大別山北淮陽帶奧陶紀(jì)花崗巖的厘定及其對北秦嶺東延的啟示

劉貽燦, 侯克斌, 2, 楊 陽, 李 洋, 宋 彪

大別山北淮陽帶奧陶紀(jì)花崗巖的厘定及其對北秦嶺東延的啟示

劉貽燦1, 侯克斌1, 2, 楊 陽1, 李 洋1, 宋 彪3

(1.中國科學(xué)院殼幔物質(zhì)與環(huán)境重點實驗室, 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 地球和空間科學(xué)學(xué)院, 安徽 合肥 230026; 2.安徽省地質(zhì)調(diào)查院, 安徽 合肥 230001; 3.北京離子探針中心, 中國地質(zhì)科學(xué)院 地質(zhì)研究所, 北京 100037)

詳細(xì)的野外地質(zhì)調(diào)查以及鋯石SHRIMP U-Pb定年和初步的巖石學(xué)研究表明, 大別山北淮陽帶東段發(fā)育早古生代奧陶紀(jì)花崗巖。這些花崗巖經(jīng)過了強(qiáng)烈的構(gòu)造變形、局部發(fā)育片麻理和綠簾角閃巖相變質(zhì)作用, 形成時代為457±2 Ma,與北淮陽帶西段馬畈閃長巖的形成時代以及北秦嶺?桐柏造山帶一期與大洋俯沖相關(guān)的早古生代島弧巖漿作用時代一致。結(jié)合區(qū)域地質(zhì)背景和盆地沉積分析, 證明北秦嶺古生代俯沖增生造山帶至少向東延伸到大別山北淮陽帶的金寨及相鄰地區(qū)。研究區(qū)古生代花崗巖及相關(guān)巖石的進(jìn)一步研究, 將為大別山碰撞造山帶的古生代構(gòu)造演化以及華南與華北板塊之間的匯聚?拼貼過程提供新的制約。

花崗巖; 早古生代; SHRIMP U-Pb定年; 俯沖增生; 北淮陽帶

0 引言

經(jīng)典板塊構(gòu)造理論認(rèn)為, 碰撞造山帶的形成通常涉及到威爾遜旋回(Wilson cycle)中洋盆的打開和關(guān)閉(Dewey and Spall, 1975), 并伴隨著與俯沖?碰撞相關(guān)的變形、變質(zhì)作用和最終因陸?陸碰撞作用而形成造山帶(Wilson, 1966; Dewey, 1969; Brown, 2009; Cawood et al., 2009)。一般來說, 形成于匯聚板塊邊緣的造山帶可以劃分為增生型(accretionary-type)和碰撞型(collisional-type)兩大類(Cawood and Buchan, 2007; Cawood et al., 2009)。其中, 增生造山帶主要形成于大洋板塊的俯沖時期, 以發(fā)育巖漿弧和俯沖?增生雜巖(subduction-accretion complex)為主要特征, 典型例子是科迪勒拉(Cordilleran)造山帶; 而碰撞造山帶則形成于大洋板塊俯沖結(jié)束后的陸?陸碰撞階段, 最典型的例子是阿爾卑斯和喜馬拉雅造山帶。通常, 陸?陸碰撞之前往往涉及到洋盆的關(guān)閉, 所以對于大陸碰撞造山帶而言, 碰撞之前的大洋俯沖及伴生的島弧巖漿作用可能是重要的板塊構(gòu)造過程(O’Brien, 2001)。因此, 這種復(fù)合造山作用常造成碰撞構(gòu)造疊加在早期俯沖增生構(gòu)造之上(Brown, 2007, 2009), 也就是說, 增生階段事件疊加了與陸?陸碰撞和山根垮塌相關(guān)的事件(Lahtinen et al., 2009), 從而為識別和重建兩期造山作用的精細(xì)過程增加了巨大困難。然而, 俯沖?增生雜巖的甄別, 不僅可為確定古俯沖帶相對位置、古洋盆和古島弧的存在以及造山作用類型等提供直接證據(jù), 而且它的組成、結(jié)構(gòu)和形成過程也可為恢復(fù)、重建造山帶的形成與構(gòu)造拼貼過程提供最基本的地質(zhì)依據(jù)。

中國中部近東西向延伸、長約2000 km的秦嶺?桐柏?大別?蘇魯造山帶是一條復(fù)合型造山帶, 主要由華北和華南(揚(yáng)子)兩大陸塊碰撞形成, 并在陸?陸碰撞之前經(jīng)歷了長期的大洋俯沖、島弧增生和弧?陸碰撞等復(fù)雜過程(許志琴等, 1988, 2015; 張國偉等, 1988, 2001; Xu et al., 1992a; 徐樹桐等, 1994, 2002; 楊經(jīng)綏等, 2002; Dong et al., 2011; Wu and Zheng, 2013; Dong and Santosh, 2016), 形成了南、北分帶的中生代碰撞造山體系和古生代增生造山體系(劉曉春等, 2015)。然而, 由于沿造山帶橫向上構(gòu)造過程的復(fù)雜性、多期性、復(fù)合性、疊置性和穿時性(許志琴等, 2015), 不同地段出露的構(gòu)造巖石單位及其巖石組成差別較大。其中, 秦嶺?桐柏?紅安造山帶均保留了明顯的古生代洋殼俯沖的證據(jù), 如北秦嶺商丹蛇綠混雜巖和古生代島弧成因的巖石(如張國偉等, 1988, 2001; 孫衛(wèi)東等, 1995; 董云鵬等, 2007; 裴先治等, 2009; Dong et al., 2011; Dong and Santosh, 2016; Liu et al., 2016)、桐柏?紅安北緣古生代變質(zhì)復(fù)理石(Liu et al., 2004, 2011b)、定遠(yuǎn)島弧成因變質(zhì)火山巖(Li et al., 2001)以及熊店、胡家灣和蘇家河古生代洋殼成因榴輝巖(Sun et al., 2002; Cheng et al., 2009; Wu et al., 2009)。然而, 東部大別?蘇魯造山帶中卻鮮見古生代大洋俯沖的記錄和證據(jù): 一方面可能與三疊紀(jì)陸?陸強(qiáng)烈碰撞改造、燕山期山根垮塌與熱事件疊加以及多期構(gòu)造作用和破壞等有關(guān), 影響了人們認(rèn)識華北與華南板塊之間的古生代?中生代演化的橫向分布; 另一方面也與研究程度有關(guān)。秦嶺?大別?蘇魯造山帶, 又稱中央造山帶(楊經(jīng)綏等, 2002), 新元古代以來, 從岡瓦納大陸分離的中國南、北板塊, 經(jīng)過原特提斯洋和古特提斯洋的演化以及板塊多次離散、匯聚和碰撞, 形成顯生宙以來以原特提斯和古特提斯為主體的復(fù)合構(gòu)造格架, 以及以古生代和印支期為主體的秦嶺?大別?蘇魯復(fù)合造山系(如, Mattauer et al., 1985; Hsü et al., 1987; 許志琴等, 1988, 2015; 張國偉等, 1988, 2001; 楊經(jīng)綏等, 2002; Ratschbacher et al., 2003, 2006; 劉良等, 2013; Liu et al., 2016)。實際上, 北秦嶺古生代造山帶及商丹洋在大別山及相鄰地區(qū)的東延問題至今仍未解決。Dong et al. (2011)根據(jù)區(qū)域地質(zhì)背景分析, 認(rèn)為商丹洋/商丹縫合帶可能通過北秦嶺向東延伸, 但至大別山之后, 如何銜接, 仍是值得研究的問題; 劉曉春等(2015)根據(jù)桐柏造山帶的研究, 推測古生代商丹洋可能向東延伸到信陽、乃至商城以西地區(qū)。然而, 北淮陽帶(尤其商城?麻城斷裂以東; 圖1)尚缺乏與之相對應(yīng)的古生代大洋俯沖、巖漿作用和變質(zhì)作用等方面的巖石學(xué)記錄。直到最近, 劉貽燦等(2020)報道了金寨縣鐵沖石榴斜長角閃巖經(jīng)歷了石炭紀(jì)變質(zhì)作用。為此, 本文開展了北淮陽帶東段金寨一帶花崗巖的野外地質(zhì)調(diào)查以及鋯石SHRIMP U-Pb定年和初步的巖石學(xué)研究, 證明研究區(qū)存在早古生代奧陶紀(jì)花崗巖, 從而為大別造山帶古生代巖漿作用增添了新的研究內(nèi)容, 尤其重要的是為秦嶺?桐柏造山帶的東延問題以及大別山碰撞造山帶的古生代俯沖增生和華北?華南陸塊之間匯聚、拼貼過程提供了新的制約, 也是解決當(dāng)前對該區(qū)古生代大地構(gòu)造演化認(rèn)識分歧的關(guān)鍵。

1 地質(zhì)背景

大別山是秦嶺造山帶的東延部分, 東端被郯?廬斷裂帶切割(圖1)。郯?廬斷裂帶以東的蘇魯造山帶是大別山東延并位移了的部分, 構(gòu)造位置上, 位于華北和華南兩個大陸板塊之間, 是華南板塊向華北板塊之下俯沖形成的三疊紀(jì)大陸碰撞造山帶(Xu et al., 1992a, 1992b; Li et al., 1993), 發(fā)育了與大陸俯沖和碰撞過程相關(guān)的、不同變質(zhì)等級的構(gòu)造巖石單位(徐樹桐等, 2002; Liu et al., 2007a, 2007b, 2017; Li et al., 2017)。從南到北, 大別山可分為宿松變質(zhì)帶、南大別低溫榴輝巖帶、中大別超高壓變質(zhì)帶、北大別雜巖帶及北淮陽帶等巖石構(gòu)造單位(圖1)。但根據(jù)區(qū)域地質(zhì)背景分析和沉積地層的物源區(qū)研究等, 印支期陸?陸碰撞之前, 華北與華南陸塊之間應(yīng)該存在已經(jīng)消失的古大洋(Xu et al., 1992a, 2012;徐樹桐等, 1994, 2002; Li et al., 2004; 李任偉等, 2005; 李雙應(yīng)等, 2011; 劉貽燦等, 2020)。

北淮陽帶西段(商城?麻城斷裂以西), 主要由二郎坪群、原“信陽群”南灣組(變質(zhì)復(fù)理石)和龜山組(又稱龜山雜巖)、原“蘇家河群”中定遠(yuǎn)組、原商城群“石門沖組”和“歪廟組”(可能對應(yīng)于“二郎坪群”; 徐樹桐等, 1994, 2002)和原石炭系梅山群等巖石單位以及變質(zhì)火成巖、古生代閃長巖等花崗巖類巖石和中生代巖石等組成(圖1)。其中, 原巖時代為~630 Ma的變質(zhì)(橄欖)輝長巖(劉貽燦等, 2006; Liu et al., 2017)、720~750 Ma的變質(zhì)花崗巖(劉貽燦等, 2010)以及730~740 Ma的變基性巖和變質(zhì)酸性火山巖(Liu et al., 2017; 朱江等, 2019)沿蘇家河?八里畈斷裂的北側(cè), 從千斤河棚鄉(xiāng)王母觀向西經(jīng)蘇家河至信陽南部西雙河和桐柏一帶呈大小不等的巖塊或巖片零星出露, 千斤河棚鄉(xiāng)向東經(jīng)吳陳河鄉(xiāng)至八里畈鄉(xiāng)一帶也有類似巖石斷續(xù)分布。其圍巖為原“定遠(yuǎn)組”變質(zhì)火山巖, 目前表現(xiàn)為含石榴子石綠簾云母石英片巖。二者之間為斷層接觸, 統(tǒng)稱為定遠(yuǎn)變質(zhì)火山巖帶(劉貽燦等, 2006)或肖家廟?八里畈構(gòu)造混雜巖帶(劉曉春等, 2015)。其南、北分別與滸灣混雜巖帶和“南灣組”變質(zhì)復(fù)理石等構(gòu)造巖石單位相鄰, 再向南為新縣超高壓變質(zhì)帶。原蘇家河群“滸灣組”中既有石炭紀(jì)洋殼俯沖成因榴輝巖(如熊店), 又有三疊紀(jì)陸殼俯沖成因榴輝巖, 它們的原巖時代分別為晚古生代和新元古代(Sun et al., 2002; Cheng et al., 2009; Wu et al., 2009), 因而稱之為滸灣混雜巖帶(劉貽燦等, 2006; Ratschbacher et al., 2006)或滸灣高壓榴輝巖帶(劉曉春等, 2015), 它的變質(zhì)相及形成時代完全不同于島弧成因的定遠(yuǎn)變質(zhì)火山巖(峰期表現(xiàn)為綠簾角閃巖相變質(zhì)作用和原巖時代為早古生代奧陶紀(jì)) (Li et al., 2001; 劉貽燦等, 2006; Liu et al., 2017)。

BZ. 北淮陽帶; NDZ. 北大別雜巖帶; CDZ. 中大別超高壓變質(zhì)帶; SDZ. 南大別低溫榴輝巖帶; SZ. 宿松變質(zhì)帶; HMZ. 滸灣混雜巖帶; HZ. 紅安低溫榴輝巖帶; DC. 角閃巖相大別雜巖; XMF. 曉天?磨子潭斷裂; WSF. 五河?水吼斷裂; HMF. 花涼亭?彌陀斷裂; TSF. 太湖?山龍斷裂; TLF. 郯廬斷裂; SMF. 商城?麻城斷裂。

北淮陽帶東段(商城?麻城斷裂以東), 主要由“佛子嶺群”變質(zhì)復(fù)理石(對應(yīng)于秦嶺的“劉嶺群”和桐柏的“南灣組”)、廬鎮(zhèn)關(guān)雜巖(原“廬鎮(zhèn)關(guān)群”)和原石炭系梅山群(楊山煤系)等構(gòu)造巖石單位及中新生代巖漿巖和盆地沉積組成(徐樹桐等, 1994, 2002; Chen et al., 2003; 吳元保等, 2004; 江來利等, 2005; 劉貽燦等, 2006, 2010; 劉景波等, 2013; Liu et al., 2017)(圖1)。其中, 廬鎮(zhèn)關(guān)雜巖主要包括原“小溪河組”新元古代變質(zhì)花崗巖、變基性巖等、“仙人沖組”大理巖及相伴生的(石榴)斜長角閃巖等。然而, 由于研究區(qū)可能因印支期大陸的強(qiáng)烈碰撞改造和構(gòu)造疊加, 早期一些巖石單位被破壞或者被盆地沉積所掩蓋(Xu et al., 1992a; 徐樹桐等, 1994, 2002), 造成至今未發(fā)現(xiàn)確切的與古生代大洋俯沖及增生造山作用相關(guān)的巖石單位或記錄。然而, 直到最近, 劉貽燦等(2020)在金寨縣西部查明存在石炭紀(jì)高壓變質(zhì)作用。

本文研究的樣品為采集于金寨縣鐵沖鄉(xiāng)李橋村東北的花崗巖(圖2), 局部發(fā)育面理化, 甚至表現(xiàn)為明顯的變質(zhì)、變形作用(圖3)。

該類花崗巖主要分布于金寨縣鐵沖鄉(xiāng)北樓?皂河?高水田一帶, 呈近東西向展布。出露面積約3 km2(圖2)。1996年, 中國地質(zhì)大學(xué)(北京)在進(jìn)行1∶5萬蘇仙石幅區(qū)調(diào)填圖時, 根據(jù)巖石學(xué)特點及與相鄰地區(qū)巖石的相互關(guān)系和區(qū)域地質(zhì)對比等, 將其從中生代花崗巖中識別和劃分出來, 并稱為早古生代“北樓淺粒巖”(沒有同位素定年, 中國地質(zhì)大學(xué)(北京), 1996)。安徽省地質(zhì)調(diào)查院(2011)在進(jìn)行1∶25萬六安幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查時, 發(fā)現(xiàn)“北樓淺粒巖”具有較典型的花崗質(zhì)侵入體特征, 巖體南側(cè)與原“廬鎮(zhèn)關(guān)群”(本文稱“廬鎮(zhèn)關(guān)雜巖”)小溪河組新元古代花崗片麻巖等巖石相鄰, 并經(jīng)歷了變質(zhì)變形作用; 東北側(cè)被白堊紀(jì)石英閃長巖、花崗巖侵入, 侵入接觸關(guān)系清楚, 巖體中有花崗片麻巖包體。單顆粒鋯石U-Pb定年(采用單顆粒鋯石同位素稀釋法)結(jié)果為399± 1.1 Ma。然而, 年齡數(shù)據(jù)分析點有限、而且分析方法陳舊, 可靠性也有待于檢查。為此, 我們開展了該區(qū)花崗巖的野外地質(zhì)調(diào)查和鋯石SHRIMP U-Pb定年工作。

圖2 北淮陽帶東段金寨縣鐵沖地質(zhì)簡圖(據(jù)劉貽燦等, 2020)

2 樣品描述和分析方法

研究區(qū)花崗巖變形較為強(qiáng)烈, 常見明顯片麻理構(gòu)造, 局部有明顯的糜棱巖化(圖3)、黑云母和石英等礦物顯示明顯的定向排列(圖4)。

圖3 北淮陽帶東段金寨縣鐵沖花崗巖野外照片

巖石類型主要為黑云母二長花崗巖, 呈灰?淺灰白色, 具有粒狀變晶結(jié)構(gòu), 弱片麻狀?塊狀構(gòu)造。主要由斜長石(25%~40%)、鉀長石(10%~15%)、石英(20%~30%)組成, 暗色礦物角閃石、黑云母含量約為5%~10%(圖4)。石英呈它形粒狀, 部分已細(xì)?；?圖4a、b)。斜長石呈半自形板狀, 部分顯示聚片雙晶和簡單雙晶, 少見環(huán)帶構(gòu)造, 主要為更長石。鉀長石主要呈它形粒狀。黑云母具黃-紅褐色多色性, 主要為小顆粒、少數(shù)為較大的顆粒, 小顆粒者因構(gòu)造變形而呈定向分布(圖4c、d)。副礦物有鋯石、磷灰石和磁鐵礦等。

鋯石的分選在河北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所實驗室完成。巖石樣品經(jīng)破碎、篩選、電磁及重液分選分離出鋯石, 而后在顯微鏡下挑選透明、未蝕變的顆粒, 將其和標(biāo)準(zhǔn)鋯石TEMORA(年齡為417 Ma)一起制成樣品靶, 研磨拋光, 在北京離子探針中心進(jìn)行透射光、反射光和陰極發(fā)光(CL)照相。鋯石微區(qū)U-Pb定年測定在北京離子探針中心SHRIMPⅡ離子探針儀器上進(jìn)行, 詳細(xì)測定流程見宋彪等(2002)。測試時所用的標(biāo)準(zhǔn)鋯石為M257和TEMORA, 前者用于標(biāo)定U含量, 后者用于校正206Pb/238U比值(亦即206Pb/238U年齡)。束斑直徑約為20 μm。測定結(jié)果用實測的204Pb 進(jìn)行普通Pb校正, 詳細(xì)數(shù)據(jù)處理過程見Liu et al. (2017)。測試結(jié)果見表1。

圖4 北淮陽帶東段金寨縣鐵沖花崗巖顯微照片

3 分析結(jié)果

陰極發(fā)光(CL)圖像(圖5)顯示, 樣品中的鋯石大多數(shù)具有明顯的巖漿結(jié)晶環(huán)帶, 結(jié)合它們的高Th/U值(0.39~1.36), 應(yīng)為巖漿結(jié)晶鋯石; 偶爾含有較薄的黑色增生邊(圖5a、d), 表現(xiàn)為高U含量, 可能與熱變質(zhì)作用有關(guān)(Vavra et al., 1999; Pidgeon et al., 2000; Rubatto et al., 2001; Schmitz and Bowring, 2003)。

本次測試分析了13顆鋯石, 獲得14個年齡數(shù)據(jù)。206Pb/238U年齡大多在438±2 Ma~460±2 Ma之間, 6個相對較老的諧和年齡加權(quán)平均值為457±2 Ma (MSWD=1.10), 其余7個相對年輕的年齡可能與Pb丟失有關(guān); 另外, 1個最年輕的年齡為333±2 Ma(表1, 圖6)。

因此, 根據(jù)鋯石的陰極發(fā)光圖像特點和高Th/U值, 457±2 Ma應(yīng)為花崗巖的形成時代, 而1個具有相對較低Th/U值(0.39)的333±2 Ma年齡比研究區(qū)已報道的石榴斜長角閃巖的峰期變質(zhì)時代(355±5 Ma; 劉貽燦等, 2020)年輕, 可能代表變質(zhì)重結(jié)晶或退變質(zhì)時代(見后文討論)。

4 討 論

眾所周知, 大別造山帶經(jīng)歷了印支期大陸深俯沖和陸陸碰撞以及燕山期山根垮塌與熱事件等多期構(gòu)造疊加與變質(zhì)改造(劉貽燦等, 2019及所引文獻(xiàn))。因此, 如果沒有發(fā)現(xiàn)特征性標(biāo)志(marker), 很難限定陸?陸碰撞前的構(gòu)造體系(Brown, 2009; Lahtinen et al., 2009), 這為識別早期(古生代)大洋俯沖?增生過程帶來了巨大困難和挑戰(zhàn)。Mattauer et al. (1985)在商丹斷裂南側(cè)劉嶺群(武關(guān)雜巖)的變泥質(zhì)巖中獲得314±6 Ma的黑云母40Ar/39Ar年齡; Zhai et al. (1998)在桐柏龜山雜巖斜長角閃巖中獲得兩個角閃石40Ar/39Ar年齡, 分別為316±1 Ma和304±14 Ma, 從而證實秦嶺?桐柏造山帶中確實存在晚古生代構(gòu)造事件。近年來, 桐柏?紅安造山帶北部的龜山雜巖被確定是秦嶺大陸弧與弧前復(fù)理石的混雜體, 其在340~310 Ma經(jīng)歷了角閃巖相變質(zhì)過程(Liu et al., 2011a, 2013)。同時, 對秦嶺造山帶商丹斷裂南側(cè)從劉嶺群中解體出來的武關(guān)雜巖的研究表明, 該套以沉積巖為主體的中級變質(zhì)雜巖中含有大陸弧成因變質(zhì)火成巖, 包括原巖時代分別為446±2 Ma的斜長角閃巖、368±3 Ma的安山質(zhì)片麻巖和351±2 Ma的糜棱巖化花崗巖脈, 其變質(zhì)時代為~320 Ma(Chen et al., 2014)。而且, 已有研究表明, 北秦嶺(包括秦嶺、二郎坪和寬坪巖群等)至少包括450~420 Ma和350~ 310 Ma兩期的變質(zhì)(Ratschbacher et al., 2003, 2006; Dong et al., 2011; Liu et al., 2011a; Chen et al., 2014; 劉曉春等, 2015; Dong and Santosh, 2016; Yan et al., 2016), 且經(jīng)歷了早古生代(500~400 Ma)大洋俯沖、島弧增生與弧?陸碰撞及晚古生代(340~310 Ma)大洋俯沖與增生等復(fù)雜的構(gòu)造過程(裴先治等, 2007, 2009; 王濤等, 2009; 第五春榮等, 2010; 劉良等, 2013;Wang et al., 2013a, 2013b; 張成立等, 2013; 王曉霞等, 2015; Liu et al., 2016); 北淮陽帶西段熊店榴輝巖帶的原巖應(yīng)是洋殼成因, 其形成時代主要為425~410 Ma,并經(jīng)歷了石炭紀(jì)(~310 Ma)洋殼俯沖及榴輝巖相高壓變質(zhì)作用(Sun et al., 2002; Cheng et al., 2009, 2016, 2018; Wu et al., 2009)。

表1 北淮陽帶鐵沖花崗巖鋯石SHRIMP U-Pb年齡分析結(jié)果

注: Pbc和Pb*分別表示普通鉛和放射性成因鉛; 年齡值用實測的204Pb值進(jìn)行普通鉛校正。

圖5 代表性鋯石的陰極發(fā)光圖像

圖6 花崗巖中鋯石的U-Pb年齡諧和圖

本次野外地質(zhì)調(diào)查和鋯石U-Pb定年結(jié)果表明, 大別山北淮陽帶東段金寨一帶發(fā)育早古生代奧陶紀(jì)(457±2 Ma)花崗巖。該花崗巖的形成時代接近于北秦嶺二郎坪地區(qū)的滿子營島弧成因花崗巖(459.5±0.9 Ma; 郭彩蓮等, 2010)、桐柏地區(qū)具島弧特征的黃崗花崗閃長巖(446±3 Ma)(Liu et al., 2013)以及紅安地區(qū)馬畈閃長巖(463.5±3.4 Ma; 馬昌前等, 2004)、“定遠(yuǎn)組”島弧成因的變質(zhì)火山巖(464±7 Ma; 劉貽燦等, 2006)等。而且, 元素和Sr-Nd同位素地球化學(xué)分析結(jié)果(未發(fā)表資料)顯示本文研究的花崗巖為島弧成因。由此證明, 北淮陽帶東段存在早古生代(奧陶紀(jì)?志留紀(jì))與大洋俯沖相關(guān)的巖漿作用。結(jié)合研究區(qū)已報道的石炭紀(jì)變質(zhì)時代(355±5 Ma; 劉貽燦等, 2020)和記錄了古生代島弧源區(qū)的石炭紀(jì)盆地沉積(Li et al., 2004; 李任偉等, 2005; Chen et al., 2009; 李雙應(yīng)等, 2011; 楊棟棟等, 2012), 證明北淮陽帶東段的大洋俯沖可能從早古生代奧陶紀(jì)(~450 Ma)即已開始, 并在石炭紀(jì)發(fā)生變質(zhì)作用。這也與北淮陽帶盆地沉積記錄相吻合:

(1) 石炭紀(jì)古生物地層學(xué)和巖相古地理研究(金福全等, 1987; 李曰俊等, 1997)表明: ①早石炭世楊山組礫石中含有晚奧陶世?早志留世的珊瑚類、介形類和牙形石類等化石組合。特別是礫石中含有cf.(安徽日射珊瑚比較種)化石, 而該化石見于揚(yáng)子陸塊的安徽含山早志留世高家邊組和三峽早志留世羅惹坪組, 證明灰?guī)r礫石的源區(qū)為揚(yáng)子陸塊, 也就是說, 北淮陽地區(qū)存在類似于揚(yáng)子陸塊的早古生代地層; ②晚石炭世胡油坊組發(fā)現(xiàn)了豐富的小型(原單脊葉肢介)化石(僅見于華北陸塊), 指示晚石炭世北淮陽帶和華北陸塊處于同一個古生物區(qū)系, 兩者是聯(lián)為一體的; ③晚古生代石炭紀(jì)為前陸盆地沉積。因此, 這不僅反映了北淮陽帶與揚(yáng)子陸塊之間在石炭紀(jì)沒有分隔性大洋, 而且也證明揚(yáng)子陸塊和華北陸塊在石炭紀(jì)以前已經(jīng)拼接、揚(yáng)子陸塊和華北陸塊的弧?陸碰撞應(yīng)起始于晚泥盆世之前。

(2) 北淮陽帶石炭系未變質(zhì)或輕微變質(zhì)的沉積地層(如胡油坊組、楊山組等), 記錄了其物源信息和古生代的構(gòu)造演化(李雙應(yīng)等, 2011)。其中: ①碎屑巖的微量元素地球化學(xué)特征揭示其物源區(qū)的大地構(gòu)造屬性為島弧; ②碎屑鋯石U-Pb年齡和碎屑云母的Rb-Sr年齡也進(jìn)一步確定了島弧的時代為古生代(峰值為420~480 Ma)(Li et al., 2004; 李任偉等, 2005; Chen et al., 2009; 楊棟棟等, 2012), 這與北秦嶺、桐柏及北淮陽帶西段(定遠(yuǎn)變質(zhì)火山巖)的島弧時代一致。因此, 石炭紀(jì)沉積地層的部分物源區(qū)類似于北秦嶺等地的古生代島弧巖石, 也就是說, 北淮陽帶在早古生代也應(yīng)發(fā)育島弧體系及相關(guān)巖石并為石炭紀(jì)盆地沉積提供了重要的物源。

(3) 北淮陽帶變質(zhì)復(fù)理石(Chen et al., 2003)及侏羅紀(jì)?白堊紀(jì)盆地沉積物(李任偉等, 2004, 2005; 王薇等, 2017; Zhu et al., 2017, 及所引參考文獻(xiàn))的碎屑鋯石U-Pb年齡分析表明, 大別山北淮陽帶東段經(jīng)歷過古生代的巖漿活動, 并可能相當(dāng)于秦嶺群(秦嶺雜巖)和二郎坪群的部分巖石。

綜上所述, 大別山北淮陽帶東段存在類似于北秦嶺和桐柏造山帶的早古生代巖漿熱事件和晚古生代變質(zhì)作用, 而且, 研究區(qū)向北的大洋俯沖作用可能從早古生代奧陶紀(jì)開始, 一直延續(xù)到石炭紀(jì); 同時, 在(晚泥盆世-)早石炭世時, 發(fā)生了弧?陸碰撞作用。由此證明北秦嶺古生代增生造山帶及商丹洋向東延伸到大別山北淮陽帶及相鄰地區(qū)。然而, 北淮陽帶東段古生代俯沖增生雜巖的巖石組成及其成因、形成大地構(gòu)造背景、演化過程和拼貼機(jī)制以及與北秦嶺和桐柏造山帶的不同構(gòu)造巖石單位之間相互關(guān)系等尚需進(jìn)一步查明, 尤其需要詳細(xì)的野外地質(zhì)調(diào)查及系統(tǒng)的巖石學(xué)、年代學(xué)和地球化學(xué)等方面制約。

5 結(jié) 論

(1) 厘定了大別山北淮陽帶東段鐵沖早古生代花崗巖的形成時代為457±2 Ma。

(2) 北淮陽帶東段早古生代奧陶紀(jì)花崗巖接近于北淮陽帶西段馬畈閃長巖、島弧成因的定遠(yuǎn)變質(zhì)火山巖以及北秦嶺-桐柏與大洋俯沖相關(guān)的早古生代巖漿巖的形成時代, 結(jié)合近期研究區(qū)已發(fā)現(xiàn)的石炭紀(jì)變質(zhì)作用, 進(jìn)一步證明北秦嶺古生代俯沖增生造山帶至少向東延伸到大別造山帶的金寨及相鄰地區(qū), 這為大別山碰撞造山帶的古生代構(gòu)造演化以及華北與華南陸塊之間匯聚?拼貼過程提供了新的制約。

致謝: 北京離子探針中心楊淳女士等在鋯石SHRIMP U-Pb定年分析過程中給予了支持和幫助, 西北大學(xué)張成立教授和合肥工業(yè)大學(xué)閆峻教授在審稿過程中提出了寶貴的修改意見和建議, 在此一并表示衷心感謝！

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Confirmation of the Ordovician Granite from the Beihuaiyang Zone in the Dabie Orogen: Insight into Eastern Extension of the Northern Qinling Orogen

LIU Yican1, HOU Kebin1, 2, YANG Yang1, LI Yang1and SONG Biao3

(1.CAS Key Laboratory of Crust-Mantle Materials and Environments, School of Earth and Space Sciences, University of Science and Technology of China, Hefei 230026, Anhui, China; 2. Anhui Academy of Geological Survey, Hefei 230001, Anhui, China; 3. Beijing SHRIMP Center, Institute of Geology, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100037, China)

Detailed field investigation, zircon SHRIMP U-Pb dating and preliminary petrographic observation affirm for the first time that the Early Paleozoic granite occurs in the eastern Beihuaiyang zone of the Dabie orogen. In addition, the granite is strongly deformed with local foliation and epidote-amphiboilite facies metamorphism, and its formation time is 457±2 Ma. The age of the granite is similar to those of the Mafan diorites from the western segment of the Beihuaiyang zone and the early Paleozoic arc rocks related to oceanic subduction in the northern Qinling-Tongbo orogen. Combined with regional geological background and the related basin sediments, it is indicated that the northern Qinling orogen easterly extends to the Jinzhai and the adjacent area in the eastern segment of the Beihuaiyang zone, the Dabie orogen. Further integrated researches on the Paleozoic granites and related rocks in the study area will provide new constraints on the Paleozoic tectonic evolution of the Dabie collisional orogen, and the convergent-amalgamate processes between the North and South China Blocks.

granite; Early Paleozoic; SHRIMP U-Pb dating; subduction-accretion; Beihuaiyang zone

2019-07-06;

2019-07-29;

2020-04-02

國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃(973計劃)項目(2015CB856104)和國家自然科學(xué)基金項目(41773020)聯(lián)合資助。

劉貽燦(1962-), 男, 教授, 博士生導(dǎo)師, 主要從事變質(zhì)地球化學(xué)與巖石大地構(gòu)造學(xué)研究。Email: liuyc@ustc.edu.cn

P597

A

1001-1552(2021)02-0401-012

10.16539/j.ddgzyckx.2020.02.017