《Geochemistry》：Back - arc magmatism during Eocene subduction and closure of eastern Tethys: An insight from Alborz Magmatic Belt (NW Iran)
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Pargeh岩浆杂岩体早始新世形成，含橄榄玄岩和二长闪岩，地球化学显示俯冲带流体影响，源岩为水合下地幔部分熔融，构造环境为弧后扩张区。
Nahid Naseri|Reza Zarei Sahamieh|Matthew I. Leybourne|Anderson Costa dos Santos|Ahmad Ahmadi Khalaji|Guilherme O. Gon?alves
伊朗洛雷斯坦大学理学院地质系，霍拉马巴德
摘要
位于伊朗中央阿尔博兹山脉的Pargeh岩基复合体形成于早始新世，主要由橄榄石辉长岩和单斜辉长岩组成，这些岩石具有颗粒状至斑状结构。橄榄石辉长岩含有橄榄石、单斜辉石、斜长石、黑云母以及少量的磁铁矿、钛铁矿和磷灰石；而单斜辉长岩则由单斜辉石、斜长石、黑云母以及超过10%的碱性长石组成，同时还含有少量的氧化物相和磷灰石。通过对磷灰石进行铀-铅（U-Pb）测年，得到其形成时间为57.1±3.5百万年（橄榄石辉长岩）和53.2±2.7百万年（单斜辉长岩），表明这些岩浆活动发生在早始新世。这些岩石具有高钾特征（high-K signature），富集大离子亲石元素（LILE），同时缺乏高场强元素（HFSE），并表现出负的铌（Nb）和钽（Ta）异常，以及锶（Sr）、钡（Ba）、铀（U）和铅（Pb）的富集——这些特征都是俯冲作用相关地球化学作用的典型表现。全岩同位素组成（εNd(t) = +1.5至+1.9；^87Sr/^86Sr = 0.7049–0.7053）表明它们来源于受俯冲作用影响的变质大陆地幔（SCLM）。构成这些岩浆的母岩是通过部分熔融这些含水地幔形成的，熔融过程中在地壳深部发生了有限的地壳同化作用和分异结晶作用，最终形成了单斜辉长岩。这些特征共同表明Pargeh岩基形成于伸展性的、俯冲后弧环境。
引言
富钾岩石在大陆弧和洋弧环境中普遍存在，通常具有独特的地球化学特征，包括较高的^87Sr/^86Sr比值、较低的εNd值以及高的大离子亲石元素/高场强元素（LILE/HFSE）比值（Shafaii Moghadam等人，2022年）。这些特征反映了复杂的地幔和地壳过程，理解其起源对于揭示汇聚边界地区的地质动力学演化至关重要。目前有两种主要模型用于解释钾质岩浆的成因：1）Foley（1992年）提出的模型认为，钾质岩浆来源于含有富集云母和单斜辉石的变质大陆地幔，这些变质作用可能是由地壳循环和俯冲过程引起的，从而产生了富集LILE和放射性同位素的小程度熔融体；2）Stolz等人（1996年）认为，钾质岩浆来源于俯冲的洋壳及其上覆沉积物中的流体或熔融体，这些流体或熔融体将富含有水成分和不相容元素带入上覆地幔楔体。这两种模型具有普遍性，并不局限于阿尔博兹地区。两种模型之间的关键区别在于变质作用的来源：第一种模型认为变质作用源自地幔内部的异质性，而第二种模型认为变质作用来源于俯冲板块带来的外部物质。这些过程表明，在某些构造环境中（包括俯冲带上的后弧区域），岩浆活动可以产生钾质岩浆。无论是大陆还是洋弧环境中的后弧盆地，都是在俯冲速率超过汇聚速率时通过局部地壳和地幔减薄形成的（Dewey等人，1989年），这种过程通常由俯冲回撤、地幔上涌或上盘板块远离海沟的运动驱动（Faccenna等人，2014年）。沿薄弱带或火山弧的强烈变形和地壳减薄可能导致裂谷作用和弧伸展（Dymkova等人，2016年）。像伊朗这样的大陆后弧盆地由于地幔较薄（约60公里）和上覆板块的重力不稳定而具有较高的热流（Currie等人，2008年；Currie和Hyndman，2006年）。这些条件有利于钾质岩浆的形成，有助于深入了解地幔动力学、地壳-地幔相互作用以及碰撞后的岩浆作用。
伊朗处于大陆碰撞的早期阶段，其北部是一个正在增长的扎格罗斯增生楔体上的退缩岩浆弧（Stern等人，2021年）。因此，阿尔博兹地区为研究岩浆作用、构造作用和地幔演化之间的相互作用提供了一个独特的天然实验室。然而，尽管该地区的重要性不言而喻，但整合岩石学、矿物化学、全岩地球化学、锶-钕（Sr-Nd）同位素分析以及精确地质年代学的综合研究仍然有限。这些数据对于解决该地区钾质岩浆的起源、演化和时间尺度等关键问题至关重要。尽管钾质岩浆作用已在多个全球弧和碰撞后环境中得到研究（Di Giuseppe等人，2018年），但关于伊朗阿尔博兹岩浆带的综合数据仍然不足，尤其是在岩基岩石方面。为了更好地理解阿尔博兹岩浆作用的性质，我们提供了新的岩石学观察结果、矿物化学分析、全岩地球化学数据、锶-钕（Sr-Nd）同位素组成以及磷灰石铀-铅（U-Pb）地质年代学数据，旨在：1）阐明钾质岩浆的构造背景、成因和演化过程；2）确定Pargeh岩基的结晶和形成时间；3）将Pargeh岩基与阿尔博兹地区其他类似岩基进行比较。
地质背景
Pargeh岩基位于中央阿尔博兹岩浆带（Central Alborz Magmatic Belt，简称AMB，见图1），该地区不同的地质动力学过程影响了碰撞后地幔演化过程中形成的火成岩的地球化学性质。根据Sepidbar等人（2021年）的研究，新特提斯洋壳在伊朗板块下的俯冲以及晚始新世俯冲坡度的变化（表现为俯冲回撤）导致了地幔的减薄。
采样
从收集的100个样品中，选择了9个橄榄石辉长岩样本和6个单斜辉长岩样本，因为它们的蚀变程度最低，适合进行全岩地球化学和同位素分析。
全岩地球化学
样品的制备、粉碎和研磨工作在加拿大温哥华北部的ALS Geochemistry实验室完成。样品被粉碎至粒径小于75微米。随后使用锂碱式硼酸盐熔融法对样品中的主要元素进行了分析。
岩石学观察
根据野外观察，Pargeh岩基主要由单斜辉长岩组成，橄榄石辉长岩仅占少量（见图2）。橄榄石辉长岩具有中等到粗粒结构（详细信息见补充材料）。在橄榄石辉长岩和单斜辉长岩中都观察到了斑状结构、颗粒间结构和颗粒结构。橄榄石辉长岩样品中含有20–25%的橄榄石、15–20%的单斜辉石和50–55%的斜长石。
岩浆来源
橄榄石辉长岩和单斜辉长岩的稀土元素（REE）模式几乎相同，显示出系统性的LREE富集现象（见图6A、B），表明它们来源于同一母岩并经历了后续的结晶分异作用。所有样品都具有高钾特征和明显的LILE富集（例如铷（Rb）、钡（Ba）富集），同时伴有强烈的负铌（Nb）异常和整体高场强元素（HFSE）贫化。这些特征共同表明这些岩浆来源于受流体作用影响的变质俯冲地幔。
结论
Pargeh岩基由橄榄石辉长岩和单斜辉长岩组成，其磷灰石铀-铅（U-Pb）测年结果分别为57.1±3.5百万年和53.2±2.7百万年，表明它们形成于早始新世。这些岩石富集LREE和LILE元素，同时缺乏高场强元素（HFSE），表明它们来源于受流体作用影响的变质地幔。微量元素建模显示，母岩是通过低程度（1–3%）的部分熔融作用形成的。
CRediT作者贡献声明
Nahid Naseri：负责撰写、审稿和编辑，撰写初稿，数据可视化，资源准备，方法学设计，数据管理。Reza Zarei Sahamieh：负责撰写、审稿和编辑，监督工作，正式数据分析。Matthew I. Leybourne：负责撰写、审稿和编辑，结果验证，监督工作，资金争取，数据管理。Anderson Costa dos Santos：负责撰写、审稿和编辑，结果验证，方法学设计，资金争取。Ahmad Ahmadi Khalaji：负责监督工作。Guilherme O. Gon?alves：
资助
本研究得到了CNPq（Pro Trindade项目，项目编号557,146/2009–7）、MCT/CNPq项目（项目编号26/2009）、里约热内卢州大学提供的PROCAD项目（培训项目）和CAPES（项目编号88.881.177228/2018–01）的资助，用于在葡萄牙阿威罗大学开展部分研究工作；同时还得到了FAPERJ APQ1 2019项目（项目编号210.179/2019）的支持。此外，还得到了Prof. Anderson Santos提供的PROCIEENCIA UERJ 2020奖学金和CNPq项目的资助。
未引用参考文献
Niida, 1997
Pearce, 2008
Shafaii Moghadam等人，2009
Turner等人，1996
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文研究结果的财务利益或个人关系。
致谢
我们感谢Anderson Santos教授和Peter Christian Hackspacher教授提供的CAPES项目资助，用于在LAGIR-UERJ实验室进行锶-钕（Sr-Nd）同位素分析，该分析由Claudio Valeriano教授及实验室工作人员Carla Neto、Jo?o Ricardo和Gilberto Vaz协调。同时，我们也感谢Mauro Geraldes教授领导的MultiLab-UERJ实验室以及Wagner Travassos和Luiz Felipe Romero实验室提供的磷灰石中的铀（U）、背散射和阴极发光图像分析支持。
