兩廣云開地區基底深變質巖的形成時代

龍文國，徐德明，王 磊，周 岱，金鑫鏢，張 鯤

（武漢地質礦產研究所，武漢 430205）

華南由揚子地塊和華夏地塊沿早新元古代江南造山帶拼合而成[1-5]，兩個地塊具有明顯不同的前寒武紀演化歷史。揚子地塊的結晶基底主要由太古代的崆嶺群和早元古代物質組成[6-8]，褶皺基底主要由冷家溪群及與其相當的四堡群、梵凈山群、雙橋山群等組成[3-4,9]。華夏地塊是一個頗有爭議的地質塊體，它經歷了多次肯定與否定的認識過程。其基底以往被認為主要由早元古代的八都群、麻源群、云開群和周潭群等組成，巖性包括片巖、片麻巖、角閃巖、混合巖和變火山巖等[10-13]。近年來，于華夏地塊內原劃歸前寒武紀的基底巖石中獲得了不少新元古代甚至更年輕的鋯石年齡（包括變質年齡和巖石形成年齡）[14-22]，而獲得的古元古代甚至更老的年齡數據較少[12,15,23-26]，從而重新喚起了人們對華夏古陸是否存在的爭議。

兩廣交界的云開地區是華夏地塊前寒武紀基底出露的主要地區之一。學者們對該地區前寒武紀基底的劃分及時代歸屬、花崗巖和混合巖的成因、時代及形成背景等展開過一定程度的研究[27-36]，以往的研究結果多顯示云開地區的基底主要形成于古元古代至中新元古代。然而，近期于該區原劃歸基底的巖石中陸續有一些加里東期的年齡報道[10,14,16,18-19,22]，除一部分為變質年齡外，主要為酸性侵入巖的形成時代。這些新的高精度年齡的獲得，使得云開地區乃至整個華夏地塊的基底組成與時代歸屬重新成為了研究的焦點。本文采用鋯石LA-ICP-MSU-Pb法對云開地區原劃歸前寒武紀結晶基底的副片麻巖進行了定年，獲得了一組介于651～760 Ma間的年齡，從而對云開地區前寒武紀結晶基底巖石的形成時代進行探討。

1 地質背景

云開地塊位于廣東西部和廣西東部交界地區，呈NE-SW向展布，東西兩側界限分別為吳川－四會斷裂帶和岑溪－博白斷裂帶，大地構造上被認為是華夏地塊中武夷－云開加里東褶皺帶或武云造山帶的西南部分[15]（圖1-a）。云開地塊長期被認為是高級改造的古元古代到中元古代深層次基底巖石、中等變質的晚新元古代到早古生代淺層次變質基底的出露區，蓋層巖石由弱變質到未變質的寒武紀－泥盆紀地層組成[32]。另外，還出露一些古生代到早中生代沉積物及大量的花崗質巖石[14,33,37-38]（圖1-b）。深層變質基底巖石主要出露在兩廣交界的廣東高州地區、信宜北部地區、廣西陸川－容縣間的天堂山地區；淺層次基底巖石分布較為廣泛，構成了云開群的主體[22]。覃小鋒等[16]將該區的前寒武紀變質雜巖解體為古元古代天堂山巖群、中新元古界云開巖群和新元古代變形變質深成侵入巖。天堂山巖群和變形變質深成侵入巖以往多一并歸入高級變質基底[18]，或深層變質基底[32]。云開巖群以往多一并歸入淺變質基底[18]或淺層變質基底[32]。其中，新元古代變形變質深成侵人巖主要由片麻狀黑云二長花崗巖、片麻狀含眼球黑云二長花崗巖、條紋狀矽線石榴黑云花崗片麻巖、條紋狀含眼球矽線石榴花崗片麻巖和眼球狀矽線石榴花崗片麻巖等組成[16]。近來有些學者提出這些新元古代的片麻狀花崗巖的形成時代為早古生代加里東期[14,18,22]。

天堂山巖群主要由石榴矽線長石黑云（石英）片巖、石榴矽線黑云片麻巖、黑云變粒巖、輝石（角閃）斜長變粒巖、長石石英巖及石榴輝石巖、透輝石巖等巖石組成，巖石變質程度普遍較深，達角閃巖相（局部達麻粒巖相），巖石多已發生一定程度的混合巖化作用，沿面理方向常見有長英質脈體貫人，由于受到變形作用的改造，長英質脈體普遍已發生透鏡化、石香腸化，深層次的剪切流變褶皺十分發育。云開巖群主要由絹云石英千枚巖、云母（石英）片巖、（含鐵）云母（長石）石英巖、大理巖類和少量鈣硅酸鹽巖、變質基性火山巖等巖石組成，其原巖為一套類復理石－復理石建造,局部具鮑馬序列，應為深海槽盆相沉積，巖石變質程度相對較低，以綠片巖相為主，局部達低角閃巖相，其中呈夾層狀、巖片狀產出的變質火山巖。

2 樣品采集與分析方法

2.1 樣品特征

此次采取樣品的1017點位于廣東信宜縣城以北的207國道旁（圖1、2），巖性為黑云斜長片麻巖，主要由石英（50%）、斜長石（25%）、黑云母（18%）組成，另含少量鉀長石、白云母、石榴石，顯示出副片麻巖的礦物組合特征。石英為它形粒狀，粒徑大小多為0.5～0.85 mm，少量略小于0.5 mm，沿巖石片麻理方向均勻定向分布，帶狀消光明顯。斜長石為它形粒狀，粒徑大小以0.5～0.6 mm為主，次為0.3～0.5 mm，與石英緊密鑲嵌沿巖石片麻理方向定向分布，斜長石已完全絹云母化，只保留粒狀外形。黑云母為片狀，且沿片軸方向斷續定向分布，顯示巖石的片麻狀構造，黑云母具褐-黑多色性。石榴石為粒狀，呈淺褐色，全消光。副礦物有鋯石、榍石、磷灰石。

巖石遭受了至少兩期混合巖化作用，早期混合巖化作用中形成的脈體具多期韌性變形特征，晚期混合巖化形成的脈體在巖石中所占的比例明顯高于早期混合巖化作用形成的脈體。脈體成分為花崗質，多呈條帶狀、細脈狀、團塊狀、侵染狀，多順層（片理、片麻理）產出，與基體協調一致變形。樣品1017-1采自混合巖化作用較弱的黑云斜長片麻巖中（可近似代表基體巖石），1︰25萬玉林幅區調將之劃歸早元古代天堂山群片麻巖（Pt1T.gn）。

圖1 云開地區地質簡圖(據文獻[18,19,22修改)Fig1 Simplified geological map ofYunkai area

圖2 云開地區前寒武紀基底中片麻巖定年樣品野外照片Fig.2 Photographs of the dated gneiss samples from Precambian basement rocks in the Yunkai area

2.2 分析方法

鋯石分選在河北省廊坊市誠信地質服務公司完成。在測試之前，先在中國地質大學地質過程與礦產資源國家重點實驗室進行透射、反射光拍照，并利用JEOL JXA-8100型電子探針對鋯石進行陰極發光(CL)照相。鋯石U-Pb同位素分析在中國地質大學地質過程與礦產資源國家重點實驗室(GPMR)利用激光剝蝕電感耦合等離子質譜儀(LA-ICP-MS)分析完成。激光剝蝕系統為GeoLas 2005，ICP-MS為Agilent 7500a。激光剝蝕過程中采用氦氣作為載氣以提高氣溶膠運輸到質譜儀的效率，并且減少氣溶膠沉積在消融部位及運輸管的周圍[30-31]。樣品測試過程中采用束斑直徑為32 μm，每個分析點由20～30 s空白和50 s采集信號組成。U-Pb同位素定年中U、Th和Pb含量采用29Si為內標，NIST610作為外標，鋯石標準91500作外標進行同位素分餾校正，每分析5個樣品點，分析2次91500。對于與分析時間有關的U-Th-Pb同位素比值漂移，利用91500的變化采用線性內插的方式進行了校正[39]。對分析數據的離線處理（包括對樣品和空白信號的選擇、儀器靈敏度漂移校正、元素含量及U-Th-Pb同位素比值和年齡計算）采用軟件ICPMSDataCal[39-40]完成。詳細的儀器操作條件和數據處理方法同文獻[39-41]。所有的鋯石分析點的U-Pb同位素體系均較諧和，利用 Andersen（2002）[42]的普通鉛校正程序ComPbCon#3-151進行校正時，同位素結果基本未發生改變，表明普通鉛含量很低。鋯石樣品的U-Pb年齡計算及諧和圖采用Isoplot軟件[43]完成。此次我們將GJ01作為未知年齡鋯石進行了測試，擬合的206Pb/238U加權平均年齡為600.3± 2.8 Ma(MSWD=0.16，n=16)。

3 分析結果

本次研究對樣品1017-1中的34顆鋯石進行34次U-Pb分析，分析結果列于表1。由于207Pb含量一般較低，年輕鋯石的207Pb/206Pb年齡誤差會很大，因此，本文對＜1000 Ma的顯生宙鋯石采用206Pb/238U表面年齡作為其形成時代，而對于老的鋯石則采用207Pb/206Pb表面年齡。

1017-1樣品中鋯石多呈渾圓狀或圓化柱狀，少量顆粒有較好的品形，部分鋯石為碎塊；在CL圖像上，鋯石的內部結構有較大的區別，簡單條帶或呈不規則條帶特征、寬的巖漿環帶或弱分帶的特點，少量自形顆粒具韻律環帶或者沒有(圖3)，有些顆粒發育裂紋或富含包裹體(圖3)，這些復雜的形態和內部結構說明鋯石的成因多樣，也證實了原巖的沉積成因。大部分鋯石具細的增生邊，可能是巖石受到了加里東期和印支期熱事件的強烈影響而發生部分熔融形成的熔蝕邊。表1和圖3顯示信宜片麻巖中鋯石的年齡變化很大，34顆鋯石的U-Pb定年分析結果顯示這些碎屑鋯石的年齡變化于651～2540 Ma，說明巖石中的鋯石是多來源的。這些鋯石大多具有很好的諧和性，即在207Pb/235U-206Pb/238U投影圖上落在諧和線上或者附近（圖3），這些諧和線上的鋯石年齡即可代表它們的真實形成年齡，只有幾顆鋯石的不諧和性大于10%，投影點偏離諧和線，它們的真實年齡應該老于207Pb/206Pb表面年齡。兩組年輕鋯石的年齡主要集中于651～760 Ma、939～1206 Ma(圖4)。第1組年輕碎屑鋯石的年齡大多是諧和的（圖3），結合這些鋯石U/Th比值的巨大差異(0.26～0.62)和形態特征（圖3），說明它們是多成因的。第2組年輕碎屑鋯石也大多是諧和的（圖3），結合這些鋯石U/Th比值的巨大差異（0.11～1.19）和形態特征（圖3），說明它們也是多成因的。沉積物中最年輕的碎屑鋯石年齡可以限定沉積時間的上限，樣品中最年輕碎屑鋯石的諧和年齡分別是651 Ma，表示原巖的沉積時間不會早于此年齡。因此，變質沉積巖的原巖最可能形成于晚新元古代。這與粵北、粵東北及閩西地區基底變質巖的原巖形成時代是基本一致的[44-46]。

4 討論

近年來，在云開地區以往被認為是前寒武紀基底的巖石中獲得了大量的加里東期年齡[10,14,16,18-22]，說明該區原認為屬前寒武紀的古老巖石（如片麻狀花崗巖）中至少有一部分是加里東期形成的，這些巖石應從以往劃歸的前寒武紀基底中解體出來。同時也引起了人們對云開地區前寒武紀基底的組成、規模、形成時代與與演化問題的關注。野外調查研究表明:云開地區原“前寒武紀結晶基底巖石”實際由三套巖石組合組成，即片麻巖類（普遍混合巖化）、片麻狀花崗巖、變質沉積巖類（片巖、石英巖類）。片麻巖類是天堂山巖群（高州雜巖）的主體，片麻狀花崗巖主要是加里東期形成的中酸性侵入巖類，反映出加里東期造山作用在云開地區的響應強烈，變質沉積巖類（片巖、石英巖類）比區域上厘定的云開群中的變質沉積巖類的變質程度高。

對信宜片麻巖中34顆鋯石的U-Pb分析結果顯示巖石是由不同時代的碎屑物質組成，其中最年輕的具有諧和年齡的一組碎屑鋯石的年齡介于651～760 Ma間，限定了該變質巖的沉積時代不會早于此年齡，由于這些變質巖多被“云開群”或寒武紀地層覆蓋，即使在沒有“云開群”或寒武紀地層與之接觸的地方，也由于其明顯高的變質作用指示其早于“云開群”或寒武紀的低級變質巖，原巖應形成于新元古代。對混合巖化片麻巖的脈體中鋯石U-Pb年代學研究表明，存在加里東期和印支期年齡（成果另文發表），這些年輕鋯石都具有自形柱狀結構，且大多數具韻律環帶，說明這些新生鋯石是從熔體中結晶的，這表明基底巖石在加里東期和印支期熱事件的強烈影響下發生了變質－部分熔融。從整個云開地塊來看，中元古代結晶基底的出露可能并不像以往認為的那么廣泛。

圖3 片麻巖中鋯石CL圖像及U-Pb年齡諧和圖Fig3 Representative Cathodoluminescence(CL)images and U-P concordia for zircons from paragneisses in the Yunkai area

圖4 片麻巖中鋯石年齡頻率直方圖Fig4 Age probability and histogram of zircons from paragneisses in the Yunkai area

信宜片麻巖中的鋯石年代學研究顯示，云開地區部分結晶基底巖石中新元古代晚期的沉積巖主要由新元古代（651～760 Ma）、Grenvill期（939～1206Ma）的碎屑物質組成，其中還包括一定數量早中元古代－早元古代（1439～2369 Ma）、新太古代（2540 Ma）碎屑物質。這種由不同時代物質組成的基底變質巖在華夏地塊非常普遍?；洊|龍川縣一個副片麻巖中碎屑鋯石的U-Pb年齡顯示很廣的年齡譜[44]，其中最明顯的年齡峰出現在～2.57 Ga，第二個弱的峰是在～1.1 Ga，潭溪片麻巖中含有相當數量的中元古代和少量中太古代的碎屑鋯石[45]，瀾河片麻巖中鋯石主要形成于中元古代 (1.2～1.7 Ga)和新太古代(2.7～2.5 Ga)，只有少量形成于Grenville期至晚新元古代[46]?？梢婟埓ㄆ閹r和潭溪片麻巖具有相似的年齡譜，二者與瀾河片麻巖卻具有明顯不同的年齡譜。信宜片麻巖與上述地區片麻巖所具的年齡譜均有差異，瀾河片麻巖最年輕碎屑鋯石207Pb/206Pb諧和年齡為856 Ma[46]，暗示其沉積時代可能早于龍川（548Ma）和潭溪片麻巖（545Ma），信宜片麻巖(856Ma)沉積時代可能早于龍川（548Ma）和潭溪片麻巖（545Ma），而晚于瀾河片麻巖。上述研究說明華夏地塊不同地區不同時代沉積巖的源區是變化的，從新元古代中期到晚期華夏中部沉積盆地的物源區發生了改變。這些新元古代鋯石很可能是Rodinia裂解峰期巖漿活動的產物[47]，有可能來源于揚子地塊，因為那里非常發育新元古代的巖漿活動[47-48]。

5 結論

云開地區原“前寒武紀結晶基底巖石”實際由三套巖石組合組成，即片麻巖類（普遍混合巖化）、片麻狀花崗巖、變質沉積巖類（片巖、石英巖類）。信宜地區片麻巖中的鋯石年代學研究顯示其主要由新元古代（651～ 760 Ma）、Grenvill期（939～1206 Ma）的碎屑物質組成，變質巖的原巖是新元古代形成的沉積巖，云開群形成時代晚于此片麻巖類的形成時代，也應屬新元古代。從整個云開地塊來看，中元古代結晶基底的出露可能并不像以往認為的那么廣泛。天堂山片麻巖是中一新元古代形成的一套雜巖，信宜地區部分天堂山片麻巖的形成時代晚于650Ma。信宜片麻巖與華夏地塊其它地區片麻巖所具的年齡譜均有一定差異，說明華夏地塊不同地區不同時代沉積巖的源區是變化的。

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