北突尼斯晚新生代玄武岩岩浆作用的岩石学和地球化学特征:对岩浆来源及区域地质动力学的启示

《Journal of African Earth Sciences》:Petrographic and geochemical characterization of Late Cenozoic basaltic magmatism in Northem Tunisia: implications for magma sources and regional geodynamics

【字体: 时间:2026年06月11日 来源:Journal of African Earth Sciences 2.2

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  Sonia Lazaar | Randa Ben Abdallah | Mansour M. Abdelmalak | Johan Yans | Jean-Marc Baele | Fakher Jamoussi | Nouri Hatira | Hédi-Ridha Chaft

  
Sonia Lazaar | Randa Ben Abdallah | Mansour M. Abdelmalak | Johan Yans | Jean-Marc Baele | Fakher Jamoussi | Nouri Hatira | Hédi-Ridha Chaftar | Mounir Medhioub
突尼斯斯法克斯大学理学院,材料光谱表征与光学实验室(LCSOM)

摘要

晚新生代时期,突尼斯北部的岩浆活动记录了沿西地中海北非边缘发生的复杂后碰撞地幔过程。在此背景下,我们提供了来自Moktaa el Hadid玄武岩的新岩石学观察结果和全岩地球化学数据,并结合了Zouara和Mogods地区的已发表数据集,以限制岩浆来源和区域地质动力学演化。岩石学观察和地球化学分析表明,Moktaa el Hadid玄武岩具有中等程度的分化,并受到不同程度的水热蚀变和风化作用。一些样品显示出相对较高的LOI值;因此,地球化学解释主要基于变化最小的样品以及相对不移动的微量元素(HFSE和REE),这些元素更好地保留了原始岩浆的特征。与Moktaa el Hadid玄武岩相比,Mogods玄武岩表现出更碱性的亲缘关系和更强的不相容元素富集。REE分布、原始地幔标准化的多元素模式以及微量元素比值表明,它们来源于涉及富集的软流圈熔体与俯冲改造岩石圈地幔相互作用的异质地幔源。从Moktaa el Hadid到Mogods地区的玄武岩岩浆活动向东年轻化,结合区域地质、地球化学和地球物理观测结果,可能反映了与西地中海俯冲系统相关的逐渐撕裂的板块和增加的软流圈流入,而岩石圈剥离也可能在后期伸展阶段局部起到了作用。由于样品数量有限,缺乏新的同位素分析、定量岩石成因建模和高精度地质年代学约束,这些解释仍具有不确定性。尽管如此,该研究为了解突尼斯北部的晚新生代构造-岩浆演化提供了新的见解。

引言

在地质动力学复杂的地区限制地幔动力学是具有挑战性的,因为地幔过程无法直接观测,其特征通常被构造活动、岩石圈异质性和与热液/地表流体的相互作用所掩盖(例如,Hofmann, 1997; Koornneef et al., 2019)。在上升和侵位过程中,携带地幔信息的岩浆可能会发生改变,从而掩盖其原始的地球化学特征(Neave et al., 2019)。因此,精确的岩石学描述结合地球化学分析是推断岩浆来源、熔化条件以及交代作用或俯冲相关成分影响的关键工具,即使是在经过改变的岩石中也是如此。因此,这些方法对于推进我们对深部地质动力学过程的理解至关重要(McDonough and Sun, 1995; Hofmann, 1997; Pearce, 2008; Stracke, 2021)。
西地中海地区经历了由非洲板块和欧亚板块汇聚驱动的复杂新生代地质动力学演化(图1a)。这一演化包括特提斯洋岩石圈的俯冲、大陆碰撞、板块回撤和撕裂、弧后盆地的形成以及局部岩石圈变薄(例如,Réhault et al., 1984; Gueguen et al., 1998; Faccenna et al., 2004, 2014; Lustrino et al., 2011; Booth-Rea et al., 2018)。这些过程产生了广泛且成分多样的新生代岩浆活动,使西地中海成为研究后碰撞环境中地幔动力学的理想区域(例如,Savelli, 2002; Duggen et al., 2005; Lustrino and Wilson, 2007; Lustrino et al., 2011, 2013; Carminati et al., 2012)。
沿北非边缘,新生代至第四纪的岩浆活动沿着一条长约1200公里的火山带发生,从突尼斯北部延伸到摩洛哥北部(Maury et al., 2000; El Azzouzi et al., 2003, 2014; Chazot et al., 2017)。这条火山带包括钙碱性、肖肖尼特型和轻度钠碱性的岩浆,反映了从俯冲相关岩浆活动向板内岩浆活动过渡期间的地幔来源和熔化条件的变化。岩浆活动始于中中新世(约17百万年前),阿尔及利亚出现了富钾的钙碱性火山活动,这归因于早期俯冲事件引起的地幔交代作用(Maury et al., 2000)。这一阶段之后是突尼斯和摩洛哥西部的钙碱性火山活动(约14–11百万年前),以及晚中新世至上新世的碱性玄武岩火山活动(约8–5百万年前),与岩石圈变薄和被动软流圈上涌有关(Maury et al., 2000; Lustrino and Wilson, 2007)。
在突尼斯北部,晚新生代岩浆活动主要局限于Tellian区域,特别是在Nefza-Tabarka、Mogods和La Galite地区,并呈ENE-WSW方向排列(图1b)。20世纪70年代和80年代进行的早期岩石学和地球化学研究仅对地幔来源特征和岩浆演化提供了有限的约束(Badgasarian et al., 1972; Tzekova, 1975; Bellon, 1976; Mauduit, 1978; Faul and Foland, 1980; Halloul, 1989)。最近的同位素研究提高了对该区域构造-岩浆框架的理解(例如,Talbi et al., 2005; Halloul and Gourgaud, 2012; Decrée et al., 2014; Ben Abdallah, 2013; Ben Abdallah et al., 2024)。然而,尽管玄武岩对于阐明突尼斯北部下地幔动力学与玄武岩岩浆活动之间的关系至关重要,但对其进行的详细岩石学和全岩地球化学研究仍然很少。
本研究的目的是提供Moktaa el Hadid地区晚新生代玄武岩的新岩石学观察结果和全岩地球化学分析,并结合Mogods地区的现有数据(图1b)。这些数据用于表征岩浆来源并限制突尼斯北部的构造-岩浆演化。该研究进一步探讨了玄武岩岩浆活动的空间和时间变化,并讨论了其对西地中海区域地质动力学过程的影响。

章节片段

地质背景

突尼斯北部的现今结构反映了始于晚二叠世的长期复杂构造演化,最初与泛古陆的分裂有关(例如,Bouaziz et al., 2002)。在侏罗纪和白垩纪期间,突尼斯位于南部非洲克拉通和北部正在演化的特提斯域之间(Chikhaoui, 2002; Bouaziz et al., 2002)。这一时期的沉降和抬升交替发生,反映了...

采样和野外观察

Moktaa el Hadid采样区的岩层序列如图3所示。该序列以火山碎屑沉积物为基础(图3-p1),这些沉积物位于始新世泥质基底之上。这些沉积物之上是受铁质化影响的湖泊石灰岩,局部含有流纹岩夹层和碎屑角砾岩。这一层顶部覆盖着一层铁质外壳,被认为是陆上时期形成的古风化表面...

岩石学研究

Moktaa el Hadid玄武岩表现出典型的侵入岩的粒间微晶至斑状结构(图4)。橄榄石以亚自形至无定形晶粒的形式出现,通常发生断裂并受到不同程度的蚀变;许多晶粒部分或完全被iddingsite替代,反映了低温蚀变和氧化过程(图4a和d)。岩石结构以丰富的斜长石为主,斜长石呈长条状排列,形成相互锁定的框架...

蚀变程度

结合岩石学和地球化学数据表明,Moktaa el Hadid玄武岩经历了中等程度的岩浆分化,随后受到不同程度的后岩浆蚀变和风化作用的影响,这与先前的研究结果一致(Decrée et al., 2014; Dekoninck et al., 2018; Yans et al., 2021)。岩石学观察显示,蚀变主要影响橄榄石和间隙火山玻璃。橄榄石斑晶部分被iddingsite替代,而...

结论

本研究提供了突尼斯北部Moktaa el Hadid/Zouara地区晚新生代玄武岩的新岩石学和全岩地球化学数据,并结合了Mogods地区的已发表数据,以限制岩浆来源和西地中海域内突尼斯北部边缘的地质动力学演化。岩石学观察和地球化学系统学表明,Moktaa el Hadid玄武岩经历了中等程度的岩浆分化...

CRediT作者贡献声明

Sonia Lazaar:概念化、初稿撰写、审阅与编辑。Randa Ben Abdallah:概念化、监督、初稿撰写、审阅与编辑。Mansour M. Abdelmalak:概念化、初稿撰写、审阅与编辑。Johan Yans:撰写、审阅与编辑。Jean-Marc Baele:撰写、审阅与编辑。Fakher Jamoussi:撰写、审阅与编辑。Nouri Hatira:撰写、审阅与编辑。Hédi-Ridha Chaftar:撰写、审阅与...

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。

致谢

本研究基于Sonia Lazaar的硕士论文研究,题为“Moktaa El Hadid(突尼斯北部Nefza)新生代基性辉石的矿物学、岩石学和地球化学及其蚀变产物”,该论文于2013年在斯法克斯大学完成,由Mounir Medhioub教授指导。本研究得到了法国外交部与高等教育部及研究部的“PHC Utique”项目的财政支持...
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