中新世拉马达达流纹岩（阿根廷西北部）中夹带的壳幔基底变质混合岩捕虏体的热力学限制

《Journal of South American Earth Sciences》：Thermodynamic constraints on crustal basement metapelitic migmatite xenoliths entrained in Miocene Ramadas rhyolites (NW Argentina)

浅色片麻岩xenoliths在Corte Blanco凝灰岩中的分布及温压条件分析，通过综合地质学、矿物学及热力学方法，揭示了浅色花岗岩相（leucosome）与黑云母-白云母富集条带相（paleosome）的成因关系，确定部分熔融度达30 wt%的浅色片麻岩原岩在650-700°C、0.45-0.60 GPa条件下发生脱水熔融。

　　

L. Bardelli|F. Lucci|J. Viramonte|R. Becchio|W. Báez|R. Filipovich|C. Zhang|L. Monaco|B. Giaccio|M. Arnosio|G. Giordano

中国西安西北大学地质系大陆演化与早期生命国家重点实验室，邮编710069

摘要

本研究记录了拉马达斯火山中心（阿尔蒂普拉诺普纳地区，阿根廷西北部）中新世科尔特布兰科凝灰岩早期喷发相中普遍存在的混合岩捕虏体。通过结合野外观察、岩石学分析、微观结构研究以及矿物和全岩化学分析的方法，描述了这种混合岩中富含黑云母-白云母的条带状结构（古相/原岩）和浅色花岗岩（亮色相）成分。通过主量元素质量平衡模型评估了古相与亮色相之间的关系，并估算了部分熔融的程度（最高约为30 wt%）。利用P-T-X热压计进行正向模拟，确定了发生黑云母-白云母脱水熔融反应的压温条件（0.45-0.60 GPa，650-700°C）。这些热力学结果结合阿尔蒂普拉诺普纳地区的古生代结晶基底和中新世拉马达斯火山中心的浅层地壳（<0.2 GPa）岩浆系统进行了讨论。

引言

混合岩是高级变质作用期间地壳岩石发生部分熔融（或称重熔）事件的证据（例如，Ashworth, 1979; Mehnert and Busch, 1982; Sawyer, 2008）。混合岩记录了自然条件下部分熔融地壳物质中的熔体产生和分离过程（例如，Brown, 2001），其形成过程被广泛认为是大陆地壳，尤其是上地壳分化和增长的关键机制，通过产生长英质熔体实现（例如，Clemens, 1990; Gao et al., 2016; Rossetti et al., 2020; Saki et al., 2022），这一过程可追溯至太古代（例如，Barker and Arth, 1976; Moyen and Stevens, 2006）。大量文献指出，地壳岩石的重熔主要通过三种主要矿物相（角闪石、黑云母和白云母）的脱水熔融反应发生（例如，Clemens, 1990; Gao et al., 2016），所产生的熔体具有反映参与矿物相的独特成分（例如，Clemens, 1990; Castro, 2013）。近几十年来，为了通过重熔过程约束长英质熔体的生成机制，从而更好地理解花岗岩的岩浆成因，人们对来自基性岩浆岩到混合岩片麻岩的各种原岩进行了广泛的P-T条件下的熔融实验（P 0.1-3.2 GPa，T 670-1100°C；参见Gao et al., 2016及其中的参考文献）。然而，由于实验产生的熔体量非常少，通常不尝试在低于800°C（以下简称“低温”）且接近固相线的条件下进行实验（例如，Sisson et al., 2005），这限制了可靠的化学分析。因此，发现处于固相线以上温度条件下形成的天然混合岩样本对于填补现有实验空白和揭示初期地壳重熔事件仍然至关重要（例如，Saki et al., 2022）。

在本研究中，我们展示了（图1）在拉马达斯火山中心中新世科尔特布兰科凝灰岩早期喷发相中发现的混合岩捕虏体的野外分布、岩石学特征和化学成分。这些混合岩捕虏体主要表现为：（i）丰富的卵形全晶质浅色花岗岩捕虏体，Gauthier等人（1994）曾将其描述为“含石榴石的花岗岩”，其中常见厘米级的富含黑云母-白云母的条带状结构（图1d）；以及（ii）次要的角状至卵形的条带状混合岩捕虏体（图1e；Sawyer, 2008），其中黑云母-白云母条带状结构以条纹形式出现在浅色花岗岩中（Ashworth, 1979）。通过岩石学特征分析、矿物成分和全岩化学分析，并结合主量元素质量平衡模型，（i）确定了富含云母的条带状结构（即古相）与宿主浅色花岗岩（即亮色相）之间的成因关系，（ii）量化了混合岩原岩的部分熔融程度。最后，利用P-T-X伪截面方法进行正向热压模拟，以确定重熔事件发生的压温条件。

所得结果结合了关于黑云母-白云母脱水熔融的现有文献（例如，Gao et al., 2016及其中的参考文献）进行了讨论；同时考虑了周围阿尔蒂普拉诺普纳地区的古生代结晶基底（例如，Kasemann et al., 2000; Sola et al., 2013; Wolfram et al., 2017）以及为中新世科尔特布兰科凝灰岩喷发提供岩浆物质的浅层地壳系统（例如，Lucci et al., 2018）。从更广泛的角度来看，本研究的目的是促进对火山过程中结晶基底继承机制的研究和讨论。

区域地质

安第斯山脉位于南美洲西部边缘，是典型的俯冲相关活动大陆弧（例如，Allmendinger et al., 1997; Stern, 2004），正式划分为北部（NVZ）、中部（CVZ）、南部（SVZ）和南部（AVZ）火山带。CVZ是中新世拉马达斯火山中心（RVC）所在区域（Viramonte et al., 1984, 1994），其两个主要特征是活跃的NW-SE走向的安第斯构造线（Giordano et al.,

方法论

选择了来自浅色花岗岩（即亮色相）以及保留熔融前结构的双云母条带状结构和聚集体（即古相）的样品，对其进行了详细的岩石学研究。对含石榴石的条带状亮色相（样品RAM23-6）和富含云母的条带状结构的两个代表性样品进行了矿物和全岩化学分析。

结果

接下来，我们将介绍条带状结构（古相）和浅色花岗岩（亮色相）的岩石学特征。然后展示了所选条带状亮色花岗岩和宿主富含云母的条带状结构的整体成分和主要矿物成分。

讨论

数据分析旨在（i）研究它们的成因关系，（ii）混合岩形成过程中的压温条件，以及（iii）它们与中新世RVC岩浆活动的相关性。

结论

中新世科尔特布兰科凝灰岩中的混合岩捕虏体提供了阿尔蒂普拉诺普纳结晶基底在接近固相线条件下发生部分熔融的直接证据。质量平衡模型和相平衡计算的结果表明，混合岩原岩的重熔发生在650-700°C和0.45–0.60 GPa的压力下，产生了数十 wt%的熔体（最高约30 wt%的亮色相）。亮色相中存在石榴石

手稿制备过程中人工智能及人工智能辅助技术的声明

在准备这项工作时，FL使用了Microsoft CoPilot来帮助调试用于伪截面建模的*.DAT文件并格式化补充表格。使用该服务后，FL根据需要对内容进行了审阅和编辑，并对发表文章的内容负全责。

资助

本研究部分由CIUNSa项目2707/0“中部普纳地区‘晶体-泥浆’型硅质储层的演化与动态：对贫硅长英质熔体分离、积累和喷发的影响”以及PICT 2020-SERIEA-02242项目和CIUNSa B 2785/0项目资助。

CRediT作者贡献声明

L. Bardelli：概念构思、数据管理、研究、可视化、撰写——初稿。F. Lucci：概念构思、数据管理、形式分析、研究、方法论、可视化、撰写——初稿、审稿与编辑。J. Viramonte：资金获取、项目管理、资源协调、监督、验证。R. Becchio：概念构思、研究、资源协调、监督、验证、可视化、撰写——审稿与编辑。W. Báez：

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

作者感谢编辑Monica da Costa Pereira Lavalle Heilbron和Emilce Bustos以及审稿人P. Alasino和M. Miri的细致审阅和建设性意见，这些意见极大地改进了本文。

本研究属于VOLGRYM（火山学、地热能和矿床研究小组）的科学活动。FL感谢V.J. van Hinsberg在相平衡建模方面提供的有益建议。