摩洛哥中央高阿特拉斯“湖泊高原”向斜含斜方辉石镁铁质岩浆作用：矿物学、地球化学与Sm-Nd同位素对岩浆成因与岩石圈减薄的启示

《Frontiers in Earth Science》：Orthopyroxene-bearing magmatism of the “Plateau des lacs” syncline (Imilchil, Central High Atlas, Morocco): insights from mineralogy, geochemistry and Sm-Nd isotopes

本研究针对摩洛哥中央高阿特拉斯中生代板内岩浆作用的源区性质与构造背景争议，首次系统开展“湖泊高原”向斜镁铁质岩墙与玄武岩流的岩石学、矿物学、全岩地球化学及Sm-Nd同位素综合研究。发现斜方辉石（En63%–87%）为区域首报，指示高压结晶环境；岩石具OIB型微量元素特征，εNd(t)为+2.15至+4.84，揭示源自亏损软流圈地幔的低程度部分熔融，为侏罗纪裂谷背景下岩石圈减薄与软流圈上涌提供了关键约束。

　　

在非洲西北部的摩洛哥境内，横亘着雄伟的阿特拉斯山脉，其中段的中央高阿特拉斯（Central High Atlas, CHA）更是地质学家眼中的“天然实验室”。这里记录了盘古大陆裂解的关键过程，留下了丰富的岩浆活动痕迹。然而，长期以来，关于这些中生代岩浆究竟来自何处——是来自深处的地幔柱热异常，还是由于板块拉张导致的岩石圈减薄？其深部动力学机制一直存在争议。特别是关于中侏罗世（B1事件）至早白垩世（B2事件）这一关键过渡时期的岩浆作用，缺乏系统的矿物学与同位素联合约束。

为了揭开这一谜团，研究人员将目光聚焦于中央高阿特拉斯伊米尔奇尔（Imilchil）地区的“湖泊高原”（Plateau des lacs）向斜。这里出露的镁铁质岩墙和玄武岩流保存完好，是研究岩浆演化过程的绝佳窗口。研究团队通过对这些岩石进行精细的“解剖”——从宏观的野外产状到微观的矿物成分，再到全岩的元素地球化学和放射性同位素定年，试图还原数亿年前地幔熔体诞生的故事。这项研究最终成功发表于《Frontiers in Earth Science》，不仅首次在该区域报道了罕见的斜方辉石，还精准锁定了岩浆的源区属性，为理解大陆裂谷的演化提供了全新的视角。

为了开展此项研究，研究人员采用了多学科交叉的综合技术路线。首先在野外采集了约120件样品，经过岩石薄片鉴定后筛选出30件代表性样品。关键技术手段包括：利用扫描电子显微镜结合能谱仪（SEM-EDXS）和X射线衍射（XRD）进行矿物鉴定与结构分析；采用电感耦合等离子体发射光谱（ICP-AES）和质谱（ICP-MS）测定全岩主微量元素含量；选取5件代表性样品在活化实验室（Actlabs）进行Sm-Nd同位素分析，通过¹⁵⁰Nd-¹⁴⁹Sm示踪剂法处理样品，并使用多接收器电感耦合等离子体质谱（MC-ICP-MS）测定同位素比值。

4.1 野外观察

研究区位于“湖泊高原”向斜，岩浆侵入形式多样。镁铁质岩墙在西侧（如Tislit湖周围）更为密集，厚度0.5米至4米不等，呈放射状或网状分布，被认为是岩株系统的体现，部分岩墙含有后期充填的钠长岩脉。玄武岩流则出露于Isli湖东南侧，覆盖在Bathonian阶（侏罗纪中期）的砂岩之上，可见两层熔岩（绿色与黑色），厚度可达4米。野外证据显示玄武岩具有水下喷发的特征，如枕状构造、气泡以及夹层的火山沉积岩中含鱼类化石碎片，暗示其为浅湖相环境喷发。

4.2 岩石学与矿物学

显微镜下观察揭示了岩石的精细结构。镁铁质岩墙多呈微晶质至粗玄岩结构，主要矿物组合为橄榄石（Fo_65%–_87%）、单斜辉石（普通辉石或透辉石）、斜长石（An₁₀至An₅₅）及不透明矿物（尖晶石、钛铁矿）。值得注意的是，玄武岩流中含有大量斜方辉石（En_63%–_87%），而在岩墙中则罕见或缺失。这种差异反映了结晶深度的不同：玄武岩流中的斜方辉石是在高压（10–20 kbar，相当于下地壳-上地幔边界，深度约35–65公里）条件下结晶的产物，而岩墙因结晶压力低于10 kbar，主要形成橄榄石。此外，单斜辉石的Al配位分析（Al^VI与Al^IV）进一步证实了玄武岩流经历了更高压力的结晶过程。

4.3 全岩地球化学

地球化学数据显示，这些岩石属于板内碱性至过渡型玄武岩。在TAS图解和Nb/Y–Ti/Y判别图中，玄武岩流显示出亚碱性（过渡性）亲和性，而镁铁质岩墙则偏向碱性。稀土元素（REE）配分模式显示轻稀土（LREE）显著富集，重稀土（HREE）相对亏损，且具有微弱或无Eu异常，呈现出典型的洋岛玄武岩（OIB）特征。微量元素蛛网图同样显示出OIB型的富集特征，如Nb和Ta的相对富集。

4.3.2 构造-岩浆背景

在构造判别图解中，所有样品均落入板内玄武岩（WPB）区域。结合区域地质背景，这被解释为与大陆裂谷作用相关的板内岩浆活动。高场强元素（HFSE）的特征表明岩浆源区具有OIB性质，且未受到显著的陆壳混染。

4.3.3 岩浆成因与源区特征

利用(La/Sm)_N与Zr/Y比值分析，推断母岩浆源自尖晶石-石榴石稳定域过渡带（深度约60–80公里）的低程度（4%–10%）部分熔融。La/Ta（8.55–13.79）和La/Nb（0.59–1.01）比值明确指向软流圈地幔源区，而非岩石圈地幔。Sm-Nd同位素数据提供了关键证据：初始¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd比值平均为0.5128，对应的εNd₁₆₀值为+2.15至+4.84，Nd模式年龄（T_DM）介于489至830 Ma之间。这些数据确凿地证明了岩浆源自长期亏损的年轻地幔源区，而非古老富集的地壳物质。

5 结论

该研究成功刻画了“湖泊高原”向斜的岩浆系统。研究发现，玄武岩流中斜方辉石-单斜辉石组合的高压结晶特征，与岩墙中富橄榄石、贫斜方辉石的组合，共同构成了一个垂向分带的岩浆通道系统。地球化学与同位素证据表明，该套岩石属于板内碱性至过渡型玄武岩，源自尖晶石-石榴石过渡带的低程度部分熔融，其源区为具有OIB特征的亏损软流圈地幔。这一发现与中央高阿特拉斯中侏罗世B1期岩浆事件高度吻合，有力地支持了侏罗纪时期该区域经历大规模岩石圈减薄与软流圈上涌的构造模型。相较于早期的CAMP（中大西洋火成岩省）事件和晚期的B2期事件，该研究揭示的岩浆源区具有独特的同位素特征，填补了该区域岩浆演化序列的关键空白。尽管受限于采样范围和同位素数据点数量，该研究仍为理解大陆裂谷背景下地幔不均一性、熔体提取过程及壳幔相互作用提供了重要的实证基础。