太古宙至古元古代斯堪的纳维亚加里东造山带中东部基底推覆体——重建芬诺斯堪迪亚活动大陆边缘的关键单元

《Geological Magazine》：The Precambrian basement nappes of the east-central Scandinavian Caledonides – key units for reconstructions of the Fennoscandian active margins

　　

芬诺斯堪迪亚大陆波罗的地盾段1.7–1.6 Ga基岩的主要部分在1.1–0.9 Ga斯韦科挪威期（Sveconorwegian）和0.5–0.4 Ga加里东期（Caledonian）造山作用中被改造和构造位移。因此，芬诺斯堪迪亚晚古元古代演化认识不足，现有模型受限于大陆内部未受1.7 Ga后改造的偏倚采样。本研究对加里东造山带中东部异地推覆体中的长英质斑岩和正片麻岩的火成结晶作用进行了U-Pb锆石定年，结果为1685 ± 8 Ma至1649 ± 5 Ma。推覆体之下原地基底中的长英质斑岩（由碰撞造山斯堪的纳维亚加里东期钻探项目在1.2–2.3 km深度揭露）定年为1656 ± 5 Ma至1649 ± 5 Ma。定年样品的化学特征支持其与芬诺斯堪迪亚地盾中1.87–1.66 Ga跨斯堪的纳维亚火成岩带（TIB）的花岗岩至正长岩类岩石对比。然而，这些岩石部分显著年轻，代表地盾中不存在的TIB岩浆作用的一个延长阶段。加里东造山带和斯韦科挪威省中1.74 Ga之后的TIB岩石共同构成沿芬诺斯堪迪亚活动边缘在1.74–1.62 Ga形成的广泛地壳尺度增生造山系统的残余，需在芬诺斯堪迪亚造山演化模型中予以考虑。这些岩石表明沿演化中的芬诺斯堪迪亚活动边缘岩浆作用组成随时间向更偏正长岩类特征转变，并否定了进入斯特atherian期及所谓"无聊十亿年"（boring billion）时造山活动静止的观点。

**研究背景与问题**

芬诺斯堪迪亚大陆（波罗的地盾）的早前寒武纪基底主要形成于1.7–1.6 Ga，但其后经历了1.1–0.9 Ga斯韦科挪威期（Sveconorwegian）和0.5–0.4 Ga加里东期（Caledonian）造山作用的强烈改造和构造位移。这一多期构造叠加导致芬诺斯堪迪亚晚古元古代（late Paleoproterozoic）的演化历史认识十分有限。现有构造模型主要基于芬诺斯堪迪亚地盾（Fennoscandian Shield）内部未受1.7 Ga后改造的岩石采样，存在明显的采样偏倚。然而，加里东造山带中的前寒武纪结晶基底推覆体虽然已脱离原始地壳位置，却保存了大陆古边缘演化的关键信息，这些信息在仅基于地盾研究的造山带构造模型中容易被忽视。位于加里东造山带中东部的下推覆体（Lower Allochthon, LA）和中推覆体（Middle Allochthon, MA）所含的前寒武纪结晶基底推覆体，是芬诺斯堪迪亚晚新元古代大陆边缘的独特残余。这些基底推覆体的年龄和亲缘性此前研究程度较低，仅有少量且约束较差的年代学数据，火山岩则完全没有年代学约束。因此，研究人员选择该区域开展系统的U-Pb锆石年代学和全岩地球化学研究，以确定这些基底岩石的地壳亲缘性、推覆体搬运距离，并为重建芬诺斯堪迪亚前寒武纪活动大陆边缘提供关键约束。

**研究方法概述**

研究人员在加里东造山带中东部从?stersund推覆体前缘至Storlien的Skard?ra背形，沿瑞典–挪威边界采集了22个地点的地表样品，并结合COSC2钻孔（深2276 m，在J?rpen以南Liten湖南岸，于1215 m深度进入前寒武纪结晶基底）的岩芯样品。共选取24件地表样品和5件钻孔样品进行薄片岩相学和全岩地球化学分析。选取18件样品（含3件钻孔样品）进行U-Pb锆石定年，分析方法包括瑞典自然历史博物馆NordSIMS实验室的Cameca IMS 1280二次离子质谱（SIMS）和Vegacenter的激光剥蚀电感耦合等离子体质谱（LA-ICP-MS）。

**研究结果**

**4.a. 推覆体之下原地基底中的长英质斑岩（COSC2钻孔）**

COSC2钻孔在J?rpen附近揭露的基底主体为长英质斑岩，呈深棕红色至浅灰色和绿色，基质为完全隐晶质，斑晶以棱角状长石为主。斑岩未受韧性变形影响。钻孔还揭露了厚层辉绿岩（dolerite），其U-Pb斜锆石（baddeleyite）年龄分别为1.27–1.26 Ga和1.49–1.47 Ga。三个斑岩样品的U-Pb锆石定年结果分别为1649 ± 5 Ma（1229 m深度）、1656 ± 5 Ma（1418 m深度）和1649 ± 5 Ma（2272 m深度）。

**4.b. 下推覆体中的长英质（变）斑岩**

?stberget和Hoverberget推覆体中的流纹岩分别定年为1666 ± 3 Ma和1663 ± 8 Ma。Olden和Djupsj?berget基底窗中的粗面岩和变粗面英安岩年龄约为1670 Ma，流纹岩和含碳质粗面英安岩定年为1663 ± 3 Ma和1663 ± 6 Ma。Oviken背形中的流纹岩定年为1666 ± 3 Ma。Mullfj?llet背形中强烈变形的变粗面岩定年为1668 ± 2 Ma。Skard?ra背形中的糜棱岩化流纹岩定年为1669 ± 4 Ma。

**4.c. 中推覆体中的变侵入岩**

V?l?n河岸的原糜棱岩化二长岩正片麻岩定年为1685 ± 8 Ma。Ottsj?n变辉长岩定年为1658 ± 3 Ma，变花岗岩的锆石年龄介于1690–1680 Ma之间。Storlien地区Skard?ra背形中的糜棱岩化花岗质眼球片麻岩分别定年为1650 ± 8 Ma和1662 ± 13 Ma。Anjan湖北岸Gr?sj?杂岩中的原糜棱岩化花岗片麻岩定年为1650 ± 8 Ma。

**地球化学结果**

所有分析的火山岩样品SiO₂含量≥65 wt.%，分类为流纹岩至粗面英安岩和粗面安山岩。COSC2钻孔斑岩为流纹质至流纹英安质成分。LA火山岩与基底（COSC2样品）与Dalarna火山岩成分重叠。微量元素组成显示从大离子亲石元素至高场强元素负斜率趋势，多数样品具有负Nb、Ta、Sr、P和Ti异常。MA变侵入岩显示从花岗岩至二长岩的正长岩类（syenitoid）成分趋势，与Dalarna岩浆省1.71–1.68 Ga火成岩、Western Gneiss Region变侵入岩和斯韦科挪威省Eastern Segment正片麻岩成分重叠。

**讨论与结论**

研究人员将加里东造山带中东部LA和MA的前寒武纪基底推覆体及推覆体之下深部基底的U-Pb锆石火成结晶年龄限定在1685 ± 8 Ma至1649 ± 5 Ma之间。18件样品中16件给出1670–1650 Ma的年龄，LA岩石均不老于1670 Ma。这些岩石的化学成分与地盾中TIB型岩石一致，表明其具有相似的来源，可能曾属于芬诺斯堪迪亚大陆同一岩浆省的组成部分。地盾中年轻于1670 Ma的TIB岩石U-Pb年龄稀少，年轻于1660 Ma的年龄缺失。因此，加里东造山带中东部基底推覆体及下伏（准）原地基底可能属于TIB岩浆作用的一个延长阶段（至1649 ± 5 Ma），代表TIB西部分支的残余，其前加里东期范围可能向WNW方向大幅延伸。综合加里东造山带和斯韦科挪威省中1.74–1.62 Ga的TIB岩石，研究人员识别出一个沿芬诺斯堪迪亚活动边缘形成的大规模地壳尺度增生造山系统，面积超过250,000 km²，需在芬诺斯堪迪亚造山演化模型中予以考虑。这一认识否定了进入斯特atherian期和所谓"无聊十亿年"时造山活动静止的观点。此外，1.66–1.65 Ga长英质斑岩为古元古代活动边缘的晚TIB岩浆作用与芬兰东南部1.67–1.62 Ga克拉通内拉帕基维（Rapakivi）岩浆作用之间提供了直接的时间联系。COSC2钻孔揭露的原地基底为未变形、未变质的长英质斑岩，未受1.65 Ga后改造，表明芬诺斯堪迪亚这一地区存在一个广泛的晚古元古代（1.71–1.65 Ga）花岗岩–流纹岩省，在整个前寒武纪期间未受构造改造。TIB基底在加里东造山带中的分布可用于追踪Mylonite Zone和Eastern Segment内部及过渡带边界跨越加里东造山带的位置。