桂東地區(qū)鷹揚(yáng)關(guān)構(gòu)造混雜巖40Ar/39Ar年齡及其構(gòu)造意義

王令占，田 洋,2*，李 響，涂 兵，譚娟娟，謝國剛，張宗言，張楗鈺

(1.中國地質(zhì)調(diào)查局武漢地質(zhì)調(diào)查中心(中南地質(zhì)科技創(chuàng)新中心)，湖北 武漢 430205；2.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)地球科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430074)

0 引 言

鷹揚(yáng)關(guān)構(gòu)造混雜巖出露于湘粵桂三省(區(qū))交界處，大地構(gòu)造位置位于揚(yáng)子陸塊與華夏地塊結(jié)合帶西南段，其保留了豐富的構(gòu)造演化信息，是研究揚(yáng)子陸塊與華夏地塊拼合造山過程及相互關(guān)系的重要窗口。前人多將鷹揚(yáng)關(guān)混雜巖作為有序地層進(jìn)行研究，認(rèn)為其為一套有序的火山-沉積巖建造[1-3]。覃小鋒等研究認(rèn)為原鷹揚(yáng)關(guān)群為一套構(gòu)造混雜巖系[4-5]。王令占等通過開展原鷹揚(yáng)關(guān)群物質(zhì)組成、構(gòu)造變形特征及變質(zhì)火山碎屑巖鋯石U-Pb年代學(xué)研究[6]，認(rèn)為其為一套由新元古代不同環(huán)境的巖石經(jīng)歷構(gòu)造混雜作用形成的構(gòu)造混雜巖，混雜作用發(fā)生在晉寧期，根據(jù)野外變形特征及各期變形的疊加改造關(guān)系，于混雜巖中識別出5期構(gòu)造變形，并建立了5期構(gòu)造的相對變形序列。目前關(guān)于鷹揚(yáng)關(guān)構(gòu)造混雜巖的形成時代存在新元古代(約820 Ma)[7-8]與早古生代(約415 Ma)[4-5]兩種不同觀點(diǎn)；其大地構(gòu)造背景存在伸展背景下裂谷環(huán)境[7,9-15]與擠壓背景下島弧-弧后環(huán)境[5]兩種不同的認(rèn)識。

前人對鷹揚(yáng)關(guān)構(gòu)造混雜巖形成時代的研究多是通過對作為巖塊的變質(zhì)火山巖進(jìn)行鋯石U-Pb定年，但對組成其基質(zhì)部分的千枚巖和片巖缺乏年代學(xué)方面的研究，已建立的構(gòu)造變形序列僅為相對變形序列，并無構(gòu)造變形年齡約束，對區(qū)域構(gòu)造過程的探討和對比支撐尚顯不足。本文基于桂東鷹揚(yáng)關(guān)地區(qū)1∶50 000區(qū)域地質(zhì)調(diào)查成果，以鷹揚(yáng)關(guān)構(gòu)造混雜巖變質(zhì)沉積巖和變質(zhì)火山碎屑巖為研究對象，利用絹云母及白云母礦物開展40Ar/39Ar年代學(xué)研究，以期為鷹揚(yáng)關(guān)構(gòu)造混雜巖變質(zhì)變形過程提供準(zhǔn)確時間約束。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

鷹揚(yáng)關(guān)地區(qū)出露青白口系、南華系、震旦系、寒武系、泥盆系、白堊系、第四系及志留紀(jì)、侏羅紀(jì)、白堊紀(jì)花崗巖(圖1)。其中青白口系與上覆地層呈角度不整合(或斷層)接觸[16]，二者在巖性、變質(zhì)變形程度等方面差別明顯，泥盆系與下伏寒武系呈角度不整合接觸，白堊系與下伏地層呈角度不整合接觸。巖漿巖為早志留世花崗閃長巖、石英閃長巖，頂志留世二長花崗巖，晚侏羅世二長花崗巖。青白口系、南華系與志留紀(jì)花崗巖接觸部位均發(fā)生角巖化。該地區(qū)構(gòu)造運(yùn)動強(qiáng)烈，構(gòu)造變形復(fù)雜，褶皺、斷裂發(fā)育，梧州—鷹揚(yáng)關(guān)斷裂帶自中部穿過，本區(qū)經(jīng)歷了晉寧運(yùn)動、加里東運(yùn)動、海西—印支運(yùn)動、燕山運(yùn)動及喜馬拉雅運(yùn)動等多期構(gòu)造運(yùn)動。

鷹揚(yáng)關(guān)構(gòu)造混雜巖由基質(zhì)與巖塊組成，二者混雜產(chǎn)出?；|(zhì)普遍含凝灰質(zhì)(變質(zhì)為絹云母、綠泥石、綠簾石等)，包括絹云千枚巖、磁鐵礦碳質(zhì)絹云千枚巖、含綠簾石絹云千枚巖、綠泥石英千枚巖、絹云母白云母千枚狀片巖與石英白云母片巖等，弱應(yīng)變域可見變余正粒序?qū)永怼⒆冇嗨綄永砑磅U馬序列DE段組合。巖塊為變質(zhì)火山角礫熔巖、變質(zhì)(含火山角礫)凝灰熔巖、變質(zhì)(含火山角礫)熔結(jié)凝灰?guī)r、變質(zhì)凝灰?guī)r、變余含磁鐵礦流紋巖、蛇紋石片巖、微(細(xì))晶石英巖、白云母大理巖、透閃石大理巖、變細(xì)碧巖、變角斑巖與變石英角斑巖等。巖塊呈規(guī)模不等的塊體夾層狀產(chǎn)出于基質(zhì)之中(圖2)，小者長、寬均不足1 m，大者可達(dá)數(shù)十米，基質(zhì)與巖塊之間均為斷層接觸，巖塊之間大多被基質(zhì)分隔。巖石組合整體無序，局部有序，發(fā)育大量以千枚理、片理為基礎(chǔ)形成的緊閉-同斜褶皺，石英脈(或長英質(zhì)脈)形成的無根褶皺、勾狀褶皺和透鏡體普遍產(chǎn)出，褶皺軸面和透鏡體扁平面平行于主期面理，并發(fā)育一系列與主期面理近平行(傾向東)的中高角度逆沖斷層，具有典型造山帶地層特征。

2 巖石學(xué)特征

鷹揚(yáng)關(guān)構(gòu)造混雜巖變形強(qiáng)烈，基質(zhì)巖石中變質(zhì)礦物絹云母、白云母含量較多，且定向排列(或變形)顯著。本次在實(shí)測構(gòu)造地層剖面研究的基礎(chǔ)上，采集了7件鷹揚(yáng)關(guān)構(gòu)造混雜巖變質(zhì)沉積巖和變質(zhì)火山碎屑巖樣品進(jìn)行40Ar/39Ar定年，其中千枚巖4件(樣品PM009-3-1M、PM009-15-1M、PM009-26-1M、PM009-28-1M)、片巖2件(樣品PM010-6-1M、PM011-20-1M)、變質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r1件(樣品PM009-8-1M)。部分測試樣品的巖石學(xué)特征見表1、圖3。

①為政和—大浦?jǐn)嗔?②為高陽—惠來斷裂，③為江山—紹興斷裂，④為景德鎮(zhèn)斷裂，⑤為宜豐—萬載斷裂，⑥為安化—羅城斷裂；粗線條紅色斷層線為區(qū)域性斷層，其他紅色斷層線為一般斷層；圖件及年齡數(shù)據(jù)引自文獻(xiàn)[6]和[17],有所修改

表1 樣品巖石學(xué)特征

Tab.1 Petrological Characteristics of Samples

注:樣品PM009-28-1M巖石學(xué)特征同樣品PM009-26-1M；礦物組成中，百分?jǐn)?shù)為所切的薄片中對應(yīng)礦物的面積占比。

3 實(shí)驗(yàn)方法及結(jié)果分析

樣品絹云母及白云母單礦物的挑選由河北省廊坊市宇恒礦巖技術(shù)服務(wù)有限公司完成，所挑選出的絹云母或白云母單礦物均為受構(gòu)造熱事件影響、具定向連續(xù)排列的新生礦物，純度在98%以上。樣品測試由中國地質(zhì)調(diào)查局武漢地質(zhì)調(diào)查中心同位素地球化學(xué)實(shí)驗(yàn)室完成。實(shí)驗(yàn)流程為：①挑選40～80目粒級的礦物樣品，放入去離子水中用超聲波機(jī)清洗3遍，烘干備用；②稱取適量的樣品，用鋁箔將每個樣品單獨(dú)包裝后，將多個樣品用石英管融封，外面包裹厚1 mm的鎘皮，在中國原子能科學(xué)研究院快中子反應(yīng)堆照射24 h，之后冷卻3個月以上；③冷卻后的樣品在Nu Noblesse超高真空析氬系統(tǒng)的Eurotherm真空鉭爐中進(jìn)行階段升溫融樣，用含有Zr-Al泵的純化系統(tǒng)純化各階段釋放的氣體；④用Nu Noblesse惰性氣體質(zhì)譜儀靜態(tài)測定Ar同位素含量。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，用Isoplot 4.10軟件[18]將各溫度階段獲得的年齡及累計(jì)39Ar含量繪制年齡譜圖，并用加權(quán)法計(jì)算出坪年齡，用直線擬合方法計(jì)算40Ar/39Ar初始值及等時線年齡。其中，室溫下析氬系統(tǒng)的40Ar本底小于5.0×10-15mol；1 400 ℃時，40Ar本底小于5.0×10-14mol。在整個同位素分析過程中，用GBW04439黑云母(樣品ZBH-25)和標(biāo)準(zhǔn)空氣對儀器和分析流程進(jìn)行監(jiān)控。GBW04439黑云母的K濃度(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)為7.60%，40Ar濃度為1.817×10-9mol·g-1，年齡為(132.0±1.3)Ma?？諝?0Ar/36Ar值為295.5±4.5。通過標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算的J值誤差低于1%；36Ca校正參數(shù)為0.000 271，39Ca校正參數(shù)為0.006 520,40K校正參數(shù)為0.007 030。

本次40Ar/39Ar年代學(xué)定年，5件樣品獲得了坪年齡和等時線年齡(表2和圖4、5)，坪年齡與正、反等時線年齡在誤差范圍內(nèi)一致，且正、反等時線年齡40Ar/36Ar初始值與現(xiàn)今大氣Ar標(biāo)準(zhǔn)尼爾值在誤差范圍內(nèi)一致，表明所獲坪年齡可靠，具有地質(zhì)意義；兩件片巖樣品僅獲得了等時線年齡(表2、圖5)，其等時線年齡40Ar/36Ar初始值與現(xiàn)今大氣Ar標(biāo)準(zhǔn)尼爾值在誤差范圍內(nèi)一致，表明年齡數(shù)據(jù)可用于參考。

4 討 論

地質(zhì)樣品的同位素地質(zhì)年齡是指巖石礦物等地質(zhì)樣品在地質(zhì)作用中形成之后冷卻至其相應(yīng)封閉溫度時記錄的年齡，而在構(gòu)造地質(zhì)學(xué)的討論中，40Ar/39Ar年代學(xué)研究常用來反映構(gòu)造熱事件的冷卻年齡[19-27]。本次進(jìn)行40Ar/39Ar年代學(xué)研究的樣品均采自鷹揚(yáng)關(guān)構(gòu)造混雜巖中的強(qiáng)變形帶(片巖)或強(qiáng)變形帶中的弱變形夾塊(千枚巖、變質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r)，所獲得的絹云母40Ar/39Ar坪年齡與等時線年齡大體一致，年齡數(shù)據(jù)較為可靠，可代表構(gòu)造熱事件的冷卻年齡。已有研究認(rèn)為鷹揚(yáng)關(guān)構(gòu)造混雜巖發(fā)育5期構(gòu)造變形(表3)，S1、S2代表晉寧期變形作用(D1—D2)，S3及NNE向斷層左行走滑運(yùn)動指示加里東期NW—NNW向擠壓作用(D3)，海西—印支期及早燕山期W—NWW向擠壓作用(D4)對前期構(gòu)造進(jìn)行了改造，NNE向斷層發(fā)生右行走滑運(yùn)動，晚燕山期伸展作用主要表現(xiàn)為正斷層活動(D5)。

本次絹云母及白云母40Ar/39Ar定年，分別獲得了(377.8±2.6)、(320.4±2.1)、(287.6±2.1)、(227.4±1.5)、(223.5±1.5)Ma的坪年齡以及(209±10)、(172±48)Ma的等時線年齡，表明鷹揚(yáng)關(guān)構(gòu)造混雜巖在晚古生代—早中生代受到多次構(gòu)造熱事件的改造作用。其中，樣品PM009-3-1M千枚巖中微褶皺樞紐宏觀上表現(xiàn)為皺紋線理，軸面為第三期面理(褶劈理S3)。已有研究認(rèn)為該期面理形成于志留紀(jì)、泥盆紀(jì)之交的加里東晚期，對應(yīng)形成泥盆系與寒武系角度不整合的廣西運(yùn)動(D3)。本次測試該樣品中絹云母獲得了(377.8±2.6)Ma的坪年齡佐證了上述認(rèn)識，同時指示廣西運(yùn)動的結(jié)束時間可能為泥盆紀(jì)晚期[28-31]；與右行走滑運(yùn)動相關(guān)的樣品PM009-8-1M和與逆沖運(yùn)動相關(guān)的樣品PM009-15-1M中絹云母分別獲得了(320.4±2.1)和(287.6±2.1)Ma的坪年齡，表明鷹揚(yáng)關(guān)構(gòu)造混雜巖在海西期遭受過兩次構(gòu)造熱事件改造，其構(gòu)造體制和變形特征可能與印支—燕山運(yùn)動類似(D4)；具變余層理構(gòu)造的千枚巖樣品PM009-26-1M和PM009-28-1M中絹云母分別獲得了(227.4±1.5)和(223.5±1.5)Ma的坪年齡，表明鷹揚(yáng)關(guān)構(gòu)造混雜巖在印支期遭受了較強(qiáng)的構(gòu)造熱事件改造(D4)，對應(yīng)晚三疊世—早侏羅世與下伏地層間的印支期角度不整合面；受過構(gòu)造熱事件強(qiáng)烈改造的強(qiáng)變形帶中片巖樣品PM011-20-1M和PM010-6-1M中白云母等時線年齡分別為(209±10)和(172±48)Ma，指示了晚印支期和早燕山期構(gòu)造熱事件，白堊系與下伏地層的角度不整合接觸則為早燕山期構(gòu)造事件的沉積響應(yīng)。

表2 樣品40Ar/39Ar年代學(xué)分析結(jié)果

注：MSWD值為平均標(biāo)準(zhǔn)權(quán)重偏差。

表3 鷹揚(yáng)關(guān)構(gòu)造混雜巖構(gòu)造變形序列

圖4 絹云母40Ar/39Ar坪年齡和等時線年齡

圖5 絹云母及白云母40Ar/39Ar坪年齡和等時線年齡

需要指出的是，研究區(qū)青白口系與南華系呈角度不整合接觸、志留紀(jì)花崗巖與青白口系和南華系均呈侵入接觸等基本地質(zhì)事實(shí)，指示鷹揚(yáng)關(guān)構(gòu)造混雜巖混雜時間為晉寧期。本次年代學(xué)測試并未獲得晉寧期構(gòu)造熱事件年齡值。筆者認(rèn)為可能是由于本次所采集樣品均遭受了后期構(gòu)造熱事件的改造。

本次研究獲得的40Ar/39Ar年齡數(shù)據(jù)所反映的構(gòu)造熱事件在鷹揚(yáng)關(guān)—云開地區(qū)甚至整個華南地區(qū)是普遍存在的(表4)。關(guān)于這些年齡數(shù)據(jù)在時間和空間上的分布規(guī)律，Wang 等研究指出，已有的關(guān)于華夏地塊和揚(yáng)子陸塊東緣加里東期和印支期構(gòu)造形跡的年代學(xué)數(shù)據(jù)(包括花崗巖鋯石U-Pb年齡和同構(gòu)造礦物變質(zhì)變形年齡)在空間上并未顯示出明顯的變化規(guī)律[17]。這兩期造山事件中花崗質(zhì)巖漿活動、區(qū)域變質(zhì)作用和構(gòu)造變形大致是同時發(fā)生的，并且空間上互相重疊，可能指示兩期造山事件具有類似的地球動力學(xué)背景。

表4 鷹揚(yáng)關(guān)—云開地區(qū)及外圍斷裂帶構(gòu)造變形年齡統(tǒng)計(jì)結(jié)果

續(xù)表4

5 結(jié) 語

(1)桂東地區(qū)鷹揚(yáng)關(guān)構(gòu)造混雜巖中千枚巖與變質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r的絹云母40Ar/39Ar坪年齡分別為(377.8±2.6)、(320.4±2.1)、(287.6±2.1)、(227.4±1.5)和(223.5±1.5)Ma，指示鷹揚(yáng)關(guān)構(gòu)造混雜巖從晚古生代至早中生代經(jīng)歷過4次構(gòu)造熱事件改造；白云母片巖中白云母等時線年齡分別為(209±10)和(172±48)Ma，指示鷹揚(yáng)關(guān)構(gòu)造混雜巖在晚印支期和早燕山期再次經(jīng)歷構(gòu)造熱事件改造。

(2)鷹揚(yáng)關(guān)構(gòu)造混雜巖加里東晚期至早燕山期多期構(gòu)造熱事件年代學(xué)數(shù)據(jù)的獲得，佐證了對混雜巖構(gòu)造變形序列的認(rèn)識，為區(qū)域構(gòu)造過程的探討和對比提供了精準(zhǔn)的年代學(xué)約束，為理解揚(yáng)子陸塊與華夏地塊拼合帶的構(gòu)造熱演化提供了新的信息，有助于加強(qiáng)華南地區(qū)晚古生代至早中生代構(gòu)造熱事件的區(qū)域?qū)Ρ取?/p>

野外工作中得到了中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)張克信教授、湖南省地質(zhì)調(diào)查院柏道遠(yuǎn)研究員、中國地質(zhì)調(diào)查局武漢地質(zhì)調(diào)查中心魏運(yùn)許教授級高工的指導(dǎo)，薄片鑒定由南京大學(xué)黃志誠教授完成，在此一并表示衷心感謝。