《Precambrian Research》：Ediacaran-Cambrian melt generations and crustal evolution during West Gondwana amalgamation
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研究通过U-Pb和Lu-Hf锆石分析，结合等化学相图模型，揭示了巴西卡博弗里奥构造域（CFTD）Ediacaran-Cambrian碰撞带中两次不同熔体结晶事件。Ediacaran熔体（约570Ma）源自混合幼年- crustal源，与邻接Oriental terrane的岩浆弧共存，显示熔体迁移至上覆 terrane。而530Ma的Cambrian熔体因水平应力增加阻碍迁移，导致原地保留。研究支持板块俯冲-碰撞模型，为西冈瓦纳合并提供新证据。
作者列表：
Thayla A.T. Vieira | Renata S. Schmitt | Julio C. Mendes | Renato Moraes | Matheus S. Andrade | Guilherme G. Martins | Raphaela A.S. Lopes | Rudolph A.J. Trouw | Mauro C. Geraldes
机构信息：
矿物学与地质构造学系，圣保罗大学地球科学研究所，Lago街562号，大学城，邮编05508-080，圣保罗州，巴西
摘要
在西冈瓦纳大陆聚合过程中，高级变质作用和地壳混合是大陆地壳分化的关键机制。本研究探讨了巴西Cabo Frio构造域内部部分熔融作用的发生时间和条件。该区域属于古元古代地壳，代表了Angola克拉通的古老边缘。通过对混杂岩进行U-Pb（二次离子质谱法，SIMS）和Lu-Hf（激光剥蚀电感耦合等离子体质谱法，LA-ICP-MS）分析，并结合等化学相图建模，研究了这一埃迪卡拉纪-寒武纪碰撞事件的热年代学演化过程。研究结果揭示了Cabo Frio构造域内存在两个不同的熔融结晶阶段：一个发生在埃迪卡拉纪，另一个发生在寒武纪。Lu-Hf数据分析表明，这两个阶段的熔融物质来源不同：埃迪卡拉纪熔融物质主要来自年轻地壳，而寒武纪熔融物质则主要来自地壳再循环。这一发现首次证明了Cabo Frio构造域在约5.7亿年前曾发生过熔融作用，与该区域相邻的Oriental地块的岩浆活动同期。我们推测，在埃迪卡拉纪期间，Cabo Frio构造域（下盘）的熔融物质转移到了上盘的Oriental地块。相反，在5.3亿至5.15亿年间的碰撞高峰期，Cabo Frio构造域的第二次熔融作用与Oriental地块的岩浆活动存在时间空白。相图建模显示，这一阶段发生在850–900°C的温度和7.5–9.5千巴的压力条件下。因此，我们认为水平应力的增加阻碍了地壳间的熔融物质迁移，导致熔融物质在原地保留。这项研究表明，岩浆活动的同步性反映了超级大陆聚合过程中汇聚应力与地壳分化之间的复杂相互作用。
引言
高级变质作用和部分熔融作用是大陆地壳分化的基本过程，主要由花岗岩熔体与难熔残渣的分离驱动（Brown和Rushmer，2006年）。在区域尺度上，大陆碰撞过程使得具有不同流变学和热历史的构造地块相互叠加，促进了熔融物质在地壳层间及不同地质区域之间的传递（Brown和Rushmer，2006年；Sawyer，2008年；Sawyer等人，2011年；Weinberg和Hasalova，2015年）。西冈瓦纳大陆的聚合过程就是一个典型例子，涉及新元古代克拉通的异时性汇聚以及增生带和碰撞带的形成，例如巴西东南部的Ribeira带。
先前对Cabo Frio构造域的研究详细记录了该地区的岩浆演化过程，包括Oriental地块的岩浆活动：前碰撞期的Rio Negro岩浆弧（约6.3亿至6亿年前，Tupinambá等人，2012年；Heilbron等人，2013年；Peixoto等人，2017年）；碰撞期的Serra dos órg?os岩基（约5.9亿至5.6亿年前，Fernandes等人，2022年；Silva等人，2003年）；埃迪卡拉纪岩浆省（约5.7亿至5.4亿年前，Martins等人，2021年；Martins等人，2022年）以及多个后碰撞期侵入体（约5.05亿至4.4亿年前，Bongiolo等人，2015年；Valeriano等人，2011年）。相比之下，位于巴西东南海岸的Cabo Frio构造域属于古元古代地壳，与非洲的Angola克拉通相关，在埃迪卡拉纪-寒武纪的Búzios造山运动期间经历了变形和变质作用（Schmitt等人，2004年）。该区域缺乏新元古代岩浆岩，仅包含与这次构造事件相关的埃迪卡拉纪-寒武纪混杂岩（Capistrano等人，2021年；Fernandes等人，2015年；Freitas等人，2024年；Schmitt等人，2004年；Vieira等人，2022年及本研究）。由于这片古元古代地壳俯冲到Oriental地块之下，导致了Angola克拉通的碰撞和西冈瓦纳大陆的最终聚合（Schmitt等人，2018年），但目前尚无研究将这两个地块之间的岩浆活动和混杂岩形成过程联系起来。因此，一些未解之谜，如Oriental地块在5.4亿至5.15亿年间岩浆活动暂停的原因以及Cabo Frio构造域大规模混杂作用的原因，仍然不清楚。
本研究通过分析埃迪卡拉纪-寒武纪Búzios造山运动期间Oriental地块与Cabo Frio构造域之间的熔融物质生成和迁移时间和条件，试图解答这些疑问。为此，我们对Cabo Frio构造域的混杂岩进行了高精度U-Pb（二次离子质谱法，SIMS）和Lu-Hf（激光剥蚀电感耦合等离子体质谱法，LA-ICP-MS）分析，以精确确定约5.3亿年前该地区大规模混杂作用的压力-温度（P-T）条件。通过首次记录Cabo Frio构造域内的埃迪卡拉纪熔融结晶事件（约5.7亿年前），并将其与Oriental地块的已知岩浆活动相联系，本研究阐明了下盘在浮力上盘下的部分俯冲过程中的同步构造演化过程，为俯冲-碰撞模型提供了有力证据，从而反驳了其他解释。这些发现为理解碰撞高峰期水平构造应力如何阻碍地壳间熔融物质迁移提供了新的见解，为西冈瓦纳大陆的聚合过程提供了更全面的模型。
西冈瓦纳大陆的聚合过程是新元古代克拉通的异时性汇聚结果，最终在寒武纪完成了大陆的聚合（Merdith等人，2017年；Schmitt等人，2018年）。这一超级大陆的形成始于晚托尼安期至冰河期的增生造山作用，最终在冰河期至寒武期形成了增生/碰撞环境，使得冈瓦纳大陆得以闭合（Brito Neves等人，2014年；Cawood和Buchan，2007年；Merdith等人，2017年；Schmitt等人，2018年）。
所有研究样本的岩石地球化学分析由加拿大的Activation Laboratories Ltd.（Actlabs）完成。样品处理和分析采用了批次系统，并实施了质量控制措施，包括方法试剂空白对照、认证参考物质（CRMs）和17%的重复实验。对于主量和微量元素分析，样品使用锂偏硼酸盐和锂四硼酸盐熔剂进行处理，随后在感应炉中熔融。
研究样本采集自Cabo Frio市的沿海露头（见图3和表1）。该露头长约1.5公里，展示了古元古代的正变质混杂岩与新元古代的副变质混杂岩（以及相关的角闪岩和钙硅酸盐岩；见图3a和b），这些岩石具有高级别的矿物共生现象。NW-SE走向的构造片理具有中等到高角度的倾角，且片理线方向与走向平行。
新的U-Pb SIMS锆石分析结果进一步证实了这些混杂岩起源于古元古代大陆地壳的部分熔融作用。所有样本中的锆石颗粒均显示出约20亿年的U-Pb年龄（见图7、图10、图11、图12）。这些年龄与Regi?o Lagos复合体中花岗岩原岩的结晶年龄一致（Zimbres等人，1990年；Schmitt等人，2004年、2008年；Machado等人，2017年）。
本研究阐明了Cabo Frio构造域的地质动力学演化过程，揭示了西冈瓦纳大陆聚合过程中的地壳重结晶机制。本文的主要贡献在于确认了Cabo Frio构造域（Angola克拉通的古边缘）在早期阶段发生了熔融作用。约5.85亿至5.4亿年间的熔融事件可能与该古边缘的下盘俯冲过程有关。
Thayla A.T. Vieira：概念构思、数据整理、正式分析、资金申请、研究方法设计、项目管理、结果验证、可视化展示、初稿撰写及修订。
Renata S. Schmitt：初稿撰写及修订、可视化展示、结果验证、监督工作、资源协调、资金申请、概念构思。
Julio C. Mendes：初稿撰写及修订、可视化展示、结果验证。
作者声明不存在任何可能影响本文研究的财务利益冲突或个人关系。
本研究得到了高等教育人员协调机构（CAPES）、冈瓦纳项目（CENPES-UFRJ-13850）、里约热内卢联邦大学（UFRJ）、圣保罗州立大学（USP）、里约热内卢州立大学（UERJ）以及CNPq项目（项目编号1146 427676/2016-9）的财政和后勤支持。R.S. Schmitt和R. Moraes感谢CNPq提供的研究资助（项目编号311748/2018-0、305720/2020-1）。
