从被动边缘到活动前陆：南部Nama盆地Witpütz次盆地晚埃迪卡拉纪基底再循环与造山带输入的锆石U–Pb–Hf约束

《Precambrian Research》：Basement recycling and orogenic influx during late ediacaran: A zircon U-Pb-Hf study from the southern Nama basin

　　

研究人员对南部Nama盆地Witpütz次盆地的晚埃迪卡拉纪沉积序列开展锆石U–Pb与Lu–Hf同位素研究，并结合火山灰层的高精度化学磨损-同位素稀释-热电离质谱（Chemical Abrasion–Isotope Dilution–Thermal Ionization Mass Spectrometry, CA-ID-TIMS）定年，以厘定最大沉积年龄（Maximum Depositional Age, MDA）、物源组成和构造背景。碎屑锆石记录显示，下Kuibis亚群以古老中元古代—古元古代和太古宙基底再循环为主，MDA约为1111–1075 Ma，指示相对稳定的被动边缘或远端后隆起环境；自Nudaus组向上，碎屑锆石年龄显著年轻化，并出现新元古代—晚埃迪卡拉纪组分及新生地幔来源Hf同位素信号，反映向活动前陆盆地的转换。Huns段下部火山灰层给出541.71±0.12 Ma的CA-ID-TIMS年龄，为构造缩短与同期火山作用提供精确时间约束。Spitskop段火山灰具有负的初始铪同位素值（εHf(t)）和古老Hf模式年龄（T_NC），表明同期火山活动涉及古老大陆地壳的再循环；结合区域资料，研究人员认为向前推进的Saldania弧可能是Witpütz次盆晚埃迪卡拉纪火山作用最可能的驱动源。该研究揭示了该次盆地从被动边缘向前陆盆地的构造-物源演化，并为Gondwana聚合晚期过程提供新约束。

研究背景与问题：新元古代—早古元古代Rodinia超大陆裂解及Gondwana聚合相关构造重组，在西南Gondwana形成Damara、Gariep和Saldania等泛非造山带及多个前陆/边缘盆地。Nama盆地保存了南部Gondwana较完整且古生物与年代地层控制较好的Ediacaran–Cambrian过渡序列，但以往研究多关注生物演化，对盆地充填开始时间、物源来源、基底再循环及构造背景关注不足；同时，缺乏无显著变质变形且年代控制良好的连续剖面，限制了对碰撞时限、沉积构造背景和源区组成的理解。Witpütz次盆地基底年龄、下Nama群沉积启动时限及火山灰来源均需进一步约束。为此，研究人员对Witpütz次盆地Kuibis–Schwarzrand亚群开展碎屑锆石U–Pb–Hf同位素与火山灰CA-ID-TIMS年代学研究，以重建物源转换、火山活动时限和盆地构造演化，并讨论其与Gondwana聚合晚期造山过程的关系。

关键技术与样本来源（≤250字）：样本来自纳米比亚南部六口GRIND-ECT钻孔（1A-Tierkloof、1B-Swartpunt South、1D-Swartpunt、1F-Tierkloof South、1G-Anib、1H-Orange River），岩心采自德国柏林-施潘道Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe岩心库；包括21件粗—细粒变质沉积岩、7件硅化火山灰层和1件变质花岗岩。研究人员采用激光剥蚀-电感耦合等离子体质谱（Laser Ablation Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry, LA-ICP-MS）测定碎屑锆石U–Pb年龄，并对同一锆石域开展Lu–Hf同位素分析；对火山灰层采用CA-ID-TIMS高精度U–Pb定年，部分火山灰样品兼用LA-ICP-MS；同时以多维度标定（Multidimensional Scaling, MDS）和聚类分析对碎屑锆石年龄谱进行物源统计比较。

研究结果：4.1.1 Basement：对1G-2883变质花岗岩开展LA-ICP-MS U–Pb定年，获得约1011±8 Ma结晶年龄，指示中元古代基底。4.1.2 Kanies Member：碎屑锆石以中元古代为主，MDA约1112–1075 Ma，显示古老基底再循环。4.1.3 Kliphoek Member：锆石年龄谱仍以中元古代为主，最年轻簇给出1107±6 Ma，物源与下伏Kanies段相近。4.1.4 Aar member：碎屑锆石年龄连续分布，最年轻簇给出约1111±9 Ma，并出现物源组成变化迹象。4.1.5 Nudaus formation：碎屑锆石显著年轻化，MDA约645–589 Ma，出现新元古代—晚埃迪卡拉纪组分。4.1.6 Huns member：年龄谱多源且含少量寒武纪单粒，MDA约602–568 Ma，显示古老地壳再循环增强。4.1.7 Huns ash：对1F-1808火山灰锆石LA-ICP-MS分析获得557±6 Ma年龄。4.1.8 Feldschuhhorn member：1H-562最年轻簇给出592±6 Ma，1B-1417最年轻单粒为629±15 Ma。4.1.9 Spitskop member：1H-376最年轻簇给出585±14 Ma，另两个样品最年轻单粒为629±15 Ma和644+16/-18 Ma。4.1.10 Spitskop ash：1H-299火山灰LA-ICP-MS最年轻簇给出537±7 Ma。4.2.1 Basement：Hf同位素显示年轻簇εHf(t)为?5.0至?12.6、T_NC为2.08–2.39 Ga，老簇可达+7.2，指示古老地壳与幔源物质混合。4.2.2 Kanies member：εHf(t)为?13.4至+8.4，显示古老地壳与新生幔源混合。4.2.3 Kliphoek member：中元古代主峰εHf(t)为?15.8至+8.2，古元古代峰以再造古老地壳为主（?1.2至?12.8）。4.2.4 Aar member：εHf(t)为?16.1至+7.2，主峰以新生幔源为主并混入少量古老地壳，太古宙颗粒保留幔源信号。4.2.5 Nudaus formation：新元古代簇εHf(t)为?10.5至+9.1，中元古代峰可达+14.5至?11.5，显示新生幔源输入增强。4.2.6 Huns member：新元古代簇εHf(t)为+8.1至?26.9，中元古代峰为?20.3至+11.7，古元古代与太古宙组分显示较多再造地壳。4.2.7 Feldschuhhorn member：新元古代簇以正值为主（+3.8至+11.8，少量负值），中元古代峰为?10.0至+13.0，T_NC为1.03–2.33 Ga。4.2.8 Spitskop member：主峰εHf(t)为+1.9至+5.2，中元古代峰为+2.1至+10.2，总体以新生幔源为主。4.2.9 Spitskop ash：新元古代峰εHf(t)为?0.7至?5.1（仅一粒+1.0），T_NC为1.28–1.62 Ga，指示古老地壳熔融。4.3 CA-ID-TIMS U-Pb ages：火山灰层获得高精度年龄，包括1H-120为538.30±0.10 Ma、1H-377为539.11±0.11 Ma、1D-987为539.91±0.10 Ma、1D-995为540.03±0.25 Ma、1D-999为540.115±0.097 Ma、1F-1808为541.71±0.12 Ma，其中1F-1808约束Huns段下部。

讨论与结论：讨论部分总结指出，Witpütz次盆地花岗质基底约1011 Ma，与Namaqua–Natal变质省具有亲缘性；下Kuibis亚群以Namaqua、Gariep和Ghanzi等古老源区再循环为主，MDA偏老且缺少近沉积期锆石，符合约550 Ma前相对稳定被动边缘或远端后隆起背景。Aar段开始出现物源重组，Nudaus组显著年轻化并出现新生幔源Hf信号，标志盆地向活动前陆转换；Huns段显示多源混合和古老基底再循环，541.71±0.12 Ma火山灰年龄表明至少约542.96 Ma以来弧火山作用和挠曲变形已影响Nama盆地南部。Feldschuhhorn与Spitskop段物源趋于均一，受Damara和Saldania造山带新生体系影响增强；Spitskop火山灰负εHf(t)和古老T_NC表明同期火山活动熔融了古老Proterozoic大陆基底，Saldania弧是地理与时间上最可行的源区。结论部分翻译：高精度U–Pb年代学与Hf同位素示踪表明，Witpütz次盆地经历由古老基底再循环主导的被动边缘阶段向新生地幔物质输入增强的活动前陆阶段转换；下Kuibis亚群MDA约1111–1075 Ma，记录Namaqua、Gariep和Ghanzi等源区再循环；中Schwarzrand亚群物源显著年轻化，Nudaus组底部向上出现新生幔源Hf信号，指示被动边缘向前陆盆地转换；Huns段下部541.71±0.12 Ma火山灰层为缩短构造和同期火山作用提供精确约束；Feldschuhhorn和Spitskop段受Damara和/或Saldania造山前沿新生体系控制，Spitskop火山灰的地壳Hf信号表明Saldania活动大陆弧在Gondwana聚合末期可能为同期火山作用源区。该研究揭示了Witpütz次盆地从古老地壳再循环向高度活动前陆盆地的构造-物源演化，为理解Ediacaran–Cambrian过渡期Gondwana聚合过程提供新证据。