越南西北部Phan Si Pan地区Ngoi Chi岩组的锆石U-Pb年龄和Hf同位素组成

HIEU Pham Trung (范忠孝)

Faculty of Geology,University of Science Vietnam National University-Ho Chi Minh City,227-Nguyen Van Cu Street,Ho Chi Minh 760000,Vietnam

越南西北部Phan Si Pan地区Ngoi Chi岩组的锆石U-Pb年龄和Hf同位素组成

HIEU Pham Trung (范忠孝)

Faculty of Geology,University of Science Vietnam National University-Ho Chi Minh City,227-Nguyen Van Cu Street,Ho Chi Minh 760000,Vietnam

本文对越南西北部Phan Si Pan地区变质地体中的一个Ngoi Chi片麻岩进行了锆石CL内部结构分析、LA-(MC)-ICP-MS锆石U-Pb定年和Hf同位素分析。CL图象和Th/U比值特征显示该片麻岩样品中的锆石主要为岩浆锆石,有少量窄的变质边。岩浆锆石的年龄为～2.9 Ga,表明该样品是越南西北部Phan Si Pan地区的基底岩石。它们的εHf(t)值为–4.70±0.92,二阶段Hf模式年龄为～3.5 Ga,表明其为更古老的(>3.5 Ga)冥太古代地壳物质部分熔融作用形成。变质边部锆石给出了～1.8 Ga的年龄,表明变质作用发生在古元古代早期,Phan Si Pan地区在这一时期可能经历了一次重要的构造热事件。

Vietnam; Phan Si Pan; U-Pb锆石; Hf同位素; 古老岩石

研究大陆地壳,尤其是早期地壳的形成和演化历史,是理解大陆动力学、发展板块构造理论的重要方向之一(Albarede,1998; Condie,2000)。越南西北部Phan Si Pan地区不仅出露有越南最古老的基底,而且有多期岩浆活动,是研究大陆地壳的生长和演化的理想地区。Phan Si Pan地区在大地构造上位于印支地块和华南地块的结合处,了解该地区早期的形成与构造演化对充分认识越南大陆地壳的组成构造格局的演变乃至全球构造事件均具重要意义。经过长期的研究积累,对Phan Si Pan地区早期地质的研究已取得了大量有意义的成果,其中之一是厘定了Phan Si Pan地区最早期陆核的形成时代(2.9～2.8 Ga) (Lan et al.,2001; Nam et al.,2003; Hieu et al.,2012)。然而,尽管Phan Si Pan地区作为越南北部克拉通太古宙陆核已得到同位素年代学的充分证实,但其周边克拉通内部广大地区,早期主要基底岩石的形成时代却为约1.8～1.7 Ga的古元古代—中元古代(Tri and Khuc,2009)。因此,了解克拉通陆核与其周围基底岩系之间的相互关系,是较全面地认识越南北部陆块的形成与演化的关键之一。

本工作对Phan Si Pan地区具代表性的太古宙变质岩类进行了系统锆石CL分析、LA-(MC)-ICPMS U-Pb定年及Hf同位素年代学分析,并对其地质意义进行了分析,以期提高对越南北部克拉通早前寒武纪陆壳增生历史与构造演化的认识。

1 地质背景和样品

Phan Si Pan地区介于红河(Red River fault)、沱江两断裂之间(图1),北西至中越边界、东南至和平(Hoa Binh),为一呈北西走向的复背斜,轴部出露元古界Xuan Dai杂岩和Sa Pa岩组的变质岩和混合岩。东缘有巨厚的中—下泥盆系不整合于元古界之上、形成紧密线状褶皱; 南侧结晶基底快速沉降而出现完整古生代海相地层,属于大陆边缘沉积; 北部则出露侏罗纪、白垩纪的喷出岩(Tu Le盆地)和花岗岩。

图1 研究区取样位置图(据Hieu et al.,2012修改)Fig. 1 Tectonic sketch map of the study area,showing the sample localities(modified after Hieu et al.,2012)

Phan Si Pan地区岩基主要沿着北西—南东方向展布,太古宙杂岩零星出露。从晚古生代到新生代花岗岩岩浆活动强烈,其规模之大、分布之广均居越南之首。原来大部分的学者认为Phan Si Pan地区岩浆形成时代比较分散,主要为新元古代和新生代岩浆活动,其中最发育的是新生代花岗岩(Tri and Khuc,2009)。但最近高精度锆石U-Pb年龄分析表明除了新生代的岩浆岩活动外,还有太古宙、古元古代、新元古代和晚古生代—早中生代强烈的花岗岩岩浆活动(Hieu,2010)。

在越南西北部Phan Si Pan地区已确定的古老岩石是出露于Ca Vinh岩组的新太古代片麻岩和混合岩,它们的Nd同位素模式年龄和U-Pb锆石年龄分别为～3.3 Ga,～2.8 Ga(Lan et al.,2001; Nam et al.,2003)。这些数据说明越南西北部Phan Si Pan地区可能(或曾经)存在新太古代基底。特别是最近在Sin Quyen杂岩、片麻岩和混合岩以及长英质片麻岩中又陆续发现了～2.8～2.9 Ga,～3.0 Ga的锆石U-Pb年龄和～3.5 Ga的Hf模式年龄(Hieu et al.,2012和本文),从而推断越南西北部Phan Si Pan地区可能也具有非常古老的演化历史。

前人已报到Sin Quyen混合岩、片麻岩、副片麻岩中广泛记录的～1.8 Ga古元古代年龄(Hieu,2010),Tri和Khuc(2009)、Nam(1998)、Nam等(2002,2003)在Day Nui Con Voi的南边用K-Ar和Ar-Ar法对片麻岩和其它变沉积岩中的云母和角闪石进行了定年,其冷却年龄集中在1.7～2.0 Ga,这与本文的数据非常相似的。这些年龄的一致性说明古元古代中期在越南西北部Phan Si Pan地区存在一个构造热事件。从片麻岩普遍含有单一的晚太古代—古元古代锆石这一现象可以推断,越南西北部附近和地壳深部可能存在过早前寒武纪的基底或地体。

图2 Phan Si Pan地区Ngoi Chi岩组片麻岩的地质产状Fig. 2 Gneiss of Ngoi Chi formation in Phan Si Pan area

本文的研究对象为出露于越南西北部Ngoi Chi岩组,位于红河断裂带南缘和北缘、Phan Si Pan地区东北缘和Day Nui Con Voi的东侧(图1)。Ngoi Chi片麻岩主要分布于两个东南—西北方向沿展的狭长区带内,出露面积约1.5 km2,另外在Phan Si Pan地区内有零星出露。由于周围覆盖较严重,该岩组与围岩的接触关系不很明确。岩性为条带状长石片麻岩(图2),主要的矿物组合为斜长石(35％～42％)、正长石(12％～15％),石英(15％～30％)、石榴石(3％～5％)、夕线石(2％～5％)、黑云母(12％～15％),另外还含有锆石和磷灰石等副矿物。

2 分析方法

在双目显微镜下选择透明的锆石颗粒,将待测的锆石颗粒制成环氧树脂样品靶,磨至锆石颗粒中心部位后抛光,样品抛光后进行CL显微结构观察,在此基础上选择合适的锆石颗粒和/或区域进行U-Pb年龄测定。锆石的CL显微结构照像和锆石阴极发光成像(CL)分析在中国科学院地质与地球物理研究所CAMECA SX100型电子探针上进行,工作条件是15 kV加速电压和15～20 nA电流。锆石的U-Pb年龄在中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室测定。ICPMS为Agilent7500型,激光为193 nm的ArF准分子激光。分析点的直径为32 μm。锆石91500作为外部标准来校正分析过程中的同位素分馏,NIST610作为外部标准来获得分析点的Th和U的含量。普通Pb的校正采用Andersen(2002)的方法进行。单个数据点的误差均为1σ,样品年龄加权平均值的误差为2σ。数据处理采用Ludwig(2001)的ISOPLOT程序。锆石的Lu-Hf同位素分析在西北大学大陆动力学国家重点实验室Neptune型MC-ICP-MS上进行,激光为193-nm ArF准分子激光。具体的分析步骤和流程见Yuan等(2008)。锆石91500为标准进行同位素分馏的校正,其176Hf/177Hf的推荐值为0.282293±28 (Woodhead et al.,2004)。176Lu的衰变系数为1.865×10−11a−1(Scherer et al.,2001)。计算εHf(t)值时,球粒陨石的176Hf/177Hf比值为0.282772,176Lu/177Hf的比值为0.0332(Blichert-Toft and Albarede.,1997)。单阶段Hf模式年龄(TDM1)计算时,亏损地幔的值采用Vervoort和Blichert-Toft(1999)的结果; 二阶段Hf模式年龄(TDM2)计算时,平均地壳的176Lu/177Hf比值为0.015(Griffin et al.,2002)。

图3 Phan Si Pan地区片麻岩样品V0916中典型锆石阴极发光照片Fig. 3 Typical CL images for zircons in sample V0916

图4 Phan Si Pan地区片麻岩样品V0916锆石U-Pb年龄谐和曲线图Fig. 4 Concordia diagrams of zircon U-Pb dating for gneiss sample V0916 in Phan Si Pan area

3 结果

样品V0916中的锆石为短柱状和长柱状、浅黄色透明。CL图片显示,大部分锆石具有明显的振荡环带(图3),为典型的岩浆锆石。大部分锆石具有窄的无环带的弱阴极发光的边,应为变质成因锆石增生边(Ling et al.,2001; Wu and Zheng,2004)。少数锆石颗粒的变质边较宽,宽度可达55～80 μm(图3)。利用LA-ICP-MS对这些锆石进行了33个点的U-Pb年龄测定,其中27个点位于岩浆锆石区域,而其余7个点则位于锆石变质边。27个位于岩浆锆石区域的分析点的Th和U含量分别为24×10–6～221×10–6和29×10–6～595×10–6,Th/U比值为0.1～1.15,指示原岩为中酸性侵入岩(吴珍汉等,2007)。这27个分析点的207Pb/206Pb年龄的变化范围为2607～2954 Ma。除分析点V0916-09、V0916-10、V0916-27的207Pb/206Pb年龄偏低外,其余24个分析点加权平均结果为(2813±21) Ma(MSWD=2.6)(图4),偏大的MSWD表明这些锆石形成后可能经历了不同程度放射成因Pb的丢失。这一年龄值应该代表了该岩石的形成年龄。7个位于变质边部的锆石则给出了相对较高的U含量(438×10–6～1382×10–6)和较低的Th/U比值(0.01～0.08),与它们的变质特征相符。在谐和图中,这7个分析点明显位于不一致线之下,指示它们经历了不同程度Pb的丢失。它们具有较一致的207Pb/206Pb年龄(1758～1886 Ma),加权平均结果为(1862±25) Ma (MSWD= 0.84) (图4),与上交点年龄较为一致。这一年龄应该代表了变质边的形成年龄。我们对V0916中的29粒锆石颗粒进行了29个点的LA-MC-ICPMS Lu-Hf同位素组成分析,23个点位于具有典型岩浆环带的区域,而其余6个点则位于边部的变质锆石区域。23个岩浆锆石区域分析点的176Hf/177Hf比值为0.280827～0.281006,在t=2813 Ma时,对应的εHf(t)值为–8.2 ～ –0.8(图5a),对应的两阶段Hf模式年龄为(3314～3784) Ma,加权平均结果为(3559±57) Ma。6个变质锆石分析点则具有相对较高的176Hf/177Hf比值(0.281177～0.281243),在t=2813 Ma时,对应的εHf(t)值为2.3～4.7,加权平均结果为3.0±0.86 (MSWD=1.6),对应的两阶段Hf模式年龄(TDM2)为(2962～3115 Ma),加权平均结果为(3061±60) Ma (MSWD=1.3)(图5b)。

图5 Phan Si Pan地区片麻岩样品V0916锆石εHf(t) (a)和两个阶段模式年龄频率分布图(b)Fig. 5 Histograms of zircon εHf(t) values (a) and two-stage Hf model ages (b) for gneiss sample V0916 in Phan Si Pan area

4 讨论和结论

目前,越南北部克拉通最古老的岩石为Phan Si Pan地区出露的TTG片麻岩,SHRIMP和LA-ICPMS 锆石U-Pb定年结果表明它们的形成年龄为约2.8～2.9 Ga (Lan et al.,2001; Nam et al.,2003; Hieu et al.,2012)。其中少量残留锆石给出了约3.5 Ga的年龄(Hieu et al.,未发表结果)。我们的研究样品V0916中的大部分锆石具有典型的振荡环带和相对较高的Th/U比值,表明其为岩浆锆石。27个分析点给出的(2813±21) Ma的年龄,应该代表了该岩石的形成年龄。这一结果表明,越南西北部存在约2.8～2.9 Ga的古老岩石与Lan等(2001)和Nam等(2003)已发表的结果一致。这些锆石的εHf(t)值为–4.7±0.92,两阶段模式年龄为(3559±57) Ma,表明其为更古老的(>3.5 Ga)冥太古代地壳物质部分熔融作用的产物。这一结果与在越南北部克拉通变质沉积岩中发现古老的碎屑锆石(>3.3 Ga,最高达3.5 Ga)一致(Hieu et al.,未发表结果),暗示越南北部克拉通存在非常古老的冥太古代地壳物质。Phan Si Pan地区TTG片麻岩中约2.8～2.9 Ga岩浆锆石和3.3 Ga的残留锆石的εHf(t)值和两阶段Hf模式年龄和Nd模式年龄(Lan et al.,2001; Hieu,2010)与我们的样品较为一致,说明2.9 Ga的TTG片麻岩和3.3 Ga的片麻岩可能来自相同特征的源区岩石。我们的6个分析点位于锆石的边部无明显分带的区域,它们具有高的U含量和较低的Th/U比值,为典型的变质锆石(Corfu et al.,2003; Wu and Zheng,2004)。变质锆石具有比岩浆锆石高的176Hf/177Hf比值和εHf(t)值以及低的Hf模式年龄,表明变质锆石为变质增生作用形成,而非变质重结晶所致(Zheng et al.,2005; Wu et al.,2007)。这7个分析点给出的年龄为(1862±16) Ma,代表Phan Si Pan地区的岩石可能经历了约1.8 Ga的变质作用。前人研究表明Phan Si Pan地区广泛记录的～1.8 Ga的古元古代年龄(Tri and Khuc,2009; Nam,1998; Nam et al.,2002,2003; Hieu,2010; Hieu等,2010; Hieu et al.,2012),与扬子地块已报道的继承锆石形成于古元古代～1.8 Ga是一致的(夏金龙等,2013)。Hieu等(2010)对越南北部克拉通元古代碎屑岩中的锆石进行了详细的年代学研究,同样发现了大量约～1.8 Ga的碎屑锆石。这一年龄小于它们的原岩形成年龄,可能同样代表了这期变质作用的时间,这与我们的数据非常相似的。这些年龄的一致性说明古元古代中期在越南西北部Phan Si Pan地区存在一个构造热事件。这一现象与华南地块(Ling et al.,2001; Zhang et al.,2006; Zheng et al.,2006; Yu et al.,2007)已报道的古老地壳的构造热时间和岩浆活动是一致的。这说明越南北部Phan Si Pan地区和华南地块可能存在～1.8 Ga一个构造热事件。这些结果表明,～1.8 Ga可能是越南北部克拉通早期演化中较为重要的一次构造热事件发生的时间。

致谢: LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄测定得到中国地质大学(武汉)胡兆初教授的帮助,锆石CL照像得到中国科学院地质与地球物理研究所马玉光老师的帮助,锆石Lu-Hf同位素测试得到西北大学大陆动力学国家重点实验室袁洪林老师的指导和帮助,野外照片由越南河内地质矿业大学La Mai Son博士研究生提供,审稿人对本文提出了富有建设性的意见,在此一并表示衷心的感谢。

Acknowledgements:

This study was supported by Vietnam National University-Ho Chi Minh City (VNU-HCM) (No. C2014-18-02).

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The Ngoi Chi Formation in the Phan Si Pan Area of Northwest Vietnam Revealed by Zircon U-Pb Age and Hf Isotope Composition

HIEU Pham Trung
Faculty of Geology,University of Science Vietnam National University-Ho Chi Minh City,227-Nguyen Van Cu Street,Ho Chi Minh 760000,Vietnam

This paper reports the result of an integrated study of zircon U-Pb age and Hf isotope composition for a gneiss sample (Ngoi Chi formation) from the Phan Si Pan area in northwest Vietnam. CL imaging reveals that most zircons are magmatic,with a few of them exhibiting thin metamorphic rims. The magmatic zircons gave a weighted mean U-Pb age of ～2.9 Ga,indicating the gneiss is the basement rock in the Phan Si Pan area. They have εHf(t) value of –4.70±0.92,and two-stage Hf model age of ～3.5 Ga,indicating that the gneiss was derived from partial melting of >3.5 Ga crustal rock. The metamorphic rims yielded an age of ～1.8 Ga,implying that the metamorphic event occurred in the Neoarchean era,which might have been also a major tectono-thermal event in the Phan Si Pan area.

Vietnam; Phan Si Pan; U-Pb zircon; Hf isotope composition; basement rock

P548; P597.1

A

10.3975/cagsb.2015.06.07

本文由Vietnam National University-Ho Chi Minh City (VNU-HCM) (No. C2014-18-02)资助。

2015-01-10; 改回日期: 2015-02-15。责任编辑: 张改侠。

HIEU Pham Trung,男,1978年生。博士。主要从事岩石学与地球化学专业研究。E-mail: pthieu@hcmus.edu.vn。