西澳平賈拉造山帶中元古代-早古生代地質(zhì)事件及其與東南極雷納造山帶地質(zhì)事件對比

于世航 陳龍耀 劉曉春

(1中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所, 北京 100081;2北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院, 北京 100871;3自然資源部古地磁與古構(gòu)造重建重點實驗室, 北京 100081)

提要 澳大利亞西緣的平賈拉造山帶遭受了格林維爾期和泛非期兩期高級構(gòu)造熱事件的影響, 其構(gòu)造演化過程與羅迪尼亞超大陸的聚散和岡瓦納超大陸的拼合密切相關(guān)。本文系統(tǒng)總結(jié)和評述了平賈拉造山帶在中元古代-早古生代期間經(jīng)歷的三期主要地質(zhì)事件及其構(gòu)造意義, 并與東南極雷納造山帶的地質(zhì)事件進行了對比研究。平賈拉造山帶中記錄的三期主要地質(zhì)事件包括: (1)中元古代晚期巖漿/變質(zhì)事件(1090—1020 Ma),與全球格林維爾期造山作用有關(guān), 但對其詳細(xì)的構(gòu)造含義爭議較大; (2)新元古代中期巖漿事件(780—660 Ma),具有伸展/裂谷巖漿作用特征, 可能與羅迪尼亞超大陸的裂解有關(guān); (3)新元古代晚期-早古生代(即泛非期)巖漿/變質(zhì)事件(540—520 Ma), 與東岡瓦納大陸的聚合有關(guān)。地質(zhì)對比研究表明, 平賈拉造山帶與東南極雷納造山帶所記錄的中-新元古代地質(zhì)事件存在明顯的差別, 兩者不能連成一個統(tǒng)一的格林維爾期造山帶。平賈拉造山帶與普里茲灣地區(qū)的雷納造山帶部分(即普里茲造山帶)都遭受到新元古代晚期-早古生代構(gòu)造熱事件的強烈改造, 兩者可能存在內(nèi)在的聯(lián)系。但是, 普里茲灣地區(qū)新元古代中期巖漿事件的缺失表明兩者可能還不能直接相連。因此, 關(guān)于西澳平賈拉造山帶向東南極的延伸問題尚存爭議, 這也是今后需要進一步研究的方向。

0 引言

西澳平賈拉造山帶(Pinjarra Orogen)經(jīng)歷并保存了一系列中元古代-早古生代的地質(zhì)事件,主要包括中元古代晚期(格林維爾期)巖漿/變質(zhì)事件、新元古代中期巖漿事件和新元古代晚期-早古生代(泛非期)巖漿/變質(zhì)事件, 這些地質(zhì)事件與地球過去羅迪尼亞和岡瓦納超大陸(古陸)的聚散過程密切相關(guān)[1-10]。由于這些不同時期構(gòu)造事件的存在, 造成在平賈拉造山帶的時代和性質(zhì)等方面存在較大的爭議。一種觀點認(rèn)為, 平賈拉造山帶是一條格林維爾期的造山帶, 其中新元古代晚期-早古生代的構(gòu)造事件是后期疊加改造的結(jié)果[3-4,8,11]。另一種觀點則認(rèn)為, 平賈拉造山帶代表了一條泛非期碰撞縫合帶, 其中時代為中元古代的部分為外來物質(zhì), 后期構(gòu)造事件造成了這些不同時代物質(zhì)的拼合[7,12-15]。

東南極雷納造山帶(Rayner Orogen)從恩德比地(Enderby Land)向東延伸到瑪麗皇后地(Queen Mary Land), 長度超過2 000 km, 是一條格林維爾期的碰撞造山帶, 記錄了印度與東南極陸塊間的增生-碰撞過程, 隨后又不同程度地受到泛非期造山事件的影響[7,16-17]。顯然, 西澳平賈拉造山帶和東南極雷納造山帶均經(jīng)歷了格林維爾期和泛非期構(gòu)造熱事件的影響, 可能具有一定的內(nèi)在聯(lián)系[4,7,11]。Fitzsimons[7,13]提出平賈拉造山帶可延伸至東南極陸塊受泛非期構(gòu)造熱事件強烈改造的雷納造山帶部分, 即埃默里冰架東緣-普里茲灣地區(qū)(eastern Amery Ice Shelf-Prydz Bay area)(圖1, 造山帶可能延伸方向1), 是東岡瓦納陸塊中印度-南極陸塊和澳大利亞-南極陸塊聚合的產(chǎn)物。最近, 一些學(xué)者則認(rèn)為印度-南極陸塊與澳大利亞-南極陸塊泛非期碰撞邊界可能沿～94 °E米爾尼斷裂(Mirny Fault)展布[18-19](圖1, 造山帶可能延伸方向2), 平賈拉造山帶可能并不是沿著普里茲灣地區(qū)向南極延伸。因此,厘清西澳平賈拉造山帶與東南極雷納造山帶的相互關(guān)系, 對于探索西澳和東南極陸塊在羅迪尼亞和岡瓦納超大陸中的相對位置具有重要意義。本文較為詳細(xì)地評述了平賈拉造山帶記錄的中元古代-早古生代地質(zhì)事件的最新研究進展, 并通過與東南極雷納造山帶進行對比來探索兩者之間的地質(zhì)聯(lián)系。

圖1 ～500 Ma東岡瓦納重建中大印度、澳大利亞、東南極的相對位置簡圖及平賈拉造山帶可能的延伸方向(據(jù)Fitzsimons[7],Daczko等[18], Mulder等[19]修改)Fig.1.Relative position of Great India, Australia, East Antarctica in the reconstruction of East Gondwana at ～500 Ma and potential pathways for the Pinjarra Orogen across East Antarctica (modified after Fitzsimons[7], Daczko et al[18], Mulder et al[19])

1 區(qū)域地質(zhì)背景

平賈拉造山帶位于西澳大利亞州的西海岸,近南北向展布于伊爾岡克拉通(Yilgarn Craton)和阿爾巴尼-弗雷澤造山帶(Albany-Fraser Orogen)的西側(cè), 長度超過1000 km, 并與后兩者以達令斷裂(Darling Fault)相隔(圖2)。該造山帶的前寒武紀(jì)結(jié)晶基底出露十分有限, 大部分都被埋藏在與之相鄰的顯生宙的珀斯盆地(Perth Basin)和南卡納佛龍盆地(Southern Carnarvon Basin)之下, 由北向南出露的前寒武紀(jì)結(jié)晶基底依次為北安普頓雜巖(Northampton Complex)、穆林格拉雜巖(Mullingarra Complex)和盧因雜巖(Leeuwin Complex,一譯為“勒文雜巖”[20])。珀斯盆地的石油鉆井巖芯資料表明, 珀斯盆地之下含有與北安普頓雜巖、盧因雜巖相類似的中元古代晚期的基底巖石[21-22]。

圖2 a)西澳大利亞主要大地構(gòu)造單元(據(jù)Cawood和Korsch[23]修改); b)西澳大利亞平賈拉造山帶及其鄰區(qū)地質(zhì)簡圖(據(jù)Janssen等[15]修改).AFO: 阿爾巴尼-弗雷澤造山帶; CO: 南回歸線造山帶; PC: 皮爾巴拉克拉通; PO: 平賈拉造山帶; YC: 伊爾岡克拉通Fig.2.a) Major tectonic units of West Australia (modified after Cawood and Korsch[23]); b) Geological sketch map of the Pinjarra Orogen and surrounding areas, West Australia (modified after Janssen et al[15]).AFO: Albany-Fraser Orogen; CO:Capricorn Orogen; PC: Pilbara Craton; PO: Pinjarra Orogen; YC: Yilgarn Craton

北安普頓雜巖位于珀斯以北300～400 km處,出露面積超過3000 km2, 是平賈拉造山帶中最北側(cè)的結(jié)晶基底。該雜巖與周緣珀斯盆地和南卡納佛龍盆地以多條斷裂為界, 包括西北側(cè)的哈達布特斷裂(Hardbut Fault)、東北側(cè)的揚迪斷裂(Yandi Fault)和西南側(cè)的杰拉爾頓斷裂(Geraldton Fault)[24](圖2b)。北安普頓雜巖以經(jīng)歷麻粒巖相變質(zhì)的副片麻巖為主, 混合巖化的黑云母-石榴石-石英-長石片麻巖是其主要的巖石類型, 夾有透鏡狀的鎂鐵質(zhì)麻粒巖、花崗巖脈和偉晶巖脈[3,8,25]。此外, 中元古代晚期(1090—1070 Ma)的花崗巖體和NNE-SSW向新元古代中期的輝綠巖墻侵入其中[3]?；趲r石組合和殘存的沉積構(gòu)造的研究,Byrne[26]認(rèn)為副片麻巖的原巖沉積在陸內(nèi)裂谷環(huán)境。然而, Ksienzyk等[8]認(rèn)為副片麻巖原巖也可能沉積在弧后盆地環(huán)境。鋯石U-Pb年代學(xué)研究表明,副片麻巖碎屑鋯石年齡范圍為2040—1150 Ma, 兩個主要的年齡峰值為1900—1600 Ma和1400—1150 Ma, 這一年齡譜圖與阿爾巴尼-弗雷澤造山帶的主體時代吻合, 說明阿爾巴尼-弗雷澤造山帶可能是其碎屑物質(zhì)的主要來源[3,8]。最年輕的碎屑鋯石年齡和麻粒巖相變質(zhì)的年齡將副片麻巖原巖的沉積時代限定為1150—1090 Ma[3,8]。值得注意的是, 盡管北安普頓雜巖毗鄰太古宙伊爾岡克拉通, 但是其主體的副片麻巖中沒有發(fā)現(xiàn)太古宙年齡的碎屑鋯石[3,15,27]。

穆林格拉雜巖位于北安普頓雜巖的東南側(cè),地表呈長約60 km的狹窄條帶狀展布, 東側(cè)以達令斷裂為界, 西側(cè)以烏爾拉斷裂(Urella Fault)為界, 與周緣珀斯盆地北部分隔開來(圖2b)。該雜巖的巖石組成和碎屑鋯石年齡譜圖與北安普頓雜巖具有相似的特征, 表明兩者具有相似的源區(qū)及性質(zhì)[3,27]。然而, 北安普頓雜巖中侵入的中元古代晚期的花崗巖體和新元古代中期的輝綠巖墻在穆林格拉雜巖中并沒有被發(fā)現(xiàn), 這可能與穆林格拉雜巖中稀疏的露頭狀況有關(guān), 而并不是代表兩者之間存在明顯的差別[15,21]。相較于北安普頓雜巖經(jīng)歷了麻粒巖相變質(zhì)作用, 穆林格拉雜巖僅經(jīng)歷了角閃巖相變質(zhì)[3,27-29]。此外, 穆林格拉雜巖中未變質(zhì)的二長花崗巖的侵位時代為(2181±10) Ma, 是目前整個平賈拉造山帶報道的最古老的巖石年齡, 其與副片麻巖的野外接觸關(guān)系為斷層接觸[27]。

盧因雜巖位于珀斯南側(cè)的200 km處, 也是平賈拉造山帶中出露的最南側(cè)的前寒武紀(jì)結(jié)晶基底(圖2b)。該雜巖西臨印度洋, 東側(cè)以戴士柏斷裂(Dunsborough Fault)為界與顯生宙珀斯盆地分隔開來, 沿著狹長的海岸帶呈南北向平行展布于博物學(xué)家角(Cape Naturaliste)與盧因角(Cape Leeuwin)之間, 西部海域500 km處的博物學(xué)家深海高原(Naturaliste Plateau)被認(rèn)為是其西向延伸的部分[30](圖3)。與北安普頓雜巖和穆林格拉雜巖明顯不同的是, 盧因雜巖巖石組成以長英質(zhì)正片麻巖為主, 伴有斜長巖和層狀的鎂鐵質(zhì)侵入體, 普遍遭受了高角閃巖相-麻粒巖相變質(zhì)作用[2]。基于前人的構(gòu)造、巖石學(xué)以及地質(zhì)年代學(xué)研究, 盧因雜巖可以分為北部、中部和南部三個主要的地質(zhì)單元[15]。北部地質(zhì)單元主要展布于戴士柏至曼特爾角(Cape Mentelle)一線, 以鉀長花崗片麻巖、角閃黑云花崗片麻巖為主。南部地質(zhì)單元主要展布于柯西角(Cosy Corner)至盧因角一線, 與北部地質(zhì)單元相似, 以鉀長花崗片麻巖、角閃黑云花崗片麻巖為主, 并伴有小型變質(zhì)斜長巖體出露。南北地質(zhì)單元出露的長英質(zhì)正片麻巖原巖時代相似, 均為新元古代-早古生代。中部地質(zhì)單元主要是指雷德蓋特灘(Redgate Beach)附近, 以混合巖化的含石榴子石花崗片麻巖為主, 原巖時代為中元古代晚期。

圖3 平賈拉造山帶盧因雜巖地質(zhì)簡圖(據(jù)Wilde和Murphy[2]修改)Fig.3.Geological sketch map of the Leeuwin Complex in the Pinjarra Orogen (modified after Wilde and Murphy[2])

2 中元古代晚期地質(zhì)事件

平賈拉造山帶中的北安普頓雜巖和盧因雜巖均記錄了中元古代晚期巖漿-變質(zhì)事件(表1)。北側(cè)北安普頓雜巖東緣有S型的斑狀花崗巖基和一些零星散布的不規(guī)則小巖體侵入, 侵位年齡為1090—1070 Ma[3]。南側(cè)盧因雜巖中中元古代晚期巖漿事件則主要記錄在中部一帶。Wilde和Nelson[31]最早在盧因雜巖中部雷德蓋特灘(Redgate Beach)識別出中元古代晚期的巖漿事件,在石榴子石花崗質(zhì)片麻巖獲得了兩個原巖侵位年齡(1091±8)Ma和(1091±17)Ma。最近, Arnoldi[10]在該地區(qū)運用SHRIMP鋯石U-Pb定年方法同樣也獲得了(1095±11)Ma的原巖侵位年齡。此外,Bodorkos等[22]在北珀斯盆地和南珀斯盆地的鉆井巖芯的長英質(zhì)正片麻巖樣品中分別獲得了(1092 ± 27) Ma和(1076 ± 35) Ma的原巖年齡。Halpin等[32]在博物學(xué)家深海高原的泛非期正片麻巖中獲得了約1230—1190 Ma的原巖侵位年齡,由此認(rèn)為博物學(xué)家深海高原是盧因雜巖向西側(cè)印度洋的延伸部分。前人對這期巖漿事件的巖石成因、構(gòu)造環(huán)境等一直沒有展開深入研究, 少數(shù)研究資料顯示其具有同碰撞花崗巖的性質(zhì)[5]。

中元古代晚期變質(zhì)事件稍滯后于巖漿事件, 卻影響了整個平賈拉造山帶(表1)。北安普頓雜巖和穆林格拉雜巖中格林維爾期變質(zhì)作用的發(fā)現(xiàn)最早來源于北安普頓雜巖Rb-Sr白云母年齡1000 Ma、Rb-Sr全巖等時線年齡(1040 ± 50)Ma和穆林格拉雜巖Rb-Sr白云母年齡1120 Ma[1,33]。進一步的SHRIMP鋯石U-Pb定年在北安普頓雜巖和穆林格拉雜巖副片麻巖中分別獲得了(1079 ± 3) Ma和(1079 ± 32) Ma的變質(zhì)年齡, 證實了格林維爾期變質(zhì)事件在兩地的存在[3,27]。同時, Bruguier等[3]在北安普頓雜巖偉晶巖脈樣品中還獲得了(989±2) Ma的侵位年齡, 這被認(rèn)為是格林維爾期變質(zhì)幕結(jié)束的表現(xiàn)。Ksienzyk等[8]對北安普頓副片麻巖中的碎屑鋯石的變質(zhì)增生邊和變質(zhì)成因獨居石進行了系統(tǒng)的定年, 得到其變質(zhì)時代為1090—1020 Ma。最近, 在盧因雜巖中部的中元古代地體中也發(fā)現(xiàn)了中元古代晚期變質(zhì)事件的記錄, 雷德蓋特灘中1095 Ma花崗質(zhì)正片麻巖中發(fā)現(xiàn)(1082±18)Ma的變質(zhì)增生邊[10]。關(guān)于這一期高級變質(zhì)作用的P-T條件, 前人做了初步的限定。Kriegsman和Hensen[34]估算北安普頓雜巖中副片麻巖變質(zhì)P-T條件為850 ℃、6 kbar, Cobb[27]估算穆林格拉雜巖中副片麻巖變質(zhì)P-T條件為670 °C、6 kbar。

平賈拉造山帶中元古代晚期巖漿-變質(zhì)事件的性質(zhì)一直備受爭議, 主要存在以下兩方面的爭論。第一方面的爭論是: 中元古代地體或中元古代地質(zhì)事件是原地形成的, 還是外來的？一種觀點認(rèn)為中元古代地體或事件形成于現(xiàn)今原地位置,即平賈拉造山帶是一條典型的格林維爾期的造山帶并在泛非期遭受后期活化[2-3,8,11]; 另一種觀點則認(rèn)為中元古代的物質(zhì)是外來的, 是在新元古代-早古生代碰撞造山時期沿著走滑斷層就位到現(xiàn)今位置[7]。第二方面的爭論是: 平賈拉造山帶如果是一條典型的格林維爾期的造山帶, 那么這一造山帶是哪一陸塊與西澳西緣碰撞的產(chǎn)物？早期的研究認(rèn)為是大印度與西澳西緣碰撞形成, 然而古地磁資料不支持兩者在泛非期以前就連接在一起[35-37]; 另一種觀點則認(rèn)為是非洲卡拉哈里克拉通(Kalahari Craton)與西澳碰撞縫合的產(chǎn)物[36],但也有一些學(xué)者不支持這一假設(shè), 他們認(rèn)為與西澳碰撞的克拉通是一個未知的陸塊[8,38-39]。此外, 一些學(xué)者還提出了另外一種觀點, 平賈拉造山帶可能是西澳與小的大陸殘片或是島弧碰撞所致, 而不是與上述這些已知的較大的克拉通碰撞的產(chǎn)物[8,11]。

3 新元古代中期地質(zhì)事件

平賈拉造山帶中新元古代中期巖漿事件目前僅在北安普頓雜巖和盧因雜巖有報道(表1), 后者集中在其北部和南部地區(qū)。北安普頓雜巖中后期侵位了一系列北東走向的輝綠巖脈, K-Ar法獲得的侵位年齡為～750 Ma, 但其巖石成因和構(gòu)造屬性有待進一步研究[40]。前人在盧因雜巖的北部博物學(xué)家角至雅林加普(Yallingup)一線和南部柯西角(Cosy Corner)至盧因角一線的花崗質(zhì)片麻巖樣品中分別獲得了757—702 Ma和779—668 Ma的鋯石核部年齡, 表明兩地的巖漿侵位時代均為新元古代中期[6,10,31]。這些新元古代中期的巖漿巖SiO2的含量一般為66.23%～77.06%, 總體表現(xiàn)為高硅、富堿、富鉀(K2O/Na2O＞1)以及相對較低的CaO (＜2.77%)和MgO含量(＜0.49%)[2]。在花崗質(zhì)巖石的Q-A-P標(biāo)準(zhǔn)礦物圖解中, 這些長英質(zhì)片麻巖絕大部分落入了堿性長石花崗巖和正長花崗巖的范圍[2,4]。Collins和Fitzsimons[5]總結(jié)前人的地質(zhì)年代學(xué)和地球化學(xué)數(shù)據(jù), 指出原巖年齡為800—650 Ma的正片麻巖在不同花崗巖構(gòu)造判別圖解中分別落入了A型花崗巖和板內(nèi)花崗巖的范圍。這一年齡范圍與西澳西北部的穆丁威爾巖墻群(Mundine Well Dyke Swarm)侵位年齡(755±3) Ma近乎一致, 暗示了兩者在成因上的相似性; 而研究表明穆丁威爾巖墻群則是羅迪尼亞超大陸裂解下的產(chǎn)物[4-6,41]。

此外, 盧因雜巖最南端的奧古斯塔(Augusta)地區(qū)出露一套變質(zhì)斜長巖體, 稱為奧古斯塔斜長巖雜巖體(Augusta Anorthosite Complex)[2,15,31,42]。該斜長巖體侵位年齡一直以來都未被報道, 目前僅M.T.McCulloch曾在此獲得了未正式發(fā)表的鋯石SHRIMP U-Pb年齡700 Ma[43]。Wilde[4]認(rèn)為盧因雜巖中新元古代中期高溫A型花崗質(zhì)巖漿(超過900 °C)產(chǎn)生于裂谷環(huán)境, 并推測盧因南部的斜長巖體可能與地幔柱活動有關(guān)。

4 新元古代晚期-早古生代地質(zhì)事件

從已報道的年齡數(shù)據(jù)來看, 平賈拉造山帶南端的盧因雜巖還經(jīng)歷了新元古代晚期-早古生代巖漿事件, 包括前人在北部戴士柏、中部考厄拉莫灣(Cowaramup Bay)的花崗質(zhì)片麻巖和花崗巖脈獲得的原巖侵位年齡540—524 Ma[5,31]。但是, 這一期巖漿事件產(chǎn)生的構(gòu)造環(huán)境目前還沒有確定[5]。此外, 有學(xué)者認(rèn)為盧因雜巖中的鎂鐵質(zhì)巖脈也是這期巖漿事件的產(chǎn)物。Simons[44]在盧因雜巖北部雪萊海灘(Shelley Beach)的角閃石二輝麻粒巖樣品中獲得了(536±21)Ma的SHRIMP鋯石U-Pb年齡,代表了其原巖侵位年齡。然而, 該年齡數(shù)據(jù)也有可能只代表了盧因北部地區(qū)泛非期變質(zhì)作用發(fā)生的時間下限[15]。Wilde和Murphy[2]對其有限的地球化學(xué)研究表明, 其原巖應(yīng)屬于板內(nèi)玄武巖的構(gòu)造環(huán)境。

平賈拉造山帶中的北安普頓雜巖和盧因雜巖都有泛非期變質(zhì)年齡的報道(表1)。Markwitz等[9]在北安普頓雜巖副片麻巖樣品的鋯石中獲得了(526±12)Ma的變質(zhì)增生邊部年齡, 證實了泛非期變質(zhì)事件的存在。前人報道的盧因雜巖中元古代晚期、新元古代中期巖漿鋯石的變質(zhì)增生邊部年齡集中在～532—521 Ma[5-6,10,31]。Beslier[45]在博物學(xué)家深海高原也報道了3個40Ar/39Ar年代學(xué)數(shù)據(jù), 其中兩個角閃石年齡分別為(508±1)Ma和(494±1)Ma, 黑云母年齡為(508±1)Ma。盡管平賈拉造山帶中部的穆林格拉雜巖目前暫無泛非期變質(zhì)年齡的報道, 但造山帶北部的北安普頓雜巖、南部盧因雜巖均有泛非期變質(zhì)事件的存在, 這揭示了整個平賈拉造山帶應(yīng)該均遭受了泛非期變質(zhì)作用的影響[9]。目前, 對平賈拉造山帶泛非期高級變質(zhì)作用的P-T條件尚未得到很好的限定。Wilde和Murphy[2]對取自盧因雜巖北部遭受麻粒巖相變質(zhì)的鎂鐵質(zhì)巖脈樣品, 運用二輝石溫度計獲得了約690 °C的變質(zhì)溫度, 并推測其變質(zhì)壓力應(yīng)為低壓條件(5 kbar)。然而, 這與筆者在野外和鏡下觀察到的基性麻粒巖中保存的“白眼圈”減壓結(jié)構(gòu)相矛盾。因此, 盧因雜巖或是整個平賈拉造山帶泛非期變質(zhì)P-T條件急需用現(xiàn)代的變質(zhì)巖石學(xué)方法加以精確限定。此外, 這一泛非期變質(zhì)事件還影響了伊爾岡克拉通的西緣和北安普頓雜巖中的輝綠巖脈[40]。

表1 平賈拉造山帶同位素年代學(xué)統(tǒng)計Table 1 Summary of previous isotopic chronology from the Pinjarra Orogen

5 與東南極雷納造山帶對比

5.1 雷納造山帶地質(zhì)概況

東南極地盾一般劃分為面向非洲、印度洋以及澳大利亞三個扇區(qū)(圖4a), 相應(yīng)的區(qū)域分別具有非洲、印度和澳大利亞的大地構(gòu)造屬性[7,11,46]。面向印度洋扇區(qū)構(gòu)造域的展布范圍從西部恩德比地的阿拉舍耶夫灣(Alasheyev Bight)一直延伸到東部瑪麗皇后地的登曼冰川(Denman Glacier), 基巖露頭主要出露于該構(gòu)造域西部, 即內(nèi)皮爾山(Napier Mountains)、查爾斯王子山(Prince Charles Mountains)和普里茲灣, 東部內(nèi)陸除布朗山(Mount Brown)和威廉二世地(Wilhelm II Land)海岸出露的幾個小露頭外, 幾乎全部被冰雪覆蓋。內(nèi)皮爾山-查爾斯王子山-普里茲灣區(qū)域主要是由五個太古宙/古元古代克拉通陸塊、一個中元古代費舍爾地體(Fisher Terrane)和一個中-新元古代雷納雜巖(Rayner Complex)構(gòu)成(圖4b)。雷納造山帶以區(qū)域麻粒巖相變質(zhì)作用并伴隨大規(guī)模的紫蘇花崗質(zhì)和花崗質(zhì)巖漿侵入為特征, 時代為～1000—900 Ma, 代表了印度與東南極間格林維爾期的碰撞縫合帶[47-49]。該造山帶主要出露在莫森海岸-北查爾斯王子山地區(qū)(Mawson Coast-Northern Prince Charles Mountains)、埃默里冰架東緣-普里茲灣以及布朗山地區(qū), 主要組成巖石為麻粒巖相變質(zhì)鎂鐵質(zhì)-長英質(zhì)正片麻巖和少量變沉積巖, 伴有大量紫蘇花崗巖和花崗巖侵位[17,50-51]。莫森海岸-北查爾斯王子山地區(qū)和布朗山地區(qū)格林維爾期構(gòu)造熱事件占主導(dǎo)地位, 泛非期高級變質(zhì)事件的疊加較弱[47-49,52-53]。相比較而言, 埃默里冰架東緣-普里茲灣地區(qū)的雷納造山帶遭受了泛非期高級變質(zhì)事件(～550—500 Ma)的強烈改造, 這一被改造的雷納造山帶部分被稱之為普里茲造山帶[16,54-58]。

圖4 a)東南極大陸面向印度洋區(qū)域在～500 Ma岡瓦納超大陸重建中的位置(據(jù)Fitzsimons[7],Mikhalsky等[59],Liu等[60]修改); b)東南極區(qū)域印度-南極陸塊、澳大利亞-南極陸塊大地構(gòu)造簡圖(據(jù)Daczko等[18],Mulder等[19]修改)Fig.4.a) Location of the Indian Ocean sector of East Antarctica in the reconstruction of Gondwana at ～500 Ma (modified after Fitzsimons[7],Mikhalsky et al[59],Liu et al[60]; b) Indo-Antarctica and Australo-Antarctica tectonic sketch map in East Antarctica (modified after Daczko et al[18], Mulder et al[19])

5.2 中元古代-新元古代早期地質(zhì)事件對比

雷納造山帶中元古代-新元古代早期地質(zhì)事件主要包括1490—1020 Ma巖漿事件、1060—900 Ma長久(protracted)或幕式(分別為1060—970 Ma和945—900 Ma)的麻粒巖相變質(zhì)及同構(gòu)造-后構(gòu)造紫蘇花崗巖和花崗巖的侵入[51,60-61](表2)。1490—1020 Ma巖漿巖具有大陸島弧的地球化學(xué)特征,代表了印度-東南極格林維爾期碰撞之前活動大陸邊緣的增生的產(chǎn)物[60,62-63]。麻粒巖相變質(zhì)的P-T條件主體為中低壓麻粒巖相(800～900 °C、0.5～0.8 GPa), 在埃默里冰架東緣-普里茲灣地區(qū)也有相對較高P-T條件的報道(850～980 °C、0.8～1.0 GPa)[64-70]。在P-T演化軌跡上, 多數(shù)都具有近等壓冷卻的逆時針演化軌跡[50,71-75], 但也有少量順時針演化軌跡的報道[76]。同時, 這期格林維爾期變質(zhì)幕還伴有1000—955 Ma的紫蘇花崗巖和花崗巖侵位[47-48,50,61,77-78]。這一長久或幕式的麻粒巖相變質(zhì)及其P-T演化軌跡對應(yīng)了印度-東南極間格林維爾期碰撞拼合的過程[17,51]。

與雷納造山帶相比, 平賈拉造山帶麻粒巖相變質(zhì)的時限為1090—1020 Ma, 同構(gòu)造-后構(gòu)造巖漿作用發(fā)生在1095—989 Ma[3,8,10,22,27,31-32,34](表2),表明其碰撞造山的時間明顯較早。同時, 目前在平賈拉造山帶中也并未發(fā)現(xiàn)1090 Ma以前的島弧巖漿作用。在麻粒巖相變質(zhì)條件上, 平賈拉造山帶格林維爾期變質(zhì)的P-T條件為850 °C、0.6 GPa,與雷納造山帶主體的變質(zhì)條件相當(dāng), 但在平賈拉造山帶并未發(fā)現(xiàn)壓力更高的P-T條件[34]。前面已經(jīng)提及, 對于平賈拉造山帶中元古代晚期地質(zhì)事件的性質(zhì)存在兩種不同的認(rèn)識, 如果將平賈拉造山帶視為一條格林維爾期的造山帶, 其年代學(xué)圖譜以及地質(zhì)事件序列與東南極雷納造山帶存在明顯的差別, 因此, 現(xiàn)有的證據(jù)不足以支撐將平賈拉造山帶和雷納造山帶連成一個統(tǒng)一的格林維爾期造山帶?，F(xiàn)在普遍接受的超大陸重建模型中, 印度和東南極西部通過雷納造山作用在格林維爾期拼合在一起, 而印度與澳大利亞在泛非期之前并沒有連在一起[7,16,35-36], 如果將平賈拉造山帶與雷納造山帶連在一起明顯與這一共識相矛盾。此外, 平賈拉造山帶北安普頓雜巖和穆林格拉雜巖中副片麻巖的碎屑物質(zhì)主要來源于南部的阿爾巴尼-弗雷澤造山帶, 這一事實也支持印度與澳大利亞在格林維爾期并沒有碰撞相連[3,8]。

表2 西澳平賈拉造山帶與東南極雷納造山帶地質(zhì)事件對比表Table 2 Geological events correlation between the Rayner Orogen and Pinjarra Orogen

5.3 泛非期變質(zhì)事件對比

雷納造山帶不同的部位遭受了泛非期高級構(gòu)造熱事件不同程度的改造, 其中改造最強烈的地區(qū)為埃默里冰架東緣-普里茲灣, 北查爾斯王子山和布朗山為弱變質(zhì)疊加地區(qū)。埃默里冰架東緣-普里茲灣地區(qū)石榴石-全巖Sm-Nd同位素定年、深熔淡色巖和同構(gòu)造花崗巖的鋯石U-Pb定年以及獨居石U-Pb定年限定泛非期變質(zhì)作用的發(fā)生時代為～530—500 Ma[56-57,61,79-80]。泛非期變質(zhì)作用僅達到了中低壓麻粒巖相條件(760～860 °C、0.6～0.7 GPa), 并具有近等溫降壓順時針演化的P-T軌跡[81-83], 局部地區(qū)也得到了相對高溫和高壓的P-T條件(850～950 °C、0.8～1.0 GPa)[84-85]。與此同時, 該區(qū)泛非期變質(zhì)伴隨有擠壓-伸展變形及紫蘇花崗巖和花崗巖的侵位, 代表了一個完整的造山旋回[56,80,86-88]。

與雷納造山帶相比, 平賈拉造山帶也遭受了泛非期構(gòu)造熱事件的強烈改造, 發(fā)育相似的泛非期區(qū)域變質(zhì)作用以及同構(gòu)造-后構(gòu)造的花崗巖的侵位(540—520 Ma)[2,5-6,9-10,31,44-45](表2)。如前所述, 現(xiàn)階段對平賈拉造山帶中泛非期變質(zhì)的P-T條件的限定不夠充分, 僅利用二輝石溫度計得到了一個相對較低的溫壓條件(690 °C、0.5 GPa)[2]。通過我們的野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)盧因雜巖中鎂鐵質(zhì)麻粒巖發(fā)育典型的“白眼圈”減壓結(jié)構(gòu), 由此推測其峰期變質(zhì)條件和演化軌跡很可能與埃默里冰架東緣-普里茲灣地區(qū)的泛非期變質(zhì)作用相當(dāng)。

上述對比研究表明, 平賈拉造山帶與被泛非期變質(zhì)事件強烈改造的雷納造山帶(即普里茲造山帶)具有相似的泛非期變質(zhì)時代、變質(zhì)溫壓條件以及同構(gòu)造-后構(gòu)造巖漿作用, 兩者可能存在一定的聯(lián)系。Fitzsimons[7]指出登曼冰川和埃默里冰架東緣-普里茲灣地區(qū)的普里茲造山帶可能是西澳平賈拉造山帶向南極大陸的延伸部分(圖1, 造山帶可能延伸方向1)。兩者一同構(gòu)成東岡瓦納大陸中印度-南極陸塊與澳大利亞-南極陸塊間的碰撞縫合帶[7,14,57,82-83]。最近, 一些學(xué)者通過對東南極和澳大利亞近海沉積物碎屑鋯石和前蘇聯(lián)和平站(Mirny Station)附近基巖長石和近海沉積物碎屑長石Pb同位素的研究, 并結(jié)合地球物理資料,提出印度-南極陸塊和澳大利亞-南極陸塊碰撞縫合邊界在東南極應(yīng)該沿著～94°E米爾尼斷裂展布[18-19](圖4b)。實際上, 平賈拉造山帶中新元古代中期(800—660 Ma)的巖漿事件在東南極普里茲造山帶中并不存在, 這種差別也表明平賈拉造山帶與普里茲造山帶即便是同屬于一條巨型造山帶, 兩者也不能直接相連。因此, 關(guān)于印度-南極陸塊與澳大利亞-南極陸塊的碰撞縫合的位置(特別是其在東南極的位置)仍存在很大的不確定性, 這也是今后需要進一步研究的方向。

6 結(jié)論

1.西澳平賈拉造山帶經(jīng)歷了三期主要地質(zhì)事件, 分別是中元古代晚期(1090—1020 Ma)巖漿/變質(zhì)事件、新元古代中期(780—660 Ma)巖漿事件和新元古代晚期-早古生代(即泛非期, 540—520 Ma)巖漿/變質(zhì)事件。

2.平賈拉造山帶與東南極雷納造山帶均記錄了格林維爾期造山事件。然而, 兩者在碎屑物質(zhì)來源、巖漿作用時間、巖漿作用類型、變質(zhì)作用時代和P-T條件等均存在一定的差異, 表明兩者并不能連成一條統(tǒng)一的格林維爾期造山帶。

3.平賈拉造山帶與被泛非期變質(zhì)事件強烈改造的雷納造山帶具有相似的泛非期變質(zhì)時代、變質(zhì)溫壓條件以及同構(gòu)造-后構(gòu)造巖漿作用, 表明兩者存在一定的聯(lián)系。但是, 雷納造山帶中新元古代中期巖漿事件的缺乏表明兩者可能還不能直接相連。因此, 有關(guān)平賈拉造山帶向南極大陸的延伸方向?qū)⑹墙窈笮枰M一步研究的方向。

致謝在論文寫作中王偉副研究員、鄭光高博士給予了有益的建議和幫助。兩位匿名審稿專家提出了寶貴的修改意見和建議。在此一并表示感謝。