东昆仑南增生带埃迪卡拉纪变质沉积碎片的冈瓦纳北缘亲缘性及其对环冈瓦纳地体离散的启示

《Geochemistry, Geophysics, Geosystems》：An Ediacaran Metasedimentary Fragment With Northern Gondwana Affinity in the Southern East Kunlun Accretionary Belt, Northern Tibetan Plateau: Implications for the Dispersal of Peri-Gondwanan Terranes

　　

一项来自青藏高原北部东昆仑南增生带的埃迪卡拉纪变质沉积碎片具有北冈瓦纳亲缘性：对环冈瓦纳地体离散的启示 前寒武纪超大陆重建在很大程度上依赖于可靠的地质约束。其中，造山带中保存的前寒武纪沉积碎片所记录的盆地亲缘性为解决微大陆和陆块古地理配置提供了关键证据。本研究整合了详细的野外调查与碎屑锆石U–Pb年代学、锆石Hf同位素分析、蒙特卡洛解混建模（Monte Carlo unmixing modeling）和多维标度分析（multidimensional scaling），以约束柴达木地块南缘东昆仑南增生带中萨彦沟变质沉积碎片的沉积时代、物源和古地理意义。萨彦沟变质沉积碎片的碎屑锆石年龄谱以显著的埃迪卡拉纪（Ediacaran）和更老的新元古代多峰年龄组成为特征。晚阶段碎屑锆石的缺失、多种最大沉积年龄计算方法以及地层证据进一步表明其沉积于相对稳定的埃迪卡拉纪沉积环境，可能为被动陆缘背景。相应的锆石εHf(t)值主要为负值，表明沉积物主要来源于再循环的古老地壳。将这些数据集与全球碎屑锆石档案进行统计评估，揭示出一种诊断性的冈瓦纳（Gondwanan）信号。蒙特卡洛解混分析和多维标度模型将萨彦沟变质沉积碎片牢固地锚定于南羌塘地块（South Qiangtang Block）的同时期盆地及相关埃迪卡拉纪环冈瓦纳边缘。穿切的花岗质和闪长质侵入体的锆石U–Pb年龄表明，该变质沉积碎片很可能在早古生代因原特提斯（Proto-Tethyan）俯冲作用而拼贴至东昆仑南增生带。这些发现进一步推进了如下认识：柴达木地块和南羌塘地块在埃迪卡拉纪时期位于环冈瓦纳域内相对接近的古地理位置。

东昆仑南增生带埃迪卡拉纪变质沉积碎片的冈瓦纳北缘亲缘性及其构造意义

一、研究背景与科学问题

前寒武纪超大陆的重建高度依赖可靠的地质约束，而造山带中保存的前寒武纪沉积碎片所记录的盆地亲缘性，为解决微大陆和陆块的古地理配置提供了关键证据。特别是在增生型造山带中，源自不同构造域的层序碎片是长期俯冲-增生过程中形成的基本建造单元，通常以断层围限的块体或不连续透镜体形式保存在构造混杂岩中，记录着消失的洋盆和大陆边缘演化的重要信息。因此，这些碎片对于重建造山系统的时空格架以及破解古洋盆闭合历史和板块配置至关重要。

东昆仑南增生带是一个发育良好的增生杂岩，保存了一系列呈透镜状和带状分布的变质沉积碎片，记录了与原特提斯洋演化相关的多阶段俯冲-增生过程。然而，由于晚期构造改造强烈，该增生带内许多前寒武纪单元的地层亲缘性和原始构造背景仍存在争议。此前的研究提出了包括源于古老结晶基底、弧相关构造环境和远端大陆边缘序列在内的相互矛盾的解释。进一步厘清这些前寒武纪碎片的构造亲缘性，对于揭示冈瓦纳汇聚期间的大尺度构造框架和古地理配置具有重要意义。在此背景下，研究人员在东昆仑南增生杂岩带最西端识别出一套名为萨彦沟碎片的埃迪卡拉纪沉积碎片，其构造亲缘性此前未受约束。一个关键的科学问题是：这些埃迪卡拉纪沉积单元究竟是局部来源的序列，还是在原特提斯俯冲-增生过程中从冈瓦纳尺度的域搬运而来的远距离层序碎片？这一区分对于评估原特提斯域与华南、印度和澳大利亚等陆块之间的大尺度物质迁移、地壳再循环和古地理联系至关重要。

二、研究方法与技术手段

研究人员采用了多种关键技术方法：一是碎屑锆石U–Pb年代学，利用激光剥蚀电感耦合等离子体质谱法（LA-ICP-MS）测定锆石年龄；二是锆石Lu–Hf同位素分析，采用多接收器电感耦合等离子体质谱法（MC-ICP-MS）获取同位素组成；三是蒙特卡洛解混建模（Monte Carlo unmixing modeling），用于定量评估不同物源区的贡献比例；四是多维标度分析（Multidimensional Scaling, MDS），用于可视化比较碎屑锆石年龄谱之间的相似性。此外，还结合了详细的野外地质调查和岩相学观察。

三、研究结果

3.1 沉积时代与构造就位时限

四件变质沉积样品（两件绢云母石英片岩和两件黑云母石英片岩）展现出可比的碎屑锆石年龄谱，以约640–615 Ma的峰值为主。多种最大沉积年龄计算方法（最年轻单颗粒年龄、最年轻三颗颗粒加权平均年龄、概率密度图上最年轻图形峰模式年龄以及最大似然年龄算法）均一致地将最大沉积年龄限定在埃迪卡拉纪，最保守估计约为598–592 Ma。穿切的闪长岩（25EKL-165和25EKL-167）获得约442 Ma的结晶年龄，花岗岩（25EKL-171和25EKL-172）获得约452–446 Ma的结晶年龄。这些侵入关系表明，萨彦沟变质沉积碎片的沉积原岩早于约452 Ma的最早岩浆事件，并且该碎片在约452 Ma之前已被构造卷入东昆仑南增生系统，从而为其构造就位提供了上限约束。

3.2 年龄谱多样性与多峰分布特征

四件样品的碎屑锆石年龄谱高度一致，呈现明显的多峰分布模式：以约640–615 Ma的晚新元古代群体为主导，伴有约775–760 Ma和约980–960 Ma的次要峰值，以及少量古元古代-太古宙（>2.0 Ga）年龄群体。东昆仑地区已知的早新元古代花岗岩（约1006–914 Ma）和中新元古代岩浆活动（约820–730 Ma）可以解释部分约980–960 Ma和约775–760 Ma的峰值，但主导的约640–615 Ma峰值在东昆仑区域明显缺失，表明局部来源无法完全解释观测到的多峰年龄谱。大量碎屑锆石呈次圆状至圆状形态，指示了长距离搬运和多旋回沉积再循环。通过与全球九个主要地壳块体的数据对比，萨彦沟碎片的年龄谱与南羌塘地块的同时期盆地最为匹配，而与北侧柴达木-祁连等地块差异显著。

3.3 锆石Hf同位素特征

锆石Hf同位素分析显示，所有样品的ε_Hf(t)值主要为负值（?26.1至+12.7），两阶段Hf模式年龄（T_DM2）跨度广泛（3823至976 Ma），指示沉积物主要来源于再循环的古老地壳物质。这些同位素特征与冈瓦纳北缘典型地区的特征高度吻合。

四、讨论与结论

综合碎屑锆石年代学和Hf同位素数据的统计评估，萨彦沟变质沉积碎片展现出诊断性的冈瓦纳信号。蒙特卡洛解混分析和多维标度模型将其牢固地锚定于南羌塘地块的同时期盆地及相关埃迪卡拉纪环冈瓦纳边缘，表明其最初沉积于冈瓦纳北缘的被动陆缘环境。随后，在原特提斯洋早古生代俯冲-增生过程中，这一碎片被从其原始大陆边缘刮削下来，向北运移并最终拼贴至东昆仑南增生带。

研究结论认为：萨彦沟变质沉积碎片的沉积原岩形成于埃迪卡拉纪，其物源具有典型的冈瓦纳北缘特征；该碎片在早古生代（约452 Ma之前）因原特提斯俯冲作用而被构造就位于东昆仑南增生带；柴达木地块和南羌塘地块在埃迪卡拉纪时期位于环冈瓦纳域内相对接近的古地理位置。这些发现为理解冈瓦纳北缘的古地理格局和原特提斯洋的早期构造历史提供了新的约束，同时支持了关于柴达木和南羌塘地块在埃迪卡拉纪处于环冈瓦纳域内相近位置的学术观点。