The Central Asian Orogenic Belt contains many Precambrian crustal fragments whose origin is unknown, and previous speculations suggested these to be derived from either Siberia, Tarim or northern Gondwana. We present an age pattern for detrital and xenocrystic zircons from Neoproterozoic to Palaeozoic arc and microcontinental terranes in Mongolia and compare this with patterns for Precambrian rocks in southern Siberia, the North China craton, the Tarim craton and northeastern Gondwana in order to define the most likely source region for the Mongolian zircons. Our data were obtained by SHRIMP II, LA-ICP-MS and single zircon evaporation and predominantly represent arc-related low-grade volcanic rocks and clastic sediments but also accretionary wedges and ophiolitic environments. The Mongolian pattern is dominated by zircons in the age range ca. 350–600 and 700–1020 Ma as well as minor peaks between ca. 1240 and 2570 Ma. The youngest group reflects cannibalistic reworking of the Palaeozoic arc terranes, whereas the Neoproterozoic to late Mesoproterozoic peak reflects both reworking of the arc terranes as well as Neoproterozoic rifting and a Grenville-age crust-formation event. The 700–1020 Ma peak does not exist in the age spectra of the Siberian and North China cratons and thus effectively rules out these basement blocks as potential source areas for the Mongolian zircons. The best agreement is with the Tarim craton where a major Grenville-age orogenic event and early Neoproterozoic rifting have been identified. The age spectra also do not entirely exclude northeastern Gondwana as a source for the Mongolian zircons, but here the Neoproterozoic age peak is related to the Pan-African orogeny, and a minor Grenville-age peak may reflect a controversial orogenic event in NW India. Our Mongolian detrital and xenocrystic age spectrum suggests that the Tarim craton was the main source, and we favour a tectonic scenario similar to the present southwestern Pacific where fragments of Australia are rifted off and become incorporated into the Indonesian arc and microcontinent amalgamation that will evolve into a future orogenic belt.

The complete evolutionary process of orogenesis can be deciphered by studying metamorphic rocks at middle and lower crustal depths of orogens. Recent studies have suggested that granulite-facies metamorphic rocks in the Paleoproterozoic Jiao–Liao–Ji orogenic belt experienced clockwise pressure–temperature (p–T) paths. However, due to the effects of high temperature, the prograde metamorphic processes are poorly constrained. The question could be solved by studying the Barrovian series rocks, because some garnet growth zoning has been preserved in the lower grade rocks. A Barrovian series from garnet to kyanite-sillimanite zones has been recognized in the Liaodong Peninsula. Based on petrology and mineral chemistry, each metamorphic rocks in metamorphic zone are divided into prograde, peak, and retrograde metamorphic stages. Pseudosection modelling constrains the peak metamorphic conditions at ~568°C and ~5.8 kbar for the garnet zone, ~585°C and ~6 kbar for the staurolite zone, and ~670°C and ~8.2 kbar for the kyanite-sillimanite zone. All Barrovian series rocks have clockwise p–T paths, implying crustal thickening during prograde metamorphism. LA-ICP-MS monazite and zircon U–Pb dating suggest that peak Barrovian metamorphism occurred at ca. 1.92–1.91 Ga. Combining our results of the Barrovian series with studies on granulite-facies metamorphic rocks, we suggest that the Jiao–Liao–Ji belt experienced crustal thickening from 1.95 to 1.90 Ga, inducing Barrovian metamorphism and granulite-facies metamorphism in the middle and lower crust, respectively. Subsequently, rocks located at the different crustal levels were exhumed during post-orogenic extension.

The Dabate deposit in the West Tianshan Orogenic Belt is a large porphyry Mo-Cu deposit with obvious zoning feature. The Dabate pluton is closely related to mineralization associated with the rhyolite and granite porphyries. Copper (Cu) mineralization occurs on the margin of the rhyolite porphyry, and molybdenum (Mo) mineralization occurs in the interior of the rhyolite porphyry. Petrology, zircon U-Pb isotopic data, whole-rock geochemistry, and Sr-Nb-Hf-Pb isotopic data of the rhyolite and granite porphyries in the Dabate Mo-Cu mining zone and to discuss the properties, sources, evolution, and tectonic environment of the magma. Zircon U-Pb age dating shows that the rhyolite porphyry and granite porphyry were formed in 300.1 ± 1.3 Ma and 290.4 ± 5.2 Ma, respectively, and they are geochemically similar. Both are characterized by negative Eu anomalies (δEu = 0.09–0.15 and 0.10–0.11, respectively) and are slightly rich in light rare earth elements (LREE) but depleted in high-field-strength elements (HFSE), which indicates that they are both A2 type granites that underwent high differentiation. The Sr isotope (ISr) values for the rhyolite and granite porphyries range from 0.70564 to 0.70658 and 0.70833–0.70954, respectively. The Nd isotopic composition [εNd(t)] values for both are negative but close to zero (−0.25 to −0.46 and −0.65 to −1.10, respectively), and the two-stage depleted mantle Nd model ages (TDM2(Nd)) are 1.07–1.10 Ga and 1.11–1.14 Ga, respectively. Zircon εHf(t) values are 7.29–11.97 and 6.26–11.08 for rhyolite porphyry and granite porphyry, respectively, and the two-stage Hf model ages (TDM2(Hf)) are 550–848 Ma and 605–916 Ma, respectively. The initial Pb isotope ratios for the rhyolite and granite porphyry are close at (206Pb/204Pb)i = 18.26–18.65, (207Pb/204Pb)i = 15.54–15.64, and (208Pb/204Pb)i = 38.19–38.57. These results indicate that the two porphyries have a mixed source, likely originating from the partial melting of mantle blended with some recently formed lower crust material. The geochronology, geochemistry, and Sr-Nd-Hf-Pb isotope data of existing intrusions in the West Tianshan imply that the Late Carboniferous to Early Permian Dabate area was underplated in a post-collisional extensional setting, and A2-type granite intrusions with related Mo-Cu mineralization were formed.