贛中地區(qū)周潭群斜長(zhǎng)角閃巖年齡、成因及對(duì)華南新元古代構(gòu)造演化的地質(zhì)意義

程進(jìn)雄, 李武顯

贛中地區(qū)周潭群斜長(zhǎng)角閃巖年齡、成因及對(duì)華南新元古代構(gòu)造演化的地質(zhì)意義

程進(jìn)雄1,2, 李武顯1*

(1. 中國(guó)科學(xué)院 廣州地球化學(xué)研究所 同位素地球化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 廣東 廣州 510640; 2. 中國(guó)科學(xué)院大學(xué), 北京 100049)

贛中周潭地區(qū)發(fā)育的周潭群為一套高角閃巖相變質(zhì)且強(qiáng)烈變形的火山-沉積巖組合, 其形成年齡一直存在爭(zhēng)議。本次研究對(duì)周潭群中斜長(zhǎng)角閃巖和黑云母片巖開展了鋯石U-Pb年代學(xué)和巖石地球化學(xué)研究。斜長(zhǎng)角閃巖有兩種類型的鋯石, 第一種變質(zhì)鋯石的定年結(jié)果為(417±47) Ma, 第二種捕獲鋯石206Pb/238U表觀年齡在873～716 Ma之間。黑云母片巖中全部為碎屑鋯石, 鋯石206Pb/238U表觀年齡在861～658 Ma之間。斜長(zhǎng)角閃巖具有平坦型的稀土分布模式和正的Nd()值(1.72～2.69), 其Nb/La(0.73～0.94)、Nb/Y(0.10～0.12)以及Zr/Y(1.61～2.54)比值類似于洋中脊玄武巖(N-MORB); 在Nb/Yb與TiO2/Yb、La與La/Nb 構(gòu)造判別圖解中, 斜長(zhǎng)角閃巖全部落在N-MORB區(qū)域, 表明斜長(zhǎng)角閃巖來自虧損地幔。對(duì)比揚(yáng)子?xùn)|南緣850～760 Ma 的N-MORB型基性巖的Nd(t)值、Zr/Y和Sm/Nd比值, 斜長(zhǎng)角閃巖類似于皖南鋪嶺組約760 Ma的基性巖, 暗示它們形成于相同巖漿巖事件。結(jié)合斜長(zhǎng)角閃巖和黑云母片巖中小于820 Ma的捕獲鋯石年齡, 表明周潭群的頂界年齡小于760 Ma, 因此周潭群不僅包含了類似于四堡群和冷家溪群等相應(yīng)地層, 還應(yīng)該包含類似于板溪群或丹洲群等相應(yīng)地層。綜合本次報(bào)道的周潭群N-MORB型斜長(zhǎng)角閃巖和前人報(bào)道的850～760 Ma雙峰式火山巖、基性-超基性巖墻以及低18O鋯石, 表明華南地塊從約900 Ma閉合完畢之后一直處于陸內(nèi)伸展環(huán)境中。

地球化學(xué)特征; 斜長(zhǎng)角閃巖; 周潭群年齡; N-MORB; 華南

0 引 言

新元古代羅迪尼亞超大陸的聚合和裂解是近代地球科學(xué)研究的熱點(diǎn)話題之一[1–2], 而華南作為相對(duì)完整保留有新元古代巖漿活動(dòng)和沉積記錄的塊體, 一直都是國(guó)內(nèi)外學(xué)者重點(diǎn)研究對(duì)象[3–4]。隨著近幾十年人們對(duì)華南塊體研究的逐步深入, 特別是對(duì)揚(yáng)子塊體中新元古代地層年齡數(shù)據(jù)的逐步積累, 使得人們對(duì)揚(yáng)子塊體中新元古代地層劃分取得了新認(rèn)識(shí), 之前被認(rèn)為是中元古代地層的四堡群、冷家溪群等相應(yīng)地層實(shí)際是新元古代地層[5–6]。相對(duì)而言, 華夏塊體經(jīng)歷了早古生代和中生代強(qiáng)烈的構(gòu)造-巖漿熱事件的影響, 前寒武紀(jì)地層普遍遭受了綠片巖相-角閃巖相的變質(zhì)作用, 這給華夏地塊中-新元古代地層時(shí)代歸屬和地層對(duì)比, 以及巖漿活動(dòng)的成因和源區(qū)屬性判斷帶來了困難。其中, 在華夏武夷山以西的鷹潭-南城-宜黃-崇仁一帶(寬1.5～2 km、長(zhǎng)約120 km),沿東北方向出露的一套高角閃巖相變質(zhì)巖系, 在江西稱為周潭群[7], 其時(shí)代劃分和其中的基性巖的成因與源區(qū)歸屬一直沒有取得共識(shí)。余達(dá)淦等[7]通過Sm-Nd等時(shí)線法獲得的周潭群年齡為(1199±26) Ma, 并將其劃為中元古代地層。后來王孝磊等[8]報(bào)道了周潭群變沉積巖中碎屑鋯石年齡, 其中大約830～820 Ma的碎屑鋯石為主要峰值, 因此將其劃為新元古代地層, 與揚(yáng)子地塊冷家溪群地層相當(dāng)。但是1∶20萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查認(rèn)為周潭群平行不整合在前震旦系洪山群之下, 洪山群為一套含磁鐵石英巖地層, 為間冰期地層[9], 相當(dāng)于南華系。如果周潭群歸屬于冷家溪群, 那么周潭群與洪山群之間的不整合缺失了大量青白口系上部的地層, 即板溪群及其相當(dāng)層位, 暗示了重要的地質(zhì)事件影響。為了確定周潭群中是否存在板溪群相當(dāng)?shù)牡貙? 本次研究擬對(duì)周潭群的形成年齡和其中的基性巖成因與源區(qū)歸屬開展研究, 報(bào)道周潭群中斜長(zhǎng)角閃巖和云母片巖的鋯石年齡和地球化學(xué)資料, 并討論周潭群的時(shí)代、斜長(zhǎng)角閃巖的巖石成因和源區(qū)歸屬及其地質(zhì)意義。

1 區(qū)域地質(zhì)背景及樣品特征

贛中地區(qū)的周潭群是江西區(qū)域地質(zhì)調(diào)查隊(duì)1978年在1∶20萬上饒福地質(zhì)調(diào)查時(shí)創(chuàng)建的, 創(chuàng)名地點(diǎn)位于弋陽縣周潭村。在大地構(gòu)造位置上位于揚(yáng)子和華夏的縫合帶上靠華夏一側(cè), 從弋陽的周潭向東延伸至余江附近, 然后折向南西至樂安的相山地區(qū)[8](圖1)。周潭群北以江紹斷裂帶為界, 在周潭地區(qū)與淺變質(zhì)的晚中元古代鐵砂街群火山-沉積巖為斷層接觸, 后者被認(rèn)為是揚(yáng)子地塊南緣江南古島弧的地層單元[10]。南與震旦系洪山群平行不整合接觸。周潭群巖性為一套高角閃巖相變質(zhì)且強(qiáng)烈變形的火山-沉積巖組合, 副變質(zhì)巖主要為含石榴石-夕線石黑云斜長(zhǎng)片麻巖、含石榴石黑云斜長(zhǎng)變粒巖和云母片巖, 而正變質(zhì)巖主要為玄武巖變質(zhì)形成的斜長(zhǎng)角閃巖, 厚度數(shù)米到數(shù)十米, 可能還有部分中酸性火山巖變質(zhì)形成的變粒巖。其中斜長(zhǎng)角閃巖主要呈層狀、條帶狀、布丁狀或者透鏡狀產(chǎn)于云母片巖中[8]。前人根據(jù)周潭群中變質(zhì)礦物的共生組合確定了這套變質(zhì)巖系的溫壓, 認(rèn)為最高變質(zhì)程度為角閃巖相, 變質(zhì)峰期的溫度和壓力范圍分別是510～600 ℃和0.50～ 0.65 GPa[11]。部分地區(qū)該群經(jīng)歷了早古生代的混合巖化作用[8]。

本次研究的6個(gè)斜長(zhǎng)角閃巖樣品和1個(gè)黑云母片巖樣品采自弋陽港口和余江馬荃一帶, 斜長(zhǎng)角閃巖呈夾層狀產(chǎn)于黑云斜長(zhǎng)變粒巖和云母片巖中, 單層厚度為0.5～10 m。樣品手標(biāo)本為深灰綠色, 主要礦物組成為角閃石和斜長(zhǎng)石, 出現(xiàn)少量輝石, 沒有或很少出現(xiàn)石英。6個(gè)斜長(zhǎng)角閃巖樣品全部做了全巖主元素、微量元素分析, 其中4個(gè)樣品做了全巖Nd同位素分析, 2個(gè)樣品做了鋯石年代學(xué)分析; 而1個(gè)黑云母片巖樣品只做了鋯石年代學(xué)分析。

圖1 贛中地區(qū)周潭群分布圖(據(jù)1∶50萬江西省、福建省區(qū)域地質(zhì)志附圖改編)

2 分析方法

2.1 鋯石U-Pb定年

本次的定年采用鋯石U-Pb定年技術(shù)。野外采集周潭群斜長(zhǎng)角閃巖和云母片巖樣品, 在河北廊坊河北區(qū)調(diào)研究所實(shí)驗(yàn)室通過重選和磁選的方法分選出鋯石。在雙目鏡下手工挑選出代表性的鋯石顆粒, 與標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500一起用環(huán)氧樹脂固定, 并打磨拋光暴露核部。最后進(jìn)行透射光、反射光以及陰極發(fā)光照相。在圖像分析的基礎(chǔ)上選擇合適的鋯石顆粒用于U-Pb同位素定年分析。定年工作在中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院北京SHRIMP中心離子探針實(shí)驗(yàn)室SHRIMP-II上完成, 詳細(xì)的分析流程可見北京SHRIMP中心條件[12]。用標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500來標(biāo)定待測(cè)樣品。數(shù)據(jù)處理采用Isoplot軟件[13], 普通Pb由實(shí)測(cè)204Pb校正。所有測(cè)點(diǎn)的誤差均為1σ, 所采用的206Pb/238U加權(quán)平均年齡具95%的置信度。

2.2 主元素、微量元素和Nd同位素

主元素(SiO2用濕化學(xué)法分析)和微量元素分別在中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所的電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀(ICP-AES)和電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS)上分析?；瘜W(xué)處理過程為: 稱取約0.04 g樣品粉末于Bomb溶樣器中, 加入HF+HNO3混合溶樣, 置于高壓釜中190 ℃加熱24 h, 確保鋯石等難溶礦物完全溶解。用1% HNO3稀釋, 并用Cd和Rh為內(nèi)標(biāo)分別監(jiān)控主元素和微量元素的分析。主元素和微量元素的分析精度分別優(yōu)于1%和10%。詳細(xì)的微量元素分析方法見劉穎等[14]。

Nd同位素分析是在中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所多接收器電感耦合等離子體質(zhì)譜(MC-ICPMS)上分析的?；瘜W(xué)處理過程為: 稱取約0.15 g粉末樣品于Teflon溶樣器內(nèi), 然后加入HF+HNO3混合溶樣, 并在100 ℃電熱板保溫約15 d, 蒸干樣品。將蒸干樣品加入HCl, 100 ℃保溫1 d后蒸干, 加入H3BO3-HCl使樣品充分溶解。Nd的分離使用常規(guī)的兩次離子交換技術(shù), 包括: (1)輕稀土元素分離通過AG50-8X陽離子交換柱, 和(2)Sm和Nd的提純通過又一個(gè)陽離子交換樹脂柱。將分離的樣品用2% HNO3稀釋, 并用Shin Etsu JNdi-1標(biāo)準(zhǔn)樣品(0.512115)監(jiān)控同位素分析。詳細(xì)的Nd同位素分析方法見Li[15]。

3 分析結(jié)果

3.1 鋯石U-Pb年代學(xué)

周潭群1個(gè)斜長(zhǎng)角閃巖和一個(gè)黑云母片巖鋯石SHRIMP U-Pb定年分析結(jié)果見表1。

黑云母片巖06GDB22-1 來自這個(gè)樣品的鋯石在透射光下呈現(xiàn)淡棕色, 形態(tài)大都呈半自形。在陰級(jí)發(fā)光光譜儀(CL)鋯石圖像上鋯石顆粒大小在50～100 μm, 長(zhǎng)寬比在2∶1左右, 呈現(xiàn)出核幔結(jié)構(gòu), 核部暗, 邊部亮; 同時(shí)鋯石核部顯示巖漿鋯石的環(huán)帶結(jié)構(gòu)(圖2), 應(yīng)該屬于巖漿成因的碎屑鋯石。3個(gè)鋯石顆粒被用來做鋯石定年分析, 分析的點(diǎn)位都是鋯石的核部, 鋯石核部的U含量為491～592 μg/g, Th含量為218～438 μg/g, Th/U比值為0.37～0.89, 3個(gè)鋯石的核部206Pb/238U年齡都落在諧和線上, 年齡分別為(658.1±12.7) Ma、(758.3±14.6) Ma和(860.8±16.4) Ma。

表1 斜長(zhǎng)角閃巖和黑云母片巖鋯石SHRIMP U-Pb定年分析結(jié)果

注: *代表第二組巖漿鋯石年齡, 在計(jì)算變質(zhì)年齡時(shí)剔除。

圖2 弋陽周潭群斜長(zhǎng)角閃巖和黑云母片巖鋯石U-Pb年齡圖

斜長(zhǎng)角閃巖04JX02-1 鋯石在透射光下呈淡棕色, 形態(tài)大都呈半自形-他形。在CL鋯石圖像上鋯石顆粒大小在100～150 m之間, 長(zhǎng)寬比在1.5∶1～2∶1之間, 鋯石可以分為兩組, 第一組鋯石沒有核幔結(jié)構(gòu), 也沒有巖漿鋯石的韻律環(huán)帶, 整個(gè)鋯石顆粒都發(fā)亮, 屬于變質(zhì)成因的鋯石; 第二組鋯石具有核幔結(jié)構(gòu), 鋯石的核部具有韻律環(huán)帶而邊部沒有, 并且鋯石的核部比邊部暗, 核部屬于巖漿成因的鋯石, 邊部屬于變質(zhì)增生邊(圖2)。第一組鋯石選擇了5顆分析, U含量明顯偏低, 為49.5～82.7 μg/g, Th含量為8.0～17.7 μg/g, Th/U比值為0.16～0.21, 小于典型巖漿鋯石的Th/U (通常大于0.4), 給出的加權(quán)平均年齡為(417±47) Ma (MSWD=7.9), 代表了巖石的變質(zhì)年齡; 第二組鋯石選擇了6個(gè)顆粒進(jìn)行U-Pb定年分析, 由于鋯石邊部變質(zhì)邊太小, 未能進(jìn)行年齡分析, 所有分析點(diǎn)位都在鋯石核部, U含量為112～842 μg/g, Th含量為87.8～1214 μg/g, Th/U比值為0.74～1.90, 可以類比典型的巖漿鋯石(Th/U>0.4)[16]。除了1個(gè)鋯石206Pb/238U年齡為1532 Ma, 剩下的5個(gè)年齡給出的206Pb/238U表觀年齡分別為(716±13.9) Ma、(755.4±20.4) Ma、(794.0±15.6) Ma、(823.7±15.6) Ma 和(873±19) Ma, 由于年齡與黑云母片巖中碎屑鋯石年齡范圍大致一致, 這些年齡應(yīng)該為捕獲鋯石的年齡。

3.2 全巖主元素、微量元素和Nd同位素

全巖主元素、微量元素和Nd同位素的分析結(jié)果見表2。由于巖石經(jīng)歷了角閃巖相的區(qū)域變質(zhì)作用, 巖石的原始結(jié)構(gòu)構(gòu)造和礦物成分不同程度地受到破壞。同時(shí), 伴隨變質(zhì)作用會(huì)發(fā)生活潑元素K、Na等和大離子親石元素Cs、Rb、Sr和Ba等元素的遷移, 而不活潑元素和高場(chǎng)強(qiáng)元素Ti、Zr、Y、Nb、Ta、Hf和Th能夠保存原有的地球化學(xué)特征[17]。因此, 本次研究主要用這些不活潑元素和高場(chǎng)強(qiáng)元素來進(jìn)行巖石分類和巖石地球化學(xué)特征討論, 這樣能夠較合理地反映巖石的原始地球化學(xué)特征。

斜長(zhǎng)角閃巖的SiO2含量為46.5%～50.9%, MgO含量為8.2%～9.4%, Fe2O3T含量為9.1%～14.5%, TiO2含量為0.54%～0.86%, CaO 含量為10.4%～11.8 %。在Zr/TiO2-Nb/Y圖解中(圖3a), 斜長(zhǎng)角閃巖均落在玄武巖區(qū), 并屬于亞堿性系列。在TiO2-Fe2O3T/MgO 圖解上(圖3b), 斜長(zhǎng)角閃巖顯示出拉斑系列的演化趨勢(shì)。斜長(zhǎng)角閃巖具有平坦或略虧損LREE的稀土分布模式(圖4a) (LaN/YbN=0.72～0.94, 平均0.83), 沒有或弱的正Eu異常(Eu = 0.98～1.10, 平均1.03), ∑REE較低(17.8～29.3 μg/g), 為球粒隕石的5～8倍。該組斜長(zhǎng)角閃巖稀土分布同樣具典型的拉斑玄武巖特征。原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化的微量元素蜘網(wǎng)圖(圖4b)中, 虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素(HFSE, 如Nb和Ta), 整體顯示出較平坦的微量元素蛛網(wǎng)圖的分布模式。

表2 周潭群斜長(zhǎng)角閃巖全巖主元素(%)、微量元素(μg/g)和Nd同位素分析結(jié)果

(續(xù)表2)

注: “-”表示無數(shù)據(jù);Nd()中的時(shí)間為760 Ma。

斜長(zhǎng)角閃巖147Sm/144Nd的值為0.195977～ 0.205942,143Nd/144Nd的值為0.512717～0.512843?？紤]到我們?cè)?.1節(jié)討論到斜長(zhǎng)角閃巖的年齡可能為760 Ma, 按照此年齡計(jì)算的Nd()值為1.72～2.69。

4 討 論

4.1 周潭群斜長(zhǎng)角閃巖成因

斜長(zhǎng)巖角閃巖具有低Ni (88～132 μg/g)和Cr (39～395 μg/g)的特征, 低于典型原始巖漿的Ni (> 400～500 μg/g)和Cr (> 1000 μg/g)[23], 說明原巖經(jīng)歷過結(jié)晶分異或者地殼混染過程。斜長(zhǎng)角閃巖La/Sm和Nb/La比值隨著SiO2含量變化基本保持不變(圖5a和5b), 說明沒有受到顯著的地殼混染, 斜長(zhǎng)角閃巖的成分變化應(yīng)受控于結(jié)晶分異過程。在圖6f中, 斜長(zhǎng)角閃巖MgO與Ni的正相關(guān)關(guān)系說明存在橄欖石的分離結(jié)晶, 這是因?yàn)镹i在橄欖石中具有很高的分配系數(shù)(>>1)[26], 橄欖石的分離結(jié)晶會(huì)造成殘余熔體中Ni的減少。在圖6d中, MgO和CaO的正相關(guān)關(guān)系說明斜長(zhǎng)角閃巖經(jīng)歷過含CaO礦物的結(jié)晶分異, 例如斜長(zhǎng)石或者單斜輝石。在圖6c和6e中, 當(dāng)MgO大于8%時(shí), Al2O3隨著MgO的降低而逐漸減小, CaO/Al2O3比值隨著MgO的降低而不變, 說明含CaO的礦物是斜長(zhǎng)石; 在MgO小于8%時(shí), Al2O3隨著MgO的降低而維持不變, CaO/Al2O3隨著MgO的降低而減小, 說明此時(shí)結(jié)晶的礦物是單斜輝石和斜長(zhǎng)石。類似地, 在圖6a和6b 中, 在MgO約為8%時(shí)拐點(diǎn)的出現(xiàn)表明Fe-Ti氧化物此時(shí)開始從熔體中分離。整個(gè)結(jié)晶過程中, 在MgO大于8%時(shí)橄欖石和斜長(zhǎng)石先分離, 在MgO小于8%時(shí)單斜輝石和Fe-Ti氧化物開始加入到分離結(jié)晶礦物中, 呈現(xiàn)出典型拉斑玄武巖(干巖漿體系)的演化趨勢(shì)。

由于斜長(zhǎng)角閃巖經(jīng)歷過多相結(jié)晶分異作用, 想通過重建原生巖漿的方法來反演地幔源區(qū)比較困難。而通過對(duì)比特定微量元素比值(例如Nb/La, Nb/Y和Zr/Y)來示蹤地幔源區(qū)是可能的, 這是因?yàn)? (1)這些元素對(duì)在不同地幔源區(qū)之間存在顯著差異; (2)這些元素對(duì)的相容性接近, 在地幔部分熔融和玄武巖結(jié)晶分異過程中不會(huì)隨著部分熔融和結(jié)晶分異程度的變化而發(fā)生顯著改變[27]。斜長(zhǎng)角閃巖的Nb/La、Nb/Y以及Zr/Y比值跟洋島玄武巖(OIB)和島弧玄武巖(IAB)相應(yīng)比值差異較大[21]; 但跟洋中脊玄武巖(N-MORB)非常接近(見表3)。此外, 斜長(zhǎng)角閃巖具有N-MORB型的稀土分布模式((La/Sm)N= 0.87～1.01), 以及正的Nd()值(1.72～2.69), 暗示來自虧損地幔源區(qū)。最后, 在TiO2/Yb-Nb/Yb和La/Nb-La圖解中(圖7), 樣品全部落在N-MORB區(qū)域。綜合以上地球化學(xué)特征, 周潭群斜長(zhǎng)角閃巖的源區(qū)應(yīng)該是虧損地幔源區(qū)。來自虧損地幔和具有N-MORB型稀土配分的基性巖在揚(yáng)子?xùn)|南緣其他地區(qū)也有出現(xiàn), 例如湘贛交界約850 Ma的基性巖墻、贛北廬山約830 Ma的基性火山巖以及皖南約760 Ma基性火山巖。對(duì)比周潭群斜長(zhǎng)角閃巖Zr/Y和Sm/Nd比值、稀土配分和Nd()值(圖4, 圖5c和5d), 表明皖南約760 Ma基性火山巖跟周潭群相似度最高, 同時(shí)在斜長(zhǎng)角閃巖中存在206Pb/238U年齡為824～716 Ma的年輕鋯石, 據(jù)此可以推測(cè)周潭群斜長(zhǎng)角閃巖和皖南基性火山巖形成于約760 Ma的同期巖漿活動(dòng)。

圖3 Nb/Y vs. Zr/TiO2[18] (a)和TiO2-Fe2O3T/MgO [19] (b)圖解

圖4 周潭群斜長(zhǎng)角閃巖稀土元素分布模式(a)和微量元素蛛網(wǎng)圖(b)。球粒隕石和原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)引自Sun et al.[21]

圖5 La/Sm-SiO2 (a), Nb/La-SiO2圖解(b), εNd(t)-Zr/Y (c)和εNd(t)-Sm/Nd(d)

綜合所述, 周潭群斜長(zhǎng)角閃巖的母巖漿是由虧損地幔部分熔融形成的, 在到達(dá)地表過程中先經(jīng)歷了橄欖石和斜長(zhǎng)石的結(jié)晶分異, 隨后在MgO約為8%時(shí)開始出現(xiàn)單斜輝石和Fe-Ti氧化物結(jié)晶分異。地球化學(xué)特征上, 周潭群斜長(zhǎng)角閃巖與約760 Ma皖南鋪嶺組基性巖類似, 它們可能是同一次巖漿事件的產(chǎn)物。

圖6 MgO與SiO2、Fe2O3T、Al2O3、CaO、CaO/Al2O3、Ni圖解

表3 斜長(zhǎng)角閃巖和地幔源區(qū)特定元素比值對(duì)比

注: OIB和MORB數(shù)據(jù)引自Sun[21], IAB數(shù)據(jù)引自Kelemen[30]。

4.2 周潭群的沉積年齡

在南華裂谷江紹斷裂以西分布著一系列的新元古代的沉積巖, 它們僅僅遭受過綠片巖相的變質(zhì)[31], 而處在揚(yáng)子和華夏交界的贛中地區(qū)周潭群卻少有地達(dá)到了角閃巖相的變質(zhì)程度[11,32], 它的沉積年齡和變質(zhì)年齡對(duì)于恢復(fù)揚(yáng)子和華夏板塊的演化史顯得尤為重要。前人對(duì)周潭群的定年做過一些嘗試, 20世紀(jì)90年代[33], 賴少聰?shù)萚33]通過對(duì)周潭群的變粒巖樣品進(jìn)行Rb-Sr等時(shí)線年齡測(cè)定, 得到年齡為(676±72) Ma, 并將之劃為震旦系。類似地, 胡恭任等[34]對(duì)相山地區(qū)周潭群變質(zhì)巖進(jìn)行Rb-Sr等時(shí)線定年, 得到石榴黑云母片巖和角閃巖-角閃片巖的年齡分別為(719.7±0.1) Ma 和(726.6±1.1) Ma。后來余達(dá)淦[7]用單顆粒鋯石逐層蒸發(fā)法獲取的207Pb/206Pb年齡和Sm-Nd等時(shí)線獲取的年齡分別為(1190±19) Ma和(1199±26) Ma, 因此認(rèn)為周潭群應(yīng)屬于中元古代的地層。最近, 王孝磊等[8]對(duì)周潭群副變質(zhì)巖中碎屑鋯石進(jìn)行了鋯石年代學(xué)分析, 認(rèn)為周潭群的頂界年齡在830～820 Ma之間, 并將周潭群劃為中新元古代地層, 與揚(yáng)子的四堡群、雙橋山群以及冷家溪群等相當(dāng)。周永智等[35]對(duì)崇仁地區(qū)周潭群中的斜長(zhǎng)角閃巖最新的鋯石激光U-Pb定年結(jié)果為(870±9) Ma, 似乎也驗(yàn)證了周潭群可以與揚(yáng)子的四堡群等相應(yīng)地層對(duì)應(yīng)。但是, 周潭群的上伏地層是洪山群, 兩者平行不整合接觸, 洪山群的底部是冰磧礫巖, 中部夾有磁鐵石英巖[32](圖8)。這套地層與揚(yáng)子?xùn)|南緣南華系長(zhǎng)安冰期沉積可以對(duì)比, 后者同樣也具有冰磧底礫巖加磁鐵石英巖的組合, 它與下伏地層(板溪群、丹州群和歷口群)同樣是平行不整合接觸(圖8)。說明洪山群跟長(zhǎng)安組, 江口組等地層一樣都是長(zhǎng)安冰期沉積的一部分, 而長(zhǎng)安冰期地層的底界年齡被公認(rèn)約為720 Ma[36–37]。如果周潭群的頂界年齡約為820 Ma, 意味著周潭地區(qū)820～720 Ma的地層全部缺失了, 然而這與地質(zhì)事實(shí)不符合, 例如同為華夏地塊的閩西北梅仙地區(qū)馬面山群的年齡在820～ 720 Ma之間[38]。

我們對(duì)弋陽地區(qū)周潭群中斜長(zhǎng)角閃巖和一個(gè)黑云母片巖定年結(jié)果表明, 斜長(zhǎng)角閃巖中發(fā)育核-幔結(jié)構(gòu)的鋯石核部U-Pb表觀年齡在873～716 Ma之間, 存在年齡小于820 Ma的年輕鋯石, 這表明周潭群應(yīng)該包含有相當(dāng)于板溪群的地層。此外, 周潭群斜長(zhǎng)角閃巖的地球化學(xué)特征類似于約760 Ma的皖南基性火山巖(圖4), 也表明周潭群包含有相當(dāng)于板溪群的地層。因此, 周潭群不僅包含類似于冷家溪群或四堡群等老的地層, 也包括像板溪群等年輕的地層。

因此, 周潭群云母片巖和斜長(zhǎng)角閃巖鋯石U-Pb年齡和沉積地層學(xué)特征均表明, 周潭群不僅包含了類似于四堡群和冷家溪群等相應(yīng)地層, 還應(yīng)該包含類似于板溪群或丹洲群等的相應(yīng)地層。

圖7 TiO2/Yb-Nb/Yb[28] (a)和La/Yb-La[29] (b)構(gòu)造環(huán)境判別圖解

圖8 揚(yáng)子?xùn)|南緣新元古代沉積序列對(duì)比(據(jù)Wang et al.[31], 孟楚潔等[9]和汪正江等[39]修編)

5 地質(zhì)意義

最近20年來, 華南新元古代研究已經(jīng)取得豐富的資料, 但是關(guān)于華南新元古代地質(zhì)演化存在地幔柱和島弧或活動(dòng)大陸邊緣兩類不同的觀點(diǎn)。地幔柱觀點(diǎn)[40–41]認(rèn)為, 揚(yáng)子和華夏地塊聚合在約900 Ma已經(jīng)完成, 依據(jù)是: (1) 具有典型島弧特征的雙溪塢火山巖最年輕的年齡約為890 Ma; (2) 樟樹墩仰沖型花崗巖年齡約為880 Ma; (3) 桂北、浙中和贛西北地區(qū)發(fā)育大量850～750 Ma的雙峰式巖漿巖。此后華南在850～750 Ma之間一直處于拉張狀態(tài)[42–43]。而島弧或活動(dòng)大陸邊緣觀點(diǎn)[44–45]認(rèn)為揚(yáng)子和華夏地塊聚合應(yīng)該發(fā)生在830～800 Ma之間, 其中重要的證據(jù)是發(fā)育在冷家溪群及其相當(dāng)層位地層、其上板溪群及其相當(dāng)層位地層之間的不整合(約820 Ma)是造山作用形成的不整合面, 800 Ma之后華南地塊處于碰撞后的伸展環(huán)境。已有的地質(zhì)證據(jù)表明, 華南地塊從約900 Ma之后沒有確切的造山作用證據(jù), 雖然大量的酸性巖具有島弧地球化學(xué)特征, 但是基性巖的地球化學(xué)特征和巖漿巖巖石組合(雙峰式火山巖及基性巖墻群)從約850～760 Ma顯示板內(nèi)伸展構(gòu)造背景, 這些板內(nèi)特征的巖漿巖包括: 約850 Ma神塢基性巖墻[43]、約850 Ma港邊富鉀堿性侵入巖[40]、約850 Ma珍珠山雙峰式火山巖[41]、860～840 Ma璜山與梅林雙峰式火山巖[46]、約830 Ma廬山雙峰式火山巖[25]、約820 Ma益陽高溫科馬提質(zhì)玄武巖[47]、約820 Ma馬面山雙峰式火山巖[48]、約800 Ma上墅雙峰式火山巖和道林山A-型花崗巖[49]、約830 Ma桂北基性-超基性巖墻和貴東梵凈山基性-超基性巖墻[6,50]、約760 Ma皖南鋪嶺組雙峰式火山巖[22]、約760 Ma湘西古丈、黔陽與通道和桂北龍勝基性-超基性巖墻[51], 以及本次報(bào)道的約760 Ma周潭群N-MORB型斜長(zhǎng)角閃巖。上述從約850 Ma開始連續(xù)出現(xiàn)具板內(nèi)特征的巖漿巖, 結(jié)合缺乏碰撞造山作用形成的高級(jí)變質(zhì)巖和揚(yáng)子?xùn)|南緣約850～750 Ma連續(xù)出現(xiàn)的低18O鋯石[52], 表明華南地塊從約900 Ma之后一直處于伸展環(huán)境中。約820 Ma的不整合更可能是地幔柱造成的區(qū)域抬升, 而不是造山作用侵蝕面。因此, 上述證據(jù)更支持地幔柱模型。

6 結(jié) 論

(1) 周潭群斜長(zhǎng)角閃巖具有N-MORB的地球化學(xué)特征, 是虧損地幔部分熔融的產(chǎn)物, 它的母巖漿在到達(dá)地表過程中先后經(jīng)歷了橄欖石、斜長(zhǎng)石、單斜輝石和Fe-Ti氧化物的分離結(jié)晶, 呈現(xiàn)出典型的拉斑系列特征, 它和皖南約760 Ma基性火山巖可能是同一次巖漿事件的產(chǎn)物。

(2) 巖石地層證據(jù)和周潭群斜長(zhǎng)角閃巖與黑云母片巖中的碎屑鋯石年齡結(jié)果表明, 周潭群的頂界年齡小于820 Ma, 應(yīng)包含了類似于四堡群、冷家溪群、板溪群或丹洲群等的相應(yīng)地層。

(3) 華南自850 Ma之后開始連續(xù)出現(xiàn)具板內(nèi)特征的巖漿巖, 應(yīng)持續(xù)處于伸展環(huán)境中。

本研究得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(2016YFC0600204)和國(guó)家自然科學(xué)基金委(41573026、41373033)的資助。兩位審稿專家對(duì)本文的修改提出了很多寶貴的修改意見, 極大地提升了文章的質(zhì)量, 對(duì)此表示衷心的感謝！

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Ages and petrogenesis of the amphibolites from the Zhoutan Group in central Jiangxi Province: Implication for the Neoproterozoic tectonic evolution of South China

CHENG Jin-xiong1,2and LI Wu-xian1*

1. State Key Laboratory of Isotope Geochemistry, Guangzhou Institute of Geochemistry, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou 510640, China; 2.College of Earth and Planetary Sciences, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China

The Zhoutan group exposed in the Zhoutan area is a suite of volcanic-sedimentary rocks metamorphosed and deformed to a high-grade amphibolite. However, the formation age of the Zhoutan group is still debated. In this study, we report the SHRIMP U-Pb age of amphibolites and biotite schists of the Zhoutan group and the geochemistry of amphibolites. There are two types of zircons in zircon grains of amphibolite. The first type is the metamorphized zircons whose weighted mean age is (417±47) Ma and the second type is the detrital zircons whose apparent ages range from 716 Ma to 873 Ma. Ages of zircons in biotite schists are from 658 Ma to 861 Ma. Amphibolites are characterized by flat REE patterns and positiveNd()=1.72–2.69. In addition, they have Nb/Yb (0.73–0.94), Nb/Y (0.10–0.12), and Zr/Y (1.61–2.54) ratios similar to N-MORB. In the diagrams of Nb/Yb. TiO2/Yb and La. La/Nb, amphibolites plot within N-MORB field, suggesting that the parental magmas of these amphibolites were derived from a depleted mantle. Comparison ofNd() and Zr/Y of Yangtze Block shows that amphibolites and ～760 Ma mafic rocks in the South Anhui Province share theNd(), Zr/Y, and Sm/Nd ratios, an indication that their formation was during the same magmatic episode. Combined with the presence of <820 Ma detrital zircons of amphibolites and biotite schist of the Zhoutan group suggests that the top age of the Zhoutan group may be < ～760 Ma. This implies that the Zhoutan group includes not only strata equal to the Sibao and the Lengjiaxi group but also strata equal to the Banxi and the Danzhou group. Synthesizing the geological facts of the Zhoutan group N-MORB-type amphibolites, 850–760 Ma bimodal and mafic-ultramafic rocks, and 850–760 Ma zircons of low18O suggests that the Yangtze Block is in an extension setting after ～900Ma.

amphobilites; geochemistry; Zhoutan Group; N-MORB; South China Block

P597

A

0379-1726(2021)06-0537-13

10.19700/j.0379-1726.2021.06.001

2020-03-16;

2020-04-13;

2020-04-29

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(2016YFC0600204); 國(guó)家自然科學(xué)基金委(41573026, 41373033)

程進(jìn)雄(1992–), 男, 博士研究生, 地球化學(xué)專業(yè)。Email: jin-xiongcheng@foxmail.com

LI Wu-xian, Email: liwx@gig.ac.cn, TEL: +86-20-85290225