天水地區(qū)隴山群斜長角閃巖的年代學(xué)及其地質(zhì)意義

賈明輝，曹花花，李三忠，王學(xué)斌

1.深海圈層與地球系統(tǒng)前沿科學(xué)中心和海底科學(xué)與探測技術(shù)教育部重點實驗室，中國海洋大學(xué)海洋高等研究院 和海洋地球科學(xué)學(xué)院，山東 青島 266100; 2.青島海洋科學(xué)與技術(shù)國家實驗室 海洋礦產(chǎn)資源評價與探測技術(shù)功能實驗室，山東 青島 266100; 3.日照市應(yīng)急管理局，山東 日照 276800

0 引言

北祁連構(gòu)造帶作為中央造山帶西段的最北部，其與北秦嶺構(gòu)造帶的演化關(guān)系最先受到廣泛關(guān)注。大多數(shù)觀點認(rèn)為北祁連構(gòu)造帶與北秦嶺構(gòu)造帶具有相似的構(gòu)造格架，二者是早古生代期間在相同構(gòu)造背景下形成的統(tǒng)一構(gòu)造單元[1--10]，但是二者是否具有相似的古老基底組成，這一問題前人研究關(guān)注較少。

天水地區(qū)位于中國西部的甘肅省東南部，是新構(gòu)造運(yùn)動較活躍的黃土高原與東西向褶皺帶發(fā)育的隴南山地之間的交接轉(zhuǎn)換地區(qū)，構(gòu)造位置處于北祁連構(gòu)造帶東段和北秦嶺構(gòu)造帶北部的交接部位，是研究中央造山帶東西段過渡轉(zhuǎn)換的理想?yún)^(qū)域(圖1)。天水地區(qū)隴山群往往被認(rèn)為是北祁連構(gòu)造帶東段最古老的巖石地層單元，主要由斜長角閃巖、片麻巖、石英片巖和大理巖等組成，該巖群變質(zhì)程度較高，總體達(dá)到角閃巖相中--深變質(zhì)，后期被早古生代地質(zhì)體侵入。

圖1 大地構(gòu)造位置圖[11]Fig.1 Geotectonic location map of study area

一直以來，對于隴山群的形成時代有多種認(rèn)識，如：①古元古代：何艷紅等[12]對出露于隴山巖群中的長英質(zhì)片麻巖鋯石U--Pb同位素年代學(xué)結(jié)果顯示，片麻巖表現(xiàn)出有3組年齡峰值，分別是：2.5 Ga、2.35 Ga、1.9 Ga，認(rèn)為隴山巖群開始形成于古元古代；王銀川等[13]對隴山群中花崗質(zhì)片麻巖進(jìn)行鋯石U--Pb定年，結(jié)果顯示其形成于1 765 Ma; ②中元古代：隴山群中片麻巖的Sm--Nd同位素等時線年齡為1 450 Ma[14]; ③新元古代：宋志高[15]基于鋯石單顆粒數(shù)據(jù)，認(rèn)為隴山群中片麻巖的年齡為813～811 Ma；吳茂炳等[16]利用Sm--Nd 同位素測年方法，在隴山群獲得了983 Ma和756 Ma的斜長角閃巖年齡; ④晚奧陶世—早志留世：何世平等[17]在隴山群中獲得了晚奧陶世(452 Ma)的斜長角閃巖鋯石U--Pb年齡。

同時對于隴山群的構(gòu)造屬性也存在不同的觀點，主要有3種：①為北祁連構(gòu)造帶的基底。隴山群與北秦嶺構(gòu)造帶前寒武紀(jì)基底—秦嶺群具有相似的巖石組成和巖石地球化學(xué)特征[18--19]，因此隴山群代表了北祁連構(gòu)造帶的前寒武紀(jì)基底[15, 20--21]；②為華北陸塊基底的一部分[12, 22]。何艷紅等[12]認(rèn)為隴山群中的火山--侵入巖具有太古代TTG巖系的地球化學(xué)特征，并具有2.5～2.35 Ga的形成時代，從而隴山群雜巖與登封雜巖、涑水雜巖和太華雜巖均為華北陸塊南部邊緣的基底巖系;③隴山群的不同地質(zhì)單元形成于不同時代的不同構(gòu)造環(huán)境下，應(yīng)予以解體[17, 22]，何世平等[17]基于甘肅張家川—陜西隴縣斜長角閃巖鋯石U--Pb年代學(xué)和巖石地球化學(xué)研究，從隴山群中解體出一套晚奧陶世的綠片巖相變質(zhì)火山巖系，并認(rèn)為其原巖形成于奧陶紀(jì)大陸擴(kuò)張環(huán)境中；徐可心[22]則認(rèn)為隴山群可以解體為太古代—古元古代(～2.5 Ga和1.75 Ga)的親華北結(jié)晶基底巖系和晚寒武紀(jì)—早古生代(539～454 Ma)的變沉積巖系兩套地質(zhì)體。除此之外，還有少數(shù)學(xué)者認(rèn)為北祁連南北的微陸塊具有顯著的親緣性，應(yīng)當(dāng)是統(tǒng)一的“西域板塊”的一部分[23]。

由此可見，隴山群作為北祁連構(gòu)造帶東段最古老的地層之一，其形成時代和構(gòu)造屬性的不確定性導(dǎo)致其無法與北秦嶺構(gòu)造帶中的相應(yīng)地層進(jìn)行對比，制約了對北祁連構(gòu)造帶早期構(gòu)造演化歷史的認(rèn)識。因此，本論文在對北祁連構(gòu)造帶東段天水地區(qū)隴山群進(jìn)行系統(tǒng)的野外地質(zhì)調(diào)查和室內(nèi)巖相學(xué)研究的基礎(chǔ)上，對隴山群斜長角閃巖進(jìn)行了詳細(xì)的年代學(xué)研究，為隴山群構(gòu)造屬性的判定提供了新的年齡證據(jù)。

1 地質(zhì)背景

天水地區(qū)主要出露有古元古代隴山群中--深變質(zhì)基底巖系、早古生代紅土堡組變質(zhì)基性火山巖系、陳家河群中酸性火山巖--弧前盆地沉積巖系以及葫蘆河群變質(zhì)巖系。各構(gòu)造巖石地層單位大致呈北西向展布，呈條塊狀相間排列展布，它們普遍經(jīng)歷了加里東期構(gòu)造運(yùn)動的疊加改造，是主期造山運(yùn)動構(gòu)造演化的結(jié)果。根據(jù)研究區(qū)內(nèi)巖石地層單位的組合和分布特征，研究區(qū)內(nèi)地層由北向南劃分為以下構(gòu)造單元：隴山群、陳家河群、葫蘆河群和紅土堡組。其中隴山群經(jīng)歷了多期次的構(gòu)造運(yùn)動，主要為一套角閃巖相中--深變質(zhì)巖系。面理傾向NE方向，主要構(gòu)造方向沿構(gòu)造運(yùn)動方向呈NW--NWW向，發(fā)育片麻理構(gòu)造，巖體主要呈大型構(gòu)造巖塊狀出露，在區(qū)域上呈條帶狀展布。主要分布于恭門—閻家店—馬鹿以南地區(qū)，在王家岔周緣及鳳閣嶺以南地區(qū)有部分出露，大部分被印支期花崗巖侵入。

研究區(qū)內(nèi)巖漿活動頻繁，侵入活動非常強(qiáng)烈，早古生代巖漿巖廣泛分布，主要包括王家岔石英閃長巖體、陳家河變質(zhì)中酸性火山巖、黃門川花崗閃長巖體、閻家店閃長巖體和草川鋪花崗巖體。它們與該區(qū)域內(nèi)中元古代—早中生代3大造山階段(晉寧期構(gòu)造運(yùn)動階段、加里東期俯沖碰撞造山階段以及印支期陸內(nèi)碰撞造山階段)息息相關(guān)。

研究區(qū)內(nèi)發(fā)育的主要構(gòu)造帶自北向南發(fā)育有毛家磨逆沖斷層、王家窯逆沖斷層、潘河莊逆沖推覆斷裂帶以及金柳灘韌性逆沖剪切帶等。紅土堡組與陳家河群之間僅在清水縣西局部地區(qū)可以觀察到兩者之間的斷層接觸關(guān)系，而其余大部分被印支期花崗巖體侵入或被新生代沉積黃土覆蓋導(dǎo)致觀測不到。

2 樣品特征描述

本文所研究的樣品采自于天水地區(qū)閻家店附近隴山群大面積發(fā)育地區(qū)(圖2)，斜長角閃巖(樣品編號：HN177)的原巖為隴山群中的變質(zhì)基性巖漿巖。

圖2 天水地區(qū)地質(zhì)略圖[24]Fig.2 Simplified geological map of Tianshui area

斜長角閃巖(HN177)，采集自張家川縣東約10 km處S305公路旁(GPS點位：N34°55.358′，E106°20.577′，h=2 022.9 m)，花崗結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，面理產(chǎn)狀為235°∠51°，走向為135°(圖3a、b)。主要礦物成份為普通角閃石(約為55%)、斜長石(約為25%)、石英(約為15%)以及少量堿性長石(約為3%)，副礦物主要有磷灰石、榍石、磁鐵礦和綠簾石等。普通角閃石為暗綠或黃褐色，具有明顯的多色性，呈自形--半自形柱狀，橫截面呈菱形，可見兩組斜交解理，二級黃干涉色，粒度介于0.5～2 mm之間；斜長石呈半自形板片狀，后期高嶺土化強(qiáng)烈，粒度介于0.3～0.8 mm之間；石英無色透明，呈他形--半自形粒狀，一級灰白干涉色，可見明顯的波狀消光，粒度介于0.2～2 mm之間。

3 分析方法

LA--ICP--MS鋯石 U--Pb同位素定年在西北大學(xué)大陸動力學(xué)國家重點實驗室使用Agilent 7500a型質(zhì)譜儀和GeoLas 200M激光剝蝕系統(tǒng)完成。

首先將巖石樣品碎裂至80～100目，經(jīng)淘洗以去除巖石顆粒和雜質(zhì)，再經(jīng)過電磁法挑選出重礦物顆粒。將挑選出大小形態(tài)較好的鋯石置于干凈的雙面膠上，并用環(huán)氧樹脂進(jìn)行固定。等待環(huán)氧樹脂徹底固化之后，對其進(jìn)行拋光直至拋光面打磨至鏡面，可觀察到鋯石內(nèi)部形態(tài)，然后對鋯石進(jìn)行反射光和透射光拍照、陰極發(fā)光顯微圖像照相以及定年測試等。

Hb：普通角閃石；Pl：斜長石；Q：石英。圖3 天水地區(qū)斜長角閃巖顯微照片F(xiàn)ig.3 Photomicrographs of amphibolite from Tianshui area

本文測試所采用的激光束斑直徑為30 μm，頻率為10 Hz。每測定5個樣品點測定一次標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500，以保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。以高純He作為剝蝕物質(zhì)的載氣，進(jìn)行測試前首先使用標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)NIST 610校正儀器，使儀器達(dá)到測試所要求的狀態(tài)。使用國際標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500作為外標(biāo)，同時使用29Si作為內(nèi)標(biāo)。詳細(xì)的實驗過程見文獻(xiàn)[25--26]。同位素比值數(shù)據(jù)處理采用GLITTER(4.0版)完成，并用91500標(biāo)準(zhǔn)鋯石按照Andersen[27]的方法進(jìn)行同位素數(shù)據(jù)的校正。最后應(yīng)用ISOPLOT軟件進(jìn)行年齡諧和圖的繪制[28]。

4 定年結(jié)果

對天水地區(qū)隴山群中采集的斜長角閃巖進(jìn)行LA--ICP--MS鋯石U--Pb定年測試，巖石樣品部分鋯石陰極發(fā)光圖像(CL圖像)如圖4所示，鋯石U--Pb同位素定年測試結(jié)果見表1，U--Pb年齡諧和圖如圖5所示。

表1 斜長角閃巖鋯石U--Pb同位素定年測試結(jié)果

圖4 斜長角閃巖部分鋯石CL圖像Fig.4 CL images of zircons from amphibolite

斜長角閃巖(HN177)中的鋯石呈半自形粒狀，多為無色透明，部分鋯石顆粒較大，長寬比為1∶1～3∶1，粒度在100～300 μm之間，內(nèi)部結(jié)構(gòu)清晰，大多數(shù)鋯石具有巖漿成因韻律環(huán)帶特征(圖4)。該樣品的16個測點中Th的含量變化為22×10-6～298×10-6、 U含量變化為89×10-6～738×10-6，Th/U比值介于0.25～1.16，表明為巖漿成因的鋯石。在該樣品的年齡諧和圖和鋯石U--Pb加權(quán)平均年齡分布圖(圖5a、b)上，16個測點的206Pb/238U年齡值在(440±6)～(450±5) Ma之間，206Pb/238U加權(quán)平均年齡為(444±2)Ma(MSWD=0.22，n=16)，代表了斜長角閃巖的形成時代，即為早志留世。這與北秦嶺構(gòu)造帶陜西隴縣七橋地區(qū)出露的隴山群中斜長角閃巖(452±1.7)Ma[17]和陜西丹鳳區(qū)域出露的秦嶺巖群中含柯石英角閃巖(451.7±4)Ma[29]的形成年齡一致。這表明，北祁連構(gòu)造帶東段隴山群中發(fā)育早志留世的巖漿事件。

圖5 斜長角閃巖年齡諧和圖(a)和鋯石U--Pb加權(quán)平均年齡分布圖(b)Fig.5 Concordia diagram(a)and zircon U--Pb weighted average age distribution(b)for amphibolite

5 地質(zhì)意義

隴山群一度被認(rèn)為是北祁連構(gòu)造帶東段最古老的巖石地層單元，對其形成時代一直存在以下不同認(rèn)識：①古元古代[12--13]；②中元古代[14]；③新元古代[15--16]；④晚奧陶世[17]。同時對于隴山群的構(gòu)造屬性也存在不同的觀點：①為北祁連構(gòu)造帶的基底[15, 18--21]；②為華北陸塊基底的一部分[12, 22]；③隴山群的不同地質(zhì)單元形成于不同時代的不同構(gòu)造環(huán)境下，應(yīng)予以解體[17, 22]。由此可見，隴山群作為北祁連構(gòu)造帶東段最古老的地層之一，其形成時代和構(gòu)造屬性的不確定性導(dǎo)致其無法與北秦嶺構(gòu)造帶中的相應(yīng)地層進(jìn)行對比，即是否可以和北秦嶺構(gòu)造帶前寒武紀(jì)基底—秦嶺群對比？

北祁連構(gòu)造帶隴山群主要由斜長角閃巖、片麻巖、石英片巖和大理巖等組成，總體達(dá)到角閃巖相變質(zhì)[12, 14, 17, 22]。北秦嶺的秦嶺群主要由麻粒巖、片麻巖、角閃巖、大理巖和變泥質(zhì)巖等組成[21, 30--33]，總體達(dá)到角閃巖相變質(zhì)，局部為麻粒巖相。從巖石組合和巖性特征上來看，二者之間似乎是可以對比的。然而，本文斜長角閃巖采自隴山群的變質(zhì)火山巖層位，其年齡為(444±2) Ma，是隴山群中首次獲得的早志留世火山巖的年齡，進(jìn)一步表明隴山群中至少存在晚奧陶世—早志留世的MORB型大洋玄武巖[17]，而這么年輕的早古生代年齡在北秦嶺的秦嶺群中尚未有過相關(guān)報道，反而是在北秦嶺的二郎坪群中普遍存在，如二郎坪群中的超基性巖、基性--中酸性變質(zhì)火山巖主體上形成于早古生代(490～436 Ma[34--37])。

天水地區(qū)隴山群中前人報道的古元古代—新元古代年齡在秦嶺群中廣泛存在[21, 32, 38--42]，這表明隴山群中至少存在古元古代—新元古代和奧陶紀(jì)—志留紀(jì)兩組明顯不同的地層層序，分別可以與北秦嶺構(gòu)造帶的秦嶺群及相鄰的二郎坪群進(jìn)行對比，這是否表明北祁連構(gòu)造帶的隴山群應(yīng)該予以解體？何世平等[17]基于甘肅張家川—陜西隴縣斜長角閃巖鋯石U--Pb年代學(xué)和巖石地球化學(xué)研究，從隴山群中解體出一套晚奧陶世的綠片巖相變質(zhì)火山巖系，并認(rèn)為其原巖形成于奧陶紀(jì)大陸邊緣的擴(kuò)張環(huán)境中，這與本文隴山群中早志留世斜長角閃巖原巖具有弧后盆地MORB的地球化學(xué)性質(zhì)反映出來的構(gòu)造環(huán)境一致。

綜合上述對比分析，筆者認(rèn)為北祁連構(gòu)造帶隴山群應(yīng)解體為古元古代—新元古代古老結(jié)晶基底巖系和早古生代變質(zhì)火山--沉積巖系兩套地質(zhì)體，其中古元古代—新元古代的古老結(jié)晶基底巖系應(yīng)該被稱之為真正意義上的“隴山群”。

6 結(jié)論

(1)天水地區(qū)隴山群中發(fā)育有早志留世(444±2) Ma的斜長角閃巖，表明隴山群的形成時代并非前人認(rèn)為的前寒武紀(jì)。

(2)北祁連構(gòu)造帶隴山群應(yīng)解體為古元古代—新元古代古老結(jié)晶基底巖系和早古生代變質(zhì)火山--沉積巖系兩套地質(zhì)體，其中古元古代—新元古代的古老結(jié)晶基底巖系應(yīng)該被稱之為真正意義上的“隴山群”。