粵西北懷集地區(qū)早石炭世碎屑巖鋯石年代學(xué)及其地質(zhì)意義

向翻，周施陽，王萬虎，曹愛濱，何濤，袁雅倫

粵西北懷集地區(qū)早石炭世碎屑巖鋯石年代學(xué)及其地質(zhì)意義

向翻1，周施陽2，王萬虎2，曹愛濱1，何濤1，袁雅倫1

（1.原武警黃金第十二支隊(duì)，成都 611700；2.原武警黃金第九支隊(duì)，海口 571127）

利用LA-ICP-MS分析技術(shù)，對粵西北懷集地區(qū)下石炭統(tǒng)測水組碎屑巖中的3件樣品進(jìn)行了碎屑鋯石的U-Pb年代學(xué)研究，獲得了豐富的地殼演化信息，并對沉積物源進(jìn)行了討論。3件樣品獲得有效年齡數(shù)據(jù)155個，年齡變化范圍廣（422～3278Ma），主要集中分布于422～530Ma（峰值442Ma）、595～836Ma（峰值794Ma）、857～1175Ma（峰值960Ma）和1256～3278Ma四個區(qū)間段。其中以峰值442Ma峰值最為突出，對應(yīng)了當(dāng)時加里東期巖漿活動；峰值794Ma對應(yīng)全球Rodinia超大陸裂解的時間；峰值960Ma對應(yīng)Grenville期造山事件；1256～3278Ma年齡段跨度大，分布廣泛，3件樣品中均發(fā)現(xiàn)有來自太古宙的鋯石年齡。結(jié)合前人研究資料，通過本次工作分析表明，研究區(qū)物質(zhì)來源主要是加里東期巖漿活（極有可能是研究區(qū)南側(cè)的廣寧巖體）；其次是與全球Rodinia超大陸、Grenville期造山事件關(guān)系密切的巖漿活動；極少數(shù)物源可能來自于太古宙古老的地殼。

早石炭世；碎屑鋯石；物源分析

研究區(qū)位于粵西北，西距華夏地塊與揚(yáng)子地塊拼合界線約70km（Wang Yuejun et al.，2010），南東距吳川-四會深大斷裂約35km，郴州-懷集深大斷裂自調(diào)查區(qū)內(nèi)東部穿過。大地構(gòu)造屬華夏地塊。

粵西北懷集地區(qū)石炭系地層出露比較廣，沉積類型多樣，區(qū)域內(nèi)石炭系主要為局限臺地相—開闊臺地相及三角洲前緣-濱海相碳酸鹽巖沉積，碎屑巖在測水組發(fā)育。近年來，許多學(xué)者和專家從不同角度對該地區(qū)進(jìn)行了較為深入的研究，并在石炭紀(jì)地層劃分、巖相古地理、沉積環(huán)境與沉積相分析等方面取得了豐富的研究成果。研究區(qū)內(nèi)早石炭世由下至上分連縣組、石磴子組、測水組，組與組之間為整合接觸。連縣組系莫柱孫、杜衡齡（1943）于廣東連縣一帶命名的連縣灰?guī)r，吳望始等1980年修訂為連縣組，指一套深灰色中厚層狀白云質(zhì)灰?guī)r與白云巖。含珊瑚、腕足等化石。石磴子組系田奇雋、王曉青（1932）創(chuàng)名于湖南湘鄉(xiāng)縣棋梓橋鎮(zhèn)石磴子村，原名石磴子系?！稄V東省巖石地層》（1996）定義指整合于連縣組灰?guī)r之上、伏于測水組之下的一套碳酸鹽巖。縱向上，生物碎屑逐漸增加，主要為珊瑚、雙殼類和腹足類化石，燧石結(jié)核由無到有，由小到大。測水組是田奇雋（1929）在湖南雙峰縣梓門橋鎮(zhèn)測水河?xùn)|岸灣頭剖面創(chuàng)建。廣東省地礦局（1996）厘定該組為整合于石磴子組與梓門橋組（曲江組）之間一套以石英砂巖、粉砂巖為主的巖石。發(fā)育不規(guī)則石柱珊瑚Phillips、雙曲板笛管珊瑚YohinChi等化石。巖石普遍含鐵質(zhì)結(jié)核，泥頁巖中含黃鐵礦化，含煤，層數(shù)5～10層不等，煤質(zhì)較差，僅局部地段可達(dá)開采品位。

應(yīng)用碎屑鋯石LA-ICP-MS測試技術(shù)對碎屑巖樣品進(jìn)行年代學(xué)分析，是約束地層時代、示蹤物源區(qū)、恢復(fù)板塊歷史以及還原大陸演化的一種可靠手段（董國安等，2007；曾方侶等，2020)。本文試圖通過對研究區(qū)早石炭世沉積巖中碎屑鋯石U-Th-Pb同位素研究，同時結(jié)合前人研究資料，探討研究區(qū)早石炭世的物源屬性。

1 地質(zhì)概況

研究區(qū)石炭系出露面積廣，自下而上為連縣組、石磴子組、測水組，碎屑巖主要發(fā)育于測水組（圖1）。測水組縱向上巖性變化較大，主要巖性為淺灰、深灰、淺黃褐、淺灰白色粉砂巖、泥質(zhì)頁巖、細(xì)粒石英砂巖、中細(xì)粒含礫石英砂巖、礫巖，底部常含炭質(zhì)、泥晶灰?guī)r透鏡體及燧石結(jié)核，局部煤層發(fā)育。根據(jù)巖性特征，以測水組中部出現(xiàn)一套礫巖為標(biāo)志層將測水組二分。

區(qū)域內(nèi)巖漿巖十分發(fā)育，以侵入巖為主，主要出露廣寧巖體（晚奧陶紀(jì)）、大寧巖體（早志留紀(jì)）和連陽巖體（白堊紀(jì)）。

區(qū)域內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，先后經(jīng)歷了加里東、海西-印支、燕山及喜馬拉雅等多期構(gòu)造運(yùn)動。褶皺依形成時間的先后，分為加里東期、海西-印支期和燕山期，多以北東向、北北東向?yàn)橹鳌?/p>

圖1 研究區(qū)地質(zhì)簡圖

2 樣品采集

本次野外工作3件碎屑鋯石樣品（表1）均采取于測水組，樣品一：D0160-1（經(jīng)度：112°44′11″，緯度：24°09′18″）、樣品二：D0161-1（經(jīng)度：112°44′30″，緯度：24°09′49″）采于石潭鎮(zhèn)北西清連高速路旁，樣品三：D3630-1（經(jīng)度：112°38′32″，緯度：24°09′00″）采于葛藤洞。

表1 樣品巖性描述

3 樣品測試分析

測年樣品粉碎、鋯石挑選在河北省廊坊市誠信地質(zhì)服務(wù)有限公司進(jìn)行，陰極發(fā)光（CL）照相工作在南京宏創(chuàng)地質(zhì)勘查技術(shù)服務(wù)有限公司進(jìn)行，最后LA-ICP-MS分析測定工作在南京大學(xué)成礦作用國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。

本次工作采取的3件碎屑鋯石年齡樣品，利用人工重砂法分離、挑選出晶形好、具有代表性的鋯石顆粒，利用環(huán)氧樹脂固定制靶。拋光后，在顯微鏡下進(jìn)行透射光、反射光照相，并進(jìn)行陰極發(fā)光（CL）電子成像處理。通過電子圖像，將挑選的鋯石顆粒進(jìn)行LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年分析工作，分析儀器為Agilent 7500a ICP-MS，并采用與儀器連接起來的New Wave 213 nm 激光取樣系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)過程中，激光剝蝕束斑直徑采用32μm，頻率為8Hz。測試樣品經(jīng)剝蝕后，由He氣充當(dāng)載氣，與Ar氣混合后進(jìn)入ICP-MS進(jìn)行分析。數(shù)據(jù)采集選用澳大利亞鋯石標(biāo)樣GEMOC GJ-1（207Pb/206Pb age of 608.5±1.5 Ma，Jackson et al.,2004）來進(jìn)行U-Pb分餾校正，內(nèi)標(biāo)為鋯石標(biāo)樣Mud Tank（intercept age of 732±5 Ma，Black and Gulson,1978）。在單一測試流程的起始和結(jié)尾分別測取2個GJ標(biāo)樣，1個MT標(biāo)樣和10個待測樣品點(diǎn)，確保分析精度。獲得的U–Pb同位素原始數(shù)據(jù)通過GLITTER軟件（ver. 4.4）處理。詳細(xì)的操作方法與Griffin et al. （2004）及Jackson et al.（2004）相似。

對于鋯石年齡取值，我們采取小于1000Ma的取206Pb/238U和1σ對應(yīng)的年齡，大于1000Ma的用207Pb/206Pb和1σ對應(yīng)的年齡（Anderson，2007）。諧和度計(jì)算：對于年齡大于1000Ma的取100*（207Pb/206Pb年齡）/（206Pb/238U年齡）；年齡小于1000Ma的取100*（207Pb/235U年齡）/（206Pb/238U年齡）。得出的數(shù)值介于90～110之間的為諧和值，其余為不諧和值，鋯石年齡諧和圖、直方圖采用Isoplot4.11版本的Excel模板繪制。

4 分析結(jié)果

4.1 鋯石特征

在實(shí)驗(yàn)室透射光條件下，3件樣品中鋯石顆粒特征表現(xiàn)相似：鋯石顆粒大小不一，呈長柱狀、短柱狀及個別橢球狀，部分鋯石內(nèi)部發(fā)育包裹體；顆粒自形程度較好，絕大多數(shù)呈棱角狀、次棱角狀，少數(shù)顆粒磨圓度較好，揭示物源多數(shù)搬運(yùn)距離較近，少數(shù)搬運(yùn)較遠(yuǎn)；從陰極發(fā)光圖像（CL）顯示，鋯石顆粒振蕩環(huán)帶明顯，個別顆粒發(fā)育亮白色的增生邊，說明為巖漿成因鋯石，同時受后期蝕變作用影響。測得的155個諧和數(shù)據(jù)中，Th/U比值為0.117～4.762，其中四個點(diǎn)Th/U比值大于0.1小于0.4，其余全部大于0.4，說明測得的數(shù)據(jù)中鋯石以巖漿成因?yàn)橹鳎˙elousova et al，2002）。

4.2 鋯石U-Pb年齡

本次測試3件樣品共完成測點(diǎn)158個，諧和數(shù)據(jù)155個（表2）。

（1）樣品0160-1。樣品0160-1測得鋯石年齡共有數(shù)據(jù)60個，其中兩個（不參與年齡統(tǒng)計(jì)）諧和度小于90%，其他均大于90%。58個諧和年齡中，最早年齡2800±21Ma（新太古代），最晚年齡422±6Ma（志留紀(jì)），按照諧和年齡的分布特征可以分成多組（圖2）。422～503Ma（奧陶紀(jì)-志留紀(jì)）鋯石年齡段共有33個，占56%，峰值為441±6Ma。595～1118Ma（中元古晚期-新元古早期）鋯石年齡共有21個，占36%，峰值為802.5±13Ma。1810-2800Ma鋯石年齡（新太古代-古元古代）共有4個數(shù)據(jù)，分別為1810±19Ma、2633±43Ma、2705±21Ma、2800±15Ma。

（2）樣品0161-1。樣品0161-1測得36個鋯石年齡數(shù)據(jù)，諧和度較高均大于90%。其中，最早年齡2710±12Ma（新太古代），最晚年齡428±6Ma（志留紀(jì)），按照諧和年齡的分布特征可分為多組（圖2）。428～476Ma（奧陶紀(jì)-志留紀(jì)）鋯石年齡段共有數(shù)據(jù)15個，占42%，峰值為442.4±6Ma。604～1174Ma（中元古代-新元古代）鋯石年齡段有數(shù)據(jù)14個，占39%，峰值為795.2±14Ma（晉寧階段末期）。1256～2495Ma（古元古代-中元古代）鋯石年齡段有數(shù)據(jù)6個，占17%。其中一個太古代年齡為2710±12Ma。

（3）樣品3630-1。樣品3630-1測得60個鋯石年齡數(shù)據(jù)，諧和度均大于90%，年齡跨度較大。其中，最早年齡443±7Ma（晚奧陶紀(jì)），最晚年齡3278±12Ma（古太古代），根據(jù)鋯石年齡分布特征可分為多組（圖2）。443～530Ma（晚奧陶世-寒武紀(jì)）鋯石年齡段有數(shù)據(jù)12個，占20%，峰值為445.4±7Ma（奧陶紀(jì)）。623～1175Ma（中元古代-新元古代）鋯石年齡段數(shù)據(jù)共31個，占50%，峰值為967.3±14Ma。1462～1866Ma（古元古代-中元古代）鋯石年齡段數(shù)據(jù)共13個，占22%，峰值為1462±19Ma。2286～3278Ma鋯石年齡段數(shù)據(jù)共4個，占6%，其中一個數(shù)據(jù)太古代年齡為3278±12Ma。

5 討論

5.1 碎屑鋯石記錄的構(gòu)造事件

本次研究采集的3件樣品共155個諧和年齡≥90%，所有數(shù)據(jù)的直方圖顯示有四個主要年齡區(qū)間（圖2）：

圖2 碎屑鋯石U-Pb諧和圖和碎屑鋯石年齡譜

422～530Ma（峰值為442Ma）：該年齡段為本次研究樣品中最明顯的峰值，與加里東期熱液活動相對應(yīng)，揭示物源區(qū)來自加里東巖漿活動產(chǎn)物。這部分鋯石自形程度高，呈長柱狀、短柱狀，振蕩環(huán)帶明顯，磨圓度差，表明其搬運(yùn)距離近，靠近物源。前人資料顯示（廣東1∶5萬鳳崗圩、北市、古水、江屯圩幅區(qū)調(diào)報告，2015），研究區(qū)附近加里東期巖漿活動分布廣泛，尤其廣寧巖體（鋯石年齡449±12Ma）臨近研究區(qū)，指示其極有可能提供了沉積物源。

595～836Ma（峰值794Ma）：該年齡段與晉寧運(yùn)動末期相對應(yīng)，與全球Rodinia超大陸裂解的時間基本相同，在華南南嶺一帶，這種構(gòu)造裂解表現(xiàn)突出，發(fā)育大規(guī)模的花崗巖、輝綠巖，推測研究區(qū)可能受到此事件的響應(yīng)。

857～1175Ma（峰值960Ma）：該部分鋯石振蕩環(huán)帶清晰，顆粒呈長、短柱狀，具一定磨圓度，部分鋯石邊緣被溶蝕，陰極發(fā)光圖像呈暗色，指示這些鋯石經(jīng)歷了一次或多次搬運(yùn)，后期受到不同程度的變質(zhì)作用或再循環(huán)。該年齡區(qū)段與Grenville期造山事件相對應(yīng)（李獻(xiàn)華等，2002），結(jié)合前人研究在粵北、粵中均獲得大量1000Ma左右的碎屑鋯石（覃小鋒等，2006；向磊和舒良樹，2010），表明物源區(qū)可能是Grenville期造山帶的一部分。

1256～3278Ma：該段年齡分布不集中，跨度較大，物質(zhì)來源范圍廣，時間跨度大。該部分鋯石完整性差，完整鋯石較少，次生邊發(fā)育；多數(shù)鋯石環(huán)帶可見，少數(shù)鋯石環(huán)帶不明顯如0360-1-59（2428±23Ma）。3件樣品中都出現(xiàn)鋯石年齡≥2500Ma，如0160-1-19（2800±15Ma）、0161-1-27（2710±12Ma）和0360-1-6（3270±12Ma），0160-1-19振蕩環(huán)帶清晰可見，完整性差；0161-1-27環(huán)帶比較模糊，外形上呈橢圓狀，顯示經(jīng)過長距離搬運(yùn)；0360-1-6發(fā)育亮白色的次生邊結(jié)構(gòu)。

圖3 測試樣品的代表性鋯石陰極發(fā)光圖

5.2 沉積物源分析

華南加里東運(yùn)動的實(shí)質(zhì)是揚(yáng)子地塊與華夏地塊在奧陶紀(jì)末到志留紀(jì)發(fā)生的板內(nèi)碰撞運(yùn)動（胡艷華等，2012）。本次研究的早石炭世碎屑鋯石年齡422～3278Ma，峰值為442Ma、794Ma、960Ma。缺少泥盆紀(jì)年齡，說明泥盆紀(jì)時期，研究區(qū)附近相對穩(wěn)定，區(qū)域附近基本上沒有大的巖漿活動。峰一（年齡為442Ma）對應(yīng)加里東期巖漿活動。區(qū)域上出露廣寧巖體約440Ma（王玲，2014）、大寧巖體約449Ma（廣東省地質(zhì)調(diào)查院，2015），與峰一年齡相近。結(jié)合前人研究工作，根據(jù)稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化分布型式圖（圖2），研究區(qū)與大寧巖體稀土元素具有很高的相似性，而與廣寧巖體的稀土元素相差甚遠(yuǎn)，可見其物源與大寧巖體關(guān)系密切。

華夏地塊與揚(yáng)子地塊在10億年左右聚合，形成華南陸塊，在新元古代之前，它們不是統(tǒng)一的大陸，二者在沉積構(gòu)造、地質(zhì)演化存在明顯的差異（張雄等，2016）。前人在粵中、贛南、湘桂地區(qū)研究表明，揚(yáng)子地塊以大量Rodinia超大陸裂解巖漿活動事件為標(biāo)志，這對應(yīng)時期的活動在華夏地塊表現(xiàn)不突出，僅僅在華夏的局部地區(qū)出現(xiàn)（北武夷地區(qū)）；而華夏地塊則以大量的Grenville期活動事件為標(biāo)志，在揚(yáng)子地塊西緣也出現(xiàn)對應(yīng)時期的碎屑鋯石年齡，但影響較?。ㄍ貔i鳴等，2012；王麗娟等，2008）。結(jié)合峰二（年齡為794Ma）、峰三（年齡為960Ma）年齡特征值，說明研究區(qū)早石炭世地層可能同時接受了來自華夏地塊、揚(yáng)子地塊的物質(zhì)沉積。

其中幾個年齡來自太古宙，前人在研究區(qū)附近廣東韶關(guān)、四會等地也發(fā)現(xiàn)≥2500Ma的年齡。這些鋯石都具有巖漿鋯石特征，受后期改造作用，它們的源區(qū)位置難以確定，但其保存了太古宙地殼物質(zhì)的信息。這與其他學(xué)者認(rèn)為華夏可能存在太古宙地殼基底相符（鄭永飛等，2007）。

6 結(jié)論

（1）通過對早石炭世測水組碎屑鋯石年代學(xué)研究，獲得的155個諧和年齡值位于422～3278Ma，集中分布422～530Ma、595～869Ma、905～1175Ma和1256～3278Ma等四個主要區(qū)間，揭示物源區(qū)從太古宙到志留紀(jì)受到多期構(gòu)造—巖漿事件。

（2）鋯石年齡以峰值442Ma為主，794Ma、960Ma次之，分別對應(yīng)了當(dāng)時加里東期巖漿活動、全球Rodinia超大陸裂解事件、Grenville期造山事件，反映這幾次事件對物源區(qū)影響顯著。

（3）源區(qū)物質(zhì)來源多數(shù)與加里東期巖漿活動相關(guān)，特別是區(qū)內(nèi)的晚奧陶世巖漿活動（如大寧巖體）；部分可能來自Rodinia超大陸裂解事件和Grenville期事件；極少數(shù)可能來自太古宙的古老地殼。

（4）研究區(qū)在泥盆紀(jì)時期相對穩(wěn)定，無大的巖漿活動。

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Zircon U-Pb Dating for the Early Carboniferous Clastic Rock and Its Geological Significance in the Huaiji Region,Northwest Guangxi

XIANG Fan1ZHOU Shi-yang2WANG Wan-hu2CAO Ai-bin1HE Tao1YUAN Ya-lun1

(1-The 12nd Gold Geological Party, CAPF, Chengdu 611700; 2-The 9th Gold Geological Party, CAPF, Haikou 571127)

155 zircon U-Pb age values for 3 samples of the Early Carboniferous clastic rockin the Huaiji Region, Northwest Guangxi vary from 422 Ma to 3278 Ma which may be divided into 4 groups such as 422～530 Ma (with a peak value of 442 Ma), 595～836 Ma (with a peak value of 794 Ma), 857～1175 Ma (with a peak value of 960 Ma) and 1256～3278 Ma. The peak value of 442 Ma represents Caledonian magmatic activity, the peak value of 794 Ma represents the breakup of the Rodinia supercontinent and the peak value of 960 Ma represents Grenville orogeny. The above-mentioned U-Pb ages indicate that material of clastic rock of the Early Carboniferous clastic rockin the studied area was derived from Caledonian magmatic rock (Guangning intrusive), Rodinia supercontinent and Grenville magmatic rock.

Early Carboniferous; zircon; U-Pb age; material source; Huaiji Region, Northwest Guangxi

P597

A

1006-0995（2021）04-0544-07

10.3969/j.issn.1006-0995.2021.04.003

2020-10-08

向翻（1991— ），男，四川安岳人，助理工程師，研究方向：資源勘查工程