廬山筲箕洼組與星子巖群年代地層關(guān)系及SHRIMP鋯石U-Pb年齡的制約

高林志, 黃志忠, 丁孝忠, 劉燕學(xué), 張傳恒, 王自強(qiáng), 龐健峰, 韓坤英

1)中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所, 北京 100037;2)江西省地質(zhì)調(diào)查研究院, 江西南昌 330201;3)中國地質(zhì)大學(xué)(北京), 北京 100083

廬山筲箕洼組與星子巖群年代地層關(guān)系及SHRIMP鋯石U-Pb年齡的制約

高林志1), 黃志忠2), 丁孝忠1), 劉燕學(xué)1), 張傳恒3), 王自強(qiáng)3), 龐健峰1), 韓坤英1)

1)中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所, 北京 100037;2)江西省地質(zhì)調(diào)查研究院, 江西南昌 330201;3)中國地質(zhì)大學(xué)(北京), 北京 100083

本文報道在廬山筲箕洼組中獲得細(xì)碧巖SHIRMP鋯石U-Pb年齡(840±6) Ma, MSWD=1.3, 流紋巖鋯石U-Pb年齡(833±4) Ma, MSWD=1.4, 和流紋巖鋯石U-Pb年齡(831±3) Ma, 對應(yīng)的MSWD=1.47。而在星子群流紋巖中獲得206Pb/238U年齡為(825±5) Ma, 對應(yīng)的MSWD=0.46。筆者依據(jù)上述精確鋯石年齡, 首次提出將筲箕洼組明確定位于星子巖群之下。本文結(jié)合“江南造山帶”鋯石U-Pb年齡: 東部變質(zhì)基底的雙橋山群,西部變質(zhì)基底梵凈山群和似蓋層下江群以及中部變質(zhì)基底冷家溪群和似蓋層板溪群的鋯石SHRIMP U-Pb年齡, 將筲箕洼組定位于“武陵運(yùn)動”之下的新元古代地層。依據(jù)星子巖群年齡數(shù)據(jù), 首次將星子巖群明確定位于筲箕洼組之上與雙橋山群為同期的深變質(zhì)巖。該年齡對限定區(qū)域地層對比和構(gòu)造演化都有著重要意義。上述鋯石U-Pb年齡標(biāo)示了贛西北地區(qū)同樣存在820 Ma界面上下的新元古代地層, 為江南古陸變質(zhì)地層的對比提供了新的年代學(xué)數(shù)據(jù)。

筲箕洼組; 星子巖群; 鋯石SHRIMP定年; “江南造山帶”; 贛西北地區(qū)

在廬山南麓發(fā)育一套中深變質(zhì)巖(星子群)和一套淺變質(zhì)火山巖系, 根據(jù)星子群巖石組合及其構(gòu)造變形特征和單顆粒U-Pb鋯石年齡, 將其時代定為新太古代(項新葵等, 1993)。隨后, 依據(jù)斜長角閃片巖TIMS U-Pb年齡將星子群歸屬古元古代(謝國剛等,1997), 而與星子群連續(xù)沉積的淺變質(zhì)火山巖系, 通過1: 5萬地質(zhì)填圖及區(qū)域?qū)Ρ群? 正式創(chuàng)建了廬山壟群, 創(chuàng)名標(biāo)準(zhǔn)地點在廬山南麓筲箕洼—廬山壟—漢陽峰一帶(謝國剛等, 1996)。在區(qū)域地層序列上,傳統(tǒng)認(rèn)識廬山壟群置于雙橋山群之上, 南華系之下。20世紀(jì) 90年代, 雙橋山群已被重新厘定為(由下而上)橫涌組、計林組、安樂林組、修水組(楊明桂等, 1998), 由于SHRIMP鋯石U-Pb微區(qū)測年技術(shù)引進(jìn), 分別獲得雙橋山群橫涌組和安樂林組斑脫巖鋯石 U-Pb 年齡((831±6) Ma和(829±6) Ma, 高林志等,2008, 2009)將其修訂為新元古代地層; 最新的修水組凝灰?guī)r中鋯石U-Pb(824±6) Ma, 從而結(jié)束了解體雙橋山群之爭。另外, 江南造山帶南端桂北四堡群頂部獲得斑脫巖的鋯石 U-Pb年齡(841±8) Ma(高林志等, 2010a)和江南造山帶中段冷家溪群斑脫巖鋯石U-Pb年齡(834～822 Ma), 最大程度地限定了江南造山帶變質(zhì)基底的年代學(xué)標(biāo)定(高林志等, 2010b)。然而, 贛西北廬山地區(qū)元古代地層存在兩大未解之謎,①雙橋山群之下有無更老變質(zhì)基底地層, 特別是廬山地區(qū)星子巖群與雙橋山群的關(guān)系？②筲箕洼組與雙橋山群關(guān)系？因此, 對筲箕洼組和星子巖群的關(guān)系和同位素年齡重新測定(薛懷民等, 2010; 關(guān)俊朋等, 2010; 徐有華等, 2008), 將是我們重塑“江南造山帶”中部地質(zhì)背景、成礦條件, 以及解決整個江南造山帶的地層劃分和地層對比的關(guān)鍵(李江海等,1999)。董樹文等(2010)在廬山壟群中的筲箕洼組英安巖中獲得SHRIMP鋯石U-Pb測年(840±7) Ma, 而廬山地區(qū)星子巖群碎屑鋯石 SIMS鋯石 U-Pb年齡(834±4) Ma, 將星子巖群定位于新元古界。本文將進(jìn)一步提供贛西北地區(qū)筲箕洼組細(xì)碧巖和流紋巖以及星子巖群的高精度鋯石U-Pb定年結(jié)果, 對于該地區(qū)的地層定位和與周邊地層對比尤為重要。

1 地層序列及采樣層位

圖1 揚(yáng)子地臺新元古代地層分布和同位素采樣點(據(jù)徐備等, 1990修改)Fig. 1 Distribution of Neoproterozoic strata and sequences in Yangtze plate and sampling sites in Jiangxi Province(modified after XU Bei et al., 1990)

贛西北廬山腳下桃花源剖面, 漢陽峰組之下發(fā)育了一套低變質(zhì)的火山巖夾碎屑巖地層(筲箕洼組), 與星子雜巖連續(xù)沉積(謝國剛等, 1996), 對其年代學(xué)研究始終是中國地質(zhì)學(xué)家探索的目標(biāo)。其爭論焦點是江南造山帶元古代地層之下是否存在更老的變質(zhì)巖基底。

本文年齡樣品分別采自桃花源筲箕洼組剖面(圖1, 圖2a、c、d)和廬山星子巖群剖面(圖 2e)。

D20101112-2a,b(筲箕洼組細(xì)碧巖), 采樣坐標(biāo):N29°30.198′; E115°55.855′。該樣品由斑晶和基質(zhì)組成。斑晶由鈉長石構(gòu)成, 半自形-近自形板狀,0.4～0.5 mm, 輕微綠簾石化和次閃石化?；|(zhì)主要由鈉長石(60%)、暗色礦物(40%)構(gòu)成。暗色礦物被次閃石和綠簾石交代無殘留, 雜亂填隙于斜長石粒間。巖石被石英、綠簾石、黑云母及少量綠泥石等呈堆狀星散交代。巖石內(nèi)具少量氣孔、杏仁體。

LXC20101112-3(筲箕洼組, 黑云絹云變質(zhì)流紋巖), 采樣坐標(biāo): N29°28.476′; E115°54.279′。該樣品由斑晶、基質(zhì)變質(zhì)礦物組成。斑晶由斜長石(5%)、石英(5%)構(gòu)成, 大小一般為 0.2～2.0 mm, 零散定向分布。斜長石半自形-近半自形板狀, 具絹云母化、黝簾石化、鱗片狀黑云母化等。石英近半自形粒狀,有的為溶蝕狀。具波狀、帶狀消光。基質(zhì)(90%)由長英質(zhì)構(gòu)成, 具霏細(xì)-微晶結(jié)構(gòu), 定向分布。變質(zhì)礦物包括絹云母、黑云母、黝簾石, 以絹云母為主, 定向分布, 部分集合體呈條紋狀。

Z20101112-4(筲箕洼組, 黑云絹云變質(zhì)流紋巖),采樣坐標(biāo): N29°27.640′; E116°53.702′。該樣品由斑晶、基質(zhì)變質(zhì)礦物組成。斑晶由斜長石(10%～15%)、石英(10%)構(gòu)成, 大小一般0.2～3.0 mm, 零散定向分布。斜長石半自形-近半自形板狀, 具絹云母化、黝簾石化、鱗片狀黑云母化等假像。石英近半自形粒狀, 有的溶蝕狀。具波狀、帶狀消光?；|(zhì)(75%～80%)由長英質(zhì)構(gòu)成, 具霏細(xì)-微晶結(jié)構(gòu), 定向分布。變質(zhì)礦物包括絹云母、黑云母、黝簾石, 以絹云母為主,定向分布, 部分集合體呈條紋狀。

C20101113-4(星子巖群, 黑云絹云變質(zhì)流紋巖),采樣坐標(biāo): N29°26.929′; E115°56.211′。該樣品由斑晶、基質(zhì)變質(zhì)礦物組成。斑晶由斜長石(10%)、石英(10%)構(gòu)成, 大小一般0.2～3.0 mm, 零散定向分布。斜長石半自形-近半自形板狀, 具絹云母化、黝簾石化、鱗片狀黑云母化等假像。石英近半自形粒狀, 有的溶蝕狀。具波狀、帶狀消光。部分斑晶兩段見有石英、絹云母構(gòu)成的壓力影?；|(zhì)(80%)有長英質(zhì)構(gòu)成, 具霏細(xì)-微晶結(jié)構(gòu), 定向分布, 部分集合體呈似透鏡狀、堆狀等零星分布。變質(zhì)礦物包括絹云母、黑云母、黝簾石, 以絹云母為主, 直徑一般＜0.1 mm,定向分布, 部分集合體呈條紋狀。

本文所采集的鋯石年齡樣品, 對星子巖群的限定和與雙橋山群對比關(guān)系的年代地層學(xué)標(biāo)定有著重要的年代學(xué)意義。

2 分析方法

鋯石 U-Pb年齡測定在西澳大利亞佩斯理工大學(xué)的 SHRIMP-II上進(jìn)行, 詳細(xì)分析流程見劉敦一等(2003)、Black等(2003a, b)。原始數(shù)據(jù)的處理和鋯石U-Pb諧和圖的繪制采用 Ludwig博士編寫的 Squid和 Isoplot程序(Black et al., 2003a; Ludwig, 2002)。普通鉛校正根據(jù)Stacey & Kramers給出的模式計算得到(Stacey et al., 1975)。數(shù)據(jù)表中, 年齡的誤差為1σ絕對誤差, 同位素比值的誤差為 1σ相對誤差; 文中所使用的206Pb/238U年齡加權(quán)平均值和諧和年齡計算值為95%的置信度誤差。

3 分析結(jié)果

鋯石的陰極發(fā)光圖象Cathodoluminescence (CL)特征: 所采鋯石雖形態(tài)不相同, 但是CL圖像顯示出典型的巖漿生長振蕩環(huán)帶和韻律結(jié)構(gòu), 均屬于巖漿結(jié)晶的產(chǎn)物(圖3)。靶臺上鋯石樣品在鋯石的CL圖像顯示下, 對照可見光下的特征進(jìn)行選樣, 排除裂隙發(fā)育和較多包裹體的顆粒的鋯石。全部樣品的鋯石晶型完好, 為淺黃色-無色透明鈍圓形晶體。鋯石粒度多在100～200 μm之間。

圖2 筲箕洼組及星子巖群流紋巖野外照片F(xiàn)ig. 2 Field photographs of Shaojiwa Formation and Xingzi Complex Group

圖3 筲箕洼組及星子巖群凝灰?guī)r鋯石特征Fig. 3 Cathodoluminescence (CL) images of zircons from Shaojiwa Formation and Xingzi Complex Group

表1 筲箕洼組樣品(D20101112-2a,b)SHRIMP U-Pb年齡測定結(jié)果Table 1 SHRIMP dating results of zircons of D20101112-2a,b sample from Shaojiwa Formation

圖4 筲箕洼組及星子巖群凝灰?guī)r鋯石U-Pb諧和圖Fig. 4 Zircon U-Pb concordant diagram of tuff bed in Xingzi Complex Group

鋯石的 U、Th含量及 Th/U比值: 大量的研究表明, 巖漿鋯石的U、Th含量較高, Th/U比值較大(一般大于 0.4。①筲箕洼組(細(xì)碧巖)樣品(D20101112-2a,b)16個測點中 U含量變化范圍為154×10-6～757×10?6, 個別樣品偏高; Th 含量變化范圍為 51×10-6～422×10?6, 個別樣品偏高; Th/U值變化范圍為 0.38～1.32(表 1)。②筲箕洼組(流紋巖)樣品(LXC20101112-3)20個測點中 U含量變化范圍為53×10-6～293×10?6; Th 含 量 變 化 范 圍 為36×10-6～289×10?6; Th/U 值變化范圍為 0.53～1.27(表2)。③筲箕洼組(流紋巖)樣品(Z20101112-4)17個測點中U含量變化范圍為70×10-6～721×10-6; Th含量變化范圍為41×10-6～772×10-6; Th/U值變化范圍為0.43～1.11(表 3)。④星子巖群(流紋巖)樣品(C20101113-4)8個測點中U含量變化范圍為94×10-6～315×10-6; Th含量變化范圍為48×10-6～293×10-6; Th/U值變化范圍為 0.46～0.96(表 4)。上述這些分析點均位于明顯的巖漿環(huán)帶部位。鋯石 U-Pb年齡: ①筲箕洼組(細(xì)碧巖)樣品(D20101112-2a,b)共測試了16個數(shù)據(jù)點。其中2個數(shù)據(jù)點與主群不一致, 其中數(shù)據(jù)點 1.1可能為選礦分析混入鋯石; 數(shù)據(jù)點10.1為U偏高, 鉛丟失。其余 14個數(shù)據(jù)點均位于諧和線或位于諧和線附近(圖4a), 14個數(shù)據(jù)點的206Pb/238U年齡為(840±6) Ma, 對應(yīng)的MSWD=1.3。206Pb/238U年齡代表細(xì)碧巖的形成時代。②筲箕洼組(流紋巖)樣品(LXC20101112-3)共測試了 21個數(shù)據(jù)點, 其中 11個數(shù)據(jù)點均位于諧和線 上(圖 4b); 獲 得 年 齡(833±4) Ma, 對 應(yīng) 的MSWD=1.4 (表2)。206Pb/238U年齡代表流紋巖的形成時代。③筲箕洼組(流紋巖)樣品(Z20101112-4)共測試了17個數(shù)據(jù)點。其中4個數(shù)據(jù)點與主群不一致;數(shù)據(jù)點7.1為U偏高, 鉛丟失。其余14個數(shù)據(jù)點均位于諧和線或位于諧和線附近(圖 4c), 13個數(shù)據(jù)點的206Pb/238U 年 齡 為(831±3) Ma, 對 應(yīng) 的MSWD=1.47。206Pb/238U年齡代表流紋巖的形成時代。④星子巖群(流紋巖)樣品(C20101113-4)共測試了8個數(shù)據(jù)點。其中數(shù)據(jù)點7.1與主群不一致。其余 7個數(shù)據(jù)點均位于諧和線或位于諧和線附近(圖4d), 7個數(shù)據(jù)點的206Pb/238U年齡為(825±5) Ma, 對應(yīng)的 MSWD=0.46。206Pb/238U年齡代表流紋巖的形成時代。

4 構(gòu)造地層意義

筲箕洼組細(xì)碧巖鋯石 U-P b年齡為(840±6) Ma (MSWD=1.3), 結(jié)合以上鋯石的CL圖像(圖3)和Th/U值(表1)所顯示的巖漿成因的特征, 該定年結(jié)果應(yīng)代表了筲箕洼組同沉積噴發(fā)的火山巖年齡。而桃花源樓下村筲箕洼組流紋巖中鋯石 U-Pb年齡(833±4) Ma (MSWD=1.4); 桃花源張家潭村筲箕洼組流紋巖中鋯石U-Pb年齡(831±3) Ma, 對應(yīng)的M S W D=1.4 7; 廬山茶園星子巖群中流紋巖(C20101113-4)206Pb/238U年齡為(825±5) Ma, 對應(yīng)的MSWD=0.46。上述年齡基本限定了筲箕洼組和星子巖群均歸屬新元古代地層的沉積范疇, 并提供了一個系列的鋯石年齡譜系, 即筲箕洼組年齡比星子巖群的年齡要更老一些。上述4個的鋯石U-Pb年齡的報道將進(jìn)一步為江南造山帶新元古代地層劃分和對比及構(gòu)造古地理格局提供有力的同位素年代學(xué)證據(jù)。近年來, 隨著“江南造山帶”西部提供了倉溪巖群(宜豐巖群)的 SHRIMP鋯石 U-Pb的年齡(855±7) Ma(高林志等, 2011a, b, c), 以及雙橋山群的沉積下限的東部雙橋山群凝灰?guī)r(斑脫巖)SHRIMP鋯石 U-Pb年齡(831～829 Ma)和江西省廬山壟地區(qū)筲箕洼組英安巖 SHRIMP鋯石 U-Pb年齡(840±5) Ma(董樹文等, 2011), 以及星子巖群的碎屑鋯石的獲得, 限定了該群沉積應(yīng)小于 835 Ma(關(guān)俊朋等, 2010; 王勇等, 2002)。本文報道的筲箕洼組和星子巖群鋯石U-Pb年齡, 對江南古陸變質(zhì)基底下限做了進(jìn)一步的標(biāo)定, 也把從前整個江南造山帶中傳統(tǒng)劃分的古元古代地層和中元古代地層都重新厘定為新元古代地層。

表2 筲箕洼組樣品(LXC20101112-3)SHRIMP U-Pb年齡測定結(jié)果Table 2 SHRIMP dating results of zircons of LXC20101112-3 sample from Shaojiwa Formation

表3 筲箕洼組樣品(Z20101112-4)SHRIMP U-Pb年齡測定結(jié)果Table 3 SHRIMP dating results of zircons of Z20101112-4 sample from Shaojiwa Formation

表4 星子巖群流紋巖樣品(C20101113-4)SHRIMP U-Pb年齡測定結(jié)果Table 4 SHRIMP dating results of zircons of C20101113-4 samples from Xingzi Complex Group

5 結(jié)論

1)本文報道的筲箕洼組細(xì)碧巖和流紋巖高精度SHRIMP 鋯石 U-Pb 年齡((840±6) Ma、(833±4) Ma和(831±3) Ma)來自地層中筲箕洼組火山巖, 該年齡應(yīng)代表了同沉積地層的年齡;

2)確定了星子巖群流紋巖((825±5) Ma)從時代上應(yīng)相當(dāng)于 820 Ma構(gòu)造轉(zhuǎn)換面之下雙橋山群上部修水群;

3)本文通過筲箕洼組流紋巖和星子巖群SHRIMP鋯石U-Pb年齡限定星子巖群應(yīng)歸屬新元古代地層的范疇, 而不是中古元代地層;

4)通過同位素年代地層學(xué)研究, 確認(rèn)在江南造山帶中變質(zhì)程度深的地層不代表是最老的地層。

致謝: 感謝中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所北京離子探針中心劉敦一和張玉海的支持, 董春燕博士和張維博士在測試期間的技術(shù)保障及楊淳女士樣品制靶和陰極發(fā)光照相。

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The Geochronological Relationship between the Shaojiwa Formation and the Xingzi Complex Group in Northwestern Jiangxi and the Constraints on Zircon SHRIMP U-Pb Age

GAO Lin-zhi1), HUANG Zhi-zhong2), DING Xiao-zhong1), LIU Yan-xue1), ZHANG Chuan-heng3),

WANG Zi-qiang3), PANG Jian-feng1), HAN Kun-ying1)
1)Institute of Geology, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing100037;2)Jiangxi Institute of Geological Survey, Nanchang, Jiangxi330201;3)China University of Geosciences, Beijing100083

Ages of (840±6) Ma (MSWD=1.3), (833±4) Ma (MSWD=1.4) and (831±3) Ma (MSWD =1.47) were obtained for spilite and rhyolite from the Shaojiwa Formation. The Xingzi Complex Group has the age of206Pb/238U (825±5) Ma (MSWD =0.46). In combination of the SHRIMP U-Pb dating of the spilite and rhyolite of the Shaojiwa Formation in the Jiangnan oregen, the authors have determined for the first time that the Xingzi Complex Group is of Neoproterozoic period and lies below the Shaojiwa Formation. These isotopic data from the Shaojiwa Formation are very important for regional correlation of the strata of the corresponding period and tectonic evolution. The zircon U-Pb ages mentioned above determine that Neoproterozoic strata around the age of 820 Ma are developed in northwestern Jiangxi Province. These data contribute to the stratigraphic subdivision and correlation of the metamorphosed rocks in whole Jiangnan old land and help geologists investigate the geological background and ore-forming conditions of the Jiangnan Orogen.

Shaojiwa Formation; Xingzi Complex Group; zircon SHRIMP dating; Jiangnan orogen;northeastern Jiangxi

P534.3; P597.1

A

10.3975/cagsb.2012.03.03

本文由中國地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)大調(diào)查項目“中國新元古代年代地層格架及其全球?qū)Ρ取?編號: 121201011120131)和科技部科技基礎(chǔ)性工作專項“中國地質(zhì)志歐亞大陸大地構(gòu)造圖編制”(編號: 2011FY120100)聯(lián)合資助。

2012-03-24; 改回日期: 2012-04-13。責(zé)任編輯: 張改俠。

高林志, 男, 1955生。研究員。主要從事生物地層、層序地層、災(zāi)變事件地層研究。通訊地址: 100037, 北京市西城區(qū)百萬莊大街26號。電話: 010-68999690。E-mail: gaolzh@cags.net.cn。