桂东地区鹰扬关构造混杂岩40Ar/39Ar年龄及其构造意义

王令占，田 洋,2*，李 响，涂 兵，谭娟娟，谢国刚，张宗言，张楗钰

(1.中国地质调查局武汉地质调查中心(中南地质科技创新中心)，湖北 武汉 430205；2.中国地质大学(武汉)地球科学学院，湖北 武汉 430074)

0 引 言

鹰扬关构造混杂岩出露于湘粤桂三省(区)交界处，大地构造位置位于扬子陆块与华夏地块结合带西南段，其保留了丰富的构造演化信息，是研究扬子陆块与华夏地块拼合造山过程及相互关系的重要窗口。前人多将鹰扬关混杂岩作为有序地层进行研究，认为其为一套有序的火山-沉积岩建造[1-3]。覃小锋等研究认为原鹰扬关群为一套构造混杂岩系[4-5]。王令占等通过开展原鹰扬关群物质组成、构造变形特征及变质火山碎屑岩锆石U-Pb年代学研究[6]，认为其为一套由新元古代不同环境的岩石经历构造混杂作用形成的构造混杂岩，混杂作用发生在晋宁期，根据野外变形特征及各期变形的叠加改造关系，于混杂岩中识别出5期构造变形，并建立了5期构造的相对变形序列。目前关于鹰扬关构造混杂岩的形成时代存在新元古代(约820 Ma)[7-8]与早古生代(约415 Ma)[4-5]两种不同观点；其大地构造背景存在伸展背景下裂谷环境[7,9-15]与挤压背景下岛弧-弧后环境[5]两种不同的认识。

前人对鹰扬关构造混杂岩形成时代的研究多是通过对作为岩块的变质火山岩进行锆石U-Pb定年，但对组成其基质部分的千枚岩和片岩缺乏年代学方面的研究，已建立的构造变形序列仅为相对变形序列，并无构造变形年龄约束，对区域构造过程的探讨和对比支撑尚显不足。本文基于桂东鹰扬关地区1∶50 000区域地质调查成果，以鹰扬关构造混杂岩变质沉积岩和变质火山碎屑岩为研究对象，利用绢云母及白云母矿物开展40Ar/39Ar年代学研究，以期为鹰扬关构造混杂岩变质变形过程提供准确时间约束。

1 区域地质概况

鹰扬关地区出露青白口系、南华系、震旦系、寒武系、泥盆系、白垩系、第四系及志留纪、侏罗纪、白垩纪花岗岩(图1)。其中青白口系与上覆地层呈角度不整合(或断层)接触[16]，二者在岩性、变质变形程度等方面差别明显，泥盆系与下伏寒武系呈角度不整合接触，白垩系与下伏地层呈角度不整合接触。岩浆岩为早志留世花岗闪长岩、石英闪长岩，顶志留世二长花岗岩，晚侏罗世二长花岗岩。青白口系、南华系与志留纪花岗岩接触部位均发生角岩化。该地区构造运动强烈，构造变形复杂，褶皱、断裂发育，梧州—鹰扬关断裂带自中部穿过，本区经历了晋宁运动、加里东运动、海西—印支运动、燕山运动及喜马拉雅运动等多期构造运动。

鹰扬关构造混杂岩由基质与岩块组成，二者混杂产出。基质普遍含凝灰质(变质为绢云母、绿泥石、绿帘石等)，包括绢云千枚岩、磁铁矿碳质绢云千枚岩、含绿帘石绢云千枚岩、绿泥石英千枚岩、绢云母白云母千枚状片岩与石英白云母片岩等，弱应变域可见变余正粒序层理、变余水平层理及鲍马序列DE段组合。岩块为变质火山角砾熔岩、变质(含火山角砾)凝灰熔岩、变质(含火山角砾)熔结凝灰岩、变质凝灰岩、变余含磁铁矿流纹岩、蛇纹石片岩、微(细)晶石英岩、白云母大理岩、透闪石大理岩、变细碧岩、变角斑岩与变石英角斑岩等。岩块呈规模不等的块体夹层状产出于基质之中(图2)，小者长、宽均不足1 m，大者可达数十米，基质与岩块之间均为断层接触，岩块之间大多被基质分隔。岩石组合整体无序，局部有序，发育大量以千枚理、片理为基础形成的紧闭-同斜褶皱，石英脉(或长英质脉)形成的无根褶皱、勾状褶皱和透镜体普遍产出，褶皱轴面和透镜体扁平面平行于主期面理，并发育一系列与主期面理近平行(倾向东)的中高角度逆冲断层，具有典型造山带地层特征。

2 岩石学特征

鹰扬关构造混杂岩变形强烈，基质岩石中变质矿物绢云母、白云母含量较多，且定向排列(或变形)显著。本次在实测构造地层剖面研究的基础上，采集了7件鹰扬关构造混杂岩变质沉积岩和变质火山碎屑岩样品进行40Ar/39Ar定年，其中千枚岩4件(样品PM009-3-1M、PM009-15-1M、PM009-26-1M、PM009-28-1M)、片岩2件(样品PM010-6-1M、PM011-20-1M)、变质熔结凝灰岩1件(样品PM009-8-1M)。部分测试样品的岩石学特征见表1、图3。

①为政和—大浦断裂,②为高阳—惠来断裂，③为江山—绍兴断裂，④为景德镇断裂，⑤为宜丰—万载断裂，⑥为安化—罗城断裂；粗线条红色断层线为区域性断层，其他红色断层线为一般断层；图件及年龄数据引自文献[6]和[17],有所修改

表1 样品岩石学特征

Tab.1 Petrological Characteristics of Samples

注:样品PM009-28-1M岩石学特征同样品PM009-26-1M；矿物组成中，百分数为所切的薄片中对应矿物的面积占比。

3 实验方法及结果分析

样品绢云母及白云母单矿物的挑选由河北省廊坊市宇恒矿岩技术服务有限公司完成，所挑选出的绢云母或白云母单矿物均为受构造热事件影响、具定向连续排列的新生矿物，纯度在98%以上。样品测试由中国地质调查局武汉地质调查中心同位素地球化学实验室完成。实验流程为：①挑选40～80目粒级的矿物样品，放入去离子水中用超声波机清洗3遍，烘干备用；②称取适量的样品，用铝箔将每个样品单独包装后，将多个样品用石英管融封，外面包裹厚1 mm的镉皮，在中国原子能科学研究院快中子反应堆照射24 h，之后冷却3个月以上；③冷却后的样品在Nu Noblesse超高真空析氩系统的Eurotherm真空钽炉中进行阶段升温融样，用含有Zr-Al泵的纯化系统纯化各阶段释放的气体；④用Nu Noblesse惰性气体质谱仪静态测定Ar同位素含量。实验结束后，用Isoplot 4.10软件[18]将各温度阶段获得的年龄及累计39Ar含量绘制年龄谱图，并用加权法计算出坪年龄，用直线拟合方法计算40Ar/39Ar初始值及等时线年龄。其中，室温下析氩系统的40Ar本底小于5.0×10-15mol；1 400 ℃时，40Ar本底小于5.0×10-14mol。在整个同位素分析过程中，用GBW04439黑云母(样品ZBH-25)和标准空气对仪器和分析流程进行监控。GBW04439黑云母的K浓度(质量分数，下同)为7.60%，40Ar浓度为1.817×10-9mol·g-1，年龄为(132.0±1.3)Ma。空气40Ar/36Ar值为295.5±4.5。通过标准计算的J值误差低于1%；36Ca校正参数为0.000 271，39Ca校正参数为0.006 520,40K校正参数为0.007 030。

本次40Ar/39Ar年代学定年，5件样品获得了坪年龄和等时线年龄(表2和图4、5)，坪年龄与正、反等时线年龄在误差范围内一致，且正、反等时线年龄40Ar/36Ar初始值与现今大气Ar标准尼尔值在误差范围内一致，表明所获坪年龄可靠，具有地质意义；两件片岩样品仅获得了等时线年龄(表2、图5)，其等时线年龄40Ar/36Ar初始值与现今大气Ar标准尼尔值在误差范围内一致，表明年龄数据可用于参考。

4 讨 论

地质样品的同位素地质年龄是指岩石矿物等地质样品在地质作用中形成之后冷却至其相应封闭温度时记录的年龄，而在构造地质学的讨论中，40Ar/39Ar年代学研究常用来反映构造热事件的冷却年龄[19-27]。本次进行40Ar/39Ar年代学研究的样品均采自鹰扬关构造混杂岩中的强变形带(片岩)或强变形带中的弱变形夹块(千枚岩、变质熔结凝灰岩)，所获得的绢云母40Ar/39Ar坪年龄与等时线年龄大体一致，年龄数据较为可靠，可代表构造热事件的冷却年龄。已有研究认为鹰扬关构造混杂岩发育5期构造变形(表3)，S1、S2代表晋宁期变形作用(D1—D2)，S3及NNE向断层左行走滑运动指示加里东期NW—NNW向挤压作用(D3)，海西—印支期及早燕山期W—NWW向挤压作用(D4)对前期构造进行了改造，NNE向断层发生右行走滑运动，晚燕山期伸展作用主要表现为正断层活动(D5)。

本次绢云母及白云母40Ar/39Ar定年，分别获得了(377.8±2.6)、(320.4±2.1)、(287.6±2.1)、(227.4±1.5)、(223.5±1.5)Ma的坪年龄以及(209±10)、(172±48)Ma的等时线年龄，表明鹰扬关构造混杂岩在晚古生代—早中生代受到多次构造热事件的改造作用。其中，样品PM009-3-1M千枚岩中微褶皱枢纽宏观上表现为皱纹线理，轴面为第三期面理(褶劈理S3)。已有研究认为该期面理形成于志留纪、泥盆纪之交的加里东晚期，对应形成泥盆系与寒武系角度不整合的广西运动(D3)。本次测试该样品中绢云母获得了(377.8±2.6)Ma的坪年龄佐证了上述认识，同时指示广西运动的结束时间可能为泥盆纪晚期[28-31]；与右行走滑运动相关的样品PM009-8-1M和与逆冲运动相关的样品PM009-15-1M中绢云母分别获得了(320.4±2.1)和(287.6±2.1)Ma的坪年龄，表明鹰扬关构造混杂岩在海西期遭受过两次构造热事件改造，其构造体制和变形特征可能与印支—燕山运动类似(D4)；具变余层理构造的千枚岩样品PM009-26-1M和PM009-28-1M中绢云母分别获得了(227.4±1.5)和(223.5±1.5)Ma的坪年龄，表明鹰扬关构造混杂岩在印支期遭受了较强的构造热事件改造(D4)，对应晚三叠世—早侏罗世与下伏地层间的印支期角度不整合面；受过构造热事件强烈改造的强变形带中片岩样品PM011-20-1M和PM010-6-1M中白云母等时线年龄分别为(209±10)和(172±48)Ma，指示了晚印支期和早燕山期构造热事件，白垩系与下伏地层的角度不整合接触则为早燕山期构造事件的沉积响应。

表2 样品40Ar/39Ar年代学分析结果

注：MSWD值为平均标准权重偏差。

表3 鹰扬关构造混杂岩构造变形序列

图4 绢云母40Ar/39Ar坪年龄和等时线年龄

图5 绢云母及白云母40Ar/39Ar坪年龄和等时线年龄

需要指出的是，研究区青白口系与南华系呈角度不整合接触、志留纪花岗岩与青白口系和南华系均呈侵入接触等基本地质事实，指示鹰扬关构造混杂岩混杂时间为晋宁期。本次年代学测试并未获得晋宁期构造热事件年龄值。笔者认为可能是由于本次所采集样品均遭受了后期构造热事件的改造。

本次研究获得的40Ar/39Ar年龄数据所反映的构造热事件在鹰扬关—云开地区甚至整个华南地区是普遍存在的(表4)。关于这些年龄数据在时间和空间上的分布规律，Wang 等研究指出，已有的关于华夏地块和扬子陆块东缘加里东期和印支期构造形迹的年代学数据(包括花岗岩锆石U-Pb年龄和同构造矿物变质变形年龄)在空间上并未显示出明显的变化规律[17]。这两期造山事件中花岗质岩浆活动、区域变质作用和构造变形大致是同时发生的，并且空间上互相重叠，可能指示两期造山事件具有类似的地球动力学背景。

表4 鹰扬关—云开地区及外围断裂带构造变形年龄统计结果

续表4

5 结 语

(1)桂东地区鹰扬关构造混杂岩中千枚岩与变质熔结凝灰岩的绢云母40Ar/39Ar坪年龄分别为(377.8±2.6)、(320.4±2.1)、(287.6±2.1)、(227.4±1.5)和(223.5±1.5)Ma，指示鹰扬关构造混杂岩从晚古生代至早中生代经历过4次构造热事件改造；白云母片岩中白云母等时线年龄分别为(209±10)和(172±48)Ma，指示鹰扬关构造混杂岩在晚印支期和早燕山期再次经历构造热事件改造。

(2)鹰扬关构造混杂岩加里东晚期至早燕山期多期构造热事件年代学数据的获得，佐证了对混杂岩构造变形序列的认识，为区域构造过程的探讨和对比提供了精准的年代学约束，为理解扬子陆块与华夏地块拼合带的构造热演化提供了新的信息，有助于加强华南地区晚古生代至早中生代构造热事件的区域对比。

野外工作中得到了中国地质大学(武汉)张克信教授、湖南省地质调查院柏道远研究员、中国地质调查局武汉地质调查中心魏运许教授级高工的指导，薄片鉴定由南京大学黄志诚教授完成，在此一并表示衷心感谢。