岩浆-沉积关系制约了法马蒂尼亚岩浆活动的起始时间、托利利亚组的地质年代以及阿根廷西北部南部普纳高原基性岩体的侵入成因

《Journal of South American Earth Sciences》：Magma-sediment relationships constrain the onset of Famatinian magmatism, the age of the Tolillar Formation and the intrusive origin of mafic bodies in the southern Puna, NW Argentina

　　

摘要

阿根廷西北部早古生代原安第斯边缘记录了沉积盆地发育与Famatinian岩浆作用的耦合过程，但这两类过程的时间及其先后顺序仍缺乏充分约束。本文通过在Pocitos地区整合新的野外与岩石学观测及锆石U–Pb年代学数据，限定了普纳南部沉积作用、酸性岩浆作用以及镁铁质—超镁铁质岩浆岩就位的时间序列。一个记录了酸性岩浆与湿润、未固结的Tolillar沉积物相互作用单元的流纹岩，测得锆石U–Pb谐和年龄为495 ± 2 Ma。这是迄今为止在Tolillar组中认识到的最古老的年代学约束，并确立到富隆期时，深海洋火山碎屑沉积与酸性岩浆活动已经展开。结合此前报道的特雷马朵纪化石，新的年龄将Tolillar沉积限定在晚寒武世至早奥陶世之间，并表明酸性岩浆作用较主要的约475 Ma深成岩侵入早了约20 Myr。在另一地点，角岩及尖锐的镁铁质小岩脉表明，Ojo de Colorados Complex（OCC）的一个岩体在Tolillar地层固结之后侵入。这一沉积后侵入关系，结合该复合体弧相关地球化学特征以及区域上类似镁铁质岩石的奥陶纪年龄，支持所研究岩体及复合体至少部分岩体具有Famatinian成因。因此，Pocitos地区的记录刻画了一个从同沉积酸性岩浆作用到固结后镁铁质侵入的演化过程，为原安第斯边缘早期Famatinian盆地演化与岩浆作用提供了更精细的时间框架。

引言

阿根廷西北部原安第斯边缘的早古生代演化，记录于沉积盆地发育、岩浆活动以及与Pampean和Famatinian造山旋回相关的变形之间的复杂相互作用之中（Ace?olaza and Toselli, 1976; Bahlburg, 1990; Bahlburg and Hervé, 1997; Pankhurst et al., 1998; Lucassen et al., 2000; Weinberg et al., 2018）。在这一框架下，普纳地区的沉积序列为从晚新元古代—寒武纪盆地向冈瓦纳西部边缘奥陶纪弧相关岩浆作用和海洋沉积的过渡提供了宝贵的记录（Bock et al., 2000; Zimmermann and Bahlburg, 2003; Weinberg et al., 2018）。然而，尽管这些地层具有重要的区域意义，将盆地发育与弧岩浆作用起始相联系的时控关系与野外接触关系仍未得到充分约束，尤其当火山岩、沉积岩、深成岩和镁铁质—超镁铁质岩石共同出现在构造变形的地层序列中时（图1）。这样的时间约束对于评估在陆缘演化过程中，岩浆作用、变形与沉积作用是否以及在多长的时间尺度上相互反馈具有重要意义（DeCelles et al., 2009）。

一个关键的不确定性涉及Famatinian岩浆活动在普纳南部的最早记录。钙碱性深成岩侵入通常被引用为约470–480 Ma，并常被视作Famatinian旋回在该地区的主要岩浆表现形式（Casquet et al., 2021; Alasino et al., 2024; Weinberg et al., 2018）。然而，这些深成岩所侵入的沉积序列中已经含有大量火山物质（Zimmermann and Bahlburg, 2003; Hongn and Seggiaro, 2001），提示盆地内的岩浆活动早于深成岩就位。因此，仅凭深成岩的结晶年龄无法界定岩浆作用的起始。初始岩浆活动的时间及其与盆地张裂和沉积的相互作用，必须从地层序列本身的火山岩和火山沉积组分中加以约束。

与之相关的另一个不确定性，是与这些下古生代地层序列相关的镁铁质—超镁铁质岩体的年代，它们被各种方式地解释为构造推覆的蛇绿岩碎片、较老的基底岩片，或与早古生代弧岩浆作用相关的侵入体（Ramos et al., 1986; Conti et al., 1996; Rapalini, 2005; Seggiaro et al., 2006; Zimmermann et al., 2014; Casquet et al., 2021）。

这些问题共同表明，普纳南部Famatinian旋回的起始、演化与持续时长仍未得到充分约束。本文采用Pocitos地区（图1）新的野外、岩石学和年代学证据来应对这一问题。我们记录了岩浆—沉积相互作用结构，并表明盆地发育与岩浆作用在约495 Ma时已处于活跃状态，比通常引用的约470–480 Ma钙碱性深成岩侵入至少早15–25 Ma。我们还评估了Tolillar沉积岩与其相关镁铁质岩体之间的接触关系，记录到侵入关系，指示至少部分普纳南部的镁铁质—超镁铁质组合具有奥陶纪岩浆成因。这些结果扩展了早古生代盆地发育与岩浆作用的已知时限，并有助于阐明沉积、地幔来源的岩浆作用、钙碱性深成岩侵入与变形在原始安第斯汇聚陆缘演化过程中是如何相互联系在一起的。

章节片段

地质背景

阿根廷西北部早古生代的演化以两个空间上平行的构造—岩浆旋回为特征：Pampean旋回（约555–520 Ma）和Famatinian旋回（约505–440 Ma）（Weinberg et al., 2018; Suza?o et al., 2017）。Famatinian造山带沿冈瓦纳西部活动边缘发育，被描述为以地壳循环为主导而非以外来陆块增生为主导的高温增生体系（Ace?olaza and Toselli, 1976; Bahlburg, 1990, 1991, 1998; Bock

野外观测与地质填图

野外工作位于Pocitos盐湖以南，这里Tolillar组的火山沉积岩与钙碱性的Pocitos火成岩复合体以及传统上归入OCC的镁铁质岩体共同出露（Zappettini et al., 1994，图1）。填图重点针对两个关键的Tolillar组露头——地点1（rhyolitic物质与沉积岩混杂处）和地点2（一处……）——的岩性组合、接触关系和中尺度构造。

Tolillar组（地点1）

在Pocitos火成岩复合体东南侧，一座孤立的山丘出露了Tolillar组的片理化砂岩地层，其中夹有少量细粒杂砂岩和粉砂泥岩互层（地点1，图1）。该地层走向北北东—南南西，向西倾，倾角约35°，其东侧与一个流纹岩单元互层。紧邻流纹岩单元的沉积围岩表现出角岩化特征，呈现为暗色、坚硬、致密且具细粒结构的岩石。未见明显的沉积构造。

岩浆—沉积相互作用

Pocitos地点1的野外与结构关系与高温火成物质与富含水分的沉积物之间的相互作用相一致。我们将上文所述的球状空洞及矿物斑块分别解释为气孔及其矿物填充对应物。不同于通常呈普遍分布或沿岩浆流动方向排列的原生岩浆气孔（McPhie et al., 1993），这些气孔集中于流纹岩物质与沉积碎屑之间的接触带。

结论

野外、岩石学与年代学证据表明，酸性火成活动在约495 ± 2 Ma，即富隆世期间，已经与湿润的未固结Tolillar沉积物发生相互作用。无论该流纹岩单元代表的是就位到软沉积物中的整体岩浆，还是火山碎屑密度流沉积，其年龄都提供了目前Tolillar盆地认识到的最古老的年代学约束。因此，普纳地区Famatinian岩浆作用比其主期约早20 Ma。

CRediT作者贡献声明

Marcos N. Morfulis：写作—审阅与编辑，写作—原始草稿，可视化，调查研究，形式分析，数据整理，概念化。Nestor O. Suza?o：写作—审阅与编辑，写作—原始草稿，可视化，调查研究，形式分析，数据整理，概念化。Alfonso M. Sola：写作—审阅与编辑，验证，监督，项目管理，调查研究，经费筹措，概念化。Roberto F. Weinberg：写作—审阅与……

经费支持

澳大利亚研究理事会发现项目DP200102165（Roberto Weinberg）。

阿根廷国家科学和技术研究委员会（CONICET）PIP 2022–2024 资助 112202101 00645CO（Alfonso Sola）。

利益冲突声明

作者声明，不存在任何可能影响本文所报道工作的、已知的竞争性经济利益或个人关系。

致谢

我们感谢Jocelyn McPhie提出的建设性意见，这些意见显著增强了本研究中所呈现解释的可靠性。

Marcos N. Morfulis|Nestor O. Suza?o|Alfonso M. Sola|Roberto F. Weinberg|Guillermo Ortiz Joya|Pengsheng Dong|Di-Cheng Zhu

IBIGEO-CONICET，NOA生物与地理学研究所，国家科学和技术研究委员会–萨尔塔国立大学，阿根廷萨尔塔