南米倉山變質(zhì)巖變質(zhì)時(shí)代及地質(zhì)意義

薛國棟，何政偉，向啟榮，吳安容，王廣強(qiáng)，張矩生

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南米倉山變質(zhì)巖變質(zhì)時(shí)代及地質(zhì)意義

薛國棟1，何政偉1，向啟榮1，吳安容1，王廣強(qiáng)2，張矩生2

（1.成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，成都 610081；2.光霧山-諾水河世界地質(zhì)公園，四川 巴中 636600）

通過對汪家坪巖組的兩件黑云斜長變粒巖變質(zhì)巖樣品進(jìn)行LA-ICP-MS鋯石U－Pb年代學(xué)研究，獲得的206Pb/238U年齡介于843.3～904.9Ma之間，最古老的年齡達(dá)1138.46±16.7Ma，表示南米倉山結(jié)晶基底在新元古代早期曾發(fā)生過強(qiáng)烈的構(gòu)造－巖漿活動(dòng)；具有變質(zhì)鋯石特征的樣品，獲得的年齡數(shù)據(jù)表明南米倉山地區(qū)在新元古代發(fā)生過兩期變質(zhì)作用，早期的變質(zhì)作用峰值年齡約為810.0~900.0Ma，代表著晉寧末期華北大陸板塊與揚(yáng)子板塊逐漸對接拼合，古秦嶺洋殼迅速向南北兩側(cè)俯沖消減事件；晚期變質(zhì)作用發(fā)生在約為550.0~760.0Ma，記錄了這一階段的澄江期巖漿熱事件引起的接觸變質(zhì)事件。

黑云斜長變粒巖；鋯石U-Pb 定年；汪家坪組；南米倉山

近年來同位素質(zhì)譜技術(shù)的發(fā)展使得人們對同一鋯石顆粒內(nèi)部不同成因類型的鋯石晶域進(jìn)行微區(qū)原位年齡測定成為可能。通過微區(qū)原位定年技術(shù)，能夠給出有關(guān)寄主巖石的地質(zhì)演化歷史等重要信息，這可以為地質(zhì)過程的精細(xì)年代學(xué)格架的建立提供有效的證據(jù)[1-2]。對于南米倉山地區(qū)變質(zhì)巖時(shí)代研究已久，但仍有相當(dāng)一部分地質(zhì)體缺乏可靠的年代學(xué)證據(jù)，要正確地認(rèn)識和了解各有關(guān)地質(zhì)體，尤其是區(qū)域內(nèi)古老基底巖石的時(shí)代就顯得十分必要，本文通過LA-ICP-MS激光原位分析法對研究區(qū)汪家坪組巖石做鋯石U-Pb年代學(xué)研究，就南米倉山地區(qū)結(jié)晶變質(zhì)基底的時(shí)代進(jìn)行討論。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

研究區(qū)位于揚(yáng)子克拉通北緣，北側(cè)為漢南推覆構(gòu)造和秦嶺造山帶，東側(cè)為大巴山推覆構(gòu)造帶，西側(cè)為龍門山推覆構(gòu)造帶，南側(cè)為四川盆地，所處大地構(gòu)造位置特殊，具有重要意義。南米倉山揚(yáng)子地臺(tái)基底主要由結(jié)晶基底和褶皺基底兩部分組成，前者以后河巖群的變粒巖、斜長角閃巖等組成，后者由火地埡群中淺變質(zhì)巖組成。后河巖群構(gòu)成了結(jié)晶基底，在研究區(qū)內(nèi)大致分布于八角寨、草鞋坪、黑山梁等地，呈小規(guī)模俘虜體形式分布于晉寧-澄江期巖漿巖中，出露面積約94km2（圖1）。不整合于中元古界火地埡群麻窩子組之下的一套混合質(zhì)火山巖系。長期以來，對該套巖系的原巖特征、時(shí)代等方面的認(rèn)識存在很大分歧[3-5]。

圖1 米倉山地區(qū)基底變質(zhì)巖系分布圖（據(jù)何政偉等，1999）

Hh—河口巖組；Hw—汪家坪巖組；Pts—上兩組；Ptm—麻窩子組；Wgnt—八角樹片麻雜巖；Bgn—沉積蓋層；1—呂梁期巖漿巖；2—晉寧期巖漿巖；3—澄江期巖漿巖;4—斷層接觸；5—韌性剪切帶；6—大型韌性剪切帶；7—采樣位置

2 汪家坪巖組特征

汪家坪巖組主要形成于本區(qū)五大構(gòu)造演化階段中的晚太古—早元古代克拉通結(jié)晶基底形成階段，主要在前呂梁期[6]。在前呂梁期，經(jīng)過河口巖組形成階段與八角樹TTG 巖套形成階段兩次構(gòu)造—熱事件后，本區(qū)地殼成熟度再度增高，在地幔對流作用不均衡時(shí), 再次發(fā)生硅鋁殼的破裂沉陷，發(fā)生區(qū)域性的巖漿噴發(fā)作用時(shí)，形成了以酸性火山巖為主夾基性火山巖和正常沉積巖的汪家坪巖組[7]。汪家坪巖組原巖形成以后，受到多期次構(gòu)造變形、頻繁的巖漿活動(dòng)、多期區(qū)域變質(zhì)作用和動(dòng)力變質(zhì)作用最終形成現(xiàn)在的特征[8]。

23～20億年的呂梁運(yùn)動(dòng)，強(qiáng)烈的擠壓使裂陷封閉，汪家坪巖組在熱動(dòng)力作用下發(fā)生強(qiáng)烈片理、韌性剪切面理等透入性變形，伴以低角閃巖相變質(zhì)。晚元古代的晉寧運(yùn)動(dòng)，本區(qū)發(fā)生了兩期變形—變質(zhì)事件。早震旦世的澄江運(yùn)動(dòng)，揚(yáng)子克拉通西緣和北緣拉張破裂，形成了龍門山—米倉山大陸裂谷帶，形成了與裂谷作用有關(guān)的堿性、基性、中酸性侵入巖超單元，與此同時(shí)也伴隨著熱液引起的接觸變質(zhì)作用[6-7]。經(jīng)過澄江運(yùn)動(dòng)，揚(yáng)子克拉通基底固結(jié)，汪家坪巖組最終形成。

汪家坪巖組巖石主要以變粒巖為主，其中以黑云斜長變粒巖為主，夾有少量黑二長變粒巖、二云斜長變粒巖。巖石呈淺灰-灰色，具有細(xì)粒鱗片粒狀變晶結(jié)構(gòu)，片麻狀構(gòu)造，長石含量大于20%，暗色礦物在10%~30%，粒度小于1mm，黑云母為暗綠-淡黃色，含量15%~30%，斜長石28%左右，有強(qiáng)絹云母化高嶺石化，含量30%~45%，石英25%~35%，巖石中混合巖化普遍。巖石礦物組合：石榴石+黑云母±白云母巖漿巖體侵入+斜長石+石英、黑云母+斜長石+石英、黑云母+白云母+斜長石+石英、黑云母+斜長石+鉀長石+石英[8]。

圖2 Gs02樣品鋯石陰極發(fā)光CL圖像

圖3 Gs03樣品鋯石陰極發(fā)光CL圖像

圖4 Gs02鋯石U-Pb年齡諧和圖

根據(jù)成都理工學(xué)院在1∶5萬南江八幅區(qū)域地質(zhì)聯(lián)測調(diào)查中通過大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，結(jié)合本次的分析結(jié)果，運(yùn)用尼格里特征特征圖解和各類常量元素，微量元素等多種判別方法，汪家坪組經(jīng)原巖恢復(fù)，此套巖石原巖為雜砂巖和中酸性火山巖、石英拉斑玄武巖及凝灰質(zhì)砂巖，屬于雜砂巖、中酸性火山碎屑巖夾基性火山巖及碳酸鹽巖建造[8]。

3 分析測試方法

樣品取自南米倉山地區(qū)，位于自南江縣通往光霧山桃園景區(qū)公路邊。巖性為黑色-深灰色云母斜長變粒巖。用于U-Pb 年齡測定的樣品采用常規(guī)重選和磁選技術(shù)分選出鋯石。將鋯石顆粒以及鋯石標(biāo)樣粘貼在環(huán)氧樹脂靶上，然后對其拋光直至鋯石露出一半晶面[12]。對鋯石進(jìn)行透射光和反射光顯微照相以及陰極發(fā)光圖象分析，以檢查鋯石的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、幫助選定最佳的待測部位[13-14]。U、Th、Pb 的測定在武漢上譜分析科技LA-ICP-MS激光原位分析儀上完成。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用ICP-MSDataCal軟件處理[15-18]。所有的年齡數(shù)據(jù)列于表，為保證分析的可信度，本文取諧和度≥90％的數(shù)據(jù)進(jìn)行討論。由于放射性鉛同位素的影響，當(dāng)年齡＜1 000Ma時(shí)采用206Pb/238U，年齡＞1 000Ma時(shí)則采用207Pb/206Pb年齡[19-20]。鋯石年齡諧和曲線利用Isoplot完成[21]，平均年齡計(jì)算取90%的置信區(qū)間。

4 鋯石U-Pb 年代學(xué)

所測2件黑云斜長變粒巖樣品（樣號：Gs02、Gs03）。顯微鏡觀察表明，所選鋯石形態(tài)相對比較復(fù)雜，有晶形較好的短柱狀和長柱狀、也有近橢圓形的鋯石，還有粒度較大的鋯石。部分鋯石發(fā)育有明顯的巖漿成因的振蕩生長環(huán)帶結(jié)構(gòu)（圖2、圖3）。

圖5 Gs03鋯石U-Pb年齡諧和圖

圖6 Gs02樣品鋯石U-Pb年齡相對概率分布圖

圖7 Gs03樣品鋯石年齡相對概率分布圖

Gs02樣品（黑云斜長變粒巖, 采樣位置坐標(biāo)：32°39′44.80″N, 106°48′28.74″E）：總共選取了40個(gè)鋯石樣品，一般鋯石粒度長約70～100μm，個(gè)別長達(dá)150μm，還有較大粒度的鋯石（圖2）。測試結(jié)果（表1）表明，鋯石Th含量較高，樣品中大多數(shù)測點(diǎn)Th /U＞0. 1，15個(gè)測點(diǎn)Th /U＜0. 1，即前者為巖漿成因鋯石，后者為變質(zhì)成因鋯石。可見該黑云斜長變粒巖鋯石既有巖漿鋯石、也有變質(zhì)鋯石，而且二者年齡近一致，個(gè)別鋯石具核幔結(jié)構(gòu)，但核部年齡與幔部年齡相近，說明中酸性巖體侵位之后不久本地區(qū)就遭受了強(qiáng)烈的變質(zhì)作用（混合巖化）。根據(jù)對于小于10億年的鋯石樣品，206Pb/238U年齡比較準(zhǔn)確；對于大于10億年的鋯石樣品，207Pb/206Pb年齡比較準(zhǔn)確。在諧和度大于90%的巖漿鋯石的年齡平均值為863.0±13.0Ma，由諧和圖可知其主要年齡分布在860.0~900.0 Ma，該年齡值反映中酸性巖漿巖的侵入時(shí)代；在諧和度大于90%的變質(zhì)鋯石的年齡平均值為804.0±56.0Ma，主要分布于870.0 Ma、750.0 Ma與650.0 Ma年齡，該年齡反映變質(zhì)發(fā)生主要時(shí)間（圖4、圖6）。

Gs03樣品（黑云斜長變粒巖，采樣位置坐標(biāo)：32°39′43.33″N，106°48′58.42″E）：總共選取了41個(gè)鋯石樣品，一般鋯石粒度長約70～110μm，個(gè)別長達(dá)160μm，其中也有較大粒度的鋯石（圖3）。測試結(jié)果（表1）表明，鋯石Th含量較高，但大多數(shù)測點(diǎn)Th /U＞0. 1，5個(gè)測點(diǎn)Th /U＜0. 1，即前者為巖漿成因鋯石，后者為變質(zhì)成因鋯石。可見該黑云斜長變粒巖鋯石既有巖漿鋯石、也有變質(zhì)鋯石，而且二者年齡近一致，少量鋯石具核幔結(jié)構(gòu)，但核部年齡與幔部年齡相近，說明中酸性巖體侵位之后不久本地區(qū)就遭受了強(qiáng)烈的變質(zhì)作用（混合巖化）。在諧和度大于90%的巖漿鋯石年齡平均值為835.0±37.0Ma，主要的年齡依然位于860.0~900.0Ma，峰值年齡為1138.5Ma，反映的中酸性巖漿巖的的侵入時(shí)代與Gs02號樣品基本相同；而該樣品所測諧和度大于90%的變質(zhì)成因鋯石年齡平均值為873.0±26.0Ma，主要的年齡位于860.0Ma左右，峰值年齡達(dá)911.0±7.6Ma該年齡有可能反映著其中前期變質(zhì)成因的變質(zhì)時(shí)期（圖5）。

5 地質(zhì)意義及討論

5.1 巖漿成因鋯石U-Pb年齡分析

在黑云斜長變粒巖樣品中具有巖漿鋯石特征鋯石測得的206Pb/238U年齡大多數(shù)年齡介于860.0～900.0Ma之間，這一年齡范圍與揚(yáng)子克拉通北緣米倉山地區(qū)基底變質(zhì)巖系的基底樣品所測年齡較為一致[9]。鑒于本次研究獲得的巖漿鋯石年齡數(shù)據(jù)有限性，難以直接判斷南米倉山地區(qū)后河巖群變質(zhì)基底的原巖年齡，因此結(jié)合南米倉山基底巖石有關(guān)的年代數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上對于本次測年研究所獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，來討論南米倉山地區(qū)古元古代以來的構(gòu)造演化。在本次數(shù)據(jù)收集時(shí)，不采用加權(quán)平均年齡，而采用具體測點(diǎn)數(shù)據(jù)分析，并根據(jù)鋯石的特征，將巖漿成因的鋯石和變質(zhì)成因的鋯石分開統(tǒng)計(jì)，將鋯石核部的測試數(shù)據(jù)歸于巖漿成因。按照以上原則，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析總結(jié)。這些數(shù)據(jù)表明巖漿鋯石最主要的年齡范圍約為840.0～920.0Ma，顯示在新元古代早期地曾發(fā)生強(qiáng)烈的構(gòu)造－巖漿活動(dòng)。而這一事件在米倉山地區(qū)發(fā)展簡史和四川米倉山地區(qū)晉寧期中性侵入巖序列巖石地球化學(xué)特征及其演化的報(bào)道中都已提及[21]，900.0Ma前后的這次構(gòu)造－巖漿活動(dòng)為寨坡鈣堿性、中酸性侵入巖超單元。

在進(jìn)行施工方案設(shè)計(jì)時(shí)，需要對于鐵路隧道的地形及周圍環(huán)境進(jìn)行勘察，才能夠確定合理的施工方案。但是，由于鐵路隧道的施工環(huán)境比較復(fù)雜，很多設(shè)計(jì)人員在工作中由于缺乏迎難而上的品質(zhì)，導(dǎo)致沒有對施工環(huán)境進(jìn)行有效勘察，使得設(shè)計(jì)方案出現(xiàn)很多不合理因素，嚴(yán)重影響了施工的安全性。

此外，樣品GS03獲得的最古老巖漿成因鋯石的年齡為1138.5±16.7Ma，諧和度94%，數(shù)據(jù)可信。魏顯貴等在米倉山地區(qū)構(gòu)造演化中的該年齡段的構(gòu)造-巖漿活動(dòng)事件依然歸于寨坡鈣堿性、中酸性侵入巖超單元；這一年齡數(shù)據(jù)與馬潤則等在米倉山地區(qū)巖漿活動(dòng)與構(gòu)造演化中的晉寧期正源超單元相對應(yīng)[6-7]。因此樣品GS03中的這一鋯石可能來源于這一次的事件-晉寧期正源基性、超基性侵入巖超單元。

5.2 變質(zhì)成因鋯石U-Pb年齡分析

兩件樣品的變質(zhì)成因鋯石年齡范圍為602.0～911.0Ma，樣品GS02變質(zhì)鋯石的年齡峰值為-888.6±9.3Ma，樣品GS03變質(zhì)鋯石的年齡峰值為-911.0±7.6Ma，這個(gè)峰值變質(zhì)鋯石有可能來源于捕獲鋯石，年齡值數(shù)量少。本文中所測樣品GS02變質(zhì)鋯石得到的變質(zhì)年齡范圍較GS03變質(zhì)鋯石變質(zhì)年齡范圍較廣，二者普遍峰值年齡在810.0～900.0Ma。相對應(yīng)于何政偉等提出的前震旦紀(jì)發(fā)育有至少4 期區(qū)域變質(zhì)作用和1 期線性動(dòng)力變質(zhì)作用的晉寧期區(qū)域變質(zhì)作用與線性動(dòng)力變質(zhì)作用，也說明巖漿活動(dòng)與變質(zhì)作用幾乎在同時(shí)進(jìn)行（混合巖化）[9]。根據(jù)兩件鋯石樣品所測得鋯石年齡不難看出，后河巖群汪家坪組黑云斜長變粒巖變質(zhì)事件主要為晉寧運(yùn)動(dòng)二期，汪家坪巖組發(fā)生疊加變質(zhì)作用。對于550.0～760.0 Ma的變質(zhì)鋯石年齡，其對應(yīng)的地質(zhì)事件為澄江期巖漿活動(dòng)侵位于晉寧期前的巖體中，發(fā)育較窄的接觸變質(zhì)。說明已活動(dòng)的變質(zhì)變形帶在澄江運(yùn)動(dòng)期間再次活化，在本次所測得年齡中，最年輕的變質(zhì)年齡603.0±17.4Ma，同時(shí)說明澄江期的巖漿活動(dòng)劇烈，影響時(shí)間較長的特征。說明在早震旦世之前該區(qū)內(nèi)的巖漿活動(dòng)頻繁，澄江運(yùn)動(dòng)之后，本區(qū)進(jìn)入穩(wěn)定地臺(tái)發(fā)展階段，沉積了以穩(wěn)定型內(nèi)源碳酸鹽巖及陸源碎屑巖建造為特征的沉積蓋層。

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Metamorphic Age and Geological Significance of Metamorphic Rock in the South Micang Mts

XUE Guo-dong1 HE Zheng-wei1 XIANG Qi-rong1 WU An-rong1 WANG Guang-qiang2 ZHANG Ju-sheng2

(1-College of Earth Sciences, Chengdu University of Technology, Chengdu 610081; 2-Administration Committee of Guangwushan-Nuoshuihe Geopark, Bazhong, Sichuan 636600)

Abstract:The zircon U-Pb dating for 2 biotite-plagioclase granulite samples from the Wangjiaping Complex in the south Micangshan crystallization basement gives 206Pb/238U ages ranging from 843.3 Ma to 904.9 Ma. Some zircon grains from the samples show clear rhythmic bands characteristic of magmatic genesis. These indicate that strong tectonic-magmatic activity and 2 metamorphic stages took place in the south Micang Mts during the early Neoproterozoic. The early metamorphism took place during 810~900 Ma, indicating gradual butting and jointing of the north China plate with the Yangtze plate at the end of the Jinning period, and rapid subduction of the ancient Qinling to the north and south sides. While late metamorphism occurred dyring 550~760 Ma, recording the contact metamorphism caused by the magmatic thermal events in Chengjiang period.

Key words:biotite-plagioclase granulite; zircon U-Pb dating; Wangjiaping Complex; South Micang Mountains

收稿日期：2018-03-26

基金項(xiàng)目：光霧山-諾水河國家地質(zhì)公園資助的“光霧山-諾水河國家地質(zhì)遺跡特征研究”

作者簡介：薛國棟（1991-），男，山西芮城人，碩士研究生，研究方向：地質(zhì)學(xué)

中圖分類號：P588.3

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1006-0995（2018）02-0202-06

DOI：10.3969/j.issn.1006-0995.2018.02.005