柴北緣—南祁連地區構造熱事件

劉永江，Franz Neubauer，李偉民，Johann Genser，李 偉

1.吉林大學地球科學學院，長春 130061

2.薩爾茨堡大學地質與地理系，奧地利 薩爾茨堡 A－5020

柴北緣—南祁連地區構造熱事件

劉永江1，Franz Neubauer2，李偉民1，Johann Genser2，李 偉2

1.吉林大學地球科學學院，長春 130061

2.薩爾茨堡大學地質與地理系，奧地利 薩爾茨堡 A－5020

對柴北緣路樂河剖面新生代沉積物和山前現代河沙中碎屑的鋯石U－Pb同位素熱年代學研究表明：研究區物源區發育～260、～450、500～600、800～900Ma 4個主要年齡峰值和～1.8、2.5～2.6Ga 2個較小的年齡峰值。結合研究區已有的同位素年齡數據提出：柴北緣—南祁連地區在二疊紀中—晚期遭受了一次較強烈的低溫區域構造熱事件的改造；柴北緣高壓榴輝巖及其相關的地質體隆升到地表的時間晚于上新世；柴北緣—南祁連地區先后主要經歷了800～900Ma的Rodinia超大陸裂解事件，500～600Ma的泛非區域變質事件和～450Ma的俯沖碰撞變質事件；柴北緣—南祁連地區的主要構造熱事件發生在元古代，主要集中在500～600Ma和800～900Ma，表明柴北緣—南祁連地區的前寒武紀基底性質與揚子板塊相似，與華北板塊完全不同。

柴北緣；南祁連；碎屑鋯石；U－Pb定年；構造熱事件；構造

1 區域地質概況

研究區位于青海省柴達木盆地北緣的路樂河地區，其北部為南祁連山（圖1角圖）。該區域是研究新生代柴達木盆地和祁連山之間耦合關系的關鍵地區之一，近年來受到了國內外學者的廣泛關注，尤其是柴北緣高壓榴輝巖的發現吸引了大量研究者，在祁連山造山帶演化研究方面取得了大量的研究成果［1－2］，確定了南祁連山經歷了一次430Ma左右的大陸碰撞俯沖作用。

通過對祁連地塊前寒武紀基底鋯石SHRIMP U－Pb年代學研究［3］認為：祁連地塊前寒武紀基底巖石的碎屑鋯石年代廣泛分布在元古代，明顯與華北地塊在新、中元古代時為一穩定地臺有所不同，而與揚子地塊前寒武紀基底巖石的年齡頻譜相似［4］。陳能松等［5］對柴達木和歐龍布魯克陸塊基底的組成和變質作用進行研究后提出：歐龍布魯克陸塊下部基底德令哈雜巖和達肯大坂巖群于～1.95Ga發生了角閃巖相—麻粒巖相區域變質作用，響應了全球Columbia超大陸匯聚事件，隨后又與中元古代萬洞溝巖群一道于～1.0Ga發生綠片巖相變質作用，共同響應了全球Rodinia超大陸匯聚事件。而李懷坤等［6］認為：柴達木盆地北緣南帶是一個早古生代超高壓造山帶，其中殘留有新元古代早期巖漿弧，北帶則是一個具有古元古代基底的古老陸塊殘塊——歐龍布魯克陸塊，歐龍布魯克陸塊上發育的全吉群是一套典型的邊緣裂陷槽型沉積序列，代表了Rodinia超大陸在新元古代早期解體階段的產物。

圖1 研究區地質簡圖Fig.1 Simple geological map of the research area

對柴北緣魚卡河花崗質片麻巖［7］和塔塔楞環斑花崗巖［8］的鋯石U－Pb定年表明，柴北緣地區存在800～900Ma的巖漿巖帶，應為新元古代時期Rodinia超大陸裂解過程中所形成的。對柴北緣西段花崗巖［9］和大柴旦地區古生代花崗巖［10］的研究揭示了賽什騰山巖體年齡為465.4Ma，團魚山巖體2期侵入巖的年齡分別為469.7和443.5Ma，它們均屬早古生代奧陶紀。而嗷嘮河巖體的石英閃長巖為372.1Ma，屬晚古生代泥盆紀，三岔溝巖體也由2期侵入巖組成，其年齡分別為271.2和260.4 Ma，屬二疊紀。大柴旦地區則獲得了446.3、408.6～401.8、374.5～372Ma幾組年齡，反映了古生代期間柴達木陸塊與中南祁連板塊碰撞、拆沉折返和后造山過程中不同塊體之間的伸展、滑塌的演化歷史。

總體上，不同學者的研究主要集中在柴北緣山前構造帶內的前寒武紀和個別巖體，初步厘定了柴北緣地區Rodinia超大陸的匯聚和裂解事件以及早古生代俯沖碰撞造山演化；但是對晚古生代構造熱事件的報道較少，同時對南祁連山內部地質體的構造熱事件的研究也相對薄弱。

2 樣品采集

前一輪對柴北緣路樂河剖面新生代地層碎屑云母的40Ar／39Ar熱年代學研究發現，新生代沉積物從下到上（從始新世到上新世）的樣品都只給出了一個非常一致的250～300Ma的年齡峰。所有測試樣品都是未遭受任何變質的砂巖和粉砂巖，完全可以排除沉積后發生40Ar／39Ar同位素系統重置的可能性。因此，在路樂河周邊應該存在一個在新生代時期長期穩定持續的250～300Ma的物源區。盡管在祁連山有一些類似的年齡報道［9，11－12］，但是，現今緊鄰路樂河地區的祁連山基巖中已報道的同位素年齡組成遠遠不能滿足這樣一個穩定持續的物源區條件。為了進一步對這一問題加以證實，此次對路樂河剖面中段下油砂山組（中新世）（CQA－319A）和上段獅子溝組（上新世）（CQA－324A）進行了再次采樣。同時，為了查明南祁連山內物源的年齡組成，在沿著季節河流展布的路樂河剖面上游山前進行了現代河沙樣品（CQA－339）的采集（圖1）。目的是希望通過碎屑鋯石的U－Pb熱年代學研究對該問題進行驗證。

3 樣品測試結果

測試鋯石單礦物分選在河北廊坊區域地質調查院完成。將分析樣品采用常規方法進行粉碎，并用浮選、電磁選等方法進行分選，再在雙目鏡下進行人工挑選。分離出的鋯石顆粒用環氧樹脂固定并拋光直至顆粒露出核部。樣品在測定之前用體積分數為3%的HNO3清洗樣品表面，以除去樣品表面的污染。鋯石的透射光、反射光、CL圖像采集及U－Pb測年在西北大學大陸動力學國家重點實驗室完成。CL圖像成像采用英國Gatan公司生產的Mono CL3＋陰極發光裝置；鋯石定年工作采用ICP－MS Agilient公司最新一代帶有Shield Torch的Agilient 7500a。其中激光剝蝕系統為德國MicroLas公司生產的GeoLas200M，該系統由德國Lambda Physik公司的ComPex102Excimer激光器（工作物質ArF，波長193nm）與MicroLas公司的光學系統組成；激光剝蝕方式采用一次性剝蝕完成，激光剝蝕以氦氣作為剝蝕物質的載氣，斑束直徑為32μm，頻率為10Hz，激光能量為90mJ，每個分析點的氣體背景采集時間為20s，信號采集時間為40s。具體的測試流程及鉛校正方法參見文獻［13－14］。同位素比值和年齡的誤差（標準誤差）在1σ水平，年齡值處理及部分圖件生成采用Isoplot（ver 3.23）程序［15］。

砂巖樣品CQA－319A采自路樂河剖面中段下油砂山組（圖1）。砂巖顆粒分選一般，磨圓次棱角狀—次圓狀，暗色礦物含量較高，多為黑云母礦物。測試鋯石為無色至淺褐色，多為短柱狀，長短軸比介于1.2∶1到2.5∶1。CL圖像結果顯示大部分鋯石發育韻律環帶，Th／U值為0.11～1.49，證實了巖漿成因特征［16］（圖2a，表1）。測得的60個年齡數據中約83%為諧和年齡（90%＜諧和度＜110%）（圖2b），其中小于1.0Ga的鋯石206Pb／238U年齡分布在242～963Ma，可分為3組：242～309Ma（n＝5）、403～543Ma（n＝12）和761～963Ma（n＝18）。大于1.0Ga的鋯石206Pb／207Pb年齡分布在1 044～2 739Ma。較老年齡的鋯石核－邊結構清晰（圖2a），均具捕獲鋯石特征，指示早期巖漿熱事件。

砂巖樣品CQA－324A采自路樂河剖面中上段獅子溝組（圖1）。砂巖顆粒分選中等，磨圓為次棱角狀—次圓狀，鈣質膠結，巖屑較多。測試鋯石為無色至淺褐色，長短軸比介于1.5∶1至2∶1，發育致密的韻律環帶及核－邊結構，多為巖漿成因特征，少數具捕獲鋯石特點（圖2c）。Th／U 值為0.02～0.81，其中僅2粒鋯石Th／U值較低（0.02 和0.07），年齡值為566、560Ma，推斷為變質成因（表1）。約87%的年齡為諧和年齡（圖2d），206Pb／238U年齡分布在472～960Ma，分為2組：一組為472～593Ma，另一組為852～960Ma（n＝4）。少量鋯石206Pb／207Pb年齡為（1 080±18）Ma （n＝2，MSWD＝2.9）和（1 320±16）Ma（n＝1）。較老年齡鋯石“核－邊”結構清晰（圖2c），具捕獲鋯石特征。

表1 路樂河剖面砂巖及現代河砂鋯石U－Pb測年數據Table 1 Zircon U－Pb ages from the sandstones in Lulehe section and modern river sands

表1 （續）

表1 （續）

表1 （續）

表1 （續）

圖2 新生代路樂河剖面砂巖（a—d）及現代河沙樣品（e—f）鋯石CL圖像（左）及對應的鋯石U－Pb諧和圖（右）Fig.2 CL images（left）and age probability diagrams（right）of zircon from sandstones（a－d）of Lulehe section and modern river sands（e－f）

CQA－339為現代河沙樣品，采自路樂河剖面下道口對面公路393km處橋下（圖1）；河流為季節性河流，匯水面積包括從魚卡到大柴旦以北的嗷嘮山和達肯達坂山（圖1）。測試鋯石為無色至淺褐色，短柱狀，長短軸比介于1.2∶1到2.5∶1。CL圖像結果顯示大部分鋯石發育韻律環帶，反映了巖漿成因特征（圖2e）。部分鋯石顆粒核－邊結構明顯，且核部鋯石仍顯示巖漿成因的韻律環帶特點，指示了捕獲鋯石特征，并且捕獲的鋯石同樣應為巖漿成因。測得的60個年齡數據中80%為諧和年齡，Th／U值為0.13～1.76（表1），其中小于1.0Ga的鋯石206Pb／238U年齡分布在260～833Ma，可分為4組：260～280（n＝3）、381～522（n＝20）、600～631（n＝3）、753～833Ma（n＝ 14）。大于1.0Ga的鋯石206Pb／207Pb年齡分布在1 019～1 338（n＝3）、1 707～2 400（n＝5）、（3 147±11）Ma（n＝1）。其中較老年齡鋯石具明顯的核－邊結構（圖2e），指示了捕獲鋯石年齡，代表了早期的巖漿熱事件。

4 討論

Rieser等［17］對新生代路樂河剖面由老到新不同層位砂巖的碎屑云母40Ar／39Ar熱年代學研究表明，所有樣品都給出了近乎相同的250Ma左右的年齡范圍，這說明其物源區有一個在整個新生代持續存在的、記錄了二疊紀末熱事件的物源。

位于柴北構造區的灘間山和野駱駝泉金礦的成礦40Ar／39Ar年齡為284、246Ma［11］，這一成礦熱事件與Rieser等［17］的研究結果一致。但是，此次的鋯石U－Pb測年結果卻顯示這一熱事件的峰值并不明顯（圖2a，f），這可能主要與物源區只有少量中二疊世（270～260Ma）花崗質巖漿活動有關［9，12］。因此，可以推斷物源區南祁連山曾經遭受了一次比較強的二疊紀中—晚期的熱事件改造，很可能是區域變質事件。但是其溫度高于白云母40Ar／39Ar的系統封閉溫度（～350℃）［18－19］，低于鋯石 U－Pb系統的封閉溫度（～800℃）［20］，所以，云母的40Ar／39Ar系統完全重置，保留了鋯石U－Pb年齡。這可能預示著南祁連山曾經在中—晚二疊世遭受過一次低溫區域構造熱事件改造。至于這一熱事件的構造意義還有待于進一步的研究。張德全等［11］對柴北緣和東昆侖金礦成礦時代的研究認為，該區存在大規模晚華力西—印支期成礦熱事件，很可能代表一次造山事件。

柴北緣榴輝巖的多硅白云母40Ar／39Ar坪年齡為466.7Ma，另外，在柴北緣地區有大量440～500 Ma的高壓榴輝巖報道［21－26］；但是路樂河剖面新生代所有樣品中的碎屑云母并沒有出現該年齡信息，說明與榴輝巖相關的地質體隆升到地表的時間很晚，至少晚于上新世（獅子溝組）。同時，也可以推斷南祁連山的隆升時間也很晚，這與區域上對青藏高原北部山脈隆升時限的研究所取得的結論一致［27－28］。

本次研究的3個樣品綜合起來可以看出：柴北緣—南祁連地區存在～260、～450、500～600、800～900Ma 4個主要年齡峰值和～1.8、2.5～2.6Ga 2個次一級年齡峰值（圖3），另外，還有一粒鋯石為3.1Ga，反映出物源區存在的幾次重要的構造熱事件。其中：主要的年齡峰值500～600、800～900Ma應該分別記錄了柴北緣—南祁連地區的泛非變質事件和Rodinia超大陸裂解事件；～450Ma的峰值年齡代表了柴北緣與南祁連之間的俯沖碰撞事件；而～260Ma的峰值年齡應該記錄了中—晚二疊世柴北緣—南祁連地區的低溫變質作用；較老的（＞1.0 Ga）年齡主要是捕獲鋯石（圖2a，c，e），反映物源區有來自古老地殼的物質，同時說明其發生過～1.8、2.5～2.6Ga的變質事件。

圖3 路樂河剖面砂巖和現代河沙樣品鋯石年齡譜Fig.3 Probability diagrams of zircon ages from sandstones in Lulehe section and modern river sands

董國安等［3］認為祁連地塊前寒武紀基底巖石的碎屑鋯石年齡峰值主要集中在元古代，反映其元古代期間發生過聚合、裂解和區域變質作用改造，這與華北地塊在新、中元古代時已經成為穩定地臺完全不同，而與揚子地塊前寒武紀基底巖石的年齡頻譜相似［4］。陸松年等［29］通過對塔里木、祁連、揚子板塊構造熱事件的研究提出，秦—祁—昆造山帶中的祁連、柴達木及北秦嶺等地塊，其前寒武紀演化特點與塔里木及揚子克拉通有較大的相似性，而與華北克拉通則有明顯區別。

此次在柴北緣開展的新生代和現代沉積物中碎屑鋯石的U－Pb年代學研究表明，柴北緣在元古代曾經歷了多期構造熱事件的改造，主要集中在500～600Ma和800～900Ma，同樣證實了柴北緣—南祁連地區的前寒武紀基底性質與揚子板塊相似，與華北板塊完全不同。

5 結論

1）柴北緣—南祁連地區在二疊紀中—晚期曾遭受一次較強烈的低溫區域構造熱事件的改造，其構造性質還有待于進一步研究。

2）柴北緣大量的高壓榴輝巖及其相關的地質體隆升到地表的時間很晚，至少晚于上新世（獅子溝組），同時也說明現今的南祁連山整體是在新生代末期才隆起的。

3）柴北緣—南祁連造山帶先后主要經歷了800～900、500～600、～450、～260Ma的4期構造熱事件。其中：800～900Ma年齡代表了南祁連山Rodinia超大陸裂解的記錄；500～600Ma應該代表了一次區域變質事件；～450Ma的熱事件代表柴北緣高壓榴輝巖俯沖碰撞變質年齡；～260Ma代表了中—晚二疊世的區域低溫變質作用。

4）柴北緣新生代沉積物和現代河沙中的碎屑鋯石U－Pb年齡顯示，柴北緣—南祁連地區的主要構造熱事件發生在元古代，主要集中在500～600Ma和800～900Ma，表明柴北緣—南祁連地區的前寒武紀基底性質與揚子板塊相似，與華北板塊完全不同。

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Tectono－Thermal Events of the Northern Qaidam Margin－Southern Qilian Area，Western China

Liu Yong－jiang1，Franz Neubauer2，Li Wei－min1，Johann Genser2，Li Wei2
1.CollegeofEarthSciences，JilinUniversity，Changchun130061
2.DepartmentofGeologyandGeography，UniversityofSalzburg，SalzburgA－5020，Austria

U－Pb isotopic dating of the detrital zircons from both the Cenozoic sediments in Lulehe section and the modern river sands in northern Qaidam margin show four main peak ages of～260，～450，500－600，800－900Ma and two small peak ages of～1.8Ga and 2.5－2.6Ga.Together with the previous reported isotopic dating data in the area，we concluded that the northern Qaidam marginsouthern Qilian area had been suffered a relatively strong low temperature regional metamorphism during the Middle－Late Permian.The eclogite and its related rocks were uplifted and denudated to the earth surface after Pliocene.There occurred the Rodinia super continent breaking up in 800－900Ma，fan－African regional metamorphism in 500－600Ma and the～450Ma metamorphism related to the subduction and collision in the northern Qaidam margin－southern Qilian area.The major tectono－thermal events occurred in the Paleozoic in the area，mainly in the 500－600Ma and 800－900Ma.It is suggested that the Pre－Cambrian basement of the northern Qaidam margin－southern Qilian area is similar to that of Yangtze plate but different from that of North China plate.

northern Qaidam margin；southern Qilian；detrital zircon；U－Pb dating；tectono－thermal event；tectonics

P548.2

A

1671－5888（2012）05－1317－13

2012－06－30

國家自然科學基金項目（40972148）；中國石油青海油田分公司科技項目（QHKT／JL－03－013）

劉永江（1964—），男，教授，博士生導師，主要從事大地構造學、構造年代學教學與研究，Tel：0431－88502621，E－mail：yongjiang＠jlu.edu.cn。