土耳其西南部三叠纪裂谷相关碱性熔岩成因中的多源相互作用：来自微量元素及 Hf-Nd-Pb 同位素体系特征的约束

《Lithos》：Multiple source interaction in the genesis of Triassic rift-related alkaline lavas in SW Turkey: constrains from trace element and Hf-Nd-Pb isotope systematics

　　

**摘要**

暴露于土耳其西南部安塔利亚推覆体若干构造切片中的晚三叠世玄武质岩石呈孤立熔岩台出露，被解释为大规模裂谷相关海底火山活动的产物。火山地层序列主要由枕状熔岩组成，局部地区还见有块状熔岩流，夹于上三叠世远洋相和/或碳酸盐台地来源的沉积岩单元之间。基于全岩地球化学特征，这些熔岩被归类为碱性玄武岩，显示出独特的OIB型微量元素模式，其轻不相容元素（LILE）和高场强元素（HFSE）相对于N-MORB成分具有显著富集。微量元素建模表明，这些碱性岩浆的母岩浆由无水橄榄岩的低程度（<10%）部分熔融形成，且此后未经地壳熔体贡献的组分改造。样品放射性同位素组成变化显著，经年龄校正后的值分别为1??Hf/1??Hf = 0.28272–0.28287，1?3Nd/1??Nd = 0.51251–0.51272，2??Pb/2??Pb = 18.41–20.18，2??Pb/2??Pb = 15.56–15.72，2??Pb/2??Pb = 38.17–39.53，表明存在多个同位素特征不同的地幔源区的贡献。参与的主要端元包括：典型的亏损MORB地幔源（DMM）、以较高的2??Pb/2??Pb和1?3Nd/1??Nd比值为特征的HIMU型组份，以及以较低的1??Hf/1??Hf、1?3Nd/11??Nd和2??Pb/2??Pb比值为特征的EMI型组份。在没有异常高岩浆温度证据的情况下，HIMU和EMI组份的同时参与被解释为反映了来自多次富集的地壳岩石圈地幔源区的熔体成因。Hf-Nd同位素体系的负向解耦，表明源区物质经历了时间演化，其1??Hf/1??Hf比1?3Nd/1??Nd的放射性程度更低，这进一步暗示了源自石榴子石富集再循环岩石的熔体的交代印迹。总体而言，这些结果支持了以下模型：岩浆产生与大陆裂谷和岩石圈失稳有关，促进了亏损的岩石圈下地幔和此前已经富集的大陆地壳岩石圈地幔的减压熔融。

**引言**

大陆裂谷环境中的岩浆活动产生于浅部对流地幔的减压部分熔融，或源于深部地幔物质上涌引发的热致熔融（Hole和Natland, 2020；White和McKenzie, 1989）。尽管区分这两种熔融机制并非总是直接可行，但地幔来源岩浆的地球化学特征有助于识别部分熔融的热力学和动力学条件，从而约束岩浆产生的构造控制因素。对组分各异的地幔域的取样通常反映在岩浆产物的同位素和微量元素特征中，这使得利用组分变化来识别地幔源区特征成为可能。已有研究表明，不同类型和阶段的大陆裂谷所产生的岩浆体积和成分因局部热结构差异和岩石圈厚度变化而存在显著差异（Lu和Huismans, 2021；Niu, 2021）。这导致了这样一种观点：熔体演化与裂谷传播方式密切相关，反映出裂谷系统的动力学和岩浆演化之间存在紧密联系。

泛大陆的陆内裂谷始于中二叠世，被认为是导致了新特提斯洋盆的开启（Ricou, 1994）。冈瓦纳陆北缘的分裂在从中二叠世到晚三叠世的不同区域的裂谷事件中导致了若干大陆块的分离和向东北方向的漂移（Stampfli和Borel, 2002）。随后在从白垩世到新近纪劳亚古陆与冈瓦纳的汇聚期间，这些具有被动缘火山-沉积地层序列的大陆块被并入欧亚大陆南缘的岩性单元中（Coleman, 1981；Usta?mer等, 2016）。与裂谷相关的基性熔岩与海相和/或被动缘沉积岩交错互层，呈分散分布的岩体出露于一条从华南经北印度延伸至波斯湾和东地中海带的异地推覆体中（图1a；Chauvet等, 2008, Chauvet等, 2011；Lapierre等, 2007；Maury等, 2008）。

该造山带中保存于构造就位的大洋岩石圈碎片中的基性火成岩的岩石学和地球化学特征已被广泛研究，以评估岩浆产生的可能地动力学模型并更好地理解大陆裂谷至洋壳扩张的演化过程。普遍认为，随着部分熔融性质的变化，熔体化学组成从大陆分裂初期阶段的海洋岛玄武岩（OIB）型碱性成分演化为典型的海洋拉斑玄武岩，随着裂谷传播的持续和洋盆发育的推进（Lapierre等, 2007；Maury等, 2008）。被推断为控制岩浆组成的主要参数是地幔熔融的体积和程度，这些主要受裂谷演化过程中压力和温度变化的控制。

土耳其西南部的安塔利亚复理石是由异地推覆体单元组成的构造，主要由深至浅海相沉积岩和蛇绿岩构成，周围被中生代的台地型碳酸盐岩层所环绕（Waldron, 1984）。它包括若干岩性单元，包括杂岩型增生复理石和海底火山岩，后者在层序上与远洋相和台地型碳酸盐岩沉积岩相关（Juteau等, 1977）。这些火山-沉积地层序列被认为主要形成于三叠世大陆裂解期间（Maury等, 2008；Robertson等, 2026），尽管也有少数地点报道了被解释为与二叠世地层相关的出露（?ahin和Alt?ner, 2019）。

该地区的裂谷相关基性熔岩和侵入体已在几项研究中进行过考察，主要关注微量元素变化以强调熔岩的板内特征及其OIB型地球化学特征（Ba?c?等, 2020；Maury等, 2008；Varol等, 2007）。然而，同位素比值的变化表明了一个更为复杂的演化历史，暗示熔体来源于具有强烈成分非均质性的源区（Maury等, 2008）。这些同位素非均质性究竟反映了局部多样的软流圈或岩石圈地幔源区，还是源自多组份地幔熔融（同时涉及岩石圈和岩石圈下地幔源区）所产生的熔体之间的相互作用，目前仍未解决。在此，我们提供了安塔利亚复理石中一系列三叠世熔岩流的全岩主量和微量元素新数据以及Nd-Hf-Pb同位素数据，以约束碱性岩浆原始熔体源区的成因并解释大陆裂谷不同阶段的岩浆产生机制。这些数据为更有效地评估和区分可能控制大陆裂谷及伴随地幔熔融的地动力学情景奠定了基础。

**地质背景**

本文研究的基性熔岩的地质特征已在若干近期研究中得到详细描述（Ba?c?等, 2020；Maury等, 2008；?ahin和Alt?ner, 2019；Varol等, 2007），此处仅做简要描述。来自土耳其南部的地质记录表明，该地区由源自三叠世裂谷和大陆裂解期间冈瓦纳陆北缘的若干大陆碎片组成（Marcoux, 1987；Robertson等, 2026）。

**样品描述**

以下对样品特征进行简要概述，更详细的岩石学描述和代表性的薄片图像见补充材料。两个采样区的火山岩具有相似的岩石学特征，尽管冷却历史和基质结晶速率的差异似乎在晶体度和基质/副矿物比例方面造成了熔岩系列之间的细微区别。大多数样品……

**分析技术**

最佳保存且未受显著蚀变影响的样品被用于地球化学分析。我们使用玛瑙球磨机研磨无蚀变的岩石碎片。主量元素浓度使用XRF在加拿大温哥华的ACME实验室的玻璃珠样品上进行测定，而微量元素浓度则使用ICP-MS（Perkin Elmer Elan DRC-e）在土耳其科贾埃利大学进行测定。对于微量元素分析，粉末样品首先使用Li?B?O?熔融以确保……

**熔融后的岩浆分异**

熔岩在归一化多元素图上缺乏HFSE负异常，并显示出MORB型Th/Ta比值，表明无来自大陆地壳的Th富集的显著影响（图4b）。在Th/Yb vs. Ta/Yb图解（图6a）中，样品仅落在MORB和OIB型洋壳玄武岩成分所定义的地幔阵列内，反映了通过简单地幔熔融产生熔体的成因，且此后未受地壳熔体输入的组分改造，在……

**三叠世裂谷相关熔岩的区域分布和熔体演化**

与新特提斯洋盆开启相关的大陆裂谷导致了若干冈瓦纳周缘大陆碎片脱离主大陆漂移（Stampfli和Borel, 2002）。这些大陆碎片的残留体在中生代经历了被动大陆边缘演化，随后在从白垩纪到新近纪的洋盆关闭期间，沿阿尔卑斯-喜马拉雅带向北方的大陆块增生……

**结论**

土耳其西南部安塔利亚复理石的碱性玄武岩熔岩代表了与冈瓦纳陆北缘三叠世裂谷和新特提斯洋盆地开启相关的海底火山活动产物。这些熔岩表现出OIB型板内碱性地球化学亲和性，其微量元素特征表明由无水橄榄岩的低程度部分熔融产生熔体。Nd-Hf-Pb同位素变化的评估表明一个……

**CRediT作者贡献声明**

Ercan Aldanmaz：撰写——审阅与编辑，撰写——原始草稿，可视化，验证，监督，资源，项目管理，方法论，调查，资金获取，形式分析，数据整理，概念化。Aykut Gü?tekin：撰写——审阅与编辑，撰写——原始草稿，可视化，验证，调查，形式分析，数据整理。

**未引用参考文献**

Begemann等, 2001；Blichert-Toft和Albarède, 1997；Bouvier等, 2008；Jaffey等, 1971；Le Roux和Glendenin, 1963；S?derlund等, 2004

**利益冲突声明**

作者声明不存在已知的可能影响本论文报告工作的竞争性经济利益或个人关系。

**致谢**

我们感谢Nadine Mattielli在比利时布鲁塞尔自由大学G-Time实验室进行的同位素分析，以及感谢Irfan Yolcubal在土耳其科贾埃利大学对微量元素分析的协助。感谢?zlem Y?ld?z Yüksekol在野外工作和采样期间的协助。我们感谢Yaakov Weiss和一位匿名审稿人提供的有益评论，以及Greg Shellnut的编辑处理。本研究是……的一部分。

Ercan Aldanmaz | Aykut Gü?tekin
土耳其科贾埃利大学地质系，邮编41380伊兹米特