/Lu-Hf定年正蓬勃发展。本文综述了黑钨矿、白钨矿、锡石、铌钽矿(铌钽氧化物类矿物的简称)、独居石、磷钇矿、氟碳铈矿等稀有金属矿物微区U-Pb定年与Sr-Nd-Hf同位素示踪技术主要进展,展望了锂云母、铁锂云母、铯沸石、钾长石(天河石)等微区Rb-Sr定年与磷钇矿、磷灰石、褐帘石、独居石、黑钨矿、白钨矿等微区Sm-Nd和Lu-Hf定年的广阔前景,获得如下认识:(1)低铀矿物U-Pb定年,除了采用高灵敏度磁式等离子质谱外,元素成像技术能很好地揭示微量元素之间相关性,进而快速锁定高U/Pb区域,提高低铀矿物U-Pb定年成功率;(2)铌钽矿-锡石激光微区Hf同位素能够直接示踪花岗岩-伟晶岩稀有金属成岩成矿物质源区,但这方面工作仍需进一步加强;(3)碰撞/反应池等离子质谱的出现,使高Rb/Sr、Sm/Nd或高Lu/Hf比矿物的同位素定年成为现实,是未来稀有金属激光微区同位素年代学发展的新方向;(4)实验方法研发与标准物质研制相辅相成、相互促进,仍是当前迫切需要解决的关键技术难题。随着战略性关键金属日渐成为国内外成矿作用研究的热点,钨锡铌钽锂铍铷铯锆铪稀土等稀有金属矿物微区同位素定年与示踪方法研究,必将为我国新一轮稀有金属矿床学研究做出应有的学术贡献。

关键词：稀有金属微区分析同位素定年与示踪 U-Pb/Rb-Sr/Lu-Hf年代学

大陆俯冲隧道中的应变不均一分布:来自大别山超高压变质岩的记录

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地质学报 2024年第1期98卷 50-78页

作者：李沛东王勤武梅千内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室江苏南京210023 南京大学地球科学与工程学院江苏南京210023

俯冲隧道是俯冲板片与上覆板块之间的剪切带,也是高压—超高压变质岩折返和深部流/熔体活动的通道。大别山超高压变质岩分布广泛,变形程度差异很大,是研究大陆俯冲隧道中岩石变质-变形过程的理想地区。本文系统总结了前人对中大别双河... 详细信息

俯冲隧道是俯冲板片与上覆板块之间的剪切带,也是高压—超高压变质岩折返和深部流/熔体活动的通道。大别山超高压变质岩分布广泛,变形程度差异很大,是研究大陆俯冲隧道中岩石变质-变形过程的理想地区。本文系统总结了前人对中大别双河地区超高压变质岩的岩石学和年代学研究成果,在双河地区开展了地质填图、应变分析和三维构造重建。通过将超高压变质岩的变形特征与P-T-t轨迹结合,识别出超高压变质岩折返过程中的三期韧性变形。在双河北部发现了一个上盘向NW剪切的千米尺度的榴辉岩相鞘褶皱,枢纽向SE倾伏,倾伏角约20°,与榴辉岩、片岩和长英质片麻岩的拉伸线理平行,表明超高压变质岩初始折返阶段的流体活动使榴辉岩的强度显著降低,榴辉岩与围岩一起发生韧性变形。该期变形被角闪岩相退变质阶段上盘向NW的剪切叠加,此时应变集中于片麻岩、片岩、大理岩等非能干层,强度较高的榴辉岩成为构造透镜体。而绿片岩相变质阶段上盘向SE方向的剪切与早白垩世北大别花岗片麻岩穹隆的形成有关。对双河南部弱变形花岗片麻岩的锆石U-Pb定年揭示了757±14 Ma的原岩年龄和240~216 Ma的变质年龄,与双河北部含柯石英强变形花岗片麻岩类似,暗示其也经历了三叠纪超高压变质作用及随后的角闪岩相退变质作用。通过计算长英质片麻岩的有效黏度,发现无水碱长花岗片麻岩的有效黏度高于黑云斜长片麻岩,折返阶段的流体活动使超高压变质岩的强度显著降低,当局部的流体活动不足以弱化碱长花岗岩体时,应变集中于黑云斜长片麻岩。因此,大陆俯冲隧道中的应变分布受矿物组成、流体活动和岩体规模的共同影响。

关键词：大别山超高压变质岩俯冲隧道鞘褶皱有效黏度流体活动

希夏邦马峰地区含绿柱石花岗伟晶岩的地球化学及年代学研究

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岩石学报 2024年第5期40卷 1548-1564页

作者：杨雷贺一凡王佳敏侯康师田雨露成都理工大学地球科学学院行星科学国际研究中心成都610059 南京大学内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室南京210023 中国科学院地质与地球物理研究所岩石圈演化国家重点实验室北京100029

喜马拉雅淡色花岗岩是印度和欧亚板块碰撞造山过程中的重要产物,在造山带演化和高原隆升的相关研究中受到高度关注。近年来的研究发现其经历过高度结晶分异且与超大型锂-铍-铷-铯等稀有金属矿床紧密相关。本文报道了与希夏邦马峰淡色花... 详细信息

喜马拉雅淡色花岗岩是印度和欧亚板块碰撞造山过程中的重要产物,在造山带演化和高原隆升的相关研究中受到高度关注。近年来的研究发现其经历过高度结晶分异且与超大型锂-铍-铷-铯等稀有金属矿床紧密相关。本文报道了与希夏邦马峰淡色花岗岩相关的含绿柱石伟晶岩的矿物学、地球化学和年代学资料。这些伟晶岩中的绿柱石普遍呈自形,多数被包裹在长石和石英等主要造岩矿物中,显示出岩浆结晶的特点。矿物化学显示绿柱石的元素变化以通道-八面体替代和通道-四面体替代为主。希夏邦马伟晶岩中绿柱石地球化学组成与铍成矿伟晶岩中绿柱石相当,相对喜马拉雅锂成矿伟晶岩中的绿柱石具有更低的Li_(2)O、Cs_(2)O和Na/Li比,显示出寄主岩石以铍矿化为主。这与全岩地球化学显示的伟晶岩高铍低锂的特点相一致。除此之外,伟晶岩中铷、铯、锡等稀有金属元素也发生了明显的富集。伟晶岩中稀有金属元素与Rb/Sr比之间的强正相关性表明它们的富集主要受控于分离结晶作用。独居石U-Th-Pb年代学分析表明这些伟晶岩主要形成于ca.18~17Ma,与希夏邦马淡色花岗岩岩体的年龄相一致。同时,伟晶岩中的独居石还记录了ca.25~23Ma和ca.21Ma两期年龄,代表了区域上其他两期淡色花岗岩岩浆事件。在喜马拉雅中部地区,普遍发育这三个阶段的淡色花岗岩岩浆事件以及稀有金属成矿作用,进一步表明了淡色花岗岩的形成与分异演化对伟晶岩成矿的贡献。

关键词：喜马拉雅希夏邦马淡色花岗岩绿柱石分离结晶稀有金属成矿

江西松树岗花岗岩型铌钽矿床的成矿机制及找矿方向

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岩石学报 2024年第9期40卷 2786-2802页

作者：诸泽颖王汝成王登红李建康任建国自然资源部成矿作用与资源评价重点实验室中国地质科学院矿产资源研究所北京100037 南京大学内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室南京大学地球科学与工程学院南京210023 南京大学关键地球物质循环教育部前沿科学中心南京210023 江西赣锋锂业集团股份有限公司新余338004

江西松树岗花岗岩型铌钽矿床位于江西省上饶市葛源镇,不仅是华南最大花岗岩型钽矿床,同时还共伴生有铌、铷、锂、钨、锡等多金属。松树岗花岗岩型铌钽矿床近地表产出石英脉型钨锡矿,深部隐伏为花岗岩型铌钽矿床。花岗岩体具有垂向分带性... 详细信息

江西松树岗花岗岩型铌钽矿床位于江西省上饶市葛源镇,不仅是华南最大花岗岩型钽矿床,同时还共伴生有铌、铷、锂、钨、锡等多金属。松树岗花岗岩型铌钽矿床近地表产出石英脉型钨锡矿,深部隐伏为花岗岩型铌钽矿床。花岗岩体具有垂向分带性,深部为花岗岩主体黄玉钠长石花岗岩,垂向向上依次为云英岩化花岗岩、钾长石花岗岩以及似伟晶岩壳。花岗岩具有特征的“雪球结构”,斑晶为石英或钾长石。松树岗铌钽矿床岩体产出铌钽氧化物(包括铌铁矿、钽铁矿、锡锰钽矿等)、锆石、锡石以及黑钨矿。铌铁矿原位U-Pb定年结果显示成矿年龄约为130Ma。铌钽氧化物、锆石、锡石等副矿物常显示明显的核边结构,其中铌钽氧化物核部为铌铁矿,边部为钽铁矿和锡锰钽矿,记录岩体经历了明显的岩浆-热液多阶段成矿过程。松树岗花岗岩云母以铁锂云母为主,Li_(2)O含量为2.89%~4.29%。主体钠长石花岗岩中铁锂云母可分为片状铁锂云母(Znw1)和细粒铁锂云母(Znw2),其中片状铁锂云母(Znw1)同样具有环带结构,且环带主要由Rb含量变化导致。片状铁锂云母核部Rb 2O为0.9%~1.16%,边部Rb 2O含量升高,最高可达4.08%。细粒铁锂云母(Znw2)分布于基质中,含有较高的Ta含量(110×10^(-6))。云英岩中出现束状或放射状产出的铁锂云母(Znw3),具有较高的Sn含量(464×10^(-6))。片状铁锂云母核边结构记录岩浆演化过程,云英化花岗岩中的铁锂云母为热液成因。松树岗花岗岩型铌钽矿床是一个高演化稀有金属花岗岩,造岩矿物铁锂云母和副矿物铌钽氧化物记录岩体经历了岩浆到热液阶段演化的过程。地表石英脉型钨锡矿以及岩体中特征的“雪球结构”是重要的高演化稀有金属花岗岩重要的找矿标志。松树岗岩体位于著名的灵山杂岩体周围,灵山岩体的边缘仍然具有出露有类似稀有金属矿床的可能,需加大对区域稀有金属矿床的找矿勘查及理论研究力度。

关键词：铌钽矿床松树岗岩体花岗岩型成矿机制

川西甲基卡锂矿床伟晶岩结构分带及多期岩浆成矿作用

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地质学报 2024年第5期98卷 1358-1379页

作者：朱文斌许志琴林和丰周明召朱鋆悦靳文楷罗祥龙章荣清车旭东李广伟郑碧海内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室南京大学地球科学与工程学院南京大学大陆动力学研究院江苏南京210023

LCT(lithium-cesium-tantalum)伟晶岩的分带有两种形式,一种是单个伟晶岩脉的内部结构分带,这种伟晶岩脉通常体积巨大,内部结构显示出成分分带的特征,单一脉体中不同结构带中可能发育不同的稀有金属矿化带,例如新疆可可托海3号伟晶岩脉... 详细信息

LCT(lithium-cesium-tantalum)伟晶岩的分带有两种形式,一种是单个伟晶岩脉的内部结构分带,这种伟晶岩脉通常体积巨大,内部结构显示出成分分带的特征,单一脉体中不同结构带中可能发育不同的稀有金属矿化带,例如新疆可可托海3号伟晶岩脉;另一种分带性表现为伟晶岩和成矿系统的区域分带,通常以高分异的过铝质花岗岩为中心,围绕花岗岩数以百计的伟晶岩脉显示出不同的伟晶岩类型和矿化类型,越向外围,伟晶岩的演化程度越高。区域分带内的伟晶岩单个脉体的规模不大、内部分带性差、含矿性各不相同,甲基卡锂矿就是这一类伟晶岩矿床的典型代表。对甲基卡矿区伟晶岩的野外观察发现,含Be的9号脉、含Li的133号脉和含Nb、Ta的528号脉具有相对较好的内部结构分带性,而含Li的104号脉和308号脉的内部分带性则相对较差,推测与脉体内部多期岩浆-热液活动有关。甲基卡矿区伟晶岩脉的相互穿插现象说明,矿区存在多期次的岩浆与成矿作用。科学钻探在JSD-2和JSD-3两个钻孔中均发现含锂辉石的伟晶岩脉和细晶岩脉侵入在不含矿的马颈子花岗岩中,佐证了多期岩浆与成矿事件的存在。伟晶岩中不同矿物U-Pb定年结果表明,全区伟晶岩的形成至少有两期,分别发生在213~206 Ma和199~191 Ma。依据钻孔JSD-1的研究表明,岩浆由深至浅逐步向高分异方向演化。从下向上,花岗岩与伟晶岩同步演化,花岗岩依次出现黑云母花岗岩、含白云母的黑云母花岗岩、二云母花岗岩、白云母花岗岩和钠长石花岗岩,伟晶岩依次出现微斜长石型伟晶岩、微斜长石-钠长石型伟晶岩、钠长石型伟晶岩和钠长石-锂辉石型伟晶岩。根据不同深度伟晶岩的矿化特点,矿床的垂向分带大致划分如下:0~105 m的Li-Be-Nb-Ta矿化带;0~860 m的Be-Nb-Ta矿化带;0~1730 m的第一期Nb-Ta矿化带;1730~3170 m的无矿伟晶岩带;3170~3211 m的第二期Nb-Ta矿化带。

关键词：甲基卡内部分带区域分带伟晶岩成矿作用

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华南石炭纪中期白云岩地层分布及其形成模式

地质学报 2024年第2期98卷 346-362页

作者：宋英凡王向东李莹史宇坤胡科毅黄兴盛青怡要乐内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室关键地球物质循环前沿科学中心南京大学地球科学与工程学院江苏南京210023 现代古生物学和地层学国家重点实验室中国科学院南京地质古生物研究所江苏南京210008

石炭纪是地质演化历史上重要的时期,发生了全球规模的海西造山运动,晚古生代大冰期(LPIA)达到峰值,全球海平面频繁波动,导致古气候和古环境的剧烈变化。在华南,石炭纪中期,浅水碳酸盐岩台地相区广泛发育一套白云岩沉积。本文系统总结华... 详细信息

石炭纪是地质演化历史上重要的时期,发生了全球规模的海西造山运动,晚古生代大冰期(LPIA)达到峰值,全球海平面频繁波动,导致古气候和古环境的剧烈变化。在华南,石炭纪中期,浅水碳酸盐岩台地相区广泛发育一套白云岩沉积。本文系统总结华南3个主要碳酸盐台地内白云岩的厚度及时代,识别出白云岩时空分布的差异性。结合石炭纪中期全球气候环境特征,认为冰期兴盛引发了全球海平面下降,导致华南各沉积盆地形成利于白云岩化的环境,白云岩得以发育。而白云岩时空分布的差异性可能与各沉积盆地独特的构造演化以及不同成岩模式有关。中下扬子碳酸盐岩台地白云岩的形成模式主要为萨勃哈模式和成岩早期浅埋藏的渗透回流模式,形成相对较薄的白云岩沉积;中南部和西南部碳酸盐岩台地白云岩的形成模式为渗透回流模式,成岩规模较大,沉积较厚。

关键词：石炭纪中期白云岩时空分布古环境白云岩化模式

贵州半边街锗锌矿床锗的富集特征及其地质意义

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岩石学报 2024年第1期40卷 43-59页

作者：程涌周家喜孙国涛黄智龙云南大学地球科学学院云南省高校关键矿产成矿学重点实验室昆明650500 昆明冶金高等专科学校冶金与矿业学院昆明650033 云南省三江成矿作用及资源勘查利用重点实验室昆明650500 自然资源部三江成矿作用及资源勘查利用重点实验室昆明650500 贵州大学资源与环境工程学院贵阳550025 中国科学院地球化学研究所矿床地球化学国家重点实验室贵阳550081

锗(Ge)属于战略性关键矿产资源,是众多高新技术领域的重要原材料。Ge主要以共/伴生形式产出于Zn、Pb和Cu等热液贱金属矿床和煤矿床中,目前全球Ge资源主要来源于铅锌矿的副产品。近期取得较大找矿突破的半边街锌矿床(7.70Mt矿石,Zn平均品... 详细信息

锗(Ge)属于战略性关键矿产资源,是众多高新技术领域的重要原材料。Ge主要以共/伴生形式产出于Zn、Pb和Cu等热液贱金属矿床和煤矿床中,目前全球Ge资源主要来源于铅锌矿的副产品。近期取得较大找矿突破的半边街锌矿床(7.70Mt矿石,Zn平均品位5.1%)伴生有超大型规模的金属Ge(>900t@110×10^(-6)),然而Ge超常富集的机制不清。本次研究利用LA-ICPMS对闪锌矿进行了微区原位微量元素组成和Mapping分析,以揭示Ge等元素的富集特征、赋存状态和替代方式,探讨Ge的富集机制。分析结果表明,半边街矿床闪锌矿中高含量(平均值>100×10^(-6))微量元素有Fe、Pb、Ge和Cd等,较高含量(平均值100×10^(-6)~10×10^(-6))的有Mn、Ga、Sn和Tl,以及较低含量(平均值作用;Ge、Cd等稀散元素的共生分异制约了Ge的最终超常富集。因此,半边街矿床中Ge的超常富集是“源、运、聚”复杂过程多要素耦合作用的结果。

关键词：微量元素闪锌矿锗(Ge) 替代机制半边街锗锌矿床

锂的圈层循环与资源富集过程:从高原盐湖到造山带伟晶岩

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岩石学报 2024年第2期40卷 591-604页

作者：陈晨闫庆贺章荣清李庆宽姜禾禾刘海洋秦占杰张西营孙卫东中国科学院海洋研究所深海研究中心青岛266071 中国地质大学地质过程与矿产资源国家重点实验室北京100083 云南大学地球科学学院昆明650500 南京大学地球科学与工程学院内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室南京210023 中国科学院青海盐湖研究所青海省盐湖地质与环境重点实验室西宁810008 中国科学院地质与地球物理研究所岩石圈演化国家重点实验室北京100029

盐湖卤水型锂矿与富锂伟晶岩是目前最为主要的可利用锂资源,前者是经地表风化/高温水岩淋滤形成的水体通过蒸发作用浓缩而成的卤水,而后者被认为是陆表风化沉积物熔融产物经高演化形成的富锂硬岩。大陆地壳是此类表生物质循环最根本的物... 详细信息

盐湖卤水型锂矿与富锂伟晶岩是目前最为主要的可利用锂资源,前者是经地表风化/高温水岩淋滤形成的水体通过蒸发作用浓缩而成的卤水,而后者被认为是陆表风化沉积物熔融产物经高演化形成的富锂硬岩。大陆地壳是此类表生物质循环最根本的物源,因而探究富锂地壳的形成及其表生风化剥蚀对于理解盐湖与伟晶岩锂成矿至关重要。本文将从元素循环视角切入,结合内生高温-外生低温过程中锂的元素地球化学行为,梳理锂在俯冲带各圈层的循环过程,探讨富锂地壳的形成机制及其对高原盐湖与造山带伟晶岩锂资源发育的影响。研究发现:(1)俯冲板片对弧岩浆锂的物质贡献有限;(2)厚地壳环境下的弧岩浆具有更高的锂含量;(3)造山带富锂弧岩石的循环应是盐湖与伟晶岩锂成矿的重要控制因素。

关键词：锂循环盐湖 LCT伟晶岩造山地壳加厚大陆风化

活动大陆边缘岩浆作用及构造演化——以敦煌地块为例

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岩石学报 2024年第3期40卷 702-718页

作者：甘保平唐菊兴第五春荣西南交通大学地球科学与工程学院成都611756 中国地质科学院矿产资源研究所自然资源部成矿作用与资源评价重点实验室北京100037 西北大学大陆动力学国家重点实验室西北大学地质学系西安710069

大陆边缘弧是汇聚板块边界与俯冲有关的岩浆作用产物,通常记录了造山带弧岩浆作用、造山过程和大陆地壳形成与演化等诸多重要的地质过程。作为中亚造山带中段最南部的构造单元,敦煌地块为传统定义上具有早前寒武纪变质结晶基底的微陆块... 详细信息

大陆边缘弧是汇聚板块边界与俯冲有关的岩浆作用产物,通常记录了造山带弧岩浆作用、造山过程和大陆地壳形成与演化等诸多重要的地质过程。作为中亚造山带中段最南部的构造单元,敦煌地块为传统定义上具有早前寒武纪变质结晶基底的微陆块,其后在古生代时期经历了多期次、多阶段的与中亚造山带造山相关的构造热事件并使其发生再活化,进而产生了一系列广泛的弧岩浆-变质作用事件。然而,对于该陆块古生代弧岩浆作用机制和地壳构造演化历史缺乏系统的研究。本文综合近十多年来对敦煌地块的诸多最新研究进展,系统梳理了古生代岩浆岩岩石组合类型、年代格架、地球化学组成以及同时期变质-沉积构造热事件演化特征,得到以下认识:(1)敦煌地块古生代岩浆作用过程呈现阶段性特征,即幕式岩浆作用,构造位置上从东北部逐渐迁移到南部再折返到中部,大致可划分为五期:~510Ma、440~410Ma、390~360Ma、~330Ma和280~245Ma,而变质作用事件主要集中在450~360Ma;(2)古生代岩浆岩类型主要以钙碱性I型花岗岩、埃达克质岩石、少量S型花岗岩和高钾花岗岩为主,且岩石成分从寒武纪低钾拉斑系列逐渐转变为二叠纪高钾、富硅特征;(3)同位素地球化学特征表明,敦煌地块中-北部寒武纪-泥盆纪发育的与俯冲相关的弧岩浆对新生地壳的生长起了重要贡献,并伴随古老地壳再造事件;而南部泥盆纪-石炭纪岩浆作用则以古老地壳物质重熔为主;(4)基于埃达克质岩石的证据,敦煌地块在古生代时期经历了两次显著的地壳增厚事件,早期可能是与北山南部石板山地体/弧碰撞以及幔源岩浆底侵有关,而晚期可能是与俯冲板片后撤或回卷相关,地壳厚度可达~55km;(5)敦煌地块属于中亚造山带中段最南部一个具有前寒武纪基底的古老微陆块,后期卷入了古亚洲洋南向俯冲相关的造山事件使其被强烈破坏与改造。该微陆块作为古亚洲洋南部的活动大陆边缘弧,被与俯冲作用有关的阶段性弧岩浆底侵、部分熔融、增厚地壳和区域性变质作用等机制改造与活化,产生了阶段性侵位的陆缘弧岩浆作用。这些认识为探究中亚造山带微陆块的起源和造山带的构造演化提供新的约束。

关键词：大陆边缘弧幕式岩浆作用再活化地壳加厚敦煌地块中亚造山带