广西北部新元古代花岗岩锆石U2Pb年代学及其构造意义.pdf

3 广西北部新元古代花岗岩锆石U2Pb 年代学及其构造意义 3 李献华 中国科学院广州地球化学研究所广州510640 摘要广西北部扬子块体南缘 3 个代表性的新元古代花岗岩体本洞、 三防和元宝 山岩体的矿物组合、 岩石化学、 元素和同位素地球化学特征表明,它们均为过铝质S型花岗 岩。高精度的SHRIMP和颗粒级锆石U2Pb定年结果表明,本洞、 三防和元宝山岩体的形成 时代分别为 820 7 Ma、 825 6 Ma和 824 4 Ma ,在误差范围内基本相同,排除了 本区存在中元古代末/新 元古代初形成的花岗岩。 结合野外地质关系和扬子块体东南缘蛇 绿岩的定年结果,扬子块体南缘新元古代晋宁期造山运动的时限应为1. 0～0. 80 Ga ,很可能 以0. 82 Ga的晚造山花岗岩和约0. 8 Ga的陆相双峰式火山岩的形成而告终,同时,震旦系底 界年龄也应小于820 Ma。 关键词锆石U2Pb年龄花岗岩广西壮族自治区 分类号P597/ P588. 12 0引言 扬子块体南缘广泛出露了新元古代晋宁期花岗岩类岩石,其中一些花岗岩体被新元 古代沉积岩不整合覆盖,如桂北丹洲群不整合在本洞岩体上,赣北双桥山群不整合在九 岭岩体上,等等,因此,这些花岗岩的形成时代对制约晋宁期造山运动时代和震旦纪盆地 演化时代下限有非常重要的意义。 自本世纪70年代以来,扬子南缘晋宁期花岗岩已积累 了大量的年代学资料,年龄介于668～1 100 Ma之间 [1～10 ]。根据这些年龄资料以及存在 两个晋宁期不整合面,一些研究人员把晋宁期运动划分为早、 晚两期[10～12 ]。然而,另一些 研究人员指出,这种将一个连续发生的造山运动分为几期是不妥当的,因为在有磨拉石 沉积发育的地区,造山作用可能留下两个或多个不整合面[13 ]。 因此,检查已有的年龄数据 和重新获取高精度的花岗岩年龄资料,对深入研究晋宁期造山运动是非常必要的。本文 用高分辨率高灵敏度离子探针质谱SHRIMP和颗粒级锆石U2Pb定年方法对广西北部 的本洞、 三防和元宝山等3个新元古代花岗岩进行了高精度的年龄测定,并对其区域构 造演化意义进行探讨。 第28卷 第1期地球化学Vol. 28 , No. 1 1999年1月GEOCHIMICAJan. , 1999 作者简介李献华男1961年7月生研究员同位素地质年代学和地球化学 国家杰出青年科学基金编号49725309和中国科学院资源与生态环境重大项目编号 KZ9512B12 413 资助 收稿日期1998 - 04 - 17 ,改回日期1998 - 08 - 15 2地球化学1999年 1地质概况和花岗岩地球化学特征 广西北部扬子块体南缘广泛出露了新元古代晋宁期花岗岩图1 ,出露面积约为 1 500 km2,其中以黑云母花岗岩和二云母花岗岩为主,出露面积约为1 400 km2,以三防 摩天岭和元宝山岩体为代表;其次为少量的花岗闪长岩,出露面积约为85 km2,最大的 为本洞岩体。由于本区花岗岩年龄数据很分散 668 ～1 100 Ma [1～5 ] ,过去的许多文献将 这些花岗岩分为四堡期本洞岩体和雪峰期三防和元宝山岩体 [14 ,15 ]。 图1扬子块体南缘新元古代花岗岩分布和广西北部前寒武纪地质简图 Fig. 1Simplified Precambrian geological map illustrating the granites from northern Guangxi. The inset ofthe figure showing the distribution of the Neoproterozoic granites along the southern margin of the Yangtze Block 三防岩体是本区出露面积约1 000 km2最大的花岗岩体,岩性以黑云母花岗岩和二 云母花岗岩为主,主要造岩矿物成分为石英26 ～35 ,钾长石35 ～44 ,斜长石 An 713 26 ～30 ,黑云母4 ～6 ,白云母1 ～2 。 三防岩体侵入四堡群。 元宝山 岩体出露面积约300 km2,侵入四堡群,岩性和三防岩体类似。本洞岩体位于三防岩体东 2分析方法 本文的锆石U2Pb定年采用SHRIMP和常规颗粒级锆石化学分离2质谱分析两种 方法,分别在澳大利亚国立大学地球科学研究院和中国科学院广州地球化学研究所同位 南,出露面积约35 km2,岩性以花岗闪长岩为主,主要造岩矿物成分为石英18 ～ 38 ,钾长石4 ～20 ,斜长石 An 3145 30 ～46 ,黑云母10 ～17 ,不含角闪 石。本洞岩体侵入四堡群,并被丹洲群白竹组不整合覆盖[16 ]。 本区花岗岩已积累了相当多的岩石化学和同位素资料综合于表1 ,并有不同的成 因模式。 在Middlemost提出的侵入岩全碱2SiO2分类图上[18 ],三防和元宝山岩体落入花 岗岩范围,本洞岩体落入花岗闪长岩范围图 2 。 值得注意的是,3个岩体的平均Na2O含 量2. 23 ～2. 75 和CaO含量花岗岩0. 61 ～0. 66 ,花岗闪长岩2. 05 都较低, 因此,它们的铝饱和指数IAS[Al2O3/ Na2O K2O CaO分子比]为1. 18～1. 29 ,均为过 铝质花岗岩。 这种富铝的特征在ACF图上也可以清楚地显示出来图 3 [19 ]。 3个岩体的 样品点均落入钙长石和富铝黑云母连线上方的S型花岗岩范围,与3个岩体的矿物组合 斜长石黑云母 白云母相一致。高的δ 18O 值 9. 2 ‰ ～12. 6‰和低的εNat负值 - 4. 8～ - 7. 6 [3 ,17 ]也进一步说明这些花岗岩来源于经历过表壳沉积过程的地壳源岩。 上述3个岩体的岩石化学和同位素组成特征,特别是它们富含H2O或挥发分本洞花岗 闪长岩含大量黑云母,三防和元宝山花岗岩含两种云母及少量电气石和不含角闪石的 矿物组合特征,表明它们是过铝质的S型造山花岗岩,本洞岩体也并非是一些作者所认 为的 “幔源型” 花岗岩[20 ,21 ]。 注n为样品数; s. d.为标准偏差;IA S Al2O3/ Na2O K2O CaO分子比。 资料引自文献[3 , 16 ,17]和作者未发表数据。 表1广西北部新元古代花岗岩代表性样品和平均的岩石化学 及Nd2O同位素组成 Table 1Selective and average chemical and Nd2O isotopic compositions of granitoids from northern Guangxi 本洞岩体三防岩体元宝山岩体 92LPC24 平均值s. d. n 8 G- 27 平均值s. d. n 18 YBS2 - 5 平均值s. d. n 6 SiO268. 3769. 80 0. 9474. 6175. 31 0. 8875. 8974. 88 1. 29 TiO20. 370. 38 0. 050. 210. 15 0. 060. 110. 17 0. 08 Al2O315. 5614. 84 0. 5512. 6412. 49 0. 4112. 9012. 74 0. 56 Fe2O30. 340. 52 0. 250. 880. 75 0. 360. 510. 84 0. 33 FeO2. 832. 75 0. 551. 781. 55 0. 561. 281. 39 0. 46 MnO0. 130. 09 0. 020. 080. 05 0. 020. 080. 05 0. 02 MgO1. 471. 65 0. 560. 880. 42 0. 210. 200. 51 0. 27 CaO1. 962. 05 0. 490. 460. 61 0. 320. 500. 66 0. 38 Na2O3. 042. 75 0. 262. 642. 55 0. 272. 562. 23 0. 52 K2O3. 283. 31 0. 315. 064. 91 0. 534. 974. 64 0. 33 P2O50. 190. 16 0. 030. 160. 13 0. 020. 140. 14 0. 02 IA S1. 281. 251. 191. 181. 231. 29 δ 18 O ‰9. 2～10. 912. 610. 1～12. 6 εN dt- 5. 0- 4. 8～- 6. 6- 6. 5- 5. 1～- 7. 6 第1期李献华广西北部新元古代花岗岩锆石U2Pb年代学及其构造意义3 4地球化学1999年 图3广西北部新元古代花岗岩ACF图解 Fig. 3ACF diagram of the Neoproterozoic granitic rocks from northern Guangxi 素地球化学实验室完成。 上述两种分析方法同文献[22 ,23]。 颗粒级锆石化学分离2质谱 分析的Pb和U全流程本底分别为30～50 pg和约5 pg。 图2广西北部新元古代花岗岩全碱2SiO2分类图 Fig. 2 Total alkaline vs. SiO2diagram for classification of the Neoproterozoic granitic rocks from northern Guangxi 测定的13个本洞岩体锆石颗粒均为 长柱状、 透明、 无裂缝、 自形晶体完好的锆 石。 虽然这些锆石的U含量变化范围较大 90 ～1 081μg/ g ,但它们的207Pb/ 206Pb、 206Pb/238U 和207Pb/ 235U 三组年龄在分析误 差范围内一致图4a ,其加权平均年龄值 分别为 816 11 Ma、 818 10 Ma和 822 9 Ma。 这些一致的U2Pb年龄[总 平均年龄为 820 7 Ma ]代表了本洞岩 体的形成年龄。 三防岩体具有复杂的锆石U2Pb同位 素体系,既有残留锆石的继承放射成因 Pb ,也有后期放射成因Pb丢失,在锆石 U2Pb同位素一致图上数据点分布相当分 散图4b ,其中3个分析点的U2Pb和 Pb2Pb年龄包括两个SHRIMP锆石 U2Pb年龄和一个颗粒级锆石U2Pb年龄 为一致年龄,其U2Pb年龄平均值为 825 6 Ma ,代表了结晶锆石年龄。 这个 年龄值与李献华等 [23 ] 报道的 820 10 Ma基本一致,但误差更小一些。 元宝山岩体7个组分的锆石U2Pb同 位素分析结果形成一线形相关很好的 U2Pb不一致线图 4 。该不一致线与 U2Pb同位素一致线的上、下交点年龄分 别为2 91885 Ma和 824 4 Ma ,其 中下交点年龄由两个一致的锆石U2Pb年 龄分析824 Ma和825 Ma所准确限制, 代表了元宝山岩体的形成年龄;而上交点 年龄有可能代表了残留锆石年龄,或由于 所分析的锆石U2Pb年龄高度不一致、或 残留锆石U2Pb体系可能经历了多阶段丢 失而没有明确的年代学意义。 3锆石U2Pb年龄结果 锆石U2Pb年龄分析结果列于表2和图4 ,其中图4中三防岩体的数据包括李献华 等 [23 ] 发表的3个SHRIMP和3个常规的颗粒级锆石化学分离2质谱分析数据以及本次 新测定的结果。 第1期李献华广西北部新元古代花岗岩锆石U2Pb年代学及其构造意义5 图4广西北部新元古代花岗岩锆石U2Pb 同位素一致图解 a本洞岩体; b三防岩体 ; c 元宝山岩体。 Fig. 4 Concordia diagram showing U2Pb zircon data for a the Bendong Granoniorite , b the Sanfang Granite , and 3 the Yuanbaoshan Granite from northern Guangxi 注 6地球化学1999年 1本洞岩体的锆石为SHRIMP分析结果,其余为常规的颗粒级锆石化学分离2质谱分析结果。 2对质量歧视校正后的测定值常规化学分离2质谱分析结果。 3放射成因Pb同位素比值,对质量歧视、Pb和U本底以及初始Pb同位素组成进行了校正。花岗岩的初始 Pb同位素组成用Stacey和Kramers1973的两阶段Pb同位素演化模式 [24 ] t 820 Ma估计。 4 U2Pb和Pb2Pb年龄用ISOPLOT软件 [25 ]计算常规化学分离2质谱分析结果 。 表2广西北部新元古代花岗岩的锆石U2Pb同位素分析结果 Table 2U2Pb zircon isotopic data of the Neoproterozoic granites from northern Guangxi 分析点 1 质量 mg wU μg/ g wPb μg/ g 206Pb 204Pb 206Pb 238U 207Pb 235U 206Pb 207Pb 年龄Ma 4 t206/ 238t207/ 235t207/ 206 本洞岩体 11792710 7070. 137 01. 2920. 068 39827842880 2103142 0000. 133 91. 1840. 064 13810793746 3270376 6180. 133 51. 2250. 066 57808812824 4132205 1650. 132 01. 2100. 066 47799805821 590152 9520. 136 71. 2810. 069 07826837866 63534918 3150. 138 81. 2770. 066 75838836830 74355810 7760. 137 41. 2620. 066 63830829826 81 08114067 1140. 137 01. 2460. 065 94828821804 984413322 2200. 135 51. 2250. 065 60819812794 102793812 9870. 135 01. 2690. 068 21816832875 112333045 4540. 131 21. 2230. 067 63795811857 12421607 9430. 139 51. 2560. 065 33842826785 1386136 8820. 131 21. 2130. 067 05795807839 元宝山岩体 10. 040600831 4900. 136 31. 2520. 066 61824824826 20. 0307541058800. 136 51. 2610. 066 97825828827 30. 0207381059370. 137 41. 2990. 068 54830845885 40. 080289431 2840. 143 01. 4740. 074 798619201 063 50. 070555802 6910. 144 31. 5220. 076 498699391 108 60. 0357341161 3690. 151 31. 8040. 086 499081 0471 349 70. 025171303330. 154 01. 8820. 088 679231 0681 397 三防岩体 10. 0608051194320. 137 11. 2610. 066 69829828828 2 2 2 3 4讨论 4. 1晋宁期造山运动的时限 从上述分析结果可以看出,桂北三防、 元宝山和本洞岩体形成的年龄在误差范围内基 本一致。这些新的高质量分析结果与过去的年龄资料不一样,表明该区新元古代晋宁期花 岗岩岩浆活动时代集中在820～825 Ma ,并不存在约1 000 Ma的晋宁早期花岗岩。 近几年来,一些研究人员对出露在扬子块体东南缘的两套蛇绿岩皖南和赣东北蛇 绿岩的形成时代进行了大量的年代学研究。 赣东北和皖南蛇绿岩的Sm2Nd等时线年龄 范围为929～1 160 Ma ,多集中在约1. 0 Ga [26～29 ] ,赣东北蛇绿岩的高精度SHRIMP锆石 U2Pb年龄为 968 23 Ma [30 ] ,与大多数Sm2Nd年龄在误差范围内一致。 现有的年代学 资料表明,扬子块体东南缘两套蛇绿岩的形成时代大致相同,约为0. 97～1. 0 Ga ,并限制 了扬子块体南缘晋宁期造山运动的下限年龄。 在广西北部,以往本洞岩体的年龄约为1. 0 Ga [1 , 3 ] 是用来限定由丹洲群和四堡群之 间的角度不整合所代表的四堡期或晋宁早期造山运动上限年龄的重要依据。然而,本 文的高精度SHRIMP锆石U2Pb年龄结果表明,本洞岩体和区域其他花岗岩的形成年龄 均为820～825 Ma ,本区并不存在两期花岗岩。本洞岩体的形成年龄限定了区域四堡运 动或晋宁运动的上限年龄小于820 Ma ,和周新民等[8 ]关于扬子块体东南缘新元古代晋 宁运动以浙江富阳前陆盆地磨拉石和陆相双峰式火山岩～0. 8 Ga形成而告终的时限 一致。 4. 2震旦系底界年龄 震旦系底界年龄是一个重大而又长期争论的问题。 在川西甘洛2汉源地区,下震旦统 乌斯大桥群苏雄组英安岩的Rb2Sr等时线年龄为 812 15 Ma[根据原始数据用 ISOPLOT[25 ]重新计算获得的年龄,原文报道的年龄为812. 10. 6 Ma ] [31 ] ;在长江峡 东区,黄陵花岗岩被震旦系莲沱组不整合覆盖[31 ],虽然对黄陵花岗岩的年龄有过1 040～ 850 Ma的报道[31 ],但高精度的SHRIMP锆石U2Pb定年结果表明,黄陵花岗岩的形成年 龄为 819 7 Ma ,限制了震旦系的底界年龄小于819 Ma [32 ] ;而莲沱组内凝灰岩的 SHRIMP锆石U2Pb年龄 748 12 Ma则限定了震旦系底界的上限年龄[32 ]。 因此,中国 地质年表将震旦系的底界年龄定为 800 50 Ma [32 ]。 这个年龄也被国际地质年表所接 受 [33 ]。 刘鸿允及其合作者提出扬子块体南缘板溪群 及其相应地层属震旦系,并根据 其不整合面下的花岗岩年龄将震旦系底界年龄定为 900 20 Ma [31 ]。 的确 ,在广西北 部过去认为属前震旦系的丹洲群相当于板溪群顶部的拱洞组和震旦系底部的长安组 实际为连续沉积,因此丹洲群应是发育在晋宁期造山运动夷平作用面之上震旦纪盆地 的海相沉积 [13 ]。但是 ,本文的花岗岩锆石U2Pb年龄资料表明丹洲群的底界年龄也应小 于 820 7 Ma ,因此很有必要对扬子块体南缘其他地区出露的晋宁期花岗岩如滇中 峨山岩体、 赣北九岭岩体、 皖南休宁和歙县岩体等进行进一步的高精度年代学研究。 从现有的高精度年代学资料来看,扬子块体南缘和西缘的板溪群丹洲群和乌斯大 桥群有可能略老于长江峡东区震旦系标准剖面的莲沱组上述地层在岩性、 岩相组合上 有很大的差异 , 但它们的底界年龄震旦系底界年龄均应小于820 Ma。中国南方震旦 纪盆地的演化很可能与新元古代鲁迪尼亚超级泛大陆Rodinia Supercontinent的裂解 密切相关。新元古代早期,由扬子块体和华夏块体组成的华南块体很可能是连接澳大利 亚和劳伦Laurentia大陆的纽带,扬子块体的西缘与澳大利亚的东南缘相接[34 ]。现有的 资料表明,鲁迪尼亚超级泛大陆裂解在澳大利亚东南部的记录是新元古代盆地的沉积岩 系Adelaidean System ,盆地开始演化的时代为0. 84～0. 80 Ga ,与华南震旦纪盆地形成 的时代大致相同,而介于扬子和华夏块体之间的震旦盆地很可能是一个夭折的裂谷,未 能将扬子和华夏两大块体裂解分开[34 ]。 5结论 高精度锆石U2Pb定年结果表明,广西北部新元古代本洞、 三防和元宝山花岗岩的形 第1期李献华广西北部新元古代花岗岩锆石U2Pb年代学及其构造意义7 8地球化学1999年 成时代基本相同,为820～825 Ma ,本洞花岗闪长岩不是中元古代末/新元古代早期形成 的岩体。根据野外地质关系、 扬子块体东南缘蛇绿岩的定年资料和本文新的花岗岩定年 结果,扬子块体南缘新元古代晋宁期造山运动的时限应为1. 0～0. 80 Ga ,很可能以0. 82 Ga的晚造山花岗岩和约0. 8 Ga的陆相双峰式火山岩的形成而告终,同时,震旦系底界 年龄也应小于820 Ma。 W. Compston教授和C. M. Fanning先生指导帮助了SHRIMP锆石U2Pb分析; 刘颖和涂湘林帮助了颗粒级锆石U2Pb分析。在研究过程中和周新民教授、 李正祥博士、 董宝林先生的学术交流与研讨,使作者得到很大启发和教益,在此一并致谢。 参考文献 伍实.广西晚元古代本洞岩体同位素年代学研究.地球化学,1979 3 187～194 施实.前寒武纪摩天岭岩体同位素地质年龄讨论.地球化学,1976 4 297～307 赵子杰,马大铨.桂北前寒武纪花岗岩本洞、 三防岩体的研究.见宜昌地质矿产研究所编.南岭地质矿产科研 报告集一 . 武汉武汉地质学院出版社,1987. 1～27 饶冰,沈渭洲,张祖还.广西摩天岭岩体成因研究.南京大学学报地球科学 ,1989 3 45～57 地质矿产部南岭项目花岗岩专题组.南岭花岗岩地质及其成因和成矿作用.北京地质出版社,1989. 1～471 胡世玲,王松山,桑海清等.应用 40Ar/39Ar 快中子活化定年技术探讨江西九岭花岗岩早期侵位时代.岩石学 报,1985 , 13 29～34 周新民,王德滋.皖南低 87Sr/86Sr初始比的过铝花岗闪长岩及成因. 岩石学报,1988 , 43 37～45 周新民,朱云鹤.江绍断裂带的岩浆混合作用及其两侧的前寒武纪地质.中国科学 B 辑 ,1992 3 296～303 邢凤鸣,徐祥,李应运等.皖南晋宁早期花岗闪长岩带的确定及其岩石学特征.岩石学报,1989 , 54 34～41 邢凤鸣,徐祥,陈江峰等.江南古陆东南缘新元古代大陆增长史.地质科学,1992 , 66 59～72 王鸿祯.论中国前寒武地质时代及年代地层的划分.地球科学,1986 , 115 447～453 Wang H , Mo X. An outline of the tectonic evolution of China. 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Precise U2Pb zircon ages of 8207 Ma , 8256 Ma and 824 4 Ma are obtained for the Bendong , Sanfang and Yuanbaoshan plutons , respectively , by means of both SHRIMP and conventional dating s.These age results are strongly in contrast with the previously published ages ranging from 668 to 1 100 Ma for these granites , precluding the existence of any late Mesoproterozoic early Jinningiangranitic magmatism in the study area. Based on the precise U2Pb zircon age of both granites and ophiolites as well as field relations , the Jinning Orogeny is referred to the Neoproterozoic orogeny in SE China which took place between 1. 0～ 0. 80 Ga , and likely ended at 0. 82 Ga. The granite ation age of about 0. 82 Ga supports not only the maximum age of 820 Ma for the initiation of the post2orogenic Sinian Basin , but also the basal boundary age of 0. 80 Ga for the Sinian System in SE China. Key words U2Pb zircon age , granite , Guangxi Zhuang Autonomous Region