中新世锡瓦斯盆地（安纳托利亚中部）海陆过渡期的磁生物地层学测年：对新特提斯海闭合及欧亚-阿拉伯大陆碰撞的启示

《Tectonophysics》：Magneto-biostratigraphic dating of the marine-terrestrial transition in the Miocene Sivas Basin (Central Anatolia): Implications for Neo-Tethys seaway closure and Eurasia-Arabia collision

　　穆拉特·奥兹卡普坦（Murat ?zkaptan）| 德里亚·古雷尔（Derya Gürer）| 埃尔汉·古吕兹（Erhan Gülyüz）| 安东尼奥·卡塞拉（Antonio Cascella）| 马留斯·斯托伊卡（Marius Stoica）| 沃特·克里格斯曼（Wout Krijgsman）
卡拉德尼兹技术大学（Karadeniz Technical University），地球物理工程系，特拉布宗（Trabzon），土耳其

**摘要**
从海洋沉积向大陆沉积的转变提供了关于海洋闭合最后阶段最直接的地质证据。在这项研究中，我们关注了位于安纳托利亚中部的锡瓦斯盆地（Sivas Basin）的中新世沉积序列，该盆地曾是连接印度洋和地中海的古新特提斯海道（Neo-Tethys seaway）的一部分。我们展示了苏雷克剖面（Sürek Section）的古地磁数据和生物地层学数据（介形虫和钙质纳米化石），这些数据揭示了从深海泥灰岩到大陆碎屑岩的逐渐过渡过程。介形虫数据显示，在剖面的底部区域存在长期存在的深海物种，而向上则逐渐变为较浅且物种更丰富的组合。钙质纳米化石表明，锡瓦斯盆地中新特提斯海道关闭后，陆地沉积作用的开始发生在布尔迪加利安期（Burdigalian）中期，具体年龄为1850万±50万年前。古地磁分析仅显示出正常的极性，表明沉积之后发生了广泛的再磁化现象。磁化率各向异性（AMS）测量结果显示，从伸展变形到收缩变形的明显变化与海洋向大陆的转变相吻合。我们推测这种变化是由于欧亚-阿拉伯板块应力体制的调整所致，这种调整在中新世早期导致了板块从俯冲作用向碰撞作用的转变。

**引言**
海洋通道的闭合是塑造地球长期地质过程的最壮观现象之一，对全球海洋环流、气候演化、哺乳动物迁徙以及热量、盐分和营养物质在全球范围内的重新分布产生了深远影响（Hamon等人，2013年；Flecker等人，2015年；Palcu和Krijgsman，2023年）。这些闭合事件通常代表了板块构造重组的表面表现，其背后是岩石圈板块的汇聚、碰撞和侧向移动，这些过程逐渐抬升并封闭了海洋通道，最终将深水连接转变为大陆屏障，从而带来广泛的气候和生物地理效应（例如，Gülyüz等人，2020年）。地壳上部的形态响应包括大型山脉带和深前陆盆地的形成，这些地区成为大陆内沉积作用的来源和汇积区（例如，Matenco等人，2013年）。保存在前陆盆地中的海洋向大陆的转变过程记录了海洋最终消失的时刻，为海洋通道闭合的最后阶段和大陆陆桥的出现提供了最有力的地质证据。非洲-阿拉伯板块与欧亚板块的汇聚导致了新特提斯海道的逐步闭合，标志着在早期海洋消融和大陆碰撞之后的一个古地理隔离阶段，并最终形成了东安纳托利亚高原（Cavazza等人，2009年；Gülyüz等人，2019年；Gülyüz等人，2020年；Kaymakc?等人，2009年）。这种古地理重组与一种长期存在的压缩变形体制的发展有关——这种体制至今仍在持续——以及东安纳托利亚地区从弧状岩浆作用向碰撞后岩浆作用的转变（Ku?cu等人，2010年；Lin等人，2020年；?zdemir和Güle?，2014a；Temizel和Arslan，2024年）。

**确定东安纳托利亚盆地海洋-大陆转变的时间**对于古地理重建至关重要，因为新特提斯洋岩石圈的消融涉及多个空间上不同的俯冲系统，这些系统容纳了非洲-阿拉伯-欧亚板块的汇聚，并导致了沿走向不同时间的海道闭合（Gürer和van Hinsbergen，2019年；van Hinsbergen等人，2020年）。在安纳托利亚，通常可以区分出两条主要的新特提斯海道：一条与庞蒂德地块（Pontide）和陶里德地块（Tauride）的汇聚有关，另一条与阿拉伯-陶里德板块的汇聚有关。这些系统的演化通常被描述为一个两阶段过程：首先是软碰撞和中间缝合阶段，随后是硬碰撞和岩石圈逐步耦合阶段（Allen和Armstrong，2008年；Ballato等人，2018年；Darin等人，2018年）。热年代学、岩浆学和地层学数据为这些过程提供了广泛的年龄约束。根据磷灰石裂变径迹和(U-Th)/He数据，伊兹密尔-安卡拉-埃尔津詹缝合带（?zmir–Ankara–Erzincan Suture Zone）南部的剥露年龄大约在5500万至1500万年前（Albino等人，2014年；Darin等人，2018年；Gildir等人，2024年；Karao?lan等人，2016年；Gülyüz，2025年）。更南边的阿拉伯板块和比特利斯复合体（Bitlis Complex）区域，低温热年代学年龄集中在2000万至1000万年前（Albino等人，2014年；Cavazza等人，2018年；Okay等人，2010年）。这些古新世和中新世的剥露阶段通常被解释为软碰撞和硬碰撞阶段。

**新特提斯海道闭合时间的额外约束**来自岩浆和沉积记录。沿南部新特提斯海道暴露的俯冲-碰撞期花岗岩类岩石的锆石U-Pb年龄为2300万至2000万年前，这限制了南部新特提斯海道边缘相关过程的最终阶段（A?lan和Duruk，2018年；Oyan，2018年）。东安纳托利亚高原和阿拉伯板块上的碰撞后岩浆作用从约1300万年前一直持续到现在（Ercan等人，1990年；Keskin，2003年；Keskin等人，1998年；Oyan等人，2016年；?zdemir等人，2019年；?zdemir和Güle?，2014b；Pearce等人，1990年）。比特利斯-扎格罗斯缝合带（Bitlis–Zagros Suture Zone）沿线的新近纪海洋盆地的地层记录表明，推覆作用和同步变形的海洋沉积作用始于约1100万年前（Hüsing等人，2009年），而伊拉克西北部和伊朗西南部的碎屑锆石群体（2600万年前和1100万至500万年前）则被认为记录了新特提斯洋岩石圈的最终消融（Koshnaw等人，2019年；Zhang等人，2017年）。范盆地（Van Basin）的磁地层学数据表明，海洋向大陆的转变发生在约1875万年前，反映了在安纳托利亚和阿拉伯之间新特提斯海洋闭合后，海洋连通性的最终丧失和盆地规模的重组（Gülyüz等人，2020年）。这些观察结果与海洋Nd同位素记录一致，后者表明地中海和印度洋之间的分离发生在约2000万年前（Bialik等人，2022年）。

在这个新特提斯海道闭合和非洲-阿拉伯-欧亚板块逐步汇聚的区域框架内，安纳托利亚的新近纪海洋盆地作为短暂的通道，记录了海道闭合最后阶段的古地理、沉积和构造变形变化。重要的是，单个盆地内海洋连接的消失并不标志着大陆碰撞的开始，而是反映了碰撞发生后发生的构造和古地理重组的后期阶段。因此，海洋沉积的终止为碰撞相关过程和盆地隔离提供了最小年龄约束，而不是碰撞本身的直接时间。其中一个例子是锡瓦斯盆地（Sivas Basin），它位于庞蒂德地块和陶里德地块之间，具有从晚白垩世延续到早-中中新世的长期海洋沉积历史（Aktimur等人，1990年；Poisson等人，2016年）。在其最东端，该盆地覆盖了东庞蒂德地块和东陶里德地块之间的缝合带，使其特别容易受到与新特提斯海道限制和闭合相关的区域构造过程的影响。

为了更好地理解盆地填充的空间和时间演化、古环境变化及其与汇聚边缘构造的关系，本研究重点关注了中新世时期的凯马组（Kemah Formation），该组保存了从开阔海洋到大陆沉积环境的连续沉积序列。锡瓦斯盆地的构造位置介于主要缝合带之间，并位于中央安纳托利亚断层带（Central Anatolian Fault Zone）内，结合凯马组的地层和沉积学特征，为评估盆地晚期的演化及其在非洲-阿拉伯-欧亚板块汇聚中的重要性提供了基础。

**地质背景**
安纳托利亚地块特征是一系列大致东西向的缝合带，这些缝合带记录了欧亚板块、阿拉伯板块和非洲板块的逐步汇聚（图1），最终导致了新特提斯洋的逐次闭合（Okay和Tüysüz，1999b；Robinson等人，1996年；van Hinsbergen等人，2016年；?eng?r等人，2019年；Lei等人，2025年）。在安纳托利亚东部，代表欧亚板块南缘的庞蒂德地块南部与...

**古地磁采样**
用于磁-生物地层学分析的样品是在超过550米的层厚范围内，以约2米和约8米的分辨率通过手工采样和圆柱形钻探岩芯收集的。总共收集了500多个定向的古地磁岩芯（直径25毫米），用于磁地层学、磁化率各向异性（AMS）和热磁分析。每个层至少收集了两个，但通常有三个圆柱形岩芯（图2，图3）。

**岩石磁学**
苏雷克剖面（Sürek Section）中15个不同地层的磁学测量结果如图4所示。代表性的居里平衡图清楚地表明，岩石磁性质和载体与剖面内的岩石类型变化密切相关。这些变化可以分为三类：最弱的不可逆磁行为出现在较低的地层组（SU6.2B，约20米），表明顺磁成分占主导地位（图4a）。在大多数情况下...

**古地磁年代学**
凯马组（Kemah Formation）的沉积发生在锡瓦斯盆地东部。该组厚度约为550米，仅包含无法用于磁地层学年代测定的正常极性信号。根据最近的研究（Gürer等人，2018a，Gürer等人，2018b），在苏雷克以西的另一个地点也从凯马组获得了类似的再磁化特征，这表明存在区域性的影响。

**结论**
锡瓦斯盆地的凯马组处于一个重要位置，有助于了解欧亚板块和阿拉伯板块之间新特提斯海道闭合过程中的海洋向陆地转变。分析了500多个古地磁样本和70个生物地层学样本，以确定这一转变的年龄并描述区域构造变形模式。尽管古地磁结果表明发生了再磁化，但AMS结果揭示了...

**作者贡献声明**
穆拉特·奥兹卡普坦（Murat ?zkaptan）：撰写原始草稿、可视化、验证、软件使用、项目管理、方法论、资金获取、数据管理、概念化。
德里亚·古雷尔（Derya Gürer）：撰写原始草稿、验证、调查、正式分析、数据管理、概念化。
埃尔汉·古吕兹（Erhan Gülyüz）：撰写原始草稿、验证、调查、正式分析、数据管理。
安东尼奥·卡塞拉（Antonio Cascella）：撰写原始草稿、可视化、验证、方法论、调查、正式分析。

**未引用参考文献**
Memi?等人，2020年
?zgül等人，1981年

**利益冲突声明**
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

**致谢**
本研究得到了卡拉德尼兹技术大学科学研究项目办公室的支持，项目编号：FBB-2017-6749。感谢Iverna Créton在野外工作中的协助。我们还要向编辑Puy Ayarza表示衷心的感谢，感谢他对手稿的处理和评估。同时感谢Mark Allen和一位匿名审稿人对手稿的仔细阅读以及他们的建设性和富有洞察力的评论。