华南地块在罗迪尼亚大陆中的核心位置：来自8.27±0.22亿年前镁铁质-超镁铁质岩非俯冲成因的新证据

本研究通过分析中央Sibao造山带辉石岩-橄榄岩复杂体，结合同位素数据及岩浆分异特征，揭示827±22 Ma岩浆活动起源于干地幔源，排除俯冲相关成因，支持南华块在罗迪尼亚超级大陆中的中央位置。

　　

作者：舒楚天、朱曦、李正祥、王景宇、张卓颖、龙小平

澳大利亚科廷大学地球与行星科学学院地球动力学研究组，珀斯，西澳大利亚州6845

摘要

1. 华南地块（SCB）是在新元古代罗迪尼亚超大陆形成过程中，通过扬子地块和卡西亚地块沿着西保造山带合并而形成的。尽管该地块保留了罗迪尼亚大陆聚合和分裂的地质记录，但其具体位置仍存在争议，主要源于对827±22百万年前该造山带岩浆活动地质背景的不同看法。这些岩浆活动被解释为与俯冲作用相关，表明华南地块位于罗迪尼亚大陆的边缘；或者与地幔柱活动相关，暗示其处于连接澳大利亚和劳伦西亚大陆的中心位置。本研究分析了西保造山带中部的一个辉长岩-橄榄岩复合体，其中橄榄岩具有累积结晶特征，而辉长岩的锆石U-Pb结晶年龄为812.8±5.7百万年。结合西保造山带827±22百万年期间发表的560个基性-超基性岩和花岗岩样本的数据，我们发现这些岩石的化学成分变化趋势显示Mg#含量随SiO2含量增加而持续降低，这与由水合物质参与的俯冲作用岩浆的特征（Z形Mg#-SiO2关系）不符，从而表明这些岩浆来源于无水熔体。这一发现表明827±22百万年期间的岩浆活动源自干性地幔。通过分析该时期高MgO玄武岩（MgO含量高达17.5 wt%，Mg#含量高达75%，表明与地幔处于平衡状态）的地幔潜在温度（超过1525°C，远高于约827百万年时的地幔潜在温度1350–1420°C），进一步证实了干性地幔源的假设。此外，研究中的橄榄岩和同期基性-超基性岩的^187Os/^188Os同位素比值（0.1376–0.1642）表明其形成过程中涉及了地幔柱物质、大陆岩石圈地幔和地壳物质的混合作用。这些证据共同支持华南地块位于罗迪尼亚大陆中心位置的观点。

引言

1. 新元古代（约10亿至5.41亿年前）是地球构造演化的一个关键时期，这一时期见证了罗迪尼亚超大陆的聚合与解体（图1a, b）（Li等人，2008d）。华南地块（SCB）通过扬子地块和卡西亚地块沿着西保造山带（又称江南造山带）的合并而形成，该地区保存了丰富的沉积岩和岩浆岩记录（图1c），为研究这些构造过程提供了重要线索（Cawood等人，2013；Li等人，2003a；Li等人，1995a；Li等人，1999；Li等人，2003b；Zhao，2015；Zhou等人，2002）。然而，SCB在罗迪尼亚大陆中的确切位置仍存在争议（Cawood等人，2013；Zheng，2004）。
1. 目前有两种竞争性模型来解释这一不确定性（图1a, b）。“缺失链接”模型认为SCB位于罗迪尼亚大陆的中心位置，将其视为连接澳大利亚东部和劳伦西亚大陆的地幔柱中心（Li等人，2008c；Li等人，1995a；Li等人，2008d）；而“边缘”模型则认为SCB位于罗迪尼亚大陆的边缘，在超大陆解体过程中持续存在俯冲作用或碰撞后构造活动（Cawood等人，2013；Zhao和Zhou，2013）。这两种观点的差异取决于对870百万年后西保造山带岩浆活动的解释（图1c）。
1. 该时期的岩浆活动可分为三个主要阶段：861±12百万年、827±22百万年和780±30百万年（图2a）。861±12百万年岩浆活动的起源存在争议，部分学者认为其与地幔柱活动有关（Feng等人，2024；Song等人，2010），部分学者认为其属于碰撞后作用（“缺失链接”模型）；而“边缘”模型则认为其与俯冲作用有关。然而，这一争议本身并不能直接确定SCB的地理位置。827±22百万年的岩浆活动是关键证据：当时南澳大利亚地区有明确的地幔柱活动记录，“缺失链接”模型将西保造山带的岩浆活动与澳大利亚的地幔柱事件联系起来，从而将SCB定位在澳大利亚东部和劳伦西亚大陆之间的中心位置（Li等人，2003a；Li等人，2008c；Li等人，1995a；Li等人，2008d；Li等人，1999；Li等人，2003b；Wang等人，2007；Zhou等人，2007）。如果827±22百万年的岩浆活动确实与地幔柱有关，这一洲际关联就能支持SCB位于罗迪尼亚大陆中心的观点；但如果如其他模型所主张的那样（Wang等人，2014；Yao等人，2014b；Zhao和Zhou，2013），或其属于与地幔柱无关的碰撞后伸展作用（Wang等人，2006），甚至认为俯冲作用一直持续到约7.5亿年前（Lin等人，2016），那么SCB就被置于超大陆的边缘（图1b；Cawood等人，2013）。因此，确定827±22百万年岩浆活动的构造起源不仅涉及局部岩浆历史，也是揭示华南地块在罗迪尼亚大陆中位置的关键。

地质背景与采样

1. 华南地块（SCB）北邻华北克拉通，西接青藏高原，西南与印度支那地块相邻，三者之间分别被古生代-中生代的青岭-大别造山带、新生代的龙门山断层和哀牢山断层分隔（图1c）（Zhao，2015；Zhao和Cawood，2012）。SCB由西北部的扬子地块和东南部的卡西亚地块组成（图1c）（Li等人，1999；Shu等人，2021；Yao等人，2019）。

显微分析方法

1. 矿物化学成分分析在中国西北大学大陆动力学国家重点实验室（SKLCD）使用JEOL JXA-8230电子探针微分析仪进行。分析条件包括15 kV加速电压、10 nA束流电流和1–2 μm的样品点大小。标准样品为SPI Supplies Inc.（美国西切斯特）提供的天然矿物和合成纯氧化物：透辉石（Ca）、橄榄石（Mg, Si）、红柱石（Mn）、磁铁矿（Fe）、金红石（Ti）等。

岩石学与矿物组成

1. 光显微照片显示，花桥橄榄岩和双郎橄榄岩的主要岩浆成分包括约30–40%的单斜辉石、约50–60%的橄榄石（现已被蛇纹石替代）以及约5%的不透明矿物（如尖晶石和钛铁矿），其中磁铁矿可能是橄榄石蛇纹石化作用的副产物（图3b, d；表S1）。透闪石（约5–10%）作为次生相出现，替代了橄榄石和单斜辉石。

827±22百万年西保造山带基性-超基性岩的干性演化路径

1. 分步结晶实验表明，含水熔体和无水熔体会形成不同的矿物组合和演化路径（CLDs）。在含水熔体中，结晶顺序为橄榄石、单斜辉石、角闪石、石榴石（压力≥1.0 GPa），随后形成杜尼岩、韦尔莱岩、韦伯斯特岩、橄榄石单斜辉石岩和角闪石辉长岩等矿物组合。

结论

1. 1. 西保造山带龙胜-三门地区的花桥辉长岩及相关橄榄岩形成于812.6百万年前，其成分表明这些岩石源自相对原始的玄武岩岩浆，与827±22百万年的主要岩浆脉冲一致。
2. 861±12百万年、827±22百万年和780±30百万年的基性-超基性岩显示出干性演化特征，这与俯冲作用起源的观点相矛盾。
作者贡献声明
舒楚天：撰写初稿、数据可视化、方法论设计、实验设计、数据分析、概念构建。 朱曦：数据可视化、资源收集、实验设计。 李正祥：撰写、审稿与编辑、数据分析。 王景宇：撰写、审稿与编辑、数据管理。 张卓颖：撰写、审稿与编辑、数据管理、项目协调、资金申请。 龙小平：撰写、审稿与编辑、资源协调、项目管理、资金争取。
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本文研究的财务利益或个人关系。
致谢
我们感谢刘叶波博士的讨论和建设性意见，同时感谢编辑Sonja Aulbach教授、Song Shuguang教授以及一位匿名审稿人的宝贵建议，这些意见显著提升了论文的质量。本研究得到了国家自然科学基金（项目编号：42425205）、国家自然科学基金国际科学家研究基金（项目编号：42350710792）以及大陆动力学国家重点实验室的支持。