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华南在Rodinia古陆中位置的讨论 扬子地块西缘变质2岩浆杂岩证据 及其与Seychelles地块的对比 颜丹平1 ,2,周美夫3,宋鸿林2,John MALPAS3 1 1 教育部 岩石圈构造、 深部过程及探测技术重点实验室,北京100083 ; 21 中国地质大学 地球科学与资源学院,北京100083 ; 31 香港大学 地球科学系,香港 摘 要沿扬子地块西缘出露的一系列变质杂岩的构造性质及形成时代是分析华南地块大地构造属 性的关键。这些杂岩均被初始为低角度的正断层所围限,具有变质核杂岩的构造性质,其剥露时间在 177 Ma左右。目前,对这一区域几个代表性杂岩体进行的系统的岩石学和地球化学分析表明,这是 一套主体为与俯冲板块有关的岛弧型岩浆杂岩,其形成时代从726～864 Ma ,时间跨度在100 Ma以 上。证明这些岩石的形成与地幔柱作用无关。上述结果与最近在Madagascar东北缘、Seychelles岛及 印度的Malani的一条类似的变质 岩浆杂岩带的地球化学与地质年代学研究结果完全吻合,这个构 造带被解释为一条沿Mozambique洋东缘的巨大的向东俯冲的安第斯型俯冲 岩浆岛弧带。据此我们 推测在Rodinia古大陆中,华南地块位于印度板块东北缘,其南东则可能与澳大利亚相接。 关键词华南;扬子地块西缘;Rodinia古陆;变质 岩浆杂岩;印度板块 中图分类号P53 ; P54 文献标识码A 文章编号10052321200204024908 收稿日期20020402 ;修订日期20020508 基金项目国家自然科学基金资助项目40172070 ;香港RGC资 助项目P7301/ 99P ,P7101/ 01P 作者简介颜丹平1964 , 男,博士,副教授,主要从事构造地 质学、 构造地球化学及盆地构造的教学与研究工作。E2Mail yandp 。 0 引言 扬子地块及华夏地块,大约在中元古代完成拼 合后[1 ,2],表现为统一的大地构造演化特征,通常统 称为华南地块。华南地块是Rodinia大陆的组成部 分[3～6]图1 ,其中记载了Rodinia大陆地质演化的 重要信息,是Rodinia古大陆再造重要的研究区域。 沿华南地块的边缘出露了一系列中深变质穹隆 体,其核心部分由中深变质 岩浆杂岩组成,具有地 块基底岩石的构造岩石特征,其形成时代均为前寒 武纪,是进行Rodinia大陆构造研究的主要对象。 目前研究较详细的有康定杂岩[2 ,7～11]、 扬子地块 西缘的变质杂岩带[12～15]、 扬子地块北缘变质杂岩 带[16]和桂北的杂岩体等[17 ,18]。研究结果表明,在 地质及地球化学特征分析基础上建立的基本地质认 识方面,存在较大的分歧,在此基础上进行构造重建 后的构造格局差异很大。 Li等[2 ,3 ,5 ,6]研究认为,华南地块位于澳大利亚 与劳亚大陆之间的狭窄洋盆中,是Grenville造山作 用～1. 0 Ga将其缝合于劳亚大陆与澳大利亚之 间,扬子地块和华夏地块间的构造缝合就是这一构 造事件的产物[2]。Li等 [5 ,6]通过进一步的研究 ,并 与澳大利亚进行对比,认为800 Ma左右的岩浆作 用是大陆内部地幔柱作用的标志,这次陆内地幔柱 作用导致Rodinia大陆的解体及华南地块与澳大利 亚的分离。 近 年 对 桂 北 杂 岩、 康 定 杂 岩 及 汉 南 杂 岩[7 ,16 ,17]、 扬子地块西缘的变质杂岩带等[14 ,15]进行 的详细的地质、 地球化学和系统的SHRIMP年代学 分析结果表明,上述岩浆杂岩具典型的岛弧型特征, 代表了一个较长期的俯冲板块作用的产物。这些杂 岩出露地表,以及目前所处构造状态则为印支造山 作用后的伸展作用下,经后期构造多次改造的结果。 在上述新的认识基础上,重新分析华南地块在 第9卷第4期 2002年10月 地学前缘中国地质大学,北京 Earth Science Frontiers China University of Geosciences ,Beijing Vol. 9 No. 4 Oct. 2002 图1 华南地区构造轮廓图 Fig11 The tectonic outline of South China Rodinia古大陆中所处的构造位置特征,则至少应该 是其西面和北面为大洋所包围,因而不可能是 Grenville造山带的组成部分,或是作为连接Lauren2 tia与澳大利亚之间的桥梁。那么,华南地块在Ro2 dinia古大陆中扮演了什么样的角色呢 本文在构造地质、 地球化学分析基础上,通过分 析扬子地块西部缘几个代表性变质杂岩体的构造 与岩石特征,并与印度和印度洋类似地质体的对比, 提出在Rodinia古陆中,依目前位置而论,华南地块 应当与印度地块北部相连,并在其西侧形成一条巨 大的向东俯冲的安第斯型俯冲 岩浆岛弧带沿 Mozambique洋东缘 , 并推测华南地块东南缘目前 位置可能与澳大利亚西北缘相接。 1 地质背景与构造变形特征 华南地块西缘至北缘扬子地块西缘和西北缘 目前出露有米易穹隆和康定穹隆[2 ,7 \ 〗、 汉南穹 隆[16]、 恰斯 江浪 公差 摩天岭变质穹隆带[15] 图1和 2 。研究表明,这些穹隆体具有以下基本 地质特征 1分布于震旦纪、 古生代到早三叠世的扬子地 块西缘2西北缘的被动陆缘斜坡带[19 \ 〗 及上扬子地 块,在印支期华北 华南碰撞造山后,转化为青藏高 原东缘前陆逆冲带腹陆或前陆的组成部分,并继续 受到后继的燕山期构造及喜马拉雅构造事件的改 造[20～30]。 2在空间上各个穹隆体呈长垣状或大型短轴 背斜,以长轴平行于造山带的走向或地块的边缘。 从北部的近东西向至北北东向,向南转变为近南北 向。 3核部杂岩一般出露角闪岩相变质火山2沉积 岩系,并普遍有晋宁期变质片麻状中、 酸性及基性侵 入体或火山岩[31～34]。岩石受到了不止一次的变形 和变质,以发育深层次的韧性流变构造为特征,形成 构造片岩或构造片麻岩。新生的片理或片麻理已不 能代表原始的层理。各个穹隆体岩性组合及形成年 龄均大致相当[7～10 ,11 ,35]。 4核部杂岩的顶部为一个以糜棱岩、 千糜岩或 变余糜棱岩为特征的基底滑脱带,以发育与上下岩 层间界面近于平行的初始是缓倾的面理和矿物拉伸 线理为特征,对部分矿物线理的统计表明,其指向为 SEE向[7 ,14 ,15]。其显微构造常可显示多次滑动的 现象。反映其在深处的韧性域曾与其上下的岩石一 250 颜丹平,周美夫,宋鸿林,等/地学前缘Earth Science Frontiers2002 , 94 图2 扬子地块西缘构造穹隆体分布略图 Fig.2 Regional geological map of western margin of Yangtze block showing the distribution of tectonic domes A-B为横过康定杂岩的构造剖面 起受到过非共轴流动的强烈变形,并在后继的构造 变形中可继续发生韧性直到脆性的剪切滑动。 5核部杂岩的外围为浅变质的显生宙岩层,有 些穹隆周缘出露有晚震旦世的地层,代表晋宁运动 基底形成后的第一个盖层的浅海碎屑岩及碳酸盐岩 建造。其上为浅变质的古生代早中期冒地斜的浅海 深海的陆源碎屑及碳硅质沉积,间夹少量基性火 山岩。二叠纪末发生玄武岩的大规模喷溢[36],且海 水变浅为不稳定浅海的碳酸盐岩沉积。由于基底滑 脱带的剪切,直接与下伏中元古界基底接触的,可有 不同的单元,从震旦系到志留系不等,但上下两套岩 石的面理不同类型的片理或板劈理常近乎平行。 不同类型建造间正向剪切拆离,构成多层剥离滑脱 系。 6大面积出露地表的是三叠系西康群板岩 带[37～40],区域上它们不整合于二叠系之上,可直接 与核部杂岩呈断层接触关系,表明三叠系也卷入了 构造滑脱变形作用,这些穹隆应在印支期后开始隆 升或表露。 7在构造样式上,浅变质、 局部中级变质的古 生界盖层岩石发育以 “顺层面理” 、 顺层掩卧褶皱及 顺层韧性剪切带为代表的固态流变构造,属于核杂 岩的中间流变层,而西康群板岩带以发育纵弯褶皱 及伴生轴面板劈理和扇形间隔劈理为特征,反映了 较浅部构造层次的变形。 8与科迪勒拉变质核杂岩不同的是受到了持 续的收缩变形和造山期后伸展作用的叠加改造。在 印支期近东西向收缩体制下形成的平行扬子地台西 颜丹平,周美夫,宋鸿林,等/地学前缘Earth Science Frontiers2002 , 9 4 251 缘的一系列长形隆起的基础上,又受到了后继燕山 运动的岩浆热隆和近南北向的收缩和逆冲,形成了 平武、 丹巴、 木里和盐源弧形构造,在逆冲前缘的内 侧形成了叠加的穹隆外貌,相当于许志琴等1992 所提出的双向收缩的结果。特别值得注意的是,穹 隆体具有核部杂岩 中间韧性流变层 上部浅变质 或不变质盖层的3层结构Configuration [15 ,41 ,42] , 而不是科迪勒拉模式总结的2层结构模式。 总结和分析目前对扬子地块西缘变质穹隆体研 究的进展,以及在认识上的分歧,我们认为燕山期 喜马拉雅期双向收缩变形[43]表示的是这些穹隆 体目前的区域构造位置和后期变形的基本特点;穹 隆状构造的不同类型构造穹隆、 片麻状穹隆、 岩浆 穹隆和变质核杂岩穹隆,侯立玮等[12]则代表了穹 隆内部不同构造层次的出露特点,反映了穹隆内部 的结构特点,这也进一步显示出不同的构造区域穹 隆体间的差异和区别。上述特点清楚地反映出这些 穹隆状构造具有典型变质核杂岩的构造性质和成因 特点图2中剖面A2B , 是分布于青藏高原东缘的、 具有统一成因特点的变质核杂岩带。 2 扬子地块西缘变质 岩浆杂岩地球 化学与年代学 211 岩石组合与地球化学 变质杂岩的岩石组合较为复杂,而且各个变质 穹隆体之间岩石组成差异较大。以下为几个典型杂 岩体的岩性组合与地球化学分析结果 康定杂岩图2 康定杂岩长约100 km ,宽 30 km。一系列的断层将其切割成数个岩片,其东、 西边界为低角度正断层所切割,南侧为走滑断层,北 及西侧为逆冲断层围限。主要岩性为花岗片麻岩及 混合花岗岩,其中夹有条带状斜长角闪岩。片麻岩 矿物组成主要为钾长石、 斜长石和石英[8]。花岗片 麻岩中的片麻理主要呈近东西走向。 江浪穹隆核部杂岩江浪穹隆呈近南北向分布于 木里弧形构造内侧图2 ,穹隆核部杂岩出露长约 18 km ,宽约11 km。周围以拆离断层与震旦系 古 生界韧性流变盖层岩石相接触。杂岩中普遍发育多 期构造面理,在拆离断层附近,主要构造面理与断层 面近于平行。主要岩性为片岩,片麻状中、 酸性和基 性的侵入体或火山岩也很常见。片岩的矿物成分主 要为斜长石、 云母及钾长石、 石英等[14]。除变质程度 略低于康定杂岩外,二者的岩石组合特征相似。 公差穹隆核部杂岩分布于丹巴弧形构造带内 侧图2 ,其结构特征与江浪穹隆相似,也被拆离断 层将其与上覆震旦系 古生界韧性流变层分隔。公 差穹隆核部杂岩出露为混合花岗岩和片麻岩,其片 麻理平行于上覆拆离断层。其核心部位出露的片麻 状混合花岗岩与混合片麻岩类似[7 ,12]。 地球化学分析结果[7]显示,上述岩石主要氧化 物SiO2含量为59. 6 ～72. 8 。分析样品主要落 在花岗闪长岩、 英闪岩和二长岩范围内,少量在基性 岩区。在主要氧化物分析基础上,这些变质杂岩被 归为太古界灰色片麻岩TTG 贺节明,1988。与 典型的钙碱性岩石相比,根据其相对较高的Na2O 质量分数1. 34 ～4. 98 和x K 2O/x Na 2 O 值 0 124～1102 ,大多数 0. 7可以进一步限定为奥 长花岗岩类。wMg为20410 - 6～441 10 - 6。 所有样品的x Al 2O3 / x K 2O Na2 O 值从1. 2到 3. 0 ,铝饱和系数x Al 2O3 / xCaO K2O Na2 O 从0. 6到1. 2 ,典型S型花岗岩的值为大于1. 1 ,所 以大多数样品的铝饱和系数要偏小[7]。 稀土元素含量变化较大,但经标准化计算后表 现出类似的配分模式,具有中度轻稀土富集和重稀 土相对分异性差的特点,无明显的Eu异常。这种 稀土元素特点不同于具有强烈Eu异常的壳源型富 铝质花岗岩,而与Adakites埃达克岩类似。初始 地幔标准化微量元素模式曲线形状类似,所有样品 均显示出火山弧花岗岩微量元素富集的特点。样品 具有系统的P和Sr亏损及强烈的Nb和Ti亏损,这 是与现代俯冲带有关的火山岩和侵入岩的典型特 征。在YNb和Y NbRb构造判别图解中,除 个别样品因Nb含量略偏高而落入板内花岗岩区 外,其它均投在火山岛弧型花岗质岩石区域图 3 [7]。 212 地质年代学分析 Zhou等[7]对康定杂岩 公差穹隆核部杂岩进行 了系统的SHRIMP锆石测年。其中从康定杂岩3 个样品获得的最能代表岩石结晶的年龄分别为 797 10 MaN206Pb/N238U ,79511 Ma N207Pb/N235 U 和 796 13 Ma N206Pb/ N238U ;从公差杂岩中获得了锆石核部代表结 晶年龄和边缘代表变质年龄年龄 824 14 Ma N206Pb/N238 U 和 177 3 MaN206Pb/ N238 U 。 此外,在格宗变质穹隆核部杂岩获得了 252 颜丹平,周美夫,宋鸿林,等/地学前缘Earth Science Frontiers2002 , 94 图3 康定、 公差和格宗[7]及Seychelles[44]YNb构造 判别图解 构造分类据Pearce等[45] Fig.3 Y versus Nb discriminant diagram for Kangding , Gongcai and Gezong[7]and Seychelles[44] SynCOL G同碰撞花岗岩;VAG火山弧花岗岩; WPG板内花岗岩;ORG洋脊花岗岩 表1 江浪李伍岩群变质杂岩ICP2MS激光锆石年龄 Table 1 ICP2MS Laser U2Pb zircon dating results from Jianglang metamorphic complex of Liwu Group 样品N207Pb/N206 Pb 年龄/ Ma R002101063 55772618 R002201078 8571 16814 R002301094 5041 51915 R002401126 1992 046 R002501074 8851 00215 R002601351 4063 713 R002701075 0621 070 R002801075 0131 069 R0021001084 8781 31215 R0021101072 06598717 R006601080 151 20016 R006701073 8041 036 R006801155 6852 409125 R006901100 4551 65018 R0061001125 5222 03611 R0061301069 918926 R0061401108 3911 77215 R0061501060 75563015 R008101113 7041 859 R008201110 0711 801 R008401060 581625 R00850108 5731 600 注香港大学地球科学系ICP2MS实验室测试。 锆石SHRIMP年龄为 8648 Ma N206Pb/ N238U ,米易杂岩锆石SHRIMP年龄为 764 9 MaN206Pb/ N238 U 。 江浪变质穹隆体核部杂岩片岩系中发育的主要 为磨圆度较高的碎屑锆石。对这些锆石进行分类 后,在ICPMS上利用激光进行了系统的年龄测 定,其结果如表1所示。平均锆石年龄在726 Ma 以上表1 ,其下限年龄与SHRIMP相当。 3 与Seychelles的对比及问题讨论 扬子地块西缘出露变质杂岩体的地球化学分析 结果,无疑显示为一个岛弧成因的岩浆混杂岩带,这 个混杂岩带大地构造属性代表了一个与俯冲带有关 的板块边缘,板块边缘形成的地质年代为726～ 864 Ma ,时间跨度在100 Ma以上。此外,在这一区 域的盐边等地发现的元古宙蛇绿岩[46 ,47],是否为上 述俯冲洋壳的残余,值得进一步研究。地质构造、 地 质年代学及变质作用分析结果还进一步表明,这些 大量出露的变质 岩浆杂岩可能是在177 Ma前后 区域伸展构造作用下表露出来的,区域上这个阶段 属于松潘 甘孜造山作用后的区域伸展作用阶段。 那么,726～864 Ma时期,包括扬子地块在内的 华南地块在Rodinia超级古陆中的位置如何呢 据Tucker等 [44] 的研究,沿Madagascar东北 缘、Seychelles岛 及 印 度 的Malani ,包 括Mahe , Praslin , La Digue , Ste. Anne , Marianne , Fregate和 Recifs岛,也发育了一条类似的变质 岩浆杂岩带, 其岩浆活动的年代为700～800 Ma ,时间跨度也在 100 Ma以上,地球化学分析证明具典型的岛弧型岩 浆岩至洋中脊花岗岩特征图 3 。这个构造带并被 解释为一条沿Mozambique洋东缘的巨大的向东俯 冲的安第斯型俯冲 岩浆岛弧带[44]。 显然,上述两构造带目前所处大地构造环境虽 然不同,但地质构造特征类似,构造属性相同 Tucker等[44]及本文描述 , 地球化学与地质年代学 分析结果完全可以对比。因此,我们认为这可能代 表了Rodinia古陆中的同一个构造岩浆岛弧带,具 有相同的构造成因。以这两个构造带作为标志进行 对比分析,将华南地块与印度板块相联系,作为古大 陆复原的依据,理由似乎更为充分。如此,华南地块 位于印度板块东北缘,根据古地磁分析结果[48],其 南东有可能与澳大利亚相接图 4 。 颜丹平,周美夫,宋鸿林,等/地学前缘Earth Science Frontiers2002 , 9 4 253 图4 华南在Rodinia古大陆中位置示意图 据Tucker等[44]修改 Fig.4 The tectonic location of South China block within Rodonia Super2continent 4 结论 本文得出以下主要结论 1上扬子及扬子地块西缘出露的一系列变质 岩浆杂岩体为典型的板块边缘岛弧型岩浆杂岩,与 板块俯冲作用具有成因联系,而不可能是地幔柱成 因。其形成的地质年代为726～864 Ma ,时间跨度 在100 Ma以上;这些杂岩是在177 Ma前后在区域 伸展作用下才被剥离出地表的。 2包括扬子地块在内的华南地块,可能位于 Rodinia超级大陆印度板块东北缘,并可能在南东侧 与澳大利亚板块相连接。 Tucker博士提供了Seychelles岛的地球化学测试结果, 审稿人提出的建设性意见对于文章完善起了重要作用,在此 一并致以衷心谢意。 References[参考文献] [ 1 ] CHEN J , FOLAND KA , XING F ,et al. 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