坦桑尼亞烏本迪帶內(nèi)花崗巖類的LA-MC-ICP-MS鋯石U-Pb年齡及地質(zhì)意義

許康康，劉曉陽，孫凱，何勝飛 ，龔鵬輝 ，吳興源，孫宏偉

（1.中國地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)調(diào)查中心，天津300170；2.中國地質(zhì)調(diào)查局華北科技創(chuàng)新中心，天津300170）

關(guān)鍵字：鋯石U-Pb年齡；太古宙花崗巖；烏本迪帶；坦桑尼亞

花崗巖作為大陸地殼的主要組分，記錄了板塊匯聚和地幔物質(zhì)上涌過程中地殼的形成和演化，是研究大陸巖石圈結(jié)構(gòu)、組成和演化的重要內(nèi)容[1-3]。烏本迪帶作為南部非洲一條重要的構(gòu)造活動(dòng)帶，其內(nèi)發(fā)育有大規(guī)模的基性-花崗巖類巖漿作用和變質(zhì)作用。早期研究認(rèn)為，帶內(nèi)的花崗巖類年齡主要為古元古代，為烏薩加藍(lán)和烏本迪造山作用期間板塊俯沖作用形成的弧巖漿作用，從而得出該帶為一條古元古代活動(dòng)帶，具有單一的構(gòu)造演化機(jī)制[4，5]。然而，后期1.4 Ga的Wakole地質(zhì)單元內(nèi)變質(zhì)泥巖鋯石年齡[6]及1.2～1.0 Ga的Ubende地質(zhì)單元內(nèi)變質(zhì)泥巖、Lupa地質(zhì)單元內(nèi)花崗閃長巖鋯石變質(zhì)邊年齡的測得[5,7]，發(fā)現(xiàn)烏本迪帶在中元古代中期經(jīng)歷了與基巴拉帶同期的伸展作用，后期又受到伊魯米德造山作用遠(yuǎn)場應(yīng)力的影響。另外，Upangwa和Mbozi地質(zhì)單元內(nèi)850～600 Ma堿性花崗巖和正長巖侵入體[8-10]、Ubende地質(zhì)單元內(nèi)596±41 Ma古元古代榴輝巖內(nèi)鋯石變質(zhì)邊及Ufipa地質(zhì)單元內(nèi)593～524 Ma的榴輝巖[7]等年齡數(shù)據(jù)的相繼測得，發(fā)現(xiàn)烏本迪帶在新元古代同樣先后經(jīng)歷了泛非作用早階段伸展作用和晚期的俯沖造山作用?？梢?，烏本迪帶自古元古代經(jīng)歷了一系列的俯沖作用和伸展作用，為多期次構(gòu)造巖漿活動(dòng)的產(chǎn)物。太古宙作為烏本迪帶構(gòu)造演化的最早期階段，研究程度相對較低，通過地震影像模型研究，許多學(xué)者認(rèn)為坦桑尼亞克拉通太古宙地殼和上部巖石圈可能從向西南穿過烏本迪帶一直延伸到班韋盧地塊[11，12]，然而，相關(guān)地質(zhì)體年齡數(shù)據(jù)的缺乏使得該結(jié)論存在一定的爭議性。

本次采用高精度LA-MC-ICP-MS鋯石U-Pb測年方法，對地質(zhì)調(diào)查期間采集的大量花崗巖類進(jìn)行地質(zhì)年齡測定，得到了不同階段花崗巖體的地質(zhì)年齡數(shù)據(jù)。通過對太古宙地質(zhì)年齡數(shù)據(jù)的報(bào)道，并結(jié)合現(xiàn)有的研究資料和調(diào)查成果，對烏本迪帶在太古宙時(shí)期的演化歷史提供可靠的年齡約束，并為烏本迪帶的前寒武紀(jì)研究提供新的科學(xué)證據(jù)。

1 地質(zhì)背景

圖1 坦桑尼亞及相鄰地區(qū)地質(zhì)簡圖（據(jù)參考文獻(xiàn)[18]）Fig.1 Simplified geological map of central Tanzania and adjoining areas1.卡魯和更年輕地質(zhì)體；2.新元古代沉積巖；3.650～620 Ma造山帶；4.1.35～1.0 Ga造山帶；5.2.05～1.8 Ga造山帶；6.1.8 Ga克拉通；7.太古宙克拉通；8.古元古代榴輝巖；9.泛非榴輝巖；10.采樣點(diǎn)

烏本迪帶位于坦桑尼亞西南部，走向NW-SE，長約500 km，寬約150 km。主要位于太古宙坦桑尼亞克拉通和贊比亞古元古代班韋盧地塊之間，其北西部為中元古代近南北向的基巴拉帶（Kibaran Belt），東南部為古元古代的北東向的烏薩加藍(lán)帶（Usagaran Belt）和新元古代近南北向的東非造山帶（East African Orogen）[9，13-14]。 Daly et al.（1985）和 Daly（1988）基于不同的構(gòu)造和巖石單元，將烏本迪帶分為8個(gè)地質(zhì)單元，分別命名為烏本德（Ubende）、瓦科勒（Wakole）、卡圖馬（Katuma）、烏菲帕（Ufipa）、姆博齊（Mbozi）、盧帕（Lupa）、普帕格瓦（Upagwa）、尼卡（Nyika）地質(zhì)單元（圖1）[15，16]。烏本迪帶主要巖性為麻粒巖相-綠片巖相的火山、沉積變質(zhì)巖（表1），古、中元古代變質(zhì)沉積巖（與班韋盧地塊穆瓦（Muva）超群同期）不整合覆蓋在烏本迪帶且在基巴拉造山運(yùn)動(dòng)期間經(jīng)歷了變質(zhì)作用，隨后又被新元古代碎屑沉積物（與坦桑尼亞克拉通布科班（Bukoban）超群同期）覆蓋。元古宙時(shí)期的沉積蓋層覆蓋了烏本迪基底的大部分區(qū)域，導(dǎo)致較難劃分其南北邊界[17，18]。

烏本迪帶最早由McConnell（1950）和Sutton et al.（1954）報(bào)道，早期烏本迪帶被認(rèn)為具有單一演化機(jī)制，而后期研究發(fā)現(xiàn)烏本迪帶的形成為多期次俯沖造山作用和盆地沉積的結(jié)果[13，14]。不同階段發(fā)生的地質(zhì)事件可以通過不同地質(zhì)單元內(nèi)的構(gòu)造特征、巖漿作用和變質(zhì)作用記錄下來（表1）。

2 樣品采集與處理方法

在烏本迪帶的北部、中部和南部地區(qū)共采集到太古宙花崗巖類3件，其中，樣品D6359為中細(xì)粒黑云母二長花崗巖，位于Ubende地質(zhì)單元的北端；D6352為云英巖化花崗巖，位于Katuma地質(zhì)單元內(nèi)；D5209為細(xì)粒的花崗閃長巖，位于Lupa地體與Mbozi地質(zhì)單元交界附近（圖1）。

鋯石分選在河北省廊坊市區(qū)域地質(zhì)調(diào)查研究所完成，采用常規(guī)粉碎、浮選和電磁選方法進(jìn)行分選，制靶、陰極發(fā)光顯微照相、透射光及反射光照相工作在北京鋯年領(lǐng)航科技有限公司完成。鋯石U-Pb同位素測年在天津地質(zhì)調(diào)查中心實(shí)驗(yàn)室利用LA-MC-ICP-MS方法測定，所用儀器為Thermo Fisher公司制造的Neptune多接收電感耦合等離子體質(zhì)譜儀及與之配套的New wave UP 193 nm激光剝蝕系統(tǒng)。利用193 nm FX激光器對鋯石進(jìn)行剝蝕，激光剝蝕的斑束為35μm，激光剝蝕樣品的深度為20～40μm。鋯石年齡計(jì)算采用國際標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500作為外標(biāo)，元素含量采用人工合成硅酸鹽玻璃NISTSRM610作為外標(biāo)，29Si作為內(nèi)標(biāo)元素進(jìn)行校正。數(shù)據(jù)處理采用ICPMSData Cal程序[19,20]和Isoplot程序[21]進(jìn)行加權(quán)平均年齡計(jì)算。

3 分析結(jié)果

二長花崗巖（D6359）中鋯石呈半自形-自形，長柱狀，長寬比多介于2/1～3/1之間，陰極發(fā)光（CL）圖像顯示大部分鋯石具有核-邊結(jié)構(gòu)，鋯石核部大部分呈灰黑色，少部分為灰色、灰黑色，具有弱的巖漿振蕩環(huán)帶，部分鋯石邊緣發(fā)育溶蝕結(jié)構(gòu)；鋯石邊部為灰色、灰白色，無振蕩生長環(huán)帶，具弱分帶或無分帶，為變質(zhì)鋯石晶型特征，由于邊緣通常較窄，無法測得其年齡數(shù)據(jù)（圖2a）。該樣品測得24個(gè)有效分析點(diǎn)，鋯石中Th含量為23×10-6～1 713×10-6，U含量為74×10-6～1 344×10-6，Th/U值介于0.31～1.27之間（表2）。在鋯石U-Pb年齡諧和圖上，20個(gè)分析點(diǎn)位于諧和線的下方，4個(gè)分析點(diǎn)位于諧和線上，所有分析點(diǎn)呈線性排列，表明有鉛丟失。24個(gè)分析點(diǎn)的不一致線的上交點(diǎn)年齡為2 549±20 Ma（MSWD=3.8）（圖3a），代表了該巖體的形成年齡。

表1 烏本迪帶地質(zhì)體特征（據(jù)參考文獻(xiàn)[16,18]）Tab.1 Geological characteristics of the Ubendian terranes

云英巖化花崗巖（D6352）中鋯石為半自形-自形，長柱狀，長寬比多介于2/1～3/1之間，陰極發(fā)光（CL）圖像顯示鋯石呈灰色、灰黑色，巖漿振蕩環(huán)帶發(fā)育，具有典型的巖漿鋯石特征（圖2b）。該樣品測得80個(gè)有效分析點(diǎn)，鋯石中Th含量為23×10-6～1 560×10-6，U 含量為 232×10-6～3 770×10-6，Th/U 值介于0.01～0.78之間。在鋯石U-Pb年齡諧和圖上，所有分析點(diǎn)位于諧和線的下方，呈線性排列，80個(gè)分析點(diǎn)的不一致線上交點(diǎn)年齡為2 662±33 Ma（MSWD=16）（圖3b），代表了該巖體的形成年齡。

花崗閃長巖（D5209）中鋯石自形程度差，晶型不規(guī)則，大部分鋯石顆粒大小在50～100μm，少數(shù)鋯石可達(dá)200μm。陰極發(fā)光（CL）圖像顯示鋯石通常具有核-邊結(jié)構(gòu)，鋯石核部為灰色、灰黑色，多數(shù)無分帶、弱分帶，不發(fā)育振蕩環(huán)帶，少部分具振蕩環(huán)帶特征；鋯石邊緣較窄，為亮白色、灰色、灰黑色，無分帶（圖2c）。該樣品測得23個(gè)有效分析點(diǎn)，鋯石中Th含量為9×10-6～1 452×10-6，U含量為58×10-6～1 823×10-6，Th/U值介于0.07～2.16之間。在鋯石U-Pb年齡諧和圖上，8個(gè)分析點(diǎn)位于諧和曲線上，其他位于諧和曲線下方，所有分析點(diǎn)呈線性排列，擬合成的不一致線與諧和線的上交點(diǎn)年齡為2 744±11 Ma（MSWD=0.89）（圖3c），代表了該巖體的形成年齡。

4 討論

圖2 烏本迪帶內(nèi)二長花崗巖（a)，云英巖化花崗巖（b)和花崗閃長巖（c）鋯石陰極發(fā)光圖像Fig.2 CLimages of zircons from the monzogranite(a),greisenized granite(b)and granodiorite(c)in the Ubendian belt

表2 烏本迪帶內(nèi)花崗巖類LA-MC-ICP-MS鋯石U-Pb測年數(shù)據(jù)Tab.2 LA-MC-ICP-MS Zircons U-Pb isotopic data of the granitoids in the Ubendian belt

續(xù)表2

圖3 烏本迪帶內(nèi)二長花崗巖（a)，云英巖化花崗巖（b)和花崗閃長巖（c）鋯石U-Pb年齡諧和圖Fig.3 U-Pb concordia diagrams of zircons from the monzogranite(a),greisenized granite(b)and granodiorite(c)in the Ubendian belt

前人在研究烏本迪帶古元古代巖漿作用時(shí)，發(fā)現(xiàn)少數(shù)早期被認(rèn)為是古元古代的地質(zhì)體具有太古宙年齡，從而推測烏本迪帶內(nèi)存在有太古宙地殼組分[5]，本次應(yīng)用LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年方法對采集的樣品進(jìn)行分析時(shí)，同樣發(fā)現(xiàn)有太古宙時(shí)期的地質(zhì)年齡。其中，Lupa地質(zhì)單元內(nèi)花崗閃長巖的結(jié)晶年齡為2 744±11 Ma與前期報(bào)道的相同地質(zhì)單元內(nèi)2 740 Ma的花崗巖年齡誤差范圍內(nèi)基本一致；Katuma地質(zhì)單元內(nèi)云英巖化花崗巖的結(jié)晶年齡為2 662±33 Ma，位于相同地質(zhì)單元內(nèi)變質(zhì)基性巖和正片麻巖2 640～2 710 Ma的年齡范圍內(nèi)，另外，本次在Ubende地質(zhì)單元的北部同樣發(fā)現(xiàn)有太古宙的二長花崗巖，其年齡為2 549±20 Ma。區(qū)域資料表明，位于烏本迪帶東北部的坦桑尼亞克拉通內(nèi)發(fā)育有大量太古宙時(shí)期的花崗-綠巖地體，如Kilimafedha綠巖帶，2 700～2 640 Ma[22]、Musoma-Mara綠巖帶，2760～2650 Ma[23-25]和Sukumaland綠巖帶，2 700～2 640 Ma[11，23，26]。Sanislav et al.研究認(rèn)為坦桑尼亞克拉通地殼生長主要經(jīng)歷3個(gè)階段：2 850～2 800 Ma，2 770～2 730 Ma和2 700～2 620 Ma，最后一期為主要的生長階段，與世界上其他克拉通約2.7 Ga的主地殼增生期一致[27-29]。本次地質(zhì)年代學(xué)研究測得在烏本迪帶的北部、中部和南部地區(qū)都發(fā)育有太古宙時(shí)期的地質(zhì)體，對比研究發(fā)現(xiàn)其地質(zhì)年齡均分布于坦桑尼亞克拉通地殼生長的主要階段范圍內(nèi)，結(jié)合前述地震影像模型[11，12]，可以推測烏本迪帶底部存在大規(guī)模的太古宙地殼組分，早期烏本迪帶可能為坦桑尼亞克拉通的大陸邊緣部分，后期在太古宙克拉通地殼的基礎(chǔ)上，烏本迪帶先后經(jīng)歷了烏薩加藍(lán)造山幕、烏本迪造山幕、基巴拉造山幕、伊魯米德造山幕和泛非造山幕等一系列俯沖、伸展作用。

5 結(jié)論

基于烏本迪帶不同地質(zhì)單元內(nèi)花崗巖類的鋯石U-Pb地質(zhì)年代學(xué)數(shù)據(jù)研究，可以初步得出如下結(jié)論：

（1）地質(zhì)年代學(xué)數(shù)據(jù)表明，烏本迪帶內(nèi)二長花崗巖、云英巖化花崗巖和花崗閃長巖的結(jié)晶年齡分別為：2 549±20 Ma、2 662±33 Ma及2 744±11 Ma，為新太古代時(shí)期。

（2）烏本迪帶不同地質(zhì)體內(nèi)發(fā)育有太古宙時(shí)期的巖漿作用，其地質(zhì)年齡與坦桑尼亞克拉通太古宙時(shí)期地殼的主要生長階段范圍一致，表明烏本迪帶存在有大規(guī)模的太古宙地殼組分，早期可能為坦桑尼亞克拉通的大陸邊緣部分。

（3）烏本迪帶在太古宙克拉通地殼的基礎(chǔ)上，經(jīng)歷了一系列與俯沖、伸展有關(guān)的構(gòu)造作用。