华夏地块寻乌组碎屑锆石U-Pb年代学及其地质意义

杨世文， 楼法生， 张芳荣， 周春华， 夏 明， 凌联海， 冯增会

(1.东华理工大学 地球科学学院，江西 南昌 330013；2.江西省地质调查勘查院，江西 南昌 330046；3.江西省地质调查勘查院 基础地质调查所，江西 南昌 330030)

寻乌组变沉积岩发育在江西南部南城-寻乌盆地内，该套变沉积岩研究较为薄弱，由于缺乏年代学的依据，其沉积时限一直存在较大争议。寻乌组由赣南地质调查队1997年创名，层型地在寻乌县吉潭镇，主要沿北东向呈长条带形分布于江西南部寻乌-会昌-安远-定南一带，往东北可以延伸到福建的建宁、邵武一带(桃溪群)，与震旦-寒武纪浅变质地层呈断层接触，且被加里东期歧山岩体侵入(1)江西省地质矿产勘查开发局，1997.1∶5万寻乌县幅地质图说明书[R].(杨世文等，2016，2017)。前人认为，寻乌岩组主要岩石类型有片岩、片麻岩、变粒岩夹石英岩及灰岩透镜体，局部有变质较浅的千枚岩，变质程度为低角闪岩相，被归为前震系郑云飞，卢国安，彭琳琳，等，2018.江西省寻乌县江贝稀土矿普查报告[R]．(罗春林等，2004)。罗春林等(2004)通过岩石地层、变质变形构造特征及侵入其中的片麻状花岗岩年代学研究，将其成岩时代厘定为古元古代，认为是本地区古老结晶基底。近年来，勘查结果表明寻乌组具有寻找离子吸附型稀土矿的潜力(2)郑云飞，卢国安，彭琳琳，等，2018.江西省寻乌县江贝稀土矿普查报告[R]．(刘海波等，2020)，对该套地层开展深入研究显得尤为必要。笔者通过详细的野外地质调查，对寻乌组进行了重新划分和研究，利用碎屑锆石U-Pb测年方法进行了测年，为准确厘定寻乌组时代和层序、探讨寻乌组沉积物源提供了新依据。

1 区域地质概况

研究区位于江西省赣州市寻乌-会昌-安远-定南一带，其大地构造位置属于华夏地块腹地，位于华南加里东造山带东段(舒良树等，1998)。研究区属于华南地层区的南武夷小区(江西省地质矿产局，1984)，出露的地层除了寻乌组外，还有南华系沙坝黄组，震旦系坝里组、老虎塘组，寒武系牛角河组、高滩组、水石组。中生代火山盆地发育，主要为侏罗系菖蒲组、下白垩统鸡笼嶂组等火山碎屑岩和晚白垩世红盆沉积。岩浆岩发育，以中生代花岗岩为主，出露许多加里东期岩体(图1)。局部分布新元古代片麻状花岗岩、糜棱岩化花岗岩。断裂构造发育，以寻乌-瑞金断裂为代表，控制着区内岩浆活动，锡、铜等矿床及沉积活动(梅勇文，1992；杨世文等，2016)。近年来，在寻乌江贝地区寻乌组变质地层中发现中型离子吸附型稀土矿1处(3)郑云飞，卢国安，彭琳琳，等，2018.江西省寻乌县江贝稀土矿普查报告[R]．，区域上该套地层有良好的稀土矿找矿前景(刘海波等，2020)。

笔者在进行详细的野外地质调查中发现，在寻乌、澄江一带，寻乌组为一套基本有序绿片岩相浅变质岩系，其岩性组合为粉砂质千枚岩、变余石英岩屑砂岩夹薄层状灰白色硅质岩，局部偶夹构造片岩，见有较明显的角岩化。其岩性组合可与区域上震旦统老虎塘组进行对比，尤其是灰白色薄层状硅质岩可与老虎塘组硅质岩进行良好的对比(江西省地质矿产局，1984；江西省地质矿产勘查开发局，2017)。从下到上，依次可为下段、中段、上段(图2，3)，三者呈断层接触。

下段(Zx1)：灰-浅灰色、土黄色厚层状二云母石英片岩(图2a，b)与土黄色厚层状白云母千枚岩互层，夹灰白色中-厚层状角岩化变余石英砂岩。二云母石英片岩具鳞片粒状变晶结构，片状构造(图2c)。岩石主要由石英(40%)、白云母(35%)、黑云母(20%)、斜长石(5%)组成。云母见定向排列，可见褶劈理构造，片理发生变形。该段变质较浅，为高绿片岩相。白云母石英千枚岩具显微鳞片粒状变晶结构，千枚状构造。岩石主要由石英(55%)、白云母 (40%)组成，含少量绿泥石(2%)和钠长石(3%)。下段地层厚约1 041 m。

中段(Zx2)：灰色、灰黄色厚-巨厚层状变余石英砂岩夹灰色中层状二云母石英千枚岩夹灰白色、土黄色厚层状二云母石英片岩偶夹灰白色薄层状硅质板岩(图2d，e)，底部与顶部均见有薄层状硅质板岩。地层见有明显的层理，且层理与片理产状基本一致。变余石英砂岩，变余砂状结构，厚层状构造。岩石主要由石英(80%)、绿帘石(15%)、黑云母(5%)组成(图2f)。原岩中的泥质成分发生重结晶变成了绿帘石和黑云母。二云母石英千枚岩具显微鳞片粒状变晶结构，千枚状构造。岩石主要由石英(45%)、白云母 (35%)、黑云母(20%)组成。岩石经历了较强的塑性变形，表现为云母长轴强定向排列，石英可见显著的压扁拉长，呈矩形边结构。该段变质程度较下段浅，为低绿片岩相，地层厚约1 701 m。

上段(Zx3)：灰色中厚层状二云母石英千枚岩、土黄色粉砂质千枚岩与土黄色中层状变余石英砂岩不等互层，底部见有灰色中-薄层状硅质岩(图2g，h)。变余石英砂岩为变余砂状结构，中层状构造。岩石主要由石英(90%)、白云母(7%)、铁质(3%)组成(图2i)。二云母石英千枚岩灰色，具显微鳞片变晶结构，千枚状构造。岩石主要由白云母(60%)、黑云母(35%)组成，含少量石英(3%)和绿泥石(2%)。该段变质程度较下、中段浅，为低绿片岩相，地层厚约1 072 m。

2 样品特征与分析方法

2.1 样品特征

对寻乌组下段、中段、上段各采集了1件碎屑锆石U-Pb测年样品，样品特征如下：

在吉潭镇公路边，采集了寻乌组下段二云母石英片岩样品1件(JXW8003)，样品资料见图2b、图3和表1。二云母石英片岩，呈灰-浅灰色、微带土黄色，具鳞片粒状变晶结构，片状构造(图2b)。岩石主要由石英(40%)、白云母(35%)、黑云母(20%)、斜长石(5%)组成。岩石中白云母具有定向排列，可见褶劈理构造，片理发生弯曲变形。由于岩浆作用影响，靠近岩体多处见有细粒花岗岩脉侵入，大多沿片理化带贯入，并见有后期石英脉、细粒花岗岩脉切割片理侵入。

在石痕村公路边，采集了寻乌组中段变余长石石英砂岩样品1件(JXW8008)，样品资料见图2e、图3和表1。变余长石石英砂岩，呈灰-浅灰色，变余砂状结构，块状构造。岩石主要由石英(80%)、绿帘石(15%)、黑云母(5%)组成。原岩中的泥质成分发生重结晶变成了绿帘石和黑云母(图2f)。

上杨梅坑公路边附近，采集了寻乌组上段二云母石英千枚岩样品1件(JXW8016)，样品资料见图2h、图3和表1。二云母石英千枚岩：灰色，具显微鳞片变晶结构，千枚状构造。岩石主要由白云母(60%)、黑云母(35%)组成，含少量石英(3%)和绿泥石(2%；图2f)。

表1 样品采集位置与地质特征

2.2 分析方法

委托河北省地质矿产局廊坊实验室进行挑选样品中的锆石。样品采用常规方法进行粉碎，用浮选和电磁选方法进行分选，在双目镜下挑选出晶形和透明度较好的锆石颗粒作为测定对象。用双面胶将挑选出的锆石黏附，再用无色透明的环氧树脂充分固定，磨制抛光使锆石内部得以充分暴露，最后进行锆石CL显微图像和LA-ICP-MS分析。

锆石的CL图像在中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室的扫描电镜室完成。锆石U-Pb同位素测试在中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室用LA-ICP-MS方法完成。仪器采用Geolas 2005激光剥蚀系统，测试采用的激光束径为24 μm，频率6 Hz，能量75 mJ，外标采用国际标准锆石91500，内标采用锆石GJ-1，数据采用实验室ICPMSDataCal软件离线处理。详细的仪器操作条件和数据处理方法见文献(Liu et al., 2010；罗平等，2020)，初始年龄谐和图生成及年龄加权平均计算均采用Isoplot 3.0版本程序(Ludwig, 2003)来完成，年龄计算误差采取1σ。

3 分析结果

3件样品共测试锆石212粒，得到有效年龄208组，测试结果见表2，碎屑锆石U-Pb年龄谐和图见图5，年龄频率直方图见图6。

对寻乌组下段二云母石英千枚岩样品JXW8003中71颗锆石进行锆石U-Pb年龄测试。锆石的形态以长柱状和椭圆状为主(图4a)。锆石多具有振荡环带结构，说明主要是岩浆成因。个别锆石具有典型的核-边结构。绝大部分锆石的Th/U值>0.4，只有5颗锆石的Th/U值<0.4，说明大部分为岩浆成因。大部分锆石的年龄具有很好的谐和性(图5a)。这些锆石年龄变化较大，最老的年龄为(3 146±30) Ma。沉积物中最年轻的碎屑锆石加权平均年龄可以限定沉积时间的下限。4颗年轻碎屑锆石群的年龄为602～654 Ma(和谐度均大于95%)，加权平均为(644±11)Ma (MSWD=1.5，n=4)。其中最年轻的锆石年龄为(602±6)Ma，其和谐度为97%，锆石形态较自形(图4a)，具有典型的振荡环带，且Th/U值>0.4，表明该锆石为岩浆成因。该年龄可以用来限定寻乌组下段的形成下限，表明寻乌组下段形成于602 Ma之后。

对寻乌组中段变余石英砂岩样品JXW8008中81颗锆石的U-Pb年龄测试。样品的锆石形态以长柱状和椭圆状为主(图4b)，颗粒较大，锆石大多具有振荡环带结构。19颗锆石的Th/U值<0.4，其中1颗为0.01，表明其为变质成因锆石。其余锆石Th/U值均>0.4。锆石绝大多数谐和度较高，都在谐和曲线附近。锆石年龄变化较大，最老的年龄为(3 035±27)Ma。4颗年轻碎屑锆石群的年龄为596～641 Ma，加权年龄平均为(641.2±5.8) Ma (MSWD=0.23，n=4)，其中最年轻的锆石年龄为(596±5) Ma，锆石形态较差，呈棱角状-浑圆状(图4b)，具有典型的振荡环带，但其Th/U值特别低，为0.03，可能遭受了后期变质作用。因此，本文使用加权平均值为641 Ma作为寻乌组中段沉积时代下限，表明寻乌组中段形成于641 Ma之后。

对寻乌组上段二云母石英千枚岩样品JXW8016中60颗锆石的U-Pb年龄测试。样品锆石形态较自形，呈粒状、长柱状，少数锆石呈破碎状。个别锆石具有核-边结构及比较窄的亮色增生边。锆石大多具有典型的振荡环带结构(图4c)。与寻乌组下、中两段样品锆石年龄范围变化较大的特征不同，上段样品中锆石年龄比较集中。15颗较年轻碎屑锆石群的年龄为614～629 Ma，加权平均年龄为(625.2±2.9) Ma (MSWD=0.96，n=15)(图5c)。另外，最年轻的锆石年龄为(570±5) Ma，锆石形态较自形(图4c)，具有典型的振荡环带，且Th/U值>0.4，表明该锆石为岩浆成因。该年龄值可信，可以用来限定寻乌组上段的形成下限，表明寻乌组上段形成于570 Ma之后。

4 讨论

4.1 寻乌组变沉积岩形成时代

在1∶20万寻乌幅区域地质调查中，前人将寻乌组时代归属寒武纪(江西省地质矿产局，1984)。赣南地质调查队在开展1∶5万区域地质调查工作时，将该套地层划为构造岩石单位，创名为寻乌岩组，时代归属为前震旦纪。并根据岩石变形程度的强弱，划分了强、中、弱三个应变带，相互间的关系为韧性断层接触①。在开展隘高圩幅、鹤仔圩幅1∶5万区调工作时，认为寻乌岩组岩性组合仅相当于该套中深变质岩层的一部分，据岩石组合及空间展布状况将其改名为寻乌岩群，并通过岩石地层、变质变形构造特征及侵入其中的片麻状花岗岩同位素年代学研究，将其时代重新厘定为古元古代，认为是本区古老结晶基底(罗春林等，2004)。

本次研究结果显示，寻乌组下、中、上段变沉积岩中最年轻碎屑锆石的年龄分别为602 Ma、641 Ma和570 Ma，与地层层序基本吻合。与王丽娟等(2008)对寻乌县鹤仔村寻乌组黑云斜长片麻岩获得最年轻碎屑锆石年龄615 Ma基本一致，与张爱梅等(2011)所获得的邻区福建武平地区桃溪群花岗质片麻岩锆石年龄650 Ma基本一致。杨世文等(2017)获得岐山岩体的结晶时代445 Ma，歧山岩体侵入于寻乌岩组中。因此，将寻乌组变沉积岩沉积时限限定为602～445 Ma，说明寻乌组形成于震旦纪晚世或之后。

区域上，震旦纪晚世地层为老虎塘组，以发育灰色、乳白色硅质岩、硅质板岩为特征。本次研究发现，寻乌组中段底部与顶部均见有灰白色薄层状硅质板岩，寻乌组上段底部见有灰白色薄层状硅质岩夹层，新发现的灰白色硅质板岩、硅质岩，可与震旦纪老虎塘组硅质岩、硅质板岩进行良好的对比，明显区别于寒武纪牛角河组灰黑色高碳质板岩(石煤层)、灰黑色含碳硅质岩。由此，认为寻乌组归属于震旦系，而不是前人认为的古元古界或南华系。

4.2 沉积物源分析

将研究变沉积岩中碎屑锆石的年龄谱图与扬子地块和华夏地块的特征年龄峰值对比，推测在华夏的南缘很可能曾经存在一个Grenville期的造山带(王丽娟等，2008)。而扬子地块是以强烈的860～780 Ma的新元古代岩浆活动为特征。这期岩浆活动广泛分布于扬子地块的周缘，但在华夏地块却很弱，主要分布于东华夏的北武夷地区。扬子地块另一个特征的构造热事件发生在2.0 Ga (Liu et al., 2008; Zheng et al., 2006)。扬子地块虽然也有1.0 Ga 的碎屑锆石和岩石的发现，但主要位于扬子地块的西缘(Greentree et al., 2008; 杨崇辉等，2009)，远离研究区，且在扬子地块西缘的岩浆活动中不占主体。

寻乌组下段二云母石英片岩样品JXW8003中锆石年龄谱存在的3个主峰值(620 Ma、980 Ma和1 060 Ma)与2个次级年龄峰值(770 Ma和870 Ma)，此外还有1个弱峰值为2.3～2.5 Ga(图6b)。寻乌组中段变余石英砂岩样品JXW8008中锆石年龄谱有3个主年龄峰值(620 Ma、1 060 Ma和1 250 Ma)与3个次级年龄峰值(770 Ma、870 Ma和980 Ma)，另外有1个弱峰值是2.5 Ga(图6c)。寻乌组下、中段样品中锆石年龄谱较相似，而寻乌组上段二云母石英千枚岩样品JXW8016以具有非常明显的单独的泛非时期620 Ma年龄主峰区别于寻乌组下、中段2个样品(图6d)。

将寻乌组下、中两段148组谐和性较好的前寒武纪年龄数据投影在一个直方图上(图6a)，构成了震旦纪的多期构造演化信息，包含3个主要年龄峰(700～600 Ma、900～700 Ma与1 400～900 Ma)和1个次级年龄峰值(1 790 Ma)。2件样品中锆石年龄最集中的时段为1 400～900 Ma，在990 Ma、1 060 Ma形成了2个最明显的峰值(图6a)，这个时间与全球Grenville造山期大致相当。第二个锆石年龄集中时段为700～600 Ma，峰值为620 Ma，对应于全球泛非事件的特征年龄值。“泛非事件”是在莫桑比克洋闭合时，东、西冈瓦纳逐步聚合，并最终形成冈瓦纳大陆的过程，主要发生于600～550 Ma(陆松年，2004)，说明研究区所属的华夏或者邻区当时对泛非事件的响应是比较显著的。华夏与冈瓦纳陆块有一定的亲缘性。另外可以见到一个900～700 Ma的年龄时段，在870 Ma、770 Ma形成了2个最明显的次高峰值。本研究区位于南武夷地区，860～780 Ma岩浆活动不明显。因此，存在870 Ma、770 Ma两个最明显的次高峰值，表明其物源部分来自北武夷周缘。

泛非事件目前地表尚无相应的岩浆岩石和构造形迹的记录。因此，可能受泛非事件的远程效应，寻乌组下、中、上段变沉积岩的物源均具有部分来自泛非时期的构造-热事件的锆石。而上段获得该时期的锆石成分相对更多，表明同时期泛非时期岩浆活动非常强烈，为寻乌组上段提供了大量物源，进一步表明华夏与冈瓦纳陆块有一定的亲缘性。

总之，寻乌组下、中段变沉积岩碎屑锆石以存在丰富的Grenville期年龄信息为特征。Xu 等(2013)研究表明1.4～0.9 Ga的碎屑锆石年龄来自东冈瓦纳地区，而寻乌组上段表现具非常明显的泛非时期(620 Ma)年龄峰值特征，表明其物源主要来自华夏地块南缘与东冈瓦纳与北武夷周缘，具有混合物源的特征。

5 结论

(1)对寻乌组下、中、上段变沉积岩开展碎屑锆石测年的结果显示，寻乌组下、中、上段变沉积岩中最年轻碎屑锆石的年龄分别为602 Ma、641 Ma和570 Ma，与地层层序基本吻合。结合侵入于寻乌组的岐山岩体结晶时代445 Ma，将寻乌组沉积时限限定为602～445 Ma。结合新发现的寻乌组中段底部与顶部均见有薄层状硅质板岩及上段底部见有灰白色薄层状硅质岩夹层的特征，认为寻乌组属于震旦系，而不是以前认为的古元古界或南华系。

(2)寻乌组变沉积岩碎屑锆石以存在丰富的Grenville期年龄信息为特征。寻乌组下、中、上段变沉积岩的物源均具有部分来自泛非时期的构造-热事件的锆石记录，而且上段构造-热事件记录更多，表明同时期泛非时期岩浆活动非常强烈，进一步表明华夏与冈瓦纳陆块有一定的亲缘性。