马达加斯加前寒武纪变质基底特征综述

车继英 ，赵院冬 ，2，王奎良 ，赵 君

（1.沈阳地质矿产研究所/中国地质调查局沈阳地质调查中心，辽宁沈阳110034；2.中国地质大学，北京100089）

位于印度洋西海岸的马达加斯加岛东部2/3面积由前寒武纪变质基底组成，并以发育大量优质的铬矿、石墨、铝矾土、云母、镍、金、铁以及宝石资源闻名于世.巨大的经济矿产资源开发潜力吸引世界各国在马进行资源勘查，目前已有多家国内地勘单位和矿业公司在马岛注册公司并开展各类矿产的勘查开发工作.及时总结马岛基础地质研究现状成为必需.本文将通过回顾上世纪60年代以来，特别是近10年马岛前寒武纪地质研究情况，介绍马达加斯加主要构造单元特征，以及现存主要地质问题，以期能有助于在马岛进行的勘查开发工作.

1 马达加斯加岛主要基础地质研究过程

根据对现有资料分析，可以将马达加斯加岛地质调查研究工作划分为4个阶段.

第一阶段：20世纪前，该时期地调工作较少，资料匮乏，仅有19世纪早期关于地质构造的论述 和19世纪中后期采集金矿的记录.

第二阶段：法国殖民时期，该阶段是马岛主要矿产调查开发阶段，法国地质工作者对该岛进行了系统的地质矿产调查工作，20世纪20年代A.La Croix初步总结了马岛基本矿物、矿产特征及分布状况，编撰《Mineralogy deMadagascar》一书，成为系统总结马达加斯加矿产的开篇之作，马国砂金矿在该时期大规模开采.此外二战前铀矿开采盛极一时.

第三阶段：20世纪60~80年代，该时期是马国基础地质工作系统形成阶段，马国地质调查部门在亨利·贝塞尔（HenriBesairie）的领导下完成其境内基础地质调查工作，形成基本覆盖马岛全境的1∶10万、1∶20万、1∶100万和1∶200万地质矿产图件和大量的地质报告，完成了对马岛岩石构造单元的划分和对比研究［1-6］.80年代在当时欧共体发展基金资助下马达加斯加地质矿产勘查处完成了对该国土地和矿产资源调查评价，形成了《马达加斯加土地与地下资源开发行动指导规划》一书，这是该时期马岛地质矿产领域的一大成果.

第四阶段：20世纪90年代至今，是马国现代地质快速发展阶段，随着现代板块构造理论的应用和对冈瓦纳大陆的研究深入，众多国际地质学者认识到马岛在研究前寒武纪地质构造方面的意义，进行了IGCP 348和368两个项目，并于1997年在马岛召开“马达加斯加前寒武纪地质和矿产资源国际研讨会”，这次会议吸引了来自20多个国家110名学者参加，大会收录摘要69篇，并在《Gondwana Research》发表专刊论文，这一系列活动促进了马岛基础地学研究的快速发展.10几年来，美、法、南非、澳等国学者对马岛深入研究，形成了一大批有价值的地质年代学、岩石学、区域构造、地球物理、遥感等成果，建立了马岛现代地质构造演化格架.马国地质部门也在国际机构的帮助下，以板块构造理论为指导完成了新一轮的地质调查工作，更新出版了大量1∶10万和1∶50万地质、矿产图件，形成系列马国北部、中部和南部重要地区的地球物理图件.同时矿业市场的开放吸引了不同国家来马投资，建立了一系列镍、金、铁、海砂等类型矿山.

2 马达加斯加岛前寒武纪地质构造单元

2.1 地质构造单元的划分

马岛前寒武纪地质构造单元的划分经历了几个阶段的变化，首先是在上世纪60年代Besairie等以马国南部地质调查工作为标准，按照岩石组成和变质程度强弱，将马国全国前寒武纪变质基底自下而上划分为“Androyen 系”、“Graphite 系”和“Vohibory 系”三大岩石系列，其中又根据岩石类型划分了不同的组、段［4］.之后 Hottin［7］、Windley etal.［2］等学者根据对马岛岩石学、地质年代学和构造作用的认识，提出了不同的划分方案.目前广为接受的划分方案是 Collins［1，8］和 Collins etal.［9-13］提出的，他们在前人的基础上，依据形成时代、岩石组成、构造关系等特征将马岛前寒武纪地质单元划分为8个块体（见表1）.

表1 马岛构造单元划分方案对比Table 1 Correlation of tectonic divisionsofM adagascar

2.2 前寒武纪构造单元的特征

（1）Antongil块体

该块体位于马岛的东缘，分布在环Antongil湾（含圣玛丽岛）和东南部Masora地区，向西同Antananarivo块体间隔着Betsimisaraka单元，北侧受Bemarivo带逆冲推覆不整合覆盖，界线是Sandrakota剪切带.该块体岩石单元分为两部分：东部-北部由形变较弱的二长花岗岩和混合岩（Masoala岩套）及镁铁质片岩（Mananara群）组成；西部-南部为大面积的变质沉积岩（片岩、石英岩、磁铁石英岩、斜长角闪岩和超镁铁质岩组成的Ambodiritana组）和TTG岩系（Boraha岛岩套）［14］，总体变质程度较弱，为绿片岩相—角闪岩相.

该块体岩浆作用分为3个阶段：①3.1~3.3Ga形成Boraha岛TTG岩系，这是马岛最古老岩浆活动记录；②新太古代2.5Ga左右，早期TTG岩系和地层的活化重熔与新生亏损幔源岩浆的混合作用［14-15］产生大规模的花岗质岩浆，形成Masoala岩套；③元古宙后构造热事件减弱，仅在2.1Ga在块体东北部发生镁铁质岩浆侵入，在新元古代受到泛非事件的轻微扰动［14］.3.1~2.5Ga由镁铁质火山岩的Mananara群和原岩为陆源碎屑岩的 Ambodiritana组形成并发生变质作用［37，39］.

（2）Antananarivo块体

简称塔纳块体，是马岛最大的、组成复杂、经过多期构造变质作用的构造单元，由新太古代变质基底和古元古代变质沉积地层两个部分组成.

塔纳块体新太古代变质基底呈三角状，面积占前寒武系的1/2，组成岩石单元包括由花岗岩、混合岩组成的Betsiboka岩套和由副片麻岩变质岩组成的Sofia群和Vondrozo群.其中花岗质岩石主要形成于2.5 Ga，而Sofia和Vondrozo群可能形成更早，但目前年代学证据不足［16-17］.

塔纳块体上的元古宙变质沉积地层，主要包括Mamampotsy群、Ambatolampy群、Andriba群、Itremo群、Ikalamavony群5个部分，它们与底部基底一般呈构造不整合接触关系［18］.其中前3个属于Besairie（1973）的石墨系列（分布见图1），主要由石墨片麻岩、混合岩、云母片岩、紫苏花岗岩和少量条带状含铁建造组成.Itremo群位于Ambositra-Antsirabe一线以西，其研究程度高［17-21］，由下到上主要由石英岩、变质泥岩、钙硅酸盐岩和白云岩化碳酸盐岩组成，又称SQD（或SQC）系列.

对3个石墨系列和Itremo群年代学研究表明它们均含有大量2.5~1.8Ga之间碎屑锆石，且受到820~760Ma岩浆岩侵入，因而认为其形成于1.8~820Ma之间.

位于Itremo群西侧的变质单元称作Ikalamavony群（又称Amborompotsy群），底部发育与Itremo群相似的石英岩，但上部是大量火山岩碎屑物.从下到上由夕线石石英岩、云母片岩、大理岩、斜长角闪岩和混合片麻岩等组成，变质程度高，达角闪岩相—麻粒岩相.石英岩中碎屑锆石年龄为2.1~1.8Ga，而火山碎屑岩形成于1.0Ga左右.关于二者关系存在着Ikalamavony群是Itremo群向西由陆台向海洋一侧深水沉积相变产物和 二 者 为 构 造 叠 加 关 系 的 争 论［18，21］. 另 外 ，在Ikalamavony群与Itremo群之间存在着少量新元古代变质沉积岩Molo群，与其呈构造接触.

塔纳块体岩浆作用分为新太古代和新元古代两个阶段，其中新太古代形成大面积的Betsiboka岩套，而在新元古代至少划分为4期.首先在1Ga左右，主要发生在Ikalamavony群，形成Dabolava岩套和Ikalamavony群火山岩［17］；然后是在820~740Ma受到形成于俯冲带之上的花岗岩、正长岩和辉长岩的大规模侵入［15，22-23］；到630Ma形成钾质似层状花岗岩［10，24-27］；560～530Ma遭受新一轮的偏碱性岩浆侵入［28-30］.

（3）Tsaratanana绿岩带

Tsaratanana绿岩带是分布在马岛中北部的3条南北向展布的太古宙绿岩带（包括Maevatanana、Andriamena和Beforona）（图1）的统称.3条绿岩带主要由富镁铁质片麻岩和片岩组成，岩石类型包括混合岩、斜长角闪岩、角闪石片麻岩、黑云母片麻岩、磁铁石英岩、英云闪长质片麻岩、紫苏花岗岩以及皂石岩和滑石片岩等.3条绿岩带整体上均呈向斜构造，但由于构造位置的不同，后期变质程度不同.西部的Maevatanana带主要为绿片岩相-角闪岩相；中部的Andriamena达高角闪岩相-麻粒岩相；而Beforona带为角闪岩相，新元古代发生不同程度的退变质作用.年代学研究表明Tsaratanana绿岩带岩浆作用阶段与塔纳块体相似，分为新太古代和新元古代两个阶段，其中新太古代岩浆作用发生于 2.7~2.4Ga［12，15，31］,并有 3.26 Ga捕掳锆石年龄.新元古代同马岛其他地区一样发生大规模的中基性岩浆侵入事件［31-33］.

Tsaratanana绿岩带同塔纳块体呈构造接触，其中Tsaratanana绿岩带为巨型的逆冲推覆体，大型的韧性剪切带构成了两大岩石单元的接触界线，可能是在630~500Ma之间发生的逆冲推覆作用［34］.

图1 马达加斯加岛构造单元划分简图（据Collins，2006修改）Fig.1 Tectonic division ofMadagascar（modified from Collins,2006）

（4）南部元古宙块体南部元古宙块体指分布于北西向Ranotsara剪切带南部的元古宙块体地质单元.历史上有Besairie［3］三分、Windly etal.［2］六分和 GAF-BRG［17］的三分的划分方案.本文引用GAF-BRG的三分方案：马岛南部元古宙块体自西向东由Vohibory群、Androyen块体和Anosyen块体组成.

Vohibory群位于最西侧，由夕线-石榴石片麻岩、厚层大理岩、斜长角闪岩、花岗质片麻岩、角闪石岩-辉石岩和少量豆荚状、透镜状蛇纹石岩组成.副片麻岩原岩物质可能来源于850Ma左右的新元古代块体［12-13］,而镁铁质变质岩原岩被认为是850~700 Ma的岛弧玄武岩和安山岩［17］.其中含铬铁矿层的蛇纹石化斜方辉橄岩和二辉橄榄岩可能为蛇绿岩残留体.Collins［1］认为其代表新元古代早期的火山裂谷地层.

Androyen块体主要由两个层状岩群（Mangoky和Imaloto群）组成.Mangoky群层状岩石由碎屑岩-泥质岩副片麻岩（+大量石墨和夕线石）以及中基性副片麻岩.Imaloto群变火山岩由主要是流纹质的石英长石片麻岩组成［17］，二者受到 930~910Ma的 Ankiliabo岩体侵入.

Anosyen块体由层状片麻岩和片岩（Iakora群）及互层的亚碱性流纹质变质火山岩（Horombe群）组成.Iakora群含有大量的古元古代碎屑和继承锆石（2.3~1.6Ga）［2，17，23，35-36］，这可以同塔纳块体内古元古代单元相对比，反映其部分原岩形成于古元古代.另外年代学研究表明Iakora群原岩沉积年龄为900~720Ma，而Horombe 群原岩形成于 736±16Ma［23，35］.

Anosyen和Androyen块体之间为Betroka韧性剪切带，二者可通过不同时代的上地壳岩石（Androyen块体形成老于910Ma，Anosyen块体沉积于900~720Ma以后）、不同的变质作用和变形作用过程（Androyen块体有620Ma和545Ma两期，而Anosyen块体只有545Ma一期）相区别.两个块体均被埃迪卡拉期（545~520Ma）Ambalavao 岩体侵入［17］.

（5）北部Bemarivo带

该带位于马岛的最北部，是由两块新元古代到早寒武纪的地体组成的呈三角形的构造带，其南部不整合叠加于Antongil块体和Antananarivo块体上.Bemarivo带同塞舌尔和印度拉贾斯坦邦Malani火山岩套具有相似性，是新元古代安第斯型岛弧分解后的残片［37］.

组成Bemarivo带的两块构造单元包括南部的Sahantaha群及侵入到其中的北Antsirabe岩套和北部的Daraina超群及侵入其中的Manambata岩套，二者之间界线为向南凸弧形Antsaba剪切带.其中南部的Sahantaha群岩石由石英岩、云母片岩、长英质片麻岩、大理岩等副变质岩和角闪石片麻岩、斜长角闪岩及混合岩组成，变质程度达高角闪岩相—麻粒岩相，其中碎屑锆石年龄为2.2~1.8Ga.北Antsirabe岩套由一系列片理化钙碱性岩浆岩组成，形成时代为746~758Ma，岩石地球化学特征显示岩体形成于俯冲带活动大陆边缘.北部Daraina超群主要由低变质火山-沉积岩组成，自西向东火山成分逐渐增加，根据成分划分为Betsiaka、Milanoa、Daraina 三个群.其中 Betsiaka 群含大量变质碎屑沉积岩，其石英岩内获得2.5~3.38Ga的碎屑锆石；Milanoa群含少量石英岩、大理岩，新元古代火山岩为主要物源区，其最大沉积年龄不超过723±12Ma；Daraina群出露于块体东部，主要由绿片岩相变火山岩和火山碎屑岩组成，其中变流纹岩获得713~739Ma的锆石U-Pb年龄.Manambata岩套形成于705~718Ma，其地球化学特征同北Antsirabe岩套相似，由一系列钙碱性侵入体组成.

Bemarivo块体变质变形作用主要发生于早寒武世（543~512Ma），与Bemarivo块体向南部其他块体逆冲推覆作用和一系列左旋走滑剪切作用（如Antsaba剪切带和Sandrakota剪切带）有关，导致地壳增厚以及造山后减压，并伴随着Maevarano岩套侵入，P-T-t轨迹呈顺时针，543~532Ma为增压增温阶段，521~513Ma为减压降温阶段［37］.

3 马达加斯加岛前寒武纪构造演化研究中存在争议和待解决问题

现代板块构造理论和技术方法的应用使得近10几年来马达加斯加基础地质研究取得了巨大进步，特别是高精度同位素测年技术查明了马达加斯加主要的成岩地质年龄.已有马岛地质年龄的统计和各前寒武纪块体区域地质特征研究表明，马达加斯加岛是一个由多来源、多成分块体组成的复杂块体，其前寒武纪演化主要经历太古宙至古元古代基底形成和盖层沉积，中-新元古代与罗迪尼亚大陆裂解过程洋壳俯冲有关的岩浆侵入和变质变形作用，新元古代末至早古生代与东西冈瓦纳大陆汇聚、拼贴有关的碰撞造山作用、走滑-逆冲推覆作用和造山后岩石圈拆沉作用等3个阶段的构造-热事件作用.对马达加斯加前寒武纪地质的研究为复原古超大陆、分析冈瓦纳大陆聚合过程和东非造山带形成演化提供重要的信息.但在区域构造研究过程中还存在以下基础地质问题.

首先，现有研究表明太古宙Antongil块体的岩石组成、形成时代等方面与印度西达瓦尔绿岩带十分相似，可能为达瓦尔绿岩带的一部分，这一点已被广泛接受.但对另一太古宙块体——塔纳块体，目前关于其起源、岩石组成、与Antongil块体关系还存在着争论.Kröner etal.［16］、Collins［1，8］和 Collins etal.［9-13］提出塔纳块体与Antongil块体分别归属东、西冈瓦纳大陆，二者间存在一条重要的新元古代缝合带——Betsimisaraka带，并认为该带内镁铁质-超镁铁质岩浆岩是东西冈瓦纳间洋壳或蛇绿岩的一部分［39］，塔纳块体与东部非洲具有亲缘性，冈瓦纳大陆形成过程中发生洋壳向西俯冲.但Agrawaletal.［40］、Tucker etal.［17，37］认为塔纳块体和Antongil块体一样，与印度达瓦尔绿岩带具有亲缘性，是大达瓦尔克拉通的一部分，Betsimisaraka带是二者之间的新元古代变质沉积岩，而其中的镁铁质-超镁铁质岩体是形成于俯冲带上的，而且俯冲带是向东俯冲［40］.

其次，对于太古宙Tsaratanana绿岩带的研究工作目前还不够，待解决问题包括其岩石单元组成和原岩特征（关系到是否可称作绿岩带），3条带的综合对比（关系该绿岩带的时空分布和演化序列），与塔纳花岗质混合岩基底的关系（关系到二者是否构成花岗-绿岩建造、绿岩带的起源）等问题.

另外，太古宙变质基底上的古元古代变质沉积地层（石墨系列和Itremo群）同马岛南部的Anosyen-Androyen块体和北部的Sahantaha群一样，原岩碎屑物主要来源于2.2~1.8Ga，而Antongil块体、塔纳花岗质基底以及绿岩带进入古元古代处于相对稳定期，鲜有这阶段的地质记录.因此已有学者认为上述古元古代块体也是外来的，而物源来于东部非洲［13，38］或是大达瓦尔克拉通南缘SMIWH地体［17］.因此塔纳块体的组成还需进一步研究.

此外，前文所述各个构造单元间构造关系、主要构造剪切带的构造特征还需进一步厘定.

4 结论

本文简述了马达加斯加岛前寒武纪变质单元研究历史和变质单元划分方案.通过梳理现有研究成果详细总结了各单元地质特征，并列举了现存主要地质问题和认识分歧.

马达加斯加岛系统的基础地质调查工作主要是在上世纪完成，进入本世纪关于其基础地质组成、构造演化方面的工作逐渐增多.现有工作将马岛前寒武纪变质单元划分为5个部分：太古宙Antongil块体、塔纳块体、Tsaratanana绿岩带和南北两个元古宙变质单元，地质作用主要发生在中新太古代和新元古代，其中新太古代形成变质基底，新元古代受冈瓦纳大陆形成影响发生强烈构造活化.马岛处于冈瓦纳古大陆核心位置上，作为全球重要的前寒武纪块体，对其地质演化研究对于复原古超大陆、了解冈瓦纳大陆形成演化具有重要的意义.

本文仅是对马达加斯加岛基础地质研究工作的总结，希望有助于国内在马进行矿产投资的同仁对于该岛国基础地质特征的了解，增强有关矿区研究程度，降低投资风险.

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