莫罗科卡拉火山场（玻利维亚）：瓦努尼地区的地球化学与地质年代学研究

《Journal of South American Earth Sciences》：The Morococala Volcanic Field, Bolivia: Geochemistry and geochronology in the Huanuni district

　　胡安·S·哈拉米略-里奥斯 |豪尔赫·A·埃斯皮诺萨-奥塔亚萨 |约翰·拉米雷斯-布里奥内斯 |巴勃罗·E·瓦尔韦德-罗德里格斯 |让·瓦朗斯 |洛伦佐·塔瓦扎尼 |西里尔·谢勒-米丘 |安托万·德·哈勒 |马西莫·基亚拉迪亚 |理查德·A·斯皮金斯 |凯瑟琳·A·扎内蒂 |凯文·康拉德 |帕特里斯·贝比 |琼·卡莱斯·梅尔加雷霍 |利萨德·托罗
秘鲁天主教大学（PUCP）科学与工程学院地质工程系，Av. Universitaria 1801，圣米格尔，利马15088，秘鲁

**摘要**
中央安第斯山脉是研究厚大陆地壳下俯冲作用引起的构造-岩浆响应及相关矿床形成的关键自然实验室。在玻利维亚后弧区域，Huanuni地区的世界级锡多金属矿床与流纹岩岩脉及与Morococala火山场相关的体积庞大的过铝质火山碎屑沉积物在空间上存在关联。新的地质年代数据表明，Huanuni地区的过铝质流纹岩岩脉形成于约700万至640万年前，属于同一岩浆系统，因此与渐新世-中新世的锡多金属矿化作用（约2400万年前）无关。基于Morococala火山场Nd-Sr同位素组成的混合模型，结合蒙特卡洛模拟结果，表明地壳贡献了约45-70%的岩浆成分。这些结果总体上与中央安第斯后弧地区其他新近纪火山碎屑岩省（如Los Frailes火山场以及Altiplano-Puna火山复合体内的Panizos、Coranzuli、Vilama和Ramadas火山场）中提出的约50:50的地幔源熔体和大陆地壳质量平衡模型一致。矿物学和地球化学证据表明，相关岩浆形成于厚地壳条件下，石榴石为其残余相。Morococala火山场中的大量流纹岩岩浆活动可能是由于俯冲板块重新变陡导致的热地幔上涌所引起的。

**引言**
中央安第斯山脉的新近纪岩浆活动以大规模的破火山口和火山碎屑岩形成事件为特征（de Silva, 1989a, b; de Silva and Gosnold, 2007; Ward et al., 2017; de Silva and Kay, 2018）。这些事件构成了所谓的中央安第斯新近纪火山碎屑岩省，范围从秘鲁南部延伸至阿根廷北部，覆盖面积约30万平方公里（Baker, 1981; de Silva et al., 2006; Kay and Coira, 2009; Coira and Kay, 2026）。单个形成高原的硅质火山碎屑流体积可超过数百立方公里（例如，de Silva, 1989b; W?rner et al., 2000; Kay et al., 2010; Salisbury et al., 2011），并与较小体积的基性岩浆活动同时发生，后者包括肖肖尼岩、中高钾和/或钙碱性玄武岩及安山岩（Kay et al., 1994; Carlier et al., 1997, 2005; Sandeman et al., 1995, 1997; de Silva and Kay, 2018; W?rner et al., 2018; Pichavant et al., 2024）。这些事件被认为是大量地幔源岩浆注入热激活地壳的结果（de Silva et al., 2006; de Silva and Kay, 2018），与地幔楔的侧向迁移、岩石圈去除、构造缩短、地壳流变和地壳增厚过程大致同时发生（Baby et al., 1997; Husson and Sempere, 2003; Hoke and Lamb, 2007; Kay et al., 2010; Garzione et al., 2017; G??ü? et al., 2022; Salisbury et al., 2022）。新近纪火山碎屑岩覆盖层在西科迪勒拉主弧沿走向方向相对连续，而在后弧（又称内弧，Clark et al., 1983；后弧，Hoke and Lamb, 2007；后部弧，Kay et al., 2010, Salisbury et al., 2022）区域则较为不连续（图1A）。在后弧区域，约2300万至100万年前形成的新近纪火山物质累计体积超过1万立方公里（de Silva, 1989a; Coira et al., 1993, 2018; Ort, 1993; Caffe et al., 2002; Kay et al., 2010; Salisbury et al., 2011; DeCelles et al., 2015; de Silva and Kay, 2018）。在东科迪勒拉北部16°S以南，厚层火山碎屑岩围绕喷发中心形成离散的集群（图1A）。最著名的例子包括秘鲁的Macusani和Picotani火山场（约2600万至650万年前；Sandeman et al., 1997; Ramirez-Briones et al., 2025; Torró et al., 2025）。相比之下，在东科迪勒拉16°S至18°S之间的广大区域内几乎没有新近纪火山活动的记录（图1A）。18°S以南，火山碎屑岩沿阿尔蒂普拉诺与西科迪勒拉和东科迪勒拉之间的构造边界带聚集（图1A; Baker, 1981; de Silva, 1989a）。东科迪勒拉拥有世界上一些体积最大且保存最完好的硅质火山复合体，例如位于18°S左右的Morococala火山场（约840万至640万年前；Koeppen et al., 1987; Morgan et al., 1998；本研究）、19.5°S的Los Frailes火山场（约2500万年前至今；Schneider, 1985; Kato, 2013）、位于23°S的Altiplano Puna火山复合体内的Vilama、Panizos、Corazuli和Ramadas火山碎屑岩场（约2300万至100万年前；de Silva et al., 2006; Salisbury et al., 2011; de Silva and Kay, 2018; Iriarte et al., 2024），以及25°S的Cerro Galán复合体（约640万至210万年前；Kay et al., 2010, 2011）（图1A）。这些后弧区域的巨大火山复合体对于理解高通量岩浆作用、同化分异结晶（AFC）过程、地幔-地壳质量平衡及其地质动力学触发机制至关重要（例如，de Silva, 1989; Coira et al., 1993, 2018; Ort et al., 1996; Caffe et al., 2002; Kay et al., 2010）。

除了其广泛的岩石学和地质动力学意义外，这些火山碎屑岩场还具有重要的经济价值。它们为安第斯锂三角区（López Steinmetz and Salvi, 2021; Cortes-Calderon et al., 2025）中锂富集的蒸发盐矿（盐湖）沉积物的形成提供了必要的锂资源。此外，中央安第斯的后弧区域还拥有安第斯地区唯一已记录的火山成因锂矿床——秘鲁的Falchani锂矿项目（Segovia-More et al., 2023; Ramirez-Briones et al., 2025; Torró et al., 2025）。

中央安第斯的后弧区域还拥有世界上最大的锡矿床之一——中央安第斯锡带，该矿带从秘鲁南部延伸至阿根廷北部（Clark et al., 1990; Sillitoe and Lehmann, 2022; Mlynarczyk and Williams-Jones, 2005; Gemmrich et al., 2021）。截至2024年，玻利维亚的锡产量达到21,000吨，使其成为全球第六大锡生产国（美国地质调查局，2025）。Huanuni世界级矿区是该国主要的锡产地，由国有矿业公司Empresa Minera Huanuni（COMIBOL）运营，2024年产量为9,102吨（矿业和冶金部，2024年）。

在这项研究中，我们整合了新的野外观察、岩石学描述、40Ar/39Ar地质年代测定以及全岩地球化学分析（包括主要和微量元素及Sr-Nd-Pb同位素数据），以探讨Huanuni附近孤立火山碎屑岩矿床和斑状流纹岩岩脉的成因。我们的数据证实，Huanuni地区的火山岩和侵入岩与Morococala火山场有关（图1），该火山场可能是玻利维亚后弧地区研究最少的火山场之一。通过结合地质年代和地球化学证据，我们提出了Morococala火山场岩浆的成因和地质动力学模型，并评估了其与锡多金属矿化的潜在联系。

**地质背景**
Huanuni位于拉巴斯东南方向275公里处的奥鲁罗省，纬度约为18°S。从地质上看，它位于玻利维亚安第斯山脉东科迪勒拉中段的西侧。在Huanuni附近，中央安第斯山脉沿着玻利维亚地垒弯曲，导致北部支脉呈NW-SE走向，南部支脉主要呈N-S走向（图1A）。新生代地垒的弯曲与东科迪勒拉的形成同步发生（Arriagada et al.）

**材料与分析方法**
本研究基于在Huanuni地区采集的8个岩石样本。其中7个样本包括6个地表样本和1个钻芯样本，采集于Pozoconi Hill；另外1个样本采集于La Suerte矿入口附近，该矿属于Huanuni地区，位于Pozoconi Hill的东南方向（图2B）。研究区域的范围由以下坐标定义：19°41'38.2" S, 68°00'48.0" W（西北）；19°41'38.2" S, 67°59'21.6" W（东北）。

**流纹岩火山碎屑岩**
火山碎屑岩序列由 poorly welded 流纹岩火山碎屑岩组成，呈水平层状分布，厚度从几十厘米到几米不等，不整合地覆盖了Uncía和Llallagua地层的志留纪页岩和石英砂岩（图2, 图3）。火山碎屑岩序列在整个研究区域的北部出露高度超过4,440米。钻石钻芯数据显示火山碎屑岩有显著的垂直堆积，Huanuni地区的最小厚度约为41米。

**Morococala火山场框架内的Huanuni岩浆活动**
Huanuni地区位于Morococala火山场的西南角附近，本研究考察的火山碎屑岩矿床与主火山碎屑岩堆积体相隔约3公里（图2）。这种空间分布表明，Huanuni的火山碎屑岩可能是由局部喷发事件沉积形成的，或者代表了更大规模火山碎屑流的远端相，后来与主堆积体分离。

**结论**
Morococala火山场（包括其在Huanuni地区的延伸部分）代表了一次重要的高通量岩浆事件，产生了约302立方公里的岩浆物质，包括火山碎屑流、熔岩流和斑状流纹岩岩脉。这些大量岩浆物质主要由S型过铝质岩石组成，形成时间约为200万年（840万至640万年前），这一结论基于新的和汇编的地质年代数据。

**作者贡献声明**
凯瑟琳·A·扎内蒂：撰写、审稿与编辑、方法论；帕特里斯·贝比：撰写、审稿与编辑、监督；豪尔赫·阿尔瓦罗·埃斯皮诺萨-奥塔亚萨：撰写、审稿与编辑、初稿撰写；凯文·康拉德：撰写、审稿与编辑、方法论、数据管理；胡安·S·哈拉米略-里奥斯：撰写、审稿与编辑、初稿撰写、数据管理、概念化；利萨德·托罗：撰写、审稿与编辑、初稿撰写、验证、监督、项目协调。

**参考文献**
Allmendinger et al., 1997; Alonso-Perez et al., 2009; Asch et al., 2006; Beck and Zandt, 2002; Bello-González et al., 2018; Benedetto et al., 1992; Benjamin et al., 1987; Buford Parks et al., 2023; Coira and Kay, 1993; Davidson et al., 2007; Díaz-Martínez and Grahn, 2007; Drew et al., 2009; Farrar et al., 1988; Freymuth et al., 2015; Gillis et al., 2006; Goldstein et al., 1984; Iriarte I et al., 2024; Jofré et al., 2021; Kay and Mpodozis, 2021; Kley et al., 1997; Lamb, 2011; Laubacher et al.