扬子克拉通崆岭杂岩孔兹岩系同位素年代学研究及其地质意义

邱啸飞, 杨红梅, 卢山松, 张利国, 段瑞春, 杜国民

(1.中国地质调查局 武汉地质调查中心 同位素地球化学研究室, 湖北 武汉 430205; 2.中国地质调查局花岗岩成岩成矿地质研究中心, 湖北 武汉 430205)

扬子克拉通崆岭杂岩孔兹岩系同位素年代学研究及其地质意义

邱啸飞1, 2, 杨红梅1, 2, 卢山松1, 2, 张利国1, 2, 段瑞春1, 2, 杜国民1

(1.中国地质调查局 武汉地质调查中心 同位素地球化学研究室, 湖北 武汉 430205; 2.中国地质调查局花岗岩成岩成矿地质研究中心, 湖北 武汉 430205)

崆岭杂岩出露有一套覆盖于古老变质结晶基底之上的以含石墨和富铝矿物为特征的孔兹岩系。本文对该套孔兹岩系中代表性岩石类型榴线英岩开展了同位素稀释法(ID-TIMS)矿物–全岩Sm-Nd等时线测年。研究结果表明, 榴线英岩形成于2078±31 Ma。榴线英岩Nd同位素组成相对均一(εNd(t)值介于-4.9与-2.3之间), 对应Nd同位素两阶段模式年龄介于2.91～2.70 Ga之间, 表明大多数样品形成于封闭体系中。结合前人在同一套岩石组合中报道的锆石U-Pb年代学和岩石地球化学数据, 推测崆岭杂岩孔兹岩系可能沉积于2.13～2.08 Ga, 其原岩沉积物主要来自下伏的古老地壳物质, 且其源区存在中太古代的初生地壳增长。扬子陆核经历的古元古代(2.08～1.94 Ga)高压麻粒岩相变质作用可能与全球广泛存在的同时期(2.1～1.8 Ga)碰撞造山事件有关, 暗示其很可能是古元古代Columbia超大陆的重要组成部分。

扬子克拉通; 崆岭杂岩; 孔兹岩系; Sm-Nd同位素等时线; 同位素稀释法

0 引 言

大陆地壳的增长及不同陆块间的拼合与裂解过程对认识其形成过程及早期演化规律具有重要意义(Condie, 1998; Hawkesworth and Kemp, 2006), 因而长期受到国内外研究者的高度重视, 而了解各陆块中前寒武纪早期陆核的形成与构造演化, 则是认识各大陆克拉通形成、生长、演化及其相互关系的关键科学问题。

扬子克拉通作为我国东部最重要的前寒武纪块体之一, 了解其早期形成与构造演化对充分认识中国大陆地壳组成、构造格局演变乃至全球构造事件均具有重要意义。然而由于显生宙巨厚沉积盖层覆盖, 使得前寒武纪地质体在扬子克拉通的出露十分有限, 这导致对扬子克拉通前寒武纪地质事件研究程度远低于邻近的华北克拉通。已有研究显示, 扬子克拉通在地质历史时期上曾发生过多次重要的构造–岩浆/变质事件, 对其现今组成规模和构造格局产生了重要影响, 其中最具代表性的事件为中–新元古代的拼合与裂解事件, 被多数研究者认为与Rodinia超大陆的拼合和裂解作用密切相关(如 Ling et al., 2003; Qiu et al., 2011; 邱啸飞等, 2013)。最新研究同时表明, 扬子克拉通的形成与演化可能经历了不同时期多陆核或次一级陆块相对独立的演化与各微陆块相互作用逐渐碰撞拼合过程(Zhang et al., 2006b; Wu et al., 2009; 彭松柏等, 2010; Qiu et al.,2011; Peng et al., 2012; Wu et al., 2012; 邱啸飞等, 2013, 2014), 因而要较完整地认识统一华南陆块的形成与演化历史, 离不开对其各组成陆块内不同陆核或次一级陆块的前寒武纪早期基底岩系的形成和地壳增生过程的了解。崆岭杂岩作为扬子克拉通乃至华南陆块已得到确认的少数太古宙结晶基底出露的地质单元之一(Qiu et al., 2000; Jiao et al., 2009; Gao et al., 2011; Chen et al., 2013), 成为不可多得的研究扬子克拉通早期形成演化的理想地区。在崆岭杂岩中出露有一套覆盖于TTG片麻岩基底之上的以含石墨和富铝矿物为特征的变沉积岩岩石组合, 前人将其定名为孔兹岩系, 认为其应是“构造环境相对稳定条件下形成的一套陆棚—浅海相沉积物, 物源区为稳定的硅铝质陆壳”(姜继圣, 1986)。已有研究显示, 该套孔兹岩系变质程度普遍达到高角闪岩相–麻粒岩相, 且具有顺时针的P-T-t轨迹(Wu et al., 2009; Yin et al., 2013), 推断其可能为弧陆或陆陆碰撞造山所致, 而作为孔兹岩系变质原岩主体的泥沙质岩石, 其显然为更早期陆壳物质再循环的产物。对扬子克拉通崆岭杂岩孔兹岩系开展深入研究, 不仅有利于了解其本身, 也可为理解早期华南陆块陆壳基底性质提供重要证据。此外, 现有对崆岭杂岩的年代学研究主要集中于其底部太古宙古老结晶基底, 包括 TTG片麻岩及斜长角闪岩(Zhang et al., 2006a; Jiao et al., 2009; Gao et al., 2011; Chen et al., 2013), 且高精度年代学成果多采用锆石微区原位U-Pb同位素方法(包括LA-ICP-MS和SIMS), 对同属崆岭杂岩的变沉积表壳岩系的直接定年工作则相对有限(Ling et al., 2001; Zhang et al., 2006b),开展相关研究不仅可提供成岩年龄, 确定地层时代, 还可提供扬子克拉通早期地壳形成演化的重要信息。

本文报道了在崆岭杂岩孔兹岩系中获得的较高精度Sm-Nd同位素等时线年龄, 结合前人已有的研究成果, 对扬子陆核早期构造热事件与构造演化进行了探讨。

1 区域地质概况

崆岭杂岩出露于鄂西宜昌市秭归–兴山一带,为目前华南陆块已报道的最古老结晶基底, 总出露面积～360 km2, 其被新元古代黄陵花岗岩侵入而分隔成南、北两部分, 主体为北部崆岭杂岩, 主要由高角闪岩相–麻粒岩相变质岩组成。Gao et al. (1999)根据岩石类型将崆岭杂岩分为三类: 第一类为闪长质、英云闪长质、奥长花岗质以及花岗闪长质(DTTG)片麻岩, 第二类岩石为斜长角闪岩, 这两套岩石出露面积近 200 km2, 共同构成了扬子克拉通太古宙古老结晶基底, 而第三类岩石则为覆盖于古老结晶基底之上的孔兹岩系。该孔兹岩系主要为以含石墨和富铝矿物石榴子石为特征的黑云斜长片麻岩、黑云片岩、云英片岩, 夹大理岩、石英岩、斜长角闪岩、变粒岩等, 岩石富含石榴子石、电气石与磁铁矿等, 在部分地区石榴子石和磁铁矿可作为矿产资源进行开采。岩石均遭受混合岩化, 形成混合片麻岩与条带状混合岩(湖北省地矿局, 1990)。姜继圣(1986)最早将该套岩石组合定名为孔兹岩系, 并强调岩石组合中存在指相岩石——石榴矽线石英岩(简称榴线英岩)。崆岭杂岩被后期～1.85 Ga埫圈椅钾长花岗岩以及新元古代黄陵侵入杂岩体和辉绿岩脉所侵入, 并被南华纪莲沱组和南沱组碎屑沉积岩不整合覆盖(图1)。

作为华南陆块最具代表性古老结晶基底, 前人对崆岭基底岩系进行了大量的年代学研究。姜继圣(1986)对崆岭杂岩二郎庙剖面 7个变质岩样品进行全岩Rb-Sr等时线定年获得了2010±114 Ma的年龄;马大铨和李志昌(1997)对酸性片麻岩进行Sm-Nd等时线定年, 获得了 3.29～3.15 Ga的原岩年龄, 同时对斜长角闪岩进行锆石 U-Pb定年, 获得了～2.0 Ga的年龄。此外, Ling et al. (1998)对崆岭群黄凉河剖面斜长角闪岩进行了 Sm-Nd全岩等时线定年, 获得2742±83 Ma的年龄。李志昌和方向(1998)利用La-Ce同位素获得英云闪长质片麻岩以及其中斜长角闪岩包体的年龄为3292±417 Ma。近十年来, 随着分析方法的进一步改善和研究工作的不断深入, 对于崆岭基底的年代学研究取得了突飞猛进的发展。Jiao et al. (2009)对崆岭杂岩东北部混合片麻岩进行的LA-ICP-MS锆石 U-Pb测年研究表明其原岩形成于3218±13 Ma, 并具有2732±16 Ma的变质年龄。魏君奇和王建雄(2012)对崆岭杂岩中斜长角闪岩包体进行了LA-ICP-MS锆石U-Pb定年, 结果显示其形成于～3.0 Ga, 并受到了2.7 Ga和2.5 Ga的变质改造过程。同时, 对北部崆岭奥长花岗质片麻岩开展的LA-ICP-MS锆石 U-Pb测年结果表明, 其原岩年龄为 3302±7 Ma, 这些年龄也是目前扬子克拉通乃至整个华南陆块报道的最古老岩石记录。与之相比,对崆岭杂岩中的孔兹岩系年代学研究则相对较少。Ling et al. (2001)对崆岭杂岩中副片麻岩进行了矿物–全岩 Sm-Nd等时线年龄测定, 获得了 1939±44 Ma的等时线年龄, 并据此提出在研究区可能存在约2.0～1.9 Ga构造–岩浆热事件。Zhang et al. (2006b)对崆岭杂岩变泥质岩进行LA-ICP-MS锆石U-Pb定年获得了1.97±0.03 Ga的上交点, 作者将该年龄解释为变沉积岩的变质年龄。Yin et al. (2013)在崆岭杂岩变沉积岩进行的LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学工作则获得了～2.0 Ga的变质年龄。综合起来看, 崆岭杂岩下部 TTG片麻岩和斜长角闪岩主要形成于3.3～2.7 Ga, 而上部孔兹岩系则形成于古元古代。

1. DTTG片麻岩; 2. 孔兹岩系; 3. 大理岩; 4. 显生宙; 5. 超基性侵入岩; 6. 基性岩脉; 7. 钾长花岗岩; 8. 断层; 9. 采样点。图1　崆岭杂岩地质简图及其采样点图(据Gao et al., 1999修改)Fig.1 Sketch geological map of the Kongling Complex and sampling locations

2 样品特征和分析方法

用于Sm-Nd同位素测试的样品采自宜昌市兴山县老林沟附近石榴子石矿点, 选取孔兹岩系中最典型的岩石类型榴线英岩为研究对象。岩石具有细粒鳞片变晶结构, 块状构造或片麻状构造, 主要矿物为石榴子石(～40％)、矽线石(～35％)和石英(～20％)以及少量斜长石、石墨等矿物(<5％), 副矿物包括锆石、磁铁矿等。石榴子石变斑晶肉眼可见, 自形程度高, 可见完整晶形, 直径为 0.3～1 cm, 最大直径可达 2 cm, 主要为铁铝榴石, 在岩石露头上呈层状产出; 浅色矿物主要为矽线石和石英, 矽线石呈纤柱状产出, 石英呈它形产出(图 2a), 部分露头可以看到榴线英岩中混有长英质片(麻)岩包体(图2b)。已有文献的电子探针与岩相学观察表明, 本区石榴子石不存在成分分带现象, 说明该区古元古代孔兹岩系中同一剖面上石榴子石主要是同一时期形成(严溶等, 2006; Yin et al., 2013)。榴线英岩结构、构造和矿物组合特征暗示其原岩为砂泥质岩石。

研究表明, 样品中石榴子石的形成类似于锆石,可能不是一期地质作用的产物。因此为了排除石榴子石后期地质事件的影响或后期变质重结晶的影响,在野外沿剖面选择同一层位中相隔一定距离的新鲜、未受明显风化和蚀变的样品进行采样, 同时尽量挑选相互之间石榴子石粒度大小存在一定差异的样品来进行矿物分选, 样品采集后直接送往河北省地勘局物化探区域地质调查研究院进行石榴子石分选工作, 每一件挑选单矿物样品同时采集配套样品用于全岩Sm-Nd同位素地球化学测试分析。全岩及分选出的石榴子石样品Sm-Nd同位素组成分析的化学制备采用子体同位素比值和母子体同位素比值双份测定的方法: 平行称取两份～100 mg粉末样品两份, 其中一份加入149Sm+145Nd混合稀释剂, 用于样品1 47Sm/1 4 4Nd同位素比值测定, 另一份用于143Nd/144Nd同位素比值测定。所称样品在金属外壳Teflon材质溶样弹中用 HNO3+HF+HClO4混合酸在～190 ℃温度下密闭溶解48 h, 以使样品彻底溶解。溶解离心后得到的上层清液用 Dowe50×8阳离子交换树脂进行REE的分离和纯化, 其中含稀释剂的解析液蒸干后直接用于 Sm、Nd含量质谱分析, 未加稀释剂的解吸液则采用HDEHP法继续进行Sm-Nd分离和Nd的纯化, 用于Nd同位素比值分析。制备好的样品同位素比值测定采用配有多接收系统的热电离质谱仪(Finnigan Triton Ti)完成。

样品在质谱分析过程中143Nd/144Nd比值产生的质量分馏采用146Nd/144Nd=0.721900进行校正, Sm、Nd含量采用同位素稀释法公式计算获得。整个分析过程用标准物质 GBW04419、BCR-2以及 ZkbzNd (JMC)分别对全流程和仪器进行监控。获得的国家标准物质 GBW04419测定值分别为143Nd/144Nd= 0.512715±0.000005 (平均值, n=4), Sm=3.032×10–6, Nd=10.07×10–6; 国际标样BCR-2的143Nd/144Nd测定值为0.512633±0.000003 (平均值, n=10), Sm=6.637× 10–6, Nd=29.32×10–6; 溶液标准 ZkbzNd (JMC)的143Nd/144Nd=0.511550±0.000005 (平均值, n=7), 与各自推荐值在误差范围内完全一致, Sm、Nd含量及147Sm/144Nd比值测量误差<5‰,143Nd/144Nd比值单次测量分析精度优于10–5。实验全流程Sm、Nd本底分别为 7×10–11和 9×10–11。上述分析工作均在中国地质调查局武汉地质调查中心(原宜昌地质矿产研究所)同位素地球化学实验室完成。

图2　崆岭杂岩榴线英岩野外露头照片Fig.2 Field outcrop of the garnet-sillimanite-quartzite in the Kongling Complex

3 分析结果

崆岭杂岩榴线英岩全岩样品及其石榴子石的Sm-Nd同位素组成分析结果列于表 1。表中同时列出了这些样品计算的Nd同位素模式年龄。需要说明的是, 由于榴线英岩为副变质岩, 其原岩在从物源区风化剥蚀到搬运、沉积成岩以及后期变质过程中,难免会导致不同程度的Sm/Nd比值分馏, 故在进行Nd同位素模式年龄计算的时候采用两阶段演化模型更为合理, 可最大程度的减少因地质过程中Sm-Nd分馏而产生的影响, 其计算结果相对而言能更真实的反映其源区岩石的平均地壳居留时间(Miller and Harris, 1989; Bai et al., 2011)。在进行模式年龄和εNd(t)值计算时, t取 Sm-Nd等时线年龄2078 Ma, 崆岭杂岩孔兹岩系8件榴线英岩全岩以及7件石榴子石样品 Sm/Nd比值变化范围大, 榴线英岩147Sm/144Nd在0.1044到0.1392之间变化, 而石榴子石具有相对更高的147Sm/144Nd 比值(0.1528～ 0.1906)。全岩样品Nd同位素组成相对均一, 其模式年龄在2.91～2.70 Ga之间变化, 对应的εNd(t)值变化于-4.9～ -2.3。与全岩样品相比, 榴线英岩中石榴子石的Nd同位素更为一致, εNd(t)值集中于-4.6～ -4.2之间。需要指出的是, 12SNJ-02全岩样品具有明显不同于其他孔兹岩和石榴子石的 Nd同位素组成(εNd(t)= -2.3), 然而其所含石榴子石 Nd同位素组成却与其他样品保持一致(εNd(t)= -4.6), 暗示该样品可能遭受了后期地质事件的影响, 从而造成其 Sm-Nd同位素体系发生一定程度的开放, 然而该地质事件并未改变其石榴子石所记录的样品原始Sm-Nd同位素组成, 这或许能说明石榴子石中Sm-Nd同位素体系相对稳定, 难以受到后期地质事件的干扰, 相对于全岩 Nd同位素而言能更好地反映其形成时的初始Nd同位素组成。

利用Isoplot 3.0软件对榴线英岩进行了石榴子石–全岩Sm-Nd等时年龄计算, 结果示于图3, 榴线英岩(8个样品)及其中挑选出的石榴子石(7个样品)147Sm/144Nd和143Nd/144Nd之间存在较好的线性关系, 构成的等时线年龄为2045±100 Ma。误差较大的原因是样品 12SNJ-02相对等时线明显偏离(MSWD=12), 将该点剔除后剩余的 14件样品构成的矿物–全岩 Sm-Nd等时线年龄为 2078±31 Ma (MSWD=1.4), 代表了榴线英岩的形成年龄(图 3)。值得注意的是, 虽然本文在孔兹岩系中获得的Sm-Nd等时线年龄同样指示该岩系形成于古元古代,但略老于前人在相似岩性中获得的变质锆石 U-Pb年龄(Zhang et al., 2006b; Yin et al., 2013)。在含石榴子石的高压变质岩中, 稀土元素, 尤其是重稀土元素主要受控于石榴子石矿物, 对于封闭体系来说石榴子石的形成将造成体系中重稀土元素的亏损。与此同时, 重稀土元素在石榴子石和锆石之间的分配系数大于1, 亦即当锆石与石榴子石同时存在时, 虽然锆石矿物也倾向于富集重稀土元素, 封闭体系中的重稀土元素仍更倾向于赋存于石榴子石矿物之中,从而造成之后形成的变质锆石的重稀土元素组成相对亏损(Wu et al., 2009)。已有研究表明, 崆岭变质表壳岩系中古元古代变质锆石的稀土元素通常显示出平坦的重稀土元素特点, 同时存在负Eu异常(Wu et al., 2009; 作者未发表数据), 说明这些变质锆石在封闭体系中结晶时间可能晚于石榴子石形成时代(Bingen et al., 2004; Wu et al., 2009), 据此认为, 本文获得的石榴子石–全岩 Sm-Nd等时线年龄应代表了榴线英岩中石榴子石的形成年龄, 时间略早于岩石中变质锆石的形成年龄。

表1　崆岭杂岩榴线英岩全岩与石榴子石Sm-Nd同位素组成Table 1 Whole rock and garnet Sm-Nd isotopic composition of the garnet-sillimanite-quartzite in the Kongling Complex

图3　崆岭杂岩榴线英岩石榴子石–全岩Sm-Nd等时年龄图解Fig.3 Garnet-whole rock Sm-Nd isochron diagram of the garnet-sillimanite-quartzite in the Kongling Complex

4 讨 论

4.1 崆岭杂岩孔兹岩系原岩的沉积时代

有关沉积岩直接定年一直是同位素年代学研究的难点, 目前较为普遍的做法是通过古生物化石组合来对沉积地层时代进行判定(Westerhold et al.,2008)。然而对于化石组合较少完整保存的前寒武纪变沉积地层, 则仍难以对其沉积时代进行直接测定,多采用间接定年方法, 例如对变沉积岩中所含碎屑锆石进行U-Pb同位素年代学测定, 通过最年轻的碎屑锆石年龄来约束最老的沉积年龄。对于崆岭杂岩变质表壳岩系, 综合前人的碎屑锆石分析结果, 统计出其U-Pb年龄变化于3490～2131 Ma (Qiu et al., 2000; Zhang et al., 2006a; Gao et al., 2011; Yin et al., 2013), 表明孔兹岩原岩的沉积年龄应在2131 Ma之后, 这排除了少数研究者认为崆岭杂岩变质表壳岩系形成于新太古代的推断(Qiu et al., 2000)。本文对孔兹岩系中代表性岩石榴线英岩及其中石榴子石进行的矿物–全岩 Sm-Nd等时线测年结果表明, 崆岭表壳沉积岩在～2078 Ma遭受了高压区域变质作用来形成孔兹岩, 该年龄约束了孔兹岩系原岩沉积时代的下限。综合前人研究, 本文认为崆岭杂岩孔兹岩系原岩沉积时代为2131～2078 Ma的古元古代而非太古宙, 这一结果与大多数研究者观点一致(Zhang et al., 2006b; Yin et al., 2013)。

4.2 崆岭杂岩孔兹岩系沉积物的源岩特征

本文获得的8件榴线英岩全岩样品Nd同位素组成相对均一, 表明大多数样品形成于封闭体系, 其Nd同位素组成特征能代表原岩信息, 样品 Nd同位素模式年龄介于 2.91～2.70 Ga之间, 说明原岩沉积物主要来自古老中下地壳。已有的孔兹岩系碎屑锆石统计结果表明, 其所含大多数碎屑锆石具有太古宙年龄, 主要集中于 3.0～2.7 Ga之间, 这些碎屑锆石年龄谱及其 Hf同位素组成与目前已经报道的崆岭基底岩系中 TTG片麻岩的年代学格架及其锆石Hf同位素特点相似(邱啸飞等, 2014)。基于此, 本文推测榴线英岩的沉积岩源岩可能为下伏的太古宙TTG片麻岩基底。这一结论得到了最近对孔兹岩系进行的地球化学组成研究的支持。该研究表明, 榴线英岩具有与 PAAS(澳大利亚后太古宙页岩)接近的微量元素组成, 同时还具有高CIW(古风化强度参数)值, 暗示其源区可能经历了相对强烈的化学风化作用(严溶等, 2006)。孔兹岩系的年代学和同位素地球化学特征暗示崆岭杂岩中太古代(～2.9 Ga)初生地壳于～2.1 Ga在地表接受剥蚀沉积, 随后遭受了区域上麻粒岩相–高角闪岩相变质作用形成以榴线英岩为典型岩石类型的孔兹岩系。

4.3 崆岭杂岩孔兹岩系对扬子克拉通古元古代构造演化的指示意义

华南陆块在前寒武纪超大陆重建中的位置长期以来都是国内外研究热点(Qiu et al., 2011; Cawood et al., 2013)。就现有研究成果来看, 国际上对古元古代–中元古代Columbia超大陆和中元古代–新元古代Rodinia超大陆的演化历史了解相对较为系统(Li et al., 2008; Cawood et al., 2013)。对华南陆块而言, 目前研究多集中于华南陆块广泛发育的中元古代末–新元古代早期构造–岩浆活动, 尽管存在争议, 但大多数研究者承认华南陆块是 Rodinia超大陆中的重要组成部分, 而这些中–新元古代构造岩浆作用则是其在 Rodinia超大陆演化过程中的响应(Li et al., 2008; 张春红等, 2009; Qiu et al., 2011; 邱啸飞等, 2013)。与之相比, 对华南陆块在Columbia超大陆演化中所扮演角色的理解则显得相对有限, 主要集中在两个方面: (1) 华南陆块是否是 Columbia超大陆的组成部分; (2) Columbia超大陆重建方案中华南陆块的位置。造成这些问题的原因很大部分是由于缺乏对古–中元古代与造山作用有关的构造–变质–岩浆作用的识别。

近年来随着研究工作的不断深入, 扬子克拉通崆岭杂岩陆续出现古元古代变质–岩浆作用的报道(Ling et al., 2001; Zhang et al., 2006a; Wu et al., 2009; Yin et al., 2013)。如Zhang et al. (2006a)在两件变泥质岩样品中分别获得了1948±46 Ma和1979±22 Ma的变质锆石U-Pb同位素年龄; Wu et al. (2009)在两件变沉积岩样品中获得了 2010±13 Ma的变质年龄等。该期变质事件在崆岭杂岩变质结晶基底岩石中也存在同样记录(Zhang et al., 2006b; Chen et al., 2013; 魏君奇和景明明, 2013; 作者未发表数据)。魏君奇和景明明(2013)对崆岭杂岩中角闪岩类进行了年代学和地球化学研究, 在其变质新生锆石中获得了 2043 Ma的上交点年龄, 指示扬子陆核存在2.1～1.9 Ga的角闪岩相热变质事件, 该期热变质作用将松散的陆源碎屑岩等变质为孔兹岩系, 构成古元古代结晶基底。此外, Yin et al. (2013)对崆岭地区基性麻粒岩、榴线英岩以及大理岩中变质锆石分别进行了 U-Pb同位素年代学研究, 均获得了～2.0 Ga的变质年龄, 该文同时还在崆岭杂岩中识别出一套侵位于2002±9 Ma的含石榴子石S型花岗岩, 认为其为地壳物质在同碰撞阶段部分熔融的产物, 并将崆岭地区高压麻粒岩相变质作用的时间限定为2003±2 Ma。本研究在崆岭杂岩孔兹岩中获得的Sm-Nd等时线年龄为2078±31 Ma, 结合区域上已发表的锆石U-Pb年代学数据, 可对扬子陆核古元古代构造热事件的时限进行进一步约束。

基于岩相学和锆石年代学等研究, 部分研究者提出崆岭杂岩在古元古代可能经历了峰期条件为高压麻粒岩相的变质作用及随后的角闪岩相退变质过程, 显示出顺时针的P-T-t轨迹, 暗示区域上可能存在古元古代弧陆碰撞或陆陆碰撞造山作用(Zhang et al., 2006a; Wu et al., 2009; Yin et al., 2013)。

孔兹岩系的形成常与碰撞造山带相联系, 可能代表了不同陆块之间碰撞拼合相关的变质记录。例如华北克拉通西部陆块南部鄂尔多斯陆块和北部阴山陆块之间的古元古代孔兹岩系被认为与两陆块碰撞拼合有关(Zhao et al., 2005; Wan et al., 2006); 中国东北地区晚泛非期(～500 Ma)长度超过1300 km的孔兹岩则被认为与中国东北微陆块群(包括额尔古纳、兴安、松辽以及佳木斯–兴凯地块)汇聚拼合组成统一中国东北块体过程有关(Zhou and Wilde, 2013); 塔里木克拉通库尔勒杂岩中孔兹岩系也同样与古元古代碰撞造山事件相联系(Ge et al., 2013)。此外, 基于独居石 Th-U-Pb年龄, 印度南部麻粒岩地体中孔兹岩系所经历的高压变质作用被看作是冈瓦纳大陆最终拼合的产物(Santosh et al., 2006)。崆岭杂岩古元古代变质–岩浆岩石组合包括同碰撞壳源花岗岩、基性麻粒岩, 富铝副片麻岩、钙硅酸岩以及大理岩, 这一岩石组合与上述这些世界范围内碰撞造山构造环境下形成的孔兹岩系岩石组合相似(Santosh et al., 2007), 这进一步为扬子克拉通存在古元古代碰撞作用提供佐证。孔兹岩系的古元古代变质作用同时伴随着混合岩化和壳源花岗岩的形成,表明在可能的碰撞过程中, 孔兹岩系的原岩发生强烈变形, 地壳加厚, 在高压变质作用条件下形成石榴子石, 同时局部发生地壳部分熔融, 形成 S型花岗岩。本文进行的Sm-Nd同位素定年结果进一步表明, 扬子陆核这一碰撞过程可能始于～2078 Ma, 结合前人对崆岭杂岩变质表壳岩系开展的年代学工作,认为扬子克拉通核部地区古元古代碰撞造山事件的时限为2.08～1.94 Ga。

综上所述, 本文提出有关扬子陆核古元古代构造演化的初步设想: (1) 2.13～2.08 Ga, 崆岭杂岩基底抬升遭受相对强烈的风化剥蚀作用, 在其边缘沉积一套泥质碎屑岩, 覆盖于太古宙结晶基底之上; (2) 2.08～ 1.94 Ga, 区域上发生岛弧俯冲–弧陆碰撞–陆陆碰撞过程, 导致整个扬子陆核区发生麻粒岩相变质作用并同时发生普遍的混合岩化和局部同碰撞壳源花岗岩侵位; (3) ～1.85 Ga, 以圈椅埫花岗岩为代表的后碰撞A型花岗岩以及大量基性岩墙侵位(Peng et al., 2009; Zhang et al., 2011), 标志着区域上由碰撞挤压转为后碰撞拉张阶段, 造山过程结束, 扬子陆核进入暂时的相对稳定时期。这一过程与全球范围内2.1～1.8 Ga的碰撞造山–裂解事件时间上具有一致性,这些事件被普遍认为与古元古代 Columbia超大陆的聚合和裂解过程相关。例如在华北克拉通1.95～1.85 Ga的中央造山带及出露的孔兹岩系可能代表了其东、西陆块的拼合(Zhao et al., 2004); 南美、西非克拉通块体于2.1～2.0 Ga沿着Transamazonian和Eburnean造山带拼合到一起(Alkmim and Marshak, 1998); 而在南非, 卡普瓦尔和津巴布韦块体沿～2.0 Ga Limpopo造山带聚合(Kröner et al., 1999); 在西澳大利亚, Yilgarn和Pilbara陆块沿着2.0～1.9 Ga Capricorn造山带汇聚(Zhao et al., 2002)以及北美的Trans-Hudson造山带等(Zhao et al., 2004)。因此扬子陆核可能是Columbia超大陆的重要组成部分之一。

5 结 论

(1) 崆岭杂岩孔兹岩系中最典型岩石类型榴线英岩进行了同位素稀释法(ID-TIMS)矿物–全岩Sm-Nd等时线测年结果表明, 榴线英岩的形成年龄为2078±31 Ma(n=14, MSWD=1.4), 该年龄应代表了榴线英岩中石榴子石的形成年龄, 时间略早于岩石中变质锆石的结晶。

(2) 榴线英岩全岩样品Nd同位素组成相对均一,表明大多数样品形成于封闭体系, 样品 Nd同位素两阶段模式年龄介于 2.91～2.70 Ga之间变化, 结合前人报道的孔兹岩地球化学数据, 说明原岩沉积物主要来自下伏的古老地壳物质, 且其源区存在中太古代的初生地壳增长。

(3) 结合区域上已有的碎屑锆石U-Pb年代学数据, 推测崆岭杂岩孔兹岩系沉积于2.13～2.08 Ga, 且经历了2.08～1.94 Ga的高压麻粒岩相变质作用, 可能与碰撞造山事件有关, 暗示扬子陆核可能是古元古代Columbia超大陆的重要组成部分。

致谢： 本文初稿承蒙西北大学魏君奇教授和另一位匿名审稿人详细审阅并提出宝贵的修改意见, 在此深表谢意。

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Geochronology of the Khondalite Series in the Kongling Complex, Yangtze Craton and its Geological Implication

QIU Xiaofei1, 2, YANG Hongmei1, 2, LU Shansong1, 2, ZHANG Liguo1, 2, DUAN Ruichun1, 2and DU Guomin1
(1. Isotope Geochemistry Laboratory, Wuhan Center of China Geological Survey, Wuhan 430205, Hubei, China; 2. Research Center of Granitic Diagenesis and Mineralization, China Geological Survey, Wuhan 430205, Hubei, China)

A series of khondalite characterized by graphite and Al-rich minerals is exposed in the Kongling Complex, overlying the Archean metamorphic crystal basement. In this study, ID-TIMS mineral-whole rock Sm-Nd isochron dating is carried out for the samples of garnet-sillimanite-quartzite in the khondalite-series. The result shows that the garnet-sillimanite-quartzite was formed at 2078±31 Ma. The Nd isotopic compositions of garnet-sillimanite-quartzite are relatively homogeneous with the εNd(t) value ranges from -4.9 to -2.3, corresponding to the two-stage model age of 2.91–2.70 Ga, indicative of a closed system. Combined with previous zircon U-Pb ages and geochemical results, we can infer that the khondalite-series in the Kongling Complex was formed in 2.13–2.08 Ga, and the provenance of the sediments was mainly the underlying ancient crustal material characterized by juvenile crustal growth in the Mesoarchean. The Paleoproterozoic high pressure granulite-facies metamorphism recognized in the interior of the Yangtze Craton, might be related to the Paleoproterozoic collisional orogen during 2.08–1.94 Ga, which is consistent with the worldwide contemporary orogeny, implying that it may have been an important component in the Paleoprotorozoic Columbia supercontinent.

Yangtze Craton; Kongling Complex; khondalites; Sm-Nd isochron; ID-TIMS

P597

A

1001-1552(2016)03-0549-010

2013-12-29; 改回日期: 2014-04-16
项目资助: 国家自然科学基金青年基金项目(41303026)、中国地质调查局地质调查项目(1212011121102、1212011220512)和中国地质调查局百名青年地质英才培养计划联合资助。

邱啸飞(1985–), 男, 副研究员, 从事同位素地球化学及岩石地球化学研究工作。Email: qiuxiaofei@geochemist.cn