江南造山帶西段新元古代下江群清水江組的凝灰?guī)r鋯石U-Pb定年及其構造背景

吳開彬，覃永軍，蔣開源，盧定彪，吳 滔

(1.自然資源部基巖區(qū)礦產資源勘查工程技術創(chuàng)新中心，貴州 貴陽 550081； 2.貴州省地質調查院，貴州 貴陽 550081；3.貴州省地質礦產勘查開發(fā)局，貴州 貴陽 550004)

1 地質概況

黔東南及其鄰區(qū)位于屬于江南造山帶的西南段(圖1)。區(qū)內出露最老地層為新元古代四堡群及同期的梵凈山群和冷家溪群，巖性為變質砂巖、板巖、千枚巖和片巖，地層中還發(fā)育同時期基性-超基性巖、枕狀玄武巖及中酸性侵入巖(戴傳固等，2017)，巖石發(fā)生緊閉褶皺變形，該套沉積建造及巖漿巖為武陵造山事件前形成，具有弧后盆地構造環(huán)境特征。四堡群(或梵凈山群、冷家溪群)之上為新元古代下江群(板溪群、丹州群或高澗群)，二者呈角度不整合接觸(圖2)。下江群在黔東南地區(qū)從下至上劃分為甲路組、烏葉組、番召組、清水江組、平略組和隆里組(圖2)。其巖性主要為一套弱變質陸源碎屑巖、火山碎屑巖及少量鈣質巖、含碳質巖，底部發(fā)育一套底礫巖。下江群及相當層位地層之上覆蓋了一套未變質的冰磧礫巖，二者在黔東南地區(qū)呈平行不整合或整合接觸(圖2)。下江群沉積建造中亦產出同時期基性-超基性巖、枕狀玄武巖和中酸性侵入巖，巖石發(fā)生寬緩褶皺變形。

圖1 江南造山帶西段(湘黔桂毗鄰區(qū))前寒武地層分布略圖(覃永軍和杜遠生，2020)Fig.1 Stratigraphic distribution outline of Pre-Cambrian period in the west orogenic belt (Hunan-Guizhou-Guangxi adjacent area)(after Qin Yongiun and Du Yuansheng，2020)1—為酸性侵入巖類；2—為輝長巖類；3—為閃長巖類；4—為輝綠巖類；5—為四堡群/梵凈山區(qū)；6—為丹洲群/下江群/板溪群；7—為南華系；8—為寒武系及之后地層

圖2 江南造山帶西段(湘黔桂毗鄰區(qū))新元古代地層劃分對比(據(jù)覃永軍 等，2015)Fig.2 Stratigraphic division and correlation of the Neoproterozoicin in the west orogenic belt(Hunon-Guizhou-Guangxi adjacent area) (after Qin Yongjun et al.，2015)

黔東南及其鄰區(qū)清水江組巖性以含大量凝灰質巖石為特點。為灰、深灰色變質凝灰?guī)r、變質沉凝灰?guī)r、凝灰質板巖、變質凝灰質砂巖、變質砂巖、變質粉砂巖、砂質板巖及絹云板巖，各巖性層多樣式韻律組合。變質沉凝灰?guī)r多于變質粉砂巖，凝灰質板巖多于粉砂質絹云母板巖和絹云母板巖。清水江組中常常發(fā)育滑塌滑移變形層理(圖3a)。清水江組大略以錦屏-三都一線為界，其北西地區(qū)巖性組合主要是變質砂巖、變質粉砂巖、變質凝灰?guī)r及變質沉凝灰?guī)r，板巖所占比例較小。其南東地區(qū)以凝灰質板巖為主，夾變質凝灰?guī)r、變質沉凝灰?guī)r、變質砂巖和變質粉砂巖。巖石組合變化的總趨勢為自北西向南東，變質粉砂巖減少，板巖增多(覃永軍和杜遠生，2020)。

2 樣品特征及分析方法

2.1 樣品特征

依托區(qū)域地質調查項目，本次研究的樣品采自黔東南榕江縣朗洞鎮(zhèn)，在清水江組中部采集變質沉凝灰?guī)r樣品D4045R2(采樣坐標：N26°19′58″，E108°33′11″)。本次采集的變質凝灰?guī)r樣品，呈淡綠灰色中厚層狀，未見紋層發(fā)育，質地致密堅硬，塊狀構造(圖3b)，具有殘余凝灰結構(圖3c)，基本上由火山碎屑物質組成，火山碎屑物質均勻分布(圖3d)，約占樣品總量99%?；鹕剿樾嘉镔|以火山灰為主，含少量玻屑和晶屑，火山灰已蒙脫石化。玻屑形狀呈雞骨狀或撕裂狀，發(fā)生脫玻硅化。晶屑具淬火裂紋和港灣狀溶蝕，成分主要為長石和石英。

圖3 黔東南清水江組凝灰?guī)r野外地質特征及其顯微結構Fig.3 The field geological characteristics and microstructure of the tuff from Qingshuijiang formation in southeast Guizhoua—清水江組凝灰?guī)r滑塌滑移變形層理；b—清水江組凝灰?guī)r野外地質特征；c—清水江組殘余凝灰結構(正交偏光)；d—清水江組鏡下特征(正交偏光)

2.2 分析方法

將采集的新鮮巖石樣品粉碎，在雙目鏡下挑選透明、無裂隙且有代表性的鋯石，將其置于環(huán)氧樹脂中制成樣品靶，然后進行鋯石陰極發(fā)光(CL)拍照、LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年和原位微量元素含量分析。LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年和原位微量元素分析在中國地質大學(武漢)地質過程與礦產資源國家重點實驗室完成，激光剝蝕系統(tǒng)為GeoLas 2005，ICP-MS為Agilent 7 500 a。激光波長193 nm，頻率5HZ，能量強度10 J·cm-2，剝蝕點直徑32 μm。U-Pb同位素定年采用鋯石標準91500作為外標對分析數(shù)據(jù)進行同位素分餾校正，鋯石U-Pb年齡諧和圖繪制和年齡權重平均計算均采用Isoplot/Ex_ver 3完成，詳細的儀器操作條件和數(shù)據(jù)處理方參見Liu et al.(2008)。若206Pb/238U年齡≧1.0 Ga，以207Pb/206Pb比值來計算鋯石年齡；若206Pb/238U年齡﹤1.0 Ga，以206Pb/238U比值來計算鋯石年齡。

3 分析結果

3.1 鋯石形態(tài)和陰極發(fā)光

鋯石陰極發(fā)光圖像除D4045R2-02-05、07、19等4顆鋯石未見明顯內部結構外，其余鋯石陰極發(fā)光均見明顯振蕩環(huán)帶，揭示3種內部結構(圖4)：①整體上具發(fā)育良好的巖漿振蕩環(huán)帶；②巖漿振蕩環(huán)帶或者幔邊包裹具有均一或振蕩環(huán)帶；③具有扇形巖漿振蕩環(huán)帶。結合鋯石的Th/U比值大于0.4(表1)，顯著高于0.1，研究的鋯石顆粒應為巖漿成因(吳元保和鄭永飛，2004)。

圖4 黔東南清水江組凝灰?guī)r樣品(D4045R2)的鋯石陰極發(fā)光圖像Fig.4 Zircon cathodoluminescence images of tuff samples(D4045R2) from Qingshuijiang formation，southeast Guizhou

3.2 鋯石U-Pb年齡

表1 黔東南清水江組凝灰?guī)r樣品D4045R2鋯石U-Pb同位素分析測試結果Table1 The Zircon U-Pb isotope analytical results of the tuff sample D4045R2 from Qingshuijiang formation in southeast Guizhou

圖5 黔東南地區(qū)清水江組沉凝灰?guī)rD4045R2樣品鋯石年齡譜圖、諧和圖及加權平均年齡圖Fig.5 Zircon age spectrum，harmonics and weighted average age maps of D4045R2 sample of tuff in Qingshuijiang formation，southeast Guizhou

3.3 鋯石微量元素

表2 黔東南清水江組凝灰?guī)r樣品D4045R2鋯石微量元素分析測試結果Table 2 The zircon trace element analysis and test results of tuff samples D4045R2 from Qingshuijiang formation in southeast Guizhou

鋯石顆粒C1球粒隕石標準化REE配分模式見圖6。配分模式圖可以區(qū)分出2種，模式1為輕稀土平坦和重稀土陡傾，La、Pr和Nd相對富集，具有較小的Ce正異常和顯著的負Eu異常(圖6)；模式2為La至Lu逐漸陡傾的配分模式，具有較大的正Ce異常和中等-大的負Eu異常(圖6)。輕稀土的富集可能存在4種原因(吳元保和鄭永飛，2004)：(1)鋯石結晶時LREE優(yōu)先進入鋯石的晶格缺陷中；(2)鋯石結晶時的熔體成分與全巖成分不一致；(3)分析點中包含了富LREE的磷酸鹽礦物，這些礦物一般富Th；(4)后期地質事件擾動時LREE優(yōu)先進入被擾動的鋯石中。模式1中的鋯石(01、20)具有較高Th含量(多數(shù)Th>115 ppm)，其陰極發(fā)光圖具有振蕩環(huán)帶，應為巖漿鋯石；鋯石顆粒(02，07)中Th含量為65.8 ppm，陰極發(fā)光圖像未見振蕩環(huán)帶，不能排除受后期地質事情擾動的可能性。

圖6 研究區(qū)下江群清水江組中凝灰?guī)r鋯石的微量元素配分模式(球粒隕石的數(shù)據(jù)來源Sun S S and McDonough W F，1989)Fig.6 Rare element pattern of tuff zircon in Qingshuijiang group， Xiajiang formation in the study area

4 討論

4.1 清水江組火山巖的形成時代

黔東南地區(qū)新元古代下江群為一套巨厚的復理石建造，缺乏古生物化石，巖性標志層也不明顯，造成其時代歸屬和區(qū)域地層劃分對比仍然存在爭議。近年來，隨著高精度同位素定年技術的不斷發(fā)展，一些學者運用高精度同位素定年技術獲取下江群地層中的凝灰?guī)r、沉凝灰?guī)r和凝灰質巖石的同位素年齡，隨著大量數(shù)據(jù)的積累，將下江群的時代歸屬于新元古代趨于統(tǒng)一，區(qū)域地層劃分與對比也不斷完善與精確。本文獲取了榕江朗洞地區(qū)的清水江組中凝灰?guī)r的鋯石U-Pb年齡(768.2±4.8Ma)，補充了區(qū)域年代學數(shù)據(jù)，與前人獲得了清水江組及其上下地層中凝灰?guī)r鋯石U-Pb年代學數(shù)據(jù)(表3)具良好對比性，為開展下江群清水江組的區(qū)域地層劃分對比提供了新資料。

清水江組中火山質的同位素年齡數(shù)據(jù)與相鄰的廣西龍勝三門街地區(qū)的輝長輝綠巖TIMS年齡為761±8 Ma(葛文春 等，2001)、流紋英安巖SHRIMP年齡為765±14 Ma(Zhou et al.，2007)和湖南通道地區(qū)的超鎂鐵巖SHRIMP年齡為772±11 Ma(Wang et al.，2007)的巖漿巖同位素數(shù)據(jù)高度吻合，可能是同期火山-巖漿作用產物。更大范圍來看，區(qū)域上的皖浙贛井潭組和上墅組、川西開建橋組、滇中澄江組等地層中的火山物質年齡相近(表3)，顯示黔東南地區(qū)(揚子東南緣)、揚子北緣和西緣均廣泛發(fā)生同期巖漿活動，應該是雪峰運動的產物。

表3 黔東南地區(qū)新元古代下江群清水江組及相當層位火成巖鋯石U-Pb年齡統(tǒng)計表Table 3 The U-Pb age statistics of igneous zircon from Qingshuijiang formation and its corresponding strata in Xijiang group during the Neoproterozoic time in southeast Guizhou

續(xù)表

4.2 清水江組的物源區(qū)構造背景

不同成因的鋯石具有特定的地球化學特征和內部結構。巖漿結晶的鋯石的Th/U比值一般較高(大于0.1)，具有震蕩環(huán)帶或扇形分帶的內部結構，以及與球粒隕石一致的稀土配分模式(吳元保和鄭永飛，2004)。本文分析的鋯石的稀土配分模式總體呈現(xiàn)一致性逐漸陡傾的模式，雖然個別鋯石表現(xiàn)為輕稀土平坦，但Th/U比值大于0.4，絕大多數(shù)鋯石具有震蕩環(huán)帶或扇形分帶的內部結構，顯示這些鋯石屬于巖漿成因的可能性較大。

圖7 研究區(qū)新元古代下江群清水江組碎屑鋯石Hf-Th/Y、Hf-U/Yb、Y-U/Yb和Y-Th/Yb等圖解 (底圖據(jù)Grimes et al，2007)Fig.7 Clastic zircon Hf-Th/Y，Hf-U/Yb，Y-U/Yb and Y-Th/Yb diagram of Qingshuijiang group， Xiajiang formation，Neoproterozoic in the study area(after Grimes et al，2007)

圖8 研究區(qū)新元古代下江群清水江組凝灰?guī)r鋯石的Th/U-Nb/Hf和Th/Nb-Hf/Th圖解 (底圖據(jù)Yang et al，2012)Fig.8 Th/U-Nb/Hf and Th/Nb-Hf/Th diagram of tuff zircon in Qingshuijiang group，Xiajiang formation， Neoproterozoic in the study area(after Yang et al，2012)

4.3 對華南板塊在新元古代時期的啟示

5 結論

致謝：感謝貴州大學劉雨博士后在數(shù)據(jù)處理過程中的幫助。