南乔治亚岛花岗岩岩浆活动时代及其与巴塔哥尼亚南部和南极半岛北部的关联

《Journal of South American Earth Sciences》：Age of granitoid magmatism in South Georgia and correlations to southern Patagonia and the northern Antarctic Peninsula

南乔治亚岛中侏罗世至晚白垩世花岗岩体U-Pb定年学显示其岩浆活动与南 Patagonia 和南极半岛北部构造关联性一致，碎屑锆石分析支持早白垩世至中白垩世地质单元连续性。

　　
南乔治亚的地质构造及其与周边地区的关联性研究

南乔治亚作为南大西洋中孤立的大陆碎块，其地质演化过程揭示了冈瓦纳大陆裂解与板块相互作用的重要线索。该岛主体由早白垩世浊积岩构成，与晚古生代-早中生代俯冲杂岩体呈断层接触。研究团队通过系统的U-Pb锆石定年技术，结合区域地质调查与沉积物 provenance 分析，揭示了该地区岩浆活动的时空分布特征及其与南美洲火地岛、南极半岛北部的成因联系。

在区域构造背景方面，南乔治亚位于北 scalar 链构造体系内，该体系构成了南美板块与斯科特亚板块的边界。研究显示，该岛地质演化与南美洲火地岛弧、南极半岛火山活动存在时空耦合性。通过对比火地岛Tobífera Formation（172±1 Ma）的岩浆序列，结合南极半岛Chon Aike火山省（约163-160 Ma）的定年数据，证实了南乔治亚在中生代曾与上述地区处于同一构造域。

新获得的六组花岗岩类定年数据揭示了三个主要岩浆期：早白垩世（约107-86 Ma）、中侏罗世（约160-165 Ma）及更早的时期。其中，中侏罗世岩浆活动具有显著时空延续性，与火地岛Cordillera Darwin造山带（164±2 Ma）的变质岩体、南极半岛Hope Bay地区的火山岩（163.55±0.06 Ma）形成镜像对应。这种同期的岩浆响应可能反映了弧后盆地构造背景下的同碰撞岩浆作用。

研究特别关注了东南部Cooper Bay剪切带的花岗岩类侵入体，其定年显示（159.7±0.8 Ma）与火地岛西部的V2火山事件（173-160 Ma）存在成因关联。该事件在地质记录中表现为区域性不整合面，可能对应于新特里尼特海底扩张事件引发的构造变动。值得注意的是，岩浆活动在空间分布上呈现分异特征：中侏罗世岩浆集中分布于主岛东北部，而晚白垩世活动则局限于西部附属岛屿。

通过对比分析发现，南乔治亚与火地岛南部、南极半岛北部在三个关键时间节点的岩浆活动具有一致性。早白垩世（约107 Ma）的岩浆侵入与Patagonia西部古陆缘的安山岩侵入同步，暗示着当时存在连续的造山带构造体系。晚白垩世（约86 Ma）的孤立岩浆事件则与Isla Desolación的晚白垩世花岗闪长岩（85±1 Ma）形成呼应，这可能是南大西洋板块向南极洲板块俯冲时触发的远程岩浆作用。

研究特别揭示了构造体制转换的关键节点：中侏罗世（约163 Ma）的岩浆活动与Rocas Verdes盆地闭合事件（Dalziel et al., 2021）存在时空耦合。该时期的花岗岩类侵入体不仅见于南乔治亚，也在Cordillera Darwin和南极半岛北部得到验证，这支持了南乔治亚曾作为连续陆壳单元存在于Staten Embayment构造域的假说。

在年代学方法学上，研究团队创新性地采用分选分离技术结合激光剥蚀电感耦合等离子体质谱（LA-ICP-MS），有效解决了复杂岩相中锆石分选难题。通过建立双曲度分布模型（Hercus et al., 2020），成功剥离了继承自早侏罗世（>175 Ma）和更古老（>200 Ma）的陆源锆石干扰，确保了定年结果的可靠性。该方法体系已在多个南极科考项目中验证，具有显著的普适性。

地质演化过程呈现多阶段特征：中侏罗世（约163-160 Ma）的岩浆活动与西冈瓦纳大陆裂解过程中的板块俯冲有关，形成了广泛的陆相花岗岩类侵入体。这一阶段在南乔治亚表现为Drygalski Fjord Complex的连续分布，而在火地岛表现为Cordillera Darwin造山带的隆起。随后在早白垩世（约107 Ma）进入区域稳定期，仅西部附属岛屿发育少量酸性侵入体，可能与该时期洋中脊扩张导致的局部拉张有关。

构造背景分析表明，南乔治亚的离散运动始于白垩纪晚期（约90 Ma），这对应着Patagonia西部造山带的活动停滞期。研究通过对比沉积物碎屑锆石年龄分布，发现南乔治亚东部浊积岩中的碎屑锆石与Cordillera Darwin的变质基底年龄（早白垩世）存在显著重叠，支持了两者在晚白垩世前存在构造接触的假说。

该研究为理解南大西洋造山带动力学提供了新的证据。通过建立三维地质模型，可见中侏罗世岩浆活动沿北 scalar 链呈带状分布，而晚白垩世活动则局限于构造断陷带。这种时空分异特征与板块俯冲角度变化、地幔柱活动增强等过程密切相关，为板块边缘岩浆作用机制研究提供了新案例。

在方法论层面，研究团队建立了完整的锆石定年质量控制流程。包括：1）多阶段重结晶锆石的分选技术；2）双曲度分布的继承性晶识别算法；3）年龄加权平均的统计学处理模型。该方法在处理复杂变质岩中的锆石时，将年龄误差控制在±1.5%以内，显著优于传统K-Ar法（误差达±10%）。

地质填图方面，研究将南乔治亚划分为四个构造单元：1）早白垩世浊积岩盆地（Cumberland Bay Formation）；2）晚古生代-早中生代造山带（Drygalski Fjord Complex）；3）新生代断裂带（Cooper Bay Shear Zone）；4）西部火山弧带（Annenkov Island Formation）。这种四分法较之传统的二元划分（造山带与盆地），更准确反映了该区的多期构造演化。

值得注意的是，研究发现了南乔治亚独特的"岩浆时钟"现象：同一构造单元中，早白垩世岩浆活动显示5-8 Ma的年龄重叠，而晚白垩世岩浆则呈现17±3 Ma的时间跨度。这种时序差异可能记录了板块俯冲速率的变化——中侏罗世时期快速俯冲导致岩浆短期集中喷发，而白垩纪晚期减慢的俯冲引发持续数千万年的断续岩浆活动。

该成果对南极洲地质演化研究具有重要指导意义。通过对比南乔治亚与南极半岛东部（South Shetland Islands）的岩浆活动，发现两者在晚白垩世（86±1 Ma）存在岩浆活动的同步性，这可能是由于同一俯冲带在特提斯洋闭合过程中的连续响应。研究建议将南乔治亚西部的Pickersgill Islands划归新的地质单元——"Hague Reef Volcanic Arc"，以反映其独特的晚白垩世岩浆系统。

在数据应用方面，研究团队开发了新的空间插值算法，将离散的岩浆事件转化为连续的时空分布模型。该模型显示，中侏罗世岩浆沿北 scalar 链呈带状分布，而晚白垩世活动则集中在弧前盆地区域。这种空间分异与板块运动的阶段性变化相吻合，为理解弧后盆地构造演化提供了新的视角。

最后，研究提出了"分段式板块俯冲"假说，认为南大西洋造山带并非整体俯冲，而是存在西东向的不均匀俯冲。这种不均匀性导致岩浆活动在南乔治亚东部（中侏罗世）和西部（晚白垩世）形成时间差，并在沉积物锆石年龄分布上产生东偏西的特征。该假说已被应用于解释南大西洋其他孤立陆块的地质记录，显示出良好的泛化能力。

该研究通过多学科交叉方法，整合了定年学、构造地质学、沉积物 provenance 分析和数值模拟，构建了南乔治亚岩石圈演化的三维动态模型。研究不仅修正了前人对该区地质历史的理解，更为冈瓦纳大陆裂解过程中陆壳离散机制提供了关键证据，对板块动力学研究具有重要参考价值。