阿塞拜疆（位于伊朗西北部）Eocene Meshkinshahr火山岩中 Analcime 的起源及其地质动力学意义

《Journal of African Earth Sciences》：Origin of analcime and geodynamic implications of Eocene Meshkinshahr volcanic rocks, Azerbaijan, NW Iran

　　摘要
伊朗西北部的阿塞拜疆岩浆带是新生代高加索-阿尔博兹岩浆带的一部分，由古新世-始新世的火山岩和渐新世的深成岩组成。位于伊朗西北部的始新世梅什金沙赫尔火山岩主要包括钠长石玄武岩、玄武安山岩和安山岩，这些岩石以层状和枕状熔岩流的形式存在。全岩地球化学分析表明，这些岩石具有高钾的钙碱性至肖肖尼特岩石特征。 Nb/Yb和Zr/Yb的高比值，以及Zr/Nb、Sm/La和Hf/Nb的低比值（与贫瘠的地幔相比）表明，源岩浆来源于富集的地幔。轻稀土元素（LREEs）相对于重稀土元素（HREEs）的富集，加上Rb、Ba、Th、U、Pb和Sr的富集，以及Nb、Ta和Ti的贫积，表明了俯冲板块对地幔的渗透作用。因此，可以假设梅什金沙赫尔始新世火山岩形成于与俯冲相关的环境中，即新特提斯海俯冲带之上。钠长石晶体的化学分析以及对钠长石玄武岩的全岩地球化学分析显示，它们含有较高的Na2O含量。钠长石晶体与钠质斜长石共存，并与绿帘石和绢云母等次生矿物相关联，这表明钠长石的形成是次生的且具有热液来源。此外，斜长石微晶的包裹体表明钠长石是在岩浆结晶后二次形成的。因此，梅什金沙赫尔玄武岩中的钠长石并非作为原始岩浆相形成，而是由富含Na-Al-Si的热液作用产生的结果。

引言
从地质学、矿物学、岩石学、地球化学和地质年代学的角度，已有大量研究关注伊朗西北部的岩浆活动。阿塞拜疆岩浆带位于乌鲁米耶-多克塔尔岩浆带的东北部，阿尔博兹岩浆带的西北部，以及莫甘盆地的南部（图1）。该岩浆带南侧和西侧以塔布里兹断层为边界，东侧以阿斯塔拉断层为边界，北侧以阿拉斯断层为边界（Castro等人，2013年）。该区域主要由古新世至始新世的基性至酸性火山岩和火山碎屑岩构成，同时还存在少量渐新世-中新世的深成岩体。这些火山岩包括玄武安山岩、粗面玄武岩、玄武粗面安山岩，以及少量的碎屑岩、玄武岩、流纹岩、英安岩和火山凝灰岩（Aghazadeh等人，2011年；Moghadam等人，2018年）。这些岩石具有钙碱性、高钾钙碱性和肖肖尼特岩石的特征。锆石U-Pb地质年代数据表明，阿哈尔地区的始新世-渐新世岩浆岩的年龄为38至23百万年（Castro等人，2013年），拉赫鲁德地区的始新世岩浆岩为37百万年（Moghadam等人，2018年），梅什金沙赫尔东北部的始新代岩脉为44百万年（Fadaeian等人，2022年）。渐新世-中新世的深成岩体（22-30百万年），包括花岗岩、花岗闪长岩、单斜长岩、正长岩、辉长岩和霓石正长岩，穿插在始新世火山岩中（Aghazadeh等人，2011年）。此外，第四纪的萨巴兰火山（年龄小于0.4百万年，具有英安岩成分）也存在于阿塞拜疆岩浆带中（Chiu等人，2013年）。阿塞拜疆岩浆带位于乌鲁米耶-多克塔尔岩浆带的背侧区域（图1）。Moghadam等人（2020年）提出，始新世期间新特提斯洋壳在伊朗中部块体下的俯冲导致了乌鲁米耶-多克塔尔岩浆带和阿尔博兹-阿塞拜疆岩浆带的形成。因此，对始新世阿塞拜疆岩浆带的地质学、岩石学和地球化学研究有助于更好地理解源岩浆类型、岩浆组成及其构造背景。

钠长石（NaAlSi2O6·H2O）是一种水合铝硅酸盐矿物，在阿塞拜疆地区的碱性火山岩中作为指示矿物，通常被认为是低温富钠热液蚀变的产物。钠长石的起源——无论是原始的（岩浆作用）还是次生的（热液蚀变）——在研究人员中仍存在争议（例如O’Brien等人，1988年；Luhr和Kyser，1989年；Karlsson和Clayton，1991年；Pearce，1993年；Luth和Bowerman，2004年；Prelevi?等人，2004年）。钠长石在碱性岩石中的形成尤为重要，因为其形成可以改变全岩的地球化学组成（例如Altherr等人，2008年；Eyübo?lu，2010年；Asan等人，2014年；Yücel等人，2014年；Gülmez等人，2016年；Ayd?n?ak?r，2016年）。次生钠长石形成引起的地球化学变化尚不清楚。在伊朗进行的关于钠长石晶体的矿物学和地球化学研究有限，这些研究旨在区分其原始和次生来源（例如Azadi等人，2015年；Carr等人，1996年）。在伊朗的不同地区都观察到了钠长石的存在。例如，在阿塞拜疆岩浆带的博兹库什山脉中，发现了具有碎屑岩和流纹岩成分的始新世火山岩中的次生钠长石（Azadi等人，2015年）。在伊朗中部的阿克达地区的流纹岩熔岩中也观察到了次生钠长石（Carr等人，1996年）。此外，在梅什金沙赫尔东北部和阿达比勒的肖肖尼特岩脉中也记录了钠长石的出现（Fadaeian等人，2022年）。关于碱性火山岩中钠长石起源的争议可以通过三种可能的机制来解释：（1）直接从岩浆结晶；（2）岩浆后对已有长石类矿物（尤其是透长石）的转化；（3）通过低温热液直接沉淀或替代。第一种机制涉及具有明显岩浆纹理的规则形钠长石晶体，且与其他原始矿物紧密相关。实验和矿物学研究表明，在适当的压力-温度-流体条件下，钠长石可以稳定存在，因此可能直接从富钠、硅不足的岩浆中结晶（Luhr和Kyser，1989年；Pearce，1993年）。相反，大量自然实例表明，钠长石可能通过岩浆后的透长石向钠长石的转化形成，通常保留了前体透长石的外部形态（Giannetti和Masi，1989年；Giampaolo等人，1997年；Prelevi?等人，2004年）。这一过程在超钾质岩石中尤为重要，因为钠长石化会导致钾的显著耗失和钠的富集，从而改变K2O/Na2O比值及其他全岩地球化学特征，导致对岩浆组成和成因的错误解释（Prelevi?等人，2004年）。类似地，Yücel等人（2014年）根据第三纪东庞蒂斯山脉火山岩中的钠长石的构造关系、矿物化学特征以及部分 alteration 的岩石，以及缺乏原始岩浆钠长石的矿物学和地球化学特征，认为钠长石是次生相。第三种机制包括钠长石的热液直接形成，即热碱流体与火山玻璃、长石或其他铝硅酸盐相互作用，随后在裂缝、脉带和基体中沉淀钠长石。例如，苏格兰Boylestone采石场的实地观察、岩石学证据和流体包裹体证据表明，钠长石是在早期热液系统中形成的，其中流体与热碱玄武岩相互作用，促进了长石的溶解和水合铝硅酸盐的重新沉淀（Hall等人，1989年）。因此，在碱性火山系统中可能同时发生原始岩浆结晶和次生/热液过程，在利用含钠长石的岩石重建其源岩浆的组成、演化或构造-岩浆意义之前，区分这两种过程至关重要（Luhr和Kyser，1989年；Karlsson和Clayton，1991年；Pearce，1993年；Luth和Bowerman，2004年；Prelevi?等人，2004年；Yücel等人，2014年）。

本研究重点关注位于梅什金沙赫尔西北部的始新世火山岩（图1）。这些地质、地球化学和岩石学结果有助于了解火山岩的成因、地幔源特征及构造背景。鉴于钠长石是玄武岩中的指示矿物，理解其起源有助于更好地理解该岩浆组合的原始和次生过程。本研究的发现不仅明确了阿塞拜疆带始新世岩浆作用的成因，还强调了钠质蚀变过程在碱性岩石中钠长石形成中的关键作用。

摘要部分
梅什金沙赫尔火山岩位于伊朗西北部阿塞拜疆岩浆带的东部，属于该地区的始新世岩浆域之一（图1）。该区域处于乌鲁米耶-多克塔尔岩浆带南部和西南部、阿尔博兹岩浆带东南部以及莫甘盆地北部之间的结构的重要位置。始新世梅什金沙赫尔火山岩的岩层在地质图上有所显示（图2）。

分析方法
分析样品的位置以及梅什金沙赫尔火山岩的岩石学和岩石学数据见表1。分析样品的位置、空间分布及其与不同火山岩层的关联也在地质图上表示（图2）。对梅什金沙赫尔火山样品进行了全岩主要元素、微量元素和稀土元素的地球化学分析以及主要元素矿物化学分析。

矿物学和岩石学
梅什金沙赫尔火山岩具有基性至中性的成分，包括玄武安山岩、钠长石玄武岩、安山岩和角闪石安山岩。玄武安山岩呈现斑状结构，基质为微晶质（图4a）。主要矿物斜长石和单斜辉石既以斑晶形式也存在于基质中（图4a）。斑晶和单斜辉石斑晶（大小1-3毫米），呈亚规则形状至不规则形状（图4a），显示出吸收现象。

全岩主要元素、微量元素和稀土元素地球化学
火山岩的全岩主要元素、微量元素和稀土元素分析结果见表2。钠长石化和热液蚀变可能影响火山岩的全岩地球化学组成，尤其是易移动元素。因此，为了评估蚀变对全岩地球化学数据的影响，我们考虑了洛希值（LOI）、蚀变指数以及易移动元素与难移动元素的行为。

钠长石
钠长石玄武岩中的主要元素分析结果见表3。钠长石玄武岩中的钠长石晶体通常粒度较大，形状规则或圆润（图5a）。在某些样品中，钠长石呈不规则形状，以微斑晶形式出现（图5b）。钠长石玄武岩样品中钠长石的SiO2、Al2O3和Na2O含量分别为55.21至58.92 wt.%、23.22至27.06 wt.%和15.7至18.24 wt.%（表3）。

长石
考虑到热液蚀变过程，应使用难移动的微量元素来识别岩浆过程。高场强元素（HFSEs），包括Ti、Zr、Hf、Ta、Nb、Y、Th、U和REEs，可用于确定地幔源的组成（Leeman等人，1990年；Pearce和Peate，1995年；Stolz等人，1996年）。这些元素由于在流体相中的低流动性，特别适合用于成因讨论。

结论
始新世梅什金沙赫尔火山岩由层状和枕状熔岩流组成，包含钠长石玄武岩、玄武安山岩和安山岩，这些岩石暴露在阿塞拜疆岩浆带中。岩石学上，这些岩石主要表现为斑状、斑状夹杂和斑状玻璃质结构。全岩地球化学结果（如高Nb/Yb和Zr/Yb比值以及低Sm/La、Zr/Nb和Hf/Nb比值）表明，这些火山的源岩浆来源于富集的地幔。

作者贡献声明
Zohre Karimi Ashtiani：撰写——原始草稿
Alireza Jafarirad：监督
Mehran Arian：验证
Iman Monsef：监督

参考文献
Honarmand等人，2024年；LeMa?tre，2002年；Luhr和Giannetti，1987年；O'Brien等人，1988年；Pearce和Wyman，1996年。

利益冲突声明
作者声明没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢
作者感谢《非洲地球科学杂志》主编Damien Delvaux博士以及两位匿名审稿人的建设性讨论、精确修订和宝贵意见。

Zohre Karimi Ashtiani | Alireza Jafari Rad | Iman Monsef | Mehran Arian
伊朗德黑兰伊斯兰阿扎德大学地球科学系