《Journal of South American Earth Sciences》：Paleoproterozoic early rift evolution in the Western S?o Francisco Paleocontinent, Central Brazil: the água Morna Formation
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浅层内陆坳陷沉积环境研究：基于碎屑锆石U-Pb定年、岩点计数的água Morna Formation沉积充填与构造演化分析，揭示了Columbia超大陆分裂早期阶段的裂谷化过程。
Rafael Toscani|Stefan Schr?der|José Eloi Guimar?es Campos
巴西海军水文中心（CHM），水文与航海局（DHN），尼泰罗伊 24048-900，里约热内卢州，巴西
摘要
água Morna组是巴西中部Araí群的基底单元，记录了古元古代至中元古代大陆内部裂谷作用的重要事件，位于S?o Francisco–Congo古板块之上，其上覆盖着Arraias组。尽管该地层具有重要意义，但由于地质年代学和沉积学数据的有限，其沉积环境、来源及地质构造背景仍不明确。本研究结合碎屑锆石U–Pb地质年代测定、岩石学点计数和主要元素地球化学分析，以详细阐明其沉积历史和构造背景。结果表明，água Morna组形成于Statherian早期裂谷作用期间，是一个浅层的大陆内凹陷盆地，最大沉积年龄为20.39 ± 10百万年。断层活动初期，变形主要通过分散的断层体现，未显著改变盆地几何形态。野外和岩石学证据表明，沉积环境为以砂质为主的辫状河流系统，具有平面和槽状交错层理，包括块状至层状砂岩及局部砾岩夹层。岩石学和地球化学数据显示砂岩整体成熟度较高，但局部不成熟沉积物表明有来自近端基底的物质输入。água Morna组顶部的侵蚀不整合面标志着向活跃裂谷期的过渡，上覆的Arraias组则反映了地壳变薄、脆性断层活动及有限的火山作用。综合证据表明，água Morna组代表了裂谷作用初期阶段，与现代裂谷边缘模型一致。这些结果为巴西中部和东部其他Statherian–Calymmian时期的大陆内盆地提供了新的对比依据，并加深了对古元古代至中元古代伸展过程的理解。
引言
经典裂谷模型（如McKenzie, 1978年的纯剪切模型和Wernicke, 1985年的简单剪切模型）提出一个逐步演化过程，包括拉伸、岩石圈变薄、地幔抬升最终导致大陆分裂。相比之下，Péron-Pinvidic等人（2013年）和Beniest等人（2017年）提出的模型认为这些过程可能同时发生且空间分布不均。这一观点强调了构造继承的作用，指出裂谷边缘的发展比先前假设的更为复杂、三维且具有时间差异。最新研究表明，大陆裂谷的最早阶段可能涉及分布式变形和分散断层活动，这些活动利用了预先存在的地壳薄弱区（Grant等人，2024年）。然而，在元古代盆地中识别这种分布式变形通常较为困难，因为地质记录常被后期构造-变质事件覆盖，早期同伸展构造很少保存下来。因此，对古老盆地裂谷最早阶段的解释多基于地层和沉积记录，而非保存完好的断层结构。
此外，由于相关沉积序列厚度有限且保存状况较差，裂谷早期阶段尤其难以研究。大多数关于裂谷边缘相组合沉积动力学的研究侧重于后期阶段，对初期发育过程关注较少（Kifumbi, 2017年；Kifumbi等人，2017年）。
根据Holz等人（2017年）的观点，盆地发育的最早阶段可称为裂谷前阶段、原裂谷阶段或早期裂谷阶段。在本研究中，我们将这一时期称为“早期裂谷阶段”，强调其与裂谷开始的遗传关系，但尚未形成完全由断层控制的裂谷盆地。断层活动可能分散分布并利用了预先存在的地壳薄弱区，但在元古代盆地中这些特征可能保存不佳（Grant等人，2024年）。经典研究将这一早期阶段视为更广泛裂谷演化的一部分，包括主要断层活动前的初始沉降，随后是活跃伸展和热沉降阶段（例如，N?ttvedt等人，1995年；Le Gall等人，2008年；Taboada等人，2016年；Hagag，2016年；Holz等人，2017年）。
Veadeiros超群位于S?o Francisco克拉通内，是18亿至16亿年前Statherian时期大陆内裂谷作用的最显著例证之一。在巴西，其他类似例证还包括同样位于S?o Francisco克拉通的Espinha?o超群和亚马逊克拉通的Roraima超群，这些均与伸展构造和板内岩浆作用有关（Schobbenhaus和Brito Neves，2003年）。全球范围内，同期地层在多个地区也有发现，如中国北部（Deng等人，2021年）、西伯利亚（Guryanov和Peskov，2017年）以及加拿大西北部（Baragar和Donaldson，1973年；Rainbird等人，2020年），这些发现凸显了古元古代至中元古代伸展作用在Columbia超大陆分裂中的作用。
本文重点研究巴西中部Lower Veadeiros超群（约18亿–16亿年前）的沉积记录，即Araí群（图1）。Araí群包含água Morna组和Arraias组（Tanizaki等人，2015年；Martins-Ferreira等人，2018a）。尽管Araí群已得到广泛研究，并通过Arraias组流纹岩的U–Pb锆石年龄确定其属于Statherian早期（Pimentel等人，1991年；Martins-Ferreira等人，2018b），但água Morna组的地质年代数据、沉积特征和沉积模型仍不完善，因此开展了本研究。
本研究通过提供água Morna组的新的碎屑锆石地质年代数据、基于点计数方法的岩石学分析及补充的地球化学分析，显著填补了现有知识空白。这些方法有助于更精确地确定沉积物来源及基底对água Morna沉积记录的贡献，建立了该组的沉积模型，并为Araí裂谷盆地的演化提供了新见解，同时有助于理解巴西中部其他Statherian时期盆地的地层和构造特征，以及全球类似裂谷系统的演化过程。
结构背景
该地区位于Tocantins构造省，属于覆盖巴西中部和北部及非洲西北部的Neoproterozoic-Cambrian造山系统（图1a，Almeida等人，1981年；Pimentel，2016年）。亚马逊克拉通和S?o Francisco克拉通部分区域覆盖有古元古代至中元古代的裂谷、凹陷及裂谷-凹陷型火山-沉积单元（Fuck等人，2014年），这些构造通常形成于克拉通边缘。
材料与方法
首先在戈亚斯州北部和托坎廷斯州南部进行了区域地质测绘和地层修订（Campos等人，2010年；Tanizaki，2013年；Martins-Ferreira，2017年），随后进行了详细的野外调查和岩石学分析（图3）。岩石学分析旨在确定样品的矿物组成。岩石地层学与沉积学
三个最具代表性的区域展示了água Morna组的沉积特征（图3、4）。主要岩石类型包括：（i）细粒碎屑岩；（ii）含长石的石英岩及变质亚砂岩/砂岩；（iii）变质灰岩，这与Tanizaki等人（2015年）的观察结果一致。含长石的石英岩最为常见，砾岩相比变质灰岩更为丰富。água Morna组的沉积系统
根据Campos等人（2010年）制作的1:25,000比例尺Paran?/S?o Salvador–TO地区地质图，并结合本研究进行了修改，我们观察到不同地层之间的结构差异（图11）。Arraias组及其成员具有明显的断层构造，而位于Araí群底部的água Morna组则缺乏伸展构造，基底接触面常被碎屑沉积物覆盖。
结论
本研究提供的新的地质、岩石学、地球化学和地质年代数据填补了关于água Morna组及其在Araí裂谷系统早期演化中作用的理解空白。主要结论如下：
• água Morna组记录了一个浅层大陆内凹陷盆地的形成过程，起源于Statherian早期（早期裂谷阶段），最大沉积年龄为……
作者贡献声明
Rafael Toscani：负责撰写初稿、可视化处理、数据验证、方法论设计、调查实施、数据分析及概念构建。
Stefan Schr?der：负责审稿与编辑、数据验证、项目监督、软件选用及方法论指导、资金申请。
José Eloi Guimar?es Campos：负责审稿与编辑、撰写初稿、可视化处理、数据验证、项目监督、方法论设计、数据分析及概念构建。
未引用文献
Dussin等人，1994年；Gianni等人，2015年；Kifumbi，2017年；Ponte Filho，1992年；Schobbenhaus和Bellizzia等人。
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
作者感谢LEPLAC（巴西大陆架调查项目），特别是退役海军中将Antonio Fernando Garcez Faria和退役海军上尉Luiz Carlos Torres在海外研究期间的支持和帮助。
