智利巴塔哥尼亚安第斯山脉里奥普埃洛地区的泥盆纪变质火山岩：对查伊特尼亚（Chaitenia）东部边界及利基涅-奥夫基（Liqui?e Ofqui）断层带起源的可能启示

《Journal of South American Earth Sciences》：Devonian metavolcanic rocks in the Rio Puelo section, Patagonian Andes of Chile: possible implications for the eastern limit of Chaitenia and the origin of the Liqui?e Ofqui Fault zone

泥盆纪岩浆带演化与碎屑锆石定年揭示前陆-太平洋构造域接触带特征，氧同位素分析支持岩浆岩西延及后期沉积关联。

　　

F. Hervé|C.M. Fanning|P. Quezada|P. Castillo|K. Deckart|R.J. Pankhurst|C.W. Rapela|C. Palape|M. Zú?iga|M. Calderón

智利圣地亚哥安德烈斯·贝洛大学工程学院地质学系，República 220

摘要

对来自里奥普埃洛（Chiloé大陆；约72.0°W / 41.7°S）的细粒变质斑状硅质火成岩进行U-Pb锆石测年，得到下泥盆世（约3.95亿年）的火成岩结晶年龄。这一结果与此前在该地区安第斯山脉东西两侧两个不同泥盆纪火成岩带（即前陆泥盆纪域（FDD）和太平洋泥盆纪域（PDD）中获得的火成岩年龄大致一致。所测定的锆石颗粒具有FDD特有的氧同位素比值（δ¹⁸O_zircon 6.6至9.5‰），这表明这些火成岩向西延伸至Liqui?e - Ofqui断层带（LOFZ）。来自FDD的碎屑锆石的U-Pb测年结果显示其最大沉积年龄约为3.65亿年，但其氧同位素组成（δ¹⁸O_zircon 6.5至7.9‰）与里奥普埃洛南部和西部PDD中的变质沉积岩单元相似。研究表明，FDD的泥盆纪火成岩在形成后不久便遭受了侵蚀，大部分侵蚀物质在Chaitenia增生后沉积到了PDD区域。至今仍活跃的Liqui?e - Ofqui断层带位于FDD和PDD的接触带，暗示其位置可能继承自这两个泥盆纪火成岩带之间的原始缝合带。

引言

关于巴塔哥尼亚古生代地壳演化的机制仍存在争议，有碰撞理论和增生理论（Ramos, 2008; Martínez et al., 2011; Pankhurst et al., 2014; Heredia et al., 2018; González et al., 2018; Suárez et al., 2019, 2021; Rapela and Pankhurst, 2020; Oriolo et al., 2019, 2025等）。尽管观点不同，但普遍认为古生代造山带的构造特征对后续地质演化产生了影响（Mpodozis and Ramos, 2008; Giacosa, 2019; Renda et al., 2019; Suárez et al., 2023）。

在北巴塔哥尼亚地块的纬度范围内（图1a），两个同时期的泥盆纪火成岩带沿西南冈瓦纳大陆的原始太平洋边缘形成。它们的残余部分目前暴露在安第斯山脉的东西两侧（Pankhurst et al., 2006; Duhart, 2008; Hervé et al., 2016; Rapela et al., 2021），并表现出不同的特征（Quezada et al., 2015），分别类似于安第斯型和马里亚纳型火成岩系（Hervé et al., 2016）。后者被认为是海洋内部的Chaitenia火成弧的产物，后来与冈瓦纳大陆边缘发生了碰撞（Hervé et al., 2016, 2018）。Rapela等人（2021）认为这个火成弧被一个边缘盆地与大陆边缘分隔开，并提出了“前陆泥盆纪域”（FDD）和“太平洋泥盆纪域”（PDD）的概念，分别指阿根廷北巴塔哥尼亚地块大陆地壳中的火成活动及智利地区出露的Chaitenia弧/后弧岩体。在PDD的变质沉积岩中发现了具有泥盆纪年龄的碎屑锆石，根据其氧-铪同位素组成，这些锆石被认为起源于FDD（Hervé et al., 2016; Rapela et al., 2021, 2024）。

最新研究认为Chaitenia火成弧可能向北延伸至约38°S（Plissart et al., 2025）。由于安第斯山脉西坡植被茂密，以及中生代和新生代期间的强烈岩浆活动和构造运动，确定其东界较为困难（Pankhurst et al., 1992; Echaurren et al., 2022）。对一些被认为是北巴塔哥尼亚安第斯山脉泥盆纪基底组成部分的变质岩体进行U-Pb锆石测年，得到的是新生代年龄（Hervé et al., 2017），而其他岩体缺乏精确的地质年代数据。

由于该地区交通不便（目前尚未有连续道路），对北巴塔哥尼亚安第斯山脉里奥普埃洛段的地质了解受到限制，主要依赖穿越塔瓜塔瓜湖的运输方式。现有的地质信息主要来自Fuenzalida（1947）的研究，他总结了1944年的野外工作成果，并结合了Groeber（1942）和Steffen（1896, 1944）的早期研究以及Pohlmann（1898）的岩石学研究。Zú?iga（2024）的博士论文为该地区提供了新的地质和岩石学资料。

Fuenzalida（1947）的地图显示，该地区存在“太古代斑状岩和变质岩”，这些岩石与“古生代碎裂花岗岩”相伴存在，并被中生代和新生代的火山岩及岩浆岩侵入。然而，这些岩石的年龄判断仅基于与阿根廷和智利类似岩石的岩石学对比。关于巴塔哥尼亚这一地区地质知识的历史，更多细节可见Ramos（2022）的研究。

研究样本是在2021年和2024年两次短暂的野外考察中采集的，分别得到了Fondecyt项目1180457和ANID Exploración项目13220141的支持。ANID项目的一个目标是确定Chaitenia火成弧的当前地理边界、年龄和岩石类型（Hervé et al., 2016），该火成弧据推测在晚古生代与巴塔哥尼亚大陆发生了碰撞。

本文提供了新的化学和岩石学数据，以及两块岩石的SHRIMP U-Pb测年结果：其中一块样本在野外被认定为Fuenzalida（1947）研究中的基底组成部分，另一块样本来自阿根廷的岩浆岩体的变质沉积岩。文章讨论了这些岩石与FDD和PDD的关系，以及它们对LOFZ起源的可能影响。

地质背景

研究区域属于主安第斯山脉的一部分，有时被称为北巴塔哥尼亚安第斯山脉（图1a），包含分布不规则的古生代火成岩和变质岩基底，其中穿插着大量的中生代和新生代岩浆岩（Pankhurst et al., 1992; Duhart, 2008）。在其西坡，该山脉由多种鲜为人知的同期形成的较年轻火山岩组成。

方法

里奥普埃洛和皮德拉圣塔地区的样本采集自被认为是古生代岩体的岩石类型。在安德烈斯·贝洛大学的实验室中，使用标准方法（包括破碎、研磨、Wilfley Table分离、磁选和重液分离）从FO19104和FO19092样本中分离出锆石颗粒。

结果

两个采样区域的野外照片分别见图2（样本FO19104）和图3（样本FO19092）。这些照片附有分析样本的显微镜图像，以及另一块样本的详细信息。U-Pb锆石地质年代和氧同位素分析结果见补充数据（表S1和表S2）。表S3展示了FO19104和FO19092样本的主要元素、次要元素和微量元素化学分析结果。

年代地层对比

来自里奥普埃洛地区的样本被归类为Quensel（Fuenzalida, 1947）定义的斑状岩单元。Pohlman（1898）对Steffen（1896）采集的岩石的显微描述指出，这些斑状岩中含有少量石英和长石斑晶，嵌入在含有黑云母、绿帘石和偶尔黄铁矿的变形变质基质中。研究样本中也观察到了类似的特征（图2），表明存在变形现象。

结论

里奥普埃洛地区的泥盆纪变质火山岩样本具有所有相关特征：地理位置、岩石学特征、主要元素和微量元素及同位素组成（δ¹⁸O_zircon 6.6至9.5‰），以及U-Pb锆石结晶年龄（约3.95亿年），因此可以将其视为Rapela等人（2021）所描述的FDD火成活动的代表。该样本在地理位置上至少位于已知FDD圣马丁弧岩石以西80公里处，且位于LOFZ以东。

作者贡献声明

C. Mark Fanning：负责初稿撰写、验证、方法论设计、数据整理和概念构建。Paulo Quezada：负责初稿撰写、可视化处理、调查和概念构建。Paula Castillo：负责审稿和编辑、验证、方法论设计及调查。Katja Deckart：负责审稿和编辑、验证、方法论设计及调查。Robert J. Pankhurst：负责审稿和编辑、可视化处理、验证、方法论设计及调查。

未引用参考文献

Fuenzalida Villegas, 1947; Plissart et al., 2026; Quezada et al., 2018.

利益冲突声明

作者声明本文内容不存在利益冲突。本研究得到了智利（Fondecyt计划、ANID）的公共资金支持，任何商业或财务关系均不构成潜在的利益冲突。所有合作者都对研究内容和手稿的撰写做出了重要贡献，并批准了最终版本。

致谢

本研究得到了智利科学技术部下属的ANID（国家研究与发展机构）通过项目Exploración 13220141的支持。感谢Poldie Oyarzun（LAS, UNAB）在XRD矿物鉴定方面的协助，Juan Cruz Martinez博士和Maximiliano Naipauer博士的修改意见极大地提升了原文质量，Augusto Rapalini博士在编辑方面的帮助也非常宝贵。