巴西东南部阿拉库阿伊-里贝拉造山系（Ara?uaí-Ribeira Orogenic System）古元古代基底的自然特征及其构造亲缘关系：基于锆石U-Pb地质年代学、全岩地球化学和Nd-Sr同位素研究的限制

《Journal of South American Earth Sciences》：Nature and tectonic affinity of the Paleoproterozoic basement of the Central Terrane, Ara?uaí-Ribeira Orogenic System (SE-Brazil): constraints from Zircon U-Pb geochronology, whole-rock geochemistry and Nd-Sr isotopes

巴西中央地体元古宙基底岩石的演化历史及地体性质研究。通过锆石U-Pb年龄测定（2.09 Ga）、全岩地球化学及Nd-Sr同位素分析，揭示基底岩石具有TTG套件特征（高Sr/Y比值、分馏REE、正Eu异常），并与南圣佛朗西斯科古陆南部单元同源。新发现的1.68 Ga基性脉动指示地壳扩展阶段，结合古地磁证据，证实中央地体为源自南圣佛朗西斯科古陆的条带状微大陆，其分离发生于1.00-0.95 Ga古陆分裂及Adamastor Ocean形成时期。研究为西冈瓦纳古陆拼合提供关键约束。

　　

Sandro Mauri | Monica Heilbron | Henrique Bruno | Gabriel Paravidini | Rodson de Abreu Marques | Ariadne Marra de Souza | Glenn Chapman | Caroline Cibele Vieira Soares | Rob Strachan | Catherine Mottram | Samuel Bersan | Fernando Dangremon Viana | Cláudio de Morisson Valeriano | Craig Storey

里约热内卢州立大学（UERJ）地质学院地球科学研究生项目，巴西里约热内卢-RJ

摘要

位于巴西东南部Ara?uaí-Ribeira造山系统中央段的古元古代基底为了解该地区的地壳演化和前巴西古地理提供了关键线索。新的锆石U-Pb年龄数据、全岩地球化学及Nd-Sr同位素分析结果以及区域对比表明，这一基底与圣弗朗西斯科古大陆南部地区的古元古代岩层具有相似的演化历史。Hbl正片麻岩的结晶年龄约为20.9亿年（Rhyacian期），其地球化学特征典型地反映了TTG（Tectonically Transformed Grenites）岩套的特点，包括较高的Sr/Y比值（342）、强烈的REE（稀土元素）分馏现象、正Eu异常（Eu/Eu* = 2.52）以及年轻的地球化学特征（?Nd_i = +5.8）。这些特征与Mantiqueira和Juiz de Fora复合体以及圣弗朗西斯科古大陆南部边缘的Mineroiro带中的同期大陆岩浆弧岩层相吻合。约16.8亿年前的Statherian期，以E-MORB正角闪岩（?Nd_i = +2.7）为代表，标志着Central Terrane基底经历了地壳伸展阶段。这些数据强烈支持这样一种模型：Central Terrane是一个源自圣弗朗西斯科古大陆的条带状微大陆。该微大陆在大约10-9.5亿年前，随着圣弗朗西斯科-刚果古大陆的分裂和Adamastor洋的打开而脱离。随后，在埃迪卡拉纪期间，这一微大陆与其他碎片重新聚合，形成了最终容纳了Inner Cordilleran岩浆弧的大陆块。因此，Central Terrane的古元古代基底对于重建西冈瓦纳古陆的地质构造框架至关重要。

引言

识别外来地壳块的性质是解释复杂造山系统的基本前提（Schermer等人，1984年；Zhu等人，2021年）。传统上，根据这些地壳块与相邻地区的古地理和遗传兼容性，将它们分为“原生”、“可疑”或“外来”三类（Coney等人，1980年；McWilliams和Howell，1982年；Howell，1989年）。外来地壳块具有明显的地层、地质年代学和同位素特征，表明它们形成于远离当前位置的地质环境中；而可疑地壳块则处于一个不确定性区域，现有数据尚不足以确定其确切归属。近年来，“条带大陆”这一概念被提出，指的是在大陆裂解过程中由于极端的岩石圈拉伸作用而形成的狭长大陆碎片（Johnston，2001年，2008年）。与基于古地理标准定义的外来地壳块不同，条带大陆主要依据其几何形态和形成机制进行分类，但在经过显著的地壳运动后也可能成为外来块体。在巴西东南部，这一区分尤为重要，因为不同的古元古代地壳块在新元古代Brasiliano/Pan-African造山运动期间被搬运并合并，这一过程在Ara?uaí-Ribeira造山系统中得到了体现（Heilbron和Machado，2003年；Noce等人，2007年；Heilbron等人，2010年；Degler等人，2018年；Kuchenbecker和Barbuena，2023年）。

在圣弗朗西斯科克拉通的东南边缘，Ara?uaí-Ribeira造山系统由四个不同的构造-地层单元汇聚而成：Occidental、Central、Oriental和Cabo Frio地壳块（Machado等人，1996年；Heilbron和Machado，2003年；Heilbron等人，2017年，2020a年）。该造山过程涉及Tonian-Cryogenian时期的海洋盆地闭合以及8.6-7.6亿年间的海洋内岩浆弧和6.6-6.2亿年及6.5-5.8亿年间的大陆岩浆弧的形成，最终在6.2-5.3亿年间发生了多次碰撞，导致古元古代基底单元的剧烈重组（Heilbron等人，2020a年，2020b年，2025年及参考文献）。这种复杂的增生过程使得理解基底单元的性质和亲缘关系成为重建西冈瓦纳古陆演化过程的关键。

Ara?uaí-Ribeira造山系统的四个地壳块中有三个暴露出了古元古代基底：Occidental、Central和Cabo Frio地壳块，每个地壳块都具有不同的构造意义。在Occidental地壳块中，Juiz de Fora和Mantiqueira复合体的正片麻岩显示出与圣弗朗西斯科克拉通内部古元古代地层明显的同位素相似性（Noce等人，2007年；Heilbron等人，2010年；Degler等人，2018年；Bruno等人，2020年；Araújo等人，2021年；Almeida等人，2022年；Mauri等人，2024年）。相比之下，Cabo Frio地壳块中的Orosirian正片麻岩和Regi?o dos Lagos复合体的角闪岩被认为是Angola块的一部分（Schmitt等人，2004年；Heilbron等人，2008年，2017年；Freitas等人，2024年）。而本研究关注的Central地壳块则是该地区最神秘的元素：其Rhyacian期正片麻岩（Quirino和Pocrane复合体）有时被认为与圣弗朗西斯科克拉通的古元古代岩层有关（Novo，2013年；Degler等人，2018年），有时则被视作外来块体（Heilbron等人，2008年，2020a年，2020b年；Valladares等人，2017年）。

在本研究中，我们提供了Ara?uaí-Ribeira造山系统中央-北部地区Central Terrane基底正片麻岩和变质岩的全岩地球化学、Nd-Sr同位素数据以及锆石U-Pb年龄的新野外观测结果。这些数据有助于评估这些基底单元的构造意义和古地理亲缘关系，特别是确定Central Terrane是否属于西冈瓦纳古陆的条带状微大陆组成部分。

技术框架

巴西东南部的构造框架主要由圣弗朗西斯科克拉通的太古代至古元古代地壳（Heilbron等人，2017年；Alkmim和Teixeira，2017年）以及新元古代的Brasiliano/Pan-African造山系统的岩层组成（研究区域表现为Ara?uaí-Ribeira造山系统，见图1A和1B；Heilbron等人，2017年，2020b年）。这一新元古代造山带的演化过程伴随着四个不同构造-地层单元的汇聚和增生。

样品制备

用于全岩地球化学和Sr-Nd同位素分析的新鲜样品在巴西里约热内卢州立大学地质样品制备实验室（LGPA/UERJ）进行了粉碎处理。大约80-100克的干净、干燥且已预先破碎的样品使用碳化钨（WC）磨机进行粉碎。

对于锆石U-Pb地质年代学分析，样品在LGPA还进行了重矿物富集处理。首先将约5公斤的干净、干燥样品在颚式破碎机中粉碎至细砾石颗粒，随后通过盘式研磨机进一步研磨至约200目粒度。

锆石U-Pb年龄

图5展示了两个样品的锆石U-Pb地质年代学结果摘要，完整分析数据见补充文件A。

样品SM-68A（Hbl正片麻岩）含有棱柱状或双锥形的锆石晶体，其长度与宽度的比例大多在2:1到3:1之间（极少数情况下达到4:1）。较短的棱柱形晶体往往更为粗短。晶体长度范围为107至356微米。

Central Terrane基底的性质与构造演化

本研究获得的数据揭示了Central Terrane内部存在两种不同的基底岩石类型：一种长英质岩石（Hbl正片麻岩）和一种基性岩石（正角闪岩）。这两种岩石在岩石学、地球化学和地质年代学特征上存在显著差异（见表3）。在本节中，我们整合了这些数据，并讨论了这些岩石所记录的岩浆成因过程和构造环境。

结论

本研究揭示了位于Ara?uaí-Ribeira造山系统中央区域的Central Terrane古元古代基底的新露头。研究探讨了这一基底的性质——它是属于外来块体还是源自圣弗朗西斯科古大陆的条带状微大陆。主要结论如下：

• Central Terrane的基底由年龄约为20.9亿年的Rhyacian期正片麻岩组成，属于TTG岩套类型；同时存在较年轻的Statherian期岩石。

CRediT作者贡献声明 Samuel Bersan：数据可视化、验证与分析。 Fernando Dangremon Viana：数据分析、正式分析。 Sandro Mauri：初稿撰写、方法论制定、数据分析、数据管理、概念构建。 Claudio de Morisson Valeriano：文章撰写与编辑、验证工作、资金争取、正式分析。 Monica Heilbron：文章撰写与编辑、资源协调、项目管理、方法论制定、数据分析、资金争取、概念构建。

未引用参考文献

Moreira等人，2020年；Souza，2008年；Tomich等人。

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。

致谢

作者感谢里约热内卢州立大学（UERJ）、朴茨茅斯大学（UoP）和埃斯皮里图桑托联邦大学（UFES）提供的基础设施支持。同时感谢LGPA/UERJ（Felipe、Gabi、Núbia、Thayla、Tiago、Sandro和Luís）、LAGIR/UERJ（Gilberto、Carla、Janis和Júlia）、Multilab/UERJ（Wagner、Diego和Felipe）以及UoP（Geoff、Joe和Ben）在样品制备和/或同位素分析方面提供的协助。