揚子克拉通崆嶺雜巖孔茲巖系同位素年代學研究及其地質意義

邱嘯飛, 楊紅梅, 盧山松, 張利國, 段瑞春, 杜國民

(1.中國地質調查局 武漢地質調查中心 同位素地球化學研究室, 湖北 武漢 430205; 2.中國地質調查局花崗巖成巖成礦地質研究中心, 湖北 武漢 430205)

揚子克拉通崆嶺雜巖孔茲巖系同位素年代學研究及其地質意義

邱嘯飛1, 2, 楊紅梅1, 2, 盧山松1, 2, 張利國1, 2, 段瑞春1, 2, 杜國民1

(1.中國地質調查局 武漢地質調查中心 同位素地球化學研究室, 湖北 武漢 430205; 2.中國地質調查局花崗巖成巖成礦地質研究中心, 湖北 武漢 430205)

崆嶺雜巖出露有一套覆蓋于古老變質結晶基底之上的以含石墨和富鋁礦物為特征的孔茲巖系。本文對該套孔茲巖系中代表性巖石類型榴線英巖開展了同位素稀釋法(ID-TIMS)礦物–全巖Sm-Nd等時線測年。研究結果表明, 榴線英巖形成于2078±31 Ma。榴線英巖Nd同位素組成相對均一(εNd(t)值介于-4.9與-2.3之間), 對應Nd同位素兩階段模式年齡介于2.91～2.70 Ga之間, 表明大多數樣品形成于封閉體系中。結合前人在同一套巖石組合中報道的鋯石U-Pb年代學和巖石地球化學數據, 推測崆嶺雜巖孔茲巖系可能沉積于2.13～2.08 Ga, 其原巖沉積物主要來自下伏的古老地殼物質, 且其源區存在中太古代的初生地殼增長。揚子陸核經歷的古元古代(2.08～1.94 Ga)高壓麻粒巖相變質作用可能與全球廣泛存在的同時期(2.1～1.8 Ga)碰撞造山事件有關, 暗示其很可能是古元古代Columbia超大陸的重要組成部分。

揚子克拉通; 崆嶺雜巖; 孔茲巖系; Sm-Nd同位素等時線; 同位素稀釋法

0 引 言

大陸地殼的增長及不同陸塊間的拼合與裂解過程對認識其形成過程及早期演化規律具有重要意義(Condie, 1998; Hawkesworth and Kemp, 2006), 因而長期受到國內外研究者的高度重視, 而了解各陸塊中前寒武紀早期陸核的形成與構造演化, 則是認識各大陸克拉通形成、生長、演化及其相互關系的關鍵科學問題。

揚子克拉通作為我國東部最重要的前寒武紀塊體之一, 了解其早期形成與構造演化對充分認識中國大陸地殼組成、構造格局演變乃至全球構造事件均具有重要意義。然而由于顯生宙巨厚沉積蓋層覆蓋, 使得前寒武紀地質體在揚子克拉通的出露十分有限, 這導致對揚子克拉通前寒武紀地質事件研究程度遠低于鄰近的華北克拉通。已有研究顯示, 揚子克拉通在地質歷史時期上曾發生過多次重要的構造–巖漿/變質事件, 對其現今組成規模和構造格局產生了重要影響, 其中最具代表性的事件為中–新元古代的拼合與裂解事件, 被多數研究者認為與Rodinia超大陸的拼合和裂解作用密切相關(如 Ling et al., 2003; Qiu et al., 2011; 邱嘯飛等, 2013)。最新研究同時表明, 揚子克拉通的形成與演化可能經歷了不同時期多陸核或次一級陸塊相對獨立的演化與各微陸塊相互作用逐漸碰撞拼合過程(Zhang et al., 2006b; Wu et al., 2009; 彭松柏等, 2010; Qiu et al.,2011; Peng et al., 2012; Wu et al., 2012; 邱嘯飛等, 2013, 2014), 因而要較完整地認識統一華南陸塊的形成與演化歷史, 離不開對其各組成陸塊內不同陸核或次一級陸塊的前寒武紀早期基底巖系的形成和地殼增生過程的了解。崆嶺雜巖作為揚子克拉通乃至華南陸塊已得到確認的少數太古宙結晶基底出露的地質單元之一(Qiu et al., 2000; Jiao et al., 2009; Gao et al., 2011; Chen et al., 2013), 成為不可多得的研究揚子克拉通早期形成演化的理想地區。在崆嶺雜巖中出露有一套覆蓋于TTG片麻巖基底之上的以含石墨和富鋁礦物為特征的變沉積巖巖石組合, 前人將其定名為孔茲巖系, 認為其應是“構造環境相對穩定條件下形成的一套陸棚—淺海相沉積物, 物源區為穩定的硅鋁質陸殼”(姜繼圣, 1986)。已有研究顯示, 該套孔茲巖系變質程度普遍達到高角閃巖相–麻粒巖相, 且具有順時針的P-T-t軌跡(Wu et al., 2009; Yin et al., 2013), 推斷其可能為弧陸或陸陸碰撞造山所致, 而作為孔茲巖系變質原巖主體的泥沙質巖石, 其顯然為更早期陸殼物質再循環的產物。對揚子克拉通崆嶺雜巖孔茲巖系開展深入研究, 不僅有利于了解其本身, 也可為理解早期華南陸塊陸殼基底性質提供重要證據。此外, 現有對崆嶺雜巖的年代學研究主要集中于其底部太古宙古老結晶基底, 包括 TTG片麻巖及斜長角閃巖(Zhang et al., 2006a; Jiao et al., 2009; Gao et al., 2011; Chen et al., 2013), 且高精度年代學成果多采用鋯石微區原位U-Pb同位素方法(包括LA-ICP-MS和SIMS), 對同屬崆嶺雜巖的變沉積表殼巖系的直接定年工作則相對有限(Ling et al., 2001; Zhang et al., 2006b),開展相關研究不僅可提供成巖年齡, 確定地層時代, 還可提供揚子克拉通早期地殼形成演化的重要信息。

本文報道了在崆嶺雜巖孔茲巖系中獲得的較高精度Sm-Nd同位素等時線年齡, 結合前人已有的研究成果, 對揚子陸核早期構造熱事件與構造演化進行了探討。

1 區域地質概況

崆嶺雜巖出露于鄂西宜昌市秭歸–興山一帶,為目前華南陸塊已報道的最古老結晶基底, 總出露面積～360 km2, 其被新元古代黃陵花崗巖侵入而分隔成南、北兩部分, 主體為北部崆嶺雜巖, 主要由高角閃巖相–麻粒巖相變質巖組成。Gao et al. (1999)根據巖石類型將崆嶺雜巖分為三類: 第一類為閃長質、英云閃長質、奧長花崗質以及花崗閃長質(DTTG)片麻巖, 第二類巖石為斜長角閃巖, 這兩套巖石出露面積近 200 km2, 共同構成了揚子克拉通太古宙古老結晶基底, 而第三類巖石則為覆蓋于古老結晶基底之上的孔茲巖系。該孔茲巖系主要為以含石墨和富鋁礦物石榴子石為特征的黑云斜長片麻巖、黑云片巖、云英片巖, 夾大理巖、石英巖、斜長角閃巖、變粒巖等, 巖石富含石榴子石、電氣石與磁鐵礦等, 在部分地區石榴子石和磁鐵礦可作為礦產資源進行開采。巖石均遭受混合巖化, 形成混合片麻巖與條帶狀混合巖(湖北省地礦局, 1990)。姜繼圣(1986)最早將該套巖石組合定名為孔茲巖系, 并強調巖石組合中存在指相巖石——石榴矽線石英巖(簡稱榴線英巖)。崆嶺雜巖被后期～1.85 Ga埫圈椅鉀長花崗巖以及新元古代黃陵侵入雜巖體和輝綠巖脈所侵入, 并被南華紀蓮沱組和南沱組碎屑沉積巖不整合覆蓋(圖1)。

作為華南陸塊最具代表性古老結晶基底, 前人對崆嶺基底巖系進行了大量的年代學研究。姜繼圣(1986)對崆嶺雜巖二郎廟剖面 7個變質巖樣品進行全巖Rb-Sr等時線定年獲得了2010±114 Ma的年齡;馬大銓和李志昌(1997)對酸性片麻巖進行Sm-Nd等時線定年, 獲得了 3.29～3.15 Ga的原巖年齡, 同時對斜長角閃巖進行鋯石 U-Pb定年, 獲得了～2.0 Ga的年齡。此外, Ling et al. (1998)對崆嶺群黃涼河剖面斜長角閃巖進行了 Sm-Nd全巖等時線定年, 獲得2742±83 Ma的年齡。李志昌和方向(1998)利用La-Ce同位素獲得英云閃長質片麻巖以及其中斜長角閃巖包體的年齡為3292±417 Ma。近十年來, 隨著分析方法的進一步改善和研究工作的不斷深入, 對于崆嶺基底的年代學研究取得了突飛猛進的發展。Jiao et al. (2009)對崆嶺雜巖東北部混合片麻巖進行的LA-ICP-MS鋯石 U-Pb測年研究表明其原巖形成于3218±13 Ma, 并具有2732±16 Ma的變質年齡。魏君奇和王建雄(2012)對崆嶺雜巖中斜長角閃巖包體進行了LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年, 結果顯示其形成于～3.0 Ga, 并受到了2.7 Ga和2.5 Ga的變質改造過程。同時, 對北部崆嶺奧長花崗質片麻巖開展的LA-ICP-MS鋯石 U-Pb測年結果表明, 其原巖年齡為 3302±7 Ma, 這些年齡也是目前揚子克拉通乃至整個華南陸塊報道的最古老巖石記錄。與之相比,對崆嶺雜巖中的孔茲巖系年代學研究則相對較少。Ling et al. (2001)對崆嶺雜巖中副片麻巖進行了礦物–全巖 Sm-Nd等時線年齡測定, 獲得了 1939±44 Ma的等時線年齡, 并據此提出在研究區可能存在約2.0～1.9 Ga構造–巖漿熱事件。Zhang et al. (2006b)對崆嶺雜巖變泥質巖進行LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年獲得了1.97±0.03 Ga的上交點, 作者將該年齡解釋為變沉積巖的變質年齡。Yin et al. (2013)在崆嶺雜巖變沉積巖進行的LA-ICP-MS鋯石U-Pb年代學工作則獲得了～2.0 Ga的變質年齡。綜合起來看, 崆嶺雜巖下部 TTG片麻巖和斜長角閃巖主要形成于3.3～2.7 Ga, 而上部孔茲巖系則形成于古元古代。

1. DTTG片麻巖; 2. 孔茲巖系; 3. 大理巖; 4. 顯生宙; 5. 超基性侵入巖; 6. 基性巖脈; 7. 鉀長花崗巖; 8. 斷層; 9. 采樣點。圖1　崆嶺雜巖地質簡圖及其采樣點圖(據Gao et al., 1999修改)Fig.1 Sketch geological map of the Kongling Complex and sampling locations

2 樣品特征和分析方法

用于Sm-Nd同位素測試的樣品采自宜昌市興山縣老林溝附近石榴子石礦點, 選取孔茲巖系中最典型的巖石類型榴線英巖為研究對象。巖石具有細粒鱗片變晶結構, 塊狀構造或片麻狀構造, 主要礦物為石榴子石(～40％)、矽線石(～35％)和石英(～20％)以及少量斜長石、石墨等礦物(<5％), 副礦物包括鋯石、磁鐵礦等。石榴子石變斑晶肉眼可見, 自形程度高, 可見完整晶形, 直徑為 0.3～1 cm, 最大直徑可達 2 cm, 主要為鐵鋁榴石, 在巖石露頭上呈層狀產出; 淺色礦物主要為矽線石和石英, 矽線石呈纖柱狀產出, 石英呈它形產出(圖 2a), 部分露頭可以看到榴線英巖中混有長英質片(麻)巖包體(圖2b)。已有文獻的電子探針與巖相學觀察表明, 本區石榴子石不存在成分分帶現象, 說明該區古元古代孔茲巖系中同一剖面上石榴子石主要是同一時期形成(嚴溶等, 2006; Yin et al., 2013)。榴線英巖結構、構造和礦物組合特征暗示其原巖為砂泥質巖石。

研究表明, 樣品中石榴子石的形成類似于鋯石,可能不是一期地質作用的產物。因此為了排除石榴子石后期地質事件的影響或后期變質重結晶的影響,在野外沿剖面選擇同一層位中相隔一定距離的新鮮、未受明顯風化和蝕變的樣品進行采樣, 同時盡量挑選相互之間石榴子石粒度大小存在一定差異的樣品來進行礦物分選, 樣品采集后直接送往河北省地勘局物化探區域地質調查研究院進行石榴子石分選工作, 每一件挑選單礦物樣品同時采集配套樣品用于全巖Sm-Nd同位素地球化學測試分析。全巖及分選出的石榴子石樣品Sm-Nd同位素組成分析的化學制備采用子體同位素比值和母子體同位素比值雙份測定的方法: 平行稱取兩份～100 mg粉末樣品兩份, 其中一份加入149Sm+145Nd混合稀釋劑, 用于樣品1 47Sm/1 4 4Nd同位素比值測定, 另一份用于143Nd/144Nd同位素比值測定。所稱樣品在金屬外殼Teflon材質溶樣彈中用 HNO3+HF+HClO4混合酸在～190 ℃溫度下密閉溶解48 h, 以使樣品徹底溶解。溶解離心后得到的上層清液用 Dowe50×8陽離子交換樹脂進行REE的分離和純化, 其中含稀釋劑的解析液蒸干后直接用于 Sm、Nd含量質譜分析, 未加稀釋劑的解吸液則采用HDEHP法繼續進行Sm-Nd分離和Nd的純化, 用于Nd同位素比值分析。制備好的樣品同位素比值測定采用配有多接收系統的熱電離質譜儀(Finnigan Triton Ti)完成。

樣品在質譜分析過程中143Nd/144Nd比值產生的質量分餾采用146Nd/144Nd=0.721900進行校正, Sm、Nd含量采用同位素稀釋法公式計算獲得。整個分析過程用標準物質 GBW04419、BCR-2以及 ZkbzNd (JMC)分別對全流程和儀器進行監控。獲得的國家標準物質 GBW04419測定值分別為143Nd/144Nd= 0.512715±0.000005 (平均值, n=4), Sm=3.032×10–6, Nd=10.07×10–6; 國際標樣BCR-2的143Nd/144Nd測定值為0.512633±0.000003 (平均值, n=10), Sm=6.637× 10–6, Nd=29.32×10–6; 溶液標準 ZkbzNd (JMC)的143Nd/144Nd=0.511550±0.000005 (平均值, n=7), 與各自推薦值在誤差范圍內完全一致, Sm、Nd含量及147Sm/144Nd比值測量誤差<5‰,143Nd/144Nd比值單次測量分析精度優于10–5。實驗全流程Sm、Nd本底分別為 7×10–11和 9×10–11。上述分析工作均在中國地質調查局武漢地質調查中心(原宜昌地質礦產研究所)同位素地球化學實驗室完成。

圖2　崆嶺雜巖榴線英巖野外露頭照片Fig.2 Field outcrop of the garnet-sillimanite-quartzite in the Kongling Complex

3 分析結果

崆嶺雜巖榴線英巖全巖樣品及其石榴子石的Sm-Nd同位素組成分析結果列于表 1。表中同時列出了這些樣品計算的Nd同位素模式年齡。需要說明的是, 由于榴線英巖為副變質巖, 其原巖在從物源區風化剝蝕到搬運、沉積成巖以及后期變質過程中,難免會導致不同程度的Sm/Nd比值分餾, 故在進行Nd同位素模式年齡計算的時候采用兩階段演化模型更為合理, 可最大程度的減少因地質過程中Sm-Nd分餾而產生的影響, 其計算結果相對而言能更真實的反映其源區巖石的平均地殼居留時間(Miller and Harris, 1989; Bai et al., 2011)。在進行模式年齡和εNd(t)值計算時, t取 Sm-Nd等時線年齡2078 Ma, 崆嶺雜巖孔茲巖系8件榴線英巖全巖以及7件石榴子石樣品 Sm/Nd比值變化范圍大, 榴線英巖147Sm/144Nd在0.1044到0.1392之間變化, 而石榴子石具有相對更高的147Sm/144Nd 比值(0.1528～ 0.1906)。全巖樣品Nd同位素組成相對均一, 其模式年齡在2.91～2.70 Ga之間變化, 對應的εNd(t)值變化于-4.9～ -2.3。與全巖樣品相比, 榴線英巖中石榴子石的Nd同位素更為一致, εNd(t)值集中于-4.6～ -4.2之間。需要指出的是, 12SNJ-02全巖樣品具有明顯不同于其他孔茲巖和石榴子石的 Nd同位素組成(εNd(t)= -2.3), 然而其所含石榴子石 Nd同位素組成卻與其他樣品保持一致(εNd(t)= -4.6), 暗示該樣品可能遭受了后期地質事件的影響, 從而造成其 Sm-Nd同位素體系發生一定程度的開放, 然而該地質事件并未改變其石榴子石所記錄的樣品原始Sm-Nd同位素組成, 這或許能說明石榴子石中Sm-Nd同位素體系相對穩定, 難以受到后期地質事件的干擾, 相對于全巖 Nd同位素而言能更好地反映其形成時的初始Nd同位素組成。

利用Isoplot 3.0軟件對榴線英巖進行了石榴子石–全巖Sm-Nd等時年齡計算, 結果示于圖3, 榴線英巖(8個樣品)及其中挑選出的石榴子石(7個樣品)147Sm/144Nd和143Nd/144Nd之間存在較好的線性關系, 構成的等時線年齡為2045±100 Ma。誤差較大的原因是樣品 12SNJ-02相對等時線明顯偏離(MSWD=12), 將該點剔除后剩余的 14件樣品構成的礦物–全巖 Sm-Nd等時線年齡為 2078±31 Ma (MSWD=1.4), 代表了榴線英巖的形成年齡(圖 3)。值得注意的是, 雖然本文在孔茲巖系中獲得的Sm-Nd等時線年齡同樣指示該巖系形成于古元古代,但略老于前人在相似巖性中獲得的變質鋯石 U-Pb年齡(Zhang et al., 2006b; Yin et al., 2013)。在含石榴子石的高壓變質巖中, 稀土元素, 尤其是重稀土元素主要受控于石榴子石礦物, 對于封閉體系來說石榴子石的形成將造成體系中重稀土元素的虧損。與此同時, 重稀土元素在石榴子石和鋯石之間的分配系數大于1, 亦即當鋯石與石榴子石同時存在時, 雖然鋯石礦物也傾向于富集重稀土元素, 封閉體系中的重稀土元素仍更傾向于賦存于石榴子石礦物之中,從而造成之后形成的變質鋯石的重稀土元素組成相對虧損(Wu et al., 2009)。已有研究表明, 崆嶺變質表殼巖系中古元古代變質鋯石的稀土元素通常顯示出平坦的重稀土元素特點, 同時存在負Eu異常(Wu et al., 2009; 作者未發表數據), 說明這些變質鋯石在封閉體系中結晶時間可能晚于石榴子石形成時代(Bingen et al., 2004; Wu et al., 2009), 據此認為, 本文獲得的石榴子石–全巖 Sm-Nd等時線年齡應代表了榴線英巖中石榴子石的形成年齡, 時間略早于巖石中變質鋯石的形成年齡。

表1　崆嶺雜巖榴線英巖全巖與石榴子石Sm-Nd同位素組成Table 1 Whole rock and garnet Sm-Nd isotopic composition of the garnet-sillimanite-quartzite in the Kongling Complex

圖3　崆嶺雜巖榴線英巖石榴子石–全巖Sm-Nd等時年齡圖解Fig.3 Garnet-whole rock Sm-Nd isochron diagram of the garnet-sillimanite-quartzite in the Kongling Complex

4 討 論

4.1 崆嶺雜巖孔茲巖系原巖的沉積時代

有關沉積巖直接定年一直是同位素年代學研究的難點, 目前較為普遍的做法是通過古生物化石組合來對沉積地層時代進行判定(Westerhold et al.,2008)。然而對于化石組合較少完整保存的前寒武紀變沉積地層, 則仍難以對其沉積時代進行直接測定,多采用間接定年方法, 例如對變沉積巖中所含碎屑鋯石進行U-Pb同位素年代學測定, 通過最年輕的碎屑鋯石年齡來約束最老的沉積年齡。對于崆嶺雜巖變質表殼巖系, 綜合前人的碎屑鋯石分析結果, 統計出其U-Pb年齡變化于3490～2131 Ma (Qiu et al., 2000; Zhang et al., 2006a; Gao et al., 2011; Yin et al., 2013), 表明孔茲巖原巖的沉積年齡應在2131 Ma之后, 這排除了少數研究者認為崆嶺雜巖變質表殼巖系形成于新太古代的推斷(Qiu et al., 2000)。本文對孔茲巖系中代表性巖石榴線英巖及其中石榴子石進行的礦物–全巖 Sm-Nd等時線測年結果表明, 崆嶺表殼沉積巖在～2078 Ma遭受了高壓區域變質作用來形成孔茲巖, 該年齡約束了孔茲巖系原巖沉積時代的下限。綜合前人研究, 本文認為崆嶺雜巖孔茲巖系原巖沉積時代為2131～2078 Ma的古元古代而非太古宙, 這一結果與大多數研究者觀點一致(Zhang et al., 2006b; Yin et al., 2013)。

4.2 崆嶺雜巖孔茲巖系沉積物的源巖特征

本文獲得的8件榴線英巖全巖樣品Nd同位素組成相對均一, 表明大多數樣品形成于封閉體系, 其Nd同位素組成特征能代表原巖信息, 樣品 Nd同位素模式年齡介于 2.91～2.70 Ga之間, 說明原巖沉積物主要來自古老中下地殼。已有的孔茲巖系碎屑鋯石統計結果表明, 其所含大多數碎屑鋯石具有太古宙年齡, 主要集中于 3.0～2.7 Ga之間, 這些碎屑鋯石年齡譜及其 Hf同位素組成與目前已經報道的崆嶺基底巖系中 TTG片麻巖的年代學格架及其鋯石Hf同位素特點相似(邱嘯飛等, 2014)。基于此, 本文推測榴線英巖的沉積巖源巖可能為下伏的太古宙TTG片麻巖基底。這一結論得到了最近對孔茲巖系進行的地球化學組成研究的支持。該研究表明, 榴線英巖具有與 PAAS(澳大利亞后太古宙頁巖)接近的微量元素組成, 同時還具有高CIW(古風化強度參數)值, 暗示其源區可能經歷了相對強烈的化學風化作用(嚴溶等, 2006)?？灼潕r系的年代學和同位素地球化學特征暗示崆嶺雜巖中太古代(～2.9 Ga)初生地殼于～2.1 Ga在地表接受剝蝕沉積, 隨后遭受了區域上麻粒巖相–高角閃巖相變質作用形成以榴線英巖為典型巖石類型的孔茲巖系。

4.3 崆嶺雜巖孔茲巖系對揚子克拉通古元古代構造演化的指示意義

華南陸塊在前寒武紀超大陸重建中的位置長期以來都是國內外研究熱點(Qiu et al., 2011; Cawood et al., 2013)。就現有研究成果來看, 國際上對古元古代–中元古代Columbia超大陸和中元古代–新元古代Rodinia超大陸的演化歷史了解相對較為系統(Li et al., 2008; Cawood et al., 2013)。對華南陸塊而言, 目前研究多集中于華南陸塊廣泛發育的中元古代末–新元古代早期構造–巖漿活動, 盡管存在爭議, 但大多數研究者承認華南陸塊是 Rodinia超大陸中的重要組成部分, 而這些中–新元古代構造巖漿作用則是其在 Rodinia超大陸演化過程中的響應(Li et al., 2008; 張春紅等, 2009; Qiu et al., 2011; 邱嘯飛等, 2013)。與之相比, 對華南陸塊在Columbia超大陸演化中所扮演角色的理解則顯得相對有限, 主要集中在兩個方面: (1) 華南陸塊是否是 Columbia超大陸的組成部分; (2) Columbia超大陸重建方案中華南陸塊的位置。造成這些問題的原因很大部分是由于缺乏對古–中元古代與造山作用有關的構造–變質–巖漿作用的識別。

近年來隨著研究工作的不斷深入, 揚子克拉通崆嶺雜巖陸續出現古元古代變質–巖漿作用的報道(Ling et al., 2001; Zhang et al., 2006a; Wu et al., 2009; Yin et al., 2013)。如Zhang et al. (2006a)在兩件變泥質巖樣品中分別獲得了1948±46 Ma和1979±22 Ma的變質鋯石U-Pb同位素年齡; Wu et al. (2009)在兩件變沉積巖樣品中獲得了 2010±13 Ma的變質年齡等。該期變質事件在崆嶺雜巖變質結晶基底巖石中也存在同樣記錄(Zhang et al., 2006b; Chen et al., 2013; 魏君奇和景明明, 2013; 作者未發表數據)。魏君奇和景明明(2013)對崆嶺雜巖中角閃巖類進行了年代學和地球化學研究, 在其變質新生鋯石中獲得了 2043 Ma的上交點年齡, 指示揚子陸核存在2.1～1.9 Ga的角閃巖相熱變質事件, 該期熱變質作用將松散的陸源碎屑巖等變質為孔茲巖系, 構成古元古代結晶基底。此外, Yin et al. (2013)對崆嶺地區基性麻粒巖、榴線英巖以及大理巖中變質鋯石分別進行了 U-Pb同位素年代學研究, 均獲得了～2.0 Ga的變質年齡, 該文同時還在崆嶺雜巖中識別出一套侵位于2002±9 Ma的含石榴子石S型花崗巖, 認為其為地殼物質在同碰撞階段部分熔融的產物, 并將崆嶺地區高壓麻粒巖相變質作用的時間限定為2003±2 Ma。本研究在崆嶺雜巖孔茲巖中獲得的Sm-Nd等時線年齡為2078±31 Ma, 結合區域上已發表的鋯石U-Pb年代學數據, 可對揚子陸核古元古代構造熱事件的時限進行進一步約束。

基于巖相學和鋯石年代學等研究, 部分研究者提出崆嶺雜巖在古元古代可能經歷了峰期條件為高壓麻粒巖相的變質作用及隨后的角閃巖相退變質過程, 顯示出順時針的P-T-t軌跡, 暗示區域上可能存在古元古代弧陸碰撞或陸陸碰撞造山作用(Zhang et al., 2006a; Wu et al., 2009; Yin et al., 2013)。

孔茲巖系的形成常與碰撞造山帶相聯系, 可能代表了不同陸塊之間碰撞拼合相關的變質記錄。例如華北克拉通西部陸塊南部鄂爾多斯陸塊和北部陰山陸塊之間的古元古代孔茲巖系被認為與兩陸塊碰撞拼合有關(Zhao et al., 2005; Wan et al., 2006); 中國東北地區晚泛非期(～500 Ma)長度超過1300 km的孔茲巖則被認為與中國東北微陸塊群(包括額爾古納、興安、松遼以及佳木斯–興凱地塊)匯聚拼合組成統一中國東北塊體過程有關(Zhou and Wilde, 2013); 塔里木克拉通庫爾勒雜巖中孔茲巖系也同樣與古元古代碰撞造山事件相聯系(Ge et al., 2013)。此外, 基于獨居石 Th-U-Pb年齡, 印度南部麻粒巖地體中孔茲巖系所經歷的高壓變質作用被看作是岡瓦納大陸最終拼合的產物(Santosh et al., 2006)。崆嶺雜巖古元古代變質–巖漿巖石組合包括同碰撞殼源花崗巖、基性麻粒巖, 富鋁副片麻巖、鈣硅酸巖以及大理巖, 這一巖石組合與上述這些世界范圍內碰撞造山構造環境下形成的孔茲巖系巖石組合相似(Santosh et al., 2007), 這進一步為揚子克拉通存在古元古代碰撞作用提供佐證?？灼潕r系的古元古代變質作用同時伴隨著混合巖化和殼源花崗巖的形成,表明在可能的碰撞過程中, 孔茲巖系的原巖發生強烈變形, 地殼加厚, 在高壓變質作用條件下形成石榴子石, 同時局部發生地殼部分熔融, 形成 S型花崗巖。本文進行的Sm-Nd同位素定年結果進一步表明, 揚子陸核這一碰撞過程可能始于～2078 Ma, 結合前人對崆嶺雜巖變質表殼巖系開展的年代學工作,認為揚子克拉通核部地區古元古代碰撞造山事件的時限為2.08～1.94 Ga。

綜上所述, 本文提出有關揚子陸核古元古代構造演化的初步設想: (1) 2.13～2.08 Ga, 崆嶺雜巖基底抬升遭受相對強烈的風化剝蝕作用, 在其邊緣沉積一套泥質碎屑巖, 覆蓋于太古宙結晶基底之上; (2) 2.08～ 1.94 Ga, 區域上發生島弧俯沖–弧陸碰撞–陸陸碰撞過程, 導致整個揚子陸核區發生麻粒巖相變質作用并同時發生普遍的混合巖化和局部同碰撞殼源花崗巖侵位; (3) ～1.85 Ga, 以圈椅埫花崗巖為代表的后碰撞A型花崗巖以及大量基性巖墻侵位(Peng et al., 2009; Zhang et al., 2011), 標志著區域上由碰撞擠壓轉為后碰撞拉張階段, 造山過程結束, 揚子陸核進入暫時的相對穩定時期。這一過程與全球范圍內2.1～1.8 Ga的碰撞造山–裂解事件時間上具有一致性,這些事件被普遍認為與古元古代 Columbia超大陸的聚合和裂解過程相關。例如在華北克拉通1.95～1.85 Ga的中央造山帶及出露的孔茲巖系可能代表了其東、西陸塊的拼合(Zhao et al., 2004); 南美、西非克拉通塊體于2.1～2.0 Ga沿著Transamazonian和Eburnean造山帶拼合到一起(Alkmim and Marshak, 1998); 而在南非, 卡普瓦爾和津巴布韋塊體沿～2.0 Ga Limpopo造山帶聚合(Kr?ner et al., 1999); 在西澳大利亞, Yilgarn和Pilbara陸塊沿著2.0～1.9 Ga Capricorn造山帶匯聚(Zhao et al., 2002)以及北美的Trans-Hudson造山帶等(Zhao et al., 2004)。因此揚子陸核可能是Columbia超大陸的重要組成部分之一。

5 結 論

(1) 崆嶺雜巖孔茲巖系中最典型巖石類型榴線英巖進行了同位素稀釋法(ID-TIMS)礦物–全巖Sm-Nd等時線測年結果表明, 榴線英巖的形成年齡為2078±31 Ma(n=14, MSWD=1.4), 該年齡應代表了榴線英巖中石榴子石的形成年齡, 時間略早于巖石中變質鋯石的結晶。

(2) 榴線英巖全巖樣品Nd同位素組成相對均一,表明大多數樣品形成于封閉體系, 樣品 Nd同位素兩階段模式年齡介于 2.91～2.70 Ga之間變化, 結合前人報道的孔茲巖地球化學數據, 說明原巖沉積物主要來自下伏的古老地殼物質, 且其源區存在中太古代的初生地殼增長。

(3) 結合區域上已有的碎屑鋯石U-Pb年代學數據, 推測崆嶺雜巖孔茲巖系沉積于2.13～2.08 Ga, 且經歷了2.08～1.94 Ga的高壓麻粒巖相變質作用, 可能與碰撞造山事件有關, 暗示揚子陸核可能是古元古代Columbia超大陸的重要組成部分。

致謝： 本文初稿承蒙西北大學魏君奇教授和另一位匿名審稿人詳細審閱并提出寶貴的修改意見, 在此深表謝意。

湖北省地礦局. 1990. 湖北省區域地質志. 北京: 地質出版社: 1–662.

姜繼圣. 1986. 黃陵變質地區的同位素地質年代及地殼演化. 吉林大學學報(地球科學版), 3: 1–11.

李志昌, 方向. 1998. 鄂西黃陵地區太古宙變質巖La-Ce同位素體系. 地球化學, 27(2): 117–124.

馬大銓, 李志昌. 1997. 鄂西崆嶺雜巖的組成, 時代及地質演化. 地球學報, 18(3): 233–241.

彭松柏, 李昌年, Kusky T M, 王璐, 張先進, 蔣幸福, 熊承仁. 2010. 鄂西黃陵背斜南部元古宙廟灣蛇綠巖的發現及其構造意義. 地質通報, 29(1): 8–20.

邱嘯飛, 凌文黎, 柳小明. 2014. 揚子陸核與神農架地塊中元古代相互關系: 來自鋯石U-Pb年代學和Hf同位素的約束. 地質科技情報, 33(2): 1–8.

邱嘯飛, 凌文黎, 柳小明, 楊紅梅, 段瑞春, 盧山松. 2013.揚子克拉通北緣神農架群火山巖鋯石Hf同位素特征.地質通報, 32(9): 1394–1401.

魏君奇, 景明明. 2013. 崆嶺雜巖中角閃巖類的年代學和地球化學. 地質科學, 48(4): 970–983.

魏君奇, 王建雄. 2012. 崆嶺雜巖中斜長角閃巖包體的鋯石年齡和Hf同位素組成. 高校地質學報, 18(4): 589–600.

嚴溶, 周漢文, 曾雯, 江麟生, 周忠友, 陳鐵龍. 2006. 湖北宜昌崆嶺群孔茲巖系地球化學特征. 地質科技情報, 25(5): 41–46.

張春紅, 范蔚茗, 王岳軍, 彭頭平. 2009. 湘西隘口新元古代基性–超基性巖墻年代學和地球化學特征: 巖石成因及其構造意義. 大地構造與成礦學, 33(2): 283–293.

Alkmim F F and Marshak S. 1998. Transamazonian orogeny in the southern S?o Francisco craton region, Minas Gerais, Brazil: Evidence for Paleoproterozoic collision and collapse in the Quadrilátero Ferrífero. Precambrian Research, 90(1): 29–58.

Bai X, Ling W L, Duan R C, Qiu X F, Liu C X, Kuang H, Gao Y J, Zhou L, Chen Z W and Lu S S. 2011. Mesoproterozoic to Paleozoic Nd isotope stratigraphy of the South China continental nucleus and its geological significance. Science in China (Series D), 54(11): 1665–1674.

Bingen B, Austrheim H, Whitehouse M J and Davis W J. 2004. Trace element signature and U-Pb geochronology of eclogite-facies zircon, Bergen Arcs, Caledonides of W Norway. Contributions to Mineralogy and Petrology, 147(6): 671–683.

Cawood P A, Wang Y J, Xu Y J and Zhao G C. 2013. Locating South China in Rodinia and Gondwana: A fragment of greater India lithosphere? Geology, 41(8): 903–906.

Chen K, Gao S, Wu Y B, Guo J L, Hu Z C, Liu Y S, Zong K Q, Liang Z W and Geng X L. 2013. 2.6–2.7 Ga crustal growth in Yangtze craton, South China. Precambrian Research, 224: 472–490.

Condie K C. 1998. Episodic continental growth and supercontinents: A mantle avalanche connection? Earth and Planetary Science Letters, 163(1): 97–108.

Gao S, Ling W L, Qiu Y M, Lian Z, Hartmann G and Simon K. 1999. Contrasting geochemical and Sm-Nd isotopic compositions of Archean metasediments from the Kongling high-grade terrain of the Yangtze craton: Evidence for cratonic evolution and redistribution of REE during crustal anatexis. Geochimica et Cosmochimica Acta, 63(13): 2071–2088.

Gao S, Yang J, Zhou L, Li M, Hu Z C, Guo J L, Yuan H L, Gong H J, Xiao G Q and Wei J Q. 2011. Age and growth of the Archean Kongling terrain, South China, with emphasis on 3.3 Ga granitoid gneisses. American Journal of Science, 311(2): 153–182.

Ge R, Zhu W, Wu H, He J and Zheng B. 2013. Zircon U-Pb ages and Lu-Hf isotopes of Paleoproterozoic metasedimentary rocks in the Korla Complex, NW China: Implications for metamorphic zircon formation and geological evolution of the Tarim Craton. Precambrian Research, 231: 1–18.

Hawkesworth C and Kemp A. 2006. Evolution of the continental crust. Nature, 443(7113): 811–817.

Jiao W, Wu Y, Yang S, Peng M and Wang J. 2009. The oldest basement rock in the Yangtze Craton revealed by zircon U-Pb age and Hf isotope composition. Science in China (Series D), 52(9): 1393–1399.

Kr?ner A, Jaeckel P, Brandl G, Nemchin A and Pidgeon R. 1999. Single zircon ages for granitoid gneisses in the Central Zone of the Limpopo Belt, Southern Africa and geodynamic significance. Precambrian Research, 93(4): 299–337.

Li Z X, Bogdanova S, Collins A S, Davidson A, De Waele B, Ernst R, Fitzsimons I C, Fuck R, Gladkochub D and Jacobs J. 2008. Assembly, configuration, and break-up history of Rodinia: A synthesis. Precambrian Research, 160(1): 179–210.

Ling W L, Gao S, Zhang B R, Zhou L and Xu Q. 2001. The recognizing of ca. 1.95 Ga tectono-thermal eventin Kongling nucleus and its significance for the evolution of Yangtze Block, South China. Chinese Science Bulletin, 46(4): 326–329.

Ling W L, Gao S, Zhang B R, Li H M, Liu Y and Cheng J P. 2003. Neoproterozoic tectonic evolution of the northwestern Yangtze craton, South China: Implications for amalgamation and break-up of the Rodinia Supercontinent. Precambrian Research, 122(1): 111–140.

Ling W L, Gao S, Zheng H F, Zhou L and Zhao Z B. 1998. Sm-Nd isotopic dating of Kongling terrain. Chinese Science Bulletin, 43(1): 86–89.

Miller J and Harris N. 1989. Evolution of continental crust in the Central Andes: Constraints from Nd isotope systematics. Geology, 17(7): 615–617.

Peng M, Wu Y B, Wang J, Jiao W F, Liu X C and Yang S H. 2009. Paleoproterozoic mafic dyke from Kongling terrain in the Yangtze Craton and its implication. Chinese Science Bulletin, 54(6): 1098–1104.

Peng S B, Kusky T M, Jiang X F, Wang L, Wang J P and Deng H. 2012. Geology, geochemistry, and geochronology of the Miaowan ophiolite, Yangtze craton: Implications for South China's amalgamation history with the Rodinian supercontinent. Gondwana Research, 21(2-3): 577–594.

Qiu X F, Ling W L, Liu X M, Kusky T, Berkana W, Zhang Y H, Gao Y J, Lu S S, Kuang H and Liu C X. 2011. Recognition of Grenvillian volcanic suite in the Shennongjia region and its tectonic significance for the South China Craton. Precambrian Research, 191(3–4): 101–119.

Qiu Y M, Gao S, McNaughton N J, Groves D I and Ling W L. 2000. First evidence of >3.2 Ga continental crust in the Yangtze craton of south China and its implications for Archean crustal evolution and Phanerozoic tectonics. Geology, 28(1): 11–14.

Santosh M, Morimoto T and Tsutsumi Y. 2006. Geochronology of the khondalite belt of Trivandrum Block, southern India: Electron probe ages and implications for Gondwana tectonics. Gondwana Research, 9(3): 261–278.

Santosh M, Tsunogae T, Li J and Liu S. 2007. Discovery of sapphirine-bearing Mg-Al granulites in the North China Craton: Implications for Paleoproterozoic ultrahigh temperature metamorphism. Gondwana Research, 11(3): 263–285.

Wan Y S, Song B, Liu D Y, Wilde S A, Wu J S, Shi Y R, Yin X Y and Zhou H Y. 2006. SHRIMP U-Pb zircon geochronology of Palaeoproterozoic metasedimentary rocks in the North China Craton: Evidence for a major Late Palaeoproterozoic tectonothermal event. Precambrian Research, 149(3): 249–271.

Westerhold T, R?hl U, Raffi I, Fornaciari E, Monechi S, Reale V, Bowles J and Evans H F. 2008. Astronomical calibration of the Paleocene time. Palaeogeography Palaeoclimatology Palaeoecology, 257(4): 377–403.

Wu Y B, Gao S, Zhang H F, Zheng J P, Liu X C, Wang H, Gong H J, Zhou L and Yuan H L. 2012. Geochemistry and zircon U-Pb geochronology of Paleoproterozoic arc related granitoid in the Northwestern Yangtze Block and its geological implications. Precambrian Research, 200–203: 26–37.

Wu Y B, Gao S, Gong H J, Xiang H, Jiao W F, Yang S H, Liu Y S and Yuan H L. 2009. Zircon U-Pb age, trace element and Hf isotope composition of Kongling terrane in the Yangtze Craton: Refining the timing of Palaeoproterozoic high-grade metamorphism. Journal of Metamorphic Geology, 27(6): 461–477.

Yin C Q, Lin S F, Davis D W, Zhao G C, Xiao W J, Li L M and He Y H. 2013. 2.1–1.85 Ga tectonic events in the Yangtze Block, South China: Petrological and geochronological evidence from the Kongling Complex and implications for the reconstruction of supercontinent Columbia. Lithos, 182: 200–210.

Zhang L J, Ma C Q, Wang L, She Z B and Wang S. 2011. Discovery of Paleoproterozoic rapakivi granite on the northern margin of the Yangtze block and its geological significance. Chinese Science Bulletin, 56(3): 306-318.

Zhang S B, Zheng Y F, Wu Y B, Zhao Z F, Gao S and Wu F Y. 2006a. Zircon isotope evidence for ≥3.5 Ga continental crust in the Yangtze craton of China. Precambrian Research, 146(1–2): 16–34.

Zhang S B, Zheng Y F, Wu Y B, Zhao Z F, Gao S and Wu F Y. 2006b. Zircon U-Pb age and Hf-O isotope evidence for Paleoproterozoic metamorphic event in South China. Precambrian Research, 151(3): 265–288.

Zhao G C, Cawood P A, Wilde S A and Sun M. 2002. Review of global 2.1–1.8 Ga orogens: Implications for a pre-Rodinia supercontinent. Earth-Science Reviews, 59: 125–162.

Zhao G C, Sun M, Wilde S A and Li S Z. 2004. A Paleo-Mesoproterozoic supercontinent: Assembly, growth and breakup. Earth-Science Reviews, 67: 91–123.

Zhao G C, Sun M, Wilde S A and Li S Z. 2003. Assembly, accretion and breakup of the Paleo-MesoproterozoicColumbia Supercontinent: Records in the North China Craton. Gondwana Research, 6(3): 417–434.

Zhao G C, Sun M, Wilde S A and Li S Z. 2005. Late Archean to Paleoproterozoic evolution of the North China Craton: Key issues revisited. Precambrian Research, 136(2): 177–202.

Zhao G C, Sun M, Wilde S A, Li S Z and Zhang J. 2006. Some key issues in reconstructions of Proterozoic supercontinents. Journal of Asian Earth Sciences, 28(1): 3–19.

Zhou J B and Wilde S A. 2013. The crustal accretion history and tectonic evolution of the NE China segment of the Central Asian Orogenic Belt. Gondwana Research, 23(4): 1365–1377.

Geochronology of the Khondalite Series in the Kongling Complex, Yangtze Craton and its Geological Implication

QIU Xiaofei1, 2, YANG Hongmei1, 2, LU Shansong1, 2, ZHANG Liguo1, 2, DUAN Ruichun1, 2and DU Guomin1
(1. Isotope Geochemistry Laboratory, Wuhan Center of China Geological Survey, Wuhan 430205, Hubei, China; 2. Research Center of Granitic Diagenesis and Mineralization, China Geological Survey, Wuhan 430205, Hubei, China)

A series of khondalite characterized by graphite and Al-rich minerals is exposed in the Kongling Complex, overlying the Archean metamorphic crystal basement. In this study, ID-TIMS mineral-whole rock Sm-Nd isochron dating is carried out for the samples of garnet-sillimanite-quartzite in the khondalite-series. The result shows that the garnet-sillimanite-quartzite was formed at 2078±31 Ma. The Nd isotopic compositions of garnet-sillimanite-quartzite are relatively homogeneous with the εNd(t) value ranges from -4.9 to -2.3, corresponding to the two-stage model age of 2.91–2.70 Ga, indicative of a closed system. Combined with previous zircon U-Pb ages and geochemical results, we can infer that the khondalite-series in the Kongling Complex was formed in 2.13–2.08 Ga, and the provenance of the sediments was mainly the underlying ancient crustal material characterized by juvenile crustal growth in the Mesoarchean. The Paleoproterozoic high pressure granulite-facies metamorphism recognized in the interior of the Yangtze Craton, might be related to the Paleoproterozoic collisional orogen during 2.08–1.94 Ga, which is consistent with the worldwide contemporary orogeny, implying that it may have been an important component in the Paleoprotorozoic Columbia supercontinent.

Yangtze Craton; Kongling Complex; khondalites; Sm-Nd isochron; ID-TIMS

P597

A

1001-1552(2016)03-0549-010

2013-12-29; 改回日期: 2014-04-16
項目資助: 國家自然科學基金青年基金項目(41303026)、中國地質調查局地質調查項目(1212011121102、1212011220512)和中國地質調查局百名青年地質英才培養計劃聯合資助。

邱嘯飛(1985–), 男, 副研究員, 從事同位素地球化學及巖石地球化學研究工作。Email: qiuxiaofei@geochemist.cn