甘肅東部早古生代牽引作用的碎屑鋯石u-pb年代學(xué)記錄

甘肅東部早古生代牽引作用的碎屑鋯石u-pb年代學(xué)記錄

0油氣沉積年齡及形成時(shí)代研究熱點(diǎn)古巖石和陸生地殼物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)和研究是研究地殼早期形成和發(fā)展的主要途徑之一。其中，鋯定年是古生代地殼發(fā)現(xiàn)的主要手段。根據(jù)沉積巖碎屑鋯石年齡分布確定碎屑沉積巖物質(zhì)來(lái)源、沉積時(shí)代和形成構(gòu)造環(huán)境,具有其他方法不可替代的長(zhǎng)處,已成為近年來(lái)的研究熱點(diǎn)之一。祁連與秦嶺造山帶是中國(guó)中部中央造山系最重要的構(gòu)造單元,具有復(fù)雜的物質(zhì)組成與長(zhǎng)期的演化歷史。筆者在甘肅東部秦安地區(qū)早古生代葫蘆河群變質(zhì)碎屑巖中發(fā)現(xiàn)了U-Pb年齡為2.3～2.5Ga的碎屑鋯石,這一發(fā)現(xiàn)將為研究祁連和秦嶺造山帶的形成演化提供新的資料。1采樣及地質(zhì)特征甘肅東部的天水地區(qū)是祁連與秦嶺造山帶的構(gòu)造交接部位,已知最古老的構(gòu)造巖石單元是南部唐藏—花廟河—李子園—關(guān)子鎮(zhèn)—新陽(yáng)一線(xiàn)的古元古代秦嶺巖群和北部隴縣—張家川—秦安蓮花一線(xiàn)的古元古代隴山巖群,它們均為造山帶中古老的中深變質(zhì)基底雜巖系,其中隴山巖群很可能是新太古—古元古代形成的,并經(jīng)歷了2500、2350、1900Ma的巖漿事件和變質(zhì)事件。該變質(zhì)雜巖主要由長(zhǎng)英質(zhì)片麻巖-富鋁片麻巖-斜長(zhǎng)角閃巖-大理巖-鈣硅酸粒巖-長(zhǎng)英質(zhì)片巖等組成,其中包含有新元古代早期的花崗質(zhì)片麻巖。秦嶺巖群(或牛頭河巖群)主要由長(zhǎng)英質(zhì)片麻巖-富鋁片麻巖-(石墨)大理巖-鈣硅酸粒巖等巖石組合組成,迄今已知的片麻巖最老的鋯石U-Pb年齡為1531.9、1010.3Ma。在渭河沿線(xiàn)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)內(nèi)部賦存有新元古代早期的花崗質(zhì)片麻巖,其中LA-ICP-MS和SHRIMP鋯石U-Pb年齡為(924.2±2.7)～(978.5±7.2)Ma。根據(jù)最新地質(zhì)調(diào)查成果(圖1),介于兩套變質(zhì)基底雜巖之間的地層自北向南依次為早古生代的陳家河群、紅土堡變質(zhì)基性火山巖組和狹義的“葫蘆河群”。早古生代陳家河群為一套淺變質(zhì)中酸性火山巖(北側(cè))和陸緣碎屑巖沉積組合(南側(cè)),有限的古生物化石和同位素年代學(xué)資料表明其主體形成于中晚奧陶世,其中的中酸性火山巖包括同成分火山碎屑巖具有島弧鈣堿性地球化學(xué)特征。早古生代紅土堡巖組主要由綠片巖相變質(zhì)玄武巖組成,夾有少量深水硅質(zhì)巖和黑色泥巖,變質(zhì)玄武巖普遍發(fā)育有枕狀構(gòu)造,同時(shí)發(fā)育有同成分同時(shí)代的輝綠巖墻,具有IAB、MORB和WPB的多重地球化學(xué)特征,表明其形成于匯聚板塊邊緣的板內(nèi)裂陷——小洋盆構(gòu)造環(huán)境。變玄武巖全巖Sm-Nd等時(shí)線(xiàn)年齡為(463±38)Ma(MSWD=0.26),全巖Rb-Sr等時(shí)線(xiàn)年齡為(484±32)Ma,表明其形成于早奧陶—中奧陶世早期。而狹義的葫蘆河群則主要由中淺變質(zhì)碎屑沉積巖組成,其時(shí)代原劃歸為中元古代長(zhǎng)城紀(jì)或震旦紀(jì)或寒武紀(jì)。長(zhǎng)安大學(xué)地質(zhì)調(diào)查研究院則劃歸中新元古代,現(xiàn)依據(jù)最新的碎屑鋯石定年研究確定為志留紀(jì)。上述各構(gòu)造巖石地層單位之間均呈構(gòu)造接觸關(guān)系。筆者用于碎屑鋯石年代學(xué)測(cè)試樣品采自秦安縣葫蘆河流域的葫蘆河群中,變質(zhì)碎屑巖樣品(HLH03、HLH04)分別采自秦安縣北的楊家寺南和秦安縣南的葫蘆河,采樣點(diǎn)地理坐標(biāo)分別為N34°59′23.3″、E105°39′15.1″和N34°45′51.4″、E105°33′59.9″(見(jiàn)圖1)。樣品HLH03為變質(zhì)長(zhǎng)石石英細(xì)砂巖,具有復(fù)理石沉積特征,主要由石英、長(zhǎng)石和細(xì)小黑云母等組成。樣品HLH04為黑云母石英片巖,原巖為(長(zhǎng)石)石英砂巖,主要由石英、黑云母、斜長(zhǎng)石和少量白云母組成。巖石經(jīng)受了低角閃巖相-綠片巖相區(qū)域變質(zhì)作用,但由于鋯石穩(wěn)定性很強(qiáng),區(qū)域變質(zhì)作用不會(huì)對(duì)鋯石中的源區(qū)信息產(chǎn)生丟失。2分析和結(jié)果2.1鋯石u-pb年齡所采測(cè)年樣品(HLH03、HLH04)在陜西地質(zhì)勘查局區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)研究院用常規(guī)方法粉碎至0.180～0.154mm(80～100目),并用常規(guī)浮選和電磁選方法進(jìn)行分選,得到200～300粒鋯石后,再在雙目鏡下挑選出晶形和透明度較好的鋯石顆粒作為測(cè)定對(duì)象。將鋯石顆粒粘在雙面膠上,再用無(wú)色透明的環(huán)氧樹(shù)脂固定,待環(huán)氧樹(shù)脂充分固化后,對(duì)其表面進(jìn)行拋光至鋯石內(nèi)部暴露,然后進(jìn)行鋯石顯微(反射光和投射光照相)、陰極發(fā)光(CL)顯微圖象研究及LA-ICP-MS分析。鋯石的反射光和透射光顯微照相以及陰極發(fā)光顯微照相在中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院北京離子探針中心掃描電鏡及陰極發(fā)光實(shí)驗(yàn)室完成。陰極發(fā)光顯微照相用日立HITACHIS3000-N型掃描電子顯微鏡和GATAN公司Chroma陰極發(fā)光探頭進(jìn)行鋯石內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析。鋯石原位U-Pb同位素年齡分析在西北大學(xué)大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的LA-ICP-MS儀器上用標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定程序進(jìn)行。分析儀器為Elan6100DRC型四極桿質(zhì)譜儀和Geolas200M型激光剝蝕系統(tǒng),激光器為193nmArF準(zhǔn)分子激光器。激光剝蝕斑束直徑為30μm。鋯石年齡計(jì)算采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500作為外標(biāo),元素含量采用美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)局人工合成硅酸鹽玻璃NISTSRM610作為外標(biāo),29Si作為內(nèi)標(biāo)元素進(jìn)行校正。樣品的同位素比值和元素含量數(shù)據(jù)處理采用GLITTER(4.0版,MacquarieUniversity)軟件,并采用Andersen(2002)軟件對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行普通鉛校正,年齡計(jì)算及成圖采用ISOPLOT(2.49版)(Ludwig,2003)軟件完成。詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)原理和流程及儀器參數(shù)參見(jiàn)文獻(xiàn)。2.2鋯石年齡組成對(duì)碎屑巖樣品(HLH03、HLH04)分別隨機(jī)測(cè)定了60個(gè)鋯石顆粒,基本滿(mǎn)足作為物源研究一般需要測(cè)定的碎屑鋯石顆粒數(shù)量和代表性。在這2個(gè)樣品中共發(fā)現(xiàn)16顆207Pb/206Pb表面年齡大于2.3Ga的鋯石顆粒。這16顆古老鋯石的分析測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表1,部分鋯石顆粒的陰極發(fā)光圖象見(jiàn)圖2,鋯石U-Pb年齡諧和圖見(jiàn)圖3。按照碎屑鋯石年齡分布范圍,對(duì)于年齡大于1200Ma的鋯石,由于含大量放射性成因Pb,因而采用207Pb/206Pb表面年齡。所有數(shù)據(jù)點(diǎn)都以207Pb/206Pb計(jì)算鋯石年齡,用普通鉛作年齡校正。從陰極發(fā)光圖象可以看出(見(jiàn)圖2),所有年齡大于2.3Ga的鋯石均具渾圓、橢圓狀外形,為典型碎屑鋯石。部分鋯石具明顯的核-邊結(jié)構(gòu),鋯石核部具有巖漿成因鋯石的振蕩環(huán)帶結(jié)構(gòu)。邊部鋯石比核部鋯石具有強(qiáng)的發(fā)光性,且具變質(zhì)或深熔鋯石特征。這些測(cè)試點(diǎn)部位的鋯石Th、U、Th/U質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為(43～771)×10-6、(56～2777)×10-6、0.11～1.42,表明為巖漿鋯石成因。由表1和圖3可見(jiàn),2個(gè)樣品中有3個(gè)測(cè)點(diǎn)的207Pb/206Pb表面年齡大于2.5Ga,樣品HLH03中測(cè)點(diǎn)HLH03-11、HLH03-29的207Pb/206Pb年齡分別為(2578±3)Ma、(2519±3)Ma;樣品HLH04中測(cè)點(diǎn)HLH04-27的207Pb/206Pb年齡為(2510±5)Ma。在樣品HLH04中還發(fā)現(xiàn)4顆碎屑鋯石207Pb/206Pb年齡為2420～2496Ma,1顆碎屑鋯石207Pb/206Pb年齡為2376Ma。在樣品HLH03中的鋯石207Pb/206Pb年齡主要為2302～2378Ma。3區(qū)域地質(zhì)背景及巖石學(xué)特征迄今為止,祁連造山帶中最古老變質(zhì)基底的時(shí)代為祁連西段的古元古代北大河巖群、托賴(lài)巖群和祁連中段的古元古代湟源群、馬銜山群[10,11,14,19,20,21,26],在研究區(qū)北側(cè)張家川—隴縣地區(qū)的古元古代隴山巖群也是造山帶中古老的變質(zhì)基底,南側(cè)的西秦嶺造山帶北緣地區(qū)秦嶺巖群(牛頭河巖群)一般也認(rèn)為屬于古元古代。無(wú)論是祁連造山帶還是北秦嶺造山帶,目前均沒(méi)有發(fā)現(xiàn)確切地新太古代年齡信息,也即祁連造山帶和北秦嶺造山帶中并未發(fā)現(xiàn)有確切地新太古代變質(zhì)基底巖系[8,9,10,11,19,20,21,26,27,28]。因此,研究發(fā)現(xiàn)的2302～2578Ma的碎屑鋯石應(yīng)當(dāng)是該區(qū)域迄今發(fā)現(xiàn)的最古老的鋯石,為新太古代末構(gòu)造巖漿作用的產(chǎn)物。最近的研究表明,位于研究區(qū)北側(cè)的隴山巖群位于華北克拉通西南緣,現(xiàn)今處于祁連造山帶的東段與華北克拉通交接部位,并被北北西向六盤(pán)山斷裂帶截切,其組成特征具有太古代TTG巖套特征,同時(shí)具有華北克拉通內(nèi)部的巖石地球化學(xué)以及同位素年代學(xué)特征。它很可能是殘留于祁連造山帶中的華北克拉通南緣的新太古代變質(zhì)基底雜巖,與位于小秦嶺地區(qū)華北克拉通南緣的太華巖群相似。對(duì)隴縣地區(qū)隴山巖群長(zhǎng)英質(zhì)片麻巖的同位素年代學(xué)研究表明,其中也包含2.50Ga(2.45～2.50Ga)、2.35Ga(2.35～2.40Ga)的巖漿事件和1.90Ga(1.85～1.95Ga)的變質(zhì)事件信息。在北秦嶺造山帶廣泛分布的秦嶺巖群中長(zhǎng)英質(zhì)片麻巖鋯石U-Pb年齡和變質(zhì)基性巖Sm-Nd同位素年齡為2226～1987Ma,目前多數(shù)學(xué)者認(rèn)為屬于古元古代。天水地區(qū)迄今已經(jīng)報(bào)道的秦嶺巖群(牛頭河巖群)中片麻巖最老的鋯石U-Pb年齡為1531.9、1010.3Ma,在渭河沿線(xiàn)已發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部賦存有新元古代早期的花崗質(zhì)片麻巖,其LA-ICP-MS和SHRIMP鋯石U-Pb年齡為(924.2±2.7)～(978.5±7.2)Ma。對(duì)華北克拉通前寒武紀(jì)構(gòu)造格局和地質(zhì)事件的研究表明,華北克拉通最強(qiáng)烈和最早的構(gòu)造熱事件發(fā)生在新太古代末期的2.5Ga左右,并通過(guò)大量TTG花崗巖增生與侵位造成華北克拉通的大陸地殼增生。本研究報(bào)道的甘肅東部秦安地區(qū)早古生代葫蘆河群中的16粒碎屑鋯石的年齡為2.3～2.5Ga,其碎屑物質(zhì)顯然有來(lái)自華北克拉通的新太古代晚期陸殼物源區(qū),并與華北克拉通的基底組成及新太古代末期有大量TTG巖套和殼源花崗巖巖石形成密切相關(guān)。雖然研究區(qū)東北側(cè)鄰近華北克拉通西南緣,但那里并沒(méi)有新太古代變質(zhì)基底的直接出露,而且自中元古代開(kāi)始華北克拉通總體進(jìn)入穩(wěn)定發(fā)展演化階段,在古生代期間只有垂直升降運(yùn)動(dòng)并沒(méi)有發(fā)生強(qiáng)烈的造山作用?？赡艿慕忉屖窃绻派S著祁連造山帶和北秦嶺造山帶發(fā)生俯沖碰撞造山作用,曾有造山帶變質(zhì)基底(如研究區(qū)北側(cè)