巴西东南部Piedade微大陆中太古代至造山纪演化：地壳生长、大陆弧岩浆作用与后继盆地发育

《Precambrian Research》：Mesoarchean to Orosirian evolution of the Piedade Microcontinent, SE Brazil: crustal growth, continental arc magmatism and successor basin development

　　

： 微大陆通常保存有在较年轻构造-岩浆事件中遭受不同程度改造的古老地壳碎片，这些构造单元可记录地壳生长与再循环、岩浆作用、变质作用、变形作用及沉积作用的连续幕次，为理解大陆地壳演化及壳幔相互作用提供重要证据。新太古代至古元古代记录了地球动力学演化的重大转变，包括首批大型大陆的稳定化、以水平构造为主导的构造体制发展以及大氧化事件，因而成为理解地球系统演化的关键时期。 巴西圣弗朗西斯科古陆（S?o Francisco Paleocontinent）的古元古代造山带，包括米纳斯-巴伊亚造山系统（Minas-Bahia Orogenic System），是南美洲地壳生长与大陆拼合的主要记录之一。该造山系统包含与Siderian至Rhyacian岩浆弧系统及伴生沉积盆地相互交织的太古代地壳碎片。其演化的重要特征之一是TTG（英云闪长岩-奥长花岗岩-花岗闪长岩）岩套和花岗质sanukitoid岩石的广泛发育，这些岩石组合经典地见于太古代地体。然而，多项研究也记录了TTG和sanukitoid岩浆作用在米纳斯-巴伊亚造山系统Siderian–Rhyacian演化期间的再现，表明一些通常与太古代地壳演化相关的构造-岩浆过程可能在古元古代造山带拼合期间仍然活跃。 先前对米纳斯-巴伊亚造山系统南段的研究在Piedade微大陆中识别出新太古代TTG岩套、sanukitoid岩套及次要基性岩，以及广泛的晚Rhyacian-Orosirian双峰式岩浆作用，包括C型埃达克质花岗岩、MORB（洋中脊玄武岩）基性岩和碱性岩套。这些岩石组合表明古元古代演化晚期存在重要的地幔贡献，并指示微大陆演化过程中岩浆源区和构造背景发生了实质性转变，从太古代地壳生长与稳定化到圣弗朗西斯科古陆拼合期间的造山晚期伸展。 这些转变使Piedade微大陆成为评估前寒武纪地球动力学转变期间壳幔相互作用的天然实验室。然而，尽管该地区已积累大量年代学和同位素数据，其内部构造-岩浆演化仍缺乏精确约束。针对这一问题，本研究整合了野外关系、全岩地球化学、Sm-Nd和Rb-Sr同位素，以及锆石U-Pb年代学和Lu-Hf同位素数据，研究对象为微大陆中的变火成岩和变沉积岩。研究结果将其划分为四个构造-岩浆域：太古代基底、Rhyacian Ressaquinha岩浆弧、晚Rhyacian-Orosirian S?o Bento dos Torres后碰撞岩套，以及被重新解释为后继盆地的Barbacena变火山-沉积序列。通过识别该岩浆弧及其后继盆地，本研究为Piedade微大陆提供了完整的构造-岩浆演化历史，追踪了其从太古代地壳稳定化到古元古代增生，再到圣弗朗西斯科古陆拼合期间造山塌陷的完整演化过程。

一、研究背景与科学问题

微大陆是保存古老地壳碎片的构造单元，这些碎片在较年轻的构造-岩浆事件中常遭受不同程度的改造，可记录地壳生长与再循环、岩浆作用、变质作用、变形作用和沉积作用的多期演化历史。新太古代至古元古代是地球动力学演化的关键转折期，见证了首批大型大陆的稳定化、以水平构造为主导的构造体制发展以及大氧化事件，因而成为理解地球系统演化的关键窗口。

巴西东部的圣弗朗西斯科古陆及其古元古代米纳斯-巴伊亚造山系统是南美洲地壳生长和大陆拼合的重要记录。该造山系统包含与Siderian至Rhyacian岩浆弧系统及伴生沉积盆地相互交织的太古代地壳碎片，其突出特征为TTG（英云长岩-奥长花岗岩-花岗闪长岩）岩套和花岗质sanukitoid岩石的广泛发育。值得注意的是，多项研究证实TTG和sanukitoid岩浆作用在Siderian–Rhyacian期间在该造山系统中反复出现，暗示通常与太古代地壳演化相关的构造-岩浆过程在古元古代造山带拼合期间仍保持活跃。

Piedade微大陆位于米纳斯-巴伊亚造山系统南段，是主要的太古代地壳残片之一。先前研究已识别出其新太古代TTG岩套、sanukitoid岩套及OIB型基性岩，以及晚Rhyacian-Orosirian双峰式岩浆作用，包括C型埃达克质花岗岩、MORB型基性岩和碱性岩套。这些岩石组合指示古元古代晚期存在显著的地幔贡献，反映了从太古代地壳生长与稳定化到圣弗朗西斯科古陆拼合期间造山晚期伸展的重大构造转变。然而，尽管该地区已积累大量年代学和同位素数据，其内部构造-岩浆演化仍缺乏精确约束，这成为开展本研究的核心动因。

二、研究内容与总体结论

研究人员系统整合了野外地质关系、岩相学、全岩地球化学、Sm-Nd和Rb-Sr同位素、锆石U-Pb年代学及Lu-Hf同位素数据，对Piedade微大陆中的变火成岩和变沉积岩进行了综合研究。研究将该微大陆划分为四个构造-岩浆域：太古代基底、Rhyacian Ressaquinha岩浆弧、晚Rhyacian-Orosirian S?o Bento dos Torres后碰撞岩套，以及被重新解释为后继盆地的Barbacena变火山-沉积序列。这一划分揭示了微大陆从太古代地壳稳定化到古元古代弧增生，再到圣弗朗西斯科古陆拼合期间造山塌陷的完整构造-岩浆演化历史，为理解前寒武纪地壳生长和壳幔相互作用提供了重要约束。

三、关键技术方法

研究采用多手段综合分析方法：全岩地球化学分析（ICP-OES和ICP-MS）用于主量、微量元素及稀土元素测定；锆石U-Pb年代学分析采用LA-Q-ICP-MS（激光剥蚀四极杆电感耦合等离子体质谱）；锆石Lu-Hf同位素分析采用LA-MC-ICP-MS（激光剥蚀多接收电感耦合等离子体质谱），在法国蒙彼利埃地球科学实验室和巴西圣保罗大学CPGeo实验室完成；全岩Sm-Nd和Rb-Sr同位素分析在巴西里约热内卢州立大学LAGIR实验室采用TIMS（热电离质谱）完成。样品制备在巴西里约热内卢州立大学LGPA实验室进行。

四、研究结果

4.1 野外观察与岩相学

野外填图识别出四种岩石组合：太古代片麻岩伴变基性岩、弧相关叶理状花岗岩、双峰式晚-后碰撞组合（含二云母花岗岩和变基性岩）以及变火山-沉积序列。太古代基底以混合岩化TTG质片麻岩为主，在Lebourg采石场以包体形式赋存于较年轻的弧相关变花岗岩中。Ressaquinha岩浆弧以花岗质、英云闪长质和花岗闪长质片麻岩为主。S?o Bento dos Torres后碰撞岩套由白云母-黑云母淡色花岗岩和变基性岩组成双峰式组合。Barbacena变火山-沉积序列呈ENE-WSW向带状展布，由互层的黑云母副片麻岩、含石榴石和少量十字石的云母片岩、碳质千枚岩及OIB型碱性基性岩组成，该序列被重新解释为单一的古元古代变火山-沉积建造。

4.2 全岩地球化学

太古代基底样品BA-23B具TTG亲和性，低K₂O（0.9 wt%）、高Na₂O（4.6 wt%），强准铝质（A/CNK=0.84），镁质（Mg#=0.41），Sr/Y=24；样品BA-23D为拉斑玄武质辉长岩，低SiO₂（46.8 wt%），近平坦REE配分模式，显著Nb负异常。Ressaquinha岩浆弧样品显示两种地球化学类型：BA-22具奥长花岗质趋势（低K₂O、高Na₂O、Sr/Y=56），CMH-26为高硅花岗岩（73.65 wt% SiO₂）但具异常高Mg#（0.55）和强正Eu异常（Eu/Eu*=2.29）；BA-09A、BA-19B和BA-23A三个样品具高K钙碱性特征（K₂O=3.5–4.8 wt%），弱过铝质至镁质-铁质。S?o Bento dos Torres后碰撞岩套样品BA-23C为花岗闪长质，高Na₂O/K₂O比（1.66），弱过铝质，负Eu异常。Barbacena序列样品BA-20为碱性正长闪长岩，强烈REE富集（总REE>1300 ppm），具OIB亲和性。

4.3 锆石U-Pb年代学

太古代基底样品BA-23B获得不一致线上交点年龄3244±11 Ma，解释为原岩结晶年龄；BA-23D获得3079±16 Ma结晶年龄，并含3254–3128 Ma继承锆石核。Ressaquinha岩浆弧五个样品获得2135±8 Ma至2116±6 Ma的结晶年龄，其中BA-22和BA-09A的谐和年龄分别为2126±4 Ma和2125±5 Ma，样品CMH-26含3067–2799 Ma继承锆石。S?o Bento dos Torres后碰撞岩套样品BA-23C获得2074±20 Ma结晶年龄，含3244–2131 Ma继承锆石。Barbacena序列变火成岩样品BA-20的锆石年龄数据在文中未完整呈现。

4.4 锆石Lu-Hf同位素与全岩Sm-Nd、Rb-Sr同位素

各构造单元样品的Lu-Hf和Sm-Nd同位素数据揭示了从太古代亏损地幔来源到古元古代不同程度壳源混染的源区演化特征，具体数据在文中详细呈现。

五、讨论与结论

研究讨论部分综合各数据集，提出Piedade微大陆的完整构造演化模型：太古代（3.24–2.52 Ga）为地壳生长和稳定化阶段；Rhyacian期间（ca. 2.14–2.12 Ga）发育Ressaquinha大陆弧岩浆作用，记录了微大陆西缘的俯冲增生过程；随后约2.07 Ga的后碰撞双峰式岩浆作用记录了碰撞后岩石圈减薄和造山塌陷；Barbacena变火山-沉积序列被重新解释为后继盆地，其碎屑锆石物源分析约束了盆地的沉积时代和物源区。该研究为Piedade微大陆从太古代稳定化到古元古代增生及造山塌陷的完整演化提供了综合约束，深化了对圣弗朗西斯科古陆拼合过程的理解。