西喀尔巴阡 Veporic 超单元 Eo-Alpine 变质作用的原位石榴石 Lu/Hf 与云母 Rb/Sr 年代学制约

《Geological Magazine》：In situ garnet Lu/Hf and mica Rb/Sr geochronology provides new insights on Eo-Alpine metamorphism in the Veporic Superunit of the Western Carpathians

　　

西喀尔巴阡（Western Carpathians）的 Eo-Alpine 变质作用主要记录于 Veporic 超单元（Veporic Superunit）的低级至中级变质岩中。然而，用于理解西喀尔巴阡阿尔卑斯演化的该关键单元的多方法年代学（multimethod geochronology）数据稀缺。为更好地理解埋藏（俯冲）时间、峰期条件（peak conditions）和峰后折返（post-peak exhumation），研究人员应用了原位石榴石 Lu/Hf（镥-铪）和云母 Rb/Sr（铷-锶）年代学。石榴石给出了一个有些不太精确、但有效且具地质意义的年龄，约 116 Ma（百万年），被解释为俯冲记录。相反，黑云母 Rb/Sr 年龄约 91 Ma 和约 75 Ma 分别记录了近峰期条件下最早折返阶段的重置和流体辅助再平衡（fluid-aided re-equilibration）。白云母 Rb/Sr 定年也反映了阿尔卑斯期对同位素体系的扰动。本文提供的年代学数据，连同其他已发表的年代学结果，使研究人员能够为陆内环境（intracontinental setting）中的 Veporic 超单元构建一个连贯的俯冲-折返模型。该俯冲系统的上板片（upper plate）将是属于 Adria 的一个陆块。研究人员推测，所讨论岩石的俯冲是由于先前陆壳减薄，如同东阿尔卑斯（Eastern Alps）中下中奥地利阿尔卑斯单元（Lower Central Austroalpine units）俯冲于 Adria 板块之下。总之，这些时间与构造相似性表明，西喀尔巴阡的主要异地单元（allochthonous units）可能确实与东阿尔卑斯所定义的单元相当。

研究背景与问题：西喀尔巴阡（Western Carpathians）中央域由一系列异地体组成，与东阿尔卑斯（Eastern Alps）的奥地利阿尔卑斯逆冲席（Austroalpine thrust sheets）相似。其中 Veporic 超单元（Veporic Superunit）通常与东阿尔卑斯的下中奥地利阿尔卑斯单元（Lower Central Austroalpine units）对比。这些单元记录了 Eo-Alpine（早阿尔卑斯）高压（HP，high-pressure）至超高压（UHP，ultrahigh-pressure）变质作用，沿陡地热梯度，归因于陆内俯冲（intracontinental subduction）。Veporic 超单元是理解 Alps-Carpathians 巨型造山带的关键。但该单元变质演化的年代学信息有限：针对变质独居石的已有研究得到约 97–96 Ma，解释为进变质至峰期；其他研究多集中于整个 Veporic 逆冲席冷却，年龄为 90–55 Ma。因此，埋藏（俯冲）、峰期条件和峰后折返的时间仍不清楚，需要原位多方法年代学约束。研究人员对 Veporic 超单元南部 Ostrá 杂岩中十字石+黑云母+蓝晶石带的石榴石云母片岩样品 V-9 开展原位石榴石 Lu/Hf 和云母 Rb/Sr 年代学，结合已有压力-温度（P-T，pressure-temperature）估计和独居石定年。石榴石 Lu/Hf 给出约 116 Ma，虽不确定度大，但有效且地质有意义，解释为俯冲记录；黑云母 Rb/Sr 约 91 Ma 和约 75 Ma，分别记录近峰期条件下最早折返重置和流体辅助再平衡；白云母 Rb/Sr 反映阿尔卑斯期同位素体系扰动。结合已发表结果，研究人员提出 Veporic 超单元在陆内环境中的连贯俯冲-折返模型：上板片为属于 Adria 的陆块，岩石因先前陆壳减薄而俯冲，类似东阿尔卑斯下中奥地利阿尔卑斯单元俯冲于 Adria 板块之下。这些时间与构造相似性表明，西喀尔巴阡主要异地单元可能与东阿尔卑斯单元相当。

关键技术方法（约250字）：样品 V-9 为 Veporic 超单元南部 Ostrá 杂岩石榴石云母片岩，位于十字石+黑云母+蓝晶石带。分析在 Fipke Laboratory for Trace Element Research（University of British Columbia Okanagan, Kelowna, Canada）完成，使用 ESL NWR 193 准分子激光剥蚀（LA，laser ablation）装置、TwoVol3 剥蚀池和 Agilent 8900 串联电感耦合等离子体质谱（ICP-MS/MS，inductively coupled plasma tandem mass spectrometry）。Lu/Hf 与 Rb/Sr 分别遵循 Larson et al. 的协议。在标准薄片中进行原位剥蚀。参考物质包括 SRM NIST610、SRM NIST612、H?gsbo 石榴石、GWA-1 石榴石、GWA-2 石榴石、Skaha 石榴石、1B 金云母、1O 金云母、La Posta 黑云母、MA1 白云母、MicaMg 纳米粉和 MicaFe 纳米粉等。原始数据用 Iolite 处理，等时线用 IsoplotR 计算。

研究结果：4.1 岩石学、矿物化学：通过偏光显微镜、BSE（背散射电子）图像、X 射线化学图和 WDS（波长色散谱）剖面，样品 V-9 的阿尔卑斯变质组合包括石榴石、白云母、钠云母、黑云母、绿泥石、斜长石、石英及少量电气石和十字石；副矿物为金红石、钛铁矿、锆石、褐帘石（REE-epidote）和独居石。峰期组合为石榴石、多硅白云母、钠云母、黑云母和金红石，形成于 12–14 kbar 和 560–600°C。石榴石核含石英、钛铁矿和褐帘石，边含金红石。石榴石为铁铝榴石（almandine）69–75 mol%，钙铝榴石 12–23 mol%，镁铝榴石 5–12 mol%，锰铝榴石 1–3 mol%；核到边铁铝榴石和镁铝榴石增加，锰铝榴石、钙铝榴石和 Fe/(Fe+Mg) 降低，边部见 Ca 富集和 Fe 亏损的振荡环带。总体记录单期进变质生长和轻微退变。白云母从多硅白云母（Si 达 3.21 apfu，每分子式单位原子数）到白云母和钠云母。黑云母为 annite–phlogopite，Mg/(Mg+Fe)=0.5–0.6，TiO₂ 1.5–1.6 wt%。斜长石 An₁₇–An₂₀。十字石富 Fe，Fe/(Fe+Mg)=0.8，ZnO 2.5 wt%，属退变质相，形成于减压。结论：岩石形成于较陡地热梯度，比 Barrovian 型更冷。4.2 原位石榴石 Lu/Hf 年代学：110 次分析中 93 次被接受。化学数据中 Ca（2.7–4.6 wt%）与 Ti（177–550 μg/g）正相关，但与 Lu/Hf 年代学数据无明显相关。石榴石含低 Lu 和 Hf，平均 1.3 和 0.1 ppm。¹⁷⁵Lu/¹⁷⁶Hf 比值 0.14–42.60，多数低于 6.91。所有数据等时线给出 116±48 Ma（MSWD，mean square weighted deviation，1.4），高不确定度源于石榴石低 Lu 浓度；初始 ¹⁷⁶Hf/¹⁷⁷Hf 为 0.2829±0.003。4.3 原位云母 Rb/Sr 年代学：黑云母 70 次分析接受 64 次。比白云母更分散，⁸⁷Rb/⁸⁶Sr 为 16.01–1135.18，⁸⁷Sr/⁸⁶Sr 为 0.7180–2.0767。非锚定等时线年龄 87±1 Ma（MSWD 2.4；初始 ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr 0.6951±0.0025），但 MSWD 略大于 1，初始值低于非放射性太阳系值 0.6994，提示混合群。用初始 ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr=0.7 计算单点年龄，范围 99±21 Ma 至 63±11 Ma；最老和最新十个加权平均分别为 91±2 Ma（MSWD 0.5）和 75±3 Ma（MSWD 0.9），应视为最大估计。较老日期对应较高 ⁸⁷Rb/⁸⁶Sr 和 ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr，且平均 Li、Na、Rb、Ba 较高，Mg、Co、Sr 较低。白云母 90 次分析接受 89 次，⁸⁷Rb/⁸⁶Sr 0.38–5.63，⁸⁷Sr/⁸⁶Sr 0.7252–0.7415，Fe/Al 0.125–0.015。全部结果非锚定等时线 59±40 Ma（MSWD 0.6；初始 0.7320±0.0019）。按 25 个最高和最低 Fe/Al 值分组，分别得到 151±127 Ma 和 15±107 Ma。低 Rb/Sr 导致大不确定度，且对初始 ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr 高度敏感，限制进一步解释。

讨论部分总结与结论翻译：讨论认为，原位石榴石 Lu/Hf 定年提供 Veporic 超单元受 Eo-Alpine 变质作用的明确证据。该变质旋回沿陡地热梯度，最大 P-T 为 12–14 kbar 和 560–600°C。独居石生长约 97–96 Ma，由褐帘石经进变质转变形成；石榴石中见褐帘石而未见独居石包裹体，表明石榴石生长早于独居石，即约 116 Ma。此前石榴石 Sm-Nd 年龄为 108.8±5.6 Ma，故约 116 Ma Lu-Hf 年龄虽因低 Lu 需谨慎，但不矛盾。Veporic 超单元在 Albian 已埋藏至至少中地壳，或早至 Aptian；匈牙利南部 Veporic 超单元地下样品白云母约 116–113 Ma 的 K/Ar 和 ⁴⁰Ar/³⁹Ar 年龄也支持。因此，Lu-Hf 日期解释为 Albian-Aptian 埋藏/俯冲的不精确估计。Rb/Sr 日期应作为最大年龄估计：较老黑云母约 91 Ma 反映热峰重置和整个单元最初冷却；较年轻约 75 Ma 反映可能流体介导的化学再平衡，与同单元邻近 ⁴⁰Ar/³⁹Ar 白云母 77–72 Ma 冷却年龄一致。白云母 Rb/Sr 仅指示阿尔卑斯期同位素体系扰动，不能轻易联系特定过程。热年代学模式与 Vojtko et al. 对 Krá?ova Ho?a 杂岩的推断相似但稍老；其全岩 Rb/Sr 为 81–61 Ma，最年轻信号反映黑云母绿泥石化，即流体介导再平衡。结论部分译文：基于本文多方法年代学、其他已发表年代学工作和已有 P-T 估计，可以得出结论，所研究的 Veporic 超单元部分在 Aptian-Albian 已俯冲至至少 40–45 km，峰期最可能在 Cenomanian 达到。俯冲发生在更南的另一个地壳域之下，最可能是大陆 Gemeric 超单元。与东阿尔卑斯构造情景比较，Veporic 超单元相当于下中奥地利阿尔卑斯，而 Gemeric 超单元充当上覆异地体，类似上中奥地利阿尔卑斯。这种陆内俯冲的合适上板片最可能是 Adria 微大陆的 Pelso 块。东阿尔卑斯俯冲始于 Meliata 缝合带西北前陆，很可能在先前存在的二叠纪裂谷内，该裂谷在 Meliata 洋闭合后跨缝合带汇聚继续时重新活化。结果表明，西喀尔巴阡 Veporic 超单元可能在同一时间进入陆内俯冲通道，但随后达到不同峰期条件；Veporic 超单元条件与奥地利阿尔卑斯逆冲席堆北部边缘相似。陆内俯冲启动机制虽未完全理解，但可能包括区域汇聚远场效应、先存弱化岩石圈再活化、地幔柱与陆壳相互作用引发岩石圈拆沉或这些过程组合。本文中，二叠纪 Betliar 期广泛伸展伴随 Veporic 和 Gemeric 超单元大量岩浆作用，约 265 Ma，同时南部 Meliata 洋域伸展有类似约 265 Ma 放射虫岩最大沉积年龄。这种弱化陆壳在持续汇聚下可能成为 Veporic 超单元向 Adria 板块之下俯冲的场所。陆内俯冲系统常为短期，随后深埋岩石快速折返，这与年代学数据和深部岩石圈结构一致，并得到低温热年代学数据支持。