阿根廷中部泥盆纪赞岐岩类与同源花岗岩：陆内造山后环境下的幔源到地壳物质转移

《Gondwana Research》：Mantle-to-crust mass transfer in intracontinental post-orogenic settings: Devonian sanukitoids and cogenetic granites in central Argentina

　　

阿根廷东部潘帕斯山脉（Eastern Sierras Pampeanas, ESP）的泥盆纪岩浆作用以大规模二长花岗质至花岗质侵入体及伴生的、具赞岐岩类（sanukitoids）亲缘性的镁铁质至中性岩石为特征。这些深成岩套侵位于陆内造山后环境（intracontinental post-orogenic setting），构成一个连贯的岩浆系列。地球化学数据，结合实验岩石学（experimental petrology）和分离结晶（fractional crystallization）模型，揭示镁铁质包体（mafic enclaves，即赞岐岩类）与占主导的长英质相（felsic facies）之间存在成因联系，并显示出自赞岐岩类母岩浆（parental melts）的分异趋势。微量元素系统学（trace-element systematics，如Ba、Sr、Zr、稀土元素（REEs）、F）和Sr-Nd同位素组成（Sr-Nd isotopic compositions）表明，原生岩浆（primary magmas）来自早期造山阶段被壳源组分（crust-derived components）交代（metasomatized）的岩石圈地幔源区。这些花岗岩类的广泛分布和可观体积（估计超过6,000 km³）突出其对大陆地壳净生长（net continental crust growth）的潜在贡献。本研究提供了南美洲显生宙碰撞后幔源岩浆作用的首个可靠证据。因此，潘帕斯山脉的泥盆纪岩基代表了远离活动大陆边缘的新生地壳形成（juvenile crust generation）的关键实例，涉及早期造山阶段曾被富集的岩石圈地幔源区的部分熔融。熔体产生和聚集可能促进了区域造山后伸展（regional post-orogenic extension）期间的岩石圈弱化（lithospheric weakening）。

研究背景与问题：显生宙大陆地壳生长传统上与俯冲弧相关，碰撞及碰撞后环境中幔源岩浆的净贡献常被低估。南美西南冈瓦纳边缘古生代以持续增生和岩浆弧为特征，但阿根廷东部潘帕斯山脉（Eastern Sierras Pampeanas, ESP）泥盆纪岩基位于距推断活动边缘逾600 km的陆内，且该纬度泥盆纪缺乏弧岩浆记录；其构造背景及大面积高硅花岗岩是否源于下地壳深熔、幔源镁铁质岩浆是否仅为热和水来源存在争议。赞岐岩类（sanukitoids，高MgO、K₂O且相对低CaO的钾质中—基性岩类）与同源花岗岩（cogenetic granites）是否构成同一幔根系列，以及其是否代表远离活动边缘的新生地壳形成，需要检验。研究人员整合泥盆纪赞岐岩类与花岗岩的岩石学、地球化学、Sr-Nd同位素及分离结晶和混合模型，评价陆内造山后环境下的幔源到地壳物质转移及大陆地壳净生长（net continental crust growth）意义。

关键技术方法：研究人员采用全岩主量元素X射线荧光（XRF）和电感耦合等离子体（ICP）分析、微量元素电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）分析、全岩Sr-Nd同位素质谱分析及电子探针（EPMA）矿物化学；新数据来自Cerro áspero岩基（CAB）和El Hornito岩体（EHP），并汇编Achala（AB）、Las Chacras–Piedras Coloradas（LCPB）、Renca（RB）和CAB等已有数据，与Famatinian、Gondwanic弧及North Patagonian、Sierra Nevada岩基对比；采用分离结晶模型和二元混合模型，并以实验岩石学约束检验成因。

研究结果：全球构造与岩石学框架：通过全球赞岐岩类资料汇编，指出其见于前寒武纪克拉通和显生宙碰撞后及局部裂谷早期，交代地幔易熔，可记录增生加厚向后碰撞垮塌和伸展转换。泥盆纪地质背景：通过区域构造、年代学和高压变质资料，ESP泥盆纪岩基侵位于Cuyania/Chilenia增生后的陆内环境，年龄约415–405 Ma至375–365 Ma，构造背景仍有争议，但总体与岩石圈伸展、软流圈上涌和交代地幔活化一致。泥盆纪侵入单元：通过填图、岩相学和地球化学分类，识别同心分带，中心为黑云母（Bt）±角闪石（Hbl）二长花岗岩和花岗岩并宿主镁铁质包体，边缘或顶部为含白云母（Ms）花岗岩；赞岐岩类为高K石英（Qz）闪长岩—二长闪长岩—Qz二长岩，常见混浆、钾长石（Kfs）巨晶、Qz眼及晚期煌斑岩脉。主量元素：通过全碱—SiO₂（TAS）、K₂O–SiO₂、MALI（Na₂O+K₂O?CaO）、Fe*（FeO_t/[FeO_t+MgO]）、铝饱和指数（ASI）和Harker图解，得出系列为碱性至碱钙性、钾玄质（shoshonitic）、镁质、准铝质至轻微过铝质（metaluminous to slightly peraluminous），较安第斯型高TiO₂、K₂O、MgO，低CaO、FeO，且低CaO/MgO、高K₂O/MgO。微量元素：通过Ba、Sr、Zr、La_N/Yb_N、Sr/Y和F分析，赞岐岩类及Bt±Hbl二长花岗岩具有高Ba（500–2500 ppm）、Sr（200–1600 ppm）、Zr（200–600 ppm）和高F，显著高于ESP地壳单元，仅最演化含Ms花岗岩接近地壳；黑云母和磷灰石为主要F载体。同位素特征：通过Sr-Nd同位素和混合计算，赞岐岩类（⁸⁷Sr/⁸⁶Sr)_i=0.7035–0.7071、εNd_t=-0.7至-5.0，二长花岗岩和花岗岩为0.7034–0.7085、εNd_t=-1.1至-6.0，少数达0.7121；T_DM=1.22–1.60 Ga；两者重叠并落在富集地幔（enriched mantle, EM）与壳源混合区，混合测试仅少部分样品可由地壳端元解释且需≥30 vol%幔源组分。7.1幔根赞岐岩类与花岗岩成因联系证据：通过CaO–MgO、钙长石—顽火辉石—正长石（An–En–Or）投影和分离结晶模型，20% Hbl±辉石（Px）+斜长石（Pl）+磁铁矿（Mag）分离（1100–1000 °C，1 GPa）即可由赞岐岩类母岩浆生成二长花岗质熔体，残余熔体结晶Kfs、Bt±Hbl和钠长石质Pl，支持二者为同一幔根系列。7.2 ESP泥盆纪岩浆作用地壳再循环模型检验：通过汇编ESP中下地壳物质和Sierra de Velasco深熔域，进行赞岐岩类—地壳/深熔熔体二元混合，结果不能重现泥盆纪趋势，尤其中间成分；混合会降低Ba、Sr，且缺乏深熔/残余体包体，同位素无长英质向壳源系统性漂移，排除大规模地壳再造。7.3岩石成因及净地壳生长意义：通过同位素、Nd模式年龄、Th/Yb–Ba/La和F约束，源区为早期俯冲/碰撞交代的岩石圈地幔，壳源信号在熔融前已印入源区（source contamination）；F指示含韭闪石（pargasite, Prg）地幔，部分熔融约1 GPa、1050–1150 °C；体积约6,300 km³，代表陆内显著地壳添加。7.4岩石圈熔体弱化：通过构造—流变讨论，富挥发分和碱质交代域固相线低，少量熔体可降低岩石圈强度并沿继承构造局部化变形；泥盆纪岩浆作用与区域伸展同期并可能增强弱化，记录推断俯冲间歇和重组后的减压熔融。

讨论与结论：讨论通过分离结晶与地壳再循环的对比，主张幔源赞岐岩类母岩浆有限分异主导，地壳混染有限；壳状同位素特征来自交代地幔源，而非大规模同化。结论翻译：ESP泥盆纪岩浆作用提供了陆内造山后环境幔源到地壳物质转移的有力实例。将高硅花岗岩识别为根植于幔源赞岐岩类熔体的连贯岩浆系列，挑战了常掩盖其幔源亲缘性的传统分类。尽管岩相学上均一，这些花岗岩仍可与A型（A-type）和S型（S-type）岩套区分，尤其在存在赞岐岩类包体和二长花岗质中间体时。其意义不仅在于作为造山后岩浆产物，还在于作为远离板块边缘的大陆地壳建造的主动贡献者。具壳状同位素组成的幔源岩浆的存在，提示需重新评估碰撞后岩浆作用在净大陆地壳生长中的作用，特别是在传统上认为不贡献地壳生长的环境。这些构成大型泥盆纪侵入体主体成分的高硅岩浆单元继承了赞岐岩类的特征；二者共同构成镁质、高K₂O钙碱性至钾玄质、准铝质至轻微过铝质系列，较安第斯型弧岩浆具有更高MgO、K₂O和较低CaO、FeO，并具高Sr、Ba、F、Zr。研究表明，其成分继承自幔源母岩浆，后者记录了先前被交代的岩石圈地幔源区印记。赞岐岩类—深熔混合预测与泥盆纪趋势不重叠，尤其对中间Qz二长闪长岩和二长花岗岩而言，排除了大规模地壳再造，支持以赞岐岩类母岩浆有限分异为主导的幔源到地壳物质转移。ESP岩基中赞岐岩类与长英质岩浆的时空关联，与区域造山后伸展期间侵位的幔根岩浆系列一致。先前被交代的岩石圈地幔部分熔融生成赞岐岩类母岩浆及伴生长英质衍生物；熔体聚集和转移可能增强岩石圈弱化，并促进岩浆沿继承构造上升。泥盆纪系统说明大陆内部幔源熔融、岩浆转移与持续伸展变形之间可能存在流变反馈。