伊拉克Shalair谷中Sanandaj–Sirjan带（SaSZ）的中白垩世安第斯型弧演化：新的年代学（Zircon U–Pb）与地球化学约束

《Geochemistry, Geophysics, Geosystems》：Middle Cretaceous Andean-Type Arc Evolution in the Sanandaj–Sirjan Zone (Shalair Valley), Iraq: New Geochronological and Geochemical Constraints

　　

伊拉克东北部Shalair谷的中白垩世花岗质岩体是构成扎格罗斯造山带（Zagros Orogenic Belt, ZOB）西北段Sanandaj–Sirjan带（SaSZ）的重要岩浆组分。其中等粒状Aulan岩体（Aulan Granitoid, AG）与斑状Laladar岩体（Laladar Granitoid, LG）经锆石（Zircon）238U–206Pb定年获得结晶年龄分别为111.0 ± 1.5 Ma与112.4 ± 2.1 Ma。两类岩体均为准铝质、钙碱性I型花岗岩类（I-type granitoids）。AG岩石具正的εNd(t)值（+2.1至+2.6）及一致的Nd模式年龄（TDM）0.78–1.27 Ga，LG岩石的εNd(t)值介于+0.3至+4.1之间，Nd模式年龄为0.87–1.5 Ga，上述同位素特征指示两岩体均源自年轻的初生（juvenile）地壳源区。本研究结果与Shalair谷其他中白垩世花岗岩前人研究综合表明这些侵入体基本同期且同源。此外，Sr–Nd同位素数据显示Shalair谷火山弧相关背斜北翼与南翼具明显成分差异，北翼侵入体在岩浆演化过程中混染更高比例的地壳物质。综上，地球化学与同位素证据证实Shalair谷花岗岩在中白垩世于新特提斯洋（Neotethys Ocean）俯冲控制的成熟安第斯型（Andean-type）大陆弧背景下，经分离结晶（Fractional Crystallization, FC）耦合地壳同化（Crustal Assimilation）作用就位。

论文解读：伊拉克Shalair谷中白垩世Sanandaj–Sirjan带安第斯型弧演化的年代学与地球化学研究

研究背景与意义

Sanandaj–Sirjan带（SaSZ）是伊朗—伊拉克边境扎格罗斯造山带（Zagros Orogenic Belt, ZOB）内一条重要的构造—岩浆带，记录了新特提斯洋（Neotethys Ocean）向欧亚大陆西南缘之下俯冲的过程。SaSZ中侏罗世—中白垩世发育大量钙碱性花岗岩类与火山岩，代表活动大陆边缘弧岩浆作用。然而，位于伊拉克境内的SaSZ（即伊拉克扎格罗斯缝合带 Iraqi Zagros Suture Zone, IZSZ）中白垩世花岗岩类的研究相对薄弱，其精确定年、岩石成因、地壳混染程度及沿弧北—南翼变化规律尚存争议。Shalair谷火山弧相关背斜（Shalair Valley volcanic arc–related anticline, SVAA）出露多个中白垩世花岗岩体，但缺乏高精度锆石U–Pb年龄与系统的Sr–Nd同位素制约。研究人员通过开展Aulan（AG）与Laladar（LG）岩体的锆石U–Pb定年、全岩主微量元素及Sr–Nd同位素分析，旨在阐明其侵位时代、岩石成因、岩浆演化过程及SVAA南北翼成分差异，进而约束西北ZOB中白垩世安第斯型大陆弧的地球动力学演化。该研究发表于《Geochemistry, Geophysics, Geosystems》。

主要技术方法概述

研究人员采集SVAA北翼Aulan花岗岩体（AG，11件）与南翼Laladar花岗岩体（LG，8件）新鲜样品。关键分析包括：①锆石U–Pb激光剥蚀电感耦合等离子体质谱（LA?ICP?MS）定年；②波长色散X射线荧光光谱（WD?XRF）测定全岩主量元素，ICP?MS测定微量及稀土元素（REE）；③热电离质谱（TIMS）测定全岩初始⁸⁷Sr/⁸⁶Sr与¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd比值并计算εNd_(t)及亏损地幔模式年龄（T_DM）。所有分析在日本名古屋大学完成，采用国际标样监控精度。

研究结果

4.1 岩石学（Petrography）

AG为等粒状花岗闪长岩—花岗岩，具文象结构，主要矿物为斜长石（～45%）与石英（～45%），含少量钾长石、角闪石、磁铁矿及副矿物锆石，可见暗色微花岗质包体；斜长石具钠黝帘石化与绢云母化，石英具波状消光。LG具斑状结构，斑晶为斜长石与石英，基质细粒，斜长石具环带且发生钠黝帘石化，部分样品蚀变较强并发育绿帘石与石英脉。两者矿物组合相似但结构、蚀变程度不同。

4.2 锆石U–Pb定年（Zircon U–Pb Geochronology）

AG样品C5与LG样品LW5中锆石具岩浆振荡环带，Th/U比分别为0.48–1.58与0.81–1.16，属典型岩浆锆石。AG获得谐和年龄111 ± 1.5 Ma（MSWD = 1.7），LG获得112.4 ± 2.1 Ma（MSWD = 1.6）。加权平均年龄111.5 ± 0.82 Ma对应阿尔布阶（Albian）中白垩世，表明两岩体大致同时侵位。

4.3 主微量元素地球化学（Major and Trace Elements Geochemistry）

AG的SiO₂为68.4–78.8 wt.%，LG东南体（LW）SiO₂为70.1–72.5 wt.%，LG南体（LE）SiO₂较低（57.3–63.6 wt.%）且富CaO、Fe₂O₃。两类岩体均属准铝质—弱过铝质（metaluminous to slightly peraluminous），在AFM图上呈钙碱性趋势。稀土配分模式显示轻稀土（LREE）富集、重稀土（HREE）平坦，(La/Yb)_N为0.8–4.2（AG）与2.14–7.06（LG），AG具弱—中等负Eu异常（Eu/Eu* = 0.65–1.16），LG负Eu异常较弱（0.73–1.03）。原始地幔标准化蛛网图显示Ta、Nb、Ti负异常与Pb正异常，符合俯冲相关弧岩浆特征。10?000×Ga/Al比值及岩石化学分类确认其为I型花岗岩类（I?type granitoids），无典型S型矿物（石榴子石、原生白云母等）。

4.4 全岩Sr–Nd同位素（Whole Rock Sr and Nd Isotopes）

AG的初始¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd(i)为0.51260–0.51263，εNd_{(110 Ma)}为+2.1至+2.6，T_DM为0.78–1.27 Ga；(⁸⁷Sr/⁸⁶Sr)_i为0.70527–0.70582。LG的εNd_{(110 Ma)}为?4.1至+0.3（LW部分样品为+0.3），T_DM为0.87–1.50 Ga，(⁸⁷Sr/⁸⁶Sr)_i为0.70543–0.70696（一样品受蚀变影响偏低）。AG具明显初生地幔信号，LG显示更多古老地壳混染。与SVAA内其他岩体对比显示北翼（Sirstan、Aulan）εNd为正、Th/Yb低，南翼（Mishao、Laladar）εNd偏负、Th/Yb高，存在由北向南地壳混染增强的梯度。

讨论与结论总结

研究人员在讨论中指出，AG与LG为准铝质钙碱性I型花岗岩类，形成于新特提斯洋向北俯冲产生的活动大陆弧环境，岩浆源自被俯冲流体交代的亏损地幔楔部分熔融，上升过程中经斜长石等分离结晶（FC）及不同程度的下—中地壳同化（Assimilation?Fractional Crystallization, AFC）。Harker图解与恒定εNd–SiO₂关系指示FC为主导演化机制，少量AFC导致南翼LG较AG具更低εNd与更高(⁸⁷Sr/⁸⁶Sr)_i。Sr–Nd同位素混合模拟表明北翼岩体含约10–20%地壳组分，南翼可达25–50%。全区中白垩世（～110 Ma）花岗岩具统一岩浆源区与构造背景，反映成熟安第斯型大陆弧岩浆作用，并揭示SVAA沿走向存在岩浆演化与地壳混染程度的南北分段性。

结论部分原文要点翻译如下：

位于伊拉克Zagros缝合带SVAA内的Aulan（AG）与Laladar（LG）花岗岩体代表中白垩世（～111–110 Ma）与新特提斯洋俯冲相关的岩浆事件，属钙碱性I型花岗岩类，主要源于被俯冲流体交代的亏损地幔楔部分熔融并伴随可变地壳混染。AG具初生同位素特征（εNd_(t)= +2.1～+2.6，(⁸⁷Sr/⁸⁶Sr)_i= 0.7052–0.7058），LG显示更强地壳混染信号（εNd_(t)= ?4.1～+0.3，(⁸⁷Sr/⁸⁶Sr)_i= 0.7054–0.7070），反映SVAA南翼较北翼卷入更多前寒武纪地壳物质。元素与同位素变异支持二者为同源岩浆经分离结晶为主、少量地壳同化为辅的方式演化。结合Sirstan与Mishao岩体研究，确认其为新特提斯板片之上交代地幔楔部分熔融产生的中白垩世安第斯型大陆弧岩浆作用，揭示了伊拉克SaSZ段此前未被识别的中白垩世火山—深成岩浆系统，对理解西北ZOB白垩纪地球动力学演化具有重要意义。