鄂西南地區(qū)輝長巖shrimp鋯石u-pb年代學(xué)研究及其地質(zhì)意義

鄂西南地區(qū)輝長巖shrimp鋯石u-pb年代學(xué)研究及其地質(zhì)意義

顯然，上述兩種不同的揚(yáng)子塊體西緣構(gòu)造屬性的觀點(diǎn)在很大程度上是基于巖漿巖構(gòu)造成因的不同看法的。由于蘇雄組雙峰式火山巖位于康定花崗質(zhì)雜巖的東南側(cè),如果接受Zhou等的島弧模式,蘇雄火山巖也可以解釋是弧后盆地成因。為了檢驗(yàn)上述兩種不同的構(gòu)造模式,本文將報道與康定花崗質(zhì)雜巖時、空密切共生的冷磧輝長巖的SHRIMP鋯石U-Pb年齡、元素和Nd同位素組成特征,同時綜合分析揚(yáng)子西緣同時代的基性和酸性巖漿巖的地球化學(xué)特征,為揚(yáng)子塊體西緣新元古代構(gòu)造屬性提供更為有效的巖石地球化學(xué)制約。1主、主構(gòu)造線揚(yáng)子塊體西緣康定—石棉地區(qū)主要有3套前寒武紀(jì)巖石:(1)中元古代峨邊群變質(zhì)沉積巖;(2)花崗質(zhì)巖石和一些基性小巖體,包括冷磧輝長巖;(3)蘇雄組火山沉積巖系和晚震旦世碳酸鹽巖(圖2)。峨邊群經(jīng)歷了四堡造山期(約1000Ma)不同程度的變質(zhì)和強(qiáng)烈變形,主構(gòu)造線為東西向。康定雜巖主要為一些花崗巖以及少量的閃長巖和輝長巖,由于普遍具有葉片理而通常被稱之為片麻巖,康定雜巖以往被認(rèn)為是新太古—古元古代變質(zhì)基底,但最近的SHRIMP鋯石U-Pb年齡測定表明康定雜巖形成于800～750Ma。石棉花崗巖主要為鉀長花崗巖(無葉理),其中出露一些小的輝長巖體。石棉花崗巖侵入蘇雄火山巖,其鋯石U-Pb年齡(809±22)Ma與蘇雄組火山巖((803±12)Ma)和康定花崗質(zhì)雜巖(約800Ma)的年齡在誤差范圍內(nèi)相同。冷磧輝長巖出露于石棉花崗巖北緣,包括冷磧村南面的2個輝長巖小巖體(圖2),靠北的巖體為粗—中粒輝長巖,靠南的巖體為中—細(xì)粒輝長巖,沒有觀察到輝長巖與花崗巖的直接接觸關(guān)系。分析的樣品采自公路邊露頭,其中一個大樣(98KD61)用做SHRIMP鋯石U-Pb年齡分析。2離子探針上的質(zhì)譜分析在雙目鏡下挑選出晶型完好、具代表性的鋯石顆粒和標(biāo)準(zhǔn)鋯石CZ3粘貼在環(huán)氧樹脂表面(CZ3的N(206Pb)/N(238U)=0.0914,相應(yīng)的年齡為564Ma),然后拋光并鍍金。對待測鋯石進(jìn)行透射光和反射光顯微照相,并進(jìn)行陰極發(fā)光掃描電鏡圖像分析,以檢查鋯石的內(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。鋯石U-Pb同位素分析在澳大利亞科庭技術(shù)大學(xué)的SHRIMP-II離子探針上進(jìn)行。數(shù)據(jù)處理程序參見Nelson。主量元素在臺灣大學(xué)地質(zhì)學(xué)系的RigakuRIX2000型熒光光譜儀(XRF)上分析,分析精度優(yōu)于2%～5%。微量元素在中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所的PEElan6000型電感偶合等離子體-質(zhì)譜儀上分析,分析精度優(yōu)于1%～3%。Sm-Nd的化學(xué)分離采用常規(guī)的陽離子樹脂(REE和其他元素分離)和HDEHP(Sm,Nd分離)方法,化學(xué)分離在廣州地球化學(xué)研究所同位素超凈實(shí)驗(yàn)室完成。Nd同位素組成在廣州地球化學(xué)研究所的MicromassIsoprobe型MC-ICPMS進(jìn)行,N(143Nd)/N(144Nd)比值用N(146Nd)/N(144Nd)=0.7219校正。在本文樣品分析過程中,該MC-ICPMS對日本的Nd同位素分析標(biāo)準(zhǔn)ShinEtsu的N(143Nd)/N(144Nd)測定值為0.512125±12(2σ),樣品的N(143Nd)/N(144Nd)測定值校正到ShinEtsu標(biāo)準(zhǔn)的N(143Nd)/N(144Nd)=0.512112(相當(dāng)于LaJolla標(biāo)準(zhǔn)的N(143Nd)/N(144Nd)=0.511860)。3結(jié)果3.1冷車輛濕地結(jié)晶年齡鋯石U-Pb年齡分析結(jié)果列于表1。所分析的鋯石顆粒為透明的自型晶體,陰極發(fā)光圖像均顯示出巖漿結(jié)晶成分環(huán)帶。大多數(shù)分析點(diǎn)的U含量較低(大多數(shù)w(U)=50～100μg/g)、w(Th)/w(U)=0.5～1.5。所有15個分析點(diǎn)在誤差范圍內(nèi)有一致的207Pb/206Pb、206Pb/238U和207Pb/235U(原子個數(shù))比值,其206Pb/238U年齡的加權(quán)平均值為(808±12)Ma(2σ)(圖3),代表了冷磧輝長巖的結(jié)晶年齡。該年齡與石棉花崗巖的年齡(809±22)Ma在誤差范圍內(nèi)完全一致,表明兩者為同期巖漿活動的產(chǎn)物。3.2冷非輝長巖中的低碳排放特征選擇了5塊蝕變程度最低的輝長巖樣品進(jìn)行了主量、微量元素和Nd同位素分析,結(jié)果列于表2。這些樣品的w(SiO2)=46.6%～49.7%,w(Na2O+K2O)=2.9%～5.1%,Mg#值為0.55～0.59,為分異的玄武質(zhì)成分,在TAS圖上落入輝長巖范圍(圖4a),界于堿性-亞堿性過渡區(qū)。在Zr/P2O5-TiO2圖上有4個樣品落入堿性玄武巖范圍(圖4b)。與蘇雄堿性玄武巖(w(Al2O3)=12.2%～14.6%,w(TiO2)=2.4%～3.3%,w(P2O5)=0.34%～0.71%)相比,冷磧輝長巖w(Al2O3)(15.5%～16.9%)較高、w(TiO2)(1.2%～1.7%)和w(P2O5)(0.28%～0.50%)較低。總體上冷磧輝長巖顯示出弱堿性玄武巖的主量元素特征,而明顯不同于島弧玄武巖(w(Al2O3)<16%,w(TiO2)<1%,w(P2O5)<0.3%)和活動大陸邊緣玄武巖(w(Al2O3)>17%,w(TiO2)<1.2%,w(P2O5)<0.4%)。冷磧輝長巖樣品具有一致的REE分布形式(圖5),中等富集LREE(wn(La)=(46～77)×10-6,wn(La)/wn(Yb)=3.8～5.2)。樣品98KD61和98KD62由于斜長石堆晶而顯示明顯的Eu正異常(w(Eu)/w(Eu*)=1.23～1.25)。與蘇雄堿性玄武巖相比,LREE富集程度略低,而HREE豐度略高,因此REE分布形式的斜率較平緩。在微量元素“蛛網(wǎng)圖”上(圖6),所有樣品的元素豐度從Lu至La(不相容性增加)逐漸增加,樣品98KD61和98KD62兩個樣品由于斜長石堆晶而顯示出Sr和Eu正異常,而其他微量元素豐度總體偏低,Zr-Hf略顯負(fù)異常;另外3個樣品的微量元素豐度和分布特征總體上和蘇雄堿性玄武巖類似,而不同于島弧玄武巖(LREE和HFSE豐度低、Zr-Hf略顯負(fù)異常和明顯的Sr正異常)。所有樣品的Nb-Ta相對La和Th虧損,因而顯示出明顯的Nb-Ta負(fù)異常,和島弧玄武巖相似。3.3地殼物質(zhì)混染冷磧輝長巖的N(147Sm)/N(144Nd)比值變化范圍小(0.126～0.144),其中3個樣品具有較一致的ε(Nd,t)正值(+3.6～+4.4),表明來源于一長期虧損的地幔源區(qū),沒有明顯的大陸地殼物質(zhì)混染。另外兩個樣品(98KD6和98KD62)的ε(Nd,t)值明顯偏低(-0.2～+0.6),顯示出地殼物質(zhì)的混染。4冷小巖巖漿地球化學(xué)特征元素和Nd同位素地球化學(xué)特征表明冷磧輝長巖明顯不同于典型的火山弧玄武巖,總體上類似于板內(nèi)堿性玄武巖,但疊加了一些島弧巖漿的特征,如Nb-Ta虧損(圖6)。這種地球化學(xué)特征的雙重性也在一些玄武巖構(gòu)造判別圖上清楚地表現(xiàn)出來。例如,在Pearce和Norry的Zr/Y-Zr相關(guān)圖上,冷磧輝長巖的w(Zr)/w(Y)=3.5～5.8,明顯高于島弧玄武巖而落入板內(nèi)玄武巖范圍(圖7a),其中3個高ε(Nd,t)值樣品(98KD64、98KD65和98KD66)的w(Nb)/w(Yb)≈5.5,界于蘇雄堿性玄武巖(w(Zr)/w(Y)=7.7～10)和另外2個低ε(Nd,t)值樣品(98KD61和98KD62,w(Zr)/w(Y)≈3.5)之間;在Pearce和Cann的Ti-Zr-Y三角圖上,樣品點(diǎn)界于板內(nèi)和島弧玄武巖的邊界,其中3個高ε(Nd,t)值樣品和2個低ε(Nd,t)值樣品分別落入板內(nèi)玄武巖和島弧玄武巖范圍(圖7b);而在Cabanis和Lecolle的Y-La-Nb三角圖上,所有冷磧輝長巖樣品落入了火山弧玄武巖范圍(圖7c)。需要指出的是,雖然所研究的輝長巖樣品經(jīng)歷過一定的分異而不能代表原始巖漿成分,但其不相容微量元素的“蛛網(wǎng)圖”以及在上述構(gòu)造判別圖上的分布仍反映其固有的地球化學(xué)特征。顯然,我們不能僅僅根據(jù)Nb-Ta虧損這種島弧巖漿特征的地球化學(xué)特征就將冷磧輝長巖解釋成島弧成因,事實(shí)上,冷磧輝長巖的大多數(shù)主量和微量元素地球化學(xué)特征和板內(nèi)裂谷玄武巖類似。冷磧輝長巖和蘇雄玄武巖的元素和Nd同位素組成的相似性表明兩者可能有相似的地幔源區(qū),但兩者在地幔源區(qū)和成因上也存在以下差異:(1)Nb-Ta虧損和從典型的板內(nèi)玄武巖向島弧玄武巖“飄移”的地球化學(xué)特征表明有島弧或大陸地殼物質(zhì)加入到了冷磧輝長巖漿中。值得注意的是冷磧輝長巖樣品的Th含量非常低(w(Th)<2.5μg/g),表明加入的是巖石圈地幔或下地殼物質(zhì)(Th含量低),而不是上地殼物質(zhì)(Th含量高),如被上地殼物質(zhì)混染的蘇雄玄武巖就有很高的Th含量(w(Th)=9.5～9.9μg/g)。(2)盡管冷磧輝長巖的不相容元素含量總體上低于蘇雄玄武巖,但前者的HREE含量(wn(Yb)=(12～16)×10-6)明顯高于后者(wn(Yb)=(8～10)×10-6)。蘇雄玄武巖的REE分布的斜率更陡,wn(La)/wn(Yb)=10～15,HREE分餾明顯,w(Y)/w(Yb)=13～16,明顯高于球粒隕石值約10。這種HREE虧損的特征表明蘇雄玄武巖應(yīng)來源于較深的石榴石二輝橄欖巖地幔,相反,冷磧輝長巖較平緩的HREE分布形式和w(Y)/w(Yb)≈10表明其來源于較淺的尖晶石二輝橄欖巖地幔。(3)冷磧輝長巖的ε(Nd,t)值(-0.1～+4.4)明顯低于蘇雄玄武巖(+5～+6),同時普遍有Nb-Ta虧損,表明有較富集的組分加入到巖漿中,但其中較高的ε(Nd,t)值(+4.4)表明加入到冷磧輝長巖漿中的應(yīng)是年輕的原始島弧組分,這種島弧組分很可能保存在巖石圈地幔中(如受俯沖板塊交代的地幔楔);而樣品98KD61和98KD62有更低的ε(Nd,t)值(-0.1～+0.6),則可能是受到下地殼物質(zhì)的進(jìn)一步混染。綜上所述,冷磧輝長巖的元素和Nd同位素特征表明其形成于板內(nèi)裂谷環(huán)境,巖漿來源于類似于與OIB源區(qū)相似的尖晶石二輝橄欖巖地幔。玄武質(zhì)巖漿在上升過程中受到富集巖石圈地幔(被年輕俯沖板塊交代)和/或基性下地殼物質(zhì)的混染。5新元古代動力學(xué)巖石圈地表巖的構(gòu)造環(huán)境蘇雄堿性玄武巖和冷磧輝長巖的SHRIMP鋯石U-Pb年代學(xué)和元素、Nd同位素地球化學(xué)研究一致表明這些揚(yáng)子塊體西緣新元古代玄武質(zhì)巖漿巖形成于為陸內(nèi)裂谷。值得指出的是Zhou等提出島弧模式的主要依據(jù)是康定花崗質(zhì)雜巖的“島弧地球化學(xué)特征”。然而,與大多數(shù)(不是全部)玄武質(zhì)巖石有比較明確的巖石構(gòu)造組合關(guān)系相比,花崗質(zhì)巖石的構(gòu)造巖石組合關(guān)系則往往不確定,這是因?yàn)榛◢弾r的地球化學(xué)特征主要受源區(qū)組成和巖漿結(jié)晶演化過程等因素的制約,而構(gòu)造環(huán)境往往是第二位的控制因素。以揚(yáng)子塊體西緣新元古代花崗巖質(zhì)巖石的構(gòu)造地球化學(xué)判別為例,蘇雄雙峰式火山巖中的英安巖和流紋巖雖然也顯示出Nb-Ta-Ti虧損的“島弧特征”,但總體上具有A2型花崗巖的地球化學(xué)特征,是含角閃石花崗質(zhì)巖石高溫低壓脫水熔融的產(chǎn)物。在Y-Nb和Rb-(Nb+Y)構(gòu)造判別圖上,蘇雄酸性火山巖均落入“板內(nèi)花崗巖”的范圍(圖8),而819Ma的峨山鉀長花崗巖則落在“板內(nèi)”和“火山弧”花崗巖范圍之間的“后碰撞型花崗巖”范圍,與康定花崗質(zhì)雜巖落入“火山弧花崗巖”范圍呈鮮明對照。因此,僅僅根據(jù)花崗質(zhì)巖石的地球化學(xué)特征進(jìn)行構(gòu)造環(huán)境判別是不恰當(dāng)?shù)?。在許多情況下,花崗巖的地球化學(xué)判別往往給出的是其源巖的構(gòu)造環(huán)境而不是花崗巖本身的形成環(huán)境,或者沒有明確的構(gòu)造意義。如前所述,冷磧輝長巖的元素和Nd同位素組成特征表明其母巖漿在上升過程中很可能受到地幔楔中年輕島弧物質(zhì)的混染。另外,康定地區(qū)的新元古代花崗質(zhì)巖石普遍具有正的ε(Nd,t)值,如格宗和貢才雜巖(ε(Nd,t)≈+0.8～+4)和蘇雄酸性火山巖(ε(Nd,t)≈+1.1～+2.6),表明這些花崗質(zhì)巖石來源于比較年輕的初生地殼物質(zhì),其中格宗雜巖的虧損地幔Nd模式年齡1.1～1.2Ga制約了這些地殼物質(zhì)的上限年齡。以上資料表明揚(yáng)子塊體西北緣很可能在中元古代晚期—新元古代早期存在一個近東西向(現(xiàn)代的方向)的俯沖帶,而漢南地區(qū)的950～900Ma西鄉(xiāng)群島弧火山巖很可能就是這個俯沖帶的產(chǎn)物。這個向南俯沖的洋殼導(dǎo)致了揚(yáng)子塊體西北緣富集巖石圈地幔楔的形成和初生島弧地殼物質(zhì)的增生。然而,目前沒有證據(jù)表明在揚(yáng)子塊體西緣存在更加年輕的(865～760Ma)南北向的火山弧。6揚(yáng)子塊體新元古代其他相關(guān)巖漿巖為了進(jìn)一步檢驗(yàn)兩種截然不同的揚(yáng)子塊體新元古代構(gòu)造模式,我們對近年來獲得的其他相關(guān)巖漿巖的研究結(jié)果進(jìn)行簡要的回顧和綜述。6.1鐵船山拉斑玄武巖Ling等最近對揚(yáng)子塊體西北緣漢南地區(qū)的新元古代火山巖和侵入巖進(jìn)行了詳細(xì)的鋯石U-Pb年代學(xué)、元素和同位素地球化學(xué)研究。他們提出揚(yáng)子西北緣經(jīng)歷了從約950～900Ma的火山弧到約820～800Ma陸內(nèi)裂谷的構(gòu)造演化模式,其中約820Ma的鐵船山拉斑玄武巖為地幔柱成因,為約825Ma華南地幔柱模式提供了重要的支持。更為重要的是,鐵船山拉斑玄武巖在時間上和地球化學(xué)組成上也可以和澳大利亞地幔柱成因的Gairdner巖墻群進(jìn)行對比,因此支持華南在Rodinia重建中的位置,即華南是連接澳大利亞和勞倫(Laurentia)大陸的紐帶,其中揚(yáng)子塊體的西緣與澳大利亞的東南緣相接。這些結(jié)果都不支持Zhou等提出的島弧模式。6.28形成年齡多的晚古生代構(gòu)造巖近年來的研究獲得了揚(yáng)子塊體西緣一些重要的“晉寧期”花崗巖體的高精度鋯石U-Pb年齡,包括:云南峨山巖體((819±8)Ma)、貢才巖體((824±14)Ma)和格宗巖體((829±9)Ma)。我們注意到Zhou等報道的格宗巖體的SHRIMP鋯石U-Pb年齡為(864±8)Ma,但是他們獲得的206Pb/238U年齡明顯構(gòu)成兩個年齡群,一組年輕的年齡平均值約823Ma(與Roger和Calassou的(829±9)Ma相似)和一組較老的年齡平均值約865Ma。我們暫時接受(829±9)Ma作為格宗巖體的形成年齡,而較老的年齡群(約862Ma)有可能是繼承鋯石年齡。揚(yáng)子西緣這些花崗巖與揚(yáng)子塊體其他地區(qū)的主要“晉寧期”花崗巖的時代完全一致,如廣西的本洞、三防和元寶山巖體((819～824)Ma)、贛東北九嶺巖體((819±9)Ma)、皖南許村巖體((823±8)Ma)、陜西漢南侵入雜巖((825±4)Ma)、湖北黃陵巖體((819±7)Ma),其中黃陵花崗巖侵入到太古宙—古元古代崆嶺群變質(zhì)雜巖,是唯一出露在揚(yáng)子塊體內(nèi)部(板內(nèi))的約820Ma花崗巖。這些花崗巖成因類型各異,分布于整個揚(yáng)子塊體(>1000km×700km),但形成的年齡非常一致(約825～820Ma),而且和桂北的基性/超基性巖的時代((828±7)Ma)也非常接近,因此很可能是地幔柱活動引發(fā)下部地殼物質(zhì)重熔的產(chǎn)物。這些酸性和基性巖漿巖在時-空上與大陸裂谷非常密切,而沒有同時代典型的島弧火山巖和弧前沉積或構(gòu)造,所以不支持火山弧模式。6.3基性巖脈成因與巖漿活動Z.X.Li等最近報道了康定裂谷中6個花崗質(zhì)巖石的高精度SHRIMP鋯石U-Pb年齡為780～750Ma,其中3個是“康定雜巖”,巖性分別為花崗巖、花崗閃長巖和閃長巖。在康定地區(qū),一些基性巖脈明顯與花崗質(zhì)巖石呈塑性相互穿插關(guān)系,表明是同時代的共生巖漿。主量和微量元素地球化學(xué)分析表明,這些基性巖脈為拉斑質(zhì)玄武巖成分,具有較平坦的REE分布形式和地幔柱成因的玄武巖微量元素分布特征(除受地殼混染樣品顯示出Nb-Ta虧損)。受地殼混染程度最低的樣品有最高的ε(Nd,t)值(+3.4),與澳大利亞地幔柱成因的Gairdner基性巖脈(ε(Nd,t)=+4)及鐵船山拉斑玄武巖(ε(Nd,t)=+4～+5)相當(dāng)。根據(jù)這些地幔柱成因的基性巖脈以及廣泛的約780～750Ma巖漿活動,Z.X.Li等推測華南及鄰近的Rodinia陸塊可能存在另一個地幔柱。在860～750Ma期間,Rodinia超級大陸的大多數(shù)地區(qū)存在普遍的同期雙峰式巖漿活動,因此他們進(jìn)一步提出這兩個地幔柱活動(約825Ma和約780～750Ma)是一個超級地幔柱(mantlesuperplume)的兩次主要爆發(fā)期。這個超級地幔柱模式合理解釋了揚(yáng)子塊體上持續(xù)了約100Ma的巖漿活動。而這個持續(xù)約100Ma的巖漿活動正是Zhou等質(zhì)疑地幔柱模式的主要依據(jù)。6.4島弧模式的證據(jù)在揚(yáng)子塊體西緣出露了一些基性-超基性巖,雖然一些研究人員認(rèn)為它們是蛇綠巖,但遭到另一些研究人員的反駁,“鹽邊蛇綠巖”和“石棉蛇綠巖”是其中的代表,也是Zhou等提出新元古代島弧模式的重要證據(jù)?！胞}邊蛇綠巖”由橄欖巖、橄輝巖、輝長巖、火山巖和沉積巖組成,其中可見輝長巖明顯侵入周圍的火山巖和片巖,其中同德輝長巖和閃長巖的SHRIMP鋯石U-Pb年齡分別為(820±13)Ma和(813±14)Ma,因此,鹽邊地區(qū)的輝長巖形成于新元古代,它們既不是蛇綠巖,也和(鹽邊群)火山巖無成因關(guān)系。鹽邊群火山巖的REE和微量元素分析結(jié)果表明,這些火山巖的具有LREE富集的特征,明顯不同于蛇綠巖中N-MORB的LREE虧損特征。因此,鹽邊群火山巖和火山沉積巖以及侵入其中的基性-超基性巖不可能是蛇綠巖。7龍門山子塊體西緣新元古代花崗質(zhì)巖石構(gòu)造環(huán)境的地球化學(xué)保護(hù)(1)SHRIMP鋯石U-Pb定年結(jié)果表明冷磧輝長巖的結(jié)晶年齡為(808±12)Ma,與康定花崗質(zhì)雜巖在時空上密切共生。冷磧輝長巖的元素和Nd同位素特征總體上與蘇雄堿性玄武巖相似,形成于板內(nèi)裂谷環(huán)境。輝長巖漿在上升過程中受到富集巖石圈地幔(被年輕俯沖板塊交代)和/或基性下地殼物質(zhì)的混染。(2)揚(yáng)子塊體西緣新元古代花崗質(zhì)巖石構(gòu)造環(huán)境的地球化學(xué)判別結(jié)果是多解的。由于花崗巖的地球化學(xué)特征主要受源區(qū)組成和巖漿結(jié)晶演化過程等因素的制約,而構(gòu)造環(huán)境往往是第二位的控制因素,因此花崗質(zhì)巖石的構(gòu)造巖石組合關(guān)系則往往不確定。根據(jù)康定花崗質(zhì)雜巖的某些“島弧地球化學(xué)特征”而提出的865～760Ma火山弧模式(Zhou等,2002)是有問題的。(3)目前的研究資料表明揚(yáng)子塊體西北緣在約950～900Ma期間存在一個近東西向的俯沖帶和火山弧,而860～750Ma期間的大規(guī)模巖漿活動