安徽洪镇地区董岭群碎屑锆石U-Pb年代学及其地质意义

2016-02-12王继林

大地构造与成矿学 2016年6期

王继林, 何斌

(1.中国冶金地质总局山东局测试中心, 山东济南 250014; 2.中国地质大学(武汉) 地球科学学院, 湖北武汉 430074; 3.中国科学院广州地球化学研究所, 同位素地球化学国家重点实验室, 广东广州 510640)

王继林1,2, 何斌3*

安徽洪镇地区的董岭群为一套以二长片麻岩为主的中深变质岩系, 长期以来被认为是长江中下游地区古元古代的变质结晶基底, 因作为洪镇变质核杂岩的“变质核”而受到广泛关注。为了能够更好地揭示华南前寒武纪的大地构造演化和洪镇“变质核杂岩”的成因, 本文对洪镇地区董岭群主体的二长片麻岩进行了碎屑锆石 LA-ICP-MS U-Pb定年, 获得了760～830 Ma、1930～2060 Ma和2360～2530 Ma 3个主要年龄区间。这一年龄谱与扬子克拉通前寒武纪的碎屑锆石年龄分布特征类似, 暗示董岭群的物质源于其附近克拉通物质的剥蚀及搬运; 其中最年轻的锆石年龄为 768±16 Ma, 这一年龄限定了董岭群地层时代下限, 结合其上覆盖层为震旦系(底界小于 635 Ma), 将董岭群的地层时代限定于新元古代, 这一结论否定了其为古元古代古老变质结晶基底的说法。综合近年来的研究, 扬子板块西缘及东南缘目前并未发现太古宙-古元古代的结晶基底。另外, 由于董岭群地层时代的重新厘定, 得知这一地区并不存在大规模地层缺失和大规模剥离断层, 因此前人提出的洪镇“变质核杂岩”的构造模型值得商榷。

董岭群; 碎屑锆石U-Pb年龄; 新元古代; 变质结晶基底; 变质核杂岩

0 引言

安徽洪镇地区的洪镇变质岩系被作为江南隆起以北下扬子板块上唯一出露的变质核杂岩和前寒武纪基底而受到关注(李德威, 1993; Zhu et al., 2007, 2010; 范小林和陆永德, 2011)。洪镇变质核杂岩的变质核为北东向展布的董岭群, 与庐山地区的星子群、滁州地区的张八岭群一起被认为是中下扬子板块出露的古元古代–太古代结晶基底(马振东等, 1998)。

关于董岭群的地层时代, 前人进行了大量研究。罗庆坤等(1985)最早提出可以将其与同处郯庐断裂带以东且构造位置相毗邻的肥东、张八岭地区的古元古界(肥东群年龄为 1850～2486 Ma, 李毓尧等, 1935)相对比, 将其划属古元古界; 邢凤鸣等(1993)根据董岭群斜长角闪片岩的Sm-Nd同位素等时线年龄为1895～1991 Ma, 正式将董岭群划属为古元古代,这一认识得到广泛的认同(董树文等, 1993; 李德威, 1993; Zhang et al., 1994; Zhu et al., 2007; 范小林和陆永德, 2011); 王文斌等(1996)对长江中下游地区变质基底形成时间进行研究, 认为安徽怀宁董岭群和江苏埤城出露的埤城群(埤城群斜长角闪岩角闪石的K-Ar表面年龄为1771±5 Ma, 闵庆魁, 1987)可能为同一时代的产物, 均为古元古代; Grimmer et al. (2003)对董岭群中含矽线石堇青石钾长片麻岩进行单颗粒锆石定年, 获得 3个单颗粒锆石年龄介于2370±2～2377±10 Ma之间, 这是目前为止给出的较为可靠的董岭群的地层时代。

尽管对董岭群的地层时代已经取得了一些认识,但由于受到定年技术的限制, 董岭群的地层时代划分并不十分牢靠。对于缺乏古生物资料和火山岩夹层的地层而言, 要准确测定其地层时代具有一定难度(关俊朋等, 2010)。碎屑锆石作为沉积地层的重要组成部分, 因为其化学性质稳定、同位素封闭温度高(吴元保和郑永飞, 2004)等特点, 被广泛用于限定地层沉积下限。前人的研究也表明, 通过最年轻的碎屑锆石年龄峰值可以限定地层的时代(Nelson, 2001; Gerdes and Zeh, 2006; 佘振兵, 2007)。最近,关俊朋等(2010)和高林志等(2012)通过锆石定年推翻了星子群作为扬子板块古老结晶基底的说法, 将前人普遍认为古元古代的星子群的地层时代划定到新元古代; 这使我们对相邻地区同一时代的董岭群地层时代的归属产生兴趣。为了能够正确解释下扬子构造演化, 重新厘定了董岭群的地层时代。本文以董岭群二长片麻岩为研究对象, 对其进行详细的碎屑锆石U-Pb年代学研究, 对董岭群的地层时代及其地质意义进行了讨论。

1 地质概况

图1 安徽洪镇董岭群地质略图(据Zhu et al., 2007修改)Fig.1 Geological map of the Dongling Group in Hongzhen, Anhui province

安徽怀宁县洪镇地区构造位置位于下扬子板块长江中下游坳陷带中段北侧, 其中出露的董岭群主要分布于荆桥、董岭一带, 构成 NE40°走向的长垣形背斜核部(图 1), 出露面积约 20 km2, 总厚度在1600 m以上。董岭群是火山碎屑岩、粉砂岩及砂岩建造(陈星霖, 2009; 高雅宁, 2010)经角闪岩相变质作用形成的中深变质岩系, 主体为一套二长片麻岩,顶部发育一薄层白云石英片岩(图2), 与上覆盖层断层接触(邢凤鸣等, 1993)。洪镇地区的盖层由老到新依次是: 震旦系–中二叠统主要为海相碳酸盐岩和碎屑岩, 缺失中下泥盆统, 上泥盆统与中下二叠统构成区内两个沉积事件界面, 代表海陆交互相沉积;中二叠统–第四系主要为陆相碎屑岩和火山喷发沉积。董岭群及上覆盖层普遍糜棱岩化, 强度呈下强上弱趋势。

研究区内出露的岩浆岩有洪镇花岗岩体、海螺山闪长岩体、金山闪长岩体、硖石花岗岩体及一些小型的花岗闪长斑岩体与酸性岩脉。洪镇岩体与董岭群侵入接触, 此外还有少量酸性岩脉侵入到董岭群中。

2 采样位置及样品特征

本次工作在董岭群中部汤家岭附近测制了地质剖面 A-B(图 2), 剖面贯穿了震旦纪–奥陶纪的碳酸盐岩盖层, 盖层与董岭群断层接触, 董岭群主体为二长片麻岩, 顶部发育薄层片岩段, 东南侧被燕山期洪镇花岗岩体侵位。本次工作对二长片麻岩进行采样, 具体采样位置如图 2所示, 地理坐标为30°36′31.67″N, 116°47′11.25″E。所采样品H-30为初糜棱岩化石榴石–二长片麻岩: 粒状变晶结构, 片麻状构造, 主要组成矿物为: 石英(～40%)、长石(～30%)、石榴子石(～15%)、白云母(～15%)及少量锆石、磷灰石、榍石等副矿物; 长石、石榴子石颗粒较大, 白云母绕过长石、石榴子石斑晶断续定向排列构成片麻理, 石英颗粒较小, 与白云母一起呈基质产出, 发育波状消光、亚颗粒等变形结构。

3 分析方法及结果

3.1 分析方法

锆石挑选由河北省廊坊市诚信地质服务公司完成, 挑选无明显裂隙、不含包裹体且透明干净的锆石颗粒进行制靶, 之后对待测锆石进行反射光、透射光及阴极发光显微照相, 选定测试点位。制靶及阴极发光显微照相工作在中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室完成。

锆石 U-Pb同位素定年及微量元素含量分析在中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室进行, 测试仪器为激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪(LA-ICP-MS), 激光剥蚀系统为 GeoLas2005, ICP-MS为 Agilent7500a。标样与待测样品以 2∶5的比例交替进行测试, 具体的仪器操作过程及条件见Liu et al. (2008, 2010a, 2010b)。运用ICPMSDataCal8.3软件对测试数据进行离线处理, 数据处理包括对样品和空白信号的选择、仪器灵敏度漂移校正、元素含量及 U-Pb同位素比值和年龄计算等方面, 详见Liu et al. (2008, 2010a)。最后, 采用Isoplot/Ex_ver3 (Ludwig, 2003)完成锆石U-Pb谐和图的绘制及加权平均年龄计算等工作。

3.2 分析结果

样品中的锆石颗粒粒径普遍在 70～150 mm, 长宽比介于1∶1～2∶1之间, 多呈短柱状–次圆状, 阴极发光图像显示大部分锆石具有典型的岩浆振荡环带(图3)。根据锆石结构特征, 对60个锆石颗粒进行U-Pb同位素分析, 分析结果列于表1。结果显示54号测点谐和度低于90%, 予以剔除; 其余59个有效测点锆石的年龄均位于谐和线上及附近(图4), U、Th含量分别介于17.67～784.42 μg/g, 10.99～568.08 μg/g, 大部分锆石的Th/U值介于0.42～2.26, 只有3个测点锆石Th/U=0.2～0.3。综合锆石CL图像特征及Th/U值, 判断这些锆石均为岩浆成因锆石。

根据锆石年龄概率分布图5a可以看出, 测点锆石的年龄构成3个年龄区间, 分别是760～830 Ma、1930～2060 Ma、2360～2530 Ma, 分布特征与报道的扬子克拉通前寒武纪的锆石年龄分布特征(佘振兵, 2007; Liu et al., 2008; 谢士稳等, 2009; 耿元生等, 2012)类似(图 5b), 暗指董岭群是由附近克拉通地层的剥蚀及搬运沉积而来。其中760～830 Ma年龄区间的碎屑锆石共17颗, 峰值年龄为～797 Ma(图5), 最年轻的锆石年龄为 768±16 Ma, 认为该年龄代表了董岭群地层时代的下限。

图2 采样点地质剖面Fig.2 Geological section with sampling locations

表1 安徽洪镇董岭群石榴石二长片麻岩H-30碎屑锆石U-Pb年龄Table 1 U-Pb dating results of detrital zircons in garnet gneiss from the upper section of the Dongling Group

续表1:

图3 锆石CL图像特征Fig.3 CL images of detrital zircons in sample H-30

图4 董岭群中碎屑锆石U-Pb年龄谐和图Fig.4 U-Pb concordia diagram of the detrital zircons from the Dongling Group

图 5 董岭群中碎屑锆石(a)和扬子克拉通碎屑锆石年龄谱(b, 据Liu et al., 2008修改)Fig.5 Age distribution of detrital zircons in the Dongling Group and the Yangtze Craton

4 讨论

本次对董岭群二长片麻岩进行碎屑锆石 U-Pb定年, 得到的最年轻的锆石年龄为 768±16 Ma, 此外一系列年龄约 800 Ma锆石的得到并非偶然。早期Grimmer et al. (2003)对董岭群片麻岩进行单颗粒锆石定年时就得到 2颗年龄分别为 692±10 Ma和783±7 Ma的锆石; 唐成虎等(2013)对洪镇岩体进行定年时, 也发现了年龄为～750 Ma的残留锆石, 由于洪镇岩体属于地壳重熔型岩浆岩(唐成虎等, 2013),结合洪镇岩体和董岭群密切的空间关系, 所以不排除这些残留锆石来自董岭群的可能。不同时间在不同的实验室得到了相近的锆石年龄, 这从另外一个角度验证我们得到数据的可靠性。在利用碎屑锆石最年轻年龄限定地层沉积时代下限研究思想的指导下, 我们将董岭群的沉积下限约束到768±16 Ma。此外, 董岭群上覆地层为下震旦统, 国内多认为震旦系的底界年龄约为635 Ma(Wang et al., 2003; 高林志等, 2010a, 2010b, 2011), 因此董岭群的地层时代应该为新元古代。

董岭群地层时代的重新厘定对前人(邢凤鸣等, 1993; 李德威, 1993; 王文斌等, 1996; Grimmer et al., 2003)认为其是古老变质基底的认识提出了挑战。前人之所以认为董岭群为古老变质基底, 主要依据是邢凤鸣等(1993)报道的较老的 Sm-Nd同位素年龄,但这一结果缺少其他数据的验证。另外, 董岭群的变质年龄是回答其是否为变质结晶基底的另一关键,最近我们通过对董岭群中片麻岩独居石进行 SIMS U-Pb定年, 得到董岭群的变质年龄为128.44±0.73 Ma (另文发表), 这也佐证了其不是变质基底的观点。此外, 耿元生等(2007)通过一系列的锆石数据证实扬子板块西缘所谓的古老结晶基底其实都是新元古代的产物。最近关俊朋等(2010)和高林志等(2012)通过锆石年代学将前人认为的中下扬子板块北缘的结晶基底——星子群的地层时代重新厘定为新元古代,否定了前人一直秉持的古元古代甚至太古代的说法。综合以上研究表明扬子板块西缘及东南缘目前并未发现太古宙–古元古代的结晶基底, 前人可能因为老的定年手段和认识的限制而得出错误的结论。

另外, 安徽洪镇地区另一研究热点是洪镇变质核杂岩, 自从李德威(1993)提出这一概念后, 地质学者先后开展了广泛研究, 发表一系列研究成果(汪劲草和肖龙, 1999; Zhu et al., 2007, 2010; 沈晓明等, 2008; 范小林和陆永德, 2011)。变质核杂岩的关键特征是存在大型拆离断层(Davis和郑亚东, 2002; 刘德民, 2003), 董岭群新元古代地层时代的确定表明洪镇地区地层基本连续, 不存在前人确定的大型剥离断层, 并且在野外实地勘察中也并未发现大型拆离断层, 据此认为用“变质核杂岩”模型解释洪镇地区的地质构造现象可能存在问题, 这一地区的构造演化还需要进一步深入研究。

5 结论

通过对安徽洪镇地区董岭群石榴石二长片麻岩进行详细的碎屑锆石年代学研究, 结合其上覆震旦纪地层(底界年龄≈635 Ma), 将董岭群的地层时代划定为新元古代, 否定了前人关于其是古元古代变质结晶基底的认识, 综合前人已有资料, 认为扬子板块西缘及东南缘目前并未发现太古宙–古元古代的变质结晶基底; 此外, 由于董岭群地层时代的确定及野外大型拆离断层的缺席, 认为该地区的构造特征与典型变质核杂岩不符, 对该地区的地质构造现象解释还需进一步深入研究。

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LA-ICP-MS U-Pb Dating of Detrital Zircons from Dongling Group in Hongzhen Area and its Geological Implications

WANG Jilin1,2and HE Bin3＊
(1. Shandong Bureau Testing Center of China Metallurgical Geology Bureau, Jinan 250014, Shandong, China; 2. Faculty of Earth Science, China University of Geoscience, Wuhan 430074, Hubei, China; 3. Guangzhou Institute of Geochemistry, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou 510640, Guangdong, China)

The Dongling Group, exposed in the Hongzhen area, Anhui province, was previously considered to be the Paleoproterozoic basement. It has been extensively studied because it was believed to be the core of the Hongzhen metamorphic core complex and the metamorphic crystalline basement of South China as well. To accurately interpret the Precambrian tectonic evolution of South China and the formation mechanism of the Hongzhen “metamorphic core complex”, detrital zircons from the gneiss, the main part of the Dongling Group, were analyzed and three age groups of 760 830- Ma, 1930 2060- Ma and 2360 2530- Ma were obtained. The age distribution of the zircons is similar to those of the Yangtze Craton as whole, indicating that the detrital material of the Dongling Group was derived from adjacent basement of the Yangtze Carton. The youngest detrital zircon age (768±16 Ma) of the Dongling Group and the 635 Ma lower boundary age of overlying Sinian System suggest that the Dongling Group should be deposited in Neoproterozoic rather than Paleoproterozoic. Thus, the Dongling Group is not the crystalline basement of South China. We thus suggest that there is no crystalline basement has yet been discovered in the southeast of the Yangtze Craton. In addition, the strata in the Hongzhen area is continuous so long as the Dongling Group is Neoproterozoic. Therefore, the viewpoints concerning the Hongzhen metamorphic core complex proposed previously need to be re-evaluated.

Dongling Group; U-Pb age of detrital zircons; Neoproterozoic; metamorphic crystalline basement; metamorphic core complex

P597

1001-1552(2016)06-1239-008

2014-02-27; 改回日期: 2014-09-11

项目资助: 中国科学院知识创新项目(KZCX2YW128, KZCX1YW151)和国家自然科学基金(41173037)联合资助。

王继林(1988–), 女, 硕士, 构造地质学专业。Email: wangjilin22126@126.com

何斌(1963–), 男, 研究员, 主要从事区域地质、构造地质、沉积和岩相古地理等方面研究。Email: hebin@gig.ac.cn