中国东北地区泛非造山岩浆活动的记录:来自扎兰屯地区铜山组碎屑锆石年代学和Hf同位素的证据
2021-05-07张佳明颜林杰王炎阳
张佳明, 徐 备, 2*, 颜林杰, 王炎阳
中国东北地区泛非造山岩浆活动的记录:来自扎兰屯地区铜山组碎屑锆石年代学和Hf同位素的证据
张佳明1, 徐 备1, 2*, 颜林杰1, 王炎阳1
(1.北京大学 地球与空间科学学院, 造山带和地壳演化教育部重点实验室, 北京 100871; 2.河北地质大学 区域地质与成矿作用重点实验室, 河北 石家庄 050031)
本文报道了内蒙古扎兰屯地区铜山组的碎屑锆石U-Pb年代学和Hf同位素分析结果, 首次发现中国东北地区记录了泛非造山岩浆事件, 并探讨了中国东北微陆块的构造归属。年代学研究表明: (1)扎兰屯地区铜山组碎屑岩最年轻锆石年龄峰值为569 Ma, 与泛非造山岩浆活动(东、西冈瓦纳大陆碰撞‒拼贴事件)的时代一致; 其他3个峰期年龄为873 Ma、1847 Ma和2073 Ma, 与兴安‒艾力格庙地块东北部的基底年龄相对应。(2)锆石Hf同位素显示兴安‒艾力格庙地块与松辽‒浑善达克地块新元古代早期年龄峰值(~900 Ma)的Hf()值有正有负, 二阶段模式年龄反映其是古元古代地壳再造的产物; 额尔古纳地块新元古代(~800 Ma)岩浆岩的Hf()值为正高值, 二阶段模式年龄与形成年龄相近, 为中元古代地壳物质再造的产物, 与兴安‒艾力格庙和松辽‒浑善达克地块的新元古代早期基底存在明显差异。(3)兴安‒艾力格庙地块和松辽‒浑善达克地块均记录了泛非造山岩浆事件, 揭示其与冈瓦纳大陆东北部存在亲缘性。
铜山组; 碎屑锆石年龄; 泛非造山运动; 冈瓦纳大陆; 中国东北微陆块
0 引 言
中亚造山带(CAOB)泛指介于东欧克拉通、西伯利亚克拉通、塔里木和华北克拉通之间的巨大增生型造山带, 记录了一系列微陆块、海山和岛弧的碰撞拼贴过程(图1a; Windley et al., 2007)。微陆块的来源及构造性质对于恢复CAOB的演化历史非常重要, 已有研究认为微陆块来源有三种可能: ①从西伯利亚克拉通分裂开来(Kuzmichev, 2004; Turkina et al., 2007); ②从冈瓦纳大陆北部分裂出来(Mossakovsky et al., 1993; Khain et al., 2003; Yang et al., 2011);③裂解自塔里木克拉通(Rojas-Agramonte et al., 2011; Han et al., 2011)。
中国东北地区是中亚造山带的重要组成部分(图1a), 已经识别出四个重要的微陆块, 即额尔古纳地块(EB)、兴安‒艾力格庙地块(XAB)、松辽‒浑善达克地块(SHB)和佳木斯地块(JB)(Zhou et al., 2011a, 2011b; Wu et al., 2011; 徐备等, 2014; Xu et al., 2015)。然而这些微陆块的来源仍存在争议, 一些学者识别出EB和JB上广泛发育~500 Ma晚泛非期孔兹岩和EB上大量新元古代岩浆作用, 并将其与西伯利亚南部的Sayang-Baikal造山带和Tuva地块相对比, 认为它们均具有西伯利亚板块亲缘性(Zhou et al., 2010, 2011a; Zhang et al., 2014)。另一些学者指出在澳大利亚东北部也识别出晚泛非期变质事件, 根据JB与冈瓦纳大陆东北具有相同的晚泛非运动记录, 认为它们来自于冈瓦纳大陆东北(Wilde et al., 1997, 2003)。上述对晚泛非期构造运动记录的研究也引发了对泛非运动完整演化过程的思考。
泛非运动是Kennedy (1964)提出的, 代表非洲大陆乃至整个冈瓦纳大陆前寒武纪晚期‒寒武纪的构造运动。其中冈瓦纳大陆的汇聚包括三个阶段, 分别为650~620 Ma的东非造山运动(Meert, 2003)、580~550 Ma 的Damara造山运动和550~530 Ma的Kuungan造山运动(Cawood et al., 2007; Gray et al., 2008)。虽然地质和古地磁资料都支持东亚板块与澳大利亚和/或印度板块存在联系, 但东亚地区中鲜有这三次造山运动的记录(Zhao et al., 2018)。本文通过对内蒙古扎兰屯地区铜山组进行的碎屑锆石U-Pb年代学和Hf同位素研究, 首次揭示兴安‒艾力格庙地块泛非期(650~550 Ma)岩浆活动的记录, 并结合相邻微陆块的数据, 讨论了中国东北地区微陆块的来源。
1 区域构造背景与样品
1.1 区域地质背景
前人将中国东北地区自北向南划分为额尔古纳地块(EB)、兴安‒艾力格庙地块(XAB)和松辽‒浑善达克地块(SHB), 它们之间被两条早‒中古生代缝合带所隔离(图1b)。
额尔古纳地块位于中国东北地区西北侧, 基底由新元古代花岗岩和前寒武纪变质岩组成。前寒武纪变质岩包括兴华渡口群和额尔古纳河组。太平林场兴华渡口群花岗质片麻岩年龄为799±20 Ma(张丽等, 2013); 陆林林场兴华渡口群两个变质岩的最小锆石年龄峰值分别为767 Ma和794 Ma, 并且具有古元古代和中元古代的物源特征(Wu et al., 2012); 额尔古纳河组形成于738~712 Ma, 碎屑锆石年龄分布特征指示额尔古纳地块与西伯利亚克拉通存在亲缘性(Zhang et al., 2014)。新元古代侵入体广泛分布于额尔古纳地块, 大致可以分成四期, 分别是~851 Ma, ~792 Ma, ~762 Ma和~737 Ma, 形成于拉张伸展环境, 对应于Rodinia超大陆裂解事件(Tang et al., 2013),包括碧水和满归地区927~792 Ma的花岗岩体(Wu et al., 2011), 太平川地区791.4±2.0 Ma的巨斑状花岗岩(孙立新等, 2012), 满洲里南部地区894~880 Ma的二长花岗岩(Gou et al., 2013)。
①据Xu et al., 2015及其引文; ②据Wu et al., 2018; ③据张超等, 2018。EB. 额尔古纳地块; XAB. 兴安‒艾力格庙地块; SHB. 松辽‒浑善达克地块; NCC. 华北克拉通; XXS. 新林‒喜桂图缝合带; AXHS. 艾力格庙‒锡林浩特‒黑河缝合带; WJYS. 温都尔庙‒吉中‒延吉缝合带。
兴安‒艾力格庙地块位于东北地区中部, 由东部的兴安地块和西部的艾力格庙地块构成。艾力格庙地块东部为苏尼特左旗和锡林浩特地区, 向西与蒙古境内的Hutag Uul地块相连(Badarch et al., 2002)。Hutag Uul地块已报道的两个前寒武纪年龄为952± 8 Ma和916±8 Ma(Wang et al., 2001; Yarmolyuk et al., 2005)。最近, 在苏尼特地区报道有中元古代花岗片麻岩年龄为1516±31 Ma和1391~1360 Ma, 在锡林浩特地区报道了1026~1005 Ma的变质锆石核部年龄。兴安地块位于黑河‒嫩江一线以北, 其东北部报道了2个古元古代花岗岩(1837±5 Ma, 1741±30 Ma)、2个新元古代花岗岩(843±6 Ma, 767±4 Ma)和1个新元古代碎屑岩(949±7 Ma)。这些年代学结果显示, 兴安‒艾力格庙地块存在前寒武纪基底。
松辽‒浑善达克地块位于中国东北地区东南侧, 东部被松辽盆地覆盖, 西部为浑善达克沙漠。在地块南缘, 从钻孔岩心中得到的变质辉长岩、变质闪长岩和火山角砾岩年龄分别为1808±21 Ma、1839± 7 Ma和1873±13 Ma(裴福萍等, 2006; 王颖等, 2006)。在东缘, 已经识别出多期新元古代岩浆作用, 包括929~927 Ma、约917~911 Ma、~895 Ma、871 Ma和~841 Ma(Luan et al., 2017, 2019), 所报道的云母片岩碎屑锆石年龄为821~720 Ma(权京玉等, 2013; 高福红等, 2013; Wang et al., 2014)。在北缘, 齐齐哈尔地区具有新太古代晚期‒古元古代早期和古元古代晚期的结晶基底, 包括1808±14 Ma的二长花岗岩(张超等, 2018)和2699±17 Ma的二长花岗岩(Wu et al., 2018)。而在西缘, 关于前寒武纪基底的证据比较少见。
研究区位于兴安‒艾力格庙地块中部, 区内发育泥盆系、奥陶系多宝山组和铜山组、前寒武系佳疙疸组及兴华渡口群, 同时大面积分布晚古生代岩浆岩, 零星出露早古生代岩浆岩(图2a)。铜山组呈NE-SW向断续分布于扎兰屯市西北部铜矿区, 厚度约535 m, 可以分成上、下两部分(图2b)。下部以变质粉砂岩为主, 夹变酸性熔岩, 上部以粉砂岩质板岩为主, 夹大理岩(李仰春等, 2013)。
1.2 测试样品
样品(130912-02)采自扎兰屯市西北部铜矿区铜山组底部的变质粉砂岩, 坐标为122°13′29″E, 48°17′20″N,具体位置见图2a。样品具块状构造, 颗粒分选中等, 呈次圆状‒次棱角状, 粒径总体小于0.1 mm, 主要矿物成分为石英(50%)、长石(20%)、岩屑(10%)和基质(20%), 具绿帘石化。
2 分析方法
2.1 锆石U-Pb定年
样品分选在廊坊诚信地质技术服务有限公司完成。按照常规锆石分选方法, 将原岩样品破碎至100 μm左右, 先用磁法和重液分选, 然后在双目显微镜下手工挑纯锆石颗粒, 制靶。测试前在北京大学造山带与地壳演化教育部重点实验室和北京大学环境扫描电子显微镜实验室完成透反射光和阴极发光(CL)照相。锆石激光剥蚀等离子体质谱(LA-ICP-MS)U-Pb同位素分析在北京大学造山带与地壳演化教育部重点实验室完成, 采用的激光束斑直径为32 μm。采用Glitter软件(ver.4.4.2, Macquarie University)处理数据, Isoplot/Ex(3.0)(Ludwig, 2003)计算U-Pb谐和年龄, 制作图表。
2.2 锆石Hf同位素分析
锆石Hf同位素分析在中国地质调查局天津地质调查中心用激光剥蚀多接收器等离子质谱(LA- MC-ICPMS)测定。仪器为美国Thermo Fisher公司生产的NEPTUNE, 配有9个法拉第杯接收器和4个离子计数器接收器。测试过程见耿建珍等(2011)。
3 分析结果
3.1 锆石U-Pb年龄
铜山组样品锆石U-Pb年龄测试结果见表1, 代表性锆石颗粒的CL图像见图3。
样品130912-02中锆石均呈自形‒半自形, 粒径在50~150 μm, 锆石长宽比介于1∶1~2∶1之间, Th/U值介于0.13~3.84之间, 多发育振荡环带, 为岩浆结晶锆石(图3)。样品共选取75个测试点进行U-Pb年代学分析, 所有测试点均分布在谐和线上及其附近(图4a), 年龄范围在435±7 Ma~2586±15 Ma, 主要有3个年龄组: 第一组532~640 Ma(=35), 峰值569 Ma; 第二组822~960 Ma(=20), 峰值873 Ma; 第三组1748~2077 Ma(=17), 峰值1847 Ma, 次级峰值2073 Ma(图4b)。此外还有一颗435 Ma锆石、一颗2277 Ma锆石和一颗2586 Ma锆石。
图2 扎兰屯地区地质简图(a, 据1: 25万扎兰屯市幅地质图)和铜山组岩性柱状图(b, 据李仰春等, 2013)
表1 扎兰屯地区铜山组变质粉砂岩(130912-02)LA-ICP-MS锆石U-Pb测年结果
续表1:
续表1:
实线圆表示年龄测试点位, 虚线圆表示Hf同位素测点位置。
图4 扎兰屯铜山组变质粉砂岩中锆石U-Pb年龄谐和图(a)和年龄频谱图(b)
3.2 锆石Hf同位素
选取扎兰屯铜山组变质粉砂岩(130912-02)中57颗碎屑锆石进行Hf同位素分析, 分析结果见表2。
年龄为1799~2586 Ma的碎屑锆石, 其176Hf/177Hf值介于0.281006~0.281701之间,Hf()值为–6.2~ +1.9, 二阶段模式年龄为2609~3801 Ma; 年龄为822~960 Ma的碎屑锆石, 其176Hf/177Hf值介于0.282199~0.282399之间,Hf()值有正有负, 介于–2.5~+6.2之间, 二阶段模式年龄为1585~2321 Ma; 年龄为532~640 Ma的碎屑锆石, 其176Hf/177Hf值介于0.282194~0.282816,Hf()值有两种类型, 一种是有正有负, 介于–8.4~+3.0之间, 二阶段模式年龄为1656~2658 Ma; 另一种都为高的正值, 介于+6.6~ +13.4之间, 二阶段模式年龄为708~1347 Ma(图5a)。
表2 扎兰屯地区铜山组变质粉砂岩(130912-02)中碎屑锆石Hf同位素组成
续表2:
图5 扎兰屯地区铜山组变质粉砂岩(130912-02)中碎屑锆石的εHf(t)-年龄(a)和tDM2-年龄(b)图解
4 讨 论
4.1 碎屑锆石源区及特征
对扎兰屯铜山组粉砂岩的75颗碎屑锆石的年龄频谱图(图4b)显示, 样品具有3个特征年龄组: 第一年龄组为古元古代晚期, 年龄在1748~2077 Ma; 第二年龄组为新元古代早期, 年龄在822~960 Ma; 第三年龄组为新元古代晚期, 年龄在532~640 Ma。
第一个年龄组(1748~2077 Ma)和第二个年龄组(822~960 Ma)与兴安‒艾力格庙地块东北段的特征年龄相符(图6a、b)。兴安‒艾力格庙地块东北部十七站地区出露新元古代和古元古代基底, 其主要年龄范围在767~949 Ma和1741~1837 Ma(Wu et al., 2011; Zhou et al., 2011b; 孙立新等, 2013), 指示铜山组粉砂岩中这两个年龄组来源于兴安‒艾力格庙地块东北部基底岩石。这两组碎屑锆石的Hf()值有正有负, 第一组Hf()为–3.3~+1.9, 二阶段模式年龄为2609~3049 Ma, 第二组Hf()为–2.5~+6.2, 二阶段模式年龄为1585~2321 Ma(图5), 说明XAB东北段基底物质是太古代和古元古代地壳再造的产物。
扎兰屯铜山组数据引自本文和李仰春等, 2013; 兴安–艾力格庙地块(XAB)东北数据引自Zhou et al., 2011b; 孙立新等, 2013; 冈瓦纳东北数据引自Rojas-Agramonte et al., 2011。
第三年龄组(532~640 Ma,=35)锆石的CL图像及其Th/U值(Th/U>0.2)特征均显示其为岩浆结晶锆石, 这在东北地区较为特殊, 因为该区的几个微陆块(包括额尔古纳地块、兴安‒艾力格庙地块和松辽‒浑善达克地块)并未发现此年龄段的岩体。而该年龄段的碎屑锆石广泛分布于冈瓦纳陆块(例如印度、以色列、非洲、澳大利亚、新西兰、南美洲和南极洲), 对应的岩浆活动代表东、西冈瓦纳陆块汇聚的泛非造山运动(Kemp et al., 2006; Squire et al., 2006; Ravikant et al., 2011; Dhuime et al., 2012)。因此, 我们认为该年龄组可能记录了泛非造山运动事件的岩浆活动, 也暗示兴安‒艾力格庙地块与冈瓦纳陆块可能存在关联。该组碎屑锆石的Hf()值可分成两种类型: 一种Hf()值有正有负, 为–8.4~+3.0, 与球粒陨石的Hf同位素组成类似, 二阶段模式年龄为1656~2658 Ma; 另一种Hf()值为高的正值, 为+6.6~+13.4, 基本靠近亏损地幔演化线, 且与二阶段模式年龄相近(表2), 表明其母岩既有新生地壳来源, 也有古元古代地壳再造的产物。
4.2 构造意义
本次研究可以对中国东北微陆块来源的争议提出某种制约。大量数据表明, 550~650 Ma为东、西冈瓦纳陆块汇聚时期, 形成泛非造山带, 该年龄的锆石广泛分布于冈瓦纳大陆, 是特征年龄峰值(Squire et al., 2006; Kemp et al., 2006; Veevers and Saeed, 2008, 2011; Ravikant et al., 2011; Dhuime et al., 2012)。此外, 冈瓦纳东北地区还具有900~1200 Ma的峰值和少量古元古代、太古代年龄峰值(图7c)。
塔里木克拉通在~800 Ma时发育与大陆裂解相关的岩浆活动(Xu et al., 2005; Zhang et al., 2006; Lu et al., 2008; Long et al., 2011), ~800 Ma是塔里木克拉通的特征年龄峰值(Han et al., 2011), 并含少量中元古代和古元古代年龄峰值(图7e)。西伯利亚克拉通以具有太古代、而缺少中‒新元古代锆石为特征(图7f; Gladkochub and Donskaya, 2009; Rojas-Agramonte et al., 2011)。
中国东北微陆块虽然都发育新元古代年龄峰值, 但兴安‒艾力格庙地块与松辽‒浑善达克地块的Hf()值有正有负, 二阶段模式年龄反映其为古元古代地壳再造的产物, 而额尔古纳地块的Hf()值为正高值(图8a), 二阶段模式年龄反映其代表中元古代地壳物质再造的产物。此外, 兴安‒艾力格庙地块与松辽‒浑善达克地块均发育古元古代基底, 而额尔古纳地块仅发育新元古代基底。上述特征说明兴安‒艾力格庙地块、松辽‒浑善达克地块与额尔古纳地块存在明显差异。
额尔古纳地块早前寒武纪岩浆岩和沉积岩锆石年龄数据引自Zhou et al., 2011a; 孙立新等, 2012; Wu et al., 2012; 张丽等, 2013; Gou et al., 2013; Tang et al., 2013; Zhang et al., 2014。兴安‒艾力格庙地块碎屑锆石年龄数据引自本文(130912-02)和李仰春等, 2013。松辽‒浑善达克地块碎屑锆石年龄数据引自Xu et al., 2013。塔里木克拉通前寒武纪岩浆岩和沉积岩锆石年龄数据和西伯利亚克拉通南部岩浆岩和变质岩锆石年龄数据引自Rojas-Agramonte et al., 2011。冈瓦纳大陆东北早古生代碎屑锆石年龄数据引自Squire et al., 2006; Veevers and Saeed, 2008, 2011; Ravikant et al., 2011。蓝色柱代表550~650 Ma特征年龄; 绿色柱代表~800 Ma特征年龄。
锆石年龄谱图对比显示兴安‒艾力格庙地块和松辽‒浑善达克地块明显发育550~650 Ma年龄峰值, 以及少量新元古代早期和古元古代年龄峰值(图7a、b), 与冈瓦纳大陆东北部地区一致(图7c)。Squire et al. (2006)通过碎屑锆石研究认为东、西冈瓦纳汇聚后, 550~650 Ma岩浆锆石通过沉积搬运广泛分布于冈瓦纳东北部。同时, 兴安‒艾力格庙地块前寒武纪锆石Hf同位素组成也与冈瓦纳东北部相符(图8b)。因此, 本文认为兴安‒艾力格庙地块和松辽‒浑善达克地块与冈瓦纳东北陆块一起记录了泛非造山岩浆事件, 具有冈瓦纳东北部亲缘性; 而额尔古纳地块则仅显示~800 Ma的峰值, 与塔里木克拉通一致(图7d、e), 指其与塔里木克拉通密切关联。
额尔古纳地块(EB)岩浆岩的Hf同位素数据引自Tang et al., 2013; 兴安‒艾力格庙地块(XAB)碎屑锆石Hf同位素数据引自本文样品130912-02; 松辽‒浑善达克地快(SHB)岩浆岩的Hf同位素数据引自Luan et al., 2017; 张超等, 2018; 冈瓦纳东北部(包括澳大利亚、南极洲和印度)沉积岩的数据引自Kemp et al., 2006; Ravikant et al., 2011; Dhuime et al., 2012及其文中所引文献。
5 结 论
(1) 扎兰屯铜山组碎屑锆石年龄谱主要分为三期: 第一期古元古代晚期为1748~2077 Ma, 有两个峰期年龄, 分别为1847 Ma和2073 Ma; 第二期新元古代早期为822~960 Ma, 峰期年龄为873 Ma, 这两期碎屑锆石来源于兴安–艾力格庙地块东北段; 第三期新元古代晚期为532~640 Ma, 峰期年龄为569 Ma, 可能记录了东、西冈瓦纳大陆碰撞–拼贴事件的岩浆活动, 即泛非造山运动。
(2) 锆石Hf同位素显示兴安‒艾力格庙地块与松辽‒浑善达克地块新元古代早期年龄峰值(~900 Ma)的Hf()值有正有负, 二阶段模式年龄反映其是由古元古代地壳再造的产物, 而额尔古纳地块新元古代(~800 Ma)岩浆岩的Hf()值为正高值, 二阶段模式年龄显示其应为中元古代地壳物质再造的产物, 二者新元古代早期基底存在明显差异。
(3) 通过与微陆块潜在来源地区的对比, 兴安‒艾力格庙地块与松辽–浑善达克地块与冈瓦纳东北部具有亲缘性, 而额尔古纳地块与塔里木克拉通相关联。
致谢:北京大学造山带与地壳演化教育部重点实验室马芳老师在锆石年龄测试工作中提供了帮助, 感谢中国科学院广州地球化学研究所郭锋研究员和匿名审稿人提出了很多宝贵的修改意见, 在此表示衷心感谢!本文属于IGCP 662项目的系列出版物。
高福红, 王枫, 许文良, 杨扬. 2013. 小兴安岭“古元古代”东风山群的形成时代及其构造意义: 锆石U-Pb年代学证据. 吉林大学学报(地球科学版), 43(2): 125–141.
耿建珍, 李怀坤, 张健, 周红英, 李惠民. 2011. 锆石Hf同位素组成的LA-MC-ICP-MS测定. 地质通报, 30(10): 1508–1513.
李仰春, 汪岩, 吴淦国, 金哲岩, 张达, 杨晓平. 2003. 大兴安岭北段扎兰屯地区铜山组源区特征: 地球化学及碎屑锆石U-Pb年代学制约. 中国地质, 40(2): 391–402.
裴福萍, 许文良, 杨德彬, 赵全国, 柳小明, 胡兆初. 2006. 松辽盆地基底变质岩中锆石U-Pb年代学及其地质意义. 科学通报, 51(24): 2881–2887.
权京玉, 迟效国, 张蕊, 孙巍, 范乐夫, 胡兆初. 2013. 松嫩地块东部新元古代东风山群碎屑锆石LA-ICP-MS U-Pb年龄及其地质意义. 地质通报, 32(2): 353–364.
孙立新, 任邦方, 赵凤清, 冀世平, 耿建珍. 2013. 内蒙古额尔古纳地块古元古代末期的岩浆记录——来自花岗片麻岩的锆石U-Pb年龄证据. 地质通报, 32(2–3): 341–352.
孙立新, 任邦方, 赵凤清, 彭丽娜. 2012. 额尔古纳地块太平川巨斑状花岗岩的锆石U-Pb年龄和Hf同位素特征. 地学前缘, 19(5): 114–122.
王颖, 张福勤, 张大伟, 苗来成, 李铁胜, 颉颃强, 孟庆任. 2006. 松辽盆地南部变闪长岩SHRIMP锆石U-Pb年龄及其地质意义. 科学通报, 51(15): 1811–1816.
徐备, 赵盼, 鲍庆中, 周永恒, 王炎阳, 罗志文. 2014. 兴蒙造山带前中生代构造单元划分初探. 岩石学报, 30(7): 1841–1857.
张超, 吴新伟, 刘正宏, 张渝金, 郭威, 权京玉. 2018. 松嫩地块西缘前寒武岩浆事件——来自龙江地区古元古代花岗岩锆石LA-ICP-MS U-Pb年代学证据. 岩石学报, 34(10): 3137–3152.
张丽, 刘永江, 李伟民, 韩国卿, 张金带, 郭庆银, 李长华. 2013. 关于额尔古纳地块基底性质和东界的讨论. 地质科学, 48(1): 227–244.
Badarch G, Cunningham W D and Windley B F. 2002. A new terrane subdivision for Mongolia: Implications for the Phanerozoic crustal growth of Central Asia., 21: 87–110.
Cawood P A, Johnson M R W and Nemchin A A. 2007. Early Palaeozoic orogenesis along the Indian margin of Gondwana: Tectonic response to Gondwana assembly., 255: 70–84.
Dhuime B, Hawkesworth C J, Cawood P A and Storey C D. 2012. A change in the geodynamics of continental growth 3 billion years ago., 335: 1334–1336.
Gladkochub D and Donskaya T. 2009. Overview of geology and tectonic evolution of the Baikal-Tuva area // Biosilica in Evolution. Morphogenesis, and Nanobiotechnology: 3–26.
Gou J, Sun D Y, Ren Y S, Liu Y J, Zhang S Y, Fu C L, Wang T H, Wu P F and Liu X M. 2013. Petrogenesis and geodynamic setting of Neoproterozoic and Late Paleozoic magmatism in the Manzhouli-Erguna area of Inner Mongolia, China: Geochronological, geochemical and Hf isotopic evidence., 68: 114–137.
Gray D R, Foster D A, Meert J G, Goscomber B D, Armstrong R, Trouw R A J and Passchier C W. 2008. A Damara orogen perspective on the assembly of southwestern Gondwana.,,, 294: 257–278.
Han G Q, Liu Y J, Neubauer F, Genser J, Li W, Zhao Y and Liang C. 2011. Origin of terranes in the eastern Central Asian Orogenic Belt, NE China: U-Pb ages of detrital zircons from Ordovician-Devonian sandstones, North Da Xing’an Mts., 511: 109–124.
Kemp A I, Hawkesworth C J, Paterson B A and Kinny P D. 2006. Episodic growth of the Gondwana supercontinent from hafnium and oxygen isotopes in zircon., 439: 580–583.
Kennedy W Q. 1964. The structural differentiation of Africa in the Pan-African (±500 m.y.) tectonic episode. Leeds University Research Institute African Geology, Annual Report, 8: 48–49.
Khain E V, Bibikova E V, Salnikova E B, Kröner A, Gibsher A S, Didenko A N, Degtyarev K E and Fedotova A A. 2003. The Palaeo-Asian ocean in the Neoproterozoic and early Palaeozoic: New geochronologic data and palaeotectonic reconstructions., 122: 329–358.
Kuzmichev A B. 2004. Tectonic History of the Tuva-Mongolian Massif: Early and Late Baikalian and Early Caledonian Stages. Moscow: PROBEL Publishers (in Russian).
Long X P, Yuan C, Sun M, Kröner A, Zhao G C, Wilde S and Hu A Q. 2011. Reworking of the Tarim Craton by underplating of mantle plume-derived magmas: Evidence from Neoproterozoic granitoids in the Kuluketage area, NW China., 187: 1–14.
Lu S N, Li H K, Zhang C L and Niu G H. 2008. Geological and geochronological evidence for the Precambrian evolution of the Tarim Craton and surrounding continental fragments., 160: 94–107.
Luan J P, Xu W L, Wang F, Wang Z W and Guo P. 2017. Age and geochemistry of Neoproterozoic granitoids in the Songnen-Zhangguangcai Range Massif, NE China: Petrogenesis and tectonic implications., 148: 265–276.
Luan J P, Yu J J, Yu J L, Cui Y C and Xu W L. 2019. Early Neoproterozoic magmatism and the associated metamorphism in the Songnen Massif, NE China: Petrogenesis and tectonic implications., 328: 250–268.
Ludwig K. 2003. User’s Manual for Isoplot 3.00: A Geochronological Toolkit for Microsoft Excel. Berkeley Geochronology Center, Special Publication, 4: 1–71.
Meert J G. 2003. A synopsis of events related to the assembly of Eastern Gondwana., 362(1): 1–40.
Mossakovsky A A, Ruzhentsev S V, Samygin S G and Kheraskova T N. 1993. Central Asian fold belt: Geodynamic evolution and history of formation., 6: 3–33.
Ravikant V, Wu F Y and Ji W Q. 2011. U-Pb age and Hf isotopic constraints of detrital zircons from the Himalayan foreland Subathu sub-basin on the Tertiary palaeogeography of the Himalaya., 304: 356–368.
Rojas-Agramonte Y, Kröner A, Demoux A, Xia X, Wang W, Donskaya T, Liu D and Sun M. 2011. Detrital and xenocrystic zircon ages from Neoproterozoic to Palaeozoic arc terranes of Mongolia: Significance for the origin of crustal fragments in the Central Asian Orogenic Belt., 19: 751–763.
Squire R J, Campbell I H, Allen C M and Wilson C J L. 2006. Did the transgondwanan supermountain trigger the explosive radiation of animals on Earth?, 250: 116–133.
Tang J, Xu W L, Wang F, Wang W, Xu M J and Zhang Y H. 2013. Geochronology and geochemistry of Neoproterozoic magmatism in the Erguna Massif, NE China: Petrogenesis and implications for the breakup of the Rodinia supercontinent., 224: 597–611.
Turkina O M, Noshkin A D, Bayanova T B, Dmitrieva N V and Travin A V. 2007. Precambrian terranes in the southwestern framing of the Siberian craton: Isotopic provinces, stages of crustal evolution and accretion- collision events., 48: 61–70.
Veevers J J and Saeed A. 2008. Gamburtsev Subglacial Mountains provenance of Permian-Triassic sandstones in the Prince Charles Mountains and offshore Prydz Bay: Integrated U-Pb and TDMages and host-rock affinity from detrital zircons., 14: 316–342.
Veevers J J and Saeed A. 2011. Age and composition of Antarctic bedrock reflected by detrital zircons, erratics, and recycled microfossils in the Prydz Bay-Wilkes Land-Ross Sea-Marie Byrd Land sector (70°-240°E)., 20: 710–738.
Wang F, Xu W L, Gao F H, Zhang H H, Pei F P, Zhao L and Yang Y. 2014. Precambrian terrane within the Songnen- Zhangguangcai Range Massif, NE China: Evidence from U-Pb ages of detrital zircons from the Dongfengshan and Tadong groups., 26: 402–413.
Wang T, Zheng Y D, Gehrels G E and Mu Z G. 2001. Geochronological evidence for existence of South Mongolian microcontinent —— A zircon U-Pb age of grantoid gneisses from the Yagan-Onch Hayr-han metamorphic core complex., 46: 2005–2008.
Wilde S A, Dorsett-Bain H L and Liu J L. 1997. The identification of a Late Pan-African granulite facies event in Northeastern China: SHRIMP U-Pb zircon dating of the Mashan Group at Liu Mao, Heilongjiang Province, China. Proceedings of the 30thIGC: Precambrian Geology and Metamorphic Petrology 17, VSP International. Amsterdam: Science Publishers: 59–74.
Wilde S A, Wu F Y and Zhang X Z. 2003. Late Pan-African magmatism in northeastern China: SHRIMP U-Pb zircon evidence from granitoids in the Jiamusi Massif., 122: 311–327.
Windley B F, Alexeiev D, Xiao W J, Kröner A and Badarch G. 2007. Tectonic models for accretion of the Central Asian Orogenic Belt., 164: 31–47.
Wu F Y, Sun D Y, Ge W C, Zhang Y B, Grant M L, Wilde S A and Jahn B M. 2011. Geochronology of the Phanerozoic granitoids in northeastern China., 41: 1–30.
Wu G, Chen Y C, Chen Y J and Zeng Q T. 2012. Zircon U-Pb ages of the metamorphic supracrustal rocks of the Xinghuadukou Group and granitic complexes in the Argun massif of the northern Great Hinggan Range, NE China, and their tectonic implications., 49: 214–233.
Wu X W, Zhang C, Zhang Y J, Guo W, Zhang C, Cui T R, Yang Y J, Hu J F and Song W B. 2018. 2.7 Ga monzogranite on the Songnen massif and its geological implications., 92: 1265–1266.
Xu B, Charvet J, Chen Y, Zhao P and Shi G Z. 2013. Middle Paleozoic convergent orogenic belts in western Inner Mongolia (China): Framework, kinematics, geochronology and implications for tectonic evolution of the Central Asian Orogenic Belt., 23: 1342– 1364.
Xu B, Jian P, Zheng H F, Zou H B, Zhang L F and Liu D Y. 2005. U-Pb zircon geochronology and geochemistry of Neoproterozoic volcanic rocks in the Tarim Block of northwest China: Implications for the breakup of Rodiniasupercontinent and Neoproterozoic glaciations., 136(2): 107–123.
Xu B, Zhao P, Wang Y Y, Liao W, Luo Z W, Bao Q Z and Zhou Y H. 2015. The pre-Devonian tectonic framework of Xing’an-Mongolia orogenic belt (XMOB) in north China., 97: 183–196.
Yang T N, Li J Y, Zhang J and Hou K J. 2011. The Altai-Mongolia terrane in the Central Asian Orogenic Belt (CAOB): A peri-Gondwana one? Evidence from zircon U-Pb, Hf isotopes and REE abundance., 187: 79–98.
Yarmolyuk V V, Kovalenko V I, Sal’Nikova E B, Kozakov I K, Kotov A B, Kovach V P, Vladykin N V and Yakovleva S Z. 2005. U-Pb age of syn- and postmetamorphic granitoids of South Mongolia: Evidence for the presence of Grenvillides in the central Asian foldbelt., 404: 986–990.
Zhang C L, Li Z X, Li X H, Ye H, Wang A and Guo K Y. 2006. Neoproterozoic bimodal intrusive complex in the southwestern Tarim block, Northwest China: Age, geochemistry, and implications for the rifting of Rodinia., 48: 112–128.
Zhang Y H, Xu W L, Tang J, Wang F, Xu M J and Wang W. 2014. Age and provenance of the Ergunahe Group and the Wubinaobao Formation, northeastern Inner Mongolia, NE China: Implications for tectonic setting of the Erguna Massif., 56: 653–671.
Zhao G C, Wang Y J, Huang B C, Dong Y P, Li S Z, Zhang G W and Yu S. 2018. Geological reconstructions of the East Asian blocks: From the breakup of Rodinia to the assembly of Pangea., 186: 262– 286.
Zhou J B, Wilde S A, Zhang X Z, Ren S M and Zheng C Q. 2011a. Early Paleozoic metamorphic rocks of the Erguna block in the Great Xing'an Range, NE China: Evidence for the timing of magmatic and metamorphic events and their tectonic implications., 499: 105–117.
Zhou J B, Wilde S A, Zhang X Z, Zhao G C, Liu F L, Qiao D W, Ren S M and Liu J H. 2011b. A >1300 km late Pan-African metamorphic belt in NE China: New evidence from the Xing’an block and its tectonic implications., 509: 280–292.
Zhou J B, Wilde S A, Zhao G C, Zhang X Z, Wang H and Zeng W S. 2010. Was the easternmost segment of the Central Asian Orogenic Belt derived from Gondwana or Siberia: an intriguing dilemma?, 50: 300–317.
Magmatic Records of the Pan-African Orogeny in Northeast China: Evidence from Detrital Zircon Chronology and Hf Isotope of the Tongshan Formation in the Zhalantun Area
ZHANG Jiaming1, XU Bei1, 2*, YAN Linjie1and WANG Yanyang1
(1. MOE Key Laboratory of Orogenic Belts and Crustal Evolution, School of Earth and Space Sciences, Peking University, Beijing 100871, China; 2. Key Laboratory of Regional Geology and Mineralization, Hebei GEO University, Shijiazhuang 050031, Hebei, China)
This paper reports detrital zircon U-Pb dating and Hf isotopic compositions of the Tongshan Formation in Zhalantun, Inner Mongolia, and discusses the affinity of the microcontinents in the northeastern China. The chronological results show that: (1) the youngest zircon age peak of the Tongshan Formation clastic rocks is 569 Ma, which is consistent with the age of the Pan-African magmatism (the amalgamation of West and East Gondwana); the other three age peaks are 873 Ma, 1847 Ma and 2073 Ma, corresponding to the basement ages of the northeast Xing’an-Airgin Sum block (XAB). (2) The Early Neoproterozoic (. 900 Ma) zircon grains from the XAB and Songliao-Hunshandake block (SHB) have similarHf() values of –4.7 to +6.2, which reveals that the Neoproterozoic rocks in the two blocks were derived from the reworked Paleoproterozoic crust. In contrast, the Early Neoproterozoic (. 800 Ma) magmatic rocks in the Erguna block (EB) with positiveHf() values and young Hf model ages (1161 – 1735 Ma) were the products of the reworked Mesoproterozoic crust, which suggests that the early Neoproterozoic basement of the EB is significantly different from those of the XAB and SHB. The XAB and SHB recorded the Pan-African magmatic events, implying an affinity with the NE Gondwana continent.
Tongshan Formation; detrital zircon ages; Pan-African Orogeny; Gondwana continent; microcontinents of NE China
2019-09-26;
2020-02-03
国家自然科学基金项目(41672214)和中国地质调查局项目(DD20189612、DD20190004)联合资助。
张佳明(1994–), 男, 博士研究生, 构造地质学专业。Email: jmzhang@pku.edu.cn
徐备(1954–), 男, 教授, 从事区域大地构造方向研究。Email: bxu@pku.edu.cn
P597
A
1001-1552(2021)02-0356-014
10.16539/j.ddgzyckx.2021.02.007