華南新元古代南華裂谷盆地沉積超覆時(shí)限:來(lái)自桂北地區(qū)丹洲群底礫巖碎屑鋯石U-Pb年齡及Hf同位素證據(jù)

秦 亞, 馮佐海, 吳 杰, 白玉明, 邢全力, 薛云峰

華南新元古代南華裂谷盆地沉積超覆時(shí)限:來(lái)自桂北地區(qū)丹洲群底礫巖碎屑鋯石U-Pb年齡及Hf同位素證據(jù)

秦 亞, 馮佐海, 吳 杰, 白玉明, 邢全力, 薛云峰

(廣西有色隱伏金屬礦產(chǎn)勘查與新材料開發(fā)協(xié)同創(chuàng)新中心, 桂林理工大學(xué) 廣西隱伏金屬礦產(chǎn)勘查重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 廣西 桂林 541004)

通過(guò)對(duì)桂北地區(qū)新元古代四堡群魚西組頂部的板巖(SB01)和丹洲群白竹組底部的底礫巖(DZ01)開展碎屑鋯石U-Pb年代學(xué)和Hf同位素研究, 約束華南新元古代南華裂谷盆地沉積超覆的時(shí)限。四堡群魚西組板巖和丹洲群白竹組底礫巖具有相似的碎屑鋯石U-Pb年齡譜系, 主要分布在820～900 Ma、900～1400 Ma、1450～2200 Ma和2350～2700 Ma; 表明兩者具有相似的物源, 主要來(lái)自于揚(yáng)子陸塊東南緣新元古代巖漿巖, 華夏陸塊Grenville期造山事件的產(chǎn)物和太古宙基底, 以及與Columbia超大陸聚合和裂解事件相當(dāng)?shù)牡刭|(zhì)體。四堡群魚西組板巖中鋯石Hf()值為?13.63～6.92, 二階段Hf模式年齡(DM2)為1318～3129 Ma; 丹洲群白竹組底礫巖中鋯石Hf()值為?25.37～12.89,DM2為901～3998 Ma。Hf同位素特征顯示, 四堡群源區(qū)物質(zhì)以古老地殼物質(zhì)的再循環(huán)為主, 新生地殼物質(zhì)相對(duì)較少; 而丹洲群源區(qū)物質(zhì)既有新生地殼物質(zhì), 也有古老地殼物質(zhì)的再循環(huán)。丹洲群白竹組底礫巖最年輕一組碎屑鋯石的加權(quán)平均年齡為824.9±8.0 Ma, 而四堡群魚西組板巖最年輕一組碎屑鋯石的加權(quán)平均年齡為823.0±8.4 Ma, 結(jié)合前人的研究, 限定丹洲群沉積下限為～820 Ma, 同時(shí)約束南華裂谷盆地沉積超覆作用的啟動(dòng)時(shí)限為～820 Ma。

底礫巖; 碎屑鋯石; U-Pb年代學(xué); Hf同位素; 南華裂谷盆地; 桂北地區(qū)

新元古代初期, 揚(yáng)子陸塊和華夏陸塊拼貼成統(tǒng)一的古華南大陸(Wang et al., 2007; Ye et al., 2007; Li et al., 2009; Zhao et al., 2011; 張國(guó)偉等, 2013; 舒良樹等, 2020)。伴隨著全球Rodinia超大陸的裂解, 古華南大陸開始分裂, 形成一系列地塹?地壘式次級(jí)盆地, “南華裂谷”和“康滇裂谷”主裂谷盆地分別位于揚(yáng)子陸塊東南緣和西緣(Li et al., 2003a;王劍等, 2006; 李獻(xiàn)華等, 2008; Wang et al., 2011; 崔曉莊等, 2016)。裂谷充填地層夾于南華系與四堡群之間, 主體為桂北地區(qū)的丹洲群, 黔東南的下江群和湘北的板溪群等(高林志等, 2015; 韓坤英等, 2016; 李利陽(yáng)等, 2016)。裂谷充填地層的最低層位代表裂谷盆地沉積的起點(diǎn), 其時(shí)代可代表裂谷盆地沉積超覆的啟動(dòng)時(shí)限, 亦可限定四堡不整合面的結(jié)束時(shí)限。目前對(duì)于這套裂谷充填地層的時(shí)代歸屬和沉積下限還存在較大的分歧(全國(guó)地層委員會(huì), 2001, 2002; 李獻(xiàn)華等, 2001; Li et al., 2003b; 尹崇玉等, 2003; 王劍等, 2006; Wang et al., 2010, 2014)。早期根據(jù)侵入于四堡群而被丹洲群覆蓋的花崗質(zhì)巖石的有限同位素年齡資料(伍實(shí), 1979; 董寶林和覃杰, 1987; 韓發(fā)等, 1994), 將裂谷充填地層歸屬于上元古界, 并與華北地區(qū)青白口系進(jìn)行對(duì)比(全國(guó)地層委員會(huì), 2001, 2002)。近年來(lái), 學(xué)者們對(duì)華南大陸前寒武紀(jì)地層及其中的火山巖夾層、火山碎屑巖, 以及侵入于沉積地層中的巖漿巖進(jìn)行了大量的鋯石U-Pb定年, 獲得了一批高精度的年代學(xué)數(shù)據(jù)(Li et al., 2003a; Wang et al., 2007, 2013a; 周金城等, 2009; 汪正江等, 2011; 高林志等, 2014; 李利陽(yáng)等, 2016; Liu et al., 2021), 亦對(duì)華南新元古代裂谷盆地沉積超覆的開啟時(shí)限提出了不同觀點(diǎn)。

為了更好限定南華裂谷盆地的沉積超覆時(shí)限, 并為華南前寒武紀(jì)構(gòu)造演化研究提供年代學(xué)依據(jù), 本文對(duì)桂北地區(qū)羅城四堡?黃金剖面中四堡群與丹洲群之間的角度不整合面進(jìn)行系統(tǒng)的野外地質(zhì)調(diào)查, 并對(duì)不整合面之下四堡群魚西組板巖和不整合面之上丹洲群白竹組底礫巖進(jìn)行碎屑鋯石年代學(xué)和Hf同位素研究。

1 地質(zhì)背景

新元古代, 揚(yáng)子陸塊和華夏陸塊碰撞拼貼形成江南造山帶(圖1a), 而后裂解形成一系列裂谷盆地。桂北地區(qū)處于揚(yáng)子?xùn)|南緣的南華主裂谷盆地。

桂北地區(qū)出露最老地層為四堡群, 其上覆地層為丹洲群, 兩者呈角度不整合接觸(圖1b)。四堡群自下而上分為九小組(Pt3)、文通組(Pt3)和魚西組(Pt3), 主要巖性為淺變質(zhì)砂巖、粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖, 板巖, 千枚巖和火山巖等, 總體顯示復(fù)理石濁積巖的沉積特征(廣西壯族自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局, 1985)。丹洲群自下而上分為白竹組(Pt3)、合桐組(Pt3)和拱洞組(Pt3), 主要巖性為板巖、淺變質(zhì)砂巖、礫巖、泥質(zhì)巖及少量的碳酸鹽巖、細(xì)碧巖和火山巖(廣西壯族自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局, 1985)。丹洲群之上為南華紀(jì)冰期沉積、震旦紀(jì)和古生代沉積(圖1c)。

桂北地區(qū)構(gòu)造演化過(guò)程復(fù)雜, 褶皺和斷裂構(gòu)造均十分發(fā)育。其中, 四堡群以EW向展布的線性緊閉褶皺為主, 丹洲群則主要體現(xiàn)為NNE向展布的開闊寬緩褶皺。一系列近平行展布的NEE向斷裂構(gòu)成了桂北地區(qū)主要的斷裂格架(圖1b), 自西向東分別為摩天嶺斷裂、四堡斷裂、元寶山斷裂、三江斷裂、壽城?三門斷裂和龍勝斷裂等(圖1b)。上述斷裂一般延伸數(shù)十至百余千米, 部分甚至延伸出研究區(qū)與鄰區(qū)相關(guān)斷裂相接(廣西壯族自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局, 1985)。這些斷裂構(gòu)造的韌性變形特征十分明顯, 強(qiáng)烈的韌性變形常保存于新元古代?早古生代地層及相應(yīng)時(shí)代的花崗質(zhì)和鎂鐵質(zhì)?超鎂鐵質(zhì)巖中(梁金城, 1995;張桂林等, 2003; 于凱朋等, 2010; 周守余等, 2012; 湯世凱等, 2014)(圖1b)。前人通過(guò)新生云母類礦物40Ar/39Ar和熱液鋯石U-Pb年代學(xué)研究, 將韌性變形時(shí)代限定為加里東期(于凱朋等, 2010; 湯世凱等, 2014; 張雪峰等, 2015; Qin et al., 2018; 張成龍等, 2020)。

桂北地區(qū)巖漿巖分布廣泛, 既有鎂鐵質(zhì)?超鎂鐵質(zhì)巖, 也有花崗質(zhì)巖(圖1b)。巖漿巖成巖時(shí)代主要為新元古代和早古生代。其中, 新元古代花崗巖以三防巖體(或稱摩天嶺巖體)和元寶山巖體為代表(李獻(xiàn)華, 1999); 早古生代花崗質(zhì)巖主要有龍勝巖體(緱雪清等, 2020)。鎂鐵質(zhì)?超鎂鐵質(zhì)巖時(shí)代以新元古代為主, 主體分布于四堡群和丹洲群中(Wang et al., 2014; Liu et al., 2021)。早期由于缺乏高精度年代學(xué)數(shù)據(jù)和古生物化石, 常根據(jù)侵入于地層中的巖漿巖時(shí)代來(lái)約束地層時(shí)代。此外, 桂北地區(qū)由于缺乏典型的蛇綠巖套、相應(yīng)的火山巖及高壓變質(zhì)巖, 因此研究區(qū)巖漿巖成為討論區(qū)域構(gòu)造演化的重要窗口, 并據(jù)此提出過(guò)多種區(qū)域構(gòu)造演化模式(Li et al., 1995; 周金城等, 2005, 2009; 趙軍紅等, 2015; Liu et al., 2021)。

2 樣品采集及巖相學(xué)特征

在桂北羅城縣灣塘角一帶, 四堡群魚西組(Pt3)與丹洲群白竹組(Pt3)呈角度不整合接觸(圖2a)。不整合界面較為平直, 總體產(chǎn)狀與上覆白竹組的層理面一致(圖2a)。接觸界面西側(cè)為四堡群魚西組板巖(圖2b), 板理產(chǎn)狀142°∠41°。四堡群變形較強(qiáng), 原始層理多已被后期構(gòu)造置換而難以辨識(shí)。四堡群板巖中發(fā)育近直立的節(jié)理, 節(jié)理構(gòu)造未穿切不整合界面, 為四堡運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)物。接觸界面東側(cè)為丹洲群白竹組底礫巖(圖2c、d、e)和淺變質(zhì)砂巖, 巖層產(chǎn)狀122°∠50°。底礫巖中礫石成分主要為板巖(圖2e), 磨圓度較差, 粒徑大小不等, 自不整合面向上, 粒徑逐漸減小, 由十幾厘米減少至數(shù)毫米,且礫石含量也逐漸減少。

①. 摩天嶺斷裂; ②. 四堡斷裂; ③. 元寶山斷裂; ④. 三江斷裂; ⑤. 壽城?三門斷裂; ⑥. 龍勝斷裂。

(a) 四堡群和丹洲群呈角度不整合接觸的野外照片; (b) 四堡群魚西組板巖的正交偏光顯微照片; (c)和(d) 丹洲群白竹組底礫巖的野外照片; (e) 丹洲群白竹組底礫巖的正交偏光顯微照片。

本文共采集兩件碎屑巖樣品進(jìn)行鋯石U-Pb年代學(xué)和Hf同位素分析, 一件為不整合面之下的四堡群魚西組板巖(SB01), 一件為不整合面之上的丹洲群底礫巖(DZ01), 具體采樣坐標(biāo)為N25°00′33″, E108°52′56″。魚西組板巖呈灰黑色, 具變余泥質(zhì)結(jié)構(gòu), 板狀構(gòu)造, 主要成分為泥質(zhì)、炭質(zhì)和凝灰質(zhì), 為含炭泥質(zhì)板巖(圖2b)。白竹組底礫巖呈黑褐色, 礫狀結(jié)構(gòu), 層理構(gòu)造; 礫石成分主要為板巖; 礫石呈橢圓狀, 分選較差, 暗示其為近距離搬運(yùn)的產(chǎn)物; 礫石之間為雜基和新生的長(zhǎng)英質(zhì)礦物(圖2d)。

3 分析測(cè)試方法

首先對(duì)野外采集樣品進(jìn)行鋯石單礦物分選, 隨后對(duì)分選出的鋯石進(jìn)行制靶, 及反射光、透射光和陰極發(fā)光照相, 最后進(jìn)行鋯石U-Pb年齡和Hf同位素測(cè)試。鋯石單礦物分選、制靶和照相均在北京鋯年領(lǐng)航科技有限公司完成。單顆粒鋯石U-Pb年齡和Hf同位素測(cè)試在桂林理工大學(xué)廣西隱伏金屬礦床勘查重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。

電感耦合等離子質(zhì)譜儀(ICP-MS)為Agilent 7700a, 激光剝蝕系統(tǒng)為GeoLas2005, 工作波長(zhǎng)為193 nm, 激光剝蝕束斑直徑為32 μm, 脈沖頻率為6 Hz。利用標(biāo)準(zhǔn)礦物GJ-1和Plesovice作為外標(biāo)進(jìn)行同位素校正。每間隔8個(gè)樣品分析點(diǎn), 加測(cè)2個(gè)標(biāo)樣各2次。數(shù)據(jù)的離線處理采用ICPMSDataCal 10.7 軟件進(jìn)行(Liu et al., 2010)。年齡諧和圖繪制及頻譜圖采用Isoplot 3.0程序完成(Ludwig, 2003)。

鋯石原位Hf同位素測(cè)試使用Neptune多接收等離子質(zhì)譜儀和New wave UP213紫外激光剝蝕系統(tǒng)。頻率為20 Hz, 束斑直徑為32 μm。分析過(guò)程中鋯石標(biāo)樣GJ1和Plesovice的176Hf/177Hf測(cè)試加權(quán)平均值分別為0.282021±0.000008(2σ)和0.282481± 0.000008(2σ)。Hf和模式年齡計(jì)算采用的176Lu衰變常數(shù)為=1.867×10?11a?1, 球粒隕石176Hf/177Hf=0.282772,176Lu/177Hf=0.0332; 虧損地幔176Hf/177Hf=0.28325,176Lu/177Hf=0.0384。

4 測(cè)試結(jié)果

4.1 碎屑鋯石U-Pb年代學(xué)

對(duì)四堡群魚西組板巖(SB01)和丹洲群白竹組底礫巖(DZ01)進(jìn)行LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡測(cè)試, 分別獲得43組和118組有效年齡數(shù)據(jù), 具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 丹洲群白竹組(DZ01)和四堡群魚西組(SB01)鋯石U-Pb測(cè)年數(shù)據(jù)

續(xù)表1:

續(xù)表1:

續(xù)表1:

陰極發(fā)光圖像顯示, 丹洲群白竹組碎屑鋯石時(shí)代越老, 形態(tài)和內(nèi)部環(huán)帶特征越復(fù)雜(圖3Ⅰ～Ⅳ)。根據(jù)鋯石陰極發(fā)光圖像特征和U-Pb年齡范圍, 將丹洲群白竹組測(cè)年鋯石分為4組。Ⅰ組鋯石呈短柱狀、長(zhǎng)柱狀, 粒徑50～200 μm,長(zhǎng)寬比1∶1～5∶1; 內(nèi)部環(huán)帶清晰, 但寬窄不一, 部分鋯石含較暗的繼承核; CL圖像明暗程度不一, 既有明亮的鋯石, 也有較暗的鋯石, Th、U值分別為(52.1～2223)×10?6和(72.8～3678)×10?6; 磨圓度較差, 暗示其源區(qū)較近。Ⅱ組鋯石呈短柱狀、橢圓形, 粒徑50～150 μm, 長(zhǎng)寬比1∶1～3∶1; 具有清晰的內(nèi)部環(huán)帶; 多數(shù)鋯石陰極發(fā)光圖像較暗, 少數(shù)鋯石較明亮, Th、U值分別為(126～2049)×10?6和(101～1780)×10?6; 具有一定程度的磨圓, 暗示其經(jīng)歷了一定距離的搬運(yùn)。Ⅲ組鋯石呈橢圓形, 粒徑50～150 μm, 長(zhǎng)寬比1∶1～ 3∶1; 具有清晰的內(nèi)部環(huán)帶; 鋯石明暗程度不一, Th、U值分別為(50.5～3105)×10?6和(79.8～3099)×10?6; 磨圓較好, 暗示其經(jīng)歷了較遠(yuǎn)距離的搬運(yùn)。Ⅳ組鋯石呈橢圓形, 粒徑50～120 μm, 長(zhǎng)寬比1∶1～3∶1; 具有復(fù)雜的內(nèi)部環(huán)帶特征, 個(gè)別鋯石顆粒邊緣具有星點(diǎn)狀的增生邊; 陰極發(fā)光圖像明暗程度不一, Th、U值分別為(17.5～633)×10?6和(48.4～1218)×10?6; 顆粒磨圓較好, 暗示其經(jīng)歷了較遠(yuǎn)距離的搬運(yùn)。丹洲群白竹組鋯石Th/U值為0.12～2.07, 均大于0.1, 且多數(shù)顆粒大于0.4(圖4a)。鋯石形態(tài)和明暗程度不同, 磨圓度不一, 內(nèi)部環(huán)帶多樣, 暗示其具有復(fù)雜的物質(zhì)來(lái)源。

四堡群魚西組碎屑鋯石具有復(fù)雜的CL圖像 (圖3A～D)。根據(jù)鋯石CL圖像和U-Pb年齡不同, 四堡群魚西組測(cè)年鋯石可分為4組。A組鋯石呈橢圓形、短柱狀和長(zhǎng)柱狀, 粒徑50～200 μm, 長(zhǎng)寬比1∶1～ 6∶1; 內(nèi)部環(huán)帶多樣, 部分顆?？梢?jiàn)繼承核; CL圖像明暗不一, Th、U值分別為(64.4～1259)×10?6和(76.4～1929)×10?6; 磨圓較差, 表現(xiàn)為近源沉積的特征。B組鋯石呈橢圓形、短柱狀, 粒徑40～100 μm, 長(zhǎng)寬比1∶1～3∶1, 內(nèi)部環(huán)帶復(fù)雜; 陰極發(fā)光圖像明暗程度不一, Th、U值分別為(152～2888)×10?6和(413～3786)×10?6; 具有一定程度的磨圓, 暗示其經(jīng)歷了一定距離的搬運(yùn)。C組鋯石呈橢圓形、不規(guī)則狀, 粒徑40～100 μm, 長(zhǎng)寬比1∶1～ 2∶1; 具有復(fù)雜的內(nèi)部環(huán)帶; 陰極發(fā)光圖像較暗, Th、U值分別為(32.1～1310)×10?6和(307～2103)×10?6; 磨圓度較好, 暗示其經(jīng)歷了一定距離的搬運(yùn)。D組鋯石呈橢圓形、不規(guī)則狀, 粒徑40～80 μm, 長(zhǎng)寬比1∶1～2∶1,內(nèi)部環(huán)帶復(fù)雜; CL圖像明暗程度不一, Th、U值分別為(26.9～339)×10?6和(113～457)×10?6; 磨圓度較好, 暗示其經(jīng)歷了一定距離的搬運(yùn)。四堡群魚西組碎屑鋯石Th/U值為0.06～2.83, 僅有1粒鋯石Th/U值小于0.1, 多數(shù)鋯石Th/U值大于0.4(圖4b)。鋯石的形態(tài)特征, 內(nèi)部環(huán)帶, 明暗程度以及Th、U含量及比值的不同, 暗示其具有復(fù)雜的成因和來(lái)源。

丹洲群白竹組樣品碎屑鋯石U-Pb年齡數(shù)據(jù)均位于諧和線上及其附近(圖5a)。118個(gè)年齡數(shù)據(jù)主要分布在4個(gè)區(qū)間, 分別為820～900 Ma、900～ 1400 Ma、1450～2200 Ma和2350～2700 Ma(圖5b)。820～900 Ma鋯石共36粒, 占31%, 其中最年輕的10粒鋯石給出了824.9±8.0 Ma的206Pb/238U加權(quán)平均年齡; 900～1400 Ma鋯石共22粒, 占19%; 1450～ 2200 Ma鋯石共44粒, 占37%; 2350～2700 Ma鋯石共16粒, 占13%。

四堡群魚西組樣品碎屑鋯石U-Pb年齡均位于諧和線上及其附近(圖5c)。43組年齡數(shù)據(jù)主要分布在4個(gè)區(qū)間, 分別為820～900 Ma、900～1300 Ma、1700～2200 Ma和2400～2600 Ma(圖5d)。820～900 Ma鋯石共20粒, 占46%, 其中最年輕的11粒鋯石給出了823.0±8.4 Ma的206Pb/238U加權(quán)平均年齡; 900～1300 Ma鋯石共9粒, 占21%; 1700～2200 Ma鋯石共9粒, 占21%。2400～2600 Ma鋯石共5粒, 占12%。

對(duì)比兩樣品的碎屑鋯石U-Pb年齡頻譜圖(圖5b、d), 四堡群魚西組板巖樣品和丹洲群白竹組底礫巖樣品具有相似的U-Pb年齡分布區(qū)間, 但各區(qū)間的鋯石所占比重不同。

4.2 鋯石Hf同位素

本文對(duì)丹洲群白竹組和四堡群魚西組鋯石進(jìn)行原位Hf同位素測(cè)試, 分析結(jié)果見(jiàn)表2。

丹洲群白竹組鋯石176Lu/177Hf值分布范圍為0.000039～0.004366, 僅少數(shù)鋯石176Lu/177Hf值大于0.002, 表明絕大多數(shù)鋯石在形成后具有極低的放射性成因Hf積累。鋯石Hf()值介于?25.37～12.89之間, 其中53個(gè)點(diǎn)Hf()值為正, 占49%; 56個(gè)點(diǎn)Hf()值為負(fù), 占51%, 即丹洲群白竹組源區(qū)物質(zhì)既有古老地殼物質(zhì)的再循環(huán), 也有新生地殼物質(zhì)(圖6a、b)。二階段Hf模式年齡(DM2)集中在901～3998 Ma之間(圖7a), 其中,DM2為901～1383 Ma鋯石有16顆, 占15%;DM2為1423～2293 Ma鋯石有41顆, 占38%;DM2為2326～3998 Ma鋯石有52顆, 占47%。

四堡群魚西組鋯石176Lu/177Hf值分布范圍為0.000484～0.003368, 僅2顆鋯石176Lu/177Hf值大于0.002, 表明絕大多數(shù)鋯石在形成后具有極低的放射性成因Hf積累。鋯石Hf()值介于?13.63～6.92之間, 其中9個(gè)點(diǎn)Hf()值為正, 占38%; 15個(gè)點(diǎn)Hf()值為負(fù), 占比62%, 即四堡群魚西組源區(qū)物質(zhì)以古老地殼物質(zhì)的再循環(huán)為主, 新生地殼物質(zhì)相對(duì)較少(圖6c、d)。DM2為1318～3129 Ma(圖7b)。其中,DM2為1318～1361 Ma鋯石有2顆, 占比8%;DM2為1516～2176 Ma的鋯石有14顆, 占比58%;DM2為2380～3129 Ma的鋯石有8顆, 占比34%。

Hf同位素特征顯示四堡群源區(qū)物質(zhì)以古老地殼物質(zhì)的再循環(huán)為主, 新生地殼物質(zhì)相對(duì)較少; 而丹洲群源區(qū)物質(zhì)既有新生地殼物質(zhì), 也有古老地殼物質(zhì)的再循環(huán)。

5 討 論

5.1 物源分析

前人研究表明, 揚(yáng)子陸塊和華夏陸塊前寒武紀(jì)沉積巖的碎屑鋯石年齡譜系具有較大的差異。華夏陸塊新元古代沉積巖中包含大量新太古代(～2.5 Ga)和格林威爾期的碎屑鋯石(0.9～1.3 Ga)(于津海等, 2007, 2009; Yu et al., 2008, 2010; 王麗娟等, 2008; 王鵬鳴等; 2013), 暗示華夏南緣可能曾經(jīng)存在一個(gè)格林威爾期造山帶(王麗娟等, 2008)。而揚(yáng)子陸塊則以強(qiáng)烈的新元古代巖漿事件為標(biāo)志(Li, 1999; Zhou et al., 2002, 2006), 這期巖漿事件廣泛存在于揚(yáng)子陸塊周緣, 但在華夏陸塊卻很微弱。揚(yáng)子陸塊另一個(gè)特征性的構(gòu)造熱事件發(fā)生在2.0 Ga(Zheng et al., 2006; Liu et al., 2008)。揚(yáng)子陸塊與華夏陸塊顯著差異的年齡譜系特征為分析桂北地區(qū)前寒武紀(jì)地層的物源奠定了基礎(chǔ)。

Ⅰ～Ⅳ組為丹洲群白竹組底礫巖樣品的鋯石陰極發(fā)光圖像, A～D組為四堡群魚西組板巖樣品的鋯石陰極發(fā)光圖像; 實(shí)線圓圈為鋯石U-Pb年齡測(cè)點(diǎn)位置, 虛線圓圈為鋯石Hf同位素測(cè)點(diǎn)位置。

圖4 丹洲群白竹組(DZ01)(a)和四堡群魚西組(SB01)(b)鋯石Th-U圖解

圖5 丹洲群白竹組(DZ01)和四堡群魚西組(SB01)鋯石U-Pb年齡諧和圖(a、c)和年齡分布頻譜圖(b、d)

表2 丹洲群白竹組(DZ01)和四堡群魚西組(SB01)鋯石Hf同位素?cái)?shù)據(jù)

續(xù)表2:

續(xù)表2:

圖6 丹洲群白竹組(DZ01)和四堡群魚西組(SB01)鋯石εHf(t)-年齡圖解(a、c)和εHf(t)值直方圖(b、d)

圖7 丹洲群白竹組(DZ01)和四堡群魚西組(SB01)鋯石二階段模式年齡(tDM2)直方圖

四堡群魚西組和丹洲群白竹組樣品具有相似的碎屑鋯石U-Pb年齡頻譜圖(圖5)。兩件樣品的碎屑鋯石年齡主要集中在820～900 Ma、900～1400 Ma、1450～2200 Ma和2350～2700 Ma等4個(gè)區(qū)間, 且兩者中最年輕一組碎屑鋯石的加權(quán)平均年齡相對(duì)一致, 分別為823.0±8.4 Ma(SB01)和824.9±8.0 Ma(DZ01)。對(duì)比四堡群和丹洲群的碎屑鋯石年齡譜系, 四堡群820～900 Ma鋯石占比(47%)較丹洲群(31%)要高16%; 1450～2200 Ma鋯石占比(21%)較丹洲群(37%)要少16%; 而900～1400 Ma和2350～2700 Ma鋯石占比兩者相近。

820～900 Ma鋯石顆粒自形程度較好, 磨圓度差, 巖漿環(huán)帶清晰, 顯示近源沉積的特征。前人研究表明, 揚(yáng)子陸塊具有強(qiáng)烈的新元古代巖漿事件, 而華夏陸塊則較微弱(Li, 1999; Zhou et al., 2002, 2006)。在揚(yáng)子?xùn)|南緣湘黔桂地區(qū)廣泛出露新元古代的巖漿巖, 如桂北地區(qū)的三防巖體、元寶山巖體, 以及四堡群文通組中的鎂鐵質(zhì)?超鎂鐵質(zhì)巖(李獻(xiàn)華, 1999; Wang et al., 2014)。因此該年齡值的鋯石可能來(lái)自于揚(yáng)子陸塊東南緣的新元古代巖漿巖。

900～1400 Ma與全球格林威爾期造山事件相當(dāng)。前人研究表明該期鋯石廣泛出現(xiàn)在華夏陸塊, 而揚(yáng)子陸塊則很微弱(王麗娟等, 2008; 于津海等, 2009; Yu et al., 2010; 王鵬鳴等, 2013)。四堡群和丹洲群樣品中該期鋯石顆粒磨圓度較好, 顯示其經(jīng)歷一定距離的搬運(yùn), 因此該期鋯石可能來(lái)自離研究區(qū)相對(duì)較遠(yuǎn)的華夏陸塊格林威爾期造山事件的產(chǎn)物。

1450～2200 Ma與全球Columbia超大陸聚合和裂解事件相當(dāng)。兩樣品中該時(shí)期的碎屑鋯石磨圓度較好, 顯示其經(jīng)歷了一定距離的搬運(yùn)。但在華南大陸尚未發(fā)現(xiàn)該時(shí)期的沉積地層和相應(yīng)時(shí)代的巖漿活動(dòng), 其物源還需進(jìn)一步深入研究。

2350～2700 Ma鋯石呈橢圓形、磨圓度較好、內(nèi)部環(huán)帶復(fù)雜、明暗程度不一, 暗示其經(jīng)歷較遠(yuǎn)距離搬運(yùn)且具有復(fù)雜的物質(zhì)來(lái)源。前人研究指出,華夏陸塊新元古代沉積巖中富含豐富的太古宙鋯石(2.5 Ga±)(王麗娟等, 2008; 于津海等, 2009; Yu et al., 2010; 王鵬鳴等, 2013), 因此該期鋯石主體來(lái)自于離研究區(qū)相對(duì)較遠(yuǎn)的華夏陸塊的太古宙基底。

綜上所述, 四堡群板巖和丹洲群底礫巖的物源為揚(yáng)子陸塊東南緣的新元古代巖漿巖、華夏陸塊格林威爾期造山事件的產(chǎn)物和太古宙基底, 以及與Columbia超大陸聚合和裂解事件相當(dāng)?shù)牡刭|(zhì)體。四堡群和丹洲群中各個(gè)時(shí)期的鋯石所占比例不同, 因此各源區(qū)對(duì)成巖物質(zhì)的貢獻(xiàn)亦不同。四堡群的物源以揚(yáng)子?xùn)|南緣新元古代巖漿巖為主(47%), 次要物源為華夏陸塊格林威爾期造山事件的產(chǎn)物(21%)和太古宙基底(11%), 以及與Columbia超大陸聚合和裂解事件相當(dāng)?shù)牡刭|(zhì)體(21%)。而丹洲群的主要物源為揚(yáng)子陸塊東南緣新元古代巖漿巖(31%)和與Columbia超大陸聚合和裂解時(shí)期相當(dāng)?shù)牡刭|(zhì)體(37%), 次要物源為華夏陸塊格林威爾期造山事件的產(chǎn)物(19%)和太古宙基底(13%)。

碎屑鋯石年齡譜系特征顯示, 四堡群和丹洲群中華夏陸塊格林威爾期碎屑鋯石和太古宙碎屑鋯石所占比例相近, 暗示兩者具有相似的物源, 這也與丹洲群底礫巖的礫石成分與四堡群魚西組巖性一致的特征相吻合, 進(jìn)一步表明丹洲群白竹組底礫巖測(cè)年樣品來(lái)自裂谷盆地沉積的最低層位。

5.2 沉積超覆時(shí)限

桂北地區(qū)丹洲群為一套成層有序的裂谷充填地層, 其最低層位代表南華裂谷盆地沉積的起點(diǎn), 且沉積下限代表裂谷盆地沉積超覆的啟動(dòng)時(shí)限。對(duì)丹洲群沉積下限的界定, 目前主要采用如下方法來(lái)約束: ①侵入于四堡群而被丹洲群及其相當(dāng)?shù)貙硬徽细采w的花崗巖的年齡; ②侵入于四堡群頂部地層中的鎂鐵質(zhì)?超鎂鐵質(zhì)巖的年齡; ③四堡群頂部火山巖夾層的年齡; ④四堡群頂部沉積地層中的碎屑鋯石年齡; ⑤丹洲群底部火山巖夾層的年齡; ⑥丹洲群底部沉積地層中的碎屑鋯石年齡(表3)。

表3 華南地區(qū)限定丹洲群沉積下限的年齡數(shù)據(jù)

續(xù)表3:

續(xù)表3:

早期根據(jù)侵于四堡群而又被丹洲群覆蓋的花崗質(zhì)巖石的有限同位素年齡資料(伍實(shí), 1979; 董寶林和覃杰, 1987; 韓發(fā)等, 1994), 將丹洲群及其相當(dāng)?shù)貙託w屬于新元古界下部, 并與華北地區(qū)青白口系進(jìn)行對(duì)比(全國(guó)地層委員會(huì), 2001, 2002)。這些花崗質(zhì)巖包括桂北地區(qū)的三防巖體、元寶山巖體、本洞巖體、峒瑪巖體、滾寨巖體, 贛西的九嶺巖體, 皖南的許村巖體、休寧巖體、歙縣巖體、靈山巖體, 湘北的西園坑巖體、長(zhǎng)三背巖體、大圍山巖體等。近年來(lái), 高精度的同位素定年結(jié)果顯示這些花崗巖的侵位時(shí)代為810～830 Ma(李獻(xiàn)華, 1999; 吳榮新等, 2005; 薛懷民等, 2010; 張菲菲等, 2011; Wang et al., 2014)。本文對(duì)該期花崗巖侵位年齡進(jìn)行統(tǒng)計(jì), 獲得824.1±2.3 Ma的加權(quán)平均年齡(圖8a)。這與Yang et al. (2015)對(duì)桂北地區(qū)侵入于四堡群的巖漿巖年齡的統(tǒng)計(jì)結(jié)果一致(824±5 Ma)。

除上述花崗質(zhì)巖外, Li (1999)獲得侵入于四堡群的超基性?基性巖脈的SHRIMP鋯石 U-Pb年齡為828±7 Ma, 與Wang et al. (2006)在桂北何家灣地區(qū)獲得輝綠巖的LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡(811.5±4.8 Ma)以及Wang et al. (2012b)在桂北地區(qū)獲得的四堡群鎂鐵質(zhì)巖的LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡一致。區(qū)域上, Zhou et al. (2009)在梵凈山地區(qū)獲得回香坪組中鎂鐵質(zhì)侵入巖的年齡為831±6 Ma和827±14 Ma, 以及肖家河組中鎂鐵質(zhì)侵入巖的年齡為814±6 Ma。對(duì)上述侵入于四堡群及其相當(dāng)?shù)貙又械逆V鐵質(zhì)?超鎂鐵質(zhì)巖的測(cè)年結(jié)果進(jìn)行加權(quán)平均計(jì)算, 獲得年齡為823.2±9.7 Ma(圖8b)。

近年來(lái), 在四堡群及其相當(dāng)?shù)貙拥捻敳炕鹕綆r夾層中獲得大量的高精度年齡數(shù)據(jù)(王劍等, 2003; 高林志等, 2008, 2010a; Zhou et al., 2009; Zhang et al., 2012, 2013; 孟慶秀等, 2013; Wang et al., 2014), 可以較好的約束四堡群的沉積上限及丹洲群的沉積下限(表3)。對(duì)上述四堡群頂部火山巖夾層的測(cè)年結(jié)果進(jìn)行加權(quán)平均計(jì)算, 獲得年齡為825.8±4.1 Ma(圖8c)。

除上述四堡群中的火成巖測(cè)年結(jié)果外, 四堡群頂部地層中的碎屑鋯石年齡也可較好的約束地層時(shí)代。本文對(duì)不整合面之下四堡群魚西組頂部板巖(SB01)進(jìn)行LA-ICP-MS鋯石U-Pb測(cè)年, 獲得最年輕一組鋯石加權(quán)平均年齡為823.0±8.4 Ma, 較好的限定了四堡群頂部地層的沉積時(shí)限。Wang et al. (2012b)對(duì)四堡群魚西組砂巖和粉砂巖進(jìn)行LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年, 其最年輕的碎屑鋯石年齡分別為826±7 Ma和827±7 Ma。Yang et al. (2015)也對(duì)四堡群魚西組砂巖進(jìn)行了SIMS鋯石U-Pb定年, 其最年輕的碎屑鋯石年齡為～809 Ma。對(duì)上述四堡群頂部地層中最年輕的碎屑鋯石年齡進(jìn)行統(tǒng)計(jì), 得到821.2±7.2 Ma加權(quán)平均年齡(圖8d)。

(a) 侵入四堡群又被丹洲群及其相當(dāng)?shù)貙硬徽细采w的花崗巖年齡的加權(quán)平均圖; (b) 侵入于四堡群中的鎂鐵質(zhì)?超鎂鐵質(zhì)巖石的年齡加權(quán)平均圖; (c) 四堡群頂部火山巖夾層的年齡加權(quán)平均圖; (d) 四堡群頂部沉積巖中最年輕的碎屑鋯石的年齡加權(quán)平均圖; (e) 丹洲群及其相當(dāng)?shù)貙拥撞炕鹕綆r夾層的年齡加權(quán)平均圖; (f) 丹洲群底部沉積地層中碎屑鋯石的年齡加權(quán)平均圖。

丹洲群沉積下限亦可根據(jù)丹洲群底部火山巖夾層的時(shí)代進(jìn)行限定。桂北地區(qū)丹洲群白竹組暫未見(jiàn)火山巖夾層的年齡報(bào)道, 但周漢文等(2002)在桂東賀州下龍地區(qū)獲得與丹洲群相當(dāng)?shù)您楆?yáng)關(guān)群淺變質(zhì)基性火山巖U-Pb年齡為819±11 Ma, 指示丹洲群沉積下限年齡為819±11 Ma。近年來(lái), 區(qū)域上獲得大量丹洲群及其相當(dāng)?shù)貙拥牡撞炕鹕綆r夾層的年齡報(bào)道(表3), 如皖南井潭組英安巖、貴州甲路組基性火山巖和火山凝灰?guī)r(王劍等, 2006; 吳榮新等, 2007; Zheng et al., 2008; 高林志等, 2010b)。對(duì)前人獲得的丹洲群及其相當(dāng)?shù)貙拥撞炕鹕綆r夾層年齡數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì), 得出817.5±3.2 Ma的加權(quán)平均年齡(圖8e)。

丹洲群底部地層的碎屑鋯石年齡也可較好的約束其沉積下限。本次研究對(duì)不整合面之上丹洲群白竹組底礫巖(DZ01)進(jìn)行LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年, 其最年輕一組鋯石加權(quán)平均年齡為824.9±8.0 Ma。Wang et al. (2013b)對(duì)丹洲群白竹組礫巖進(jìn)行LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年, 獲得最年輕的碎屑鋯石年齡為826±7 Ma。Yang et al. (2015)對(duì)丹洲群白竹組砂巖進(jìn)行SIMS鋯石U-Pb定年, 獲得最年輕的碎屑鋯石年齡為810±10 Ma。對(duì)上述丹洲群底部地層碎屑鋯石年齡進(jìn)行統(tǒng)計(jì), 獲得822.2±9.1 Ma的加權(quán)平均年齡(圖8f)。

結(jié)合侵入于四堡群而被丹洲群覆蓋的花崗巖年齡、侵入于四堡群鎂鐵質(zhì)?超鎂鐵質(zhì)巖石的年齡、四堡群頂部火山巖夾層的年齡、四堡群最頂部地層的碎屑鋯石年齡、丹洲群及其相當(dāng)?shù)貙拥撞炕鹕綆r夾層的年齡以及丹洲群底部地層的碎屑鋯石年齡, 將丹洲群的沉積下限約束在～820 Ma, 進(jìn)而限定南華裂谷盆地沉積超覆作用的啟動(dòng)時(shí)限為～820 Ma。

6 結(jié) 論

(1) 四堡群魚西組鋯石Hf()值為?13.63～6.92,DM2為1318～3129 Ma; 丹洲群白竹組鋯石Hf()值介于?25.37～12.89之間,DM2為901～3998 Ma。鋯石Hf同位素特征表明四堡群魚西組源區(qū)物質(zhì)以古老地殼物質(zhì)的再循環(huán)為主, 新生地殼物質(zhì)相對(duì)較少; 而丹洲群白竹組源區(qū)物質(zhì)既有新生地殼物質(zhì), 也有古老地殼物質(zhì)的再循環(huán)。

(2) 四堡群魚西組和丹洲群白竹組具有相似的碎屑鋯石年齡譜系和物源特征, 分別為揚(yáng)子?xùn)|南緣新元古代巖漿巖, 華夏陸塊格林威爾期造山事件的產(chǎn)物和太古宙基底, 以及與Columbia超大陸聚合和裂解時(shí)期相當(dāng)?shù)牡刭|(zhì)體, 但各源區(qū)對(duì)成巖物質(zhì)的貢獻(xiàn)不同。

(3) 結(jié)合前人研究結(jié)果, 利用四堡群魚西組頂部地層和丹洲群底礫巖的碎屑鋯石年齡限定南華裂谷盆地沉積超覆的啟動(dòng)時(shí)限為～820 Ma。

致謝:桂林理工大學(xué)廣西隱伏金屬礦產(chǎn)勘查重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室余紅霞和李政林老師在鋯石U-Pb年齡和Hf同位素測(cè)試中給予了大力支持, 在此表示感謝。同時(shí), 十分感謝吉林大學(xué)梁一鴻教授和另一位匿名審稿人對(duì)本文提出的建設(shè)性修改意見(jiàn)。

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Timing of Sedimentary Overlap in Neoproterozoic Nanhua Rift Basin in South China:Evidence from Detrital Zircon U-Pb Ages and Hf Isotopes of Basal Conglomerate of Danzhou Group in Northern Guangxi

QIN Ya, FENG Zuohai, WU Jie, BAI Yuming, XING Quanli, XUE Yunfeng

(Collaborative Innovation Center for Exploration of Hidden Nonferrous Metal Deposits and Development of New Materials in Guangxi; Guangxi Key Laboratory of Hidden Metallic Ore Exploration, Guilin University of Technology, Guilin 541004, Guangxi, China)

U-Pb ages and Hf isotopic compositions of detrital zircon from the basal conglomerate of the Baizhu Formation of the Danzhou Group (DZ01), and from the slate in the top of the Yuxi Formation of the Sibao Group (SB01) in the northern Guangxi were analyzed by using LA-ICP-MS method, aiming to constrain the timing of sedimentary overlap in the Neoproterozoic Nanhua rift basin in South China. The slate of the Yuxi Formation and the basal conglomerate of the Baizhu Formation have similar detrital zircon age spectra, mainly distributed in 820–900 Ma, 900–1400 Ma, 1450–2200 Ma and 2350–2700 Ma. The two samples have similar provenance, mainly the Neoproterozoic magmatic rocks in the southeastern margin of the Yangtze Block, the products of the Grenville orogenic event in the Cathaysian Block and the Archean basement, as well as geological bodies equivalent to the Columbia supercontinent polymerization and cracking period. TheHf() values and corresponding two-stage Hf model ages (DM2) of detrital zircon grains from the slate sample in the Yuxi Formation of the Sibao Group range from ?13.63 to 6.92 and 1318 to 3129 Ma, respectively. TheHf() values andDM2of detrital zircon from the basal conglomerate sample in the Baizhu Formation of the Danzhou Group vary from ?25.37 to 12.89 and 901 to 3998 Ma, respectively. The Hf isotope results show that the detritus of the Sibao Group is dominated by the recycled ancient crustal material, whereas the contribution of juvenile crustal material is relatively small. In contrast, the source materials of the Danzhou Group include both the juvenile crustal materials and the recycled ancient crustal materials. The weighted average age of the youngest zircon grains from the basal conglomerate of the Baizhu Formation in the Danzhou Group is 824.9±8.0 Ma, while the youngest zircon population from the slate of the Yuxi Formation in the Sibao Group is 823.0±8.4 Ma. Combined with previous results, the initial depositional age of the Danzhou Group is820 Ma, indicating that the sedimentary overlap in Nanhua rift basin began at820 Ma.

basal conglomerate; detrital zircon; U-Pb chronology; Hf isotope; Nanhua rift basin; northern Guangxi

2021-01-15;

2021-06-14

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41572191、41702211、42072259)和廣西自然科學(xué)基金項(xiàng)目(2018GXNSFAA281248、2019GXNSFDA245009)聯(lián)合資助。

秦亞(1986–), 男, 博士, 主要從事區(qū)域構(gòu)造演化、花崗巖與成礦研究。E-mail：qinya2013017@glut.edu.cn

P56; P597+.3

A

1001-1552(2022)05-0968-025

10.16539/j.ddgzyckx.2022.05.007