新生代ユーラシアの影響

Sep 23, 2023

Scientific Reports volume 13、記事番号: 4387 (2023) この記事を引用

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メトリクスの詳細

新生代のジャバル・ハフィート背斜の継承は、アラビア南東部前地盆地 (SEAFB) に影響を与えた変形の最も完全な表面表現をもたらします。始新世のルス層の炭酸塩岩は、ジャバルハフィート背斜の中心部を構成し、動的な亀裂の開口と封鎖現象に関連した亀裂と炭酸塩鉱脈のネットワークをホストしています。これらの断裂ネットワークは、マクランおよびザグロス褶曲帯から前地盆地系 (SEAFB) への圧縮応力の伝播中に発達し、アラビアとユーラシアの収束に関連しています。 SEAFB における新生代の褶曲現象に関連する共運動学的方解石脈は、U-Pb LA-ICP-MS 炭酸塩地年代学によって年代測定され、さらにラマン流体包有地球化学によって特徴付けられました。 U-Pbデータは、マクラン褶曲帯のSEAFBへの伝播に関連した新生代の圧縮が紀元前から起こったことを示している。 20Ma (中新世初期) ～ c. 2 Ma (更新世中期)。ラマン流体包有物のデータは、炭酸塩を含む親流体内に複雑な炭化水素が存在することを明らかにし、新生代の上部の岩石と炭化水素を含む中生代のより深い層の間の流体輸送経路を反映しています。同位体データセットと地球化学データセットを組み合わせた結果、SEAFBの変形履歴は、新生代上部の層序順序にある深層構造の継承によるものではなく、マクラン帯からアラビア半島への遠方場応力伝播による深部構造の再活性化に関連している可能性が高いことが示された。薄皮の変形アーキテクチャの伝播。

古ストレス再構成解析は、資源の持続可能な探査と開発、貯留層や貯蔵場所（CO2貯蔵所や核廃棄物貯蔵所など）の可能性に関する研究など、さまざまな分野に適用できるため、その重要性が高まっています。古応力解析の鍵となるのは、地下の地質、応力履歴、関連する亀裂と断層ネットワークをよく理解することです。さらに、前地盆地内の変形履歴のタイミングと性質を理解することは、収斂造山帯の地球力学的復元にとって非常に重要です1。前地帯に形成されるシンテクトニックおよびポストテクトニック炭酸塩脈は、炭酸塩セメントの U-Pb 年代と流体包有物の地球化学的組成から、変形と石灰化のタイミングに関する情報を得ることができるため、そのようなデータを取得するための強力な代用手段となります。イベントおよび親流体の組成。

アラビアプレートとユーラシアプレートの収束は、始新世後期の新テティス海の閉鎖をもたらし2、その結果、ザグロス褶曲帯とマクラン褶曲帯からの応力が前地盆地系、つまりアラビア前地盆地南東部に伝播することになりました。 (またはSEAFB、図1)。これら 2 つの褶曲推力帯はユーラシア大陸で互いに隣接して発達し、アラビア半島の東にあるゼンダン横断断層帯によって分離されています（図 1a）。

(a) イラン、オマーン、アラブ首長国連邦の間の地域の数値標高モデル (ArcMAP 10.6.1、ESRI Spatial Analyst で作成された SRTM 衛星画像に基づく) と主要な構造リニアメントの概略図 (2、3 から適応)この地域の地質学的ドメイン (2,16 から適応)。黄色の星は、6,7 年前の炭酸塩 U-Pb の位置を示します。 (b) アル・アイン市近くのジャバル・ハフィート背斜に露出する新生代ユニットの概略地質図。構造測定ステーションとサンプル収集場所の位置が示されています。ベースマップは、WGS84 測地系を使用したエリアの Landsat 8 衛星写真で構成されています。

アラビアプレートとユーラシアプレートの収束は、アラビア半島南東部に 2 つの主要な構造領域の発達をもたらしました。それは、オマーン山脈北部の永久中生代アラビア受動的縁辺領域と、大陸斜面/盆地堆積物とによって代表される構造的により高い領域です。南の中央オマーン山脈のセマイルオフィオライト (図 1a)。これら 2 つの構造領域は、ホルムズ海峡構文線 4 と平行に位置する北東-南西の衝突ディバせん断帯によって分離されており、大陸-海洋転換断層帯の継続として発達したように見えます。ディバせん断帯は、ザグロス山脈をマクラン衝突帯から分離するオマーン湾全域の多くの断層と関連しています (たとえば、図 1a のザンダンせん断帯)。ザグロス褶曲帯とマクラン帯の間の構造構造の進行。ただし、直接的な証拠はまだ見つかっていません。

共運動学的方解石脈の最近の U-Pb 年代測定 6 では、オマーン北部山脈からディバせん断帯の北西までの中生代後期の炭酸塩が、紀元前 10 年頃に上から西への突き出しを伴う多相の地殻変動を経たことが示された。 70 Ma と 60 Ma、および中新世の推力の再活性化 (約 13 Ma)。対照的に、オマーン中央山脈の炭酸塩鉱脈からディバせん断帯の南東までの U-Pb 年代は、c での短縮に関連した変形を示しています。 64、40、33、22、16、7、2Ma7。オマーン山脈北部と中央部の変形履歴の間のこの明らかな通時性は、アラビア半島、ひいてはSEAFBに伝播するザグロス前線と南部マクラン前線の異なる応力体制によるものと考えられ、この変動の時期と起源について疑問が生じている。 SEAFB の変形を引き起こした原動力 8,9。

ジャバル・ハフィート背斜（アブダビ首長国のアル・アイン市に隣接）の炭酸塩鉱脈からのLA-ICP-MSデータセットとラマンデータセットを組み合わせたものは、炭酸塩の鉱化を引き起こした流体の起源に関する制約を提供します。始新世初期 (Ma8 56 年頃から 48 年頃) の Rus 層と新生代の SEAFB 内の変形のタイミングについて。さらに、アラビア半島南東部の新生代の炭酸塩鉱脈に関するこのケーススタディは、造山運動（炭酸塩が支配的な）前地の多相地殻変動の歴史を解明するためのこの概念的および方法論的アプローチの可能性を強調しています。

前地盆地の形成につながる推進力を説明するために、付加体前の表面荷重 (すなわち地形) または地下 (すなわち埋没) 荷重 (たとえば、オフィオライトの斥候 10) によるいくつかの地殻構造メカニズムが提唱されています。これまでの研究 11、12、13、14 では、SEAFB は白亜紀後期の新テチアン海洋地殻の掩蔽による、下にある亀裂のある大陸縁辺の曲げ荷重によって発達したと示唆されています。 SEAFB の層序順序は c です。厚さは 4 km で 13,16、アラビアの不動縁縁上に隠蔽された異地ユニットの前縁で形成されました（図 1a）。 SEAFB の層序順序は、白亜紀後期の炭酸塩泥岩がフィカ、ジュワイザ、シムシマ層の泥岩に堆積することから始まり、その後、セマイユオフィオライトが 15 世紀頃に定置されました。 95.5 ± 0.5 Ma17、新生代のルス層、ダンマーム層、アスマリ層、ファルス層の堆積で終わった12、18、19。

ジャバル・ハフィート背斜（図 1b）は、最東端の SEAFB 内で発達し、東に向かう二重急落周斜褶曲であり、褶曲軸が下降しています。 40°/250°、c 以上は北北西～南南東の傾向。 20キロ。それは、副アル・アイン背斜とともに右階段状のアンエシュロン配列で配置されています (図 1b)8。圧縮応力場はジャバル・ハフィート構造の褶曲と隆起を引き起こし、その結果、中心部の最も古い始新世のルス層から断層のある東縁にある最も若い中新世のファルス層まで、一連の複雑な炭酸塩ユニットが掘り出された。ジャバル・ハフィート構造を構成する露出した新生代の堆積列は、マーストリヒチアン・アルマ浸食面の上に発達した古第三紀初期のウンム・エル・ラドゥマ層とムタイミマ層の上に位置している21。この白亜紀後期の浸食面は、セマイユオフィオライトの外転の初期段階での屈曲前隆起の西向きの進行（現在の方向）によって発達し、その下にあるペルム紀から白亜紀の大陸棚炭酸塩層（ハジャールスーパーグループ）を覆っています。

ジャバル・ハフィート構造の変形のタイミングについては議論があり、圧縮の初期段階は始新世中期のラス層の堆積と同期していると考えられている 22、または初期の変形は中新世後の圧縮の結果として解釈されている 13,20。

地域規模では、SEAFB 内の始新世初期から中新世後期の岩石の構造史は、最大 4 つの主要な古応力段階に分けられています 23,24。これらの応力履歴は、SHMAX が初期の東-西方向から後期の南北方向へ徐々に移行し、その後最終的な北東-南方向方向の伸長段階に至る初期の圧縮応力領域の開始によって特徴付けられます 23,24。これらの地殻変動は、SEAFB 基盤内の流体の流れを制御する系統的な N75W および N45E 共役断層帯と方向が一致するせん断帯の発達と関連していました 25。これらの継承されたせん断帯は、アフリカ・アラビア最北端における先カンブリア紀後期の拡張と大陸地殻形成の主要なエピソードに応じて、一連の大陸変断断層として発達したエディアカラのナジュド断層系に関連している可能性があります26。

オマーン中央山脈のオフィオライト全体で見られる炭酸塩鉱化の起源とタイミングは、過去数十年間に集中的に研究されてきました27。しかし、SEAFB 内の炭酸塩鉱脈の結晶化を引き起こした流体の起源については、それほど注目を集めていません。 SEAFB内の新生代の共運動的炭酸塩鉱化作用に関する最近のSr同位体研究では、87Sr/86Sr値がcであることが判明した。 0.7076 ～ 0.708324、新生代および白亜紀の海水の特徴である 87Sr/86Sr (c. 0.7072 ～ 0.707428) よりもわずかに放射線生成性が高い。同じ炭酸塩鉱脈からは、埋没隆起の地球力学履歴と一致する酸素と炭素の同位体値が得られ24、これは始新世の埋没中にSEAFBに影響を与える大陸性流体が関与している可能性を示唆している。しかし、流体の起源、SEAFB のタイミングと地球力学的進化については、まだ議論の余地があります。

ジャバル・ハフィート背斜のこの研究における構造解析では、c. を採用しています。始新世のルス層（図1b）全体の亀裂とせん断面（図2）について500件の測定が行われました。これらの測定は、古応力主軸の一般的な方向を制約し、SEAFB 新生代単位に影響を与えた可能性のある古応力履歴を解決するために行われました。流体包含ラマン研究とU-Pb年代測定のために、それぞれ圧縮せん断面（サンプルJH-1）、せん断せん断面（サンプルJH-2）、および広範囲せん断面（サンプルJH-3）を充填する3つの代表的な方解石およびドロマイトセメントが収集されました（図1b）。 ; 補足資料の座標）。

(a) 1 mm を超える炭酸セメント充填材を含むせん断面の下半球の等積ステレオネット投影 (N = 166、黒線)。赤い破線の大円は、これらのせん断面の立体投影によって特定された主要な構造傾向を使用して構築された概略的なリーデル型モデルを表します。黒と緑の矢印は、古最大水平応力 (σ1) と最小水平応力 (σ3) の考えられる方向を示します。黄色の大円は、ジャバル・ハーフィール背斜の主要な排水リニアメントの方向に基づいた主要な横滑りせん断面の可能性のある方向を示し、緑色の大円は、サンプルが収集された静脈の方向を表します。 (b) 排水パターン (黄色のリニアメント) の方向を示す地域の SRTM デジタル標高モデルに基づくジャバルハフィートの陰影丘陵イメージング。 (c) ジャバル・ハフィート背斜内の主要な横ずれ構造の可能性のある方向を示す排水パターンの方向のローズ図。

サンプル JH-1 は、ホストドロストーン内のサドルドロマイトセメントで満たされた 85°/252° 配向 (ディップ/ディップ方向) のせん断面内の厚さセンチメートルの炭酸塩鉱脈から収集されました (図 3)。最も初期の構造イベントの 1 つを表すフィールド。サンプル JH-1 のサドルドロマイトセメントによって充填された圧縮せん断面は、ブロック状方解石、繊維状方解石、ドッグトゥース方解石、およびドルーシー方解石セメントを含むいくつかの静脈充填事象によって後日付けられています。サンプル JH-2 は、78°/138° に配向した移行開静脈から採取され、角柱状ブロック状方解石/センチメートル状ドッグトゥース方解石セメントの存在が特徴です。サンプル JH-3 は、構造物の隆起中に発生した最新の伸張せん断現象の 1 つから収集されました8。これは 62°/177° の方向に配向されており、繊維状の牛肉方解石のミリメートル層で構成されています (図 3)。

サンプル JH-1、JH2、および JH-3 の透過 (平面偏光) 薄切片顕微鏡写真。 CAL 方解石、DOLOST 母岩苦灰石、DOL ドロマイト、RES 樹脂、FIBR。 BEEF CAL 繊維質のビーフカルサイト。

局所的な骨折セットは、c からの共有方向傾向に基づいて特定されました。ルス層内の 5 つの別々の場所で測定された 500 個の亀裂 (図 1b、補足資料の座標)、および c. Rus 層全体で測定された相対運動学的指標を備えた 100 個の断層 (補足資料のせん断投影)。 1 mm より厚い多数の静脈 (図 2) がせん断面 29,30 として特定され、これらのせん断面の投影は、方位によってデータを分離し、立体撮影によって地層のくぼみを除去した後、同じ地域傾向に収束するように見えました。ジャバル・ハフィート背斜軸の周りの回転。圧縮変形イベントは、c 方向の 4 セットのトランスプレッシャおよび圧縮せん断フィーチャで構成されます。 80°/160°、85°/280°、85°/250°、80°/220°。これらの初期のせん断面のセットの後に、より若い広範囲に広がる c. の群れが続きました。 EW 打撃共役延長鋏8 (補足資料の断層投影)。

ラマン分析は、初期の圧縮性等量ドロマイト結晶（サンプル JH-1）および後期の過圧性の透明なドッグトゥース方解石結晶（サンプル JH-2）内の流体包有物（図 4a）に対して実行されました。流体含有物からの非弾性散乱の取得により、2800〜2950 cm−1のラマンバンド領域に強い信号が明らかになりました。これは、これらの周波数でのラマン活性流体内のC-H伸縮モードと相関しています（図4b）。

(a) サンプル JH-2 内の 1 相 (気体) および 2 相 (気体 + 液体) の流体含有物の画像。 (b) サンプル JH-1 および JH-2 内に炭化水素が存在する証拠を示すラマンスペクトル。

ジャバル・ハフィート背斜の中心部にあるラス層からの 3 つの炭酸塩鉱脈サンプルからは、U-Pb 年代を決定するのに十分な U と放射性 Pb が得られます。サンプル JH-1 は、最も初期の急傾斜の横圧せん断面の 1 つの裾壁内の損傷ゾーンから収集されたドロマイト鉱脈です。サンプル JH-1 からは 21.4 ± 2.3/2.4 Ma (MSWD = 1.20) の U-Pb 年代が得られますが、同じ鉱脈のより広い領域での繰り返し分析では 20.6 ± 1.2/1.3 Ma (MSWD = 1.18) の年代が得られます。 (図5)。サンプル JH-2 は、開破壊継手として再活性化された急傾斜の横滑りせん断面の損傷ゾーンから収集された「ドッグトゥース」方解石結晶で満たされた鉱脈です。方解石セメントからは 8.88 ± 0.44/0.51 Ma (MSWD = 1.19) の年代が得られ、繰り返し分析により 8.45 ± 0.61/0.65 Ma (MSWD = 1.6) の年代が得られます (図 5)。サンプル JH-3 は、複数のせん断/開口イベントを記録した通常のせん断面の損傷ゾーンの静脈から収集されました。正断層内で記録されたせん断再活性化の 2 番目のエピソードは、茶色の繊維状牛肉方解石結晶の層で構成されています。この方解石層の分析では、U-Pb 年代は 1.912 ± 0.075/0.095 Ma (MSWD = 1.21)、繰り返し分析では 1.961 ± 0.086/0.11 Ma (MSWD = 1.6) でした (図 5)。

サンプル JH-1、JH-2、および JH-3 の 208Pb/206Pb 対 238U/206Pb の年齢プロット (86-TW スペース)。元素濃度マップ (ストロンチウムおよびウラン ppm) は静脈セメント画像に重ねられ、LA-ICP-MS によって年代測定された領域を示します。

この研究における LA-ICP-MS U-Pb 年代測定アプローチでは、主要元素データと微量元素データの同時取得を可能にするマッピング技術が採用されています。元の流体組成、砕屑成分（Rb、Ga、V、Zn など）、形成後の流体の侵入、鉱物学的変化、または続成作用のオーバープリンティングに敏感な主要な主要元素および微量元素も取得されました（Drost et al.、2018）。。ドロマイトセメント JH-1 は、特徴的な低濃度のバリウム (< 約 0.5 ppm)、亜鉛 (< 約 1 ppm)、バナジウム (< 約 3 ppm) を生成します (図 6)。対照的に、サンプル JH-2 および JH-3 の方解石脈セメントは、結晶の大きな部分が特徴で、JH-3 ではバリウムが最大 100 ppm 以上、亜鉛が最大 1000 ppm で、これらの金属の濃度が非常に変動します。 JH-2 にはバナジウムが 10 ppm まで含まれています (図 6; 補足資料)。

サンプル JH-1、JH-2、JH-3 のバリウム、亜鉛、バナジウムの元素濃度 (ppm) を示す画像。元素濃度マップの位置は、図 5 の黒い破線のボックスで示されています。

最近の数値モデリング研究では、スタイロライトが炭酸塩の主要な流体源および流体移動経路の 1 つであることが示されています 31。始新世のルス層には、埋没または地殻構造のスタイロライトの証拠がほとんど、またはまったく示されていないため、ルス層のせん断帯内の過圧を引き起こす炭酸塩流体の起源について疑問が生じています。ジャバル・ハフィート背斜全体にわたる炭酸塩シンキネマティックセメントに関するこれまでの岩石学的および同位体調査では、埋没続成変質の段階でのドロマイトセメントの結晶化で始まり、その後後期にドロマイトセメントの結晶化が続いた炭酸塩鉱化の寄生史の可能性が明らかになった。繊維状および犬歯状方解石２４．この続成シーケンスは、中新世初期のドロマイトセメント (サンプル JH-1 のような鞍部ドロマイト結晶) の埋没起源 (δ18OVPDB −12 ``、δ13CVPDB −1 ``)、および中新世後期および更新世のセメント (角柱状) の隕石起源を意味します。サンプル JH-2 および JH-3 などの犬歯状および繊維状の方解石結晶）（δ13CVPDB −12 ``）。

ジャバル・ハフィート背斜の新生代ユニット全体にわたる炭酸塩岩とセメントの 87Sr/86Sr 組成は、0.70766 から 0.7083224 の値を示し、最古のドロマイト鉱脈は最も正の δ13C 値と最小の放射性 Sr 値 c をもたらします。 0.70775。ジャバル・ハフィート構造を切断する静脈からの新生代炭酸セメントの平均 87Sr/86Sr 組成は、白亜紀および新生代の海水 (iec 0.7072 ～ 0.707428) よりもわずかに放射線発生性が高く (c. 0.708)、また、海水由来の流体よりもはるかに放射線発生性が高いです。 Semail オフィオライト (c. 0.70332) などの苦鉄質のソース。しかし、ラス層内で中新世初期の炭酸塩鉱化を引き起こした流体の起源については、依然として議論の余地がある。

機械的パラメータ（例：分子の形状、流量、金属濃度）および物理化学的パラメータ（例：イオン強度、Eh、pH）は、重金属イオンの溶解度および輸送を制御する主な要因です33。サンプル JH-2 のドッグトゥース方解石セメントは、V や Zn などの酸化還元感受性元素の濃度が最大 c であることを特徴としています。それぞれ 10 および 1000 ppm でしたが、サンプル JH-1 および JH-3 のドロマイトおよび繊維状牛肉方解石セメントの濃度は c 未満です。どちらの重金属も 1 ppm (図 6)。これらの濃度の違いは、結晶化時の Eh-pH 条件の違い、または異なる世代の炭酸塩鉱脈の結晶化を引き起こした親流体の化学組成の違いのいずれかの証拠です。ただし、サンプル JH-3 は、Ba 濃度 > c によっても特徴付けられます。 100 ppm、Ba は < c。 JH-1 ドロマイトサンプルでは 0.1 ppm。これまでの研究では、Ba の溶解度は V や Zn などの遷移金属の溶解度とは対照的であり、還元環境では溶解度が増加することが観察されています 34。これらのデータは、JH-1 ドロマイトの結晶化中の酸化還元条件を解決するものではありませんが、JH-3 繊維状ビーフカルサイトの結晶化中に低 Eh 条件が存在する可能性が高いことを示唆しています。ケイ酸塩と硫酸塩の風化は、液体溶液中の重金属イオン濃度の主な制御/原因である可能性が高いため、JH-1 ドロマイトは、ケイ酸塩または硫酸塩を含む岩石に由来するものでも、それらとのイオン交換を受けていない液体から結晶化した可能性があります。

主要な方解石とドロマイトのピークに加えて、c。 1080 および 1100 cm-1 のラマンバンド、c からの流体介在物のラマンスペクトル。 Rus 層の 20 Ma と 8 Ma のセメント相は、2800 ～ 2950 cm-1 のラマンバンド間の狭いスペクトル間隔にある小さなピークによって特徴付けられます。これは、元の流体中にメタンと複雑な炭化水素が存在し、それがルス層における少なくとも初期および後期中新世の地殻セメントの結晶化を引き起こしたことを示しています。これまでの研究 37 では、ラマンスペクトルバンドは炭素濃度ではなく炭化水素の分子構造と塩基基の影響を受け、初期の炭酸塩鉱脈系内の流体包有物のラマンスペクトルは CnH2n+2 飽和炭化水素の信号と類似していることが示されています。したがって、内包物のラマンスペクトルは、中新世初期の流体流動エピソード中にメタンに加えて複合炭化水素の存在を確認します。

始新世のルス層内には拡散性物質移動（すなわちスチロライトの継ぎ目）が存在しないこと、流体包有物内の複雑な炭化水素の存在、および最古の炭酸塩鉱脈（例えばJH-1）の元素組成とSr同位体組成は、親流体源を裏付ける。基礎となる白亜紀の炭酸塩ユニットから。サンプル JH-1 の岩石学的観察と LA-ICP-MS 元素データにより、中新世初期の静脈セットに化学量論に近い初等ドロマイトが存在することが明らかになりました (図 7)。これらのドロマイト結晶は、一定の Mg/Ca 比 c によって特徴付けられます。 0.45、高温盆地流体（> 4500 m、約 120°C24）からの Mg 調達の初期モデルを裏付けています。炭化水素の存在と共運動性炭酸塩セメントの放射性 87Sr/86Sr 組成を組み合わせると、SEAFB と中央オマーン山脈の掩蔽されたオフィオライトとの間の低角剥離による流体経路は除外されます 2 (図 8)。

(a – c) 赤色アリザリンで染色したサンプル JH-1 の透過 (平面偏光) 光薄切片画像。 (d) ドロマイトサンプル JH-1 のカルシウムとマグネシウムの比。

(a) ジャバル・ハフィート構造を横切る南西-北東方向の地震トランセクト (13 から修正、地震線の位置は図 1b に示されている)。赤い実線と破線は、横圧せん断ゾーンの位置を示します（13 からの解釈）。緑の線は、下にある中生代のプラットフォーム (上部白亜紀フィカ層) とその上にある新生代ユニットの間の層序を示しています (13 からの解釈)。 (b) 白亜紀から新生代に入る深い高角逆断層につながる浅い褶曲によって引き起こされるジャバル・ハフィート背斜内の新生代変形の概略モデル。 F.Fm. ファールスフォーメーション、A. Fm. アスマリフォーメーション、D. Fm. ダンマームフォーメーション、R. Fm. ラスフォーメーション。影付きの赤い面は、ラス層内のせん断面を満たす炭酸塩を多く含む流体 (黒い破線の矢印) の経路として機能する横圧断層の考えられる位置を示しています。赤い矢印は、海圧断層の解釈された運動学を示しています。

後期せん断面を充填するセメントの負の δ13C 値 24、サンプル JH-3 の低 V、Zn、高 Ba 濃度、およびサンプル JH-2 の高濃度の重金属は、少なくとも中新世後期以降のシナリオを裏付けています。、変動する酸化還元条件と金属イオンを輸送していた流星流体の影響。ソース流体は、c. で隆起した近隣の吸収されたオフィオライトからの風化ケイ酸塩および硫酸塩物質とイオン交換を受けた可能性があります。 30 Ma38 であり、c で JH-2 脈方解石が結晶化する前にすでに SEAFB39 の上で侵食されていた可能性があります。 8Ma（図8）。

ジャバル・ハフィート構造の新生代の炭酸塩シーケンスは実質的に変成されておらず、地表から 5 km 以内で変形したため 8、したがって主応力は垂直である必要があります 40。ラス層を変形させたせん断面の私たちの分析は、これらの基準を満たしています。彼らはまた、ルス層内の構造的特徴が長期にわたる c の下での syn 褶曲変形によるものであるとする最近の構造解釈 8 にも同意しています。 ENE-WSWの圧縮応力場（図2）は、始新世のユニットを変形させる一連の異なる古応力を支持する以前の解釈とは対照的です23、24、41。私たちの解釈は、隣接するオマーン中央山脈からのENE-WSW圧縮の伝播によって生じるSEAFBの継続的な水平短縮とも一致しています（図1a）。オマーン中央山脈の地殻変動に関する最近のモデルでは、隆起のタイミングを制約するために低温熱年代学が採用されている。 4 つの主要な隆起フェーズが c から検出されました。 70 ～ 20 Ma38、オマーン中央山脈の主要な褶曲およびドーム化/隆起段階は、c. から 20.20 Ma38 の間に制限されています。 40 ヶ月と 20 ヶ月。

しかし、SEAFB の変形履歴には絶対的な時間的制約がないため、アラビア南東部の前地における変形のタイミングと起源について一般的な合意に達することはできませんでした。初期のモデルでは、ジャバル・ハフィート背斜の褶曲は始新世中期に始まり、中新世初期までに終了したと提案されていました22,23,42,43。一方、より最近のジャバル・ハフィート構造の地殻構造の再構築では、中新世中期から中期後期の変形時期が提案されています。 SEAFB8で。しかし、新生代の層序列内での変形の最も初期の証拠は、漸新世のアスマリ層とその上にある不適合な中新世ファルス層との間の角度の不一致（約 10°の地層傾斜の小さな不一致）で構成されており、これは SEAFB の褶曲を示唆している少なくとも c までにはアクティブでした。 20Ma44。下層のアスマリ層と上層のファルス層の間のこの中新世初期の角度の不一致は、20.6 ± 1.2/1.3 Ma のルス層内で観察された共運動学的圧縮せん断現象でサンプル JH-1 から収集された最古の U-Pb 年代と年代が重なっています (サンプル JH-1、図 5)。

ザグロス帯の複雑な褶曲の進化は、中新世の間にその南側のファルス弧で発達したと解釈されている 45。これは、紀元前に始まったアラビアとイランの衝突後の火山活動の U-Pb ジルコン年代測定によってさらに制約されている。 15-13.5Ma46。したがって、中央オマーン山脈には始新世から中新世までの層序的制約が存在しない 38 ことと、それに伴う中新世のザグロス南部での衝突の始まり 45,47 が、ザグロス山脈からの水平短縮の伝播に起因する SEAFB 変形を引き起こした 2,4,13。 18、47、48。

しかし、中新世中期 (約 13 Ma) の U-Pb 年代は、オマーン北部の山脈の共運動学的 (横滑り) 方解石脈から最近得られており 6、おそらく南北方向のザグロス圧縮に関連していると考えられます 6,47,48,49。、オマーン中央山脈の南部構造領域 7 または SEAFB ではまだ記録されていません。対照的に、マクラン帯の変形は c から始まりました。これは、オマーン中央山脈の主な褶曲段階中に発達した北東-南西方向の横滑りせん断面からの 22 ± 4 および 21.5 ± 0.5 Ma の U-Pb 炭酸塩年代と類似した年代です7。これらの年代は、ラス層の JH-1 貫流方解石脈セメントからの U-Pb 年代 20.6 ± 1.2/1.3 Ma の不確実性の範囲内であり、この共層変形により、SEAFB 内の短縮と c の伝播との相関関係が可能になります。マクラン帯からの北東-南西の水平応力。

最も新しい 2 つのサンプルは、中新世後期 (サンプル JH-2; 8.88 ± 0.44/0.51 Ma および 8.45 ± 0.61/0.65 Ma) および更新世 (サンプル JH-3; 1.912 Ma) の横滑りおよびドーミング伸長イベントによって生成されたせん断構造の年代を特定しています。 ± 0.075/0.095 Ma および 1.961 ± 0.086/0.11 Ma)。これらのせん断現象は、SEAFB が c. から一時的な圧縮誘発の折り畳み履歴を経たことを示しています。この断層はその後、ジャバル・ハフィート構造の褶曲とドーミングの進行による重力による伸長変形の次の段階で再活性化された急峻な横圧断層によって支配されました。 SEAFB のこの変形履歴は、外側のマクラン帯と中央オマーン山脈の地殻変動と類似しており、これらすべての地殻変動領域は 7 ～ 8 Ma および 1.5 ～ 2 Ma で北東から南西方向の圧縮と隆起を経験しています (7,52 、この研究）。したがって、私たちの新しいU-Pb年代は、オマーン山脈中央部を通る東マクラン前線に沿った北-南方向のユーラシア-アラビア収束からの残留応力をSEAFBが吸収するという地球力学シナリオを裏付けるものである（図9）。

中新世初期から後期にかけてのアラビアとユーラシアの衝突の地球力学的進化の概略モデル。ザグロス帯とマクラン帯およびイランにおける大陸縁辺、沈み込み帯、地殻構造の位置は次のとおりです3,51。 UAEとオマーンの構造構造は6、52、53、62です。沖合のセメイルオフィオライトの範囲には制限がありません。 NOM オマーン北部山脈、COM 中央オマーン山脈、DSZ ディバせん断帯、NT ネオテティス。赤い星は調査地域の位置を示します。

上記の構造史を、ルス層を切断する静脈セメントの同位体および微量元素の特徴と統合することにより、始新世後期と後期の間の中新世初期以来、優先流体流路として機能する深く根付いた横圧せん断面を備えた SEAFB の構造枠組みを想定することができます。ルス層とその下の石油を含む白亜紀単位（図8）。新しい U-Pb および地球化学データは、SEAFB の変形がマクラン帯からオマーン中央山脈の後背地領域を介して隣接する圧縮応力の遠方場伝達によって引き起こされた可能性があることを示しています。したがって、SEAFBの新生代単位内でザグロス圧縮によって引き起こされた構造の証拠が欠如しているのは、ディバせん断帯の横滑り再活性化によるものである可能性があり、これが作用することによって南北方向のザグロス応力場に適応した可能性があります。側方エスケープゾーンとして6 (図9)。

ジャバル・ハフィート構造内の最も初期の共運動学的ドロマイト鉱化作用の親流体は、白亜紀のより深部の含油単位を供給した深部せん断面に由来すると思われる複雑な炭化水素の存在によって特徴づけられ、新生代の岩石の変形中に再活性化された。 SEAFB。

初期の共運動学的ドロマイト鉱化は、U-Pb 法により 20.6 ± 1.2/1.3 Ma に年代測定されています。 SEAFB の変形が始まったこの日付は、漸新世のアンマン層と中新世のファルス層の間に生じた不一致と年代的に重なっています。

始新世のロシア層内のその後の変形 (共運動学的方解石鉱化) は、紀元前 11 年頃と推定されています。 8.5Maと1.9Ma。

私たちの U-Pb 炭酸塩データは、SEAFB の地殻変動活動を c から 2 まで制約します。２１からｃ． 2Ma であり、オマーン中央山脈の同様の地殻変動の歴史と密接に相関しており、東マクラン前線に沿った南北ユーラシアとアラビアの合流から生じる残留応力を SEAFB が吸収するという地球力学シナリオを裏付けています。

地質年代学的データ、同位体データ、および地球化学データを統合すると、SEAFB の変形構造は圧縮応力の遠距離伝達によるものであり、SEAFB とオマーン中央山脈の間の低角度剥離に沿った応力の伝播には関与していないことが示唆されます。

SEAFB の新生代単位内でザグロス圧縮によって誘発された構造の証拠が欠如していることは、新生代後期の南北方向の圧縮性ザグロス応力場が、ディバせん断帯に沿った正新生中後期中新世の横ずれ再活性化によって適応されたことを示唆している可能性があります。、横方向の避難ゾーンとして機能しました。

この研究は、LA-ICP-MS による元素および同位体比マッピングに基づくシンキネマティック炭酸セメントの統合地質年代学および地球化学分析の有効性を実証し、親流体組成の性質と特定の物質に関連する炭酸塩鉱化年代の両方を決定するのに役立ちます。変形イベント。

顕微ラマン分光法は、Khalifa University で He-Ne レーザー源を備えた WITEC ALPHA 300 RAS システムを使用して実施されました。分析は、サンプル JH-1 および JH-2 内の 1 相 2 相 (液体 + 蒸気) 流体含有物に対して 532 nm の緑色光を使用して実行されました。この分光計は、手動で切り替え可能な 2 つの格子 (1,800 および 600 R/mm) と、ペルチェ空気循環冷却を備えた CCD 検出器 (256 × 1024 ピクセル) を採用しています。 100 倍の空気対物レンズを使用し、レーザースポットは c でした。直径1μm。レーザーパワーはラマンシフトへの加熱効果を避けるために慎重に制御され、1800 溝/mm の回折格子が使用され、これにより c.2 のスペクトル分解能が得られました。 0.7cm−1。ラマンシフトは、標準のSi基板からの520.7cm-1を中心とするピークを使用して校正されました。

直径 25 mm のエポキシマウント内の研磨された岩石スラブを、イメージング戦略を使用して、特徴的な主要元素と微量元素、および U および Pb 同位体について分析しました。分析は、ダブリントリニティカレッジの地質学部で、Agilent 7900 四重極 ICP-MS に接続された Photon Machines Analyte Excite 193 nm ArF エキシマレーザーアブレーションシステムを使用して実施されました。

一般的な分析およびデータ処理ルーチンは、Drost et al. に記載されています。（2018）一方、レーザーアブレーションおよびICP-MSシステムの具体的な詳細は補足表1に示されています。データ処理は、アドオンMonocleを含むIolite 3.654で行われました（Petrus et al。、2017）。 NIST614 は、元素組成と U-Pb データの両方を正規化するための主要な標準物質として使用されました。次に、方解石標準物質 WC-155 を使用して U-Pb データをマトリックスマッチングしました。私たちのサンプルの 1 つ (JH1) はスパリードロマイト鉱脈ですが、適切なドロマイト参照物質が不足しているため、マトリックスマッチングでは方解石参照物質 WC-1 を使用しました。ドロマイトと方解石のアブレーション収量の違いにより、年代計算の精度が損なわれる可能性があります56。ただし、（静的スポットアブレーションの代わりに）線形ラスターを適用すると、ダウンホールの分割が最小限に抑えられ、それに関連する年齢オフセットが最小限に抑えられます。したがって、ドロマイト鉱脈の計算された U-Pb 年代は、報告されている不確実性の範囲内で正確であると仮定します。

レーザーサンプリングでは、元素、元素比、同位体比マップにまとめられた連続線形ラスターのアブレーションを使用しました。ちらつきノイズの影響と、1 つの積分サイクル (または質量掃引) 中のさまざまなアブレーション部位の連続サンプリングの影響を軽減するために、元の信号を 4 つの積分サイクル (ほとんどの実験、5 つまで - FA2 メイン実行、補足表 1) にわたって平均します。これは、マップの 1 つのピクセル (= 1 つのタイムスライス) が 4 (～5) の元の積分サイクルで表されることを意味します。これにより、ピクセル幅は 60 µm (4 × 500 ms の積分 = タイムスライスあたり 2 秒) (FA2 メイン実行: 45 µm、5 × 300 ms = タイムスライスあたり 1.5 秒) となり、ピクセルの高さは決定されます。 95μmのレーザースポットサイズによる。

特徴的な主要元素、微量元素、および微量元素が、U および Pb 同位体とともに測定されました。地図内のピクセルに関連付けられたデータのフィルタリングは、化学的および組織的に異なるドメインからピクセルを分離するために特定の地球化学的基準を適用することによって行われました。ただし、LA-Q-ICP-MS による比較的高いμ（238U/204Pb）を持つ非常に若い炭酸塩サンプル（ここでは JH-2 および JH-3）の U-Pb 年代測定は、このような炭酸塩サンプルでは放射性 Pb の濃度が低いため困難です。これは、Q-ICP-MS システムの感度が多少制限されているためです。したがって、Pb 同位体、特に 207Pb および 208Pb が検出されない場合は、バックグラウンドレベルを超える Pb 同位体信号をフィルタリングするためのさらなる選択基準の使用が必要でした。選択基準と選択されたピクセル (緑色で表示) の詳細は、データテーブルで提供されます。

次に、等時線図上のデータの可能な最大の広がりを取得するのに適したチャネルの経験的累積分布関数 (ECDF) を使用して、選択されたピクセルが「擬似分析」にプールされました。この研究では、207Pb/235U 比がプールに使用されました。したがって、Monocle57 では外れ値補正が適用されないため、Tera-Wasserburg データにはプールによるアーティファクトが含まれる可能性があり (207Pb の計数率が低いため)、したがって 86-TW 回帰から取得された日付が優先されます。

不確かさの伝播は、59 によって提案された修正を加えた 58 の推奨事項に従い、2 秒 (95% 信頼水準) で引用されます。最初に引用された不確かさは、データポイントの不確かさ、一次標準物質比の加重平均の不確かさ、およびそれらの値を含むセッション全体の推定値です。余分な散乱。 2 番目の不確実性には、WC-1 の基準年齢に関する不確実性、238U の崩壊定数に関する不確実性、QC 材料の結果に基づく実験室固有の長期再現性などの体系的な不確実性がさらに含まれます。

一般的な分析およびデータ処理プロトコルは 60 に記載されており、分析方法と操作条件の具体的な詳細は補足の表 1 に示されています。すべての U-Pb 年代は、86-TW 空間のアンアンカーモデル 1 回帰から導出されています 61。 Tera-Wasserburg コンコルディアの修正 (208Pbcommon/206Pbtotal 対 238U/206Pbtotal)。

サンプルとデータの取得場所、U-Pb および地球化学データ表、分析技術は補足資料に記載されています。

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この出版物は、アイルランド科学財団 (SFI)、環境保護庁 (EPA)、およびアイルランド地質調査所 (GSI) からの研究助成金 (Investigators Program Grant Number 15/IA/3024) に基づく研究によって支援されています。ハリファ大学、KU プロジェクト RCII-2019-007 (A. Ceriani および A. Decarlis)、KU プロジェクト CIRA-2019-203 (T. Steuber、A. Ceriani)、KU プロジェクト CIRA-2021-048 (A. Ceriani およびA. デカーリス）。

アラブ首長国連邦、アブダビ、ハリファ科学技術大学地球科学科

フランチェスコ・アルボワ、アレッサンドロ・デカルリス、ドミニク・ヘンヘーファー、アンドレア・チェリアーニ

CO2 および H2 に関する研究イノベーションセンター (RICH)、ハリファ科学技術大学、アブダビ、アラブ首長国連邦

フランチェスコ・アルボワ、アレッサンドロ・デカルリス、アンドレア・チェリアーニ

トリニティ・カレッジ・ダブリン自然科学部地質学科、ダブリン2、アイルランド

カースティン・ドロスト & デヴィッド・チュー

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FA と AD による原稿の概念化。 FA、AD、ACによるサンプルおよびフィールドデータの収集。 FAによる構造データ解析。 KDとFAによる分析データの取得。 FA と KD によるデータ調査と書き込み。著者全員による原稿の編集、改訂、作品の再デザイン。

フランチェスコ・アルボイトへの通信。

著者らは競合する利害関係を宣言していません。

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転載と許可

アーボイト、F.、ドロスト、K.、デカーリス、A. 他。新生代のユーラシアとアラビアの融合がアラビア南東部前地盆地に及ぼす影響: 共運動学的炭酸塩鉱化作用による新たな地質年代学的および地球化学的制約。 Sci Rep 13、4387 (2023)。 https://doi.org/10.1038/s41598-023-31611-x

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受信日: 2023 年 1 月 17 日

受理日: 2023 年 3 月 14 日

公開日: 2023 年 3 月 16 日

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-31611-x

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