揚(yáng)子板塊西北緣碧口微地塊南華系碎屑鋯石U-Pb年齡及其物源示蹤

毛 帆, 裴先治,2*, 李瑞保,2, 李佐臣,2, 裴磊,2, 劉成軍,2,趙少偉,2, 高 峰, 陳有炘,2, 周 海,2

(1. 長(zhǎng)安大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院, 陜西 西安 710054; 2. 西部礦產(chǎn)資源與地質(zhì)工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 陜西 西安 710054)

碧口微地塊地處秦嶺造山帶、松潘-甘孜造山帶以及揚(yáng)子板塊匯聚交接部位,是中國(guó)大陸中央造山系、南北向賀蘭-龍門山構(gòu)造帶和青藏高原之間的構(gòu)造交接部位(圖1a)[1]。 碧口微地塊在漫長(zhǎng)的構(gòu)造演化過(guò)程中,經(jīng)歷了多期構(gòu)造變形疊加、改造及外動(dòng)力地質(zhì)作用,形成了現(xiàn)今的構(gòu)造格架與地質(zhì)外貌。 由于其所處構(gòu)造位置的特殊性,深入研究碧口微地塊的構(gòu)造屬性及構(gòu)造演化對(duì)秦嶺造山帶、松潘-甘孜造山帶與揚(yáng)子板塊相互作用以及本區(qū)區(qū)域地質(zhì)演化歷史具有十分重要的地質(zhì)意義。 同時(shí),碧口微地塊可為華南板塊周緣新元古代構(gòu)造演化歷史提供有效信息。

前人對(duì)碧口微地塊開(kāi)展了大量深入細(xì)致的研究工作,但研究主要限于碧口群火山巖系[2-8]。 碧口群火山巖系形成時(shí)代主要為新元古代,這已被大部分學(xué)者所接受,但對(duì)其形成環(huán)境的認(rèn)識(shí)仍有很大分歧:一些學(xué)者認(rèn)為其形成于大陸裂谷環(huán)境[2,5,6];一些學(xué)者認(rèn)為其形成于島弧環(huán)境[3,4,7-9];一些學(xué)者認(rèn)為其形成于洋盆或大洋板內(nèi)[10-13],也有學(xué)者將其看作元古宙古陸塊[14]。 對(duì)碧口群火山巖系形成環(huán)境的分歧,使得碧口微地塊的新元古代構(gòu)造屬性存在多解性,也為碧口微地塊整體構(gòu)造演化的研究帶來(lái)困惑。

圖1 碧口微地塊及鄰區(qū)構(gòu)造簡(jiǎn)圖(a)、研究區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖及采樣位置(b)Fig.1 Simplified tectonic framework of Bikou microblock and its adjacent areas(a)and geological map of study area and sampling sites(b)

碧口微地塊東北部勉縣紅巖溝地區(qū)出露層序較為完整的南華—震旦紀(jì)沉積蓋層,但前人對(duì)紅巖溝地區(qū)物質(zhì)組成的研究主要集中在下伏碧口群火山巖,對(duì)沉積地層研究較少,尤其是南華系作為碧口群火山巖的沉積蓋層缺乏年代學(xué)資料,需進(jìn)一步研究。 為此,本文選取勉縣紅巖溝地區(qū)南華系上部含礫巖系中的長(zhǎng)石砂巖為研究對(duì)象,對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)的巖石學(xué)與LA-ICP-MS 鋯石U-Pb 年代學(xué)研究,以限定其沉積時(shí)限及物源,探討其形成的構(gòu)造背景,進(jìn)而為碧口微地塊及鄰區(qū)新元古代構(gòu)造演化提供有效信息。

1 區(qū)域地質(zhì)概況及南華紀(jì)地層特征

1.1 區(qū)域地質(zhì)概況

碧口微地塊北、南、西分別以勉略構(gòu)造帶、青川-陽(yáng)平關(guān)-勉縣斷裂帶、虎崖斷裂為界與南秦嶺構(gòu)造帶、龍門山造山帶以及松潘-甘孜造山帶相接,呈長(zhǎng)三角形塊體,向東構(gòu)造尖滅(圖1a)[14-17]。 碧口微地塊主要由新太古代魚(yú)洞子雜巖、新元古代早期碧口群、新元古代中期橫丹群和上覆新元古代晚期南華—震旦紀(jì)沉積蓋層組成。 新太古代魚(yú)洞子雜巖為碧口微地塊出露最古老的構(gòu)造巖石單元,分布于略陽(yáng)閣老嶺-魚(yú)洞子地區(qū),由新太古代花崗質(zhì)片麻巖和新太古代魚(yú)洞子巖群變質(zhì)地層組成[18]。 碧口微地塊內(nèi)部以楓香院-銅錢壩斷裂帶為界,北側(cè)為新元古代中期橫丹群,主要為陸源碎屑巖系或濁積巖系,南側(cè)為新元古代早期碧口群,總體為一套巨厚的淺變質(zhì)海相火山巖系。 新元古代晚期南華—震旦紀(jì)地層主要分布于碧口微地塊東部勉略寧三角區(qū)的代家壩北—大安北—茶店—何家?guī)r一帶,呈大型NE 向延伸的復(fù)式向斜構(gòu)造區(qū)域不整合疊置在碧口群淺變質(zhì)火山巖系之上(圖1b),多數(shù)地帶已呈構(gòu)造接觸關(guān)系,南東翼大致產(chǎn)狀正常,北西翼多已倒轉(zhuǎn),兩翼均以北西傾斜為主。 此外,碧口微地塊還出露大量侵入巖,侵入巖主要有新元古代和早中生代兩個(gè)時(shí)期,新元古代侵入體包括白雀寺基性-中酸性雜巖體、二里壩花崗巖體、銅廠閃長(zhǎng)巖體等[19-21],早中生代侵入體包括南一里、木皮、麻山、陽(yáng)壩等花崗巖體[22-25]。

1.2 南華紀(jì)地層特征

碧口微地塊南華系僅在勉縣青羊驛紅巖溝地區(qū)(復(fù)式向斜南東翼)、寧強(qiáng)廟壩華嚴(yán)寺(復(fù)式向斜北西翼)等地有所殘留,且前人在此做的工作有限,沒(méi)有進(jìn)行詳細(xì)的劃分,僅籠統(tǒng)地劃分為南沱組[27-30]。 本次根據(jù)野外地質(zhì)剖面觀察到的沉積巖石組合特征,將紅巖溝地區(qū)南華系從下至上劃分為底部泥質(zhì)巖系(Nh1)、下部含礫巖系(Nh2)、中部細(xì)碎屑巖系(Nh3)和上部含礫巖系(Nh4)四套巖石地層單位(圖2)。

圖2 勉縣青羊驛鎮(zhèn)紅巖溝地區(qū)南華系地質(zhì)剖面圖Fig.2 The geological section of Nanhua System in Hongyangou area, Qingyangyi town, Mian County

南華系底部第一套巖石地層單位為底部泥質(zhì)巖系(Nh1),厚307.70m,主要以一套淺灰色變粉砂質(zhì)泥巖夾少量變質(zhì)粉砂巖為主,下部局部夾變質(zhì)基性火山巖(圖3a),上部局部夾變質(zhì)中酸性火山巖(圖3b),夾層一般厚1 ～3m,偶含泥礫,片理十分發(fā)育,多已變質(zhì)為絹云母千枚巖,片理北傾為主,變形較強(qiáng),與南側(cè)碧口群火山巖呈構(gòu)造接觸關(guān)系。

南華系向上的第二套巖石地層單位為下部含礫巖系(Nh2),厚169.36m,主要以淺灰色含礫粗砂巖、含礫砂巖夾砂礫巖為主,夾少量粉砂質(zhì)板巖。礫石較小,多為0.5 ～5cm,個(gè)別達(dá)10 ～15cm,含量5% ～30%,磨圓度一般,多為次棱角—次圓狀,礫石成分多為砂巖、石英巖,少量花崗巖(圖3c),礫巖底部見(jiàn)小型沖刷面,單層內(nèi)發(fā)育正粒序?qū)永?圖3d),與下伏地層呈斷層接觸關(guān)系。

南華系由下向上第三套巖石地層單位為中部細(xì)碎屑巖系(Nh3),厚17.80m,主要以深灰色中厚層狀細(xì)砂巖為主,向北粒度變細(xì),逐漸以粉砂巖、粉砂質(zhì)板巖為主,夾少量泥巖,片理較發(fā)育,變形較強(qiáng),與下部含礫巖系呈整合接觸關(guān)系。

南華系最上層的一套巖石地層單位為上部含礫巖系(Nh4),厚176.31m,下部主要以灰黑色含礫粗砂巖、復(fù)成分砂礫巖為主;發(fā)育疊瓦狀構(gòu)造,向北逐漸變細(xì),上部以深灰色中細(xì)砂巖為主,夾少量粉砂巖,發(fā)育正粒序?qū)永怼?礫石大小混雜,雜亂堆積,礫徑一般為2 ～10cm,少量 10 ～30cm,個(gè)別可達(dá)50cm,磨圓度較好,大部分為次圓—圓狀,個(gè)別為次棱角狀(圖3e;圖3f),礫石成分與下部含礫巖系相似,成分較為復(fù)雜,主要以砂巖、石英巖為主,少量片理化花崗巖、變質(zhì)火山巖,與上覆震旦系陡山沱組深灰色—灰色粉砂質(zhì)板巖(Z1d)呈整合接觸關(guān)系。

紅巖溝地區(qū)南華紀(jì)地層巖性列述如下:

紅巖溝地區(qū)南華系主體為含礫碎屑巖系沉積組合,自下而上由多個(gè)沉積韻律層組成。 以南華系上部含礫巖系的礫巖層為研究對(duì)象,在野外露頭上進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)量統(tǒng)計(jì),限于統(tǒng)計(jì)的平面出露較少,本次僅在礫巖層南北兩側(cè)各一出露良好的平面進(jìn)行統(tǒng)計(jì),南北兩側(cè)統(tǒng)計(jì)點(diǎn)相距14.8m,位置如圖2 所示,同時(shí)為使礫石統(tǒng)計(jì)更具代表性,南北兩側(cè)統(tǒng)計(jì)點(diǎn)統(tǒng)計(jì)區(qū)域均大于140cm ×140cm。 結(jié)果顯示礫石成分較為復(fù)雜,主要以砂巖、石英巖為主,二者占礫石總量79% ～86%,其次為片理化花崗巖、火山巖、變質(zhì)巖,表明結(jié)構(gòu)成熟度和成分成熟度都較低,沉積碎屑距物源較近,搬運(yùn)距離不遠(yuǎn),可能為近源快速沉積的產(chǎn)物。 礫石大小混雜,雜亂堆積,礫徑多為2 ～10cm,少量 10 ～ 30cm,個(gè)別達(dá) 50cm,磨圓度較好,大部分為次圓—圓狀,個(gè)別為次棱角狀(圖4)。

圖3 紅巖溝地區(qū)南華系巖性特征Fig.3 Lithologic character of the Nanhua System in Hongyangou area

值得注意的是,南側(cè)礫石統(tǒng)計(jì)點(diǎn)(測(cè)點(diǎn)1)和北側(cè)統(tǒng)計(jì)點(diǎn)(測(cè)點(diǎn)2)在礫石成分和磨圓度均存在差異,如測(cè)點(diǎn)1 與測(cè)點(diǎn)2 中砂巖所占比例分別為48%、52%;石英巖所占比例分別為31%、 34%;花崗巖所占比例分別為15%、9%;變質(zhì)巖所占比例分別為4%、3%;次圓—圓狀所占比例分別為90%、95%。 不難發(fā)現(xiàn),由南至北,砂巖、石英巖礫石增多,花崗質(zhì)礫石減小,且磨圓度更好,指示該套地層沉積時(shí)期,砂巖、石英巖物源區(qū)物質(zhì)供給逐漸增加,花崗質(zhì)物源區(qū)物質(zhì)供給減少,且碎屑物質(zhì)搬運(yùn)距離愈來(lái)愈遠(yuǎn)。 測(cè)點(diǎn)1 與測(cè)點(diǎn)2 礫石Φ值分布均比較零散,變化范圍在-2 ～-8,在-3 ～-7 相對(duì)集中,指示礫石分選差,大小混雜,由南至北(從底至頂),礫徑峰值呈現(xiàn)由大到小的變化趨勢(shì),反映出隨層位抬升,礫石沉積粒度逐漸變細(xì)。 此外,在野外對(duì)礫石長(zhǎng)軸空間排列進(jìn)行統(tǒng)計(jì),測(cè)點(diǎn)1 與測(cè)點(diǎn)2 礫石長(zhǎng)軸均以南傾為主,指示古水流方向由南至北。

圖4 紅巖溝地區(qū)南華系上部含礫巖系礫石成分和結(jié)構(gòu)統(tǒng)計(jì)Fig.4 Statistics of composition and structure of gravels in the Upper Nanhua System in Hongyangou area

圖5 紅巖溝地區(qū)南華系柱狀簡(jiǎn)圖Fig. 5 Stratigraphic column diagram of Nanhua System in Hongyangou area

前人將紅巖溝地區(qū)南華系籠統(tǒng)地劃分為南沱組,認(rèn)為其為冰磧成因[28]。 本次野外觀察,礫石整體磨圓度較好,多為次圓—圓狀,礫石表面未見(jiàn)磨光面、釘頭形擦痕、壓坑和壓裂等冰蝕作用痕跡。此外,該套含礫巖系具明顯的成層性,自下而上由多個(gè)沉積韻律層組成,單個(gè)韻律層內(nèi)向上礫石含量減少,表現(xiàn)為正粒序,故其并非冰磧巖。

南華系上部含礫巖系顏色主體為灰色—灰黑色,且含少量黃鐵礦,指示沉積時(shí)為還原環(huán)境,從野外觀察到的沉積巖石組合來(lái)看,從下部到上部巖石組合規(guī)律性較強(qiáng),原生沉積的粒度變化明顯。 此外,分布于文縣—康縣—略陽(yáng)地區(qū)的關(guān)家溝組與本文研究的含礫巖系具有可對(duì)比性[31-33],前人對(duì)關(guān)家溝組研究較多,蘇春乾等和盧海峰等通過(guò)系統(tǒng)研究認(rèn)為文縣地區(qū)關(guān)家溝組為海底扇沉積體系,不含冰磧巖層[34,35];徐通等認(rèn)為康縣碾壩地區(qū)的關(guān)家溝組主體可能為一套濱淺海相裂谷環(huán)境濁流沉積建造[33];略陽(yáng)火神廟及三岔子地區(qū)的關(guān)家溝組也被認(rèn)為屬陸內(nèi)裂谷沉積[36,37]。 綜上所述,紅巖溝地區(qū)南華系上部含礫巖系主體可能為一套濁積巖和碎屑流沉積組合。

2 樣品位置及分析方法

2.1 樣品位置

碎屑鋯石同位素年齡樣品編號(hào)為ML1027,采樣點(diǎn)地理坐標(biāo)為 N33°06′50″,E106°22′23″(圖 1c),采樣層位如圖2、圖5 所示。 巖性為灰黑色中細(xì)粒長(zhǎng)石砂巖,新鮮面呈灰黑色,風(fēng)化面呈黑褐色,中細(xì)粒砂狀結(jié)構(gòu),中厚層狀構(gòu)造。 碎屑成分主要由長(zhǎng)石、石英、巖屑等組成。 石英含量約30 ～35%,粒度大小約0.25 ～0.45mm,次棱角狀、次圓狀、不規(guī)則狀,分選性和磨圓度較差;長(zhǎng)石含量約50 ～55%,粒度大小約0.30 ～1.0mm,無(wú)色,半自形板狀,次棱角狀,具聚片雙晶,分選性和磨圓度較差;巖屑主要成分為泥質(zhì)巖屑,次為硅質(zhì)巖屑及少量火山巖巖屑,含量約15%,粒度大小0.25 ～0.43mm,次圓狀—次棱角狀。 膠結(jié)物以泥質(zhì)為主,較均勻分布于碎屑之間。 樣品中含少量黃鐵礦(圖6a;圖6b)。

2.2 分析方法

首先將樣品粉碎至0.180 ～0.154mm(80 ～100目),并用常規(guī)磁選和重液方法將鋯石分離,得到大于200 粒鋯石顆粒,然后在雙目鏡下隨機(jī)挑選不同粒徑、結(jié)構(gòu)和外形特征各異的鋯石作為測(cè)試對(duì)象,將鋯石顆粒粘在雙面膠上,并用無(wú)色透明的環(huán)氧樹(shù)脂固定,待環(huán)氧樹(shù)脂充分固定化后,利用砂紙等將鋯石磨到內(nèi)部曝露并且拋光,然后對(duì)鋯石進(jìn)行反射光、透射光照相以及陰極發(fā)光圖像研究。 力求避開(kāi)內(nèi)部裂隙、包裹體以及不同成因的區(qū)域,對(duì)不同形態(tài)、不同結(jié)構(gòu)鋯石進(jìn)行測(cè)試,以期獲得更為準(zhǔn)確的年齡信息。

圖6 紅巖溝地區(qū)南華系上部長(zhǎng)石砂巖樣品顯微鏡下正交偏光照片(a,b)Fig.6 Microphotographs of the Upper Nanhua System sample in Hongyangou area

圖7 紅巖溝地區(qū)南華系上部長(zhǎng)石砂巖樣品代表性碎屑鋯石陰極發(fā)光圖像及年齡值Fig.7 Cathodoluminescence(CL) images showing zircons from Upper Nanhua System and their ages in Hongyangou area

碎樣及鋯石挑選、鋯石制靶、反射光與陰極發(fā)光(CL)顯微照相在西安瑞石地質(zhì)科技有限公司完成。 鋯石U-Pb 測(cè)年在北京科薈測(cè)試技術(shù)有限公司同位素實(shí)驗(yàn)室的激光剝蝕多接收器等離子體質(zhì)譜儀(LA-MC-ICP-MS)測(cè)定,儀器為 Thermo Fisher 公司制造的Neptune,激光剝蝕的斑束直徑為30μm,深度為20 ～40μm。 鋯石年齡計(jì)算采用標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500 作為外標(biāo),元素含量采用 NISTSRM610 作為外標(biāo),29Si 作為內(nèi)標(biāo)元素進(jìn)行校正。 采用中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)劉勇勝研發(fā)的ICPMS Data Cal 程序[38]和KENNETH R L 的Isoplot[39]宏程序進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和成圖,利用208Pb 校正法對(duì)普通鉛進(jìn)行校正[40],具體分析方法及儀器參數(shù)可以見(jiàn)參考文獻(xiàn)[41]。

3 測(cè)試結(jié)果

3.1 碎屑鋯石特征

本次工作共完成碎屑鋯石測(cè)點(diǎn)70 個(gè),碎屑鋯石多為無(wú)色或淺黃色,粒徑多數(shù)在70 ～150μm,大部分為短柱狀,少部分為長(zhǎng)柱狀、等粒狀或者不規(guī)則狀,總體磨圓度較差(圖7),指示搬運(yùn)距離有限。 碎屑鋯石基本都具有典型的巖漿鋯石振蕩環(huán)帶(如測(cè)點(diǎn) 10、17、18、22 等),表明為巖漿成因鋯石,并且多數(shù)鋯石CL 圖像顯示清晰細(xì)密的震蕩環(huán)帶,說(shuō)明碎屑鋯石主要為長(zhǎng)英質(zhì)巖漿鋯石,僅少量基性巖漿鋯石。

碎屑鋯石的 Th 含量為 20 ×10-6～297 ×10-6,U含量為 18 ×10-6～231 ×10-6,Th/U 比值為 0.9 ～2.6(表1)。 在相關(guān)研究當(dāng)中,一般認(rèn)為Th/U 比值高于0.4 為巖漿結(jié)晶鋯石,Th/U 比值低于0.1 為變質(zhì)成因鋯石[42]。 紅巖溝地區(qū)南華系上部長(zhǎng)石砂巖碎屑鋯石的Th/U 比值均大于0.4(圖8a),顯示樣品中碎屑鋯石幾乎全部為巖漿成因鋯石。 此外,Rimmer 等認(rèn)為Th/U 比值可以反映沉積環(huán)境的氧化還原條件,Th/U 比值小于4 為強(qiáng)還原環(huán)境,比值介于4 ～10 為還原環(huán)境,比值10 ～30 為弱氧化弱還原環(huán)境,大于30 則為強(qiáng)氧化環(huán)境[43-45]。 本次樣品Th/U 比值均小于4,指示沉積環(huán)境應(yīng)為強(qiáng)還原環(huán)境。

不同成因的鋯石在其稀土元素配分模式圖解也會(huì)有差異,典型巖漿鋯石顯示出輕稀土相對(duì)虧損,重稀土相對(duì)富集,明顯的Ce 正異常和Eu 負(fù)異常的左傾模式,幔源鋯石的稀土元素配分顯示出弱Eu 異常或Eu 沒(méi)有異常、稀土總量低、重稀土部分相對(duì)平緩等特點(diǎn)[46,47]。 紅巖溝地區(qū)南華系上部長(zhǎng)石砂巖碎屑鋯石稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分模式圖表明碎屑鋯石具有巖漿鋯石特征(圖8b)。 在Yb-U、Pb-Th 判別圖解上,數(shù)據(jù)位于陸殼成因鋯石區(qū)(圖8c),而且這些鋯石主要來(lái)自陸殼花崗質(zhì)巖石中的S 型花崗巖(圖8d)。

3.2 碎屑鋯石U-Pb 年齡

本文對(duì)于小于1000Ma 的樣品,由于可用于測(cè)量的放射性成因Pb 含量低和普通Pb 校正的不確定性,采用更為可靠的206Pb/238 U 表面年齡[50]。 本次共完成測(cè)點(diǎn)70 個(gè),碎屑鋯石同位素樣品中有效鋯石顆粒(諧和度大于90%)為69 顆,除測(cè)點(diǎn)29 的諧和度為93%外,其余測(cè)點(diǎn)的和諧度均在95%以上。碎屑鋯石同位素樣品中最年輕和最老的鋯石分別為750Ma 和920Ma,最小年齡組平均年齡為750Ma。測(cè)年結(jié)果可分為2 個(gè)年齡組:①新元古代晚期年齡19 顆,為750 ～800Ma,占總數(shù)的28%,峰值年齡為795Ma。 ②新元古代早中期年齡 50 顆,為 820 ～920Ma,占總數(shù)的72%,該組年齡有明顯峰值,峰值年齡為850Ma(圖9)。

圖8 紅巖溝地區(qū)南華系上部長(zhǎng)石砂巖碎屑鋯石的Th/U 比值(a);碎屑鋯石稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分模式圖(b)(球粒隕石數(shù)據(jù)據(jù)Sun S S, et al.,1989)[48];碎屑鋯石的Yb/U 圖解(c);碎屑鋯石Pb/Th 圖解(d)(據(jù)Kelemen et al.,2007)[49]Fig.8 Th/U ratios of the detrital zircons(a) and their chondrite-normalized REE patterns(b), Yb versus U diagram(c), and Pb versus Th diagram(d) of detrital zircons from the Upper Nanhua System in Hongyangou area

圖9 紅巖溝地區(qū)南華系上部長(zhǎng)石砂巖碎屑鋯石U-Pb 年齡諧和圖(a)及年齡分布直方圖(b)Fig.9 U-Pb concordia diagrams (a) and histograms (b) of detrital zircons from the Upper Nanhua System in Hongyangou area

表1 紅巖溝地區(qū)南華系上部長(zhǎng)石砂巖碎屑鋯石LA-ICP-MS 鋯石U-Pb 年齡測(cè)試結(jié)果Table 1 LA-ICP-MS U-Pb age results of detrital zircons from the Upper Nanhua System in Hongyangou area

(接表1)

表2 紅巖溝地區(qū)南華系上部長(zhǎng)石砂巖碎屑鋯石LA-ICP-MS 稀土元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)( ×10-6)Table 2 LA-ICP-MS trace element compositions of detrital zircons in Upper Nanhua System in Hongyangou area

(接表2)

4 討論

4.1 沉積時(shí)代

該套南華—震旦系曾被命名為雪花太坪群,巖性主體以碳酸鹽巖為主[51]。 王明加等將雪花太坪群自下而上劃分為史家坪組、范家營(yíng)組、九道拐組及望天坪組,將其與薊縣系進(jìn)行對(duì)比[52],寧強(qiáng)廟壩華嚴(yán)寺及本文紅巖溝地區(qū)含礫巖系即為上述史家坪組。 裴先治等認(rèn)為雪花太坪群與橫丹群為同時(shí)代地層,時(shí)代為青白口紀(jì),代表弧前盆地沉積[53]。陜西省地質(zhì)調(diào)查院與徐學(xué)義等將紅巖溝地區(qū)含礫巖系與峽區(qū)“南沱冰磧巖”進(jìn)行對(duì)比,并引用區(qū)域地層單位名稱南沱組,時(shí)代厘定為晚南華世[27-29]。

上述可知,前人對(duì)紅巖溝地區(qū)含礫巖系形成時(shí)代研究較少,尚無(wú)可靠的同位素年代學(xué)資料報(bào)道。本次研究獲得上部含礫巖系中的長(zhǎng)石砂巖碎屑鋯石年齡數(shù)據(jù)中,最年輕的碎屑鋯石 U-Pb 年齡為750Ma,表明上部含礫巖系的沉積時(shí)代應(yīng)不早于750Ma。 此外,上部含礫巖系上覆地層為區(qū)域特征明顯的震旦系,且與陡山沱組呈整合接觸關(guān)系,故可將其沉積上限限定為早震旦世。 綜合前人時(shí)代劃分、本文碎屑鋯石年齡結(jié)果以及地層序列中的層位關(guān)系,紅巖溝地區(qū)上部含礫巖系形成時(shí)代可能為晚南華世。

4.2 碎屑鋯石物源分析

所有碎屑鋯石樣品年齡都屬于新元古代,結(jié)合碎屑鋯石形態(tài)特征、Th/U 比值以及碎屑鋯石稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分模式圖可以得知其源區(qū)物質(zhì)以新元古代巖漿巖為主,且大部分為中酸性巖漿巖。 本次獲得新元古代晚期碎屑鋯石有19 顆,年齡為750 ～800Ma,占總數(shù)的28%。 北側(cè)勉略構(gòu)造帶、碧口微地塊內(nèi)部以及南側(cè)后龍門山構(gòu)造帶、漢南-米倉(cāng)山微地塊均發(fā)育新元古代晚期中酸性巖漿事件。 在勉略構(gòu)造帶,郭鎮(zhèn)鏵廠溝變英安巖年齡為802 ±5Ma[54];橫現(xiàn)河地區(qū)張巖溝變流紋巖年齡為728 ±10Ma[55];此外,略陽(yáng)惠家溝變安山巖、水得溝變安山巖、黒溝峽變安山巖年齡分別為797 ±14Ma、804 ±20Ma、807 ±13Ma[33]。 在碧口微地塊,閆全人等獲得兩個(gè)碧口群火山巖系變流紋質(zhì)凝灰?guī)r年齡分別為 790 ± 15Ma 和 776 ±13Ma[56]。 在后龍門山構(gòu)造帶,裴先治等對(duì)轎子頂穹隆核部的過(guò)鋁質(zhì)花崗巖類進(jìn)行研究,獲得塊狀花崗巖、變形花崗巖年齡分別為 792 ±11Ma 和 793 ±11Ma[57];李佐臣等獲得劉家坪大灘花崗巖年齡為806 ±19Ma[26]。 在漢南-米倉(cāng)山構(gòu)造帶,五堵門復(fù)式花崗巖體英云閃長(zhǎng)巖年齡為 764 ±12 ～789 ± 10Ma[58,59]、花崗閃長(zhǎng)巖年齡為735 ± 8Ma[60];鐵船山組流紋巖年齡為806±14Ma[61]。

新元古代早中期碎屑鋯石有50 顆,年齡為820～920Ma,占總數(shù)的72%。 無(wú)論是勉略構(gòu)造帶、碧口微地塊還是漢南-米倉(cāng)山微地塊都記錄了新元古代早中期中酸性巖漿事件。 在勉略構(gòu)造帶,略陽(yáng)三岔子偏橋溝斜長(zhǎng)花崗巖年齡為923 ±13Ma[62];三岔河地區(qū)張兒溝變安山巖年齡分別為840 ±5Ma[33];康縣馬家溝英安巖年齡為837 ±16Ma[33]。 在碧口微地塊,略陽(yáng)白雀寺雜巖體中二長(zhǎng)花崗巖年齡為835 ±3Ma[19];寧強(qiáng)巨亭巖組變英安巖年齡為849 ～873Ma[63];略陽(yáng)陳家壩巖組變英安巖年齡為850 ～860Ma[63];勉縣大安巖組變英安質(zhì)流紋巖年齡為842 ～ 860Ma[63]。 在漢南 - 米倉(cāng)山微地塊,碑壩雜巖體花崗閃長(zhǎng)巖年齡為863 ±10Ma[59-60];孫家河組流紋巖、英安巖年齡分別為904 ±18Ma[61]和833±5Ma[64]。

紅巖溝地區(qū)南華系上部長(zhǎng)石砂巖碎屑鋯石磨圓度較差,整體為次棱角—棱角狀(圖7),表明鋯石顆粒未經(jīng)過(guò)長(zhǎng)距離的搬運(yùn),且年齡諧和圖和分布直方圖呈現(xiàn)出較為集中的特點(diǎn)(圖9a;圖9b),暗示這套含礫巖系為近源快速堆積。 從上述可知,在新元古代早中期和新元古代晚期,北側(cè)勉略構(gòu)造帶、碧口微地塊內(nèi)部、南側(cè)后龍門山構(gòu)造帶與漢南-米倉(cāng)山微地塊均有大量中酸性巖漿事件的報(bào)道(表3),且與本次樣品中所獲得同位素年齡相似,表明勉略構(gòu)造帶、碧口微地塊與揚(yáng)子板塊西北緣后龍門山構(gòu)造帶及漢南-米倉(cāng)山微地塊均可為南華系上部含礫巖系提供碎屑物質(zhì)。 結(jié)合從南到北的古水流方向,大部分碎屑物質(zhì)則可能由研究區(qū)南側(cè)提供。 故推測(cè)碧口微地塊內(nèi)部和南側(cè)后龍門山構(gòu)造帶及漢南-米倉(cāng)山微地塊的新元古代中酸性巖漿巖為紅巖溝地區(qū)南華系上部含礫巖系的主要物源,而勉略構(gòu)造帶則只可能提供了少量的碎屑物質(zhì)。

4.3 地質(zhì)意義

無(wú)論是勉略構(gòu)造帶、碧口微地塊還是漢南-米倉(cāng)山微地塊都記錄了大量新元古代早中期板塊匯聚巖漿事件。 閆全人等在康縣地區(qū)獲得洋殼型大堡變鎂鐵質(zhì)巖、香子壩變鎂鐵質(zhì)巖、水泉溝變鎂鐵質(zhì)巖年齡分別為812 ±11Ma、841 ±16Ma、826 ±19Ma[62]。這些指示了新元古代早中期勉略構(gòu)造帶古洋盆的存在,時(shí)限大致為826 ～812Ma。 徐通等在康縣地區(qū)獲得陸緣弧型馬家溝變英安巖的年齡為837 ±16Ma[33],指示新元古代早中期勉略洋盆俯沖作用的存在。 碧口微地塊范壩董家河一帶存在殘余洋殼,巖石組成類型有洋島堿性玄武巖、洋島拉斑玄

武巖、洋中脊玄武巖和輝長(zhǎng)巖、輝石巖,應(yīng)當(dāng)為一套蛇綠混雜巖,其輝長(zhǎng)巖年齡為839 ±8Ma[75,76],表明在新元古代早中期碧口微地塊中古洋盆的存在。葉霖等在略陽(yáng)縣銅廠獲得閃長(zhǎng)巖SHRIMP 鋯石U-Pb年齡為842 ±7Ma,認(rèn)為其形成于碰撞隆起-島弧環(huán)境[21]。 此外,陳家壩地區(qū)弧型變安山巖(833 ±4Ma)、大鐵壩地區(qū)弧型變玄武巖(811 ±10Ma)、清河—蒼社地區(qū)弧型堿性玄武巖(814 ±9Ma)[77],這些均指示新元古代早中期碧口洋盆俯沖作用的存在。 在漢南-米倉(cāng)山微地塊,凌文黎等對(duì)西鄉(xiāng)群下部白勉峽組和上部孫家河組火山巖進(jìn)行了顆粒級(jí)鋯石U-Pb 同位素定年,分別獲得了946 ±18Ma 和904 ±18Ma 的諧和年齡,認(rèn)為其具有島弧巖漿巖的元素和同位素地球化學(xué)特征[61],這暗示了漢南-米倉(cāng)山微地塊在該時(shí)期處于匯聚背景。 以上地質(zhì)信息表明勉略構(gòu)造帶、碧口微地塊與漢南-米倉(cāng)山微地塊在新元古代早中期處于相似的構(gòu)造背景及演化階段,均響應(yīng)了Rodinia 超大陸的匯聚過(guò)程。

表3 碧口微地塊及鄰區(qū)部分中酸性巖漿巖同位素年齡統(tǒng)計(jì)Table 3 Ages of intermediate-acid magmatic rocks in Bikou microblock and its adjacent areas

近年來(lái),勉略構(gòu)造帶、碧口微地塊以及漢南-米倉(cāng)山微地塊都有新元古代晚期伸展背景下形成的巖漿巖的報(bào)道。 在勉略構(gòu)造帶,李瑞保等在武都琵琶寺獲得裂解型變玄武巖的年齡為783 ～754Ma[78],王濤等在康縣大堡朱家壩地區(qū)獲得裂解型變基性火山巖的年齡為778 ～667Ma[79],徐通等在略陽(yáng)橫現(xiàn)河地區(qū)獲得裂解型張巖溝大陸雙峰式火山巖系中變流紋巖的年齡為728 ±10Ma[55]。 在揚(yáng)子板塊西北緣的碧口微地塊及龍門山構(gòu)造帶,裴先治等對(duì)轎子頂穹隆核部的過(guò)鋁質(zhì)花崗巖類進(jìn)行研究,獲得其年齡為 792 ± 11Ma、793 ± 11Ma,認(rèn)為其形成于同碰撞向碰撞后伸展環(huán)境的轉(zhuǎn)化階段[57],李佐臣等在劉家坪地區(qū)獲得大灘花崗巖年齡為806±19Ma,認(rèn)為其屬于后造山花崗巖,標(biāo)志著該區(qū)開(kāi)始從同碰撞向碰撞后伸展環(huán)境的轉(zhuǎn)化[26]。 揚(yáng)子板塊北緣漢南地區(qū)的五堵門復(fù)式花崗巖體英云閃長(zhǎng)巖(764 ± 12 ～ 789 ± 10Ma)、花崗閃長(zhǎng)巖(735 ±8Ma),羅家壩基性巖體輝長(zhǎng)巖(746 ±4Ma),望江山巖體輝長(zhǎng)巖(808 ±14Ma),西鄉(xiāng)地區(qū)正長(zhǎng)花崗巖(707 ±20Ma)、喜神壩地區(qū)二長(zhǎng)花崗巖(706 ±9Ma)構(gòu)造環(huán)境也均指示裂解背景[58-60,68,71,74]。 此外,揚(yáng)子板塊東部和西部均存在大規(guī)模的新元古代花崗質(zhì)巖漿活動(dòng),碎屑鋯石年齡譜存在一個(gè)大致為810Ma 的顯著峰值[80],為統(tǒng)一裂解機(jī)制形成[26]。而南秦嶺地區(qū)發(fā)育640 ～630Ma 鎂鐵—超鎂鐵質(zhì)巖體被認(rèn)為是裂解過(guò)程最晚期的產(chǎn)物[81-84]。 以上研究都支持了上述地區(qū)新元古代早中期至晚期由匯聚背景到裂解背景轉(zhuǎn)變的觀點(diǎn),其時(shí)限大致在810Ma 左右。

在新元古代晚期伸展背景下,碧口微地塊及周緣也存在大量沉積記錄,如徐通等在康縣碾壩南和味石溝出露的南華系關(guān)家溝組淺變質(zhì)沉積地層中獲得碎屑鋯石年齡集中在861 ～678Ma 和877 ～718Ma,認(rèn)為其為一套南華紀(jì)裂谷環(huán)境的濁流沉積[33]。 蘇朕國(guó)等在略陽(yáng)火神廟地區(qū)關(guān)家溝組變質(zhì)沉積巖系中獲得的碎屑鋯石年齡介于932 ～723Ma,峰值年齡為838Ma,認(rèn)為其沉積時(shí)代應(yīng)不早于南華紀(jì),同為裂谷環(huán)境的沉積[37]。 弓晨等在略陽(yáng)三岔子—金家河地區(qū)含礫千枚巖中獲得的碎屑鋯石年齡介于966 ～678Ma,峰值年齡為837Ma,認(rèn)為其沉積事件對(duì)應(yīng)于新元古代中晚期勉略構(gòu)造帶及揚(yáng)子地塊西北緣后碰撞-裂解階段,為勉略構(gòu)造帶新元古代中晚期陸內(nèi)裂谷沉積[36]。 紅巖溝地區(qū)南華系上部含礫巖系與上述地層具有較好的對(duì)比性,碎屑鋯石年齡譜特征也具有一致性。 本次獲得最年輕的碎屑鋯石年齡為750Ma,結(jié)合區(qū)域構(gòu)造演化及前人對(duì)該區(qū)沉積地層的研究,紅巖溝地區(qū)南華系上部含礫巖系沉積事件可能對(duì)應(yīng)了新元古代中晚期( ～810Ma)碧口微地塊及揚(yáng)子板塊西北緣地區(qū)后碰撞-裂解階段,應(yīng)為邊緣裂谷環(huán)境中的沉積蓋層。

5 結(jié)論

(1)碧口微地塊東部紅巖溝地區(qū)上部含礫巖系中的長(zhǎng)石砂巖碎屑鋯石樣品中最年輕的碎屑鋯石年齡為750Ma,根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料,并結(jié)合地層序列中的層位關(guān)系,紅巖溝地區(qū)上部含礫巖系形成時(shí)代可能為晚南華世。

(2)紅巖溝地區(qū)南華系上部含礫巖系中長(zhǎng)石砂巖碎屑鋯石同位素年齡可分為兩組:①新元古代晚期年齡19 顆,為750 ～800Ma,占總數(shù)的28%,峰值年齡為795Ma。 ②新元古代早中期年齡50 顆,為820 ～920Ma,占總數(shù)的72%,表現(xiàn)明顯峰值,峰值年齡為850Ma。 綜合研究認(rèn)為碧口微地塊內(nèi)部和揚(yáng)子板塊西北緣漢南-米倉(cāng)山微地塊、后龍門山造山帶的中酸性巖漿巖為南華系上部含礫巖系提供了大量的碎屑物質(zhì),為該地層的主要物源區(qū)。 此外,勉略構(gòu)造帶出露的火成巖可能也提供了少量的碎屑物質(zhì)。

(3)紅巖溝地區(qū)南華系上部含礫巖系沉積事件可能對(duì)應(yīng)了新元古代中晚期( ～810Ma)碧口微地塊及揚(yáng)子板塊西北緣地區(qū)后碰撞-裂解階段,應(yīng)為邊緣裂谷環(huán)境的沉積蓋層。

致謝:審稿專家和編委對(duì)稿件提出了建設(shè)性修改意見(jiàn),對(duì)提高文章質(zhì)量起了重要作用,作者表示衷心的感謝!