贛南地區(qū)寒武紀(jì)高灘組碎屑鋯石U-Pb年齡和Hf同位素特征及地質(zhì)意義

馬虎超 徐文坦 鐘康惠

摘 ? 要：寒武紀(jì)高灘組廣泛分布于贛南武功山-雩山地區(qū)，主體為一套淺變質(zhì)砂巖夾板巖的復(fù)理石建造。為分析其物源，并對源區(qū)地殼生長和構(gòu)造演化提供約束，本文對采自高灘組的變長石石英雜砂巖進(jìn)行了LA-ICP-MS碎屑鋯石U-Pb年代學(xué)和Hf同位素研究。鋯石U-Pb年齡數(shù)據(jù)顯示2 500 Ma、1 100～900 Ma和900～700 Ma 3個主要年齡峰值。2 500 Ma的年齡峰值代表了新太古代末期—古元古代的古陸核生長事件。1 100～900 Ma和900～700 Ma兩個峰最顯著，表明Rodinia超大陸聚合裂解在華南地區(qū)的響應(yīng)，為該區(qū)寒武紀(jì)地層提供了主要物源。此外，3 003 Ma鋯石年齡的捕獲說明，華夏地塊可能存在太古宙地殼基底。Hf同位素數(shù)據(jù)表明，源區(qū)鋯石結(jié)晶多為古老地殼組分部分熔融產(chǎn)生的巖漿。結(jié)合鋯石年齡數(shù)據(jù)分析認(rèn)為，華南地區(qū)存在強(qiáng)烈的新元古代巖漿活動，該時期巖漿活動主要是古老地殼物質(zhì)的再循環(huán)。

關(guān)鍵詞：贛南;高灘組;鋯石U-Pb測年;Hf同位素;物源分析;地殼生長

華南板塊是由揚(yáng)子地塊和華夏地塊在新元古代沿江南造山帶匯聚拼合而成，拼合之后由于受全球Rodinia超大陸裂解作用影響，華夏板塊被分解為若干區(qū)塊[1，2]。裂解作用使揚(yáng)子地塊和華夏地塊震旦紀(jì)—早古生代地層層序和巖石組合發(fā)生明顯差異[3-5]。因此，將華南地層大區(qū)分為揚(yáng)子地層區(qū)和華南地層區(qū)。贛南地區(qū)為華南東段重要組成部分，隸屬華南地層區(qū)武功山-雩山地層分區(qū)。寒武紀(jì)高灘組在該區(qū)廣泛出露，前人研究多為與之對應(yīng)的揚(yáng)子地層分區(qū)的楊柳崗組[6]，對高灘組少有研究，缺乏最新高質(zhì)量年齡數(shù)據(jù)。本文對高灘組進(jìn)行了詳細(xì)的鋯石年代學(xué)研究，并結(jié)合Hf同位素，對物源進(jìn)行分析，為物源區(qū)地殼生長和構(gòu)造演化提供約束，以期提供新的基礎(chǔ)地質(zhì)數(shù)據(jù)，促進(jìn)區(qū)域構(gòu)造演化研究。

1 ?地質(zhì)概況

1.1 ?地質(zhì)背景

研究區(qū)位于華南加里東造山帶東段，欽杭結(jié)合帶以南的贛南興國地區(qū)（圖1）[7]。區(qū)內(nèi)發(fā)育燕山期和加里東期巖漿活動及NE向崇義-萬安深大斷裂。區(qū)內(nèi)巖石地層單元包括：中泥盆紀(jì)開始的穩(wěn)定沉積蓋層、淺變質(zhì)單元（奧陶系、寒武系、震旦系）和元古代變質(zhì)基底[8]。區(qū)域上贛南地區(qū)缺失志留紀(jì)地層，且上奧陶統(tǒng)石口組（460 Ma）出現(xiàn)了山前垮塌堆積，導(dǎo)致直徑3 m的石英砂巖混雜在泥質(zhì)巖中，表明華南地區(qū)在晚奧陶世之初已開始隆升造山[9-11]，至中泥盆世才進(jìn)入相對穩(wěn)定的濱淺海相沉積環(huán)境。下面對與本文相關(guān)的晚古生代地層進(jìn)行詳細(xì)描述。

奧陶系主要為一套筆石相泥砂質(zhì)沉積建造（圖2），其上常被中—晚泥盆世地層不整合覆蓋。自上而下可劃分為花面壟組、石口組、對耳石組和爵山溝組?；鎵沤M為一套盆地邊緣斜坡相硅質(zhì)板巖、碳質(zhì)板巖夾變砂巖之沉積，區(qū)域上由北向南硅質(zhì)含量有所增高，出露厚度大于597 m;石口組為次深海盆地相變長石巖屑雜砂巖、粉砂質(zhì)板巖偶夾綠泥絹云母千枚巖等組成的類復(fù)理石建造;耳石組為碳硅質(zhì)板巖夾含碳絹云母板巖的次深海盆地相巖石組合，厚度由南至北變薄，為250～450 m;爵山溝組為一套厚約557 m的陸坡-次深海盆地相砂質(zhì)板巖、絹云母板巖夾絹云母千枚巖、變長石石英雜砂巖組合，與下伏寒武系呈整合接觸[12]。

寒武系出露范圍廣，發(fā)育良好，主要為一套淺變質(zhì)淺海-次深海盆相砂、板巖組成的類復(fù)理石建造（圖2）。自上而下分為水石組、高灘組和牛角河組。水石組為砂質(zhì)板巖夾變長石石英砂巖，與下伏高灘組相比砂巖減少，板巖增多，區(qū)域上厚722～2 400 m。高灘組以巨厚層狀變余長石石英雜砂巖為主，夾灰綠、灰黑色條紋條帶狀粉砂質(zhì)板巖、板巖組成的復(fù)理石建造，厚280～2 200 m。本文樣品（15XL-4）即采自于興國西北地區(qū)高灘組變長石石英雜砂巖中（圖3）。牛角河組由含碳綠泥絹云母千枚巖、砂質(zhì)板巖及變質(zhì)長石石英砂巖組成，底部常夾一套灰-灰黑色含碳硅質(zhì)巖，與下伏震旦系呈整合接觸關(guān)系[12]。

2 ?測試方法

2.1 ?鋯石U-Pb測年

鋯石通過人工重砂和電磁分選，在雙目鏡下挑選出鋯石顆粒將其粘牢在環(huán)氧樹脂表面，經(jīng)打磨拋光后進(jìn)行透、反射光和陰極發(fā)光（CL） 分析。CL 圖像拍照在北京鋯年領(lǐng)航科技有限公司完成。鋯石U-Pb測年在合肥工業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，采用ICP-MS和激光剝蝕系統(tǒng)聯(lián)機(jī)完成。ICP-MS為美國Agilent 公司生產(chǎn)的Agilent 7500a，激光剝蝕系統(tǒng)為美國Coherent Inc.公司生產(chǎn)的GeoLasPro。激光剝蝕斑束直徑為32 μm，頻率為6 Hz。據(jù)ICPMSDataCal 程序進(jìn)行數(shù)據(jù)處理[13]，分析結(jié)果由Isoplot3.23軟件完成加權(quán)平均年齡計算及諧和圖的繪制[14]。

2.2 ?Hf同位素

Lu-Hf 同位素原位分析在南京大學(xué)內(nèi)生金屬礦床成礦機(jī)制研究國家重點(diǎn)實驗室?guī)в蠱erchantek/New Wave Research213nm激光溶蝕探針的Nu Plasma MC-ICP-MS機(jī)上進(jìn)行。實驗以He為載氣，激光束斑直徑為55 μm，溶蝕時間為60 s，溶蝕深度約40 μm，剝蝕頻率為5 Hz。實驗采用MT為外部標(biāo)樣，MT的176Hf/177Hf比值為0.282 530±30。εHf（t）及Hf模式年齡計算的相關(guān)參數(shù)見文獻(xiàn)[15-17]。

3 ?測試結(jié)果

3.1 ?鋯石U-Pb年齡特征

對采自贛南興國地區(qū)寒武紀(jì)高灘組的一件變長石石英雜砂巖進(jìn)行鋯石U-Pb年代學(xué)研究。鋯石呈無色透明，部分呈淺棕色，粒徑50～150 μm（圖4）。鋯石CL圖像顯示，鋯石多呈自形柱狀，長短軸之比為1∶1～1∶2，部分鋯石呈磨圓狀，說明其經(jīng)歷一定距離的搬運(yùn)。鋯石顆粒均具明顯震蕩環(huán)帶，且Th/U比值多大于0.4，表明其為巖漿成因鋯石[18]。

高灘組55顆碎屑鋯石U-Pb年代學(xué)研究顯示（表1），鋯石具很好的諧和性，大部分鋯石數(shù)據(jù)落在諧和曲線上（圖5-a），少數(shù)落在諧和曲線附近。碎屑鋯石年齡數(shù)據(jù)頻率直方圖顯示（圖5-b），該組碎屑鋯石數(shù)據(jù)共有3個年齡峰值區(qū)間：2 500 Ma、1100～900 Ma、900～700 Ma。第一組峰值年齡為2 500 Ma，共計9顆，碎屑鋯石的Th/U比值為0.12～1.34，為巖漿鋯石;第二組年齡峰值為1 100～900 Ma（峰值980 Ma），共16顆，其Th/U比值為0.15～2.17，為巖漿鋯石;第三組年齡峰值區(qū)間為900～700 Ma（峰值800 Ma），共計12顆，其Th/U的比值為0.17～1.86，為巖漿鋯石。此外，本次研究還捕獲一顆年齡為3 003 Ma的碎屑鋯石，這是本次高灘組碎屑鋯石研究所獲得的最古老鋯石，其分析點(diǎn)位為15XL-4-56。

3.2 ?鋯石Hf同位素特征

對高灘組54顆碎屑鋯石進(jìn)行Hf同位素分析結(jié)果顯示（表2），Hf同位素組成變化范圍很大。U-Pb年齡峰值為2 500 Ma的6顆碎屑鋯石，εHf（t）值為-5.3～28.4，兩階段模式年齡在2.8～3.3 Ga;U-Pb年齡峰值為1 100～900 Ma的15顆碎屑鋯石，εHf（t）值為-13.5～9.4，且碎屑鋯石εHf（t）的值多為負(fù)，兩階段模式年齡變化為1.2～2.7 Ga;U-Pb年齡峰值為900～700 Ma的12顆碎屑鋯石，εHf（t）的值為-46.2～6.1，除點(diǎn)號3和40的值為正外，其余均為負(fù)值，兩階段模式年齡為1.4～3.1 Ga。

4 ?討論

4.1 ?物源分析

研究表明，碎屑鋯石具有很高的封閉溫度和較強(qiáng)的抗風(fēng)化能力，在低級變質(zhì)作用和搬運(yùn)沉積過程中可保持穩(wěn)定。因此，碎屑鋯石U-Pb年代學(xué)研究可為沉積巖物源提供約束[19-20]。從樣品碎屑鋯石年齡數(shù)據(jù)頻率直方圖來看（圖5-b），2 500 Ma的年齡峰值在研究區(qū)較顯著，代表了新太古代末期—古元古代的古陸核生長事件[21-22]。碎屑鋯石最顯著年齡峰值為1 100～900 Ma，峰值為980 Ma。該年齡與Grenville期造山事件相對應(yīng)[23]，揭示華南板塊曾是全球Rodinia超大陸的一部分。另一顯著年齡峰值區(qū)間為900～700 Ma，峰值年齡為800 Ma。該年齡峰值與Rodinia超大陸的裂解及一系列的構(gòu)造-巖漿活動相對應(yīng)[5]。李獻(xiàn)華認(rèn)為華夏與揚(yáng)子板塊在900 Ma左右聚合，形成統(tǒng)一的華南板塊，聚合后不久即進(jìn)入裂解期[24]。裂解成因可能與成冰紀(jì)地幔上涌有關(guān)。因此，全球Rodinia超大陸的聚合和裂解在華南地區(qū)的響應(yīng)為高灘組提供了主要物源。

據(jù)前人研究成果[25-26]，本次捕獲的3 003 Ma的碎屑鋯石年齡說明，華夏地塊可能存在太古宙地殼基底或接受過古老地體的物質(zhì)供給。該結(jié)論對華南地區(qū)構(gòu)造演化研究具一定意義。

4.2 ?地殼生長

一般認(rèn)為鋯石Hf同位素中εHf（t）值為負(fù)時，表明其來自古老地殼。若εHf（t） 值為正，則表明其源自新生地殼[27]。

本文對54顆鋯石進(jìn)行Lu-Hf同位素分析（圖6），其中34顆鋯石εHf（t）值為負(fù)，為-46.2～-0.9，說明源區(qū)鋯石少數(shù)結(jié)晶于新生地殼物質(zhì)組分熔融產(chǎn)生的巖漿，多數(shù)結(jié)晶于古老地殼組分部分熔融產(chǎn)生的巖漿。結(jié)合樣品碎屑鋯石年齡數(shù)據(jù)頻率直方圖，華南地區(qū)存在強(qiáng)烈的新元古代巖漿活動。這一巖漿活動產(chǎn)生的鋯石εHf（t）值大多為負(fù)，說明Grenville時期研究區(qū)巖漿活動主要為古老地殼物質(zhì)的再循環(huán)。

5 ?結(jié)論

（1） Rodinia超大陸的裂解聚合在華南地區(qū)的響應(yīng)為研究區(qū)寒武紀(jì)地層提供了主要物源。新太古代古陸核生長事件對其物源具一定影響。

（2） 3 003 Ma鋯石年齡的捕獲說明，華夏地塊可能存在太古宙地殼基底或該區(qū)曾接受過古老地體的物源供給。

（3） 華南地區(qū)存在強(qiáng)烈的新元古代巖漿活動。這一時期巖漿活動主要為古老地殼物質(zhì)的再循環(huán)。

致謝：衷心感謝匿名審稿專家，你們的建議使本文增色不少。

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Abstract： The Cambrian Gaotan Formation is widely distributed in the Wugongshan-Yushan area of Gannan.It is mainly a set of flysch composed of low metamorphic sandstone and slate.The researchers have little research about it and lack of the latest data.In order to analyze its provenance and provide constraints on crustal growth and tectonic evolution in the source area， the LA-ICP-MS detrital zircon U-Pb geochronology and Hf isotope study were carried out on a sandstone from the Gaotan Formation.The U-Pb age data shows three peaks of 2 500 Ma， 1 100～900 Ma and 900～700 Ma.The age peak of 2 500 Ma represents crustal growth event in the late Neoarchean-Paleoproterozoic.The two peaks of 1 100～900 Ma and 900～700 Ma are the most significant，which indicates that the response of the amalgamation and breakup of the Rodinia supercontinent in southern China provides the main provenance for the Cambrian strata in study area.In addition，the capture of 3 003 Ma sugggets that the Cathysia block may have the Archean crustal base;Hf isotope data indicates that most of the zircon in the provenance region crystallized from the magma produced by partial melting of the ancient crustal materials.Combined with the analysis of zircon age data，there is a strong Neoproterozoic magmatism in South China，and the magmatism during this period is mainly the recycling of the magma produced by the melting of ancient crustal materials.

Key words： Ganan Area; Gaotan Formation; Zircon U-Pb Dating; Hf Isotope; Provenance Analysis; Crustal Growth