自岩块是堆积花岗岩还是冻结的母岩浆？基于阿根廷阿卡拉侵入杂岩体相平衡与锆石 U-Pb 约束的见解

《Journal of South American Earth Sciences》：Autoliths as Cumulative Granites or Frozen Parental Magma? Insights from Phase Equilibria and U–Pb Zircon Constraints in the Achala Intrusive Complex (Argentina)

　　

摘要

花岗质自生体——即与宿主花岗质岩在矿物组成上具有同源关系、成分相似的中酸性捕掣体——为理解大型侵入岩基的内部动力学和分异机制提供了关键信息。在阿根廷中部的阿查拉侵入岩基（AIC，亦称阿查拉岩基）的卡拉卡托岩组中，中酸性自生体以细粒单元和捕掣体的形式赋存于更加演化的过铝质正长花岗岩之中。这些自生体显示较低的SiO?含量、较高的镁铁质程度以及该系统中最显著的中性稀土元素（A型）特征，此前被解释为机械破碎的固结前沿早期结晶产物。然而，这些自生体与宿主花岗岩之间相对于宿主岩石的组分差异究竟反映的是粒间熔体流失（产生累积型花岗岩），还是在未发生显著晶-熔分异的情况下快速冷却（保存了冻结的母岩浆），这一问题仍未解决。本研究将新的LA-MC-ICP-MS锆石U-Pb年代学数据与相平衡模型相结合，以检验这些竞争性假说。锆石U-Pb数据显示，自生体与宿主花岗岩具有共同的泥盆纪结晶历史：先期结晶的锆石组（约382-375 Ma）记录了深部岩浆储库中的锆石生长，而同源结晶的锆石组（约370-366 Ma）则约束了最终就位时间，表明这是一个长期演化的整合岩浆系统（约15 Myr）。散落的石炭纪2??Pb/23?U年龄（约356-321 Ma）归因于已有充分记录的区域热覆写导致的隐伏性Pb丢失。相平衡模型表明，固结前沿的累积型花岗岩形成过程无法重现自生体所观测到的地球化学和矿物学特征。相反，自生体最佳解释为冻结的母岩浆。这些模型进一步表明，宿主花岗岩在高H?O条件（约2-3 wt.% H?O）下、低结晶度（≤15 vol.%）条件下的受限分异产物与母岩浆最为吻合。现有证据更支持在壳内运输过程中发生的低结晶度分异机制（穿壳分异），而非在就位层面花岗岩岩浆库内发生的分异机制——在岩株尺度上，晶体的沉降不可能有效进行。模型计算样品与自然样品在白云母稳定性、堇青石的缺失以及Al?O?-SiO?趋势方面的系统性差异归因于未纳入模型考虑的氟的影响（熔体中约4000 ± 1500 ppm F），氟能够扩展云母稳定域、可能抑制堇青石结晶并促进早期石英饱和，这支持了氟在中性S-A型混合岩浆体系中可能作为一阶成岩控制因素的作用。

引言

花岗质自生体是与宿主花岗岩在矿物学和整体成分上具有广泛相似性的同源中酸性捕掣体，它们在大型侵入岩基中的识别引发了关于花岗质岩浆系统内部动力学的基本问题（例如Didier和Barbarin, 1991; Gonzalez-Liedtke等, 2026; Vernon, 1984）。目前提出了四种主要的成因。前两种机制涉及不同几何构型下的固结前沿过程：(i) 在岩浆库顶部或边缘发育的固结前沿被破坏，发生在最终就位层面，在此处热梯度驱动快速结晶，对流不稳定性将 mush 碎片拖入仍然流动的岩浆中（例如Bea, 2010; Castro, 2013; Marsh, 1996）；(ii) 在上升通道侧壁原位形成的固结前沿——就位层面本身可能就代表了通道区域——通过与围岩的快速冷却形成，较小的自生体碎片可能被流动的岩浆搬运，而较大的岩体基本保持原位（例如Rodríguez和Castro, 2017, 2019）。此外，还提出了两种非固结前沿机制：(iii) 较不演化的补给岩浆注入较冷、更演化的滞留熔体时发生的快速骤冷和流变碎裂（例如Alves等, 2015; Barbarin, 2005）；以及(iv) 在岩浆脉冲逐步构建岩株过程中对先前固结的中酸性物质进行机械破坏（例如Paterson等, 2016; Weinberg等, 2021）。

阿根廷中部的阿查拉侵入岩基（AIC，图1a）是一个S-A型混合的泥盆纪陆内岩基，为研究这些过程提供了得天独厚的天然实验室。Gonzalez-Liedtke等（2026）最近识别了AIC北部（卡拉卡托岩组）中的中酸性自生体岩体（图1b），这些岩体由细粒单元和捕掣体组成，显示较低的SiO?含量、较高的镁铁质程度（FeOt + MgO）以及该系统中最显著的中性稀土元素特征，包括升高的10,000 × Ga/Al比值和高Zr + Nb + Ce + Y含量（按Whalen等, 1987定义）（图2）。这些作者将自生体解释为被机械破坏的固结前沿的早期结晶产物，并被裹挟进更演化的花岗质宿主中，而非由成分不同的岩浆补给驱动的岩浆混合作用的产物（参见Barbarin, 2005; Didier和Barbarin, 1991）。尽管Gonzalez-Liedtke等（2026）的模型提供了令人信服的野外和地球化学框架，但连接这些自生体与宿主花岗岩的成岩过程仍未能被充分理解。

岩株固结前沿岩石的形成是一个复杂的过程，受热梯度、流体迁移和机械变形之间相互作用的控制（Castro, 2013）。从这种相互作用中，可以产生两种端元的成因产物：(i) 累积型花岗岩，由相对于母岩浆富含晶体但缺乏花岗岩最小组分相的富晶体域组成，通过粒间熔体的逐步排出形成（Castro, 2013; Chappell和Wyborn, 2004）；以及(ii) 冻结的母岩浆，由快速冷却形成，未经历显著晶-熔分异，保存了原始熔体组成（Gómez-Frutos和Castro, 2023）。在这两种情况下，这些岩体都被机械裹挟并分散为自生体捕掣体，要么通过岩浆库内的对流翻转（Bea, 2010），要么通过沿上升通道的持续岩浆流动（Rodríguez和Castro, 2019）。

本研究是对Gonzalez-Liedtke等（2026）在卡拉卡托岩组中开展的关于自生体及其宿主花岗岩成因研究的一项直接延续。我们将新的LA-MC-ICP-MS锆石U-Pb年代学数据与相平衡模型相结合，以解决不同岩石单元之间的时间关系并评估其成岩关系。特别地，我们检验了文献中提出的关于自生体成因的竞争性假说。我们专门测试它们是否更适合被解释为岩株固结前沿的产物——或者作为经历了部分熔体抽出的累积型花岗岩，或者作为代表冻结母岩浆的早期快速冷却的早期派生物——或者作为文献中讨论的其他自生体形成机制的产物。研究结果对理解大型S-A型混合岩浆系统中的分异机制具有重要意义。

研究区域

区域背景：阿查拉侵入岩基（AIC）

冈瓦纳原安第斯地体边缘自早古生代以来便是一个活动边缘，并间歇性地延续至今（Casquet等, 2018; Rapela等, 2018）。该边缘经历了四个主要的古生代岩浆事件，与不同的造山过程相关：(1) 潘佩安岩浆作用（535-515 Ma），(2) 法马蒂尼亚岩浆作用（484-463 Ma），(3) 阿查利亚岩浆作用（404-366 Ma）和(4) 早冈瓦纳岩浆作用（357-322 Ma）（Alasino等, 2022; Casquet等, 2018; Dahlquist等）。

概念框架与假说构建

第2.4节中呈现的综合数据集表明，自生体在成分上较不演化、结晶较早、温度较高、粒度较细，且与宿主花岗岩具有同源关系。所有现有证据都一致指向以下解释：它们代表同一岩浆系统的早期形成部分，而非与外部来源岩浆相互作用（即自生体母岩浆未注入宿主花岗岩岩浆）的产物。因此，

U-Pb锆石分析方法

共采集两个样品进行U-Pb锆石年代学测定。一个样品为塔斯梯复合单元的区域性花岗岩（样品TAS-30），被选为代表区域宿主花岗岩。第二个样品（TAS-33）代表赋存于塔斯梯复合单元中的细粒等粒自生体，被解释为固结前沿的一部分。此外，我们重新评估了Morales Cámera等（2020）报道的Los样品的U-Pb锆石年龄。

样品TAS-33，塔斯梯复合单元的自生体

样品TAS-33中的锆石呈柱状且拉长（260 × 120 μm至125 × 50 μm），具有次自形至自形的端部，发育良好的振荡环带；在少数颗粒中识别出孤立的继承核（附录2）。共获得36个斑点分析。18个分析因高普通Pb含量（> 8%）和不谐和度 > 3%被舍弃（附录2）。这种扰动被解释为局部岩浆后Pb迁移影响部分锆石的结果。

石炭纪锆石年龄与隐伏性Pb丢失

如第5.1节所述，锆石U-Pb数据表明新样品（TAS-30和TAS-33）中近一半的分析受到了岩浆后扰动的影响，表现为升高的普通Pb含量（附录2-3）。这种扰动可能与自辐射引起的晶格缺陷有关，Kober（1987）已早期确认了这种机制。因此，这些分析以及显示蚀变证据（即富U区域）的锆石被排除在

结论

基于野外关系、岩石学、全岩地球化学、锆石U-Pb年代学和相平衡模型的综合分析，关于卡拉卡托岩组（阿查拉侵入岩基）中的自生体及其宿主花岗岩，得出以下结论：

同源性与时序：自生体与宿主花岗岩在U-Pb锆石分辨率范围内是共时的，记录了相同的泥盆纪年龄群体。最年轻的具有一致性的锆石群（约367 Ma）约束了最终

CRediT作者贡献声明

Gabriela A. Gonzalez-Liedtke：写作——审阅与编辑，写作——初稿，可视化，软件，方法学，调查，概念化。Miguel A.S. Basei：资源，方法学，调查，资金获取，数据管理。Juan A. Dahlquist：写作——审阅与编辑，写作——初稿，监督，软件，资源，项目管理，方法学，调查，资金获取，形式分析，数据管理，概念化。Matías M. Morales Cámera……

未引用参考文献

Jackson等, 2004。

利益冲突声明

? 作者声明不存在已知的可能影响本文所报告工作的竞争性经济利益或个人关系。

致谢

作者感谢以下机构提供的资金支持：PIP-0564 CONICET, PICT 2020 0378 FONCyT, Consolidar 2023 SECyT-UNC, 以及与主题项目FAPESP 2015/03737-0相关联的FAPESP 2018/06837-3。作者还感谢编辑和两位匿名审稿人的深入且富有建设性的评审，这些评审大大提高了本文的质量。

Matías M. Morales Cámera | Marcos García-Arias | Juan A. Dahlquist | Gabriela A. Gonzalez-Liedtke | Miguel A.S. Basei
阿根廷科尔多瓦大学，精确、物理和自然科学学院，Vélez Sarsfield大道1611号，科尔多瓦，阿根廷