中国南方长江块西南部早二叠世三角洲系统及风化作用差异：碎屑锆石地质年代学与古地理重建的约束作用

埃迪卡拉纪伊朗Sanandaj–Sirjan带辉绿岩墙的U-Pb年代学及地球化学分析表明，552±10 Ma的岩浆活动与陆内拉张相关，支持冈瓦纳北缘扩展阶段。研究揭示了该区在埃迪卡拉纪的构造演化及岩浆源区特征。

法里巴·里亚哈伊（Fariba Riyahi）|纳希德·沙巴尼安（Nahid Shabanian）|阿里·雷扎·达武迪安（Ali Reza Davoudian）|董云鹏（Yunpeng Dong）

伊朗沙赫雷科德大学（Shahrekord University）自然资源与地球科学学院

摘要

埃迪卡拉纪（6.35–6.41亿年前）是地球历史上一个重要的转折时期，这一时期从罗迪尼亚大陆（Rodinia）的分裂到冈瓦纳大陆（Gondwana）的形成。位于冈瓦纳北部边缘的萨南达杰-西尔詹带（Sanandaj–Sirjan Zone，简称Sasz）记录了新元古代至寒武纪的地质事件（5.80–5.20亿年前）。关于该地区的埃迪卡拉纪构造环境存在争议，有人认为它是一个活跃的边缘带，伴有弧岩浆活动；也有人认为它是一个与大陆拉伸相关的被动裂谷环境。萨赫雷科德北部变质岩复合体（North Shahrekord Metamorphic Complex）主要由变质基性岩体构成。侵入该复合体的辉绿岩脉对于重建冈瓦纳北部边缘的构造演化具有重要意义。通过对辉绿岩脉中的锆石进行U-Pb测年，得到其年龄为5.52±10百万年，表明这些岩体形成于埃迪卡拉纪，代表了当时的一个重要拉伸事件。地球化学分析显示，这些岩体的岩浆成分属于亚碱性至碱性类型，具有较高的TiO₂（1.15%至3.45%）和Mg#（51.35%至66.94%）含量。原始地幔元素的分布特征显示LILE（Ba、Sr、K）和HFSE（Nb、Ta、Ti）元素富集，这表明岩浆可能来源于洋岛玄武岩（Ocean Island Basalt，OIB）或富集的中洋脊玄武岩（Enriched Mid-Ocean Ridge Basalt，E-MORB）。这些岩浆可能来源于软流圈和岩石圈地幔的混合体，同时含有少量地壳物质和板块相关物质，这与板内或大陆裂谷环境相符。因此，在约5.52亿年前，萨南达杰-西尔詹带正处于大陆内部的裂谷构造过程中。

引言

地球板块的扩张主要发生在中洋脊系统和大陆裂谷带内部。理解板块的扩张机制是理解全球板块构造的基础。板块拉伸的主要驱动力包括板块拉扯、洋脊推力和岩石圈-软流圈边界处的牵引作用，这些力量会导致岩石圈变薄，最终可能引发板块分裂（Ebinger等人，2013年；Pagli等人，2015年）。

大陆岩石圈的变薄是形成多种地质构造环境的关键过程，包括大陆裂谷、裂谷边缘、弧后盆地等（Cloetingh等人，2013年）。

大陆裂谷通常标志着大陆分裂的初始阶段以及威尔逊循环（Wilson Cycle）的开始（Wilson，1989年）。大陆岩石圈变薄涉及多种机制，如构造拉伸、热作用导致的岩石圈减薄以及地幔与岩石圈的分离（Tugend等人，2024年）。深部地幔的成分不均匀性及其相关的地质动力学过程体现在大陆内部的玄武岩岩浆活动中（例如Foley，1992年；McBride等人，2001年；Ingle等人，2004年）。随着拉伸和变薄的进一步加剧，上升的软流圈熔融程度增加，从而产生更多的熔融物质，使得玄武岩成分更加复杂（Mayle和Harry，2023年）。因此，大陆内部的玄武岩通常具有从贫硅碱性玄武岩到富硅的玄武岩的广泛成分范围（例如Zhou等人，2024年），这些岩浆主要表现为玄武岩火山作用（Wilson，1989年）和辉绿岩脉群（Willan和Kelley，1999年）。辉绿岩脉的形成是由于地幔岩浆向上运动并在通道中结晶所致。

大陆裂谷的成熟程度各不相同，从单纯的大陆拉伸到海底扩张的开始阶段都有。未能完成扩张的大陆裂谷会作为地质遗迹残留在大陆内部，这表明存在压缩力（Stein等人，2018年；Stein等人，2022年；Elling和Stein，2022年）。所有造山作用阶段都始于大陆裂谷的形成。因此，这种构造现象在地球演化过程中始终存在且普遍存在。伊朗包含多个微板块，这些微板块从形成至今经历了不同的造山过程。

地球构造史上最活跃的时期之一发生在6.35–5.41亿年前的埃迪卡拉纪，这一时期见证了超级大陆罗迪尼亚的分裂以及新元古代至显生代期间冈瓦纳大陆的逐渐形成（Li等人，2008年；Stern，1994年）。萨南达杰-西尔詹带（Sanzandaj–Sirjan Zone，简称Sasz）位于阿拉伯板块和欧亚板块的分界处。该地区保存了完整的埃迪卡拉纪至寒武纪基底岩石，为研究冈瓦纳早期构造提供了理想的条件，类似于冈瓦纳其他边缘地区（例如Malek-Mahmoudi等人，2017年；Davoudian等人，2022年；Bendokht等人，2023年；Moradi等人，2022年；Nouri等人，2022年）。因此，通过研究埃迪卡拉纪期间Sasz的地质动力学演化，可以重建冈瓦纳北部边缘的古地理情况。

然而，关于Sasz基底火成岩和沉积岩的构造环境仍存在争议，有人认为其属于碰撞后环境（例如Bendokht等人，2023年），有人认为与弧岩浆活动有关（例如Davoudian等人，2022年；Bendokht等人，2021年；Moradi等人，2022a；Badr等人，2018年；Hashemi等人，2024年），还有人认为属于弧后盆地环境（Hashemi等人，2024年；Moradian等人，2023年；Malek-Mahmoudi等人，2017年）。

对于晚新元古代至早古生代期间Sasz地区岩浆活动的构造模型有两种假说：a) 在冈瓦纳下方普罗特提斯洋（Pro-Tethys Ocean）俯冲过程中，由于压缩构造作用，引发了广泛的钙碱性长英质岩浆活动（5.80–5.00亿年前：Bendokht等人，2023年；Davoudian等人，2022年；Moradi等人，2022b；Bendokht等人，2021年；Shabanian等人，2018年；Badr等人，2018年）；b) 与大陆拉伸相关的岩浆活动导致了基性岩脉和火山岩的形成（例如Hashemi等人，2024年；Horton等人，2008年）。由于缺乏基性岩浆的精确年龄数据，这两种地质动力学假说尚未得到明确区分。

总体而言，辉绿岩脉群被认为是大陆拉伸的标志，通常形成于裂谷和岩石圈变薄阶段（Ernst等人，2004年）。

伊朗西南部萨南达杰-西尔詹带中部的北沙赫雷科德变质岩复合体（North Shahrekord Metamorphic Complex，NSMC）包含了大量的变质基性岩体和辉绿岩脉。确定这些辉绿岩脉的形成时间和地球化学来源对于理解埃迪卡拉纪的裂谷过程至关重要。

本文旨在研究该地区的新元古代岩浆活动，重点探讨其形成机制、起源及其在冈瓦纳北部边缘的地质动力学背景。同时，我们分析了NSMC中辉绿岩脉的锆石U-Pb年龄、矿物成分及全岩地球化学特征，并将新获得的数据与现有文献进行对比，以全面了解这些现象及其对冈瓦纳边缘演化的影响。

地质背景

萨南达杰-西尔詹带（Sanzandaj–Sirjan Zone，简称Sasz）从西北向东南延伸，长度约为1500公里，宽度为150–200公里，是扎格罗斯造山带（Zagros orogen）的变质/岩浆核心区域（图1）。它被乌鲁米耶-多克塔尔岩浆带（Urumieh-Dokhtar magmatic belt，UDMB）和扎格罗斯褶皱-逆冲带（Zagros fold-thrust belt）分别从东北和西南方向包围（Alavi，2004年）。Sasz与扎格罗斯褶皱-逆冲带平行分布，并通过蛇绿岩序列（例如克尔曼沙赫地区）与之分隔开来。

岩石学特征

岩浆岩石的显微结构包括晶间相、间隙相、蛇绿岩相和亚蛇绿岩相（图4a）。岩石学观察表明，中程度变质作用和变形对其影响较小。

岩石的主要矿物成分包括斜长石（约30–35%）、单斜辉石（约20%–25%）和角闪石（约15%–25%）。根据石英-碱性长石-斜长石（Quartz-Alkali feldspar-plagioclase，QAP）图（Streckeisen，1974年），样品被归类到相应的矿物组合中。

锆石U-Pb测年

从约2公斤的样品中提取了120颗锆石，使用Wilfley分离器、磁选器和重液法进行了分离；这项工作在中国西北大学的“大陆演化与早期生命国家重点实验室”（State Key Laboratory of Continental Evolution and Early Life）完成。通过双筒显微镜手动挑选出最优质的锆石颗粒，并将其分散在环氧树脂中，以确保没有因大小或形状造成的选择偏倚。

辉石成分

单斜辉石的电子探针分析结果见补充表1。单斜辉石的Al₂O₃含量为3.94%至4.20%，CaO含量极低（20.84%至20.17%）。Mg#、Al⁴+和Al⁶+的含量分别为0.78%至0.84%、0.128%至0.162（原子分数单位）和0.014%至0.056（原子分数单位）。根据Al与Ti+Cr+Na的关系图（Berger等人，2005年），所有单斜辉石均具有火成岩特征（补充图2a）。

辉绿岩的结晶年龄

除了锆石中的主要元素Zr外，其他微量元素（U、Th、Hf和稀土元素REE）也会影响其结构。这些元素有助于确定岩浆成分、锆石晶体的来源及岩浆演化过程（例如Gagnevin等人，2010年；Fu等人，2009年；Hoskin和Schaltegger，2003年；Hoskin和Ireland，2000年；Bea，1996年；Sawka，1988年）。

大多数锆石中的Ti和Ce含量分别为<75 ppm和50 ppm（部分样品除外）。Nb和Ta的含量也有相应变化。

结论

对伊朗萨南达杰-西尔詹带（Sanzandaj–Sirjan Zone）辉绿岩的地球化学、岩石学和地质年代学研究得出了以下结论：

辉绿岩脉中锆石的U-Pb测年结果显示其平均年龄为5.52±10百万年，表明它们形成于新元古代，与全球范围内的碱性岩浆活动同期。

这些辉绿岩形成于大陆裂谷环境中。

这些岩石中含有继承自古老地壳的锆石，表明它们起源于较古老的地壳。

未引用的参考文献

Agard等人，2005年；Azizi等人，2001年；Elling等人，2022年；Gholipour等人，2022年；Hoskin，2005年；Leake等人，1997年；Piper，2009年；Ross和Bédard，2009年；Stöcklin，1968年；Xie和Zhang，1990年。

CRediT作者贡献声明

法里巴·里亚哈伊（Fariba Riyahi）：负责撰写、审稿与编辑、原始草稿的撰写、数据可视化、方法论设计、实验设计、数据分析、概念框架的构建。

纳希德·沙巴尼安（Nahid Shabanian）：负责撰写、审稿与编辑、原始草稿的撰写、数据可视化、结果验证、项目监督、方法论设计、实验设计、数据分析、概念框架的构建。

阿里·雷扎·达武迪安（Ali Reza Davoudian）：负责撰写、审稿与编辑、原始草稿的撰写、数据可视化、结果验证。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。

致谢

本文是法里巴·里亚哈伊（Fariba Riyahi Samani）博士论文的一部分。作者感谢沙赫雷科德大学（Shahrekord University）的自然资源与地球科学学院以及中国西北大学（Northwest University）的“大陆演化与早期生命国家重点实验室”（State Key Laboratory of Continental Evolution and Early Life）在野外工作和部分实验室分析方面提供的支持。同时，我们也感谢西北大学“大陆演化与早期生命国家重点实验室”的Neda Tavakoli博士及其团队所给予的帮助。