安徽洪鎮地區董嶺群碎屑鋯石U-Pb年代學及其地質意義

王繼林, 何 斌

(1.中國冶金地質總局 山東局測試中心, 山東 濟南 250014; 2.中國地質大學(武漢) 地球科學學院, 湖北武漢 430074; 3.中國科學院 廣州地球化學研究所, 同位素地球化學國家重點實驗室, 廣東 廣州 510640)

安徽洪鎮地區董嶺群碎屑鋯石U-Pb年代學及其地質意義

王繼林1,2, 何 斌3*

(1.中國冶金地質總局 山東局測試中心, 山東 濟南 250014; 2.中國地質大學(武漢) 地球科學學院, 湖北武漢 430074; 3.中國科學院 廣州地球化學研究所, 同位素地球化學國家重點實驗室, 廣東 廣州 510640)

安徽洪鎮地區的董嶺群為一套以二長片麻巖為主的中深變質巖系, 長期以來被認為是長江中下游地區古元古代的變質結晶基底, 因作為洪鎮變質核雜巖的“變質核”而受到廣泛關注。為了能夠更好地揭示華南前寒武紀的大地構造演化和洪鎮“變質核雜巖”的成因, 本文對洪鎮地區董嶺群主體的二長片麻巖進行了碎屑鋯石 LA-ICP-MS U-Pb定年, 獲得了760～830 Ma、1930～2060 Ma和2360～2530 Ma 3個主要年齡區間。這一年齡譜與揚子克拉通前寒武紀的碎屑鋯石年齡分布特征類似, 暗示董嶺群的物質源于其附近克拉通物質的剝蝕及搬運; 其中最年輕的鋯石年齡為 768±16 Ma, 這一年齡限定了董嶺群地層時代下限, 結合其上覆蓋層為震旦系(底界小于 635 Ma), 將董嶺群的地層時代限定于新元古代, 這一結論否定了其為古元古代古老變質結晶基底的說法。綜合近年來的研究, 揚子板塊西緣及東南緣目前并未發現太古宙-古元古代的結晶基底。另外, 由于董嶺群地層時代的重新厘定, 得知這一地區并不存在大規模地層缺失和大規模剝離斷層, 因此前人提出的洪鎮“變質核雜巖”的構造模型值得商榷。

董嶺群; 碎屑鋯石U-Pb年齡; 新元古代; 變質結晶基底; 變質核雜巖

0 引 言

安徽洪鎮地區的洪鎮變質巖系被作為江南隆起以北下揚子板塊上唯一出露的變質核雜巖和前寒武紀基底而受到關注(李德威, 1993; Zhu et al., 2007, 2010; 范小林和陸永德, 2011)。洪鎮變質核雜巖的變質核為北東向展布的董嶺群, 與廬山地區的星子群、滁州地區的張八嶺群一起被認為是中下揚子板塊出露的古元古代–太古代結晶基底(馬振東等, 1998)。

關于董嶺群的地層時代, 前人進行了大量研究。羅慶坤等(1985)最早提出可以將其與同處郯廬斷裂帶以東且構造位置相毗鄰的肥東、張八嶺地區的古元古界(肥東群年齡為 1850～2486 Ma, 李毓堯等, 1935)相對比, 將其劃屬古元古界; 邢鳳鳴等(1993)根據董嶺群斜長角閃片巖的Sm-Nd同位素等時線年齡為1895～1991 Ma, 正式將董嶺群劃屬為古元古代,這一認識得到廣泛的認同(董樹文等, 1993; 李德威, 1993; Zhang et al., 1994; Zhu et al., 2007; 范小林和陸永德, 2011); 王文斌等(1996)對長江中下游地區變質基底形成時間進行研究, 認為安徽懷寧董嶺群和江蘇埤城出露的埤城群(埤城群斜長角閃巖角閃石的K-Ar表面年齡為1771±5 Ma, 閔慶魁, 1987)可能為同一時代的產物, 均為古元古代; Grimmer et al. (2003)對董嶺群中含矽線石堇青石鉀長片麻巖進行單顆粒鋯石定年, 獲得 3個單顆粒鋯石年齡介于2370±2～2377±10 Ma之間, 這是目前為止給出的較為可靠的董嶺群的地層時代。

盡管對董嶺群的地層時代已經取得了一些認識,但由于受到定年技術的限制, 董嶺群的地層時代劃分并不十分牢靠。對于缺乏古生物資料和火山巖夾層的地層而言, 要準確測定其地層時代具有一定難度(關俊朋等, 2010)。碎屑鋯石作為沉積地層的重要組成部分, 因為其化學性質穩定、同位素封閉溫度高(吳元保和鄭永飛, 2004)等特點, 被廣泛用于限定地層沉積下限。前人的研究也表明, 通過最年輕的碎屑鋯石年齡峰值可以限定地層的時代(Nelson, 2001; Gerdes and Zeh, 2006; 佘振兵, 2007)。最近,關俊朋等(2010)和高林志等(2012)通過鋯石定年推翻了星子群作為揚子板塊古老結晶基底的說法, 將前人普遍認為古元古代的星子群的地層時代劃定到新元古代; 這使我們對相鄰地區同一時代的董嶺群地層時代的歸屬產生興趣。為了能夠正確解釋下揚子構造演化, 重新厘定了董嶺群的地層時代。本文以董嶺群二長片麻巖為研究對象, 對其進行詳細的碎屑鋯石U-Pb年代學研究, 對董嶺群的地層時代及其地質意義進行了討論。

1 地質概況

圖1 安徽洪鎮董嶺群地質略圖(據Zhu et al., 2007修改)Fig.1 Geological map of the Dongling Group in Hongzhen, Anhui province

安徽懷寧縣洪鎮地區構造位置位于下揚子板塊長江中下游坳陷帶中段北側, 其中出露的董嶺群主要分布于荊橋、董嶺一帶, 構成 NE40°走向的長垣形背斜核部(圖 1), 出露面積約 20 km2, 總厚度在1600 m以上。董嶺群是火山碎屑巖、粉砂巖及砂巖建造(陳星霖, 2009; 高雅寧, 2010)經角閃巖相變質作用形成的中深變質巖系, 主體為一套二長片麻巖,頂部發育一薄層白云石英片巖(圖2), 與上覆蓋層斷層接觸(邢鳳鳴等, 1993)。洪鎮地區的蓋層由老到新依次是: 震旦系–中二疊統主要為海相碳酸鹽巖和碎屑巖, 缺失中下泥盆統, 上泥盆統與中下二疊統構成區內兩個沉積事件界面, 代表海陸交互相沉積;中二疊統–第四系主要為陸相碎屑巖和火山噴發沉積。董嶺群及上覆蓋層普遍糜棱巖化, 強度呈下強上弱趨勢。

研究區內出露的巖漿巖有洪鎮花崗巖體、海螺山閃長巖體、金山閃長巖體、硤石花崗巖體及一些小型的花崗閃長斑巖體與酸性巖脈。洪鎮巖體與董嶺群侵入接觸, 此外還有少量酸性巖脈侵入到董嶺群中。

2 采樣位置及樣品特征

本次工作在董嶺群中部湯家嶺附近測制了地質剖面 A-B(圖 2), 剖面貫穿了震旦紀–奧陶紀的碳酸鹽巖蓋層, 蓋層與董嶺群斷層接觸, 董嶺群主體為二長片麻巖, 頂部發育薄層片巖段, 東南側被燕山期洪鎮花崗巖體侵位。本次工作對二長片麻巖進行采樣, 具體采樣位置如圖 2所示, 地理坐標為30°36′31.67″N, 116°47′11.25″E。所采樣品H-30為初糜棱巖化石榴石–二長片麻巖: 粒狀變晶結構, 片麻狀構造, 主要組成礦物為: 石英(～40%)、長石(～30%)、石榴子石(～15%)、白云母(～15%)及少量鋯石、磷灰石、榍石等副礦物; 長石、石榴子石顆粒較大, 白云母繞過長石、石榴子石斑晶斷續定向排列構成片麻理, 石英顆粒較小, 與白云母一起呈基質產出, 發育波狀消光、亞顆粒等變形結構。

3 分析方法及結果

3.1 分析方法

鋯石挑選由河北省廊坊市誠信地質服務公司完成, 挑選無明顯裂隙、不含包裹體且透明干凈的鋯石顆粒進行制靶, 之后對待測鋯石進行反射光、透射光及陰極發光顯微照相, 選定測試點位。制靶及陰極發光顯微照相工作在中國地質大學(武漢)地質過程與礦產資源國家重點實驗室完成。

鋯石 U-Pb同位素定年及微量元素含量分析在中國地質大學(武漢)地質過程與礦產資源國家重點實驗室進行, 測試儀器為激光剝蝕電感耦合等離子體質譜儀(LA-ICP-MS), 激光剝蝕系統為 GeoLas2005, ICP-MS為 Agilent7500a。標樣與待測樣品以 2∶5的比例交替進行測試, 具體的儀器操作過程及條件見Liu et al. (2008, 2010a, 2010b)。運用ICPMSDataCal8.3軟件對測試數據進行離線處理, 數據處理包括對樣品和空白信號的選擇、儀器靈敏度漂移校正、元素含量及 U-Pb同位素比值和年齡計算等方面, 詳見Liu et al. (2008, 2010a)。最后, 采用Isoplot/Ex_ver3 (Ludwig, 2003)完成鋯石U-Pb諧和圖的繪制及加權平均年齡計算等工作。

3.2 分析結果

樣品中的鋯石顆粒粒徑普遍在 70～150 mm, 長寬比介于1∶1～2∶1之間, 多呈短柱狀–次圓狀, 陰極發光圖像顯示大部分鋯石具有典型的巖漿振蕩環帶(圖3)。根據鋯石結構特征, 對60個鋯石顆粒進行U-Pb同位素分析, 分析結果列于表1。結果顯示54號測點諧和度低于90%, 予以剔除; 其余59個有效測點鋯石的年齡均位于諧和線上及附近(圖4), U、Th含量分別介于17.67～784.42 μg/g, 10.99～568.08 μg/g, 大部分鋯石的Th/U值介于0.42～2.26, 只有3個測點鋯石Th/U=0.2～0.3。綜合鋯石CL圖像特征及Th/U值, 判斷這些鋯石均為巖漿成因鋯石。

根據鋯石年齡概率分布圖5a可以看出, 測點鋯石的年齡構成3個年齡區間, 分別是760～830 Ma、1930～2060 Ma、2360～2530 Ma, 分布特征與報道的揚子克拉通前寒武紀的鋯石年齡分布特征(佘振兵, 2007; Liu et al., 2008; 謝士穩等, 2009; 耿元生等, 2012)類似(圖 5b), 暗指董嶺群是由附近克拉通地層的剝蝕及搬運沉積而來。其中760～830 Ma年齡區間的碎屑鋯石共17顆, 峰值年齡為～797 Ma(圖5), 最年輕的鋯石年齡為 768±16 Ma, 認為該年齡代表了董嶺群地層時代的下限。

圖2 采樣點地質剖面Fig.2 Geological section with sampling locations

表1 安徽洪鎮董嶺群石榴石二長片麻巖H-30碎屑鋯石U-Pb年齡Table 1 U-Pb dating results of detrital zircons in garnet gneiss from the upper section of the Dongling Group

續表1:

圖3 鋯石CL圖像特征Fig.3 CL images of detrital zircons in sample H-30

圖4 董嶺群中碎屑鋯石U-Pb年齡諧和圖Fig.4 U-Pb concordia diagram of the detrital zircons from the Dongling Group

圖 5 董嶺群中碎屑鋯石(a)和揚子克拉通碎屑鋯石年齡譜(b, 據Liu et al., 2008修改)Fig.5 Age distribution of detrital zircons in the Dongling Group and the Yangtze Craton

4 討 論

本次對董嶺群二長片麻巖進行碎屑鋯石 U-Pb定年, 得到的最年輕的鋯石年齡為 768±16 Ma, 此外一系列年齡約 800 Ma鋯石的得到并非偶然。早期Grimmer et al. (2003)對董嶺群片麻巖進行單顆粒鋯石定年時就得到 2顆年齡分別為 692±10 Ma和783±7 Ma的鋯石; 唐成虎等(2013)對洪鎮巖體進行定年時, 也發現了年齡為～750 Ma的殘留鋯石, 由于洪鎮巖體屬于地殼重熔型巖漿巖(唐成虎等, 2013),結合洪鎮巖體和董嶺群密切的空間關系, 所以不排除這些殘留鋯石來自董嶺群的可能。不同時間在不同的實驗室得到了相近的鋯石年齡, 這從另外一個角度驗證我們得到數據的可靠性。在利用碎屑鋯石最年輕年齡限定地層沉積時代下限研究思想的指導下, 我們將董嶺群的沉積下限約束到768±16 Ma。此外, 董嶺群上覆地層為下震旦統, 國內多認為震旦系的底界年齡約為635 Ma(Wang et al., 2003; 高林志等, 2010a, 2010b, 2011), 因此董嶺群的地層時代應該為新元古代。

董嶺群地層時代的重新厘定對前人(邢鳳鳴等, 1993; 李德威, 1993; 王文斌等, 1996; Grimmer et al., 2003)認為其是古老變質基底的認識提出了挑戰。前人之所以認為董嶺群為古老變質基底, 主要依據是邢鳳鳴等(1993)報道的較老的 Sm-Nd同位素年齡,但這一結果缺少其他數據的驗證。另外, 董嶺群的變質年齡是回答其是否為變質結晶基底的另一關鍵,最近我們通過對董嶺群中片麻巖獨居石進行 SIMS U-Pb定年, 得到董嶺群的變質年齡為128.44±0.73 Ma (另文發表), 這也佐證了其不是變質基底的觀點。此外, 耿元生等(2007)通過一系列的鋯石數據證實揚子板塊西緣所謂的古老結晶基底其實都是新元古代的產物。最近關俊朋等(2010)和高林志等(2012)通過鋯石年代學將前人認為的中下揚子板塊北緣的結晶基底——星子群的地層時代重新厘定為新元古代,否定了前人一直秉持的古元古代甚至太古代的說法。綜合以上研究表明揚子板塊西緣及東南緣目前并未發現太古宙–古元古代的結晶基底, 前人可能因為老的定年手段和認識的限制而得出錯誤的結論。

另外, 安徽洪鎮地區另一研究熱點是洪鎮變質核雜巖, 自從李德威(1993)提出這一概念后, 地質學者先后開展了廣泛研究, 發表一系列研究成果(汪勁草和肖龍, 1999; Zhu et al., 2007, 2010; 沈曉明等, 2008; 范小林和陸永德, 2011)。變質核雜巖的關鍵特征是存在大型拆離斷層(Davis和鄭亞東, 2002; 劉德民, 2003), 董嶺群新元古代地層時代的確定表明洪鎮地區地層基本連續, 不存在前人確定的大型剝離斷層, 并且在野外實地勘察中也并未發現大型拆離斷層, 據此認為用“變質核雜巖”模型解釋洪鎮地區的地質構造現象可能存在問題, 這一地區的構造演化還需要進一步深入研究。

5 結 論

通過對安徽洪鎮地區董嶺群石榴石二長片麻巖進行詳細的碎屑鋯石年代學研究, 結合其上覆震旦紀地層(底界年齡≈635 Ma), 將董嶺群的地層時代劃定為新元古代, 否定了前人關于其是古元古代變質結晶基底的認識, 綜合前人已有資料, 認為揚子板塊西緣及東南緣目前并未發現太古宙–古元古代的變質結晶基底; 此外, 由于董嶺群地層時代的確定及野外大型拆離斷層的缺席, 認為該地區的構造特征與典型變質核雜巖不符, 對該地區的地質構造現象解釋還需進一步深入研究。

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LA-ICP-MS U-Pb Dating of Detrital Zircons from Dongling Group in Hongzhen Area and its Geological Implications

WANG Jilin1,2and HE Bin3＊
(1. Shandong Bureau Testing Center of China Metallurgical Geology Bureau, Jinan 250014, Shandong, China; 2. Faculty of Earth Science, China University of Geoscience, Wuhan 430074, Hubei, China; 3. Guangzhou Institute of Geochemistry, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou 510640, Guangdong, China)

The Dongling Group, exposed in the Hongzhen area, Anhui province, was previously considered to be the Paleoproterozoic basement. It has been extensively studied because it was believed to be the core of the Hongzhen metamorphic core complex and the metamorphic crystalline basement of South China as well. To accurately interpret the Precambrian tectonic evolution of South China and the formation mechanism of the Hongzhen “metamorphic core complex”, detrital zircons from the gneiss, the main part of the Dongling Group, were analyzed and three age groups of 760 830- Ma, 1930 2060- Ma and 2360 2530- Ma were obtained. The age distribution of the zircons is similar to those of the Yangtze Craton as whole, indicating that the detrital material of the Dongling Group was derived from adjacent basement of the Yangtze Carton. The youngest detrital zircon age (768±16 Ma) of the Dongling Group and the 635 Ma lower boundary age of overlying Sinian System suggest that the Dongling Group should be deposited in Neoproterozoic rather than Paleoproterozoic. Thus, the Dongling Group is not the crystalline basement of South China. We thus suggest that there is no crystalline basement has yet been discovered in the southeast of the Yangtze Craton. In addition, the strata in the Hongzhen area is continuous so long as the Dongling Group is Neoproterozoic. Therefore, the viewpoints concerning the Hongzhen metamorphic core complex proposed previously need to be re-evaluated.

Dongling Group; U-Pb age of detrital zircons; Neoproterozoic; metamorphic crystalline basement; metamorphic core complex

P597

A

1001-1552(2016)06-1239-008

2014-02-27; 改回日期: 2014-09-11

項目資助: 中國科學院知識創新項目(KZCX2YW128, KZCX1YW151)和國家自然科學基金(41173037)聯合資助。

王繼林(1988–), 女, 碩士, 構造地質學專業。Email: wangjilin22126@126.com

何斌(1963–), 男, 研究員, 主要從事區域地質、構造地質、沉積和巖相古地理等方面研究。Email: hebin@gig.ac.cn