喀麦隆极北地区梅里岩体的碰撞后I型花岗岩的成因：对中非褶皱带晚期泛非地动力学演化的启示

《Journal of African Earth Sciences》：Petrogenesis of post-collisional I-type granites from the Meri Pluton (Far North Cameroon): insights into late Pan-African geodynamic evolution in the Central African Fold Belt

　　

摘要

位于马鲁阿以西的未变形梅里岩体，为了解中非泛非造山运动晚期的岩浆活动提供了重要线索。通过野外观察、岩石学分析、全岩地球化学检测以及锆石饱和温度测定，研究人员对其成因、岩浆演化过程及构造意义进行了深入研究。该岩体由四个花岗岩体组成，分别是穆古迪、卡利亚奥、莫佐戈伊和杰贝，主要由中粗粒黑云母正长花岗岩构成，其中含有微粒量基性包体以及片麻岩捕虏体。这些花岗岩属于高钾钙碱性至肖申尼型，金属质至弱过铝质（A/CNK = 0.98–1.04），且富含镁元素，属于I型花岗岩。微量元素分析显示，这些岩石中大离子亲石元素含量较高，而Nb–Ta元素含量较低，这类特征常见于弧岩或碰撞后环境。稀土元素分析结果显示轻稀土元素含量偏高，Eu异常值为负（Eu/Eu* = 0.46–0.70），重稀土元素含量几乎不变，这表明其结晶过程受长石控制。锆石饱和温度在约686至810摄氏度之间，说明岩浆形成时的温度处于中等水平。尽管存在微粒量基性包体以及一定的地球化学差异，但岩浆混合程度有限，分异结晶才是主导演化过程。梅里岩体很可能是由年轻的陆壳物质部分熔融而成，且幔源物质参与较少。它可视为泛非造山运动晚期岩浆活动的产物，形成于从挤压构造向碰撞后构造过渡的阶段，代表了撒哈拉超克拉通南缘从碰撞型I型岩浆活动向碰撞后岩浆活动过渡的阶段。

引言

花岗岩类是大陆地壳的主要组成部分，也是记录造山周期中地壳演化过程的重要载体。它们的矿物学和地球化学特征有助于了解岩浆来源、构造环境、温度条件以及地壳与地幔的相互作用，从而为重建岩浆成因过程提供有力依据。在汇聚构造环境中，花岗岩类岩浆活动反映了地壳生长和改造的关键阶段，此时地壳的部分熔融以及幔源岩浆的注入会形成成分多样的岩浆系列，这些岩浆系列记录了大陆地壳的形成与演化过程（Moyen和Laurent，2018；Li等人，2022）。传统上，根据岩浆的来源特征以及构造-岩浆环境，花岗岩被划分为I型、S型、M型和A型（Chappell和White，1974；Loiselle和Wones，1979；Barbarin，1999；Frost和Frost，2011）。I型花岗岩通常为金属质至弱过铝质，主要源自火成岩或变火成岩来源，多形成于俯冲带或大陆弧环境中。S型花岗岩则属于强过铝质，是在造山作用强烈导致的地壳增厚环境下，由变沉积岩部分熔融形成的。M型花岗岩虽然较为少见，但源自以地幔物质为主的来源，或是深部基性岩浆的高温分异产物，多与早期弧岩或地幔柱影响下的环境相关。相比之下，A型花岗岩形成于无水、伸展或造山后的环境中，其特点是碱含量高，Fe/Mg比值较大，同时富含Zr、Nb、Y等高场强元素（Whalen等人，1987；Eby，1992）。这种分类体系为解读花岗岩系列的成因及其构造背景提供了有力的框架。

泛非造山运动（约750–500百万年前）对非洲大陆进行了大规模的改造，在冈瓦纳大陆聚合过程中引发了广泛的花岗岩类岩浆活动（例如Stern，1994）。在中非，这一地质事件体现在中非褶皱带中——这是一条贯穿喀麦隆、乍得、中非共和国和苏丹的新元古代重要造山带（Nzenti等人，1994；Toteu等人，2004；Penaye等人，2006）。该造山带经历了多阶段的俯冲、大陆碰撞、地壳增厚、走滑剪切以及碰撞后崩解，这些地质过程为不同类型的花岗岩类岩浆体的形成创造了条件，从构造期内的钙碱性岩浆到碰撞后的高温非造山侵入岩均有出现（Tchameni等人，2006；Ngako等人，2008；Hamdja Ngoniri等人，2021；Fossi等人，2022；Basua等人，2022、2024；Ayonta Kenne等人，2023；Takodjou Wambo等人，2024；Shellnutt等人，2025及相关参考文献）。在喀麦隆北部，花岗岩类通常被视为构造期或晚期构造期的侵入岩，它们表现出不同程度的变形（Tchameni等人，2016；Bello等人，2024；Fodoué等人，2026）。这类变形结构常常掩盖了岩浆的原始结构，有时还会改变其原有的地球化学特征，从而增加了对岩浆原始特征的解读难度。因此，仅依据全岩数据对这些变形花岗岩进行成因分析，可能会导致对其岩浆演化过程和构造环境的误判。

梅里地区位于马鲁阿以西约20公里处，属于中非褶皱带的北部区域（图1a）。这里分布着由四个主要岩体组成的花岗岩类复合体，分别是卡利亚奥、莫佐戈伊、杰贝和穆古迪。这些花岗岩体主要是黑云母正长花岗岩，侵入由片岩、片麻岩以及次要的变火山岩构成的变质基底，局部地区还有近代沉积物覆盖（图1b）。与喀麦隆北部其他大多数花岗岩类不同，梅里岩体几乎未发生变形。这类未变形的花岗岩类对于岩浆成因研究具有特殊价值，因为它们保留了原有的矿物学和地球化学特征，有助于更准确地判断岩浆来源及演化过程。与该地区其他以碱性、铁质A型花岗岩为主的未变形岩体不同（Basua等人，2022、2024），梅里岩体具有钙碱性、含镁元素且略偏过铝质的特征，这些特征都是I型花岗岩的典型特点。这说明该岩体形成于碰撞后岩浆活动的早期阶段，为我们了解喀麦隆北部中非褶皱带后续伸展期岩浆活动之前的构造过程提供了重要信息。

在本研究中，我们提供了梅里未变形岩体的详细岩石学和全岩地球化学数据，这些数据在空间和时间上都与撒哈拉超克拉通南缘的碰撞后岩浆活动密切相关。这些新数据可用于：（i）分析四个岩体之间的矿物学和地球化学差异；（ii）确定岩浆来源以及地壳-地幔的演化过程；（iii）明确岩浆的结晶条件；（iv）完善泛非造山运动最后阶段的地球动力学模型。由于梅里岩体没有明显的变形现象，它为我们提供了一个极为珍贵的、未受干扰的岩浆成因研究样本，有助于探究中非褶皱带新元古代晚期岩浆的化学性质。因此，这项研究为了解超克拉通边界从地壳增厚向造山后岩石圈伸展过程中的成分变化和结构演化提供了重要的参考依据。

章节节选

区域地质情况

泛非造山运动是一场重要的地球动力学事件，它促成了中非造山带的发展，这条造山带延伸至尼日利亚、喀麦隆、乍得、中非共和国，直至苏丹东部（Toteu等人，2004）。该造山带形成于新元古代晚期到寒武纪时期（750–500百万年前），是冈瓦纳大陆聚合的结果。在喀麦隆境内，中非造山带可分为三个构造岩区，每个岩区都以两条主要的剪切带为边界（Toteu等人，2004）

野外测绘与采样工作

本研究结合了详细的野外调查以及实验室中的岩石学分析和全岩地球化学分析。野外工作的主要内容是识别并描述构成梅里岩体复合体的各类岩性单元，并对其宏观特征进行记录。共采集了27份新鲜、具有代表性的岩石样本，随后对这些样本进行了标记，以便送入实验室进行分析。在将样本从野外运送到实验室的过程中，研究人员格外注意

野外观察与岩石学特征

在本研究中，“岩体”指的是任何侵入性的火成岩体，无论其形状、大小或成分如何。梅里岩体的岩石主要为粗粒至中粒黑云母花岗岩和碱性长石花岗岩，局部呈斑状结构，主要由石英、钾长石、斜长石和黑云母组成，还含有角闪石和暗色矿物作为副矿物（图2）。由于这些岩石主要以斑状结构为主，因此采用了石英-碱性分类法对它们进行分类

梅里岩体样本的构造-岩浆学分类

花岗岩类的岩石学和地球化学特征为它们的分类及成因研究提供了重要依据。通过野外考察和岩石学分析发现，梅里岩体主要由未变形的正长花岗岩构成，这些花岗岩包含石英、钾长石、斜长石和黑云母，还含有角闪石、锆石以及Fe–Ti氧化物作为副矿物。该岩体中广泛存在微粒量基性包体（图2），这一现象表明岩浆之间存在混合现象，同时也暗示了

结论

梅里岩体由四个未变形的花岗岩体组成，这些岩体以黑云母正长花岗岩为主，其中含有微粒量基性包体和片麻岩捕虏体。全岩地球化学数据表明，随着岩浆在相对较高的温度条件下（最高可达810摄氏度）不断分异，岩浆的成分从典型的钙碱性I型逐渐转变为铁质含量更高、碱金属和重稀散元素含量更丰富的类型。该岩体属于以地壳物质为主的岩浆系统，是由地壳物质部分熔融形成的

作者贡献说明

Gaspard Heudaibe：负责撰写初稿、争取研究经费、进行正式数据分析以及概念构思。Sylvestre Ganno：负责撰写初稿、验证研究结果、使用分析软件、管理项目、制定研究方法、开展实地调查、整理研究数据以及进行概念构思。Paul-Désiré Ndjigui：负责撰写初稿、对研究工作进行指导、管理项目、争取研究经费以及进行概念构思

未引用参考文献

Ngako和Njonfang，2011；Shellnutt等人，2022；Stendal等人，2006；Whitney和Evans，2010。

利益冲突声明

? 作者声明，他们不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益或个人关系。

致谢

此处呈现的数据来源于第一作者的博士论文。本研究没有获得公共部门、商业机构或非营利组织提供的任何资助。作者们要衷心感谢编辑、副编辑以及两位匿名审稿人，他们提出的建设性意见和宝贵建议极大地提升了这篇手稿的质量。

Gaspard Heudaibe|Sylvestre Ganno|Paul-Désiré Ndjigui

喀麦隆雅温得第一大学理科学院地球科学系