貴州因素分析的太古宙巖石地球化學(xué)特征及其成因

貴州因素分析的太古宙巖石地球化學(xué)特征及其成因

0康德雜巖的年齡康定混合巖石分布在揚子地塊的西緣。由于其強烈的變質(zhì)和變形，它可能包含關(guān)于揚子地塊西緣早期地殼發(fā)育的重要信息。這就是以前作為揚子地塊基本資料研究的窗口。但由于康定雜巖位于揚子地塊邊緣活動帶上及幾個地體拼貼線上,強烈的構(gòu)造巖漿作用及變質(zhì)混合巖化作用對它的改造,使其成為西南地區(qū)研究難度較大的地質(zhì)問題之一,對該巖體的形成時代仍有不同的認(rèn)識。已往研究中,認(rèn)為康定雜巖主要由一些花崗巖及少量的閃長巖和輝長巖組成,由于普遍具有片麻理通常稱之為片麻巖。前人根據(jù)康定雜巖與奧長花崗巖、英云閃長巖及花崗閃長巖(TTG巖套)組合與典型的太古宙高級地體具有類似的特征,因而認(rèn)為康定雜巖是揚子地塊結(jié)晶基底結(jié)晶雜巖的代表,其形成時代為太古宙—古元古代(1700～2950Ma),變質(zhì)作用時期為古元古代。但近年來的同位素年齡測定結(jié)果表明其并不是形成于太古宙。前人對康定雜巖有下列年齡報道:沙壩麻粒巖的全巖Rb-Sr等時線年齡為1151.3Ma、1185.6Ma,全巖Sm-Nd模式年齡為1210～1340Ma,Sm-Nd礦物等時線年齡為(1140±110)Ma,紫蘇輝石的40Ar/39Ar坪年齡為1031.9Ma,又經(jīng)重新計算為1019.4Ma,常規(guī)鋯石全溶法測定的U-Pb年齡為753～827.7Ma,冕寧沙壩澤遠片麻巖Sm-Nd同位素測得的等時線年齡為(706±36)Ma,εNd(t)=±0.6,咱里巖組Pb-Pb法測定年齡為1119Ma。這些報道的數(shù)據(jù)有很大一部分比較分散,主要是由于測試方法的精度和準(zhǔn)確度不高、方法的適用性和局限性等因素造成的。因此,準(zhǔn)確測定康定雜巖的時代是認(rèn)識該區(qū)地質(zhì)演化過程的關(guān)鍵之一。近年來鋯石SHRIMPU-Pb定年方法已被許多研究者用來確定巖體的形成時代。如朱云海等用該法測出河北尚義西賽雜巖體形成時間晚于1587Ma,為中元古代產(chǎn)物;伍光英等通過SHRIMPU-Pb定年,得出湖南寶山花崗閃長質(zhì)隱爆角礫巖年齡為(164.1±1.9)Ma。前人也用此方法對康定雜巖的年齡進行了研究,測得康定冷漬輝長巖的鋯石SHRIMPU-Pb年齡為(808±12)Ma,康定雜巖的貢才雜巖SHRIMPU-Pb年齡為795～824Ma,米易雜巖的鋯石SHRIMPU-Pb年齡為(764±9)Ma,后來又有人報道了康定雜巖中3個花崗質(zhì)巖石的鋯石SHRIMPU-Pb年齡為780～750Ma,2004年陳岳龍報道了冕寧沙壩地區(qū)出露的康定雜巖U-Pb鋯石年齡為721～773Ma。因此可見,鋯石SHRIMPU-Pb定年測出的年齡比其他方法相對較年輕,都集中于新元古代。但是,他們的采樣地點多集中于南部,陳岳龍采集的樣品也只是在康定雜巖中部,其北部多局限于巖石學(xué)方面的研究,年齡方面的研究較少?？傮w上看,康定雜巖的年齡問題尚存在爭議,必須深入研究。揚子地塊在元古宙Rodinia超大陸的聚合和裂解中處于關(guān)鍵構(gòu)造位置,是連接澳大利亞和勞倫大陸的紐帶,因而是Rodinia超大陸重建研究的重要地區(qū)之一?？刀s巖的形成時代和構(gòu)造環(huán)境研究對揚子地塊的形成與演化歷史乃至對Rodinia超大陸重建的研究都具有重要的意義。本文擬通過對康定雜巖北部康定—瀘定地區(qū)的兩個代表性樣品的巖石學(xué)與地球化學(xué)研究及精確的鋯石SHRIMP定年,并結(jié)合前人研究資料,討論其形成時代及其地質(zhì)意義,進而探討康定雜巖與全球性的Rodinia超大陸裂解事件的關(guān)系。1采樣位置及樣品特征在揚子地臺的西緣,康滇地軸北、中段的康定—西昌—攀枝花地區(qū)零星分布著一條結(jié)晶雜巖帶(圖1)。1931年譚錫疇、李春昱曾稱其為“康定片麻巖”,1945年黃汲清稱之為“磨盤山結(jié)晶片巖”,“康定雜巖”是由張兆瑾于1940年提出的。它的分布范圍較廣,北起康定、瀘定,往南經(jīng)冕寧、西昌至攀枝花一帶,主要出露于大渡河—安寧河深斷裂以西和金河—箐河深斷裂以東,產(chǎn)于寬數(shù)十公里、長500km的南北構(gòu)造帶內(nèi),往北東則與龍門山—米倉山構(gòu)造帶相接,出露面積約2000km2。在四川境內(nèi)以康定雜巖為中心,向北有彭灌雜巖、米倉山雜巖,向南依次分布有冕寧雜巖、磨盤山—米易雜巖、同德雜巖、渡口(攀枝花)雜巖。康定雜巖與陜西的漢南雜巖、湖北的黃陵雜巖和安徽的大別雜巖均分布在揚子地塊的周緣(圖2)。本文用于測年的樣品采自北部康定—瀘定一帶,具體采樣位置如圖3所示。選取兩個有代表性的樣品(樣號71704-2和71501-1),其中樣品71704-2采自瀘定五一橋(經(jīng)度102°13′,緯度29°57′),巖性為變輝長巖(俗稱斜長角閃巖),主要礦物為斜長石、角閃石,此外有黑云母、磁鐵礦、石英和磷灰石,斜長石聚片雙晶清楚,少數(shù)為卡鈉雙晶;樣品71501-1采自冷竹關(guān)水電站北東200m處(經(jīng)度102°10′,緯度30°03′),為石英閃長質(zhì)片麻巖,主要礦物為斜長石、石英,此外有角閃石、黑云母、磷灰石和磁鐵礦,斜長石可見清晰的聚片雙晶,少數(shù)可見卡鈉復(fù)合雙晶和肖鈉長石雙晶?？刀s巖自下而上可劃分成3個組:咱里組、冷竹關(guān)組和五馬箐組。咱里組厚8240m,巖性主要為斜長角閃巖;冷竹關(guān)組厚2480m,主體為變粒巖、淺粒巖,并與咱里組呈整合過渡;五馬箐組厚大于713m,主要為云英片麻巖,底部與冷竹關(guān)組為漸變過渡。2鋯石u-pb同位素測定的結(jié)果與分析對野外采集的樣品經(jīng)室內(nèi)初步研究并進行分選。首先將巖石樣品粗碎,然后用瑪瑙研缽將粗碎樣磨成200目的粉末。主要元素采用X熒光光譜法分析,儀器為日本島津制作生產(chǎn)的順序式X熒光光譜儀(型號XRF-1500),分析的準(zhǔn)確度和精確度都優(yōu)于10%;微量元素和稀土元素的分析測試采用等離子質(zhì)譜法,所用儀器為英國VG公司的PQ2TurboICP-MS,可準(zhǔn)確測定出10-6～10-9級質(zhì)量分?jǐn)?shù)的微量元素,分析過程中所帶標(biāo)樣為中國國家標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)GSR-1,其實測值與推薦值相對誤差在4%以內(nèi),最高不超過12%。全部測試工作在中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所完成。分選鋯石的樣品經(jīng)鱷式粉碎機粗碎后,細(xì)磨過篩,而后經(jīng)搖床或手淘后,在雙目鏡下挑選晶型完好、無裂紋、具代表性的鋯石顆粒。進行SHRIMPU-Pb分析的鋯石與標(biāo)樣一起按宋彪等描述的方法制作樣品靶。樣品拋光后,在中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所進行透射與反射光下的顯微照相、在中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所進行陰極發(fā)光下的鋯石結(jié)構(gòu)像觀察與拍照,以確定鋯石顆粒的內(nèi)部結(jié)構(gòu),從而幫助選定最佳的待測鋯石部位和數(shù)據(jù)解釋。陰極發(fā)光觀察后,將樣品靶再次拋光以便去除所鍍碳膜,而后鍍上厚度為50×10-10m的金膜。SHRIMP測定在北京離子探針中心的SHRIMPII上完成。鋯石SHRIMPU-Pb同位素的分析程序和原理見宋彪等及簡平等的有關(guān)論文。數(shù)據(jù)處理采用LudwigSquid1.0及Isoplot程序。應(yīng)用實測204Pb校正鋯石中的普通鉛。年齡置信誤差為2σ(95%置信水平)。3島弧雜巖的組成樣品的主要元素分析結(jié)果如表1所示,樣品具有高鋁(w(Al2O3)>15%)、富鈉(w(Na2O)/w(K2O)>1)的特征,屬于鈉質(zhì)火成巖。根據(jù)陳岳龍、賀節(jié)明和本文的樣品,對康定雜巖的巖性作了系統(tǒng)的歸類,如圖4所示,康定雜巖主要由基性、中性和酸性巖組成。因為由基性到中性、酸性的巖石組合是島弧巖漿作用的特征,所以康定雜巖應(yīng)是島弧環(huán)境下的產(chǎn)物。微量元素與稀土元素含量及其組合特點可提供巖漿分異、演化程度、源區(qū)性質(zhì)等方面的重要信息?？刀s巖的稀土元素和微量元素含量如表2所示。樣品的球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分模式如圖5(a)所示,屬于輕稀土弱富集的分布型式,表現(xiàn)為右傾的平滑曲線。稀土總量不高,銪異常不明顯,變輝長巖(樣號71704-2)顯示微弱的負(fù)銪異常,石英閃長質(zhì)片麻巖(樣號71501-1)顯示微弱的正銪異常。樣品的原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖如圖5(b)所示。總體上,兩個樣品虧損Nb、P、Ta、Ti等高場強元素,富集K、Ce等大離子親石元素。系統(tǒng)的P和Sr虧損及強烈的Nb和Ti虧損是與現(xiàn)代俯沖帶有關(guān)的侵入巖的典型特征。4巖石學(xué)和年代學(xué)使用鋯石SHRIMPU-Pb法分析測試樣品共2件。鋯石顆粒無色、透明,少數(shù)為淺紫紅色,顆粒大小不等,多數(shù)為長柱狀,少數(shù)為短柱狀,自形晶,少數(shù)顆粒在透射光下可見到裂紋或含細(xì)小的包裹體。樣品中25個顆粒的測量統(tǒng)計結(jié)果表明:長度一般為33～118μm,寬度為11～48μm。變輝長巖(樣號71704-2)的鋯石平均長為63μm,寬為27μm,長寬比平均為2.86;石英閃長質(zhì)片麻巖(樣號71501-1)的鋯石平均長為66μm,寬為24μm,長寬比為2.52。陰極發(fā)光照片中多數(shù)鋯石顆粒具有明顯的環(huán)帶結(jié)構(gòu),晶體不完整者顯示出明暗相間的結(jié)構(gòu)特征(圖6),顯示其為典型的巖漿鋯石。對變輝長巖(樣號71704-2)的15個顆粒進行了15次分析。12個分析數(shù)據(jù)給出的t206/238加權(quán)平均年齡(765±9)Ma為變輝長巖的侵入年齡。其中3.1顆粒的3組表面年齡幾乎完全一致(相差僅3Ma),表明該顆粒鋯石自形成以來U-Pb體系為保存完好的封閉體系,未受到后期變質(zhì)事件的擾動,其年齡值最為可信,其t206/238為(766±15)Ma,可能更接近變輝長巖的諧和年齡(765±9)Ma。對石英閃長質(zhì)片麻巖(樣號71501-1)的10個顆粒作了10次分析,鋯石的3組表面年齡具有t206/238>t207/235>t207/206的特征,反映表面年齡的不一致性是由鈾丟失或鉛獲得所引起的,在這種情況下,采用諧和圖解可獲得鋯石真正的結(jié)晶年齡(巖體形成時間)。10個分析數(shù)據(jù)給出的t206/238加權(quán)平均年齡為(771±10)Ma。從表3中可以看出:該樣品有t207/206為401Ma、505Ma、517Ma的古生代晚期的年輕鋯石顆粒(如測點1.1、9.1、10.1),而且它們也不是其他古老鋯石的增生邊,而以獨立的顆粒存在,這些年輕的鋯石可能是后期構(gòu)造、巖漿、變質(zhì)作用中新形成的鋯石,可解釋為后期變質(zhì)熱事件的年齡,這一變質(zhì)熱事件在揚子板塊西緣相當(dāng)普遍。陳岳龍等對冕寧地區(qū)康定雜巖的研究中發(fā)現(xiàn)許多鋯石顆粒有明顯的薄而亮的增生邊,并認(rèn)為這些增生邊可能為代表鋯石主體形成后變質(zhì)改造事件的產(chǎn)物。本次研究對明顯有增生現(xiàn)象的顆粒進行了詳細(xì)分析,對鋯石顆粒殘留核3個點的分析得到t207/206分別為(2378±11)Ma、(2468±11)Ma和(2373±12)Ma,取其接近于諧和年齡的(2468±11)Ma作為該顆粒結(jié)晶年齡的近似值,這些古元古代的鋯石表明揚子地塊西緣的康定雜巖中存在古老的陸核。由于多數(shù)顆粒增生邊過薄(小于SHRIMP的空間分辨率),沒有進行年齡測定,但是Zhou等對格宗花崗巖中鋯石增生邊測定出177Ma的年齡,說明了變質(zhì)增長事件的存在。5鋯石u-pb年齡及巖漿活動康定雜巖的鋯石U-Pb年齡諧和圖如圖7所示。由圖中可以看出,變輝長巖(樣號71704-2)和石英閃長質(zhì)片麻巖(樣號71501-1)的諧和年齡分別為(765±9)Ma、(771±10)Ma。從鋯石U-Pb分析值及諧和圖可知,康定雜巖鋯石主體年齡為770Ma左右。因為鋯石性質(zhì)穩(wěn)定,不容易受到后期蝕變影響。此外,康定雜巖的鋯石為典型的巖漿鋯石,并且這套巖石的鋯石均顯示了相近的年齡。這些新的高質(zhì)量分析結(jié)果與過去的年齡數(shù)據(jù)不同,該年齡代表了康定雜巖侵入體的形成時代。與陳岳龍等對冕寧地區(qū)康定雜巖中的麻粒巖、角閃變粒巖和花崗質(zhì)片麻巖的鋯石SHRIMPU-Pb定年獲得的721～773Ma的結(jié)晶年齡,Li等對康定—瀘定及攀枝花地區(qū)康定雜巖中的花崗閃長質(zhì)巖、閃長質(zhì)巖及花崗質(zhì)巖中鋯石SHRIMPU-Pb定年獲得的751～768Ma,及Zhou等對康定—瀘定—丹巴地區(qū)片麻狀花崗巖中的鋯石SHRIMPU-Pb定年所獲得的795～797Ma的結(jié)晶年齡,在誤差范圍內(nèi)基本一致。不同時期、不同單位、不同采樣點在康定雜巖中測得的鋯石U-Pb年齡如此相近,進一步證實了康定雜巖形成于新元古代。表3中大部分鋯石的w(Th)/w(U)>0.1,一般認(rèn)為鋯石的w(Th)/w(U)比值在一定程度上能指示其巖漿或變質(zhì)成因,通常變質(zhì)成因鋯石的w(Th)/w(U)<0.1,巖漿成因的鋯石的w(Th)/w(U)>0.1。本文所有樣品的w(Th)/w(U)均大于0.1,說明具巖漿鋯石特征。因此所測定的年齡應(yīng)代表鋯石的結(jié)晶年齡,而且本文所得的鋯石年齡與野外觀察結(jié)果相吻合,進一步證明了康定雜巖的形成時代為新元古代,而不是過去所認(rèn)為的太古宙。康定雜巖應(yīng)屬于晉寧期巖漿活動的產(chǎn)物。綜合前人的結(jié)果,說明揚子板塊西緣新元古代晉寧期巖漿活動相當(dāng)強烈。近年來,中國學(xué)者將揚子地塊和華夏地塊之間新元古代碰撞與全球性新元古代Ro