大別造山帶宿松地體中—基性脈巖鋯石年齡及其地質(zhì)意義

謝清陸+李雙慶+方博文+張賀+陳福坤

摘要：大別造山帶宿松地體大量早白堊世中—基性脈巖侵位于宿松群高壓變質(zhì)巖石中，它們是認(rèn)識大陸板塊深俯沖過程的殼-幔相互作用和折返過程中巖石圈構(gòu)造響應(yīng)的重要載體之一。報道了這些中—基性巖脈LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡，并討論了其隱含的地質(zhì)意義。單顆粒鋯石的年齡范圍分布較廣，主要可分為太古代（>2 500 Ma）、古元古代（1 850～2 500、1 650～1 800 Ma）、新元古代（720～850 Ma）、早古生代（420～450 Ma）、早中生代（190～230 Ma）和早白堊世（120～140 Ma）。具有巖漿成因的早白堊世鋯石U-Pb加權(quán)平均年齡約為132 Ma，應(yīng)代表中—基性巖漿的侵位時代，證明其為大別地區(qū)碰撞后巖漿作用的重要組成部分。綜合鋯石形貌、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和微量元素特征，這些年齡群落與揚(yáng)子板塊記錄的典型構(gòu)造-巖漿事件具有對應(yīng)關(guān)系。早中生代之前的繼承性鋯石年齡分布與揚(yáng)子板塊的鋯石年齡特征有明顯的相似性，暗示著宿松地體可能具有揚(yáng)子板塊屬性。因此，推測宿松地體中—基性脈巖成因與早白堊世中國東部強(qiáng)烈?guī)r石圈伸展背景下大別造山帶增厚的巖石圈拆沉作用密切相關(guān)。

關(guān)鍵詞：中—基性脈巖；早白堊世；U-Pb年齡；繼承性鋯石；拆沉作用；宿松地體；大別造山帶；揚(yáng)子板塊

中圖分類號：P588.13 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Abstract： Numerous Early Cretaceous intermediate-mafic dykes intrude into the high-pressure metamorphic rocks of Susong Group in Susong terrene of Dabie orogenic belt. They are one of the important objects for understanding the process of mantle-crustal interaction during the deep subduction of the continental plate and the tectonic response in the uplift. Zircon U-Pb ages of these intermediate-mafic dykes obtained by the LA-ICP-MS technique were reported， and the geological implications were discussed. The single zircon gives a wide age range from ～2 600 Ma to ～127 Ma. Apparent U-Pb ages of more than one hundred zircon grains cluster around Archean （>2 500 Ma）， Paleoproterozoic （1 850-2 500， 1 650-1 800 Ma）， Neoproterozoic （720-850 Ma）， Early Paleozoic （420-450 Ma）， Early Mesozoic （190-230 Ma）， and Early Cretaceous （120-140 Ma）. Early Cretaceous zircon grains are typically of magmatic origin and yield a weighted mean U-Pb age of about 132 Ma， representing the emplacement time of the dykes. This magmatic event should be related to intense post-collisional magmatism in Dabie orogenic belt. Combined with morphology， internal structures， and trace element contents of zircons， it can be observed that their age patterns are well correlated with the tectonothermal events in Yangtze Block. The inherited zircons， which are older than Early Mesozoic and contained in intermediate-mafic dykes， are comparable with the age distribution of zircons from Yangtze Block， likely suggesting the Yangtze Block affinity of Susong terrene. From the evidence of the inherited zircons， it is speculated that the intermediate-mafic dykes in Susong terrene originate from the delamination of thickened lithosphere beneath Dabie orogenic belt on the background of Early Cretaceous strong lithospheric extension in the eastern of China.

Key words： intermediate-mafic dyke； Early Cretaceous； U-Pb age； inherited zircon； delamination； Susong terrene； Dabie orogenic belt； Yangtze Block

0 引 言

大別造山帶不僅是世界上出露面積最大的高壓—超高壓變質(zhì)帶，而且也是陸-陸碰撞之后早白堊世巖漿活動最為強(qiáng)烈的地區(qū)之一[1]。其獨(dú)特的大地構(gòu)造位置、復(fù)雜的地質(zhì)演化過程等一直是地質(zhì)科學(xué)研究的焦點(diǎn)，對區(qū)內(nèi)各構(gòu)造巖石單元的研究，特別是各構(gòu)造地體的年代學(xué)研究，有助于深入認(rèn)識揚(yáng)子板塊與華北板塊之間的裂谷演化、碰撞造山作用以及造山期后的大規(guī)模巖漿事件等一系列地質(zhì)事件演化過程。國內(nèi)外學(xué)者對大別造山帶進(jìn)行了大量同位素地質(zhì)年代學(xué)研究，取得了一系列重要的研究成果[2-12]。前人的研究成果表明，大別造山帶早白堊世碰撞后巖漿巖主要形成于111～143 Ma，峰期在125～130 Ma，侵入巖以中酸性巖為主，其次為鎂鐵—超鎂鐵質(zhì)巖和堿性巖，同時可見大量近同期的中酸性、基性脈巖穿插巖體。這些早白堊世中酸性、基性侵入體在同位素組成上具有相似性，都表現(xiàn)出富集的特征[1，13]，表明該期巖漿事件既有大規(guī)模地殼部分熔融，也有深部地幔的部分熔融。

李曙光等對大別造山帶高壓—超高壓變質(zhì)帶及其中的巖漿侵入體開展了大量研究工作[2，14-18]，但關(guān)于宿松地體的研究仍相對較少。宿松地體早白堊世中—基性脈巖是大別造山帶碰撞后構(gòu)造-巖漿活動的重要組成部分，并與整個中國東部晚中生代巖石圈伸展減薄事件密不可分。另外，大別造山帶燕山期基性巖主要分布在北大別地區(qū)，在大別造山帶南部的斷陷盆地只有零星的基性巖出露，而中—基性脈巖的分布也具有類似特點(diǎn)[17，19]。這些基性巖漿尤其是基性脈巖之間的相互關(guān)系和指示意義尚未得到廣泛關(guān)注[10，18]。本文對宿松地體6個中—基性脈巖樣品進(jìn)行LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年，并結(jié)合鋯石陰極發(fā)光（CL）圖像和微量元素組成特征，探討鋯石年齡的組成特征及其地質(zhì)意義。

1 地質(zhì)背景和樣品特征

大別造山帶北接華北板塊，南為揚(yáng)子板塊，橫跨安徽、河南、湖北三省，東側(cè)為郯城—廬江斷裂帶，西側(cè)為商城—麻城斷裂帶。根據(jù)出露變質(zhì)巖石單元及其變質(zhì)溫壓條件，大別造山帶由北到南大致可以分為5個變質(zhì)帶[20]：北淮陽低溫低壓片巖相變質(zhì)帶、北大別高溫超高壓麻粒巖相帶、中大別中溫超高壓榴輝巖相帶、南大別低溫超高壓榴輝巖相帶和宿松低溫高壓藍(lán)片巖帶[圖1（a）]。在這些變質(zhì)相帶內(nèi)都有晚中生代碰撞后巖漿巖出露。晚中生代巖漿巖主體為花崗巖，基性巖分布規(guī)模有限，多表現(xiàn)為小的侵入體或巖墻產(chǎn)出[圖1（a）]。在早白堊世，大別造山帶變質(zhì)巖被大量的碰撞后花崗質(zhì)巖石和少量鎂鐵質(zhì)火成巖侵入，這些鎂鐵質(zhì)火成巖的巖石類型主要包括輝石巖、角閃石巖、輝長巖等[21]。

宿松地體屬于大別造山帶中揚(yáng)子板塊的后緣部分（圖1），主要出露于南大別低溫榴輝巖帶和前陸褶皺-沖斷帶之間，與南大別低溫榴輝巖帶以太湖—山龍斷裂為分界線，其形成與新元古代揚(yáng)子板塊北緣大規(guī)模拉張環(huán)境下的陸內(nèi)裂谷事件有關(guān)。根據(jù)野外產(chǎn)狀、巖石組合和變質(zhì)程度的不同，宿松地體可細(xì)分為3個帶[圖1（b）]：北部（Ⅰ帶）主要為含磁鐵礦-石榴石花崗片麻巖帶，Liou等認(rèn)為其為變質(zhì)石英砂巖帶[22]，然而最近巖石學(xué)研究表明，所謂的變質(zhì)石英砂巖應(yīng)為正片麻巖[23]；中部（Ⅱ帶）主要有石榴云母片巖、石榴斜長角閃巖和鈉長石云母片麻巖，其間也出露含磁鐵礦-石榴石花崗片麻巖，彼此相互交錯產(chǎn)出；南部（Ⅲ帶）主要由云母片巖、大理巖和變磷塊巖構(gòu)成，其間或夾有超基性巖塊 [23，25]。關(guān)于宿松地體，前人有很多爭論：Okay等認(rèn)為宿松地體屬于揚(yáng)子板塊的俯沖基底，主要由正片麻巖組成[26]；而徐樹桐等認(rèn)為其屬于復(fù)雜變質(zhì)和中等變形的揚(yáng)子板塊俯沖蓋層，主要由4類巖石組成，即變質(zhì)花崗巖、變質(zhì)基性巖、變質(zhì)超基性巖和變質(zhì)沉積巖[27-28]。

本文所采集的中—基性脈體樣品來自于小堯家—向坪村—小龍山剖面和王塘灣—安坪—焦耳嶺剖面。這些中—基性脈巖傾角較陡，切割穿插圍巖巖體，界線清晰，圍巖主要為花崗質(zhì)片麻巖[圖2（a）、（b）]。中—基性脈巖粒度均勻，為中細(xì)粒結(jié)構(gòu)，主要礦物為斜長石（體積分?jǐn)?shù)為35%～40%）、角閃石（20%～35%）、黑云母（約5%）等，部分樣品還含有少量輝石[圖2（c）、（d）]。單條脈巖寬度為20 cm到數(shù)米不等，局部地區(qū)脈體分布比較密集，大概10 m剖面可見3、4條脈體[圖2（a）、（b）]，顯示強(qiáng)烈的伸展張裂作用。

2 分析方法

采集的巖石樣品經(jīng)搖床、淘洗、電磁分選及重液分離出鋯石，依據(jù)大小將待測的鋯石顆粒在鏡下進(jìn)行手選，并將其制成環(huán)氧樹脂樣品靶，磨至鋯石顆粒中心部位后拋光，鋯石樣品靶經(jīng)顯微鏡透射光、反射光觀察和照相，再經(jīng)陰極發(fā)光顯微結(jié)構(gòu)觀察，選擇合適的鋯石顆粒進(jìn)行U-Pb年齡測定。鋯石內(nèi)部結(jié)構(gòu)的陰極發(fā)光圖像分析在中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所電子探針與掃描電鏡實驗室Cameca SX51型和JXA-8100型電子探針儀器上完成。

鋯石U-Pb定年在中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)激光剝蝕電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（LA-ICP-MS）上完成。鋯石測點(diǎn)的選擇以在陰極發(fā)光圖像下的結(jié)構(gòu)特征為依據(jù)，盡可能選擇顆粒較大、晶形較好、表面無裂隙、光潔且不含微小包裹體的鋯石顆粒進(jìn)行分析。分析測試中，鋯石標(biāo)樣與所測樣品按1∶4比例交替輪換測定，同時根據(jù)鋯石顆粒大小選擇單點(diǎn)激光剝蝕的束斑直徑為32 μm與24 μm，同位素比值采用國際標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500為外部標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行校正，元素含量采用NITS SRM610作為外標(biāo)、29Si作為內(nèi)標(biāo)進(jìn)行計算。普通Pb采用Andersen的Excel計算軟件（ComPbCorr#3_18） [29]進(jìn)行校正，同位素年齡結(jié)果采用ISOPLOT軟件[30]進(jìn)行處理。詳細(xì)的儀器參數(shù)與分析流程詳見文獻(xiàn)[31]。

3 結(jié)果分析

本文對中—基性脈巖中6件樣品進(jìn)行了LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年測試。具有代表性的鋯石顆粒內(nèi)部結(jié)構(gòu)（陰極發(fā)光圖像）和對應(yīng)的年齡數(shù)據(jù)見圖3。

測試所選取的鋯石晶形主要為半自形和他形，均為淺黃色—無色透明長柱狀、半截錐狀和卵圓形晶體。