张业明2000_云开元古宙陆壳基底年代格架及华南前震旦纪构造演化初论

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2 华 南 地 质 与 矿 产 2000 年
里木陆块在 Rodinia 超大陆中所处位置的新构想 。
1 云开地区基底年代格架
云开地区陆壳基底具双层结构特点[12 ] 。深层次基底出露于云开大山腹地 ,由高州杂岩组 成 。岩石包括具眼球状 、条带状和片麻状的花岗质岩石以及中深变质的变粒岩 、斜长角闪岩 、 片麻岩和大理岩等 。在云炉一带 ,变质级别达麻粒岩相 ,并相伴发育紫苏花岗岩[13 ] 。这套花 岗质岩石 ,长期以来被看作是混合岩化产物[14~16 ] ,但近些年完成的 1∶5 万区调 (广东区调队 , 1996) 和专题研究[17 ]表明 ,其成因虽不排除部分与混合岩化有关 ,但主体应为一套典型的花岗 质岩浆侵入体 。浅层次基底环绕高州杂岩分布 ,二者呈断层接触 ,以云开群为代表 ,为一套绿 片岩相 - 绿帘角闪岩相变质的陆源碎屑岩夹基性 —酸性火山岩组合 。无变质或极浅变质的泥 盆系及其以上地层不整合覆盖于双层基底之上 。
华南地质与矿产 2000 年 Geology and Mineral Resources of Sout h China 第 1 期
云开元古宙陆壳基底年代格架 及华南前震旦纪构造演化初论 3
张业明 彭松柏
(宜昌地质矿产研究所 ,宜昌 443003)
摘 要 运用 Sm - Nd 法 、Rb - Sr 法和电子探针 U - Th - Pb 法分别测定了云开地区基底花岗岩 的 Sm - Nd 等时线年龄及其中颗粒锆石 、独居石和磷钇矿的 CHIME 年龄 ,结合现有资料分析 ,建 立了云开陆壳基底形成 、演化的年代学格架 。通过地球化学研究认为高州杂岩具岛弧杂岩特征 。 在前人研究基础上 ,论述了华南前震旦纪多阶段构造演化特征 。提出早前寒武纪时即存在华南古 大陆以及在 Rodinia 超大陆中 ,华南陆块与塔里木陆块相连 ,并分别位于劳仑古陆西北缘和澳大利 亚古陆东南缘的构想 。 关键词 陆壳基底 同位素年代格架 前震旦纪构造演化 Rodinia 超大陆 云开 华南
①南颐等 ,信宜及阳春两县北部变质岩系的时代及其划分 (研究报告) ,19991 。 ②彭少梅等 ,云开地区片麻状花岗质岩石形成的构造 - 深熔机理 ———《阳春 —容县地质构造综合大剖面研究》成果报告 (送审稿) ,1995 。
第 1 期 云开元古宙陆壳基底年代格架及华南前震旦纪构造演化初论
云开地区双层基底的地质年代归属已成为探讨该区陆壳地质发展历史的关键 。据已发现 的大量微古植物化石 , 目前普遍将云开群划归新元古宙 ①, 其中变火山岩也已获得 980 Ma[18 ] 和 911 Ma[19 ]的成岩年龄数据 。至于深层次基底的年代格架 ,虽然积累了大量的同位素定年 数据 ,但迄今尚未形成共识 。从已发表的有关高州杂岩的年龄数据看 ,大致可归为 4 组 ,即 2 600~1 800 Ma[18 ,20~22 ] ,1 400 Ma ±②,1 000 Ma ±[23 ,24 ]和 500~400 Ma[13 ,24 ,25 ] ,而对其所 代表的地质意义目前分岐较大 ,原因有二 : 一是对高州杂岩所经历的地质事件尚未建立 ,二是 所选择的测年方法难以对其年龄数据赋予确切的地质意义 。通过野外调查和室内研究 ,笔者 认为作为组成高州杂岩主要岩石的花岗岩形成时代的精确测定 ,是构建云开地区深层基底年 代格架中至为关键的中间环节 。对此 ,特选择 Sm - Nd 法和锆石 、独居石 、磷钇矿电子探针 U - Th - Pb 法对其进行定年研究 (详细资料另文发表) 。结果列于表 1 。
通过大量同位素定年研究 , 笔者初步建立了云开地区元古宙陆壳基底的年代格架 ;结合 区域资料 ,论述了华南地区前震旦纪多阶段构造演化特征 ;在此基础上 , 提出了华南陆块和塔
2000 年 1 月 5 日收稿 。 3 国家自然科学基金 (青年基金) 资助项目“云开地区前加里东期花岗质岩石有序结构的动力学成因”(49502036) 的部 分研究成果 。
2 华南前震旦纪构造演化
2. 1 华南古大陆形成 目前普遍认为新太古宙 —古元古宙 (2 500~2 100 Ma) 是全球超大陆发育的重要时期
之一[27 ] , 华南 (包括扬子和华夏) 古大陆可能成为这一时期超大陆的组成分子 。扬子陆块 结晶基底在黄陵 、庐山和川西康定一带出露 , 据众多可靠的同位素测年结果已将其形成历史 追溯至新太古宙 。华夏陆块 (含印支 - 南海准地台) 基底变质杂岩出露在武夷山 、云开大山 和海南岛等地 , 这些地区变质岩大量 Nd 模式年龄集中于 2 600~2 200 Ma 之间[28 ] , 在武夷 地区 , 零星分布主体为角闪岩相变质的表壳岩系 , 岩性组合总体为一套普遍含有矽线石 、铁 铝榴石为特征的变粒岩 , 夹片岩类 、石英岩类及斜长角闪岩 , 如天井坪岩组 、麻源岩群和八 都岩群等 。据现有资料显示[29 ] , 天井坪岩组变基性火山岩的两条 Sm - Nd 全岩等时线年龄 分别为 2 678 ±41 Ma 和 2 682 ±148 Ma , 麻源岩群斜长角闪岩 Sm - Nd 等时线年龄为 2 116 ±22 Ma , 八都岩群副片麻岩类 Sm - Nd 全岩等时线年龄为 2 059 ±62 Ma 。这套新太古宙 — 古元古宙变质岩系 , 具有孔兹岩系的组成特征 , 与湖北黄陵地区水月寺岩群十分相似 , 彼此 可能属同一套地层 。另据古地磁研究[30 ] , 华夏地块和扬子地块从古元古宙到中元古宙时期 运移轨迹和运移方向基本一致 , 古纬度也相当靠近 , 说明在此时期两个地块的关系非常密 切 , 并可能处于统一的陆壳块体内 , 而至中元古宙早期 , 华夏地块与扬子地块的极移轨迹才 出现较大的差异 , 在方向上和路线上均有不同 。综上推测 , 新太古宙 —古元古宙时期 , 华夏 地块和扬子地块可能连为一体 , 称华南古大陆 , 中元古宙早期古大陆分裂 , 不同块体具有不 同的极移轨迹 。 2. 2 华南古大陆裂解
D36 - 5
黑云二长花岗岩 D54 - 1
Sm - Nd 等时线
全岩
1 410 ±69
MSWD = 1. 16 ε, Nd ( t) 岗岩形成年龄
= 2. 7~3 。为花
黑云二长花岗岩 D23 - 5
黑云二长花岗岩 D11 - 5
紫苏花岗岩
D19 - 4
黑云二长花岗岩 D58 - 4
黑云二长花岗岩 D59 - 1
黑云二长花岗岩 D41 - 3
锆石 2 106 ±357 碎屑锆石
二长花岗岩
D54 - 4X
锆石 1 921 ±163 碎屑锆石
黑云二长花岗岩 D58 - 4
锆石 2 238 ±100 碎屑锆石
二长花岗岩
D38 - 4B
锆石
电子探针
U - Th - Pb 法
黑云二长花岗岩 D23 - 5
锆石
自核部向边部 ,UO2 + ThO2 含量增加 , 1 311 ±98 w ( Zr) / w ( Hf) 比值减少 ,锆石为岩浆
由表 1 可知 , 全岩 Sm - Nd 等时线年龄为 1 410 ±69 Ma ( MSWD = 1. 16 ) 以及结晶的 锆石 、独居石和磷钇矿的 CHIM E 年龄[26 ]介于 1 500~1 300 Ma 之间 , 这组年龄值应代表花 岗岩的形成时间 ; 而麻粒岩包体中变质锆石 (自核部向边部 ,UO2 + ThO2 含量减小 , w ( Zr) / w ( Hf ) 比值增大) 获得的 CHIM E 年龄为 1 405 Ma , 与花岗岩成岩时间一致 , 由此推测中 高级变质作用与岩浆作用之间存在成因演化关系 ; 颗粒锆石中获得的 2 600 ~ 2 200 Ma CHIM E 年龄值 , 可能反映了古元古宙的成壳事件年龄信息 ; Rb - Sr 法和电子探针 U - Th - Pb 法还得到 500~400 Ma 的年龄数据 , 无疑是加里东运动的热扰动记录 。根据上述测龄 结果 , 并综合现有年代学测定数据等分析 , 建立了云开地区基底岩系的地质年代格架 : 2 600~1 800 Ma 古陆壳基底形成 ; 1 400 Ma ±火山 - 沉积岩系形成 、大规模花岗质岩浆侵 入和角闪岩相 - 麻粒岩相变质等事件 , 形成高州杂岩 ; 1 000 Ma ±四堡运动形成深层次基 底 ; 1 000~800 Ma 云开群火山 - 沉积岩系形成 ; 500~400 Ma 加里东运动强烈变形变质再 造 , 形成浅层次基底 。
3
表 1 云开深层次基底花岗岩同位素测年结果 Table 1 Isotopic ages for the granites in Yunkai deep level basement
岩石名称
样品编号 测定方法 测试对象 年龄/ Ma
备 注
紫苏花岗岩
D19 - 4
二长花岗岩
D57 - 1
二长花岗岩
成因
自核部向边部 ,UO2 + ThO2 含量增加 , 1 311 ±94 w ( Zr) / w ( Hf) 比值减少 ,锆石为岩浆
成因
紫苏花岗岩 二长花岗岩 二长花岗岩
二长花岗岩
D19 - 1A D13 - 1A D54 - 4 Y
D38 - 4

独居石 1 524 ±270 岩浆结晶独居石
独居石 838 ±42 变质独居石
中元古宙早期华南古大陆开始裂解 ,离散为扬子和华夏两个古陆块 。裂陷中心大致位于 “江南古陆”一带 ,主体呈 N E 向 。其中堆积的火山 - 沉积岩系在桂北称四堡群 ,贵州称梵净山 群 ,湖南称冷家溪群 ,江西称双桥山群 ,浙江称双溪坞群等 。一般由 3 套建造组成[31 ] ,即下部 以陆源碎屑岩为主夹少量基性熔岩和火山碎屑岩 ;中部为火山沉积岩 ,其上为基性超基性熔 岩 ,向上为科马提岩组合 ,再上为细碧 - 石英角斑岩组合 ;上部为具浊流成因的以杂砂岩 、凝灰 岩为主的陆源碎屑建造 。这套建造序列与早前寒武纪绿岩带有相似之处 ,属陆内裂谷扩张环 境下沉积的产物 。对其时代归属一直没有定论 ,过去一般依据被中元古宙末本洞岩体侵入而 又为新元古宙地层不整合覆盖 ,将其置于中元古宙 。最近韩发等利用 Sm - Nd 和 Pb - Pb 同 位素地质年代学方法确定四堡群形成于中元古宙早期[32 ] 。这一时期华南古大陆裂解的动力 学特征及其机制尚需进一步研究 ,但是一定规模科马提岩 、科马提质玄武岩套的出现 ,可能意 味着地幔柱构造在古陆裂解和地幔物质析出中扮演了极其重要的角色 。 2. 3 扬子陆块与华夏陆块的聚合 2. 3. 1 武夷 - 云开古岛弧形成 中元古宙 (1 400 Ma ±) ,扬子陆块向华夏陆块俯冲 。在华夏 陆块边缘形成了古岛弧 ,即武夷 - 云开古岛弧 。云开地区中元古宙高州杂岩具典型的岛弧杂 岩特征 ,其中中 —基性火山岩的稀土元素地球化学显示[33 ] ,岩石稀土总量低 ,几乎没有轻重稀 土的分馏 , w (L REE) / w ( HREE) = 0. 66 , 具弱 Eu 异常和显著的 Gd 异常 , REE 图谱与岛弧 拉斑玄武岩相似 ;花岗岩表现为英云闪长岩 、花岗闪长岩和二长花岗岩组合 ,并以二长花岗岩