大別山造山帶宿松巖群鋯石U—Pb年齡和Nd同位素特征：宿松地體物源和屬性

摘要：大別超高壓變質(zhì)造山帶南部的宿松地體主要由高壓變質(zhì)宿松巖群或雜巖組成，其巖性和物源構(gòu)成復(fù)雜，歷來的研究頗具爭議。報(bào)道了宿松巖群的片麻巖、片巖和變質(zhì)基性巖石等主要巖石類型的鋯石UPb年齡和Nd 同位素組成，限定了巖石地球化學(xué)特征，探討了宿松地體的屬性及地殼演化。兩個(gè)片麻巖樣品的鋯石UPb同位素年齡為750 Ma至約770 Ma，初始εNd值為-7.3～-1.6，可以推測原巖為新元古代巖漿巖；兩個(gè)片巖樣品的碎屑鋯石UPb年齡值分布范圍較大，并主要集中于晚太古代 （2 700 Ma至約2 800 Ma）、早元古代 （2 000 Ma至約2 500 Ma）、中元古代 （1 100 Ma至約1 500 Ma）和新元古代 （700 Ma至約800 Ma），推測原巖為新元古代沉積巖。片巖的Nd同位素組成變化較大，初始εNd值 （回扣至750 Ma）為-20.2～-1.4，暗示剝蝕區(qū)的物質(zhì)組成復(fù)雜。相似的碎屑鋯石UPb年齡分布特征也普遍地記錄在揚(yáng)子陸塊的基底巖石或沉積蓋層中。新元古代巖漿巖廣泛分布于宿松巖群、大別—蘇魯造山帶超高壓變質(zhì)地體乃至揚(yáng)子陸塊邊緣，指示宿松高壓變質(zhì)地體具有揚(yáng)子陸塊屬性和相似的地殼演化歷史。

關(guān)鍵詞：地殼演化；構(gòu)造屬性；前寒武紀(jì)；UPb年齡；Nd同位素；宿松巖群；揚(yáng)子陸塊；大別造山帶

中圖分類號：P597文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0引言

造山帶通常是由不同來源的板塊或地體經(jīng)過構(gòu)造作用拼合而成，記錄了造山作用過程，也可能保存造山作用之前的演化歷史。因此，鑒別不同地體在拼合之前的巖石地質(zhì)構(gòu)造演化歷史就是為了研究造山帶的形成和演化以及地殼的演化歷史。造山帶內(nèi)的地體或基底巖石普遍經(jīng)歷了強(qiáng)烈的變質(zhì)變形，在研究造山帶基底時(shí)代和演化問題中，同位素年代學(xué)和同位素地球化學(xué)手段具有明顯的應(yīng)用優(yōu)勢。大別—蘇魯造山帶以地殼碰撞和俯沖作用在國際造山作用研究中具有顯著的意義，從20世紀(jì)90年代以來，該造山帶便成為國內(nèi)外研究造山帶的熱點(diǎn)地區(qū)之一。在眾多研究方向中，Zheng等針對超高壓變質(zhì)巖石取得了突出的研究成果[1]；而基底巖石形成時(shí)代和屬性等問題的研究程度相對較低，研究主要集中在超高壓變質(zhì)地體[23]。

大別超高壓變質(zhì)造山帶由多個(gè)巖石構(gòu)造單元構(gòu)成，不同單元的巖石類型和變質(zhì)溫壓條件存在差異。南大別和北大別超高壓變質(zhì)地體受到廣泛關(guān)注，因而研究程度高，而對北淮陽低級變質(zhì)地體和宿松高壓變質(zhì)地體的形成和演化研究程度較低[2，46]。湯加富等研究認(rèn)為，出露于大別地區(qū)的宿松巖群、紅安地區(qū)的紅安巖群和蘇魯?shù)貐^(qū)的海州巖群可以進(jìn)行對比[78]。本文報(bào)道了宿松高壓變質(zhì)地體的宿松巖群片巖、片麻巖和變質(zhì)基性巖石的鋯石UPb同位素年齡及全巖SmNd同位素組成，探討了宿松地體的物質(zhì)組成特征及其形成時(shí)代，為理解大別—蘇魯造山帶內(nèi)基底性質(zhì)和演化提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資料。

1地質(zhì)背景

大別—蘇魯造山帶是華南陸塊與華北陸塊三疊紀(jì)陸陸碰撞造山帶[910]，出露大規(guī)模超高壓變質(zhì)體。自北向南，東大別地區(qū)以曉天—磨子潭、五河—水吼、花涼亭—彌陀、太湖—馬廟斷裂帶為界，可以劃分為5個(gè)主要構(gòu)造單元[11]：北淮陽低級變質(zhì)地體、北大別高溫超高壓變質(zhì)地體、中大別中溫超高壓變質(zhì)地體、南大別低溫超高壓變質(zhì)地體和宿松高壓變質(zhì)地體[圖1（a）]。

北淮陽低級變質(zhì)帶位于大別造山帶北麓，由角閃巖相為主的廬鎮(zhèn)關(guān)雜巖和綠片巖相為主的古生代佛子嶺復(fù)理石組成。北大別高溫超高壓雜巖帶主要由條帶狀花崗質(zhì)片麻巖、斜長角閃巖和少量變質(zhì)橄欖巖、石榴輝石巖、角閃巖、麻粒巖、榴輝巖等組成。在早期研究中，未報(bào)道有榴輝巖等高壓變質(zhì)巖出露。新的同位素年代學(xué)研究表明，與中、南大別地體一樣，北大別地體經(jīng)歷了三疊紀(jì)峰期超高壓變質(zhì)作用，并且榴輝巖和片麻巖的原巖形成時(shí)代集中在700～800 Ma[23，1213]。中、南大別超高壓變質(zhì)帶主要由片麻巖組成，含有大量的榴輝巖透鏡體以及少量的鎂鐵質(zhì)—超鎂鐵巖、大理巖和硬玉石英巖。

圖件引自文獻(xiàn)[11]，有所修改

宿松高壓變質(zhì)地體，位于太湖—馬廟剪切帶和襄陽—廣濟(jì)斷裂之間，北面與南大別低溫榴輝巖帶毗鄰，屬于大別山碰撞造山帶中揚(yáng)子俯沖板塊的后緣部分[14]。其主要組成巖石有石榴云母片巖、石榴黑云母片麻巖、石榴斜長角閃巖、大理巖、變質(zhì)磷塊巖、角閃巖或變質(zhì)基性巖等[15]。被稱為宿松雜巖或宿松巖群的為大別山南部一套綠簾角閃巖變質(zhì)巖，處于超高壓變質(zhì)巖帶和張八嶺群藍(lán)閃綠片巖相變質(zhì)帶之間[16]。關(guān)于宿松巖群的變質(zhì)條件存在不同觀點(diǎn)：Liou等認(rèn)為宿松巖群主體的變質(zhì)條件為綠簾角閃巖相[15，17]；荊延仁等認(rèn)為其形成于高壓變質(zhì)環(huán)境[1820]。在宿松群的歸屬上也存在爭議：Carswell等認(rèn)為其屬于南大別低溫榴輝巖帶的一部分[21]；Liou等認(rèn)為其屬于一個(gè)獨(dú)立的變質(zhì)雜巖帶[15]。近期研究結(jié)果表明，宿松帶經(jīng)歷了早期綠簾角閃巖相變質(zhì)→角閃石榴輝巖相變質(zhì)→晚期綠片巖相退變質(zhì)，峰期變質(zhì)溫度和壓力條件為580 ℃和130 GPa[11，22]。

2分析方法

全巖粉末和鋯石礦物由河北廊坊市科大巖石礦物分選技術(shù)服務(wù)有限公司加工獲得，每個(gè)巖石樣品約5 kg。全巖主量元素含量由廣州澳實(shí)分析檢測有限公司分析獲得。全巖微量元素分析在中國科技大學(xué)放射性成因同位素地球化學(xué)實(shí)驗(yàn)室和LAICPMS實(shí)驗(yàn)室完成，準(zhǔn)確稱取50 mg的全巖粉末，用蒸餾純化的HFHNO3溶液，在聚四氟乙烯鋼套內(nèi)膽瓶中180 ℃條件下加熱7 d分解巖石樣品，蒸干溶液后，再加入50% HNO3溶液加熱溶解樣品1 d；在ICPMS測試之前，溶解后的樣品加入1% HNO3溶液稀釋定容，并加入內(nèi)標(biāo)元素。相對標(biāo)準(zhǔn)偏差在5%之內(nèi)。

在雙目鏡下挑選用于UPb定年的鋯石顆粒，然后由環(huán)氧樹脂粘合固定，打磨拋光。鋯石CL圖像在中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)掃描電鏡實(shí)驗(yàn)室獲得。鋯石UPb同位素組成和微量元素分析在中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)LAICPMS實(shí)驗(yàn)室完成。鋯石91500作為測年標(biāo)準(zhǔn)樣品。普通Pb校正由EXCEL Program ComPbCorr#3_151獲得，以確保n（206Pb）/n（238U）、n（207Pb）/n（235U）和n（208Pb）/n（232Th）值的可靠性，表面UPb年齡由ISOPLOT 軟件獲得。NIST610作為鋯石微量元素測定外部標(biāo)準(zhǔn)樣品，其數(shù)據(jù)最終由EXCEL Program LaTEcalc獲得。

SmNd同位素分析在中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)放射性成因同位素地球化學(xué)實(shí)驗(yàn)室完成。準(zhǔn)確稱取粉末樣品100 mg放置于15 mL的特氟龍（Teflon）悶罐中，滴入純化HClO4溶液8～10滴搖勻后，加入2～3 mL純化HF，密閉加熱7 d左右以充分溶解樣品。稀土元素分離純化在裝有5 mL AG50WX12交換樹脂（200～400目）的石英交換柱中完成，SmNd同位素的分離純化在裝有1.7 mL Teflon粉末的石英交換柱中完成。同位素比值測試在MAT262熱電離質(zhì)譜計(jì)完成，SmNd同位素比值測定采用Re金屬帶。標(biāo)準(zhǔn)溶液La Jolla 的重復(fù)測量結(jié)果為N（143Nd）/N（144Nd）=0.511 869±0.000 006，誤差類型為2σ。樣本量為25個(gè)，測量得到的同位素比值采用N（146Nd）/N（144Nd）=0.721 9進(jìn)行質(zhì)量分餾校正，Nd同位素比值測量精度優(yōu)于0.003%，Nd同位素分析的全流程本底低于200 pg。詳細(xì)同位素分析流程可以參見文獻(xiàn)[23]～[25]。

3樣品描述和分析結(jié)果

沿著趾鳳—吳家河—缺月嶺剖面和二郎鎮(zhèn)—柳平—陳漢溝—朱灣剖面[圖1（b）]，本文共采集了15個(gè)宿松巖群樣品，包括片巖、斜長片麻巖、花崗片麻巖和變質(zhì)基性巖，代表性巖石類型的野外和顯微特征見圖2。

片巖的主要礦物組成為石英、白云母和斜長石，云母礦物具有顯著的定向排列；花崗片麻巖的主要礦物組成為石英、云母和斜長石，中細(xì)粒結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造，片狀礦物有一定的定向排列，斜長石具有聚片雙晶現(xiàn)象；斜長片麻巖的主要礦物組成為石英、長石、黑云母、白云母和石榴石，片狀礦物定向排列；變基性巖的主要礦物組成為斜長石、角閃石、單斜輝石、石榴石、石英，中細(xì)粒結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造，片狀礦物定向排列。

采用激光剝蝕等離子體質(zhì)譜計(jì)技術(shù)分析宿松巖群或雜巖2個(gè)片巖樣品（JH1302和JH1303）和2個(gè)片麻巖樣品 （JH1305和JH1306）的鋯石UPb同位素組成和微量元素組成，計(jì)算獲得的UPb表面年齡數(shù)據(jù)（表1），微量元素組成未列圖表。微量元素分析結(jié)果顯示：4個(gè)樣品的大多數(shù)鋯石顆粒具有相似的球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素分布特征，富集重稀土元素（HREE），虧損輕稀土元素 （LREE），大部分顆粒顯示較強(qiáng)的Eu負(fù)異常 （Eu/Eu*值為0.01～0.40）。個(gè)別鋯石分析點(diǎn)具有異常的球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化分布特征，可能是礦物包裹體疊加的緣故[26]。

片巖樣品JH1302的鋯石多數(shù)為自形晶，部分為半自形晶，且有一定的磨圓。陰極發(fā)光圖像顯示，鋯石內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣，大部分鋯石具有核邊結(jié)構(gòu)，部分顆粒具有巖漿成因的振蕩環(huán)帶的核部，部分顆粒沒有振蕩環(huán)帶現(xiàn)象，邊部生長邊具有高強(qiáng)度的陰極發(fā)光，無振蕩環(huán)帶[圖3（a）]。這些內(nèi)部結(jié)構(gòu)現(xiàn)象表明了鋯石成因和后期演化的復(fù)雜性。26顆鋯石分析結(jié)果顯示，其年齡值變化較大，其中N（207Pb）/N（206Pb）表面年齡值為1 532～2 836 Ma （表1）。在UPb諧和曲線圖中，可見不少分析點(diǎn)具有顯著不諧和的表面年齡值，說明樣品經(jīng)歷強(qiáng)烈的后期疊加，與鋯石內(nèi)部結(jié)構(gòu)顯示的現(xiàn)象一致。N（207Pb）/N（206Pb）表面年齡值集中在2 500 Ma左右，為晚太古代至古元古代，僅有3顆鋯石的N（207Pb）/N（206Pb）年齡值落在1 500～1 700 Ma之間。在晶體外部和內(nèi)部結(jié)構(gòu)上，片巖樣品JH1303的鋯石與樣品JH1302相似，自形至半自形晶，大部分顆粒有明顯的核邊結(jié)構(gòu)，部分核區(qū)具有振蕩環(huán)帶，而邊部無生長環(huán)帶[圖3（b）]。獲得的18個(gè)鋯石分析點(diǎn)的N（207Pb）/N（206Pb）表面年齡值在1 069～2 424 Ma之間，主要集中在2 000 Ma左右（圖4），與樣品JH1302存在明顯的差異。5個(gè)分析點(diǎn)n（206Pb）/n（238U）表面年齡值為新元古代 （665～837 Ma）。盡管有些分析點(diǎn)落在無振蕩環(huán)帶的鋯石晶區(qū)內(nèi)，但兩個(gè)樣品所有分析點(diǎn)的w（Th）/w（U）值均大于02，高于變質(zhì)成因鋯石的w（Th）/w（U）值（通常小于01）。因此，其UPb年齡可能代表鋯石變質(zhì)重結(jié)晶時(shí)代。

兩個(gè)片麻巖樣品JH1305和JH1306的鋯石自形程度較好，且具有明顯的振蕩環(huán)帶內(nèi)部結(jié)構(gòu)，指示巖漿成因[圖3（c）、（d）]。部分顆粒具有核邊結(jié)構(gòu)，但邊部生長邊較窄，個(gè)別顆粒重結(jié)晶現(xiàn)象明顯。樣品JH1305的25個(gè)鋯石分析點(diǎn)給出較集中的UPb年齡值（圖4），n（206Pb）/n（238U）表面年齡平均值為（754±15）Ma，樣本量為25個(gè)， 平均標(biāo)準(zhǔn)權(quán)重

偏差（MSWD）為1.8。樣品JH1306的14個(gè)鋯石分析點(diǎn)給出諧和或近諧和UPb同位素年齡值，且集中于760 Ma左右 （圖4），

n（206Pb）/n（238U）表面年齡的平均值為（767±18）Ma，樣本量為10個(gè)，MSWD值為078。兩個(gè)片麻巖樣品的鋯石都具有高w（Th）/w（U）值 （大于0.7），暗示鋯石應(yīng)為巖漿成因，兩個(gè)n（206Pb）/n（238U）平均年齡可以代表巖石的形成年齡。

全巖樣品的主量元素和微量元素含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）數(shù)據(jù)列于表2。5個(gè)變質(zhì)基性巖樣品（JH1307、JH1308、JH1310、JH1314和JH1316）具有較低的SiO2含量（45.61%～5083%），較高的MgO含量（410%～603%），同時(shí)還含有Fe2O3T、CaO和TiO2。10個(gè)片巖和片麻巖樣品具有較高的SiO2含量（5724%～8283%），較低的MgO、Fe2O3T、CaO、TiO2含量。在log（w（SiO2）/w（Al2O3））log（w（Na2O）/w（K2O））判別圖解（圖5）上，大部分片巖樣品落在硬砂巖和巖屑砂屑巖范圍內(nèi)[27]。全巖稀土元素總含量為（87～273）×10-6，中等程度的輕、重稀土元素含量分餾（圖6），富集輕稀土元素，虧損重稀土元素，輕、重稀土元素含量之比為139～551，w（La）N/w（Yb）N值為24～212。變質(zhì)基性巖基本上沒有Eu異常（Eu/Eu*值為1.09～094），部分片巖和片麻巖樣品具有不同程度的Eu負(fù)異常。在微量元素含量組成上，片巖和片麻巖樣品富集大離子親石元素，明顯呈Nb負(fù)異常和Pb正異常，部分樣品Sr虧損強(qiáng)烈，變質(zhì)基性巖樣品也富集大離子親石元素，具有Pb正異常，而Nb和Sr虧損不顯著。