秦岭造山带核部新元古代碰撞变形及其时代_强_省略_花岗岩与弱变形脉体锆石SHRI

注:本文为国家自然科学基金项目(编号4007206、40372043、1400320102C )、西北大学重点实验室资助项目成果。

收稿日期:2003212221;改回日期:2004210228;责任编辑:刘淑春。

作者简介:王涛,1959年生。

研究员,博士生导师。

从事构造、花岗岩研究。

Em ail :taow ang @cags .net .cn 。

秦岭造山带核部新元古代碰撞变形及其时代——强变形同碰撞花岗岩与弱变形脉体锆石SHRI M P 年龄限定王涛1),张宗清1),王晓霞2),王彦斌1),张成立3)1)中国地质科学院地质研究所,北京,100037;2)中国地质调查局发展研究中心,北京,1000373)西北大学地质系,西安,710069内容提要:已有的研究表明,主要形成于显生宙的秦岭造山带发生过新元古代碰撞造山作用,但确切的碰撞时间尚需研究。

综合物质组成、S →I →A 型花岗岩演化、强烈的变形改造、区域变质作用和地质演化等多方面的证据,进一步论证了秦岭造山带核部以牛角山岩体为代表的片麻状过铝质S 型花岗岩体为同碰撞岩体;其中,牛角山岩体可能为同碰撞早期岩体。

该岩体的15个锆石SHR I M P 测年点给出206Pb 238U 加权平均年龄为955±13M a 。

该年龄可代表陆壳下冲深埋、碰撞增厚的时间。

在同一地点侵入于岩体中的弱变形花岗岩脉的锆石SHR I M P 年龄为929±25M a ,从而证明,该片麻状花岗岩体记录的同碰撞变形主要发生于955～929M a 。

这为确定新元古代同碰撞造山作用及其时代提供了有利证据。

该碰撞时间滞后于全球格林威尔碰撞造山的时间(1300～1000M a ),与华南陆块汇聚时间大致相同。

根据花岗岩演化特点推测,该事件可能是华北南缘或扬子地块北缘的一次小陆块汇聚增生。

关键词:花岗岩体;同位素地球化学;新元古代变形;锆石U 2Pb 年龄;陆块汇聚;罗迪尼亚 如何在年轻造山带中鉴别出古老造山带?如何在多期变形中确定早期变形时间?这是了解变形史、造山带演化、恢复古构造格架、重建古老(如元古宙Rodin ia )超大陆的关键,也是构造地质学一直探索的难题。

秦岭造山带的形成经历了长期的演化过程。

在北秦岭发生过古生代(如华北板块和秦岭微板块)的俯冲碰撞(M attauer et al .,1985;K ro βner ,etal.,1993),并发育超高压变质作用(H u et al .,1994;杨经绥等,2002);在南秦岭发生了中生代(秦岭微板块与扬子板块沿勉略带)碰撞,形成了南秦岭造山带,并发生沿秦岭—大别山一带的华北与扬子块体的全面碰撞,最终完成秦岭造山带的形成(Sengoβr ,1985;H su et al .,1987),显示了多阶段俯冲碰撞造山(M eng et al .,1999;张国伟等,2001)或由南向北递进的俯冲增生造山(R atschbacher et al .,2003)。

这些研究说明,秦岭造山带主要形成于显生宙。

然而,即使这样一个如此强烈的显生宙造山带,仍然存在一些元古宙(晋宁期)构造热事件的信息(李曙光,1991;杨巍然等,1991;游振东等,1991;张宗清等,1994,1997;王涛等,1998a ;姜常义等,1998;裴先治等,1999),并可能存在新元古代碰撞造山带的残迹(王涛等,2002,W ang et al .,2003)。

特别是近年来,陆松年等(2004a )对秦岭新元古代地质事件进行了系统研究,揭示出越来越多的新元古代汇聚与裂解的构造岩浆热事件,并对相关的陆块聚散以及与全球Rodin ian 超大陆的对比研究等问题提出了一系列新认识。

现在需要进一步研究的一个关键问题是如何准确确定这次碰撞的时间和性质。

这对于古陆块的重建以及与Rodin ian 超大陆的对比至关重要。

目前,只有岩浆热事件有确切可靠的锆石同位素年龄,但仅仅据此来确定构造环境(如同碰撞)和时代还不够。

因为岩浆的构造环境判别具有多解性,如一些常认为与俯冲有关的钙碱性岩浆或与同碰撞有关过铝质花岗岩完全可以发生于后碰撞甚至后造山环境(Sylvester ,1998)。

因此,要确定该造山带是否发生过新元古代同碰撞汇聚事件、何时发生、构造变形方面的研究具有至关重要的作用。

但是,秦岭造山带经历了强烈的古生代和中生代造山作用(包括超高压变质作用),要确定新元古代的构造变形,特别是时间是非常困难的,需要探索有效的方法。

本文在进一步论证秦岭造山带核部发育的S 型片麻状花岗岩为同碰撞花岗岩的基础上,分别测定了该花岗岩和侵入于其中的弱变形岩脉的锆石第79卷　第2期2005年4月 地　质　学　报 A CTA GEOLO G I CA S I N I CA V o l .79　N o.2A p r.　2005SHR I M P 年龄,从而限定了新元古代同碰撞变形的时限,为确定新元古代同碰撞造山变形及时间、探讨中国北方元古宙超大陆的汇聚提供了有利证据。

1　区域地质背景秦岭造山带横亘中国中部,是华北板块与扬子板块长期汇聚形成的复合造山带(M attauer et al .,1985;K ro βner et al.,1993;M eng et al .,1999;张国伟等,2001)。

其核部主要由古元古代秦岭杂岩构成(图1)(游振东等,1991)。

该杂岩主要由原秦岭群和新建立的峡河群组成(王涛等,1997)。

前者为一套角闪岩相黑云(二云)斜长(二长)片麻岩、大理岩、钙硅酸盐粒岩夹斜长角闪岩(游振东等,1991);后者发育于杂岩中部,以低角闪岩相—绿片岩相二云石英片岩、石英岩、钙质片岩、绿片岩为主夹斜长角闪岩、钙硅酸盐粒岩—大理岩。

秦岭杂岩北侧为宽坪群和二郎坪群。

宽坪群主要由中低变质的绿片岩、角闪岩组成,原岩为火山岩,形成于裂谷—小洋盆环境,时代为中元古代(1600～1000M a ?),遭受了晋宁期变质变形改造(张国伟等,2001)。

二郎坪群包括蛇绿岩、火山-沉积岩,主体形成于古生代(Sun et al .,1996),而基性火山岩有900～600M a 的同位素年龄(张宗清等,1994),显示可能混有新元古代岩浆岩组分。

该杂岩南侧为丹凤群、武关群和刘岭群,武关群图1　秦岭造山带核部构造简图及新元古代花岗岩体分布F ig .1　Sketch m ap of the tectonics in the co re of the Q inling o rogenic belt and the N eop ro terozo ic granito ids1—古生代花岗岩;2～4—新元古代花岗岩体:2—不变形A 型花岗岩,3—弱变形I 型花岗岩,4—强变形S 型花岗岩;5—白垩系;6—镁铁质岩体;7—辉长岩;8—峡河群;9—秦岭群1—Paleozo ic granite ;2～4—N eop ro terozo ic granites :2—undefo r m ed A 2type granite ,3—w eak ly defo r m ed I 2type granite ;4—strong defo r m ed S 2type granite ;5—C retaceous system s ;6—m afic rock ;7—gabro ;8—X iahe Group ;9—Q inling Group介于丹凤群和刘岭群之间。

丹凤群由蛇绿岩、火山—沉积岩组成,主体形成于古生代(张国伟等,2001),但基性岩石中获得了1000～700M a 的Sm 2N d 年龄(张宗清等,1994)。

武关群由低角闪岩相大理岩—钙质片岩、云母片岩、长英质片岩及斜长角闪岩构成,原岩为火山—沉积岩,变基性火山岩全岩Sm 2N d 等时线年龄为1382±30M a ,推测可能形成于中元古代裂谷环境(裴先治,1997)。

刘岭群主体为绿片岩相变沉积岩系,时代为古生代。

秦岭杂岩是探讨该造山带早期构造演化的窗口,保存有较多的古老地质信息,其中,新元古代花岗岩尤其突出,为进一步探讨该时期的碰撞造山作用提供了线索。

2　新元古代S 型片麻状花岗岩在秦岭造山带核部已鉴别出的新元古代花岗岩有(图1):牛角山岩体(王涛等,1994,1998a )、德河岩体(游振东等,1991)、寨根岩体(王世彦×)、蔡凹岩体、黄柏峪岩体(张宏飞等,1993)等。

其中,前3者产出部位、矿物组成、地球化学特征相似,年龄相近(陆松年等,2004a ),大致为同一套岩石组合,具有S 型花岗岩特征。

2.1　岩体产状及变形122第2期王涛等:秦岭造山带核部新元古代碰撞变形及其时代在上述S 型花岗岩体中,牛角山岩体最大、最典型。

该岩体分布于秦岭杂岩中部的峡河群中,呈线性平行区域片麻理展布(北西—北西西向)(图2),其已改造为花岗质片麻岩体或强片麻状花岗岩体,内部发育透入性片麻理,有些地带还发育流褶皱(王涛等,1994)。

该变形具有以下特点:①发育透入性条带状面理,表现为浅色条带与暗色条纹相间的条带状构造,说明已经开始出现变质分异;②成分条带、暗色析离体及包体呈细条状定向排列,显示了(亚)岩浆流动组构;③斜长石和钾长石已经变形为长条状动态重结晶集合体条带,显示了高温(至少>600℃)固态变形的特征(Paterson et al .,1989,1998)。

这种亚岩浆流动组构→高温固态流动连续过渡的特点表明,在岩浆结晶过程中或不久就发生了高温流动变形,这是同构造岩体及同侵位变形特征(Paterson et al .,1989;M iller et al .,1994;Schu l m ann et al.,1996)。

2.2　岩石类型、地球化学、同位素组成这些S 型花岗岩的岩石类型以黑云母二长花岗岩、二云母二长花岗岩为主。

以牛角山岩体为例,矿图2　秦岭造山带核部牛角山强片麻状花岗岩体地质简图及同位素年龄样品位置F ig .2　Sketch m ap of the N iujiao shan gneissic granite in the co re of the Q inling o rogenic belt and the locati onof iso top ic samp le1—镁铁质岩体;2—古生代花岗岩;3—新元古代牛角山片麻状花岗岩;4—秦岭群;5—片麻理;6—拉伸线理;7—年龄样品位置;8—小水沟1—M aficrock ;2—Paleozo icgranite ;3—N eop ro terozo icN iujiao shan gneissic granite ;4—Q inling Group ;5—gneissicfo liati on ;6—strech ing lineati on ;7—samp le locati on ;8—river物组成为石英(25%～40%)、斜长石(20%～40%)、微斜长石(20%～40%)、黑云母(4%～6%)、白云母(3%±);副矿物为铁钛氧化物、石榴子石(2%～4%)、磷灰石及锆石等。