重新审视阿根廷西北部Famatinian岩浆弧区域（Sierra de Valle Fértil）中的冠状辉长岩：来自U-Pb锆石地质年代学的新发现

《Journal of South American Earth Sciences》：Revisiting the coronitic gabbros of the deep Famatinian magmatic-arc section (Sierra de Valle Fértil, NW Argentina): new insight from U-Pb zircon geochronology

本研究分析阿根廷Sierra de Valle Fértil的橄榄石-斜长石环带结构，通过锆石U-Pb定年确定主岩浆事件约470 Ma，分岩浆与变质两阶段，揭示构造弧下crust演化。

　　

C.D. Ramacciotti|J.A. Murra|M.E. Benítez|S.O. Verdecchia|E.G. Baldo|C. Casquet

科尔多瓦国立大学（UNC）精确科学、物理与自然科学学院。阿根廷科尔多瓦市Vélez Sarsfield大街1611号，邮编X5016GCA

摘要

来自阿根廷西北部Pampeanas山脉Sierra de Valle Fértil地区的镁铁质-超镁铁质岩屑中保存了发育良好的橄榄石-斜长石冠状结构，这些结构记录了Famatinian弧演化过程中岩浆结晶与随后高温变质作用之间的相互作用。我们利用U-Pb锆石测年技术对Las Juntas溪流中出露的冠状辉长岩和角闪辉长岩进行了研究。冠状辉长岩属于透长岩类型，其橄榄石与斜长石之间具有同心反应环，反应序列为：橄榄石 | 正交辉石 | 角闪石 | 角闪石±单斜辉石+尖晶石共生体 | 斜长石。这些冠状结构的形成过程分为两个阶段：（1）岩浆阶段，此时岩浆熔体与早期形成的橄榄石和斜长石发生反应，生成正交辉石、单斜辉石和富铬尖晶石；（2）变质阶段，特征是在高温低压条件下角闪石和贫铬尖晶石共生体的形成。新的SHRIMP U-Pb锆石测年结果表明，主要岩浆活动发生在约4.7亿年前，其中部分锆石具有前晶质特征（年龄约为4.9亿年），并含有少量元古代成分。角闪石-尖晶石共生体可能形成于约4.45亿年前，这一结论基于锆石的包覆现象和铅元素损失特征，其形成可能与Famatinian造山期的Rinconada造山事件有关。

引言

冠状结构在变质岩和火成岩中都很常见（例如Shand, 1945; Bard, 1986），它们记录了结晶或变质过程中物理化学条件变化所驱动的矿物反应。这些反应包括固相-液相（熔体）反应和固相-固相反应，通常在残留矿物周围形成同心层状结构。这类冠状结构最早由T?rnebohm（1877）和Sj?gren（1883）描述，此后关于其成因（变质作用还是岩浆作用）一直存在争议（例如Ashworth, 1986; Joesten, 1986; Johnson and Carlson, 1990; Claeson, 1998; de Hass et al., 2002）。不同的研究提出了不同的形成机制：Bugge（1943）认为其源于岩浆冷却过程中的固态反应，Frodesen（1968）提出了一种岩浆-变质联合作用机制，而后续模型则强调了含硅流体的作用（Reynolds and Frederickson, 1962; Morton et al., 1970）或高压下的等压冷却作用（Starmer, 1969; Brickwood and Craig, 1987）。Dam（1995）测得辉长岩中橄榄石与斜长石之间的正交辉石-角闪石冠状结构的形成温度为825°C，并将其解释为冷却过程中的亚固相现象。Turner and Stüwe（1992）提出了一种共晶成因机制，认为残留矿物与熔体发生了反应。此外，关于这些冠状结构各层是否同时形成（单阶段模型；Gardner and Robins, 1974; Mongkoltip and Ashworth, 1983; Grant 1988）或依次形成（多阶段模型；Joesten, 1986; Davidson and Van Breemen, 1988; Dam, 1995）也存在争议。

阿根廷中部和西北部（Pampeanas山脉、Puna地区和Cordillera Oriental地区）分布着大量的前二叠纪镁铁质-超镁铁质岩（从深成岩到火山岩都有）（参见DeBari, 1994; Coira et al., 1999, 2009; Otamendi et al., 2010; Ferracutti et al., 2013; Zimmermann et al., 2014; Cisterna et al., 2017; Cisterna and Coira, 2022等）。然而，在这些岩石中，冠状结构非常罕见。在Sierra de Valle Fértil地区，这类冠状结构最早由Villar Fabre（1961）在镁铁质-超镁铁质岩屑中发现。这些岩石对于理解岩浆弧的岩浆成因至关重要（DeBari, 1997），因为它们很少出露于地表，通常作为同一岩浆系统的包体存在（例如Conrad and Kay, 1984; Beard and Borgia, 1989）。

在本研究中，我们提供了来自阿根廷西北部Sierra de Valle Fértil地区冠状辉长岩和角闪辉长岩的新U-Pb锆石测年数据及其岩石学特征（岩石构造、矿物化学和全岩地球化学信息）。我们的研究旨在确定形成橄榄石-斜长石冠状结构的岩浆和变质事件，以及Famatinian弧期间镁铁质岩浆活动的具体时间。这些新数据有助于了解奥陶纪岩浆活动高峰期（约4.7亿年前）下地壳的演化过程，揭示了镁铁质岩浆侵入与随后在大陆弧环境下高温低压条件下的再平衡过程之间的相互作用。

区域背景

南美洲大陆早期形成的过程大多被多次造山事件破坏和掩盖，埋藏在较年轻的岩层之下。一个例外是阿根廷中部和西北部地区，新生代安第斯板块俯冲抬升了前陆的结晶基底，形成了Pampeanas山脉（例如Jordan and Allmendinger, 1986; Ramos et al., 2002; 图1）。这一地区为研究造山事件提供了独特的条件

采样与分析方法

从Las Juntas溪流采集了四块镁铁质-超镁铁质岩石样本，进行了全岩地球化学分析。其中两块样本被选用于U-Pb锆石测年：一块是冠状辉长岩（SVF-40037），另一块是角闪辉长岩（SVF-40039）。另外两块样本（SVF-27a和SVF-27b）用于矿物化学分析（见表1）。

使用JEOL JXA 8900电子显微镜对SVF-27a和SVF-27b样本进行了矿物化学和扫描电子显微镜（SEM）观察

镁铁质-超镁铁质岩石

在Las Juntas溪流采集的镁铁质-超镁铁质岩石（图2；表1）呈条带状分布，与围岩中的层状混合岩（含有石榴石和矽线石）的片理方向一致。这些岩石具有粗粒等粒结构（图3a-b）。局部观察到原始岩浆成分层理（S₀），方向为NNW-SSE

冠状辉长岩（样本SVF-40037）

正如预期的那样，该样本中回收的锆石颗粒较少，但提供了重要的地质年代信息。锆石颗粒长度约为50-100微米，多为柱状，具有振荡状分带现象，但也存在圆形、无分带的颗粒。部分颗粒具有异质核和低至高的铬（Cl）包覆现象。这些包覆现象可能是无分带的或具有振荡分带的（见补充图2）。其中一些异质核显示出重吸收结构。

冠状结构的形成与演化

关于Valle Fértil-La Huerta地区的镁铁质-超镁铁质岩石中的冠状结构，已有大量研究。Villar Fabre（1961）首次将这些结构解释为多阶段生长结果，其中内层（正交辉石）具有岩浆成因。这一观点基于正交辉石的切向排列特征，这与典型的变质作用形成的冠状结构（Radial patterns；Murthy, 1958）不同。

结论

在Sierra de Valle Fértil地区出露的Famatinian岩浆弧中的镁铁质-超镁铁质岩屑（透长岩类型）保存了发育良好的橄榄石-斜长石冠状结构，记录了两个阶段的演化过程：早期岩浆阶段中，岩浆熔体与早期结晶的橄榄石和斜长石发生反应，生成正交辉石、单斜辉石和富铬尖晶石；随后进入变质阶段，形成了角闪石

作者贡献声明

S.O. Verdecchia：撰写 – 审稿与编辑、验证、方法学研究、数据调查。E.G. Baldo：撰写 – 审稿与编辑、监督、资源协调、数据调查、概念构建。C. Casquet：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、验证、监督、资源协调、数据调查、资金申请、概念构建。C.D. Ramacciotti：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、可视化处理、验证、方法学研究、数据分析、数据管理

未引用的参考文献

de Haas et al., 2002; Grant, 1988; Hongn et al., 2010; McClelland et al., 2005; Sj?gren, 1883.

利益冲突声明

作者声明不存在任何可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了阿根廷公共资助项目CONICET PIBAA（2022-2023；20210100782CO）、PUE（2016-CONICET-CICTERRA）、CONICET PIP（11220150100901CO、11220200100492CO）、FONCYT PICT（2017–0619）、SECyT-UNC（2023–2027）以及前经济部MINECO的CGL 2016-76439-P的支持。我们感谢两位匿名审稿人的宝贵意见，这些意见有助于提升论文质量。