柴北缘—南祁连地区构造热事件
2012-11-08刘永江FranzNeubauer李伟民JohannGenser
刘永江,Franz Neubauer,李伟民,Johann Genser,李 伟
1.吉林大学地球科学学院,长春 130061
2.萨尔茨堡大学地质与地理系,奥地利 萨尔茨堡 A-5020
柴北缘—南祁连地区构造热事件
刘永江1,Franz Neubauer2,李伟民1,Johann Genser2,李 伟2
1.吉林大学地球科学学院,长春 130061
2.萨尔茨堡大学地质与地理系,奥地利 萨尔茨堡 A-5020
对柴北缘路乐河剖面新生代沉积物和山前现代河沙中碎屑的锆石U-Pb同位素热年代学研究表明:研究区物源区发育~260、~450、500~600、800~900Ma 4个主要年龄峰值和~1.8、2.5~2.6Ga 2个较小的年龄峰值。结合研究区已有的同位素年龄数据提出:柴北缘—南祁连地区在二叠纪中—晚期遭受了一次较强烈的低温区域构造热事件的改造;柴北缘高压榴辉岩及其相关的地质体隆升到地表的时间晚于上新世;柴北缘—南祁连地区先后主要经历了800~900Ma的Rodinia超大陆裂解事件,500~600Ma的泛非区域变质事件和~450Ma的俯冲碰撞变质事件;柴北缘—南祁连地区的主要构造热事件发生在元古代,主要集中在500~600Ma和800~900Ma,表明柴北缘—南祁连地区的前寒武纪基底性质与扬子板块相似,与华北板块完全不同。
柴北缘;南祁连;碎屑锆石;U-Pb定年;构造热事件;构造
1 区域地质概况
研究区位于青海省柴达木盆地北缘的路乐河地区,其北部为南祁连山(图1角图)。该区域是研究新生代柴达木盆地和祁连山之间耦合关系的关键地区之一,近年来受到了国内外学者的广泛关注,尤其是柴北缘高压榴辉岩的发现吸引了大量研究者,在祁连山造山带演化研究方面取得了大量的研究成果[1-2],确定了南祁连山经历了一次430Ma左右的大陆碰撞俯冲作用。
通过对祁连地块前寒武纪基底锆石SHRIMP U-Pb年代学研究[3]认为:祁连地块前寒武纪基底岩石的碎屑锆石年代广泛分布在元古代,明显与华北地块在新、中元古代时为一稳定地台有所不同,而与扬子地块前寒武纪基底岩石的年龄频谱相似[4]。陈能松等[5]对柴达木和欧龙布鲁克陆块基底的组成和变质作用进行研究后提出:欧龙布鲁克陆块下部基底德令哈杂岩和达肯大坂岩群于~1.95Ga发生了角闪岩相—麻粒岩相区域变质作用,响应了全球Columbia超大陆汇聚事件,随后又与中元古代万洞沟岩群一道于~1.0Ga发生绿片岩相变质作用,共同响应了全球Rodinia超大陆汇聚事件。而李怀坤等[6]认为:柴达木盆地北缘南带是一个早古生代超高压造山带,其中残留有新元古代早期岩浆弧,北带则是一个具有古元古代基底的古老陆块残块——欧龙布鲁克陆块,欧龙布鲁克陆块上发育的全吉群是一套典型的边缘裂陷槽型沉积序列,代表了Rodinia超大陆在新元古代早期解体阶段的产物。
图1 研究区地质简图Fig.1 Simple geological map of the research area
对柴北缘鱼卡河花岗质片麻岩[7]和塔塔楞环斑花岗岩[8]的锆石U-Pb定年表明,柴北缘地区存在800~900Ma的岩浆岩带,应为新元古代时期Rodinia超大陆裂解过程中所形成的。对柴北缘西段花岗岩[9]和大柴旦地区古生代花岗岩[10]的研究揭示了赛什腾山岩体年龄为465.4Ma,团鱼山岩体2期侵入岩的年龄分别为469.7和443.5Ma,它们均属早古生代奥陶纪。而嗷唠河岩体的石英闪长岩为372.1Ma,属晚古生代泥盆纪,三岔沟岩体也由2期侵入岩组成,其年龄分别为271.2和260.4 Ma,属二叠纪。大柴旦地区则获得了446.3、408.6~401.8、374.5~372Ma几组年龄,反映了古生代期间柴达木陆块与中南祁连板块碰撞、拆沉折返和后造山过程中不同块体之间的伸展、滑塌的演化历史。
总体上,不同学者的研究主要集中在柴北缘山前构造带内的前寒武纪和个别岩体,初步厘定了柴北缘地区Rodinia超大陆的汇聚和裂解事件以及早古生代俯冲碰撞造山演化;但是对晚古生代构造热事件的报道较少,同时对南祁连山内部地质体的构造热事件的研究也相对薄弱。
2 样品采集
前一轮对柴北缘路乐河剖面新生代地层碎屑云母的40Ar/39Ar热年代学研究发现,新生代沉积物从下到上(从始新世到上新世)的样品都只给出了一个非常一致的250~300Ma的年龄峰。所有测试样品都是未遭受任何变质的砂岩和粉砂岩,完全可以排除沉积后发生40Ar/39Ar同位素系统重置的可能性。因此,在路乐河周边应该存在一个在新生代时期长期稳定持续的250~300Ma的物源区。尽管在祁连山有一些类似的年龄报道[9,11-12],但是,现今紧邻路乐河地区的祁连山基岩中已报道的同位素年龄组成远远不能满足这样一个稳定持续的物源区条件。为了进一步对这一问题加以证实,此次对路乐河剖面中段下油砂山组(中新世)(CQA-319A)和上段狮子沟组(上新世)(CQA-324A)进行了再次采样。同时,为了查明南祁连山内物源的年龄组成,在沿着季节河流展布的路乐河剖面上游山前进行了现代河沙样品(CQA-339)的采集(图1)。目的是希望通过碎屑锆石的U-Pb热年代学研究对该问题进行验证。
3 样品测试结果
测试锆石单矿物分选在河北廊坊区域地质调查院完成。将分析样品采用常规方法进行粉碎,并用浮选、电磁选等方法进行分选,再在双目镜下进行人工挑选。分离出的锆石颗粒用环氧树脂固定并抛光直至颗粒露出核部。样品在测定之前用体积分数为3%的HNO3清洗样品表面,以除去样品表面的污染。锆石的透射光、反射光、CL图像采集及U-Pb测年在西北大学大陆动力学国家重点实验室完成。CL图像成像采用英国Gatan公司生产的Mono CL3+阴极发光装置;锆石定年工作采用ICP-MS Agilient公司最新一代带有Shield Torch的Agilient 7500a。其中激光剥蚀系统为德国MicroLas公司生产的GeoLas200M,该系统由德国Lambda Physik公司的ComPex102Excimer激光器(工作物质ArF,波长193nm)与MicroLas公司的光学系统组成;激光剥蚀方式采用一次性剥蚀完成,激光剥蚀以氦气作为剥蚀物质的载气,斑束直径为32μm,频率为10Hz,激光能量为90mJ,每个分析点的气体背景采集时间为20s,信号采集时间为40s。具体的测试流程及铅校正方法参见文献[13-14]。同位素比值和年龄的误差(标准误差)在1σ水平,年龄值处理及部分图件生成采用Isoplot(ver 3.23)程序[15]。
砂岩样品CQA-319A采自路乐河剖面中段下油砂山组(图1)。砂岩颗粒分选一般,磨圆次棱角状—次圆状,暗色矿物含量较高,多为黑云母矿物。测试锆石为无色至浅褐色,多为短柱状,长短轴比介于1.2∶1到2.5∶1。CL图像结果显示大部分锆石发育韵律环带,Th/U值为0.11~1.49,证实了岩浆成因特征[16](图2a,表1)。测得的60个年龄数据中约83%为谐和年龄(90%<谐和度<110%)(图2b),其中小于1.0Ga的锆石206Pb/238U年龄分布在242~963Ma,可分为3组:242~309Ma(n=5)、403~543Ma(n=12)和761~963Ma(n=18)。大于1.0Ga的锆石206Pb/207Pb年龄分布在1 044~2 739Ma。较老年龄的锆石核-边结构清晰(图2a),均具捕获锆石特征,指示早期岩浆热事件。
砂岩样品CQA-324A采自路乐河剖面中上段狮子沟组(图1)。砂岩颗粒分选中等,磨圆为次棱角状—次圆状,钙质胶结,岩屑较多。测试锆石为无色至浅褐色,长短轴比介于1.5∶1至2∶1,发育致密的韵律环带及核-边结构,多为岩浆成因特征,少数具捕获锆石特点(图2c)。Th/U 值为0.02~0.81,其中仅2粒锆石Th/U值较低(0.02 和0.07),年龄值为566、560Ma,推断为变质成因(表1)。约87%的年龄为谐和年龄(图2d),206Pb/238U年龄分布在472~960Ma,分为2组:一组为472~593Ma,另一组为852~960Ma(n=4)。少量锆石206Pb/207Pb年龄为(1 080±18)Ma (n=2,MSWD=2.9)和(1 320±16)Ma(n=1)。较老年龄锆石“核-边”结构清晰(图2c),具捕获锆石特征。
表1 路乐河剖面砂岩及现代河砂锆石U-Pb测年数据Table 1 Zircon U-Pb ages from the sandstones in Lulehe section and modern river sands
表1 (续)
表1 (续)
表1 (续)
表1 (续)
图2 新生代路乐河剖面砂岩(a—d)及现代河沙样品(e—f)锆石CL图像(左)及对应的锆石U-Pb谐和图(右)Fig.2 CL images(left)and age probability diagrams(right)of zircon from sandstones(a-d)of Lulehe section and modern river sands(e-f)
CQA-339为现代河沙样品,采自路乐河剖面下道口对面公路393km处桥下(图1);河流为季节性河流,汇水面积包括从鱼卡到大柴旦以北的嗷唠山和达肯达坂山(图1)。测试锆石为无色至浅褐色,短柱状,长短轴比介于1.2∶1到2.5∶1。CL图像结果显示大部分锆石发育韵律环带,反映了岩浆成因特征(图2e)。部分锆石颗粒核-边结构明显,且核部锆石仍显示岩浆成因的韵律环带特点,指示了捕获锆石特征,并且捕获的锆石同样应为岩浆成因。测得的60个年龄数据中80%为谐和年龄,Th/U值为0.13~1.76(表1),其中小于1.0Ga的锆石206Pb/238U年龄分布在260~833Ma,可分为4组:260~280(n=3)、381~522(n=20)、600~631(n=3)、753~833Ma(n= 14)。大于1.0Ga的锆石206Pb/207Pb年龄分布在1 019~1 338(n=3)、1 707~2 400(n=5)、(3 147±11)Ma(n=1)。其中较老年龄锆石具明显的核-边结构(图2e),指示了捕获锆石年龄,代表了早期的岩浆热事件。
4 讨论
Rieser等[17]对新生代路乐河剖面由老到新不同层位砂岩的碎屑云母40Ar/39Ar热年代学研究表明,所有样品都给出了近乎相同的250Ma左右的年龄范围,这说明其物源区有一个在整个新生代持续存在的、记录了二叠纪末热事件的物源。
位于柴北构造区的滩间山和野骆驼泉金矿的成矿40Ar/39Ar年龄为284、246Ma[11],这一成矿热事件与Rieser等[17]的研究结果一致。但是,此次的锆石U-Pb测年结果却显示这一热事件的峰值并不明显(图2a,f),这可能主要与物源区只有少量中二叠世(270~260Ma)花岗质岩浆活动有关[9,12]。因此,可以推断物源区南祁连山曾经遭受了一次比较强的二叠纪中—晚期的热事件改造,很可能是区域变质事件。但是其温度高于白云母40Ar/39Ar的系统封闭温度(~350℃)[18-19],低于锆石 U-Pb系统的封闭温度(~800℃)[20],所以,云母的40Ar/39Ar系统完全重置,保留了锆石U-Pb年龄。这可能预示着南祁连山曾经在中—晚二叠世遭受过一次低温区域构造热事件改造。至于这一热事件的构造意义还有待于进一步的研究。张德全等[11]对柴北缘和东昆仑金矿成矿时代的研究认为,该区存在大规模晚华力西—印支期成矿热事件,很可能代表一次造山事件。
柴北缘榴辉岩的多硅白云母40Ar/39Ar坪年龄为466.7Ma,另外,在柴北缘地区有大量440~500 Ma的高压榴辉岩报道[21-26];但是路乐河剖面新生代所有样品中的碎屑云母并没有出现该年龄信息,说明与榴辉岩相关的地质体隆升到地表的时间很晚,至少晚于上新世(狮子沟组)。同时,也可以推断南祁连山的隆升时间也很晚,这与区域上对青藏高原北部山脉隆升时限的研究所取得的结论一致[27-28]。
本次研究的3个样品综合起来可以看出:柴北缘—南祁连地区存在~260、~450、500~600、800~900Ma 4个主要年龄峰值和~1.8、2.5~2.6Ga 2个次一级年龄峰值(图3),另外,还有一粒锆石为3.1Ga,反映出物源区存在的几次重要的构造热事件。其中:主要的年龄峰值500~600、800~900Ma应该分别记录了柴北缘—南祁连地区的泛非变质事件和Rodinia超大陆裂解事件;~450Ma的峰值年龄代表了柴北缘与南祁连之间的俯冲碰撞事件;而~260Ma的峰值年龄应该记录了中—晚二叠世柴北缘—南祁连地区的低温变质作用;较老的(>1.0 Ga)年龄主要是捕获锆石(图2a,c,e),反映物源区有来自古老地壳的物质,同时说明其发生过~1.8、2.5~2.6Ga的变质事件。
图3 路乐河剖面砂岩和现代河沙样品锆石年龄谱Fig.3 Probability diagrams of zircon ages from sandstones in Lulehe section and modern river sands
董国安等[3]认为祁连地块前寒武纪基底岩石的碎屑锆石年龄峰值主要集中在元古代,反映其元古代期间发生过聚合、裂解和区域变质作用改造,这与华北地块在新、中元古代时已经成为稳定地台完全不同,而与扬子地块前寒武纪基底岩石的年龄频谱相似[4]。陆松年等[29]通过对塔里木、祁连、扬子板块构造热事件的研究提出,秦—祁—昆造山带中的祁连、柴达木及北秦岭等地块,其前寒武纪演化特点与塔里木及扬子克拉通有较大的相似性,而与华北克拉通则有明显区别。
此次在柴北缘开展的新生代和现代沉积物中碎屑锆石的U-Pb年代学研究表明,柴北缘在元古代曾经历了多期构造热事件的改造,主要集中在500~600Ma和800~900Ma,同样证实了柴北缘—南祁连地区的前寒武纪基底性质与扬子板块相似,与华北板块完全不同。
5 结论
1)柴北缘—南祁连地区在二叠纪中—晚期曾遭受一次较强烈的低温区域构造热事件的改造,其构造性质还有待于进一步研究。
2)柴北缘大量的高压榴辉岩及其相关的地质体隆升到地表的时间很晚,至少晚于上新世(狮子沟组),同时也说明现今的南祁连山整体是在新生代末期才隆起的。
3)柴北缘—南祁连造山带先后主要经历了800~900、500~600、~450、~260Ma的4期构造热事件。其中:800~900Ma年龄代表了南祁连山Rodinia超大陆裂解的记录;500~600Ma应该代表了一次区域变质事件;~450Ma的热事件代表柴北缘高压榴辉岩俯冲碰撞变质年龄;~260Ma代表了中—晚二叠世的区域低温变质作用。
4)柴北缘新生代沉积物和现代河沙中的碎屑锆石U-Pb年龄显示,柴北缘—南祁连地区的主要构造热事件发生在元古代,主要集中在500~600Ma和800~900Ma,表明柴北缘—南祁连地区的前寒武纪基底性质与扬子板块相似,与华北板块完全不同。
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1.CollegeofEarthSciences,JilinUniversity,Changchun130061
2.DepartmentofGeologyandGeography,UniversityofSalzburg,SalzburgA-5020,Austria
U-Pb isotopic dating of the detrital zircons from both the Cenozoic sediments in Lulehe section and the modern river sands in northern Qaidam margin show four main peak ages of~260,~450,500-600,800-900Ma and two small peak ages of~1.8Ga and 2.5-2.6Ga.Together with the previous reported isotopic dating data in the area,we concluded that the northern Qaidam marginsouthern Qilian area had been suffered a relatively strong low temperature regional metamorphism during the Middle-Late Permian.The eclogite and its related rocks were uplifted and denudated to the earth surface after Pliocene.There occurred the Rodinia super continent breaking up in 800-900Ma,fan-African regional metamorphism in 500-600Ma and the~450Ma metamorphism related to the subduction and collision in the northern Qaidam margin-southern Qilian area.The major tectono-thermal events occurred in the Paleozoic in the area,mainly in the 500-600Ma and 800-900Ma.It is suggested that the Pre-Cambrian basement of the northern Qaidam margin-southern Qilian area is similar to that of Yangtze plate but different from that of North China plate.
northern Qaidam margin;southern Qilian;detrital zircon;U-Pb dating;tectono-thermal event;tectonics
P548.2
A
1671-5888(2012)05-1317-13
2012-06-30
国家自然科学基金项目(40972148);中国石油青海油田分公司科技项目(QHKT/JL-03-013)
刘永江(1964—),男,教授,博士生导师,主要从事大地构造学、构造年代学教学与研究,Tel:0431-88502621,E-mail:yongjiang@jlu.edu.cn。