南秦岭武当山群碎屑锆石U_Pb年代学及其地质意义

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图 2 武当山群杨坪组((a), (b))、双台组(c)砂岩及水系河砂((d), (e))碎屑锆石 U-Pb 谐和曲线图
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图 3 武当山群杨坪组(a1~a11, b1~b7)、双台组(c1~c4)砂岩及水系河砂(d1~d9, e1~e8)碎屑锆石阴极发光图
磨圆状, 但其 CL 图像具有与典型的岩浆成因锆石相 似的震荡环带或扇形结构(图 3a3~a5). 其余锆石均为
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2010 年 第 55 卷 第 12 期：1153 ~ 1161 www.scichina.com csb.scichina.com
《中国科学》杂志社
SCIENCE CHINA PRESS
南秦岭武当山群碎屑锆石 U-Pb 年代学及其地质意义
凌文黎①②, 段瑞春①③, 柳小明④, 程建萍①, 毛新武⑤, 彭练红③, 刘早学⑤, 杨红梅①③, 任邦方①⑥
新元古代年龄, 可分为 1045~855(15 粒)和 830~780 Ma(24 粒)两组, 前者为半自形-近圆形的短柱状, 具
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代锆石, 有相当比例的年龄为~750 和~680 Ma[8~10], 但这些年龄在与南秦岭相邻的华南陆块北缘却罕有 报道. 因此, 了解秦岭造山带主要构造单元的性质, 尤其是前寒武纪地质历史, 对于认识我国主要陆块 拼合过程和东部陆块显生宙重大构造演化事件具有 重要意义.
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英文版见: Ling W L, Duan R C, Liu X M, et al. U-Pb dating of detrital zircons from the Wudangshan Group in the South Qinling and its geological significance. Chinese Sci Bull, 2010, 55, doi: 10.1007/s11434-010-0095-5
北缘存在大量的新元古代(1.0~0.78 Ga)岛弧型和陆 内拉张型岩浆岩系, 而在与之紧邻的南秦岭却未见 报道. 同样值得关注的是, 在大别-苏鲁造山带印支 期榴辉岩中识别出的新元古代锆石被作为华南陆块 向华北陆块发生深俯冲和快速折返的重要证据之一. 但该推论存在两个并未澄清的因素: (1) 若秦岭与大 别-苏鲁段属同一造山带, 且南秦岭代表了华南陆块 卷入造山带的部分, 则发生俯冲作用的陆块应该是 南秦岭单元[7], 但南秦岭单元(包括北秦岭单元)与华 南陆块北缘于新元古代的关系目前并不十分清楚; (2) 大别-苏鲁造山带从榴辉相变质岩中识别出的新元古
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图 1 南秦岭武当山地区区域构造位置((a), (b))和地质简图(c)[12]
1, 武当山群; 2, 耀岭河群; 3, 基性岩席; 4, 南华-震旦系; 5, 中酸性侵入岩; 6, 显生宙地层; 7, 水库; 8, 断裂; 9, 碎屑锆石采样点(本文); 10, 岩浆岩采样点[15]; 11, 河砂样所处汇水盆地
2 样品与分析方法
本次研究的碎屑锆石来源于两类样品, 第 1 类为 岩石样品, 分别采自区域南部杨坪组底部的 2 件石 英砂岩(WD05-64 和 WD05-65)和双台组位于火山岩 层之上的 1 件长石石英砂岩(WD05-14); 第 2 类为河 砂样品, 分别代表了主要切割双台组(WD05-S1)和杨 坪组地层(WD05-S2)水系的河流沉积物. 样品中锆石 的分选采用传统的比重和磁性方法进行淘选, 并在 双目显微镜下对获取的重矿物进行人工挑纯. 将挑 选的锆石颗粒与标准锆石 91500 和硅酸盐玻璃标准 样品 NIST610 一起用环氧树脂进行固定; 对固结后 的样品台进行表面抛光, 并进行阴极发光照相(西北 大学, Quanta 400FEG), 以观察各锆石颗粒内部的 核、边和包裹体结构以用于进行锆石原位 U-Pb 同位 素分析时选择测量点的依据. 锆石 U-Pb 同位素测量 采用激光剥蚀-等离子体质谱(LA-ICPMS)原位分析 方法, 于西北大学大陆动力学国家重点实验室完成. 激光剥蚀系统为 GeoLas 200M, 配置 193 nm 的 ArF 准分子激光器, 测量系统为 Agilent 7500a ICP-MS. 测 量时采用的激光斑束为 30 μm, 测量过程包括~30 s 的背景信号采集和~80 s 的样品信号采集. 原始数据 应用软件 GLITTER(Rev. 4.0)处理[16], 而表面年龄和
分析和数据处理流程参见文献[19].
3 锆石 U-Pb 同位素年代学
对 179 粒来自砂岩样品和 183 粒来自河砂样品的 碎屑锆石进行了分析(分析结果列于网络版附表 1).
3.1 杨坪组砂岩 对样品 WD05-64 进行了 59 粒锆石分析, 获得了
2.55 Ga~780 Ma 的年龄范围(图 2(a)). 除两粒锆石具 略不谐和组成外(207Pb/206Pb 和 206Pb/238U 表面年龄分 别为(1975±32), (2022±33) Ma 和(1741±14), (1828±15) Ma), 其余锆石均具谐和-基本谐和组成. 5 粒锆石给 出了 2555~2380 Ma 的较老年龄(206Pb/238U 表面年龄, 下同), 这些锆石呈磨圆状、以具较弱的 CL 强度和较 窄的增生边为特征(图 3a1, a2); 第 2 组年龄为 2071~2032 Ma, 由 8 粒锆石组成, 形态上呈具凹坑的
武当山地区是南秦岭前寒武纪岩系出露规模最 大的地区. 武当山群是南秦岭构造单元变形基底重 要的组成部分[3], 长期受到关注并积累了大量的研究 成果[11~14]. 武当山群岩石经历了低绿片岩相-高绿片 岩相变质, 变形作用导致区内变质单元发育了北西 向紧密褶皱和断裂. 早期的研究工作对武当山群的 年代学报道存在明显的差异, 甚至提出了南、北区域 火山岩形成时代存在>10 亿年差别的认识[13]. 近期本 文作者对区域内该群火山岩各主要剖面进行了系统 的锆石 U-Pb 定年, 较高精度地获得了武当山群中火 山岩的形成时代为~755 Ma[15]. 但由于武当山群火山 岩层位于地层层序的中上部, 目前的研究对其下部 地层的形成时代仍缺乏有效的约束. 本文报道了武 当山群地层碎屑锆石的 U-Pb 同位素年代学研究工作. 样品分别采自位于地层下部的杨坪组和中上部的双 台组砂岩, 并对分别流经杨坪组和双台组水系中的 河砂进行了碎屑锆石定年. 研究工作拟达到以下目 的: (1) 确定武当山群碎屑锆石 U-Pb 年代学特征, 约 束该地层的最早形成时代; (2) 根据新元古代锆石年 代学记录与华南陆块北缘新元古代事件进行对比, 分析两构造单元于新元古代的相互关系及演化历史 的差异; (3) 探讨南秦岭新元古代构造-岩浆事件与华 南陆块同期演化的关系.
不一致年龄计算采用软件 ISOPLOT(Rev. 2.49) [17]. 年龄数 据处理采 用 91500 标样 作为外部标 准 , 其
206Pb/238U 年龄为(1065.4±0.6) Ma [18], 而锆石 U, Th 和 Pb 含量采用 NIST610 作为外部标准计算. 详细的
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关键词
碎屑锆石 U-Pb 年代学 南秦岭 华南陆块 新元古代演化
秦岭-大别-苏鲁造山事件对中国东部大陆格局 的形成和演化影响显著, 不仅导致了华北与华南陆 块的拼合统一, 且对中国东部于中生代发生的岩石 圈重大构造转折具有重要作用[1~6]. 然而目前对该造 山带的了解仍相对有限, 包括秦岭段与大别-苏鲁段 所代表的大陆边缘发生碰撞-造山作用在时间上的差 异、两造山段构造单元间的对比关系和代表两陆块拼 合边界的古缝合线位置等. 产生这些基础性地质问 题的重要原因之一是对秦岭造山带不同构造单元的 了解不充分. 例如, 北秦岭和南秦岭是华北或华南陆 块卷入造山带的部分还是独立的微陆块; 华南陆块
① 中国地质大学(武汉)地球科学学院, 武汉 430074; ② 中国地质大学地质过程与矿产资源国家重点实验室, 武汉 430074; ③ 宜昌地质矿产研究所, 宜昌 443003; ④ 西北大学大陆动力学国家重点实验室, 西安 710069; ⑤ 湖北省地质调查院, 武汉 430022; ⑥ 天津地质矿产研究所, 天津 300170 E-mail: wlling@cug.edu.cn
南秦岭构造单元的北界和南界分别以商丹断裂 和勉略断裂与北秦岭和华南陆块北缘相邻. 两断裂 分别代表了古生代中期南、北秦岭间的碰撞缝合线以 及南秦岭与华南陆块间于晚三叠纪的碰撞缝合线[6]. 武当山地区位于南秦岭的东端, 其区域地质特征为
典型的隆升构造, 即武当山群出露于抬升区域的核 部, 其四周受新元古代南华-震旦纪和显生宙地层环 绕(图 1). 武当山群为区域最老地层, 也是南秦岭构 造单元中出露面积(~8000 km2)最大的前寒武纪地质 单元, 其地层划分由下至上分别为杨坪组、双台组和 拦鱼河组. 杨坪组在岩性上主要由石英砂岩、长石石 英砂岩、长石砂岩、粉砂岩、绢云(-石英)片岩组成并 夹少量大理岩层; 双台组由双峰式基性和酸性火山 岩以及与之互层的细粒碎屑岩组成; 而拦鱼河组主 要岩性层为硬砂岩、长石石英砂岩和细粒碎屑岩组成. 南华纪耀岭河群以不整合关系与武当山群接触, 主 要由玄武质火山岩和少量互层的酸性火山岩及细粒 碎屑岩组成. 武当山群和耀岭河群均受到基性岩席 群的侵入, 三者均发生了绿片岩相变质. 耀岭河群与 上覆新元古代晚期地层呈整合接触关系. 系统的锆 石 U-Pb 同位素年代学研究表明, 武当山群和耀岭河 群 火 山 岩 的 形 成 年 龄 分 别 为 (755±3) 和 (685±5) Ma (95% 置 信 度 ), 而 侵 入 其 中 的 基 性 岩 席 群 为 (679±3) Ma[15].
2009-11-16 收稿, 2009-12-22 接受 国家自然科学基金(批准号: 40373015, 40673025, 40821061)、教育部和国家外国专家局项目(编号: B07039)资助
摘要 报道了武当山群沉积地层碎屑锆石的 U-Pb 年代学特征, 并对其地质意义进行了探讨. 样品采自武当山群底部的杨坪组和中部双台组火山岩层之上的石英砂岩, 并对切割两地层组 水系中的河砂进行了采集. 对碎屑锆石进行激光剥蚀-等离子体质谱原位分析, 结果显示, 杨坪 组碎屑锆石的年龄主要为 830~780 Ma, 少数为新元古代早期(约 1.0~0.84 Ga), 含少量新太古代 (~2.6 Ga)、古元古代(~2.4 Ga)和中元古代(~2.0 Ga)锆石; 双台组砂岩除少量的 1.9~0.86 Ga 锆石 外, 主要由~755 Ma 的锆石(交点年龄)组成, 与武当山群火山岩形成年龄相同. 两件河砂样品 中碎屑锆石的年龄组成分别与杨坪组和双台组砂岩锆石相似. 武当山群碎屑锆石的 U-Pb 年代 学特征表明, 该地层的最早形成时代<780 Ma; 主要由约 1.0~0.85 和约 830~780 Ma 两组碎屑锆 石组成, 与华南陆块西北缘汉南地区新元古代岩浆作用记录相似, 指示了其物源区来自汉南或 相似地区. 武当山地区记录了~755 和~680 Ma 两期具陆内拉张性质的岩浆事件, 指示其经历了 与汉南地区不同的构造-岩浆演化过程. 因此, 南秦岭地区~755 Ma 岩浆作用可能指示了华南陆 块北缘与 Rodinia 超大陆之间的裂解事件, 而~680 Ma 发生的岩浆事件标志了南秦岭与另一未 知陆块之间的进一步分离.
1 区域地质特征
秦岭-大别-苏鲁造山带沿近 E-W 向分隔华北与 华南陆块, 其中南阳盆地将该造山带分隔成西部的 秦岭造山带和东部的大别-苏鲁造山带. 秦岭造山带 的形成被认为是古特提斯洋东端发生闭合的结 果[1~2,6], 且由北向南可划分出 4 个构造单元: 华北陆 块南缘、北秦岭、南秦岭和华南陆块北缘(图 1).