新喀里多尼亚始新世浊积岩的来源重新评估：对俯冲模型的启示

《Geochemistry, Geophysics, Geosystems》：Provenance Reassessment of Eocene Turbidites, New Caledonia: Inferences for Obduction Models

新喀里多尼亚Eocene浊积岩的物源分析表明，其碎屑主要源自Poya造山带的E-MORB玄武岩，支持NE或东倾俯冲模型，排除SW倾的flake tectonic模型。研究通过矿物成分、年代测定和构造沉积学分析，确认浊积岩形成于前俯冲期的前陆盆地，并记录了造山带 allochthonous沉积物的迁移与堆积过程。

　　
新喀里多尼亚Eocene浊积岩的 provenance 分析及其对俯冲机制的约束

1. 研究背景与地质争议
新喀里多尼亚的Eocene浊积岩系统长期存在两种俯冲模型争议：一种是NE向俯冲模型（Aitchison等，1995；Cluzel等，2012），认为北美板块（下板块）向NE方向俯冲，伴随弧陆碰撞和超镁铁质岩片体的俯冲再造；另一种是SW向俯冲模型（Parrot & Dugas，1980），主张与太平洋俯冲带相关的SW向俯冲，并涉及片状构造（flake tectonics）过程。两种模型的关键分歧在于俯冲带方向和岩片体（如Peridotite Nappe）的时空关系。

2. 主要研究方法
研究团队采用多学科 provenance分析方法：
- **矿物学证据**：系统分析浊积岩中的 clinopyroxene（cpx）矿物成分，结合LA-ICPMS原位分析技术确定其化学特征
- **定年学约束**：通过LA-ICPMS和传统U-Pb测年技术建立碎屑锆石年龄谱，揭示不同时期碎屑来源
- **全岩地球化学**：对比Poya terrane的玄武岩和晚白垩世沉积物，建立岩石类型与矿物成分的对应关系
- **构造地层学分析**：研究地层接触关系和构造变形特征，结合古地磁数据重建构造演化

3. 关键发现与地质意义
3.1 澳大利亚大陆边缘的俯冲带特征
Bourail Flysch的cpx化学特征显示：
- 94%的cpx与Poya terrane的E-MORB玄武岩具有高度相似性（图4a）
- La/Sm比值（0.09-0.17）和Nb/Y值（0.4-0.7）符合洋中脊玄武岩（MORB）特征，排除大陆玄武岩（IAB）和洋岛玄武岩（OIB）的可能
- 计算源岩成分显示与Poya terrane玄武岩吻合度达85%以上（图6）

3.2 碎屑 provenance 的时空演化
Bourail Flysch（前陆盆地）的碎屑来源呈现明显阶段性：
1) **早阶段（底部500米）**：以白垩纪黑页岩（Maastrichtian）和灰岩为主（占比65%），反映基底侵蚀
2) **中期（500-2000米）**：出现大量生物碎屑（30%+），证实浅海碳酸盐台的持续存在
3) **晚期（2000米以上）**：Poya terrane玄武岩碎屑占比骤增至50%，显示俯冲带边缘弧岩浆系统的介入

Nepoui-Koumac Flysch（楔顶盆地）则显示：
- 超镁铁质岩片（Peridotite Nappe）的蛇纹岩碎屑占比达40%
- Early Eocene（55-60Ma）年龄的玄武岩角砾（来自Poya terrane Kone Facies）占岩屑总量的28%
- 碎屑锆石年龄谱显示明显的Proterozoic残留（<5%），但Cretaceous（85-95Ma）年龄组分占比达75%

4. 俯冲带方向的地质证据
4.1 构造响应序列
- 早期（<45Ma）：被动大陆边缘沉积（Coniacian灰岩）
- 中期（45-55Ma）：碳酸盐台地形成期（Adio灰岩）
- 晚期（55-60Ma）：伴随滑塌沉积的俯冲带前渊沉积（Bourail Flysch）
- 60Ma后：Peridotite Nappe的俯冲再造事件

4.2 沉积响应分析
浊积岩的向上变粗（coarsening-upward）特征显示：
- 前渊盆地（forearc basin）深度变化（500-2000米）
- 岩屑分选系数（ Sorting coefficient）从0.15（底层）增至0.38（顶层），反映搬运距离缩短
- 钙质含量（CaCO3）从35%递增至62%，对应碳酸盐台地扩张

5. 与现有模型的对比验证
5.1 对Bordenave等（2021）模型的反驳
- 指出其"pre-tectonic origin"假说无法解释：
- 俯冲带前缘（subduction zone front）发现大量E-MORB cpx（占比>50%）
- 早期Eocene（55-60Ma）玄武岩角砾的发现，与俯冲岩片的再造时间不符
- 碎屑锆石年龄谱显示与晚白垩世沉积层（Fm. à Charbon）的继承关系

5.2 对Chin等（2025）模型的修正
- 提出NE向俯冲模型中存在三个关键期：
1) 55Ma前：被动大陆边缘沉积
2) 55-48Ma：前渊盆地快速堆积期（年均沉积量达4.5米）
3) 48-40Ma：伴随俯冲岩片再造的楔顶盆地沉积
- 发现蛇纹岩碎屑的Cr#达85（纯镁钛铁矿特征），支持其来源于超俯冲岩片而非大陆基底

6. 构造动力学意义
6.1 俯冲带的空间迁移
- 前渊盆地基底从北向南迁移达300公里（图15）
- 浊积岩厚度变化反映俯冲角度变化：NE向（55°）时前渊盆地最大厚度达5000米，SW向（62°）时仅2000米
- 俯冲带在Eocene期间完成从初始正交俯冲（orthogonal subduction）向左旋走滑俯冲（transcurrent convergence）的转换

6.2 地壳缩短与沉积充填
- 计算显示新喀里多尼亚在俯冲过程中年均缩短量达2.3毫米
- 对应沉积速率提升：从早Eocene的0.5米/年增至晚Eocene的3.8米/年
- 沉积物粒度变化（CLSize=0.5-4.0φ）揭示俯冲带深度变化（从200km增至350km）

7. 对区域构造演化的启示
7.1 大洋壳的俯冲再造
- 发现Early Eocene（56.3±4.1Ma）俯冲岩片的碎片，证实其经历过两次俯冲循环
- 蛇纹岩地球化学特征显示：初始为富集地幔橄榄岩（Harzburgite），经俯冲熔融后变为贫集的中性橄榄岩（Gabbro）

7.2 构造体制转换
- 晚白垩世（85-95Ma）被动沉积与早Eocene（55Ma后）前渊沉积的接触关系显示构造体制转换
- 古地磁数据证实新喀里多尼亚在Eocene期间发生60°左旋旋转

8. 研究局限性与未来方向
- 碎屑锆石定年精度受限（±5%），难以精确确定物源区时序
- 超俯冲岩片的直接证据不足（仅发现1.2%角砾岩）
- 建议开展：
1) 同位素地球化学示踪（如Hf-Nd同位素系统）验证物源区
2) 高分辨率地震反射剖面重建俯冲带三维结构
3) 构造地质学分析俯冲岩片的流变特征

该研究通过多尺度 provenance 分析（矿物尺度到盆地尺度），揭示了俯冲带动态过程与沉积充填的时空耦合关系，为理解大陆边缘俯冲带构造体制提供了新的实证依据。特别是发现E-MORB碎屑的年龄离散度（55-60Ma）与俯冲岩片的年龄谱（Cluzel等，2023）具有0.7的相关系数（R2=0.72），这为建立俯冲岩片的再造动力学模型提供了关键约束。