解读新生代外部海岭带（摩洛哥北部）的碎屑记录：对西北非大陆边缘演化的启示

该研究通过摩洛哥西北非缘马格雷比安飞雪盆地和外部里夫带18个地层剖面的岩相分析，揭示Cenozoic时期地质动力、古地理和古气候演化。碎屑岩类型以石英砂岩、亚石英岩为主，源岩涉及前阿尔卑斯造山带和非洲克拉通，沉积特征显示多次构造循环和气候影响。与西地中海其他边缘对比，发现成熟碎屑岩分布规律及构造差异。

　　
摩洛哥西北非边缘的地质演化与碎屑岩特征研究

一、研究背景与区域框架
研究聚焦摩洛哥西北部马格里布飞石盆地（MFB）和外部里夫带（ERZ）的新生代地层序列（古新世至上新世）。该区域位于非洲克拉通与地中海微板块的交界处，经历了复杂的造山带演化过程，包括阿尔卑斯-比利牛斯造山带的形成、地中海海盆的开启以及多次构造热事件。

二、地质构造演化
1. **新生代构造格局**
- 奥利尼-早第三纪（Oligocene-Early Miocene）：受北非板块向南俯冲影响，MFB盆地开始闭合，里夫带（ERZ）形成前陆盆地系统。此时区域表现为：
- **内部区域（Internal Rif）**：以深水浊流沉积为主，碎屑岩成熟度高（石英含量>95%），反映稳定克拉通（非洲大陆）的剥蚀再循环。
- **外部区域（External Rif）**：出现中等变质岩碎屑（片岩、千枚岩），指示邻近造山带（如马格里布中高变质带）的抬升剥蚀。
- 中-晚第三纪（Middle-Late Miocene）：里夫带成为复杂前陆盆地，沉积体系显示：
- **前陆坡（Foredeep）**：发育细粒石英砂岩（Q>90%），显示长距离搬运后的成熟沉积。
- **斜坡带（Slope）**：混合碎屑岩（石英砂岩与变质岩碎屑各占50%），反映造山带前沿的持续抬升。
- **前渊（Proximal Foreland）**：出现碳酸盐岩碎屑（>30%），指示浅海陆架环境的剥蚀。

2. **构造事件与沉积响应**
- **海盆闭合期（古新世-新近纪）**：MFB闭合导致里夫带沉积物来源转向非洲克拉通（δ值>2.5，显示强烈化学风化）。
- **造山带隆升期（上新世）**：碎屑岩中石英次生加大现象显著（>40%样品显示波状 extinction），反映构造隆升导致的物理分选强化。

三、碎屑岩地球动力学解析
1. **源岩类型与 provenance 分异**
- **稳定克拉通源（African Craton）**：古新世-早第三纪主导，表现为：
- 石英颗粒波状消光占比>60%（成熟度指标）
- 轻变质岩碎屑（片岩、千枚岩）含量<5%
- **造山带源（Variscan-Mesozoic terranes）**：上新世后碎屑类型转变：
- 低级变质岩碎屑（白云母片岩）占比升至15-25%
- 碳酸盐岩碎屑（灰岩透镜体）含量>20%，指示造山带前沿的碳酸盐岩台地剥蚀

2. **构造循环与碎屑再沉积**
- **多旋回再循环（Polycyclic recycling）**：通过碎屑石英的波状消光定量（古新世样品：undulosity angle 3°-7°；上新世样品：10°-15°），显示至少3次构造热事件影响。
- **沉积物分选机制**：前陆盆地（MFB）碎屑岩分选系数（σ值）达4.2（古新世），而造山带斜坡（ERZ）仅1.8（上新世），反映从深水浊流到浅水搬运的沉积环境转变。

四、古气候与沉积演化耦合
1. **气候指标系统**
- **化学风化指数（CIA）**：古新世地层CIA值达3.8（高化学风化），上新世降至2.5（氧化程度降低）。
- **碎屑岩成熟度**：石英含量从古新世的98%降至上新世的92%，显示风化剥蚀强度减弱。

2. **沉积序列气候响应**
- **古新世暖湿期**：深水灰岩（<10cm厚）与浊流砂岩交替出现，显示高能陆架环境（δ13C>-1.5‰）。
- **上新世干旱期**：浅海钙质岩屑砂岩占比>60%，生物扰动指数（BI）<0.3，指示氧化环境。

五、区域对比与全球意义
1. **与西地中海边缘对比**
- **伊比利亚南部边缘（SIM）**：同期地层显示：
- 缺乏变质岩碎屑（与NAM差异显著）
- 石英波状消光仅占30%（NAM同期>80%）
- 碳酸盐岩碎屑含量<10%（NAM>25%）
- **西阿德里亚边缘（WAM）**：相似前陆盆地特征：
- 中新生代火山碎屑（安山岩>15%）显示活动大陆边缘特征
- 碎屑岩成熟度（Q>85%）与NAM古新世地层相当

2. **构造演化模式**
- **多相位造山（Multi-phase Orogeny）**：MFB闭合（古新世）→里夫带前陆系统形成（早第三纪）→地中海海盆扩张（中第三纪）→里夫带斜坡抬升（上新世）。
- **克拉通-造山带互动**：碎屑来源呈现"克拉通→边缘造山带→弧后洋壳"三级分带（图1），其中：
- 克拉通源（A区）：石英次生加大发育（>70%样品）
- 造山带源（B区）：白云母含量>10%
- 洋壳源（C区）：辉绿岩晶屑（5-10%）

六、关键科学发现
1. **碎屑岩分类系统**
- 确立三种主类型：
- **石英砂岩（Q>95%）**：深水前陆盆地沉积（MFB古新世层）
- **变质岩砂岩（Q=50-70%±15）**：造山带斜坡（ERZ上新世层）
- **碳酸盐岩屑砂岩（Q=30-50%）**：边缘台地（Prerif区）

2. **构造热事件周期**
- 碎屑石英的波状消光记录显示：
- 3次主要变质事件（约58Ma, 45Ma, 25Ma）
- 每次事件伴随>200km2区域抬升（地震反射数据支持）

3. **沉积通量变化**
- 古新世：前陆通量>5km3/Myr（Q>98%石英砂岩）
- 中新世：造山带通量增至8km3/Myr（含变质岩碎屑）
-上新世：碳酸盐岩台地通量达12km3/Myr（碎屑岩分选系数<2）

七、应用价值与理论创新
1. **前陆盆地演化模型**
- 提出"三阶段"模型：
1) 深水浊流沉积（MFB古新世层）
2) 造山带碎屑输入（ERZ中新生代层）
3) 碳酸盐岩台地沉积（Prerif上新世层）

2. **克拉通边缘沉积系统分类**
- 建立"成熟度梯度"：
- 内部克拉通区：>95%石英（Qm>85）
- 边缘造山区：Qm=60-80%
- 前渊区：Qm=30-50%

3. **构造-气候耦合机制**
- 揭示变质岩碎屑输入与气候干旱期（CIA<2.5）的同步性
- 碎屑中黑云母定向排列（ strikes 120°-150°）指示N-S向构造应力场

八、研究展望
1. **年代学完善**：需补充锆石U-Pb测年（当前地层划分误差>5Myr）
2. **三维建模**：现有二维剖面无法解释新生代逆冲隆起对碎屑供给的改造作用
3. **气候反馈机制**：需建立碎屑岩成熟度与气候指标的定量关系模型