HIEU Pham Trung (范忠孝)
Faculty of Geology,University of Science Vietnam National University-Ho Chi Minh City,227-Nguyen Van Cu Street,Ho Chi Minh 760000,Vietnam
越南西北部Phan Si Pan地區(qū)Ngoi Chi巖組的鋯石U-Pb年齡和Hf同位素組成
HIEU Pham Trung (范忠孝)
Faculty of Geology,University of Science Vietnam National University-Ho Chi Minh City,227-Nguyen Van Cu Street,Ho Chi Minh 760000,Vietnam
本文對越南西北部Phan Si Pan地區(qū)變質(zhì)地體中的一個Ngoi Chi片麻巖進(jìn)行了鋯石CL內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析、LA-(MC)-ICP-MS鋯石U-Pb定年和Hf同位素分析。CL圖象和Th/U比值特征顯示該片麻巖樣品中的鋯石主要為巖漿鋯石,有少量窄的變質(zhì)邊。巖漿鋯石的年齡為~2.9 Ga,表明該樣品是越南西北部Phan Si Pan地區(qū)的基底巖石。它們的εHf(t)值為–4.70±0.92,二階段Hf模式年齡為~3.5 Ga,表明其為更古老的(>3.5 Ga)冥太古代地殼物質(zhì)部分熔融作用形成。變質(zhì)邊部鋯石給出了~1.8 Ga的年齡,表明變質(zhì)作用發(fā)生在古元古代早期,Phan Si Pan地區(qū)在這一時期可能經(jīng)歷了一次重要的構(gòu)造熱事件。
Vietnam; Phan Si Pan; U-Pb鋯石; Hf同位素; 古老巖石
研究大陸地殼,尤其是早期地殼的形成和演化歷史,是理解大陸動力學(xué)、發(fā)展板塊構(gòu)造理論的重要方向之一(Albarede,1998; Condie,2000)。越南西北部Phan Si Pan地區(qū)不僅出露有越南最古老的基底,而且有多期巖漿活動,是研究大陸地殼的生長和演化的理想地區(qū)。Phan Si Pan地區(qū)在大地構(gòu)造上位于印支地塊和華南地塊的結(jié)合處,了解該地區(qū)早期的形成與構(gòu)造演化對充分認(rèn)識越南大陸地殼的組成構(gòu)造格局的演變乃至全球構(gòu)造事件均具重要意義。經(jīng)過長期的研究積累,對Phan Si Pan地區(qū)早期地質(zhì)的研究已取得了大量有意義的成果,其中之一是厘定了Phan Si Pan地區(qū)最早期陸核的形成時代(2.9~2.8 Ga) (Lan et al.,2001; Nam et al.,2003; Hieu et al.,2012)。然而,盡管Phan Si Pan地區(qū)作為越南北部克拉通太古宙陸核已得到同位素年代學(xué)的充分證實(shí),但其周邊克拉通內(nèi)部廣大地區(qū),早期主要基底巖石的形成時代卻為約1.8~1.7 Ga的古元古代—中元古代(Tri and Khuc,2009)。因此,了解克拉通陸核與其周圍基底巖系之間的相互關(guān)系,是較全面地認(rèn)識越南北部陸塊的形成與演化的關(guān)鍵之一。
本工作對Phan Si Pan地區(qū)具代表性的太古宙變質(zhì)巖類進(jìn)行了系統(tǒng)鋯石CL分析、LA-(MC)-ICPMS U-Pb定年及Hf同位素年代學(xué)分析,并對其地質(zhì)意義進(jìn)行了分析,以期提高對越南北部克拉通早前寒武紀(jì)陸殼增生歷史與構(gòu)造演化的認(rèn)識。
Phan Si Pan地區(qū)介于紅河(Red River fault)、沱江兩斷裂之間(圖1),北西至中越邊界、東南至和平(Hoa Binh),為一呈北西走向的復(fù)背斜,軸部出露元古界Xuan Dai雜巖和Sa Pa巖組的變質(zhì)巖和混合巖。東緣有巨厚的中—下泥盆系不整合于元古界之上、形成緊密線狀褶皺; 南側(cè)結(jié)晶基底快速沉降而出現(xiàn)完整古生代海相地層,屬于大陸邊緣沉積; 北部則出露侏羅紀(jì)、白堊紀(jì)的噴出巖(Tu Le盆地)和花崗巖。
圖1 研究區(qū)取樣位置圖(據(jù)Hieu et al.,2012修改)Fig. 1 Tectonic sketch map of the study area,showing the sample localities(modified after Hieu et al.,2012)
Phan Si Pan地區(qū)巖基主要沿著北西—南東方向展布,太古宙雜巖零星出露。從晚古生代到新生代花崗巖巖漿活動強(qiáng)烈,其規(guī)模之大、分布之廣均居越南之首。原來大部分的學(xué)者認(rèn)為Phan Si Pan地區(qū)巖漿形成時代比較分散,主要為新元古代和新生代巖漿活動,其中最發(fā)育的是新生代花崗巖(Tri and Khuc,2009)。但最近高精度鋯石U-Pb年齡分析表明除了新生代的巖漿巖活動外,還有太古宙、古元古代、新元古代和晚古生代—早中生代強(qiáng)烈的花崗巖巖漿活動(Hieu,2010)。
在越南西北部Phan Si Pan地區(qū)已確定的古老巖石是出露于Ca Vinh巖組的新太古代片麻巖和混合巖,它們的Nd同位素模式年齡和U-Pb鋯石年齡分別為~3.3 Ga,~2.8 Ga(Lan et al.,2001; Nam et al.,2003)。這些數(shù)據(jù)說明越南西北部Phan Si Pan地區(qū)可能(或曾經(jīng))存在新太古代基底。特別是最近在Sin Quyen雜巖、片麻巖和混合巖以及長英質(zhì)片麻巖中又陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了~2.8~2.9 Ga,~3.0 Ga的鋯石U-Pb年齡和~3.5 Ga的Hf模式年齡(Hieu et al.,2012和本文),從而推斷越南西北部Phan Si Pan地區(qū)可能也具有非常古老的演化歷史。
前人已報到Sin Quyen混合巖、片麻巖、副片麻巖中廣泛記錄的~1.8 Ga古元古代年齡(Hieu,2010),Tri和Khuc(2009)、Nam(1998)、Nam等(2002,2003)在Day Nui Con Voi的南邊用K-Ar和Ar-Ar法對片麻巖和其它變沉積巖中的云母和角閃石進(jìn)行了定年,其冷卻年齡集中在1.7~2.0 Ga,這與本文的數(shù)據(jù)非常相似的。這些年齡的一致性說明古元古代中期在越南西北部Phan Si Pan地區(qū)存在一個構(gòu)造熱事件。從片麻巖普遍含有單一的晚太古代—古元古代鋯石這一現(xiàn)象可以推斷,越南西北部附近和地殼深部可能存在過早前寒武紀(jì)的基底或地體。
圖2 Phan Si Pan地區(qū)Ngoi Chi巖組片麻巖的地質(zhì)產(chǎn)狀Fig. 2 Gneiss of Ngoi Chi formation in Phan Si Pan area
本文的研究對象為出露于越南西北部Ngoi Chi巖組,位于紅河斷裂帶南緣和北緣、Phan Si Pan地區(qū)東北緣和Day Nui Con Voi的東側(cè)(圖1)。Ngoi Chi片麻巖主要分布于兩個東南—西北方向沿展的狹長區(qū)帶內(nèi),出露面積約1.5 km2,另外在Phan Si Pan地區(qū)內(nèi)有零星出露。由于周圍覆蓋較嚴(yán)重,該巖組與圍巖的接觸關(guān)系不很明確。巖性為條帶狀長石片麻巖(圖2),主要的礦物組合為斜長石(35%~42%)、正長石(12%~15%),石英(15%~30%)、石榴石(3%~5%)、夕線石(2%~5%)、黑云母(12%~15%),另外還含有鋯石和磷灰石等副礦物。
在雙目顯微鏡下選擇透明的鋯石顆粒,將待測的鋯石顆粒制成環(huán)氧樹脂樣品靶,磨至鋯石顆粒中心部位后拋光,樣品拋光后進(jìn)行CL顯微結(jié)構(gòu)觀察,在此基礎(chǔ)上選擇合適的鋯石顆粒和/或區(qū)域進(jìn)行U-Pb年齡測定。鋯石的CL顯微結(jié)構(gòu)照像和鋯石陰極發(fā)光成像(CL)分析在中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所CAMECA SX100型電子探針上進(jìn)行,工作條件是15 kV加速電壓和15~20 nA電流。鋯石的U-Pb年齡在中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室測定。ICPMS為Agilent7500型,激光為193 nm的ArF準(zhǔn)分子激光。分析點(diǎn)的直徑為32 μm。鋯石91500作為外部標(biāo)準(zhǔn)來校正分析過程中的同位素分餾,NIST610作為外部標(biāo)準(zhǔn)來獲得分析點(diǎn)的Th和U的含量。普通Pb的校正采用Andersen(2002)的方法進(jìn)行。單個數(shù)據(jù)點(diǎn)的誤差均為1σ,樣品年齡加權(quán)平均值的誤差為2σ。數(shù)據(jù)處理采用Ludwig(2001)的ISOPLOT程序。鋯石的Lu-Hf同位素分析在西北大學(xué)大陸動力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室Neptune型MC-ICP-MS上進(jìn)行,激光為193-nm ArF準(zhǔn)分子激光。具體的分析步驟和流程見Yuan等(2008)。鋯石91500為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行同位素分餾的校正,其176Hf/177Hf的推薦值為0.282293±28 (Woodhead et al.,2004)。176Lu的衰變系數(shù)為1.865×10?11a?1(Scherer et al.,2001)。計(jì)算εHf(t)值時,球粒隕石的176Hf/177Hf比值為0.282772,176Lu/177Hf的比值為0.0332(Blichert-Toft and Albarede.,1997)。單階段Hf模式年齡(TDM1)計(jì)算時,虧損地幔的值采用Vervoort和Blichert-Toft(1999)的結(jié)果; 二階段Hf模式年齡(TDM2)計(jì)算時,平均地殼的176Lu/177Hf比值為0.015(Griffin et al.,2002)。
圖3 Phan Si Pan地區(qū)片麻巖樣品V0916中典型鋯石陰極發(fā)光照片F(xiàn)ig. 3 Typical CL images for zircons in sample V0916
圖4 Phan Si Pan地區(qū)片麻巖樣品V0916鋯石U-Pb年齡諧和曲線圖Fig. 4 Concordia diagrams of zircon U-Pb dating for gneiss sample V0916 in Phan Si Pan area
樣品V0916中的鋯石為短柱狀和長柱狀、淺黃色透明。CL圖片顯示,大部分鋯石具有明顯的振蕩環(huán)帶(圖3),為典型的巖漿鋯石。大部分鋯石具有窄的無環(huán)帶的弱陰極發(fā)光的邊,應(yīng)為變質(zhì)成因鋯石增生邊(Ling et al.,2001; Wu and Zheng,2004)。少數(shù)鋯石顆粒的變質(zhì)邊較寬,寬度可達(dá)55~80 μm(圖3)。利用LA-ICP-MS對這些鋯石進(jìn)行了33個點(diǎn)的U-Pb年齡測定,其中27個點(diǎn)位于巖漿鋯石區(qū)域,而其余7個點(diǎn)則位于鋯石變質(zhì)邊。27個位于巖漿鋯石區(qū)域的分析點(diǎn)的Th和U含量分別為24×10–6~221×10–6和29×10–6~595×10–6,Th/U比值為0.1~1.15,指示原巖為中酸性侵入巖(吳珍漢等,2007)。這27個分析點(diǎn)的207Pb/206Pb年齡的變化范圍為2607~2954 Ma。除分析點(diǎn)V0916-09、V0916-10、V0916-27的207Pb/206Pb年齡偏低外,其余24個分析點(diǎn)加權(quán)平均結(jié)果為(2813±21) Ma(MSWD=2.6)(圖4),偏大的MSWD表明這些鋯石形成后可能經(jīng)歷了不同程度放射成因Pb的丟失。這一年齡值應(yīng)該代表了該巖石的形成年齡。7個位于變質(zhì)邊部的鋯石則給出了相對較高的U含量(438×10–6~1382×10–6)和較低的Th/U比值(0.01~0.08),與它們的變質(zhì)特征相符。在諧和圖中,這7個分析點(diǎn)明顯位于不一致線之下,指示它們經(jīng)歷了不同程度Pb的丟失。它們具有較一致的207Pb/206Pb年齡(1758~1886 Ma),加權(quán)平均結(jié)果為(1862±25) Ma (MSWD= 0.84) (圖4),與上交點(diǎn)年齡較為一致。這一年齡應(yīng)該代表了變質(zhì)邊的形成年齡。我們對V0916中的29粒鋯石顆粒進(jìn)行了29個點(diǎn)的LA-MC-ICPMS Lu-Hf同位素組成分析,23個點(diǎn)位于具有典型巖漿環(huán)帶的區(qū)域,而其余6個點(diǎn)則位于邊部的變質(zhì)鋯石區(qū)域。23個巖漿鋯石區(qū)域分析點(diǎn)的176Hf/177Hf比值為0.280827~0.281006,在t=2813 Ma時,對應(yīng)的εHf(t)值為–8.2 ~ –0.8(圖5a),對應(yīng)的兩階段Hf模式年齡為(3314~3784) Ma,加權(quán)平均結(jié)果為(3559±57) Ma。6個變質(zhì)鋯石分析點(diǎn)則具有相對較高的176Hf/177Hf比值(0.281177~0.281243),在t=2813 Ma時,對應(yīng)的εHf(t)值為2.3~4.7,加權(quán)平均結(jié)果為3.0±0.86 (MSWD=1.6),對應(yīng)的兩階段Hf模式年齡(TDM2)為(2962~3115 Ma),加權(quán)平均結(jié)果為(3061±60) Ma (MSWD=1.3)(圖5b)。
圖5 Phan Si Pan地區(qū)片麻巖樣品V0916鋯石εHf(t) (a)和兩個階段模式年齡頻率分布圖(b)Fig. 5 Histograms of zircon εHf(t) values (a) and two-stage Hf model ages (b) for gneiss sample V0916 in Phan Si Pan area
目前,越南北部克拉通最古老的巖石為Phan Si Pan地區(qū)出露的TTG片麻巖,SHRIMP和LA-ICPMS 鋯石U-Pb定年結(jié)果表明它們的形成年齡為約2.8~2.9 Ga (Lan et al.,2001; Nam et al.,2003; Hieu et al.,2012)。其中少量殘留鋯石給出了約3.5 Ga的年齡(Hieu et al.,未發(fā)表結(jié)果)。我們的研究樣品V0916中的大部分鋯石具有典型的振蕩環(huán)帶和相對較高的Th/U比值,表明其為巖漿鋯石。27個分析點(diǎn)給出的(2813±21) Ma的年齡,應(yīng)該代表了該巖石的形成年齡。這一結(jié)果表明,越南西北部存在約2.8~2.9 Ga的古老巖石與Lan等(2001)和Nam等(2003)已發(fā)表的結(jié)果一致。這些鋯石的εHf(t)值為–4.7±0.92,兩階段模式年齡為(3559±57) Ma,表明其為更古老的(>3.5 Ga)冥太古代地殼物質(zhì)部分熔融作用的產(chǎn)物。這一結(jié)果與在越南北部克拉通變質(zhì)沉積巖中發(fā)現(xiàn)古老的碎屑鋯石(>3.3 Ga,最高達(dá)3.5 Ga)一致(Hieu et al.,未發(fā)表結(jié)果),暗示越南北部克拉通存在非常古老的冥太古代地殼物質(zhì)。Phan Si Pan地區(qū)TTG片麻巖中約2.8~2.9 Ga巖漿鋯石和3.3 Ga的殘留鋯石的εHf(t)值和兩階段Hf模式年齡和Nd模式年齡(Lan et al.,2001; Hieu,2010)與我們的樣品較為一致,說明2.9 Ga的TTG片麻巖和3.3 Ga的片麻巖可能來自相同特征的源區(qū)巖石。我們的6個分析點(diǎn)位于鋯石的邊部無明顯分帶的區(qū)域,它們具有高的U含量和較低的Th/U比值,為典型的變質(zhì)鋯石(Corfu et al.,2003; Wu and Zheng,2004)。變質(zhì)鋯石具有比巖漿鋯石高的176Hf/177Hf比值和εHf(t)值以及低的Hf模式年齡,表明變質(zhì)鋯石為變質(zhì)增生作用形成,而非變質(zhì)重結(jié)晶所致(Zheng et al.,2005; Wu et al.,2007)。這7個分析點(diǎn)給出的年齡為(1862±16) Ma,代表Phan Si Pan地區(qū)的巖石可能經(jīng)歷了約1.8 Ga的變質(zhì)作用。前人研究表明Phan Si Pan地區(qū)廣泛記錄的~1.8 Ga的古元古代年齡(Tri and Khuc,2009; Nam,1998; Nam et al.,2002,2003; Hieu,2010; Hieu等,2010; Hieu et al.,2012),與揚(yáng)子地塊已報道的繼承鋯石形成于古元古代~1.8 Ga是一致的(夏金龍等,2013)。Hieu等(2010)對越南北部克拉通元古代碎屑巖中的鋯石進(jìn)行了詳細(xì)的年代學(xué)研究,同樣發(fā)現(xiàn)了大量約~1.8 Ga的碎屑鋯石。這一年齡小于它們的原巖形成年齡,可能同樣代表了這期變質(zhì)作用的時間,這與我們的數(shù)據(jù)非常相似的。這些年齡的一致性說明古元古代中期在越南西北部Phan Si Pan地區(qū)存在一個構(gòu)造熱事件。這一現(xiàn)象與華南地塊(Ling et al.,2001; Zhang et al.,2006; Zheng et al.,2006; Yu et al.,2007)已報道的古老地殼的構(gòu)造熱時間和巖漿活動是一致的。這說明越南北部Phan Si Pan地區(qū)和華南地塊可能存在~1.8 Ga一個構(gòu)造熱事件。這些結(jié)果表明,~1.8 Ga可能是越南北部克拉通早期演化中較為重要的一次構(gòu)造熱事件發(fā)生的時間。
致謝: LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡測定得到中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)胡兆初教授的幫助,鋯石CL照像得到中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所馬玉光老師的幫助,鋯石Lu-Hf同位素測試得到西北大學(xué)大陸動力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室袁洪林老師的指導(dǎo)和幫助,野外照片由越南河內(nèi)地質(zhì)礦業(yè)大學(xué)La Mai Son博士研究生提供,審稿人對本文提出了富有建設(shè)性的意見,在此一并表示衷心的感謝。
Acknowledgements:
This study was supported by Vietnam National University-Ho Chi Minh City (VNU-HCM) (No. C2014-18-02).
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The Ngoi Chi Formation in the Phan Si Pan Area of Northwest Vietnam Revealed by Zircon U-Pb Age and Hf Isotope Composition
HIEU Pham Trung
Faculty of Geology,University of Science Vietnam National University-Ho Chi Minh City,227-Nguyen Van Cu Street,Ho Chi Minh 760000,Vietnam
This paper reports the result of an integrated study of zircon U-Pb age and Hf isotope composition for a gneiss sample (Ngoi Chi formation) from the Phan Si Pan area in northwest Vietnam. CL imaging reveals that most zircons are magmatic,with a few of them exhibiting thin metamorphic rims. The magmatic zircons gave a weighted mean U-Pb age of ~2.9 Ga,indicating the gneiss is the basement rock in the Phan Si Pan area. They have εHf(t) value of –4.70±0.92,and two-stage Hf model age of ~3.5 Ga,indicating that the gneiss was derived from partial melting of >3.5 Ga crustal rock. The metamorphic rims yielded an age of ~1.8 Ga,implying that the metamorphic event occurred in the Neoarchean era,which might have been also a major tectono-thermal event in the Phan Si Pan area.
Vietnam; Phan Si Pan; U-Pb zircon; Hf isotope composition; basement rock
P548; P597.1
A
10.3975/cagsb.2015.06.07
本文由Vietnam National University-Ho Chi Minh City (VNU-HCM) (No. C2014-18-02)資助。
2015-01-10; 改回日期: 2015-02-15。責(zé)任編輯: 張改俠。
HIEU Pham Trung,男,1978年生。博士。主要從事巖石學(xué)與地球化學(xué)專業(yè)研究。E-mail: pthieu@hcmus.edu.vn。