粤西北怀集地区早石炭世碎屑岩锆石年代学及其地质意义

向翻，周施阳，王万虎，曹爱滨，何涛，袁雅伦

粤西北怀集地区早石炭世碎屑岩锆石年代学及其地质意义

向翻1，周施阳2，王万虎2，曹爱滨1，何涛1，袁雅伦1

（1.原武警黄金第十二支队，成都 611700；2.原武警黄金第九支队，海口 571127）

利用LA-ICP-MS分析技术，对粤西北怀集地区下石炭统测水组碎屑岩中的3件样品进行了碎屑锆石的U-Pb年代学研究，获得了丰富的地壳演化信息，并对沉积物源进行了讨论。3件样品获得有效年龄数据155个，年龄变化范围广（422～3278Ma），主要集中分布于422～530Ma（峰值442Ma）、595～836Ma（峰值794Ma）、857～1175Ma（峰值960Ma）和1256～3278Ma四个区间段。其中以峰值442Ma峰值最为突出，对应了当时加里东期岩浆活动；峰值794Ma对应全球Rodinia超大陆裂解的时间；峰值960Ma对应Grenville期造山事件；1256～3278Ma年龄段跨度大，分布广泛，3件样品中均发现有来自太古宙的锆石年龄。结合前人研究资料，通过本次工作分析表明，研究区物质来源主要是加里东期岩浆活（极有可能是研究区南侧的广宁岩体）；其次是与全球Rodinia超大陆、Grenville期造山事件关系密切的岩浆活动；极少数物源可能来自于太古宙古老的地壳。

早石炭世；碎屑锆石；物源分析

研究区位于粤西北，西距华夏地块与扬子地块拼合界线约70km（Wang Yuejun et al.，2010），南东距吴川-四会深大断裂约35km，郴州-怀集深大断裂自调查区内东部穿过。大地构造属华夏地块。

粤西北怀集地区石炭系地层出露比较广，沉积类型多样，区域内石炭系主要为局限台地相—开阔台地相及三角洲前缘-滨海相碳酸盐岩沉积，碎屑岩在测水组发育。近年来，许多学者和专家从不同角度对该地区进行了较为深入的研究，并在石炭纪地层划分、岩相古地理、沉积环境与沉积相分析等方面取得了丰富的研究成果。研究区内早石炭世由下至上分连县组、石磴子组、测水组，组与组之间为整合接触。连县组系莫柱孙、杜衡龄（1943）于广东连县一带命名的连县灰岩，吴望始等1980年修订为连县组，指一套深灰色中厚层状白云质灰岩与白云岩。含珊瑚、腕足等化石。石磴子组系田奇隽、王晓青（1932）创名于湖南湘乡县棋梓桥镇石磴子村，原名石磴子系。《广东省岩石地层》（1996）定义指整合于连县组灰岩之上、伏于测水组之下的一套碳酸盐岩。纵向上，生物碎屑逐渐增加，主要为珊瑚、双壳类和腹足类化石，燧石结核由无到有，由小到大。测水组是田奇隽（1929）在湖南双峰县梓门桥镇测水河东岸湾头剖面创建。广东省地矿局（1996）厘定该组为整合于石磴子组与梓门桥组（曲江组）之间一套以石英砂岩、粉砂岩为主的岩石。发育不规则石柱珊瑚Phillips、双曲板笛管珊瑚YohinChi等化石。岩石普遍含铁质结核，泥页岩中含黄铁矿化，含煤，层数5～10层不等，煤质较差，仅局部地段可达开采品位。

应用碎屑锆石LA-ICP-MS测试技术对碎屑岩样品进行年代学分析，是约束地层时代、示踪物源区、恢复板块历史以及还原大陆演化的一种可靠手段（董国安等，2007；曾方侣等，2020)。本文试图通过对研究区早石炭世沉积岩中碎屑锆石U-Th-Pb同位素研究，同时结合前人研究资料，探讨研究区早石炭世的物源属性。

1 地质概况

研究区石炭系出露面积广，自下而上为连县组、石磴子组、测水组，碎屑岩主要发育于测水组（图1）。测水组纵向上岩性变化较大，主要岩性为浅灰、深灰、浅黄褐、浅灰白色粉砂岩、泥质页岩、细粒石英砂岩、中细粒含砾石英砂岩、砾岩，底部常含炭质、泥晶灰岩透镜体及燧石结核，局部煤层发育。根据岩性特征，以测水组中部出现一套砾岩为标志层将测水组二分。

区域内岩浆岩十分发育，以侵入岩为主，主要出露广宁岩体（晚奥陶纪）、大宁岩体（早志留纪）和连阳岩体（白垩纪）。

区域内地质构造复杂，先后经历了加里东、海西-印支、燕山及喜马拉雅等多期构造运动。褶皱依形成时间的先后，分为加里东期、海西-印支期和燕山期，多以北东向、北北东向为主。

图1 研究区地质简图

2 样品采集

本次野外工作3件碎屑锆石样品（表1）均采取于测水组，样品一：D0160-1（经度：112°44′11″，纬度：24°09′18″）、样品二：D0161-1（经度：112°44′30″，纬度：24°09′49″）采于石潭镇北西清连高速路旁，样品三：D3630-1（经度：112°38′32″，纬度：24°09′00″）采于葛藤洞。

表1 样品岩性描述

3 样品测试分析

测年样品粉碎、锆石挑选在河北省廊坊市诚信地质服务有限公司进行，阴极发光（CL）照相工作在南京宏创地质勘查技术服务有限公司进行，最后LA-ICP-MS分析测定工作在南京大学成矿作用国家重点实验室进行。

本次工作采取的3件碎屑锆石年龄样品，利用人工重砂法分离、挑选出晶形好、具有代表性的锆石颗粒，利用环氧树脂固定制靶。抛光后，在显微镜下进行透射光、反射光照相，并进行阴极发光（CL）电子成像处理。通过电子图像，将挑选的锆石颗粒进行LA-ICP-MS锆石U-Pb定年分析工作，分析仪器为Agilent 7500a ICP-MS，并采用与仪器连接起来的New Wave 213 nm 激光取样系统。实验过程中，激光剥蚀束斑直径采用32μm，频率为8Hz。测试样品经剥蚀后，由He气充当载气，与Ar气混合后进入ICP-MS进行分析。数据采集选用澳大利亚锆石标样GEMOC GJ-1（207Pb/206Pb age of 608.5±1.5 Ma，Jackson et al.,2004）来进行U-Pb分馏校正，内标为锆石标样Mud Tank（intercept age of 732±5 Ma，Black and Gulson,1978）。在单一测试流程的起始和结尾分别测取2个GJ标样，1个MT标样和10个待测样品点，确保分析精度。获得的U–Pb同位素原始数据通过GLITTER软件（ver. 4.4）处理。详细的操作方法与Griffin et al. （2004）及Jackson et al.（2004）相似。

对于锆石年龄取值，我们采取小于1000Ma的取206Pb/238U和1σ对应的年龄，大于1000Ma的用207Pb/206Pb和1σ对应的年龄（Anderson，2007）。谐和度计算：对于年龄大于1000Ma的取100*（207Pb/206Pb年龄）/（206Pb/238U年龄）；年龄小于1000Ma的取100*（207Pb/235U年龄）/（206Pb/238U年龄）。得出的数值介于90～110之间的为谐和值，其余为不谐和值，锆石年龄谐和图、直方图采用Isoplot4.11版本的Excel模板绘制。

4 分析结果

4.1 锆石特征

在实验室透射光条件下，3件样品中锆石颗粒特征表现相似：锆石颗粒大小不一，呈长柱状、短柱状及个别椭球状，部分锆石内部发育包裹体；颗粒自形程度较好，绝大多数呈棱角状、次棱角状，少数颗粒磨圆度较好，揭示物源多数搬运距离较近，少数搬运较远；从阴极发光图像（CL）显示，锆石颗粒振荡环带明显，个别颗粒发育亮白色的增生边，说明为岩浆成因锆石，同时受后期蚀变作用影响。测得的155个谐和数据中，Th/U比值为0.117～4.762，其中四个点Th/U比值大于0.1小于0.4，其余全部大于0.4，说明测得的数据中锆石以岩浆成因为主（Belousova et al，2002）。

4.2 锆石U-Pb年龄

本次测试3件样品共完成测点158个，谐和数据155个（表2）。

（1）样品0160-1。样品0160-1测得锆石年龄共有数据60个，其中两个（不参与年龄统计）谐和度小于90%，其他均大于90%。58个谐和年龄中，最早年龄2800±21Ma（新太古代），最晚年龄422±6Ma（志留纪），按照谐和年龄的分布特征可以分成多组（图2）。422～503Ma（奥陶纪-志留纪）锆石年龄段共有33个，占56%，峰值为441±6Ma。595～1118Ma（中元古晚期-新元古早期）锆石年龄共有21个，占36%，峰值为802.5±13Ma。1810-2800Ma锆石年龄（新太古代-古元古代）共有4个数据，分别为1810±19Ma、2633±43Ma、2705±21Ma、2800±15Ma。

（2）样品0161-1。样品0161-1测得36个锆石年龄数据，谐和度较高均大于90%。其中，最早年龄2710±12Ma（新太古代），最晚年龄428±6Ma（志留纪），按照谐和年龄的分布特征可分为多组（图2）。428～476Ma（奥陶纪-志留纪）锆石年龄段共有数据15个，占42%，峰值为442.4±6Ma。604～1174Ma（中元古代-新元古代）锆石年龄段有数据14个，占39%，峰值为795.2±14Ma（晋宁阶段末期）。1256～2495Ma（古元古代-中元古代）锆石年龄段有数据6个，占17%。其中一个太古代年龄为2710±12Ma。

（3）样品3630-1。样品3630-1测得60个锆石年龄数据，谐和度均大于90%，年龄跨度较大。其中，最早年龄443±7Ma（晚奥陶纪），最晚年龄3278±12Ma（古太古代），根据锆石年龄分布特征可分为多组（图2）。443～530Ma（晚奥陶世-寒武纪）锆石年龄段有数据12个，占20%，峰值为445.4±7Ma（奥陶纪）。623～1175Ma（中元古代-新元古代）锆石年龄段数据共31个，占50%，峰值为967.3±14Ma。1462～1866Ma（古元古代-中元古代）锆石年龄段数据共13个，占22%，峰值为1462±19Ma。2286～3278Ma锆石年龄段数据共4个，占6%，其中一个数据太古代年龄为3278±12Ma。

5 讨论

5.1 碎屑锆石记录的构造事件

本次研究采集的3件样品共155个谐和年龄≥90%，所有数据的直方图显示有四个主要年龄区间（图2）：

图2 碎屑锆石U-Pb谐和图和碎屑锆石年龄谱

422～530Ma（峰值为442Ma）：该年龄段为本次研究样品中最明显的峰值，与加里东期热液活动相对应，揭示物源区来自加里东岩浆活动产物。这部分锆石自形程度高，呈长柱状、短柱状，振荡环带明显，磨圆度差，表明其搬运距离近，靠近物源。前人资料显示（广东1∶5万凤岗圩、北市、古水、江屯圩幅区调报告，2015），研究区附近加里东期岩浆活动分布广泛，尤其广宁岩体（锆石年龄449±12Ma）临近研究区，指示其极有可能提供了沉积物源。

595～836Ma（峰值794Ma）：该年龄段与晋宁运动末期相对应，与全球Rodinia超大陆裂解的时间基本相同，在华南南岭一带，这种构造裂解表现突出，发育大规模的花岗岩、辉绿岩，推测研究区可能受到此事件的响应。

857～1175Ma（峰值960Ma）：该部分锆石振荡环带清晰，颗粒呈长、短柱状，具一定磨圆度，部分锆石边缘被溶蚀，阴极发光图像呈暗色，指示这些锆石经历了一次或多次搬运，后期受到不同程度的变质作用或再循环。该年龄区段与Grenville期造山事件相对应（李献华等，2002），结合前人研究在粤北、粤中均获得大量1000Ma左右的碎屑锆石（覃小锋等，2006；向磊和舒良树，2010），表明物源区可能是Grenville期造山带的一部分。

1256～3278Ma：该段年龄分布不集中，跨度较大，物质来源范围广，时间跨度大。该部分锆石完整性差，完整锆石较少，次生边发育；多数锆石环带可见，少数锆石环带不明显如0360-1-59（2428±23Ma）。3件样品中都出现锆石年龄≥2500Ma，如0160-1-19（2800±15Ma）、0161-1-27（2710±12Ma）和0360-1-6（3270±12Ma），0160-1-19振荡环带清晰可见，完整性差；0161-1-27环带比较模糊，外形上呈椭圆状，显示经过长距离搬运；0360-1-6发育亮白色的次生边结构。

图3 测试样品的代表性锆石阴极发光图

5.2 沉积物源分析

华南加里东运动的实质是扬子地块与华夏地块在奥陶纪末到志留纪发生的板内碰撞运动（胡艳华等，2012）。本次研究的早石炭世碎屑锆石年龄422～3278Ma，峰值为442Ma、794Ma、960Ma。缺少泥盆纪年龄，说明泥盆纪时期，研究区附近相对稳定，区域附近基本上没有大的岩浆活动。峰一（年龄为442Ma）对应加里东期岩浆活动。区域上出露广宁岩体约440Ma（王玲，2014）、大宁岩体约449Ma（广东省地质调查院，2015），与峰一年龄相近。结合前人研究工作，根据稀土元素球粒陨石标准化分布型式图（图2），研究区与大宁岩体稀土元素具有很高的相似性，而与广宁岩体的稀土元素相差甚远，可见其物源与大宁岩体关系密切。

华夏地块与扬子地块在10亿年左右聚合，形成华南陆块，在新元古代之前，它们不是统一的大陆，二者在沉积构造、地质演化存在明显的差异（张雄等，2016）。前人在粤中、赣南、湘桂地区研究表明，扬子地块以大量Rodinia超大陆裂解岩浆活动事件为标志，这对应时期的活动在华夏地块表现不突出，仅仅在华夏的局部地区出现（北武夷地区）；而华夏地块则以大量的Grenville期活动事件为标志，在扬子地块西缘也出现对应时期的碎屑锆石年龄，但影响较小（王鹏鸣等，2012；王丽娟等，2008）。结合峰二（年龄为794Ma）、峰三（年龄为960Ma）年龄特征值，说明研究区早石炭世地层可能同时接受了来自华夏地块、扬子地块的物质沉积。

其中几个年龄来自太古宙，前人在研究区附近广东韶关、四会等地也发现≥2500Ma的年龄。这些锆石都具有岩浆锆石特征，受后期改造作用，它们的源区位置难以确定，但其保存了太古宙地壳物质的信息。这与其他学者认为华夏可能存在太古宙地壳基底相符（郑永飞等，2007）。

6 结论

（1）通过对早石炭世测水组碎屑锆石年代学研究，获得的155个谐和年龄值位于422～3278Ma，集中分布422～530Ma、595～869Ma、905～1175Ma和1256～3278Ma等四个主要区间，揭示物源区从太古宙到志留纪受到多期构造—岩浆事件。

（2）锆石年龄以峰值442Ma为主，794Ma、960Ma次之，分别对应了当时加里东期岩浆活动、全球Rodinia超大陆裂解事件、Grenville期造山事件，反映这几次事件对物源区影响显著。

（3）源区物质来源多数与加里东期岩浆活动相关，特别是区内的晚奥陶世岩浆活动（如大宁岩体）；部分可能来自Rodinia超大陆裂解事件和Grenville期事件；极少数可能来自太古宙的古老地壳。

（4）研究区在泥盆纪时期相对稳定，无大的岩浆活动。

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Zircon U-Pb Dating for the Early Carboniferous Clastic Rock and Its Geological Significance in the Huaiji Region,Northwest Guangxi

XIANG Fan1ZHOU Shi-yang2WANG Wan-hu2CAO Ai-bin1HE Tao1YUAN Ya-lun1

(1-The 12nd Gold Geological Party, CAPF, Chengdu 611700; 2-The 9th Gold Geological Party, CAPF, Haikou 571127)

155 zircon U-Pb age values for 3 samples of the Early Carboniferous clastic rockin the Huaiji Region, Northwest Guangxi vary from 422 Ma to 3278 Ma which may be divided into 4 groups such as 422～530 Ma (with a peak value of 442 Ma), 595～836 Ma (with a peak value of 794 Ma), 857～1175 Ma (with a peak value of 960 Ma) and 1256～3278 Ma. The peak value of 442 Ma represents Caledonian magmatic activity, the peak value of 794 Ma represents the breakup of the Rodinia supercontinent and the peak value of 960 Ma represents Grenville orogeny. The above-mentioned U-Pb ages indicate that material of clastic rock of the Early Carboniferous clastic rockin the studied area was derived from Caledonian magmatic rock (Guangning intrusive), Rodinia supercontinent and Grenville magmatic rock.

Early Carboniferous; zircon; U-Pb age; material source; Huaiji Region, Northwest Guangxi

P597

A

1006-0995（2021）04-0544-07

10.3969/j.issn.1006-0995.2021.04.003

2020-10-08

向翻（1991— ），男，四川安岳人，助理工程师，研究方向：资源勘查工程