西奈半岛Katherina环状杂岩体地球动力学记录：从Rodinia裂解到Gondwana形成的多阶段岩浆演化与地壳生长机制

本研究针对阿拉伯-努比亚地盾(ANS)北部Katherina环状杂岩体(KRC)的成因争议，通过全岩地球化学、Sr-Nd同位素和锆石U-Pb-Hf数据，首次精确厘定了西奈半岛Wadi Rofaiyed地区755-530 Ma四阶段岩浆事件序列，揭示其源区为具亏损地幔特征的基性下地壳，为理解新元古代大陆地壳增生与超大陆拼合过程提供了关键证据。

　　

西奈半岛的Katherina环状杂岩体如同地质"时间胶囊"，保存着从Rodinia超大陆裂解到Gondwana拼合的完整记录。这个形成于900-530 Ma的古老岩体，是研究新元古代大陆地壳生长的绝佳样本。然而长期以来，关于其组成单元的性质、年龄和岩浆源区演化存在激烈争论，特别是缺乏精确的年代学框架制约着对阿拉伯-努比亚地盾(ANS)北部构造演化的理解。更棘手的是，先前研究多依赖零星的年龄数据，难以建立连续的构造-岩浆演化序列。

针对这些科学难题，西北大学大陆动力学国家重点实验室的研究团队选择KRC西北缘的Wadi Rofaiyed铜矿区作为突破口。该区裸露良好的基岩完整记录了新元古代多期岩浆事件，尤其是未变形的深成岩体为精确测年提供了理想材料。通过系统的野外调查、岩相学分析，结合高精度LA-ICP-MS锆石U-Pb定年、MC-ICP-MS全岩Sr-Nd同位素和原位Lu-Hf同位素分析，研究人员成功构建了四阶段岩浆演化序列，相关成果发表在《Geoscience Frontiers》上。

关键技术方法包括：(1) LA-ICP-MS锆石U-Pb定年确定岩体侵位年龄；(2) MC-ICP-MS全岩Sr-Nd同位素分析示踪岩浆源区；(3) 原位锆石Lu-Hf同位素测定计算地壳模式年龄；(4) 全岩主微量元素地球化学分析判别构造环境。样品来自西奈半岛南部Wadi Rofaiyed地区不同岩性的130件新鲜基岩样品。

【4.1 LA-ICP-MS锆石年代学与化学】
锆石阴极发光图像显示典型的岩浆振荡环带，Th/U比(0.25-1.45)指示岩浆成因。四类岩体获得高精度年龄：石英闪长岩(752.7±2.1 Ma)、二长花岗岩(628.5±4 Ma)、石英正长岩(594.7±3.3 Ma)和花岗闪长岩(593.7±1.8 Ma)，首次建立了755-594 Ma连续岩浆序列。

【4.2 全岩地球化学与Sr-Nd同位素】
石英闪长岩具有大陆埃达克岩特征(Sr=658-942 ppm，Sr/Y=31-55)，二长花岗岩显示碰撞相关高钾钙碱性特征，石英正长岩具A型花岗岩属性(10,000×Ga/Al=2.38-2.82)，花岗闪长岩呈现后碰撞I型特征。所有岩体具有亏损地幔同位素特征(⁸⁷Sr/⁸⁶Sr_(t)=0.702648-0.703311，ε_Nd(t)=+2.61至+5.21)。

【5.1 Wadi Rofaiyed岩体的年代学框架】
四阶段岩浆事件精确对应ANS构造演化：755 Ma俯冲相关(石英闪长岩)、630 Ma同碰撞(二长花岗岩)、595-594 Ma后碰撞(石英正长岩和花岗闪长岩)和530 Ma非造山阶段。这一序列填补了南西奈新元古代岩浆活动的年代学空白。

【5.2 地球化学特征与构造背景】
Th/Yb-Nb/Yb图解显示从大陆弧(石英闪长岩)到碰撞后伸展环境(石英正长岩)的转变。R1-R2图解进一步证实石英闪长岩形成于俯冲背景，二长花岗岩为同碰撞产物，而石英正长岩(Nb=28-36 ppm)属于A2型花岗岩，指示后碰撞伸展体制。

【5.3 岩石成因】
锆石Hf(T_DM2=1.2-1.5 Ga)和全岩Nd(T_DM2=0.96-1.17 Ga)模式年龄揭示岩浆源区为中元古代新生下地壳。石英闪长岩源自基性下地壳部分熔融，二长花岗岩为壳幔混熔产物，石英正长岩则代表加厚下地壳拆沉诱发的熔体。

这项研究开创性地揭示了KRC多阶段岩浆演化与ANS构造演变的耦合关系：755 Ma俯冲阶段形成埃达克质石英闪长岩，记录莫桑比克洋闭合过程；630 Ma同碰撞阶段产生高钾二长花岗岩，对应东西冈瓦纳大陆碰撞；595-594 Ma后碰撞阶段A型花岗岩标志岩石圈拆沉；最终530 Ma非造山岩浆活动完成冈瓦纳超大陆拼合。其科学价值在于：首次建立南西奈新元古代精确年代学框架；阐明ANS北部从俯冲到后碰撞的连续地壳生长机制；为全球新元古代超大陆重建提供关键约束。特别是锆石Hf与全岩Nd同位素的一致性，确证该区地壳生长主要发生在中元古代-新元古代之交，这对理解全球前寒武纪大陆形成规律具有范式意义。