蒂萨超级单元中的S型花岗岩系列：地质年代学约束及其对中欧瓦里斯山脉古生代岩浆作用演化的意义

《Lithos》：S-type granitoids in the Tisza Mega-unit: Geochronological constraints and implications for the Paleozoic magmatic evolution of the Central European Variscides

　　摘要：通过对S型花岗岩体及其不同程度变形或变质的岩浆岩的矿物学、岩石学、地球化学和地质年代学综合研究，揭示了喀尔巴阡-潘诺尼亚地区Tisza巨单元中三次不同的古生代岩浆活动期。
（1）来自Papuk山（斯拉沃尼亚山脉）的正长岩显示出了早奥陶世（约4.80–4.70亿年前）的年龄，这些岩石被认为是冈瓦纳大陆北部边缘碰撞造山过程中或造山后的产物。
（2）晚泥盆世至早石炭世（约3.70–3.40亿年前）的岩浆活动表现为Apuseni山脉西南部的Codru花岗闪长岩以及Battonya–Pusztaf?ldvár基底隆起（东潘诺尼亚盆地）的花岗岩体。这些岩石同时具有与弧火山作用和碰撞造山作用相关的特征，这与瓦里斯坎时期的俯冲-碰撞转变及可能的板块断裂过程一致。矿物学、地球化学和地质年代学数据支持了这些火成岩体之间的关联。
（3）中二叠世（约2.70亿年前）的岩浆活动记录在Mecsek山脉下部中新世碎屑沉积物中的单斜花岗岩砾石中，被认为是与裂谷作用相关的后碰撞期地壳岩浆活动，并伴随该地区的火山活动。

引言：
从中新世晚期到二叠世中期的广泛花岗岩侵入体分布于整个中欧瓦里斯坎带。这些岩浆岩与瓦里斯坎地质动力演化的各个阶段相关，包括冈瓦纳大陆与劳亚大陆（以及其间微观大陆）聚合过程中的俯冲作用、碰撞作用，以及随后的伸展和裂谷作用（参见Broska等，2022；Janou?ek等，2026；Klomínsky等，2010；Ondrejka等，2021；Schulmann等，2014；Villase?or等，2021）。
与西欧和中欧地区（如伊比利亚半岛、阿莫里坎地块、法国中央地块、孚日山-施瓦茨瓦尔德地区、撒丁岛-科西嘉岛和波希米亚地块）发育良好的瓦里斯坎构造相相比，东欧地区的瓦里斯坎地壳连续性较差（参见Janou?ek等，2026；Kroner和Romer，2013；Schulmann等，2014）。在喀尔巴阡-潘诺尼亚地区（包括西喀尔巴阡山脉和Tisza巨单元，图1），瓦里斯坎基底被阿尔卑斯构造所覆盖和改造，并纳入白垩纪的逆冲构造系统，这使得古生代构造岩浆过程的重建变得复杂（参见Csontos和V?r?s，2004；Janou?ek等，2026；Szederkényi等，2012）。
最近基于岩石化学和地质年代学的比较研究表明，波希米亚地块和中西喀尔巴阡山脉代表瓦里斯坎地壳的两个不同部分（参见Janou?ek等，2026）。然而，Tisza巨单元（MU）南部和东部地区的对比数据较为匮乏，尤其是关于S型花岗岩的数据，这限制了区域性的对比分析，使得其古生代演化过程仍不明确。这种不确定性对于评估其与波希米亚地块或西喀尔巴阡山脉的亲缘关系至关重要，因为以往的相关性主要基于二叠纪岩浆岩（参见Szemerédi等，2020，2021，2023）。这引发了关于中欧瓦里斯坎带S型花岗岩岩浆活动年龄、成因和构造意义的更广泛问题，包括Tisza巨单元是否代表了与西喀尔巴阡山脉遗传相关的地壳碎片。

在西喀尔巴阡山脉（ALCAPA巨单元）和Tisza巨单元中，S型花岗岩特别丰富，通常与早石炭世至晚二叠世的碰撞造山或后碰撞岩浆作用相关（参见Broska等，2022；Broska和Svojtka，2020；Broska和Uher，2001；Kubi?和Broska，2010；Pál-Molnár等，2001a，2001b）。虽然一些火成岩体已被详细研究并纳入东欧中部古生代地质框架（例如西喀尔巴阡山脉中的晚石炭世和二叠世S型花岗岩；Kubi?和Broska，2010；Broska等，2022），但Tisza巨单元中的S型花岗岩缺乏可靠的放射性年龄数据，其地质构造解释仍不明确，因此局部到区域的对比关系仍不确定。

Tisza巨单元的多个区域（图1a–b）中存在含两种云母的S型白岗岩和花岗闪长岩及其不同程度变形或变质的岩浆岩。这些包括Apuseni山脉（Balintoni等，2007；Pan?等，2002）、东潘诺尼亚盆地基底（Battonya–Pusztaf?ldvár基底隆起和Algy?–Ferencszállás基底高地；Pál-Molnár等，2001a，2001b；Buda等，2004，2012，2014），以及Mecsek山脉西部中新世砾岩中的砾石（Jámbor和Szabó，1961；Józsa等，2009）。此外，Papuk山（斯拉沃尼亚山脉；Pami?和Lanphere，1991；Pami?等，1996；Horvat和Buda，2004）以及西南潘诺尼亚盆地（斯拉沃尼亚山脉的北东北部）和Slavonia-Srijem凹陷区也有发现。
21世纪初的岩石学、全岩地球化学（Buda等，2004；Pál-Molnár等，2001a，2001b）和矿物化学研究（Buda等，2012，2014）将这些基底岩石解释为与瓦里斯坎造山作用相关的碰撞造山期大陆地壳花岗岩。然而，其确切年龄尚未得到证实，尽管有一些未发表的K/Ar年龄数据，但其可靠性在Tisza巨单元的火成岩中受到了质疑（参见Szemerédi等，2020）。

本研究的第一个目标是基于详细的岩石学观察、全岩主元素和微量元素地球化学以及锆石UPb地质年代学，确定Tisza巨单元基底中含两种云母的花岗岩的年龄和成因。研究岩石分布于罗马尼亚、匈牙利和克罗地亚的多个中生代构造带（图1a–b）。局部到区域的对比分析是本研究的核心内容。
第二个目标是根据综合的岩石学、矿物学、地球化学和地质年代学数据，比较并关联Tisza巨单元内的五类主要S型花岗岩（Apuseni山脉西南部、Battonya–Pusztaf?ldvár基底隆起、Algy?–Ferencszállás基底高地、Mecsek山脉西部和Papuk山，图1a–b）。
第三个目标是将这些岩浆事件置于更广泛的区域背景下，以更好地理解构成Tisza巨单元基底的花岗岩碎片的古生代构造岩浆演化过程。通过与中欧瓦里斯坎带同期花岗岩体（特别是西喀尔巴阡山脉的岩浆岩体）进行比较来实现这一目标（参见Broska等，2022；Broska和Svojtka，2020；Broska和Uher，2001），以及次要参考的波希米亚地块（参见Janou?ek等，2026；Klomínsky等，2010）。这一比较也基于先前的研究结果，这些研究表明Tisza巨单元与西喀尔巴阡山脉在二叠纪裂谷岩浆作用方面存在关联（参见Szemerédi等，2020，2021，2023）。

Tisza巨单元是一个面积超过10万平方公里的岩石圈碎片，构成了潘诺尼亚盆地基底的一部分，位于中匈牙利构造带南部（图1b；参见Csontos等，1992；Matenco和Radivojevi?，2012；Schmid等，2020）。它被认为是源自瓦里斯坎 europe南部边缘的碎片，在侏罗纪构造过程中分离出来，并在中新世早期移动到当前位置（参见Csontos等，1992；Csontos和V?r?s，2004；Szederkényi等，2012）。Tisza巨单元的前中生代基底是由瓦里斯坎造山周期形成的复合地体（参见Szederkényi等，2012）。其结晶基底在多个区域暴露出来，包括Apuseni山脉、Mecsek山脉和斯拉沃尼亚山脉，并在20世纪下半叶主要用于烃类勘探（例如东潘诺尼亚盆地）和铀矿勘探（例如南多瑙河地区）。该巨单元的构造划分基于其阿尔卑斯构造演化，可区分出四个主要呈NW走向的NE–SW趋势的逆冲构造系统（图1b）：（1）Mecsek单元，（2）Villány–Bihor单元（在Apuseni山脉中称为Bihor自體单元），（3）Békés–Codru单元（在Apuseni山脉中称为Codru逆冲系统），（4）Biharia逆冲系统（从北到南、从下到上排列；参见Csontos等，1992；Csontos和V?r?s，2004；Matenco和Radivojevi?，2012；Szederkényi等，2012）。根据某些研究，Biharia逆冲系统并非Tisza巨单元中最高的阿尔卑斯构造单元，而是属于Dacia巨单元的一部分（参见Schmid等，2020）。

Tisza巨单元中普遍存在含两种云母的S型花岗岩及相关变形或变质岩（图1），以多种形式出现（例如大型露头；在数千米深的基底中被钻探到；或作为年轻沉积层中的砾石）。在Apuseni山脉，含两种云母的花岗岩分布在Codru-Moma山脉的西部-西南部区域，并在Highi?山脉有少量露头（Codru逆冲系统，图1b）。尽管它们广泛存在，但关于Codru花岗岩的详细岩石学和地球化学信息很少。Pan?等（2002）通过锆石UPb测年法得出其年龄为晚泥盆世（约3.72亿年前），而Balintoni等（2007）采用相同方法得出较年轻的早石炭世（约3.50亿年前）年龄，并根据岩石的富铝、富镁和钙碱性特征将其与瓦里斯坎俯冲事件联系起来。

在东潘诺尼亚盆地，Battonya–Pusztaf?ldvár基底隆起（Békés–Codru单元，匈牙利岩石地层中的Battonya花岗岩复合体，图1b；Babinszki等，2024）中的瓦里斯坎花岗岩最为常见，许多钻孔都揭露了这些岩石。先前的研究表明，这些花岗岩包括正长岩、单斜花岗岩和花岗闪长岩，具有亚碱性、钙碱性和富铝的地球化学特征，因此被解释为碰撞造山期岩浆岩（参见Pál-Molnár等，2001a）。然而，可靠的年龄数据仍然缺乏，只有Buda等（2004）报道的约3.20亿年前K/Ar年龄。Buda等（2012，2014）将Battonya花岗岩归类为单斜辉石型花岗岩，并描述了一些钻芯中的富铝闪长岩包体，这提示这些岩石可能具有混合的I-S型成因。Pál-Molnár等（2001b）还发现了Battonya花岗岩与西喀尔巴阡山脉类似火成岩的全岩地球化学相似性。

在东潘诺尼亚盆地，S型花岗岩也出现在Algy?–Ferencszállás基底高地（Biharia逆冲系统或Villány–Bihor单元，分别根据Matenco和Radivojevi?，2012；以及Schmid等，2020，图1b），包括Deszk和Ferencszállás区域，类似的岩石也在附近的Makó凹陷区被钻探到。Pál-Molnár等（2001b）将该基底区域中的S型正长岩分为两组，两组的区别仅在于是否有优先定向。从矿物组成、亚碱性、富铝特征以及造山作用和大陆碰撞解释来看，这些岩石与Battonya花岗岩非常相似。

在Mecsek山脉西部（Mecsek单元，图1b），S型花岗岩以砾石形式出现在下部中新世河流沉积层Szászvár组中（Józsa等，2009），特别是在Bükk?sd附近和Sormás溪谷。细粒正长岩砾石也在Bükk?sd、Cserdi和Korpád地区被发现。在Mecsek山脉西部，还描述了成分相似但缺乏黑云母的细粒片麻岩砾石。在南多瑙河地区尚未发现类似的火成岩体，无论是地表还是钻芯样本；然而，Jámbor和Szabó（1961）提出这些白岗岩砾石可能来自Tisza巨单元的基底，并从Mecsek山脉以南约15–35公里的区域搬运而来。

在Papuk山（图1b），花岗岩以岩体或脉状形式出现在西部-中部的大型混杂岩复合体中（根据Jami?i?等，1987，1989）。类似岩性也在潘诺尼亚盆地（斯拉沃尼亚山脉的北东北部）和Slavonia-Srijem凹陷区被钻探到（Pami?，1999；?uica等，2022）。这些通常是S型富铝单斜花岗岩和花岗闪长岩，结构较为均匀且斑晶较少；但也存在重结晶或碎裂及各种片理现象（Pami?等，1996；Pami?和Lanphere，1991）。帕普克山中的S型花岗岩体和糜棱岩被认为是由于在瓦里斯坎造山运动期间，变质岩和变砂岩的部分熔融以及相关区域变质作用在等化学条件下形成的（Pami?和Lanphere，1991年）。然而，现有的K/Ar数据（Pami?等人，1988年）显示的年龄范围在3.36亿到2.72亿年之间，这些数据并不能令人信服地限定构造-岩浆事件的确切年龄。Horvat和Buda（2004年）也报道了一些I/S型的岩石。Jami?i?（2001年）基于岩石学和结构数据，将基底岩石分为三个系列：Psunj-Krndija复合体、Papuk复合体和Radlovac复合体，并解释了斯拉沃尼亚山脉从假定前寒武纪到晚二叠纪的地质演化过程。帕普克复合体中的糜棱岩化、花岗岩侵入和变质作用被解释为瓦里斯坎运动之前的现象。通过原位激光剥蚀UPb锆石定年法，发现西部帕普克山的一块S型花岗岩的侵入年龄为3.82±0.02亿年（?androvac采石场；Horvat等人，2018年）。最近有研究将帕普克山（Tre?njevica采石场）中的微过铝正长岩鉴定为S型花岗岩，其中火成锆石的结晶年龄为4.989±0.069亿年（Gallhofer等人，2026年）。

**材料与方法**
在阿普塞尼山脉，我们在靠近?iria的废弃Gal?a采石场采集了花岗闪长岩、伟晶岩和细粒花岗岩样本。东部潘诺尼亚盆地的花岗岩体则通过来自Battonya–Pusztaf?ldvár基底岭（匈牙利东南部）和Algy?–Ferencszállás基底高地（匈牙利南部）的钻孔岩芯进行了研究。双云母花岗岩碎屑来自中新世的Szászvár地层（Mecsek山脉西部的Sormás溪谷）以及南部西南阿普塞尼山脉的钻孔（Békés–Codru单元）。在Gal?a采石场，花岗闪长岩体被伟晶岩和细粒花岗岩脉切割，局部含有富含黑云母的变质沉积岩捕虏体。这些花岗闪长岩（图2a–b，补充图1a–b，2）具有中等粒度、等粒结构、亚自形颗粒，主要由斜长石、石英、钾长石、白云母和黑云母组成（表1）。斜长石呈自形至亚自形，常在核心部分绢云母化，并可能以小包裹体的形式出现在钾长石中。

**讨论**
综合矿物学、岩石学、地球化学和地质年代学数据表明，所研究的花岗岩记录了与Tisza巨型基底演化相关的多次古生代岩浆活动，这些活动既发生在瓦里斯坎运动之前，也发生在瓦里斯坎运动期间。结果提示大陆地壳经历了多次部分熔融，体现在早奥陶世、晚泥盆世-早石炭世和中二叠世的岩浆事件中。原始岩浆特征在不同程度上受到瓦里斯坎运动的影响而发生改变。

**结论**
(1) Tisza巨型基底前阿尔卑斯地区的S型花岗岩记录了多次古生代地壳熔融过程，主要分为三个岩浆造山阶段：早奥陶世（约4.73亿年前）、晚泥盆世-早石炭世（约3.70–3.40亿年前）和中二叠世（约2.70亿年前）。帕普克山的早奥陶世正长岩反映了北部冈瓦纳边缘的碰撞后构造过程。来自Battonya–Pusztaf?ldvár基底岭和西南部的晚泥盆世-早石炭世花岗岩体进一步证实了这些地质事件。

**关于AI使用的声明**
在准备本手稿的过程中，作者使用了ChatGPT（OpenAI）进行语言编辑和可读性提升。使用该工具后，作者对内容进行了必要的审查和编辑，并对稿件的内容负全责。

**作者贡献声明**
Máté Szemerédi：撰写——初稿起草、可视化、验证、监督、资源管理、项目管理、方法论制定、数据分析、数据管理、概念构建。
István Dunkl：撰写——审稿与编辑、验证、资源管理、方法论制定、数据分析、数据管理、概念构建。
Dóra Georgina Miklós：撰写——审稿与编辑、可视化、验证、资源管理、方法论制定、数据分析、数据管理、概念构建。
Réka Lukács：...

**利益冲突声明**
作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。

**致谢**
本研究得到了匈牙利国家研究、开发与创新基金（项目编号K131690和FK148576）以及匈牙利大学研究奖学金计划（项目编号EK?P-24-4-SZTE-633）的支持。我们感谢以下同事的帮助：Péter Janka（匈牙利国家博物馆考古计量实验室）、Enik? Vécsei、Péter Gál（MTA–HUN-REN CSFK “Momentum”潘诺尼亚火山研究小组）。