DOI: https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2026.105446
تاريخ النشر: 2026-03-11
المؤلف: Elias J. Rugen وآخرون
الموضوع الرئيسي: التحليل الجيولوجي والجيوكيميائي
نظرة عامة
تعمل مجموعة دالريدين كأرشيف شامل للزركون المتفكك، وهو أمر حاسم لفهم تطور النيو بروتيروزويك إلى أوائل الباليوزويك على هامش لورنتيا الشرقي. تدمج هذه الدراسة مجموعات البيانات الموجودة مع تحليلات لـ 22 عينة جديدة، كاشفة عن إطار متماسك حيث تتوافق التحولات في طيف أعمار الزركون المتفكك مع التحولات التكتونية والمناخية الهامة التي أثرت على عمليات ترسيب الحوض. تشير الترسيبات المبكرة، الممثلة بمجموعات غلينشيررا، غرامبيان، وأبين، إلى انتقال من مصدر قاعدي محلي رينيان (~1800 مليون سنة) إلى إشارة غرينفيل السائدة (~1300-1000 مليون سنة)، مما يدعم نموذج حوض أمامي يتميز بمصادر قاعدية قريبة ورواسب قديمة أعيد تشكيلها من حزام كنويدارتيان الأوروجيني.
لقد أدى بدء تجمد الكريوجين إلى تعطيل هذا النظام الرسوبي بشكل ملحوظ، كما يتضح من تشكيل بورت أساكيغ، الذي يمثل تدفقًا كبيرًا من الزركونات الأركيانية والباليو بروتيروزويك المستمدة من التآكل الجليدي للقارة لورنتيا. كان هذا التدفق عابرًا، حيث عاد إمداد الرواسب بسرعة إلى توقيع مهيمن من غرينفيل بعد التجمد. تعكس الترسيبات اللاحقة داخل مجموعات أرجايل والمرتفعات الجنوبية استمرار الانكسار وإعادة تنظيم الحوض، مما يؤدي إلى زيادة تنوع الزركون وظهور أحواض فرعية متميزة. تمتد أحدث تسلسلات دالريدين بسجل رسوبي إلى أوائل الأردوفيشي، مع الحفاظ على انتماء لورنتي مهيمن في أطياف الزركون المتفكك. تؤكد هذه الدراسة على فائدة مصدر الزركون المتفكك في توضيح التفاعل المعقد بين التكتونيات والمناخ وتوجيه الرواسب على مدار التاريخ الجيولوجي، خاصة فيما يتعلق بتجمد الكريوجين العالمي وتطور هامش الإيابيت.
مقدمة
تمثل مجموعة دالريدين، الواقعة في اسكتلندا وأيرلندا، تسلسلًا رسوبيًا مهمًا من النيو بروتيروزويك إلى أوائل الباليوزويك الذي يقدم رؤى حول التاريخ الجيولوجي لهامش لورنتيا الشرقي، بما في ذلك تشكيل وتفكك القارة العظمى رودينيا وتطور محيط الإيابيت. على الرغم من الأبحاث المكثفة، لا تزال هناك أسئلة حاسمة تتعلق بمحركات التكتونية لبدء الحوض، ومصدر الرواسب، وتأثير العوامل المناخية والجيومورفية على إمداد الرواسب. تهدف هذه الدراسة إلى دمج مجموعات بيانات الزركون المتفكك U-Pb الموجودة، جنبًا إلى جنب مع بيانات جديدة من 22 عينة بإجمالي 2,379 حبة زركون تم تحليلها، لتحسين التوافقات الطبقية، وإعادة تقييم السياق الباليجغرافي، وتقييم التحولات في مصدر الرواسب خلال تطور الحوض.
يتزامن إدخال مجموعات الزركون المتفكك الأركياني-الباليو بروتيروزويك في تشكيل بورت أساكيغ مع بدء التجمد العالمي، مما يشير إلى تحول كبير في المصدر مرتبط بديناميات الصفائح الجليدية. تشمل الآليات المقترحة القدرة التآكلية للصفائح الجليدية متعددة الحرارة، التي قد تكون قد حفرت من خلال الأغطية الرسوبية لكشف مصادر القاعدة البلورية، وبالتالي تحرير حبات الزركون. تفترض هذه الدراسة أن تجمد ستورتيان سهل نقل هذه الحبات القديمة من القارات البعيدة إلى حوض دالريدين، مما يمثل تغييرًا محوريًا في مصدر الرواسب. تؤكد النتائج على التفاعل المعقد بين التجمد والتكتونيات وتوجيه الرواسب، مما يساهم في المناقشات المستمرة حول العمليات الجيولوجية التي تشكل هوامش المحيط الإيابيت المبكرة.
طرق
في هذه الدراسة، تم إجراء فصل المعادن، والتصوير، والتحليل بشكل أساسي في مركز لندن لعلم الجيوكرونولوجيا، مع إجراء تحليلات إضافية في جامعة بورتسموث، وجامعة ستيلينبوش، وكلية ترينيتي في دبلن، باستخدام منهجيات مماثلة. تم الحصول على فواصل الزركون من حوالي 5 كجم من عينات الصخور باستخدام تقنيات الفصل السائل الثقيل والمغناطيسي القياسية. تم تضمين فواصل الزركون المحضرة في الإيبوكسي، وطحنها، وتلميعها إلى نصف السماكة للتحليل باستخدام جهاز Agilent 7900 ICP-MS المرتبط بنظام ليزر الإزالة NewWave NWR193. تم استخدام حجم بقعة 25 ميكرومتر، ومعدل تكرار 10 هرتز، و ~2.2 جول/سم² من الفلونس للإزالة بالليزر.
تمت معالجة النسب النظيرية باستخدام برنامج GLITTER 4.4.2، مع الإشارة إلى زركون بليشوفيتس كمعيار عمر رئيسي وGJ-1 و91,500 كمعايير ثانوية، مما أسفر عن أعمار متوسطة تبلغ 598.5 ± 3 مليون سنة (MSWD 1.3، n = 22) و1054.5 ± 6 مليون سنة (MSWD 1.3، n = 17)، على التوالي. كانت زجاجة NIST SRM612 هي المرجع العنصري لتركيزات اليورانيوم والثوريوم. تم حساب أعمار الكونكورديا كأقصى تقاطع محتمل لمنحنى الكونكورديا مع بيضة الخطأ لنسب 207Pb/235U و206Pb/238U، مع تحديد حد عدم التوافق عند -2/+7%. جميع الأعمار المبلغ عنها هي أعمار كونكورديا مع ±2σ من عدم اليقين المستمد من النسب النظيرية، ومجموعة البيانات الكاملة متاحة في البيانات التكميلية.
مناقشة
توضح قسم المناقشة في ورقة البحث الإعداد التكتوني وتطور القشرة لمصادر محتملة لمجموعة دالريدين، مع التركيز على تشكيلها عند تقارب القارات القديمة لورنتيا، بالتكا، وأمازونيا حوالي 1.0 مليار سنة، مما ساهم في تجميع القارة العظمى رودينيا. تسلط الورقة الضوء على التاريخ التكتوني-المغناطيسي المعقد لهذه القارات القديمة، مما يعقد تحديد مصادر التفكك المحددة. بشكل ملحوظ، تم تحديد لورنتيا بالتكا كمساهمين رئيسيين في التفكك إلى دالريدين، مع أحداث جيولوجية هامة مثل الأوروجينية غرينفيل-سفيكونورويجية حوالي 1.1 مليار سنة والأنشطة المغناطيسية اللاحقة التي تؤثر على إمداد الرواسب.
تناقش القسم أيضًا العمارة الرسوبية لمجموعة دالريدين، التي تتميز بحوض يتجه من الشمال الشرقي إلى الجنوب الغربي يتماشى مع الشاطئ القديم الإيابيت. تشير بيانات التيارات القديمة إلى انتشار الرواسب من الشمال الغربي والجنوب الغربي، مما يشير إلى مصادر لورنتية. كانت تطبيقات علم الجيوكرونولوجيا U-Pb للزركون المتفكك حاسمة في تحسين فهم عمر ترسيب دالريدين ومصدره، كاشفة عن تحولات في مجموعات أعمار الزركون المتفكك التي تتوافق مع أحداث جيولوجية هامة، بما في ذلك تفكك رودينيا. وقد وسعت الدراسات الحديثة مجموعة البيانات، مؤكدة وجود مصادر لورنتية وغرينفيلية، وأقامت توافقات طبقية عبر مجموعة دالريدين، على الرغم من التحديات التي تطرحها التعقيدات الهيكلية والرقابة الجيولوجية المحدودة.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2026.105446
Publication Date: 2026-03-11
Author(s): Elias J. Rugen et al.
Primary Topic: Geological and Geochemical Analysis
Overview
The Dalradian Supergroup serves as a comprehensive detrital zircon archive, crucial for understanding the Neoproterozoic to early Palaeozoic evolution of the eastern Laurentian margin. This study integrates existing datasets with analyses of 22 new samples, revealing a coherent framework where shifts in detrital zircon age spectra correlate with significant tectonic and climatic transitions that influenced basin depositional processes. Early sedimentation, represented by the Glenshirra, Grampian, and Appin groups, indicates a transition from a local Rhinnian basement provenance (~1800 Ma) to a dominant Grenville signal (~1300-1000 Ma), supporting a foreland basin model characterized by proximal basement sourcing and reworked older sediments from the uplifted Knoydartian orogenic belt.
The onset of Cryogenian glaciation notably disrupted this sedimentary regime, as evidenced by the Port Askaig Formation, which marks a significant influx of Archaean and Palaeoproterozoic zircons sourced from glacial erosion of the Laurentian craton. This influx was transient, with sediment supply quickly reverting to a Grenville-dominated signature post-glaciation. Subsequent deposition within the Argyll and Southern Highland groups reflects ongoing rifting and basin reorganization, leading to increased zircon diversity and the emergence of distinct sub-basins. The youngest Dalradian successions extend the sedimentary record into the Early Ordovician, maintaining a dominant Laurentian affinity in their detrital zircon spectra. This study underscores the utility of detrital zircon provenance in elucidating the complex interplay of tectonics, climate, and sediment routing throughout geological history, particularly in relation to global Cryogenian glaciation and the development of the Iapetan margin.
Introduction
The Dalradian Supergroup, located in Scotland and Ireland, represents a significant Neoproterozoic to early Palaeozoic sedimentary succession that offers insights into the geological history of the eastern Laurentian margin, including the formation and breakup of the supercontinent Rodinia and the evolution of the Iapetus Ocean. Despite extensive research, critical questions remain regarding the tectonic drivers of basin initiation, sediment provenance, and the influence of climatic and geomorphic factors on sediment supply. This study aims to synthesize existing detrital zircon U-Pb datasets, alongside new data from 22 samples totaling 2,379 analyzed zircon grains, to refine stratigraphic correlations, reassess the palaeogeographic context, and evaluate shifts in sediment provenance during the basin’s evolution.
The introduction of Archaean-Palaeoproterozoic detrital zircon populations in the Port Askaig Formation coincides with the onset of global glaciation, suggesting a significant provenance shift linked to ice-sheet dynamics. Mechanisms proposed include the erosive capacity of polythermal ice sheets, which may have incised through sedimentary covers to expose crystalline basement sources, thereby liberating zircon grains. This study posits that the Sturtian glaciation facilitated the transport of these ancient zircon grains from distant cratons to the Dalradian basin, marking a pivotal change in sediment provenance. The findings underscore the complex interplay between glaciation, tectonics, and sediment routing, contributing to ongoing discussions about the geological processes shaping the early Iapetus Ocean margins.
Methods
In this study, mineral separation, imaging, and analysis were primarily conducted at the London Geochronology Centre, with additional analyses performed at the University of Portsmouth, Stellenbosch University, and Trinity College Dublin, employing similar methodologies. Zircon separates were obtained from approximately 5 kg of rock samples using standard heavy liquid and magnetic separation techniques. The prepared zircon separates were then embedded in epoxy, ground, and polished to half-thickness for analysis using an Agilent 7900 ICP-MS coupled with a NewWave NWR193 Excimer laser ablation system. A 25 μm spot size, 10 Hz repetition rate, and ~2.2 J/cm² fluence were utilized for the laser ablation.
Isotopic ratios were processed using GLITTER 4.4.2 software, referencing Plešovice zircon as the primary age standard and GJ-1 and 91,500 as secondary standards, resulting in mean ages of 598.5 ± 3 Ma (MSWD 1.3, n = 22) and 1054.5 ± 6 Ma (MSWD 1.3, n = 17), respectively. The NIST SRM612 glass served as the elemental reference for uranium and thorium concentrations. Concordia ages were calculated as the maximum likelihood intersection of the concordia curve with the error ellipse of the 207Pb/235U and 206Pb/238U ratios, with a discordance cut-off set at -2/+7%. All reported ages are concordia ages with ±2σ uncertainties derived from isotopic ratios, and the complete dataset is available in the Supplementary Data.
Discussion
The discussion section of the research paper outlines the tectonic setting and crustal evolution of potential source terranes for the Dalradian Supergroup, emphasizing its formation at the convergence of the ancient continents Laurentia, Baltica, and Amazonia around 1.0 Ga, which contributed to the assembly of the supercontinent Rodinia. The paper highlights the complex tectono-magmatic histories of these palaeocontinents, complicating the identification of specific detrital sources. Notably, Laurentia and Baltica are identified as the primary contributors of detritus to the Dalradian, with significant geological events such as the Grenville-Sveconorwegian orogenesis around 1.1 Ga and subsequent magmatic activities influencing sediment supply.
The section further discusses the sedimentary architecture of the Dalradian Supergroup, characterized by a NE-SW trending basin that aligns with the Iapetan palaeo-shoreline. Palaeocurrent data indicate sediment dispersal from both the northwest and southwest, suggesting Laurentian sources. The application of detrital zircon U-Pb geochronology has been pivotal in refining the understanding of the Dalradian’s depositional age and provenance, revealing shifts in detrital zircon age populations that correlate with significant geological events, including the breakup of Rodinia. Recent studies have expanded the dataset, confirming the presence of Laurentian and Grenvillian sources and establishing stratigraphic correlations across the Dalradian Supergroup, despite challenges posed by structural complexities and limited geochronological control.