蘇魯造山帶巖漿巖的鋯石U－Pb定年及構造意義

姜慧超，王緒誠，周祖翼，闕曉銘

（1.中國地質(zhì)大學 海洋學院，北京100084；2.同濟大學 海洋地質(zhì)國家重點實驗室，上海200092）

大別－蘇魯造山帶，因出露典型的高壓／超高壓巖石而成為研究俯沖碰撞過程的熱點地區(qū)之一，研究取得了豐富的成果［1－4］.由于造山折返和深層剝露作用，所以通過造山帶基底來研究這一地區(qū)前寒武紀構造事件成為可能，比如新元古代Rodinia超大陸的形成和裂解就是其中之一.陸松年等［5］認為，揚子板塊約于850Ma通過晉寧運動完成了由活動向穩(wěn)定狀態(tài)的轉(zhuǎn)變，南華紀裂解型巖漿巖及震旦系冰磧巖反映了超大陸新元古代的陸內(nèi)拉張環(huán)境.鄭永飛等［6］將華南新元古代巖漿巖歸結為820Ma和750 Ma兩個時期，其形成環(huán)境與區(qū)域裂解和地幔熱量上涌有關.本文選擇蘇魯造山帶南部的新元古代花崗巖（連云港錦屏山花崗巖）和火山巖（張八嶺群西冷組與海州群云臺組）如圖1所示，通過LA－ICP－MS激光剝蝕等離子質(zhì)譜儀進行鋯石U－Pb年代學和地球化學等分析，并綜合區(qū)域上現(xiàn)有的資料［7－14］，分析了Rodinia超大陸裂解事件在蘇魯造山帶南部的巖漿活動記錄，并為這一地區(qū)進行地層時代劃分提供了新的年代約束.

1 區(qū)域地質(zhì)背景

圖1 蘇魯造山帶南部與張八嶺地區(qū)地質(zhì)簡圖及采樣點分布Fig.1 Geological sketch map and sample locations in the southern Sulu orogenic belt

蘇魯造山帶高壓／超高壓單元出露較為完整［15］，包括南蘇魯高壓低溫變質(zhì)巖帶、南蘇魯高壓中溫變質(zhì)巖帶、北蘇魯超高壓表殼變質(zhì)巖帶和北蘇魯超高壓花崗變質(zhì)巖帶.南蘇魯高壓藍片巖帶大致以響水－淮陰－廬江斷裂為南界，海州—泗陽斷裂組成其北界，包括張八嶺（張八嶺群）、連云港—灌云（海州群）等露頭區(qū)見圖1，這一變質(zhì)帶以出現(xiàn)藍閃石、凍藍閃石和文石等高壓礦物為特征.張八嶺隆起位于郯廬斷裂與滁河斷裂之間，Liou等［16］把這一構造帶劃入藍片巖帶，區(qū)域上可以與大別造山帶的宿松群、紅安群以及蘇魯造山帶的海州群相對比.張八嶺隆起主要由張八嶺群組成，傳統(tǒng)上將其劃入中元古代，包括西冷組和北將軍組.北將軍組主要分為三段：下段為厚層大理巖化的細晶灰?guī)r，中段為砂質(zhì)千枚巖、條帶狀絹云石英片巖和綠泥石英片巖，上段為絹云石英千枚巖、砂質(zhì)千枚巖和絹云石英片巖；西冷巖組下段為石英角斑巖，中段為石英片巖及石英角斑質(zhì)凝灰?guī)r夾藍片巖，上段為凝灰質(zhì)千枚巖及凝灰質(zhì)變粉砂巖等，西冷組是張八嶺隆起的主體［17］.張八嶺隆起變質(zhì)火山巖（原巖為細碧角斑巖）的Rb－Sr等時線年齡為（730±50）Ma，鋯石 U－Pb年齡為864Ma，區(qū)域上可與宿松群的石英角斑巖進行對比［18］.汪迎平等［19］報道了西冷組鋯石蒸發(fā)法年齡為（975±31）Ma和（927±24）Ma.位于連云港—灌云地區(qū)的海州群，傳統(tǒng)上將其劃入中－新元古代，包括錦屏組和上部的云臺組，區(qū)域上可與大別造山帶的宿松群和紅安群相對比［13，20］.錦屏組下部為白云片巖夾大理巖、大理巖、石英巖和磷灰?guī)r等，中部為鈣質(zhì)云母片巖，上部為白色大理巖，地層中廣泛分布有基性侵入巖；云臺組由變質(zhì)火山巖組成，以白云石英片巖、石英巖、藍晶石英片巖和角閃片巖等為主.根據(jù)鋯石U－Pb年齡814～740Ma，認為海州群錦屏組變質(zhì)火山巖形成于新元古代［13，21］.湯加富等［20］指出，云臺組這套海相細碧－角斑巖可以與張八嶺群的西冷組對比，根據(jù)鋯石U－Pb年齡（929Ma）將其劃入新元古代；王秀麗等［13］分別應用稀釋法、蒸發(fā)法獲得了云臺組片巖中碎屑鋯石的U－Pb年齡為800～740Ma，由此將云臺組劃入新元古代中期；Hacker等［14］測得連云港海州群片巖的鋯石U－Pb上交點年齡為795Ma.

2 樣品采集與分析方法

巖石樣品采自連云港—灌云地區(qū)和張八嶺隆起的新鮮露頭，包括片麻狀花崗巖和變質(zhì)火山巖，每件樣品重約3～4kg，其中4件用于鋯石U－Pb分析，11件樣品用于全巖化學分析，這些樣品的采樣位置分布見圖1.樣品破碎、礦物分選在河北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所完成.將3～4kg巖石經(jīng)過常規(guī)的碎樣篩分后，粉末樣品用于全巖化學分析；篩分后的粒狀碎屑物經(jīng)過淘洗、磁選和重液分選后，雙目鏡下人工挑選顆粒較大、晶形較好的300個鋯石顆粒用于鋯石U－Pb分析.鋯石制靶和陰極發(fā)光（CL）顯微照相在中科院地質(zhì)與地球物理研究所完成.

鋯石U－Pb定年在中國地質(zhì)大學（武漢）地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點實驗室完成.使用的激光剝蝕等離子體質(zhì)譜儀（LA－ICP－MS），其激光剝蝕系統(tǒng)為GeoLas 2 005，等離子體質(zhì)譜儀為Agilent 7 500 a.激光能量為70MJ，頻率為8Hz，激光束斑直徑32μm.分析使用2個質(zhì)量監(jiān)控樣與5個鋯石U－Pb待測樣交替進行，同時包括樣品10個微量元素的測試分析.測試分析中采用He作為剝蝕物質(zhì)的載氣，同位素比值校正根據(jù)標樣鋯石91 500m（206Pb）／（m238U）年齡值為1 062Ma［22］）.同位素數(shù)據(jù)處理采用ICPMSDataCal（5.2）軟件進行，年齡計算及成圖采用ISOPLOT（3.7）軟件［23］進行，加權平均年齡采用m（206Pb）／m（238U）年齡，其加權平均的誤差為σ.全巖化學分析在國土資源部武漢礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心完成，主量元素由X熒光光譜儀（Magix＿pro2440）測試，微量和稀土元素由等離子直讀光譜儀（JY38S）測試，測試分析結果見表1.

3 鋯石U－Pb定年結果

變質(zhì)火山巖LYG06采自連云港海州群云臺組（N34°44.286′，E119°25.383′）的新鮮露頭，主體巖性為淺灰綠色片巖.鋯石顆粒大小為80～200μm，無色透明或略帶褐色，柱狀鋯石長寬比為1：1～3：1.這些鋯石發(fā)育振蕩環(huán)帶.根據(jù)18個鋯石22激光點的分析結果如圖2所示，除去一個Pb丟失的鋯石年齡，其余數(shù)據(jù)均落在諧和線上或附近形成了兩組等時線年齡及模式年齡的加權平均方差（MSWD）.其中一組包括環(huán)帶與核的m（206Pb）／m（238U）加權平均年齡為（800.8±7.8）Ma（MSWD＝3.4，樣本數(shù)N＝19）；另一組來自兩個鋯石核部的m（206Pb）／m（238U）加權平均年齡為（885.0±19.0）Ma（MSWD＝0.008，N＝2）.這些鋯石的 U質(zhì)量分數(shù)為20×10－6～152×10－6，Th為28.7×10－6～206.0×10－6，硅酸鹽m（Th）／m（U）值為0.86～3.08，屬于巖漿成因的鋯石［24］.

變質(zhì)火山巖ZBL108采自張八嶺滁州三灣村（N32°33.888′，E118°22.978′），主體巖性為糜棱巖化片巖，定向組構發(fā)育.其鋯石顆粒大小為80～200 μm，無色透明或略帶褐色，鋯石呈短柱狀，長寬比為1：1～2：1，振蕩環(huán)帶發(fā)育.根據(jù)21個鋯石23個激光點的分析結果見圖2，2個顆粒存在明顯的Pb丟失，其余鋯石環(huán)帶和核部的數(shù)據(jù)均落在諧和線上或附近.計算得 m（206Pb）／m（238U）平均年齡為（751.6±7.1）Ma（MSWD＝5.5，N＝21）.鋯石 U 含量為23.7×10－6～357.0×10－6，Th為22.7×10－6～323.1×10－6硅酸鹽 m（Th）／m（U）值為0.70～2.06，表現(xiàn)為巖漿鋯石的特點.

變質(zhì)火山巖ZBL109采自張八嶺滁州石橋水庫附近（N32°33.925′，E118°22.468′），巖性為灰色糜棱巖化長英質(zhì)云母片巖.鋯石顆粒大小為60～120 μm，無色透明或略帶褐色，短柱狀鋯石長寬比約1∶1～2∶1，這些鋯石發(fā)育振蕩環(huán)帶.12個鋯石16個激光點的分析結果顯示見圖2，10個激光點存在明顯的Pb丟失，其余數(shù)據(jù)均落在諧和線上或附近.計算6粒諧和鋯石的m（206Pb）／m（238U）平均年齡為（757.0±12.0）Ma（MSWD＝1.4，N＝6），根據(jù)全部鋯石獲得了（767.0±15.0）Ma（MSWD＝14，N＝13）的上交點年齡.這些鋯石仍然是巖漿鋯石，其U質(zhì)量分數(shù)為62.4×10－6～283.0×10－6，Th的質(zhì)量分數(shù)為74.9×10－6～508.0×10－6，硅酸鹽m（Th）／m（U）值為1.11～2.21.

片麻狀花崗巖LYG09采自連云港錦屏山（N34°33.696′，E119°08.108′），主體巖性為淺紅色中粗粒片麻狀花崗巖.鋯石顆粒較大，粒徑在200μm以上，無色透明或略帶褐色，柱狀鋯石的長寬比為2：1～3：1，它們均發(fā)育振蕩環(huán)帶.根據(jù)16個鋯石22個激光點的分析結果見圖2，鋯石在諧和線上大致可以分成3組年齡，最大年齡（901±18）Ma與最小年齡（747±14）Ma盡管只有一個數(shù)據(jù)，但它們與晉寧期碰撞造山和火山巖形成時代比較一致.該樣品理想的一組包括環(huán)帶與核部的m（206Pb）／m（238U）加權平均年齡為（806±14）Ma（MSWD＝9.7，N＝18），代表了云臺組巖漿活動的年齡或者與變質(zhì)火山巖的地層年齡相當.定年鋯石的 U含量為13.8～613.0×10－6，Th的質(zhì)量分數(shù)為21.9×10－6～132.0×10－6，硅酸鹽m（Th）／m（U）比為0.86～2.06，表明是巖漿鋯石的特點.

總體而言，張八嶺隆起兩個變質(zhì)火山巖的鋯石U－Pb年齡（751.6±7.1）Ma，（767±15）Ma與肥東西山驛片麻狀花崗巖獲得的鋯石U－Pb年齡785±10Ma［25］是一致的，區(qū)域上代表了新元古代（750～785Ma）一次重要的構造巖漿事件，也表明張八嶺群西冷組形成于新元古代而不是中元古代.對于連云港—灌云地區(qū)的海州群的變質(zhì)火山巖，其鋯石U－Pb年齡（800.8±7.8）Ma與片麻狀花崗巖的巖漿時代（806±14）Ma是一致的，同時存在（747±14）Ma零星的鋯石 U－Pb年代記錄.綜合前人［26－28］從蘇魯造山帶內(nèi)新元古代巖漿巖獲得的鋯石U－Pb數(shù)據(jù)，包括7個花崗巖的年齡為（672±4）Ma、（742±9）Ma、（747±14）Ma、（752±9）Ma、（757±6）Ma、（758±5）Ma、（818±10）Ma以及1個輝長巖年齡為（738±10）Ma，本文認為（820～740）Ma是蘇魯造山帶南部一次重要的構造巖漿活動期，這一構造期有別于晉寧期碰撞造山期獲得的年齡記錄901～885Ma.此外，本文從海州群云臺組測得的變質(zhì)火山巖年齡（800.8±7.8）Ma與前人獲得的鋯石U－Pb年齡相差不大800～740Ma［13，21］.

表1 變質(zhì)火山巖和花崗巖的全巖化學分析結果Tab.1 Whole rock geochemical analyses of metavolcanic rocks and granites

圖2 海州群云臺組變質(zhì)火山巖（LYG06）、錦屏山片麻狀花崗巖（LYG09）及張八嶺群西冷組變質(zhì)火山巖（ZBL108，ZBL109）的鋯石U－Pb諧和圖Fig.2 U－Pb Concordia diagrams for metavolcanic rocks of Yuntai Formation （LYG06）and Xileng Formation（ZBL108，ZBL109），and for the granite（LYG09）

4 巖石化學與構造環(huán)境分析

全巖化學分析數(shù)據(jù)列于表1.綜合前人等成果［12，21，26，29］，研究區(qū)新元古代的花崗巖和變質(zhì)火山巖以高鉀鈣堿性系列為主，具有富SiO2（含量70%～80%）、富堿（K2O含量2.5%～5.9%，Na2O含量2.4%～6.7%）、低 MgO（含量0.01%～0.62%）以及低Ni、Cr等特點.這些巖漿巖表現(xiàn)出一致的輕稀土富集、重稀土虧損的右傾型配分模式，m（LREE）／m（HREE）＝1.748～6.036，它們不同程度地顯現(xiàn)負銪異常，花崗巖δ（Eu）（銪異常的程度）為0.17～0.62，變質(zhì)流紋巖δ（Eu）為0.34～0.92.本文將連云港花崗巖與蘇魯造山帶內(nèi)同期花崗巖（816～693）Ma［12，26，29］一并進行構造環(huán)境分析，它們總體上顯現(xiàn)伸展環(huán)境A型花崗巖的特點見圖3.通過對本文以及蘇魯花崗巖數(shù)據(jù)［12，26，29］進行 ORG（大洋中脊花崗巖）標準化，它們表現(xiàn)出 Rb、Th、Nb富集、Ta、Ce、Y虧損，以及Ba變化較大等特點見圖4，這種蛛網(wǎng)模式符合Pearce等［30］提出的碰撞后板內(nèi)伸展環(huán)境下形成的花崗巖.本文11件海州群云臺組、張八嶺群西冷組變質(zhì)流紋巖及戚學祥等［21］的15件云臺組變質(zhì)火山巖814～781Ma也形成于與上述花崗巖類似的構造環(huán)境.

5 結論

（1）鋯石U－Pb定年表明：連云港錦屏山片麻狀花崗巖形成于（806.0±14.0）Ma，海州群云臺組變質(zhì)火山巖形成于（800.8±7.8）Ma，張八嶺隆起的張八嶺群西冷組形成于（751.6±7.1）Ma和（767.0±15.0）Ma.新元古代（820～740）Ma是蘇魯造山帶南部繼晉寧主碰撞造山之后一次重要的構造巖漿活動期.

（2）這些新元古代巖漿巖，總體上具有高鉀鈣堿性系列、右傾型REE模式、Nb、Ta、Sr、P和Ti強烈虧損、中等負銪異常、重稀土弱到中等虧損、低Sr、高Yb等特點，它們屬于硅鎂質(zhì)下地殼發(fā)生部分熔融的產(chǎn)物，形成于碰撞后的區(qū)域伸展構造環(huán)境.

（3）蘇魯造山帶南部新元古代的巖漿活動及其區(qū)域伸展環(huán)境，是晉寧期主碰撞造山之后Rodinia超大陸進入?yún)^(qū)域裂解階段的記錄，這種區(qū)域裂解在構造－巖漿活動上表現(xiàn)出間歇性特點.加之揚子板塊兩側大量的新元古代花崗巖形成，表明Rodinia超大陸這種區(qū)域性裂解可能是建立在造山根大規(guī)模的拆離基礎之上而發(fā)生和發(fā)展的.

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