埃迪卡拉纪泛非造山运动在尼日利亚巴科希-加达尼亚地区的构造热印记：磷灰石化学成分及U-Pb-Nd同位素约束

《Journal of Geochemical Exploration》：Tectonothermal imprints of Ediacaran Pan-African Orogeny in the Bakoshi-Gadanya area, Nigeria: Constraints from apatite chemical and U-Pb-Nd isotopes

　　Bakoshi-Gadanya 磷灰石属于变质型和蚀变岩浆型。变质-交代事件导致蚀变磷灰石中轻稀土元素亏损。磷灰石记录了 645–608 Ma 和 550 Ma 的离散事件。引言新元古代泛非造山运动是非洲地质史上最重大的动力学事件之一，涉及俯冲、地体拼合、大陆碰撞、广泛的花岗质岩浆活动以及区域变质作用（Caby, 1989; Ferré 等, 2002; Penaye 等, 2006; Brahimi 等, 2018; Liégeois, 2019）。在西非，这一造山旋回是由西非克拉通、刚果克拉通和撒哈拉古陆之间的汇聚与碰撞驱动的，其间还夹杂着若干地体（Bute 等, 2020; Ferré 等, 2002; Penaye 等, 2006）。放射性定年——主要通过 K/Ar、Rb-Sr 和锆石 U-Pb 方法——将主要造山活动限制在约 750 Ma 至 450 Ma 之间。在跨撒哈拉带北段，特阿雷格地盾的大型 Silet 和 Ahambatou 岩基分别给出 648 Ma 和 651 Ma 的年龄（Béchiri-Benmerzoug 等, 2011; Béchiri-Benmerzoug 等, 2017），而 Assodé 地体中 Dabaga-West 侵入岩的片理化斑状花岗质岩年龄为 643 Ma（Liégeois 等, 1994）。在 LATEA 古陆的 Laouni 地体（Tin Begane 地区），角闪岩相变质作用被限定在 686–683 Ma（Liégeois 等, 2003）。更往南，在尼日利亚西盾中，Iwo-Oke-Iho 的伟晶岩岩株侵位于 642 Ma（Adetunji 等, 2018）和 618 Ma（Rahaman 等, 1991）。同一地区的伟晶岩年龄范围从富金属贫型 709 Ma（Adetunji 等, 2016）到稀有金属矿化型约 500 Ma（Goodenough 等, 2014），而尼日利亚东盾中的铁-钾超碱性强碱花岗岩年龄约为 589–580 Ma（Dada 和 Respaut, 1989; Ferré 等, 1998）。尽管拥有如此丰富的地质年代学数据，磷灰石作为约束西非南部跨撒哈拉造山带内构造热事件年代的工具却鲜有关注。磷灰石在结合纹理、化学和同位素方法进行研究时，对岩石成因和矿床研究具有特别重要的价值。这一实用性源于其独特的晶体化学性质，使该矿物能够在自身与共存熔体或流体之间以可预测的方式分配元素（Zhang 等, 2026; Di 等, 2025; Xie 等, 2025; Zolala 等, 2025; Hu 等, 2023）。磷灰石的微量元素组成，包括过渡金属、稀土元素（REE）和锕系元素，已被广泛应用于各类岩浆和成矿环境中的岩石成因示踪（Fleischer 和 Altschuler, 1986; Belousova 等, 2002; Hughes 和 Rakovan, 2015; Henrichs 等, 2019; Nathwani 等, 2020; O'Sullivan 等, 2020; Madayipu 等, 2024; Madayipu 等, 2025）。特定的地球化学指标，如 Sr/Y 比值和 Eu 异常，已被证明有助于约束围岩组成并识别与变质或交代作用有关的叠加记录（O'Sullivan 等, 2020）。此外，磷灰石 U-Pb 年代学可以为短寿命或离散的热事件（例如区域变质叠加）提供年龄信息，因为该系统在约 350–550 °C 的温度下容易被重置（Chew 等, 2011; Chew 等, 2014）。值得注意的是，Antoine 等（2020）和 Bruand 等（2020）的最新研究表明，磷灰石即使在长期处于变质环境中，仍可保留原始岩浆或岩浆的标志性信息。综合这些特性，磷灰石成为解译单一地质环境中岩浆和变质历史的稳健而多功能的载体。在西非的南部跨撒哈拉造山带（图 1a），存在大量新元古代花岗质侵入体，其中一些与矿化有关（Danbatta, 1999; Fitches 等, 1985; Dada 等, 1995; Ferré 等, 1998; Danbatta, 1999; Goodenough 等, 2014; Bute 等, 2020; Ahmed 等, 2021; Elatikpo 等, 2022a）。BAG 地区是南部跨撒哈拉带的次级区域，此类侵入体非常丰富，其地质学和岩石成因学已有人研究（例如 Elatikpo 等, 2022a; Elatikpo 等, 2022b）。这些研究使用锆石 U-Pb 同位素将花岗岩的侵位年龄限定在 710–646 Ma（即成冰纪），但迄今尚无成冰纪之后事件的记录。晚期构造热事件（例如埃迪卡拉纪叠加）是否在 BAG 地区发生过仍有待验证。预期变质沉积岩单元（即片岩和片麻岩）和花岗岩侵入体中的磷灰石将具有独特的岩浆特征，任何晚期事件都有能力重置其同位素体系。因此，对 BAG 地区磷灰石的地球化学和同位素特征进行分析，有望揭示埃迪卡拉纪构造热事件对花岗岩或相关变质沉积岩的印记，而这些印记尚未被锆石 U-Pb 同位素分析所记录。在本研究中，我们报告了 BAG 地区片岩、片麻岩和花岗岩侵入体中磷灰石的纹理特征、主量和微量元素地球化学以及综合 U-Pb 和 Sm-Nd 同位素数据。本研究结果加深了我们对成冰纪之后的构造热事件的理解，这些事件很可能是西尼日利亚次地盾中泛非造山运动的衰退阶段。章节摘录地质背景跨撒哈拉造山带（图 1a）从北非阿尔及利亚的 Hoggar 地区（特阿雷格地盾）一直延伸到尼日利亚地盾的大西洋沿岸，绵延超过 3000 公里（Brahimi 等, 2018; Liégeois, 2019）。特阿雷格和尼日利亚地盾代表两个岩石圈块体，由若干地体组成，在泛非造山运动期间拼合于西非克拉通、刚果克拉通和撒哈拉古陆之间（Black 等, 1994; Liégeois, 2019）。地体边界分析方法磷灰石的主量元素组成在中国北京大地分析有限公司使用 JEOL JXA-8230 电子探针显微分析仪测定。磷灰石的 U-Pb 同位素分析使用激光剥蚀电感耦合等离子体质谱（LA-ICP-MS）在中国北京同一设施完成。磷灰石的 Nd 同位素组成也在北京大地分析有限公司，使用 Neptune Plus 多接收器 ICP-MS 配合 NEWWAVE HE 193-nm 准分子激光器测定。磷灰石形态与纹理花岗岩相、绿帘石化片岩和围岩片麻岩、片岩及千枚岩中磷灰石颗粒的阴极发光（CL）图像见 Fig. 2。Bakoshi 花岗岩中的磷灰石颗粒形态从近自形到不规则形不等，显示亮色核部被暗色边部包围，裂隙被后期流体充填。Shanono 花岗岩中的磷灰石颗粒多为近自形且蚀变轻微，呈斑驳分带，亮色核部被暗色边部包裹。BAG 磷灰石中微量元素作为岩浆-变质-交代事件的指示剂岩浆作用、变质作用和交代作用都在地壳和上地幔中发生，但各自需要不同的压力和温度条件。岩浆（熔融岩石）在地表或地下固结形成火成岩的过程称为岩浆作用，而由于热、压力、温度及/或化学流体的作用使岩石原始组分（包括结构和矿物学）发生改变的进程称为变质作用（Best, 2003; ）CRediT 作者贡献声明Safiyanu Muhammad Elatikpo：撰写——初稿、调查、数据管理。Huan Li：撰写——审阅与编辑、监督、经费获取、概念提出。Thomas J. Algeo：撰写——审阅与编辑、数据管理。Rabiu Abubakar：可视化、软件、方法论。Nuerkanati Madayipu：可视化、验证、软件、方法论。Usman Mohammed：可视化、验证。利益冲突声明作者声明他们不存在已知的可能影响本文所述工作的竞争性经济利益或个人关系。致谢本研究得到中国国家重点研发计划（项目编号：2016YFC0600104）和湖南省科技创新计划（项目编号：2022RC1182）的支持。我们非常感谢评审专家的细致意见和建设性建议，这些建议帮助我们对原稿进行了强化。Safiyanu Muhammad Elatikpo | Huan Li | Thomas J. Algeo | Rabiu Abubakar | Nuerkanati Madayipu | Usman Mohammed