中始新世亚美尼亚地区的弧状岩浆活动为阿拉伯-欧亚碰撞带的构造演化提供了新的见解

《Lithos》：Middle Eocene arc magmatism from Armenia with new insights into tectonic evolution of the Arabia-Eurasia collision zone

埃俄尼亚碰撞带西北部亚美尼亚地区中始新世岩浆活动时空分布与地球化学特征研究，通过锆石U-Pb和Ar-Ar定年显示岩浆活动持续约6百万年（47-41Ma），形成钙碱性玄武岩-安山岩-石英闪长岩组合，地幔同位素特征表明岩浆源区与上地幔对流有关，其发展与南亚美尼亚地块（SAB）在80-75Ma的拼贴及俯冲带迁移相关，岩浆活动中断期（25-30Ma）与俯冲转换物理时间吻合，随后由安纳托利亚-土耳其地块（约41Ma） arrival引发碱性岩浆转型。

　　

林宇宸|庞观南|加扎尔·加洛扬|拉斐尔·梅尔科尼扬|李浩阳|罗清华|杨金辉|钟顺林

台湾台北中央研究院地球科学研究所

摘要

影响亚美尼亚西北部及小高加索地区的始新世岩浆活动在岩浆分布上具有独特性，尤其是其与阿马西亚-塞万-哈卡里缝合带的紧密空间关联，这引发了关于这种活动是偶发性俯冲作用的结果还是持续地质过程的表现的疑问。本文通过放射性测年和地球化学分析，对亚美尼亚西北部的一组始新世火成岩进行了研究。锆石U-Pb和⁴⁰Ar/³⁹Ar地质年代测定表明，岩浆活动持续时间约为4700万至4100万年前。这些火成岩以玄武安山岩-英安岩组合为特征，具有钙碱性成分，并展现出类似弧岩的微量元素特征。其全岩Sr⁸⁷Sr⁸⁶比值（0.70360至0.70467）和εNd(t)值（+6.1至+2.5）表明它们源自对流地幔，而锆石的εHf(t)值为正（+14.3至+6.1），进一步支持了这一观点。总体而言，这些地球化学特征与钙碱性玄武岩母岩的水分分结晶过程相符。根据最近的板块构造重建，我们认为大约8000万至7500万年前南亚美尼亚块的增生引发了向南方向的俯冲运动。这次构造重组导致了约3000万年的岩浆活动停滞期，之后在这个微大陆与欧亚大陆边缘之间的缝合带上形成了短暂的始新世岩浆弧。随后，在约4100万年前安纳托利亚-陶里斯块体的到来结束了这一岩浆活动，促使该地区岩浆类型向碱性方向转变。这些发现强调了岩浆记录在重建大陆碰撞带连续增生过程中的重要作用。

引言

大规模大陆碰撞通常是一个长期过程，其特征是微大陆的逐步增生（Ersoy和Palmer，2013；Lin等人，2020；?eng?r和Natal’in，1996；van Hinsbergen等人，2020；Zhu等人，2025）。这一过程如今以澳大利亚-欧亚大陆汇聚驱动的东南亚地区澳大利亚来源微大陆的增生为例（例如Hall，2012），其结果表现为时空上的不连续性。岩浆记录为追踪这些构造重组提供了敏感的手段（例如Chung等人，2005；Zhu等人，2025）。例如，岩浆成分从钙碱性向碱性的转变可以指示特定的构造事件，如新地壳块体到来后俯冲作用的开始或结束（F?rster等人，2019；Pang等人，2013）。

阿拉伯-欧亚碰撞带是微大陆连续增生的经典案例，其岩浆作用过程也有详细记录（Lin等人，2020；?eng?r和Natal’in，1996；van Hinsbergen等人，2020）。虽然始新世岩浆活动形成了从东安纳托利亚延伸至小高加索北部至伊朗西北部的一条连续带，但小高加索地区的亚美尼亚段在中始新世出现了从钙碱性向碱性成分的明显转变（Grosjean等人，2022；Mederer等人，2013；Rezeau等人，2018；Sokó?等人，2018）。这种地球化学变化挑战了“统一的构造驱动力”假设，提出了一个基本问题：这种广泛的始新世岩浆活动是否反映了单一的连续俯冲过程，还是由多次分段碰撞事件引起的？

小高加索地区亚美尼亚部分的新生代岩浆作用的基础地质和地层框架是通过1960年至2000年间亚美尼亚及国际研究人员的共同努力建立的（例如Galoyan，2004及其参考文献）。尽管这些开创性工作提供了重要的结构和岩石学信息，但亚美尼亚北部的精确地质年代数据仍然有限。这一空白尤为重要，因为亚美尼亚段位于研究较为充分的东安纳托利亚和伊朗西北部地区之间。此外，与这些邻近地区不同，亚美尼亚段拥有暴露良好的南亚美尼亚块体露头，为研究提供了独特条件。本研究利用高精度的锆石U-Pb和⁴⁰Ar/³⁹Ar年代数据以及全面的地球化学数据，揭示了微大陆连续增生过程中的岩浆响应。

地质背景

小高加索山脉是阿拉伯-欧亚碰撞带的关键组成部分，亚美尼亚共和国的领土为研究其复杂的地质构造提供了独特窗口。该地区的构造框架由两个主要大陆块体构成：北部的庞蒂德斯-外高加索块体（PTB）和南部的南亚美尼亚块体（SAB），两者之间以阿马西亚-塞万-哈卡里缝合带（ASHS）为分界线，该缝合带曾是一个海洋盆地（Adamia等人，2011；Rolland，

样品与岩石学特征

我们在亚美尼亚北部始新世火成岩露头（约40–41°N，约44–45°E；图1b）的九个地点采集了十二个代表性样品，该地区最近被Grosjean等人（2022）称为“北部岩浆岩”。我们的采样重点针对中始新世的钙碱性火山岩层（以及少量次火山岩和深成岩），以研究主要的俯冲相关岩浆作用。为了完整重建地质动力学过程，这些新数据

分析方法与结果

基于岩石学评估，我们选择了变化最小的样品进行详细的地质年代和地球化学分析。五个样品用于锆石U-Pb测年及Hf同位素分析，四个玄武岩样品用于⁴⁰Ar/³⁹Ar全岩测年。对于地球化学分析，除了高度风化的A06样品外，其余十一个样品的岩浆中主要元素和微量元素浓度均被测定。

短暂的岩浆脉冲与岩浆类型的转变

我们的新放射性年龄数据为亚美尼亚北部始新世钙碱性岩浆活动的持续时间提供了精确约束，将其定义为约600万年的脉冲，发生在4700万至4100万年前。这一脉冲的结束可能体现在最年轻的样品A22、A24和A30–2的地球化学特征中。其中，A22和A24样品（41.4±0.4百万年和41.7±0.5百万年）的钍含量相对较高，而稍年轻的A30–2样品

结论性评论

本研究提供了亚美尼亚北部中始新世火成岩的新地质年代和地球化学数据，详细揭示了阿拉伯-欧亚碰撞带内的构造-岩浆演化过程。我们的主要发现和解释如下：

• （1）明确的岩浆活动停滞与恢复：我们发现，在南亚美尼亚块体（SAB）初次增生到庞蒂德斯-外高加索块体（PTB-Eurasia）之后，存在约2500万至3000万年的岩浆活动停滞期。我们将这一间隔解释为物理上的

关于手稿准备过程中使用生成式AI和AI辅助技术的声明

在撰写本文期间，作者使用了ChatGPT和Gemini工具来提升文本的可读性和语言表达。使用这些工具后，作者对内容进行了必要的审阅和编辑，并对发表文章的内容负全责。

CRediT作者贡献声明

林宇宸：撰写 – 审稿与编辑，初稿撰写，可视化制作，数据分析，概念构建。庞观南：撰写 – 审稿与编辑，概念构建。加扎尔·加洛扬：数据收集与分析。拉斐尔·梅尔科尼扬：数据收集与分析。李浩阳：方法论研究，数据分析。罗清华：方法论研究。杨金辉：方法论研究。钟顺林：撰写 – 审稿与编辑，项目监督，数据获取。

利益冲突声明

作者声明以下可能的利益冲突：

林宇宸表示获得了中华人民共和国科学技术部的财政支持。钟顺林表示获得了台湾国家科学技术委员会的财政支持。如果还有其他作者，他们声明自己没有已知的利益冲突或可能影响研究结果的个人关系。

致谢

我们感谢Chien-Hui Hung、I-Jhen Lin和Chiu-Hong Chu在实验室方面的协助，同时也感谢Ruben Jrbashyan和Gevorg Navasardyan在野外工作上的支持。本研究是在亚美尼亚国家科学院与台湾国立大学联合研究项目的基础上进行的，并得到了台湾国家科学技术委员会和亚美尼亚共和国国家科学院地质科学研究所的财政支持。