海南岛东南部吊罗山地区中深变质岩锆石U-Pb定年及其地质意义

李孙雄， 魏昌欣， 汪焰华， 胡在龙， 陈方颖

（海南省地质调查院， 海南 海口 570206）

海南岛东南部吊罗山地区中深变质岩锆石U-Pb定年及其地质意义

李孙雄， 魏昌欣， 汪焰华， 胡在龙， 陈方颖

（海南省地质调查院， 海南 海口 570206）

海南吊罗山地区中深变质岩由变粒岩、二长片麻岩、斜长片麻岩、黑云母麻粒岩等组成， 呈孤岛状产于二叠纪花岗岩中。以往根据岩石对比， 把它归属为中元古界抱板群。本次研究利用激光剥蚀等离子体质谱（LA-ICP-MS）技术对岩田南部吊罗山地区的变质岩体进行了锆石U-Pb 定年， 在片麻岩和变粒岩中分别获得了255±9 Ma和247±8 Ma的峰期变质年龄， 表明该类岩石变质作用发生于晚二叠世-早三叠世交界之际， 而不是以往所认为的中元古代。这一新发现为深入研究海南岛海西-印支期造山运动及其变质作用具有重要的地质意义。

中深变质岩； 锆石U-Pb年龄； 吊罗山； 海南

0 引 言

海南岛东南部吊罗山地区， 位于中元古代上安混合岩田的南侧部分（马大铨等， 1998）。该地区发育一套由麻粒岩、变粒岩、片麻岩等组成的中深变质岩， 呈“孤岛状”零星产出于吊罗山林场、太平农场等地的二叠纪花岗岩中（图1）。以往工作中对上安混合岩田变质岩体的地质学、年代学和成因方面的研究都很薄弱， 从而限制了对海南岛地质演化的深入理解和大地构造单元的划分。最近， 从岩石地层角度，认为混合岩田南部吊罗山地区出露的中深变质岩与海南岛抱板群岩石组合特征相似， 把它归入抱板群，时代为中元古代（云平等， 2010）。然而， 基于上安混合岩田北部琼中长征地区的混合岩中钾长石 Pb同位素组成特征与该区海西-印支期花岗岩相一致，而与元古宙花岗岩以及乐东冲卒岭地区的元古宙混合岩不同， 认为琼中地区混合岩可能形成于海西-印支期（谢才富等， 2004）。这种认识暗示所谓的中元古代上安混合岩田的其他部分也可能具有相同的时代归属。

本次研究利用激光剥蚀等离子体质谱（LA-ICPMS）技术对岩田南部吊罗山地区的变质岩体进行了锆石 U-Pb 定年， 并结合前人的研究资料， 对新年代学数据的地质意义进行了探讨。研究表明， 以前所认为的中元古代上安混合岩田中深变质岩变质作用发生于晚二叠世-早三叠世， 其形成背景可能与海南岛海西-印支造山运动密切相关。因此， 以往把海南岛出露的中深变质岩全部归为中元古代抱板群的做法并不妥当， 今后有必要对这些岩石进行更广泛的高精度地质年代学研究， 进一步厘清海南抱板群岩石和海西-印支期中深变质岩的年代学格架及其空间分布规律。

1　地质概况

吊罗山地区位于海南岛东南部吊罗山-太平农场一带。区内出露的岩石包括中二叠世中粒巨斑状角闪黑云二长花岗岩、白垩纪粗中粒（含斑）黑云母正长花岗岩以及少量中深变质岩（图1）。中二叠世花岗岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为259～264 Ma（云平等， 2010）， 主要分布在研究区的南部和北部， 被北东向韧性剪切带和东西向、北西向、北东向脆性断裂所切割。早白垩世花岗岩则仅在研究区西南角有小面积出露， 而晚白垩世侵位的花岗岩则大面积分布于研究区的中部地带， 其 LA-ICP-MS锆石 U-Pb年龄为96 Ma（云平等， 2010）。中深变质岩则呈孤岛状分布于吊罗山及太平农场附近的二叠纪花岗岩中，由于浮土掩盖， 两者之间的接触关系并不清楚。研究区北部太平农场以北 2 km所出露的变质岩体面积最大（约 0.34 km2）， 自下而上总体为斜长片麻岩（局部出现黑云母麻粒岩）→二长变粒岩（局部夹二长片麻岩）， 显示出岩石组成和结构上的渐变关系。吊罗山林业局南侧（图 1地质观测点 D1294）所出露的变质岩体多呈残块状分布， 总面积约 50 m×100 m，岩石类型为斜长片麻岩和变粒岩。

变质岩石主要变质矿物组合有： 钾长石+斜长石+石英+透辉石±普通角闪石、黑云母+斜长石+石英±普通角闪石， 局部出现钾长石+斜长石+石英+黑云母+紫苏辉石+石榴石， 与戈枕村组角闪岩相-麻粒岩相变质矿物组合一致（马大铨等， 1998； 谢才富等， 2004）。

2　样品及其分析方法

本文对采自吊罗山林业局南面（D1294； GPS坐标为 18°39'14″N/1093°55'59″E）的两个高角闪岩相-近麻粒岩相变质岩样品（辉石变粒岩和黑云斜长片麻岩）分别进行了锆石年代学研究（图 1）。由于两类岩石均以残块状产出， 辉石变粒岩与位于其北侧的斜长片麻岩未直接接触， 地质关系不明确。

图1　吊罗山地区地质简图Fig.1 Simplified geologic map of the Diaoluoshan area

黑云斜长片麻岩样品（编号 D1294-7）为鳞片粒状变晶结构， 片麻状构造， 主要组成矿物为石英（30%）、斜长石（45%）、黑云母（20%）及少量钾长石和角闪石； 副矿物有磷灰石（1%）、磁铁矿（2%）。石英不规则粒状， 粒度不等， 多数为0.4 mm， 极少数0.6 mm× 1.8 mm。斜长石不规则粒状， 粒度0.4～0.5 mm， 强烈绢云母化。黑云母不规则片状， 粒度0.07～0.27 mm，呈条带状在岩石中不连续定向分布（图2a）。

辉石变粒岩样品（编号 D1294-9）为中细粒粒状变晶结构， 块状构造， 主要矿物成分为石英（30%）、微斜长石（40%）、斜长石（3%）、普通辉石+透辉石（20%）、普通角闪石（3%）； 副矿物有榍石、褐帘石、磷灰石、磁铁矿等， 含量约3%。透辉石变斑晶中包裹有少量石英包裹体， 构成嵌状变晶结构（图2b）。普通辉石浅绿色， 多色性极弱， 多为不规则粒状， 少数为半自形柱状， 见辉石式解理， 粒度多为0.2～1.0 mm；角闪石呈淡黄绿-墨绿色， 不规则粒状， 见角闪石解理， 粒度与辉石相近。基质中石英为不规则粒状， 颗粒紧密镶嵌状， 变质重结晶特征明显， 粒度一般小于0.2 mm； 微斜长石多为不规则粒状、板状， 粒度不等， 大者2 mm×3.2 mm， 常见格子双晶。

两个样品各重约 3 kg， 从其中经人工重砂方法分离出锆石晶体， 在双目镜下进行挑纯， 获取晶形较完好、裂纹较少、纯净透明的颗粒用于制靶。随后， 将锆石颗粒镶嵌在环氧树脂圆盘内， 等树脂固结后抛光至约锆石中心部位暴露。分析前， 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的扫描电子显微镜上获取锆石颗粒的阴极发光（CL）图像， 根据 CL 图像以及显微镜下的透射光和反射光图像， 选取U-Pb 定年同位素分析点的位置。

锆石样品的 U-Pb同位素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的LA-ICP-MS上完成， 实验采用的 ICP-MS为美国Aglient公司生产的 Aglient7500a， 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ComPex102ArF准分子激光器（波长193 nm）与MicroLas公司的光学系统组成。激光剥蚀斑束直径为30 μm， 激光剥蚀样品的深度为20～40 μm。实验中采用He作为剥蚀物质的载气， 用美国国家标准技术研究院研制的人工合成硅酸盐玻璃标准参考物质 NIST SRM610进行仪器最佳化， 采样方式为单点剥蚀。数据采集选用一个质量峰一点的跳峰方式， 每完成 6个待测样品， 插入测标样2次。在所测锆石样品18个点次前后各测2次NIST SRM610。锆石年龄采用标准锆石91500作为外部标准物质。元素含量采用NIST SRM610作为外标。由于 SiO2在锆石中的含量较恒定， 选择29Si作为内标来消除激光能量在点分析过程中以及分析点之间的漂移， 对于大多数元素单点分析的相对标准偏差为 5%～15%。采用 Glitter（ver40， Macquarie University）程序对锆石的同位素比值及元素含量进行计算。并按照Andersen Tom的方法， 用LAM-ICP-MS Common Lead Correction （ver3.15）对其进行普通铅校正。年龄计算及谐和图采用Isoplot （ver3.0）完成。

图2　吊罗山地区变质岩的显微照片Fig.2 Microphotos of the metamorphic rocks in the Diaoluoshan area

3　年代学研究结果

黑云斜长片麻岩 D1294-7和辉石变粒岩D1294-9的同位素分析结果列于表1， 表中各种同位素比值及年龄误差均为1σ。由于本文所测定的变质岩形成于二叠纪， 而在锆石LA-ICP-MS 定年中， 年轻或 U-Pb 含量低的样品， 其207Pb/235U 以及207Pb/206Pb 比值精度较差（袁洪林等， 2003）。因此，本文采用206Pb/238U 年龄结果并对其进行加权平均值计算。

3.1锆石阴极发光（CL）图像特征

黑云斜长片麻岩和辉石变粒岩样品中的锆石显现出相似的形态和结构特征（图 3）。锆石颗粒长90～215 μm， 长宽比一般在2∶1～4∶1之间。晶体形态以柱状为主， 同时混杂有少量圆化和不规则的锆石。CL图像揭示， 锆石内部结构较为复杂， 呈弱的面状或扇形分带， 或呈明暗不均的斑杂状， 可能是锆石在变质过程中固态结晶速率不同造成的， 反映出变质锆石的特点（Mezger and Krogstad， 1997； 吴元保和郑永飞， 2004）。锆石变质增生边（边部的白色亮边）通常很窄甚至缺失， 说明锆石主体形成之后存在一期很弱的构造热事件或退变质作用的叠加， 然而， 不管变质增生边缺失与否， 两个定年样品中锆石的晶棱已变得相对圆滑， 显得并不那么锋锐、清晰， 表明所研究锆石的主体很可能不是岩浆锆石而应该是变质锆石（李长民， 2009）。某些锆石内部含有清晰的继承核（如D1294-7中颗粒3）， 核部可能为岩浆锆石， 边部为变质锆石。

3.2锆石LA-ICP-MS测试结果

本次研究对黑云斜长片麻岩样品D1294-7中的21 粒锆石进行了 22次点分析， 其中包括对 3个继承核的分析（表 1）。锆石的 Th/U比值变化较大（0.04～0.89）， 但除颗粒16的Th/U比小于0.1外， 其余Th/U比均大于0.1。3个继承核的分析点（点3.1、12.1、15.1）落在谐和线之上或其附近（图4a）， 其表面年龄分别为490±6 Ma、288±2 Ma、300±2 Ma。分析点14.1产生的206Pb/238U表面年龄为208±2 Ma， 明显低于其他锆石， 由于该数据点有些偏离谐和线，可能是部分Pb丢失所致。其他18个分析点的数据分布在谐和线附近或者向右侧水平地偏离谐和线，这种线状分布不同于发生过铅丢失的锆石的分布形式（Mezger and Krogstad， 1997； Connelly， 2001）， 并不能说明锆石U/Pb体系中有明显的U或Pb的加入或丢失。这种U/Pb数据的分布形式很可能是与207Pb难以测准有关（袁洪林等， 2003）， 对206Pb/238U的比值和有关年龄影响不大， 据此计算出206Pb/238U加权平均年龄为255±9 Ma（MSWD=25， 1σ）。

辉石变粒岩样品D1294-9共分析了24 颗锆石，获得 24个数据点（表 1）。结果表明， 所有数据点的Th/U 比值均大于 0.1， 且整体变化相对较小（0.29～0.8）。样品的表面年龄变化于235～283 Ma之间， 除5.1、7.1、9.1、10.1、11.1、16.1和18.1这7个分析点外， 其余17个数据点都落在谐和线之上或非常靠近谐和线（图4b）。虽然这17个分析点的年龄在误差范围内并不完全一致， 但它们连续分布在240～270 Ma的狭窄范围内， 所给出的206Pb/238U加权平均年龄为247±8 Ma（MSWD=1.6， 1σ）。

图3　样品锆石阴极发光图Fig.3 Cathodoluminescence images of zircon grains from samples D1294-7 and D1294-9

3.3年龄资料的解释

在黑云斜长片麻岩（D1294-7）和辉石变粒岩（D1294-9）样品中， 无论是锆石的变质/重结晶区域，抑或是原生锆石的残留区域（残留核）， 其Th/U比值普遍较高（＞ 0.1）。虽然一般地说， 具有韵律环带和高的 Th/U比值（一般＞0.4）是岩浆成因锆石的特征， 而无环带或弱环带和低的Th/U比值（一般＜0.1）是变质成因锆石的特征（Rubatto， 2002； Hoskin and Schaltegger，2003； 陈道公等， 2005）。但近些年的研究表明， 锆石的成因并不能简单地用Th/U比值来加以限定， 如胶东栖霞地区高角闪岩相-麻粒岩相变质闪长岩锆石的Th/U比值即＞ 0.1（万渝生等， 2011）。甚至认为高Th/U值也是高级变质锆石的一个组成特征（万渝生等， 2011）。由于吊罗山地区原生锆石残留区域（残留核）的 Th/U值较高， 而锆石变质增生边又通常很窄甚至缺失， 因此， 可以认为变质锆石较高的Th/U值是部分继承了母岩锆石特征的缘故。形成于高级变质作用的锆石 Th/U值高， 主要原因是高级变质作用条件下独居石和帘石等富 Th 副矿物不稳定而发生分解； 另一种可能是高级变质作用使流体从岩石体系向外带出， 而 U 相对于 Th 更易进入流体相（万渝生等， 2011）。综合考虑锆石的阴极发光特征及其Th/U比值特征， 可以认为本次研究所选择的分析点位基本上对应着已（完全或部分）变质的锆石成分域。

样品D1294-7中， 3个继承核的分析点（点3.1、12.1、15.1）分散落在谐和线之上或其附近（表 1、图4a）， 分别对应于（前？）加里东（490 Ma）和海西构造期的年龄（288 Ma和300 Ma）， 暗示了变质岩原岩来源的复杂性（可能为沉积岩）。该样品中有18个分析点分布在谐和线附近并向右侧水平偏离谐和线， 这主要与207Pb难以测准和微量普通铅存在有关， 它们给出了对应于晚二叠世的206Pb/238U加权平均年龄（255±9 Ma， MSWD=25， 1σ）， 可以代表黑云斜长片麻岩峰期变质年龄的有效估计。分析点14.1产生了明显低于其他锆石的不谐和表面年龄（208 Ma， 时代上对应于晚三叠世）， 表明样品可能经历了至少一期放射成因Pb 的丢失。然而， 由于本次工作仅获得一个这样明显偏低的表面年龄， 以及由于锆石变质增生边通常很窄甚至缺失， 所以即便发生过晚期变质作用或构造热事件， 它（们）对晚二叠世已受到强烈变质作用影响的岩石的改造程度也并不强烈。

样品D1294-9中， 有17个数据点都落在谐和线之上或非常靠近谐和线， 近乎连续地分布在 240～270 Ma的年龄范围内（表1、图4b）， 这些分析点的年龄在误差范围内并不完全一致。然而， 考虑到240～270 Ma的年龄范围较窄， 且并未分成明显的几群， 说明所研究的锆石部位很可能是单一成因或者主要是在一次变质事件中所形成的， 因此， 这17个分析点所给出的加权平均年龄（247±8 Ma， MSWD=1.6，1σ）可视为辉石变粒岩的峰期变质年龄。该年龄地质年代上对应于早三叠世， 在误差范围内与上述黑云斜长片麻岩峰期变质年龄相一致。

图4　锆石LA-ICP-MS年龄谐和图Fig.4 U-Pb concordia diagram for zircon grains from the metamorphic rocks

4　讨论和结论

4.1海西-印支期变质作用特征

二叠纪末期， 海南岛邻区的武夷-云开-十万大山-越南中部一带产出了中高温-超高温变质岩（陈多福等， 1998； Carter et al.， 2001； 向华等， 2008； 赵亮等， 2010）， 在Song Ma缝合带还发现了可能属二叠-三叠纪的高压麻粒岩（Nakano et al.， 2008）， 而位于武夷-云开-十万大山-越南中部一线地区转折部位的海南岛是否有同时期中深变质岩分布， 一直以来是一个谜团。

本次地质年代学的研究结果表明， 上安混合岩田南部吊罗山地区变质岩体峰期变质作用的时间为247～255 Ma， 在晚二叠世-早三叠世， 其后可能受到过晚期构造热事件或变质作用的叠加， 但这些事件对先期形成的变质岩体的改造作用并不强烈。与吊罗山地区二叠纪岩体的侵位年龄（255～258 Ma）相比较， 该地区中高级变质作用的时间大致同时或者稍晚一些。海南省地质调查院2010～2012年在开展1∶50000番阳、五指山、乘坡、营盘村幅区调时， 在上安混合岩田北面长征-上安一带发现了由于花岗岩侵位而形成的混合岩化片麻岩， 脉体为浅色花岗岩（浅色体）， 基体为片麻岩（暗色体）， 基体和脉体同步发生了剪切褶皱变形（图5）， 所获得的基体变质增生锆石和脉体岩浆锆石 LA-ICP-MS年龄分别为258.0±3.4、254±2.4 Ma。显然， 吊罗山地区变质岩体峰期变质作用的时间与上安混合岩田北部混合岩化的时间在误差范围内一致。因此， 以前所认为的中元古代上安混合岩田中深变质岩实际上可能在晚二叠世-早三叠世形成， 海南岛海西-印支期不仅存在低绿片岩相变质， 也存在高角闪岩相-近麻粒岩相的中深变质作用。这一新发现对下步开展海南岛海西-印支期变质作用和区域构造研究具有重要的地质意义。

图5　混合岩化片麻岩野外露头Fig.5 Field crop of the migmatized gneiss

4.2海南岛中元古界结晶基底的空间分布

长期以来， 把海南岛岀露的片麻岩类、变粒岩类岩石笼统地归属为中元古界抱板群。尤其是北东向白沙构造带以东的琼中长征、屯昌黄竹岭等地岀露的中深变质岩， 在缺乏年代学资料的前提下， 通过岩石划分对比， 全部归属为中元古界抱板群， 进一步提出海南岛具有统一的结晶基底组成的认识（马大铨等， 1998）。然而， 本次研究表明上安混合岩田中深变质岩实质上应该在晚二叠世-早三叠世形成， 并不支持上述认识。因此， 今后有必要对海南岛中元古界结晶基底分布及中元古代构造单元划分进行更深入的系统研究。

4.3海南岛海西¯印支期造山作用特征

海南岛在现代的地图上， 正好位于特提斯构造域的东延部位， 历来被许多地学工作者所关注。学者们分别从岩石学、古生物学等不同的角度进行了研究， 对海南岛大地构造属性提出了各种不同的见解。汪啸风等（1991a， 1991b）基于具有华夏-特提斯动物区或华夏植物区特色的晚古生代中的化石组合，以及与滇西临沧岩基（或澜沧江岩带）最为相似的海西-印支期花岗岩， 认为海南岛晚古生代属于特提斯构造域范围。但海南岛造山作用的表现及其动力学背景是什么？特提斯洋东支自越南Song Ma蛇绿岩带到了香葩岛与永实岛之间后， 是否东延至海南岛等一系列问题依然有待深入研究。

谢才富等（2006）、谢才富（2007）认为福建和海南岛地区的二叠-三叠纪幔源岩石具有一定的相似性（普遍源自 EMII型富集地幔， 源区遭受过与古俯冲带有关的交代富集）， 提出了缝合带过北部湾后， 大致经云开大山北缘（广西合浦-博白-广东广宁-英德-南雄）往武夷山北西缘再至浙江绍兴， 板块碰撞拼贴（同碰撞）发生于约 290～278 Ma。李献华等（2000a，2000b）对出露于邦溪镇-晨星农场一线的古生代变质基性-超基性火山岩（Sm-Nd同位素年龄为333±12 Ma）的研究， 认为属于拉斑玄武岩， 高度亏损Th、Nb、Ta 和轻稀土， 具有非常一致的 Nd同位素组成，εNd（t）=6.64～7.06， 来源于强烈亏损的地幔， 与洋中脊玄武岩类似， 是地幔橄榄岩部分熔融的产物。据此， 提出邦溪镇-晨星农场一线很可能是古特提斯洋的最东延伸部分， 并以东西向昌江-琼海断裂带为界划分出南面的印支块体和北面的华南块体。陈新跃等（2006）从构造形变和构造年代学角度认为海南岛公爱地区北西向韧性剪切带特征与印支北部北西向韧性剪切带特征相似， 两者生成时间基本一致，主张海南岛海西-印支期属于特提斯构造域的作用背景之下。李孙雄等（2005， 2006）根据海南岛海西-印支期花岗岩演化和同期构造形迹组合特征， 认为海南岛海西-印支期造山运动具有由西往东逐渐迁移的特点。龙文国等（2007）也认为儋州南丰镇-屯昌晨星农场一带的变基性火山岩赋存层位为晚古生代深海相的浊积岩夹硅质岩， 硅质岩具有明显的Ce负异常， 属于深海环境沉积。尽管由于海南岛岩石风化强烈、露头差， 未找到放射虫化石。但结合海南岛存在早二叠世类TTG花岗岩的事实， 笔者赞同邦溪镇-晨星农场一线存在洋盆的认识。而至今依然缺乏深变质作用记录。本次获得海南岛中深变质岩峰值变质年龄为247～255 Ma， 与在越南北部和中部地区变质基底中得到的240～258 Ma变质锆石U-Pb年龄基本一致（Carter et al.， 2001）。因此， 该中深变质岩的发现， 无疑为今后深入研究海南岛海西-印支期造山运动特征、洋盆闭合及其大地构造属性提供了一个窗口， 也将为古特提斯洋的东延问题研究提供了新的资料依据。

致谢： 岩石薄片由吕嫦艳和曾广策老师负责鉴定，云平、官军、周进波等同事参与了部分野外地质调查工作， 中国科学院广州地球化学研究所杨东生博士在论文的写作过程中提供过指导， 东华理工大学谢才富教授和中国地质调查局武汉地质调查中心龙文国研究员详细审阅论文初稿并提出了建设性的修改意见， 在此一并感谢。

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LA-ICP-MS Zircon U-Pb Dating and its Geological Implications of the Middle-high Grade Metamorphic Rocks in the Diaoluoshan Area，Southeastern Hainan Island

LI Sunxiong， WEI Changxin， WANG Yanhua， HU Zailong and CHEN Fangying
（Hainan Institute of Geological Survey， Haikou 570206， Hainan， China）

The mesometamorphic rocks in the Diaoluoshan area are composed of granulite and gneiss occurring as discrete patches in the Permian granite. Based on lithological comparison， the metamorphic rocks were classified as the Mesoproterozoic Baoban Group in the previous literatures. Our LA-ICP-MS zircon U-Pb results of the granulite and gneiss yielded ages of 255±9 Ma and 247±8 Ma， respectively. The zircon U-Pb ages of the metamorphic rocks demonstrated that the metamorphism of the rocks took place in Hercynian-Indo-Chinese Epoch rather than the previously believed Mesoproterozoic Period.

mesometamorphic rock； zircon U-Pb age； Diaoluoshan； Hainan

P597

A

1001-1552（2016）04-0798-010

2013-05-06； 改回日期： 2013-11-01

项目资助： 中国地质调查局《海南省区域地质志》成果之一（1212010610713）。

李孙雄（1968-）， 男， 高级工程师， 主要从事区域地质调查研究工作。Emil： lisunxiong@163.com