皮德拉阿尔塔地块（乌拉圭）的地球化学特征：对拉普拉塔克拉通地质演化的启示

《Journal of South American Earth Sciences》：Geochemical Insights of the Piedra Alta Terrane (Uruguay), Río de la Plata Craton: Implications in its Geological Evolution

Piedra Alta Terrane (PAT)的岩石地球化学分析显示其经历从海弧到大陆弧的演化，包含五个构造-岩浆阶段，揭示地壳增厚与克拉通化过程。

　　在乌拉圭的地质构造中，Piedra Alta Terrane（PAT）作为Río de la Plata Craton（RPC）的重要组成部分，具有重要的研究价值。PAT记录了复杂的构造-岩浆演化过程，对于理解该地区的地质演变具有关键意义。本研究首次对PAT进行了整岩地球化学的系统分析，基于281个样本的综合数据集（包括片岩、片麻岩、变质火山岩及与其主要岩石学领域相关的侵入体），以阐明其构造-岩浆演化路径。PAT通常被描述为由一个基底（Casupá Complex）、三个低至中等变质程度的火山-沉积带（北带、中带、南带）以及多种侵入岩系组成。南带的片岩和Casupá Complex的岩石显示出类似洋中脊玄武岩（MORB）的地球化学特征，暗示其形成于年轻的洋内弧或后弧环境。相比之下，中带的片岩则表现出钙碱性特征，并伴随负的Nb-Ta异常，这与受俯冲作用影响的成熟弧岩浆活动相一致。正片麻岩的地球化学特征则显示出从北到南的弧成熟度增加趋势。在北侧，它们反映了较薄的岩壳，具有斜长石主导的分异特征，伴随负的Eu异常；而在南侧，它们表现出TTG（长英质）特征，表明厚化的弧岩壳在岩浆生成中发挥了作用，具有较高的Sr/Y比值（20至40之间）和La/Yb比值（高达147）。中带和北带的变质火山岩记录了双峰式岩浆活动，基本单元（SiO? = 48–55%）表现出弧-玄武岩趋势，而酸性单元（SiO? = 61–79%）则显示出高钾钙碱性特征，具有轻稀土元素富集和地壳混染的特征。碰撞后的侵入作用（如Soca花岗岩）则标志着晚期A型岩浆活动，与伸展构造相关。这些发现支持PAT经历了五个阶段的构造-岩浆演化：（1）洋内俯冲的开始（约22亿年）；（2）弧成熟和地壳增厚（21.5至21.0亿年）；（3）增生和碰撞（21.0至20.5亿年）；（4）碰撞后的稳定期（20.9至20亿年）；以及（5）Statherian伸展和随后的克拉通化（晚于17.8亿年）。PAT的地球化学多样性反映了其从年轻的洋内弧向大陆边缘环境的逐步演化，最终稳定为Río de la Plata克拉通中的一个坚硬构造块。这项研究强调了进一步多学科研究的必要性，以解决有关俯冲极性、弧-大陆碰撞以及该地区详细构造历史的未解问题。

PAT是乌拉圭前寒武纪基底的重要组成部分，主要出露于该国南部，覆盖了约32%的国土面积（图1）。它也在东北部的两个受限区域，即Islas Cristalinas de Rivera和Aceguá出露（Preciozzi等，1985；Cordani和Soliani，1990；Quadros等，2002；Oriolo等，2016a，b，及其他）。这一基底由多种火成和变质岩组成，这些岩石是在不同性质和年龄的构造块融合过程中形成的（Caorsi和Go?i，1958；Masquelin，2006；Sánchez Bettucci等，2010；Oyhant?abal等，2011；Nú?ez Demarco等，2018，2020；Basei等，2024，及其他）。其中，一个构造块就是由Bossi等（1993）定义的Piedra Alta Terrane，它是Río de la Plata克拉通的关键元素。

PAT的结构特征包括：i）由花岗岩、片麻岩和片岩组成的基底；ii）三个低至中等变质程度的火山-沉积带，主要呈东西向构造趋势，位于出露区域的北、中、南部分；iii）多种侵入岩；iv）Statherian伸展岩浆活动，表现为基性岩墙群；以及v）Mesoproterozoic的辉长岩岩墙，仅限于最南部区域。尽管PAT具有重要的地质意义，但以往的研究主要集中在少数知名单元上，导致该构造块的大部分区域缺乏详细的地质记录。与乌拉圭其他构造块相比，PAT面临独特的研究挑战。研究和测绘的不足主要归因于岩石的性质（主要为花岗岩类和片麻岩），这些岩石具有不同程度的变形和变质作用，使得单元划分变得复杂。此外，高度的风化作用、相对平滑的地形以及广泛的土壤覆盖阻碍了岩石的暴露，掩盖了构造关系。不同的地层命名方式，其中一些作者对次要单元赋予了多个名称，且名称随着模型或构造解释的变化而演变，进一步加剧了PAT地质研究的复杂性，即使对于本地地质学家也是如此。然而，理解PAT仍然是重建乌拉圭复杂地质历史的关键，这一历史从太古代延续到第四纪，而Río de la Plata克拉通则是乌拉圭基底岩石的重要组成部分。

以往的研究（Hart，1966；Umpierre和Halpern，1971；Medina，1988；Preciozzi和Bourne，1992，1993；Cingolani等，1997；Preciozzi等，1999；Preciozzi和Peel，2005；Peel和Preciozzi，2006；Pamoukaghlian等，2017；Basei等，2024，及其他）主要集中在地质年代学方面，通过K-Ar、Ar-Ar、Rb-Sr、Pb-Pb和U-Pb等方法，获得了近125个年代测定结果。然而，许多研究重复地针对同一侵入体，例如Soca花岗岩已被进行了七次不同的年代测定（锆石U-Pb），结果却几乎一致（Basei等，2024，及其他）。然而，尚未进行系统性的岩石学、地球化学和高分辨率地质图研究，以阐明PAT的地质历史。因此，大多数关于其形成和演化的模型几乎完全依赖于这些地质年代学和同位素数据（锆石中的Sr、Nd、Hf），这些数据主要来自火成侵入岩，这些侵入岩被安置在变质火山-沉积序列中，而对变质火山岩本身的研究则较少。同时，结晶基底仍然缺乏详细的特征描述。

为了解决这些信息缺口，本研究通过广泛的地球化学分析，提供了一种新的视角来理解PAT的地质演化。我们利用了多年来收集的237个整岩分析数据（主要元素、微量元素和稀土元素），这些数据主要来自于2004至2015年对PAT的持续研究。岩石样品在ALS Global、BureauVeritas和ActLabs进行分析，遵循标准化程序和国际质量控制协议。数据集还包括45个来自已发表研究的整岩分析数据（主要元素、微量元素和稀土元素），如Oyhant?abal等（1998）、Pascale（2013）等。通过整合这些数据，我们旨在揭示塑造PAT的地质过程，从而深化对RPC的理解。

在本研究中，我们分别展示了PAT中不同岩石类型的岩石化学特征。这种方法旨在对每种岩石类型进行详细的描述，考虑到其在不同岩石-构造域中的地球化学变化。通过这样的分析，我们可以识别出不同岩石类型在不同构造域中的地球化学特征，从而更好地理解其成因和构造环境。例如，南带的片岩显示出类似洋中脊玄武岩（MORB）的地球化学特征，表明其形成于年轻的洋内弧或后弧环境。这些岩石的La/Yb比值为0.16至0.58，Nb/Yb比值小于1，这些特征与海洋性岩浆活动密切相关。相比之下，中带的片岩则表现出钙碱性特征，并伴随负的Nb-Ta异常，这与受俯冲作用影响的成熟弧岩浆活动相一致。正片麻岩的地球化学特征则显示出从北到南的弧成熟度增加趋势。在北侧，这些岩石反映了较薄的岩壳，具有斜长石主导的分异特征，伴随负的Eu异常；而在南侧，它们表现出TTG特征，表明厚化的弧岩壳在岩浆生成中发挥了作用，具有较高的Sr/Y比值（20至40之间）和La/Yb比值（高达147）。中带和北带的变质火山岩记录了双峰式岩浆活动，基本单元（SiO? = 48–55%）表现出弧-玄武岩趋势，而酸性单元（SiO? = 61–79%）则显示出高钾钙碱性特征，具有轻稀土元素富集和地壳混染的特征。碰撞后的侵入作用（如Soca花岗岩）则标志着晚期A型岩浆活动，与伸展构造相关。这些发现支持PAT经历了五个阶段的构造-岩浆演化：（1）洋内俯冲的开始（约22亿年）；（2）弧成熟和地壳增厚（21.5至21.0亿年）；（3）增生和碰撞（21.0至20.5亿年）；（4）碰撞后的稳定期（20.9至20亿年）；以及（5）Statherian伸展和随后的克拉通化（晚于17.8亿年）。PAT的地球化学多样性反映了其从年轻的洋内弧向大陆边缘环境的逐步演化，最终稳定为Río de la Plata克拉通中的一个坚硬构造块。这项研究强调了进一步多学科研究的必要性，以解决有关俯冲极性、弧-大陆碰撞以及该地区详细构造历史的未解问题。

此外，本研究还整合了PAT的同位素和地质年代学信息，为确定其主要的岩浆、变质和变形事件提供了坚实的时空框架。通过U-Pb在锆石中的同位素测定和Sm-Nd、Rb-Sr在整岩中的同位素分析，我们能够构建出PAT的演化过程。这一框架揭示了不同岩石类型在不同构造域中的地球化学特征，有助于理解其成因和构造环境。例如，南带的片岩显示出类似洋中脊玄武岩（MORB）的地球化学特征，表明其形成于年轻的洋内弧或后弧环境。这些岩石的La/Yb比值为0.16至0.58，Nb/Yb比值小于1，这些特征与海洋性岩浆活动密切相关。相比之下，中带的片岩则表现出钙碱性特征，并伴随负的Nb-Ta异常，这与受俯冲作用影响的成熟弧岩浆活动相一致。正片麻岩的地球化学特征则显示出从北到南的弧成熟度增加趋势。在北侧，这些岩石反映了较薄的岩壳，具有斜长石主导的分异特征，伴随负的Eu异常；而在南侧，它们表现出TTG特征，表明厚化的弧岩壳在岩浆生成中发挥了作用，具有较高的Sr/Y比值（20至40之间）和La/Yb比值（高达147）。中带和北带的变质火山岩记录了双峰式岩浆活动，基本单元（SiO? = 48–55%）表现出弧-玄武岩趋势，而酸性单元（SiO? = 61–79%）则显示出高钾钙碱性特征，具有轻稀土元素富集和地壳混染的特征。碰撞后的侵入作用（如Soca花岗岩）则标志着晚期A型岩浆活动，与伸展构造相关。这些发现支持PAT经历了五个阶段的构造-岩浆演化：（1）洋内俯冲的开始（约22亿年）；（2）弧成熟和地壳增厚（21.5至21.0亿年）；（3）增生和碰撞（21.0至20.5亿年）；（4）碰撞后的稳定期（20.9至20亿年）；以及（5）Statherian伸展和随后的克拉通化（晚于17.8亿年）。PAT的地球化学多样性反映了其从年轻的洋内弧向大陆边缘环境的逐步演化，最终稳定为Río de la Plata克拉通中的一个坚硬构造块。这项研究强调了进一步多学科研究的必要性，以解决有关俯冲极性、弧-大陆碰撞以及该地区详细构造历史的未解问题。

本研究还探讨了PAT的构造环境模型，分析了不同作者如何基于地球化学、结构和地质年代学证据将其置于扩展或汇聚的构造框架中。Bossi等（1996）基于San José Formation的地球化学分析，记录了从某种岩浆活动向另一种岩浆活动的转变。其他研究者则提出了不同的解释，例如某些研究认为PAT形成于大陆边缘的构造环境，而另一些则认为其形成于扩展构造环境。这些不同的模型反映了对PAT演化路径的多种理解，同时也揭示了其在不同地质时期可能经历的构造变化。此外，研究还指出，PAT的构造演化可能受到多个构造事件的影响，包括洋内俯冲、弧成熟、碰撞、稳定和伸展，这些事件共同塑造了PAT的地质特征。通过整合这些信息，我们可以更全面地理解PAT的形成和演化过程，以及其在整个Río de la Plata克拉通中的位置。

在方法论方面，本研究采用了系统性的岩石学、地球化学和地质图分析方法，以揭示PAT的地质历史。我们收集了237个整岩分析数据（主要元素、微量元素和稀土元素），这些数据主要来自于2004至2015年对PAT的持续研究。岩石样品在ALS Global、BureauVeritas和ActLabs进行分析，遵循标准化程序和国际质量控制协议。数据集还包括45个来自已发表研究的整岩分析数据，如Oyhant?abal等（1998）、Pascale（2013）等。通过这些数据，我们能够识别出不同岩石类型在不同构造域中的地球化学特征，从而更好地理解其成因和构造环境。此外，我们还分析了PAT的同位素和地质年代学信息，以确定其主要的岩浆、变质和变形事件。这些信息为构建PAT的演化模型提供了坚实的时空框架，使得我们能够更清晰地理解其形成和演化过程。

研究结果表明，PAT的岩石化学特征在不同构造域中呈现出显著的差异。这些差异不仅反映了其形成环境的变化，也揭示了其在不同地质时期可能经历的构造活动。例如，南带的片岩显示出类似洋中脊玄武岩（MORB）的地球化学特征，表明其形成于年轻的洋内弧或后弧环境。相比之下，中带的片岩则表现出钙碱性特征，并伴随负的Nb-Ta异常，这与受俯冲作用影响的成熟弧岩浆活动相一致。正片麻岩的地球化学特征则显示出从北到南的弧成熟度增加趋势。在北侧，这些岩石反映了较薄的岩壳，具有斜长石主导的分异特征，伴随负的Eu异常；而在南侧，它们表现出TTG特征，表明厚化的弧岩壳在岩浆生成中发挥了作用，具有较高的Sr/Y比值（20至40之间）和La/Yb比值（高达147）。中带和北带的变质火山岩记录了双峰式岩浆活动，基本单元（SiO? = 48–55%）表现出弧-玄武岩趋势，而酸性单元（SiO? = 61–79%）则显示出高钾钙碱性特征，具有轻稀土元素富集和地壳混染的特征。碰撞后的侵入作用（如Soca花岗岩）则标志着晚期A型岩浆活动，与伸展构造相关。这些发现支持PAT经历了五个阶段的构造-岩浆演化：（1）洋内俯冲的开始（约22亿年）；（2）弧成熟和地壳增厚（21.5至21.0亿年）；（3）增生和碰撞（21.0至20.5亿年）；（4）碰撞后的稳定期（20.9至20亿年）；以及（5）Statherian伸展和随后的克拉通化（晚于17.8亿年）。PAT的地球化学多样性反映了其从年轻的洋内弧向大陆边缘环境的逐步演化，最终稳定为Río de la Plata克拉通中的一个坚硬构造块。这项研究强调了进一步多学科研究的必要性，以解决有关俯冲极性、弧-大陆碰撞以及该地区详细构造历史的未解问题。

研究还指出，PAT的岩石化学特征与不同构造域中的地质环境密切相关。例如，南带的片岩显示出类似洋中脊玄武岩（MORB）的地球化学特征，表明其形成于年轻的洋内弧或后弧环境。这些岩石的La/Yb比值为0.16至0.58，Nb/Yb比值小于1，这些特征与海洋性岩浆活动密切相关。相比之下，中带的片岩则表现出钙碱性特征，并伴随负的Nb-Ta异常，这与受俯冲作用影响的成熟弧岩浆活动相一致。正片麻岩的地球化学特征则显示出从北到南的弧成熟度增加趋势。在北侧，这些岩石反映了较薄的岩壳，具有斜长石主导的分异特征，伴随负的Eu异常；而在南侧，它们表现出TTG特征，表明厚化的弧岩壳在岩浆生成中发挥了作用，具有较高的Sr/Y比值（20至40之间）和La/Yb比值（高达147）。中带和北带的变质火山岩记录了双峰式岩浆活动，基本单元（SiO? = 48–55%）表现出弧-玄武岩趋势，而酸性单元（SiO? = 61–79%）则显示出高钾钙碱性特征，具有轻稀土元素富集和地壳混染的特征。碰撞后的侵入作用（如Soca花岗岩）则标志着晚期A型岩浆活动，与伸展构造相关。这些发现支持PAT经历了五个阶段的构造-岩浆演化：（1）洋内俯冲的开始（约22亿年）；（2）弧成熟和地壳增厚（21.5至21.0亿年）；（3）增生和碰撞（21.0至20.5亿年）；（4）碰撞后的稳定期（20.9至20亿年）；以及（5）Statherian伸展和随后的克拉通化（晚于17.8亿年）。PAT的地球化学多样性反映了其从年轻的洋内弧向大陆边缘环境的逐步演化，最终稳定为Río de la Plata克拉通中的一个坚硬构造块。这项研究强调了进一步多学科研究的必要性，以解决有关俯冲极性、弧-大陆碰撞以及该地区详细构造历史的未解问题。

综上所述，PAT的地球化学特征不仅揭示了其在不同构造域中的演化路径，还反映了其在不同地质时期可能经历的构造活动。这些发现为理解Río de la Plata克拉通的形成和演化提供了重要的依据，同时也为乌拉圭前寒武纪基底的研究提供了新的视角。PAT的岩石化学特征与不同构造环境密切相关，表明其可能经历了从洋内俯冲到成熟弧再到大陆边缘环境的复杂演化过程。这些演化过程不仅影响了PAT的岩石组成，还对其构造结构产生了深远的影响。因此，对PAT的深入研究不仅有助于理解其自身的地质历史，还能够为整个Río de la Plata克拉通的构造演化提供新的见解。同时，这项研究也强调了进一步多学科研究的必要性，以解决有关俯冲极性、弧-大陆碰撞以及该地区详细构造历史的未解问题。通过整合地质年代学、同位素分析和岩石化学数据，我们可以更全面地理解PAT的形成和演化过程，以及其在整个地质历史中的重要性。