海南島抱板雜巖記錄的多期構造熱事件:鋯石和獨居石U-Pb年代學的制約*

陳龍耀 劉曉春 胡娟 夏蒙蒙 韓建恩

1.中國地質科學院地質力學研究所,北京 100081 2.自然資源部古地磁與古構造重建重點實驗室,北京 100081

海南島位于歐亞板塊、印度板塊和太平洋板塊的交接部位,受古特提斯構造域和古太平洋構造域兩大地球動力學系統(tǒng)的雙重影響,具有復雜的地質構造演化歷史。自20世紀80年代以來,不同學者和研究團隊對海南島中元古代到晚古生代-新生代構造演化開展了大量的研究工作,并取得了一系列重要的研究成果(Shui,1987; Hsüetal.,1990; Fangetal.,1992; Metcalfe,1996; Lietal.,2002,2006; Xuetal.,2007,2008,2015,2017; Huangetal.,2012; Jiangetal.,2015; Heetal.,2018a,b,2020; Yaoetal.,2017; Zouetal.,2017; Shenetal.,2018; Zhangetal.,2018,2019,2020; Xuetal.,2020; Liuetal.,2021; Zhouetal.,2021; Xiaetal.,2022)。然而,有關海南島大地構造單元劃分和各單元的構造屬性仍然存在較大的爭議(楊樹鋒等,1989; Hsüetal.,1990; Metcalfeetal.,1993; 李獻華等,2000; 丁式江等,2002;Lietal.,2002a; Liuetal.,2006)。楊樹鋒等(1989)以九所-陵水斷裂為界,將海南島劃分為北部瓊中地體和南部崖縣地體,二者均來源于岡瓦納古陸;Hsüetal.(1990)和Chenetal.(1992)以“石碌混雜巖”為界,將海南島劃分為北部和南部地體,北部劃歸于華南陸塊,南部劃歸東南亞陸塊;Metcalfeetal.(1993)以白沙斷裂為界將海南島分為瓊西北和瓊東南地體,并認為二者都具有岡瓦納陸塊的屬性;李獻華等 (2000)和Lietal.(2002a)以邦溪-晨星構造帶為界劃分為南北兩個地體,其北側屬于華南陸塊,南側屬于印支陸塊,且這一認識已被大多數學者所接受(許德如等,2006; Xuetal.,2008; Cai and Zhang,2009; Zhangetal.,2011; Faureetal.,2016,2017; Heetal.,2018a,b,2020; Wangetal.,2018)。最近,基于海南島東北部木欄頭變質雜巖的厘定,劉曉春等 (2022)將海南島重新劃分為北部瓊北構造混雜巖帶和南部瓊南地體,并認為海南地體屬于印支陸塊的一部分。本文傾向于瓊北構造混雜巖帶和瓊南地體的劃分方案。

抱板雜巖(抱板群)是目前海南島發(fā)現的最古老的前寒武紀結晶基底,經歷了多期構造熱事件的改造,是研究海南島大地構造屬性的重要窗口。年代學研究資料表明,抱板雜巖主要由1.55Ga花崗質片麻巖、1.55～1.35Ga的變質沉積巖和1.46～1.43Ga的雙峰式巖漿巖組成(Lietal.,2002a; Yaoetal.,2017; Zhangetal.,2018,2019; Xuetal.,2020)。其中,變質沉積巖和雙峰式巖漿巖與勞亞古陸西部的Belt-Purcell Supergroup具有相似的碎屑鋯石年齡譜圖和地球化學特征(Anderson and Davis,1995; Lietal.,2008; Rossetal.,1992; Yaoetal.,2017; Zhangetal.,2018,2019),表明海南島與勞亞古陸西部在努娜/哥倫比亞超大陸重建中可能是相連的(Lietal.,2008; Yaoetal.,2017; Zhangetal.,2018,2019; Xuetal.,2020)。變質鋯石年齡結果顯示,抱板雜巖經歷了格林維爾期(1.3～0.9Ga)的變質,可能與羅迪尼亞超大陸的拼合有關(Yaoetal.,2017; Xuetal.,2020)。最近,Zhangetal.(2022)首次報道了抱板雜巖中早古生代角閃巖相變質事件,并認為這一事件與東岡瓦納古陸北緣的增生造山作用有關。此外,白云母40Ar/39Ar年齡顯示抱板雜巖還經歷了三疊紀構造熱事件的改造(Zhangetal.,2011)。由此可以看出,抱板雜巖記錄了多期次構造熱事件,這些構造熱事件對探究海南島基底形成、演化與構造歸屬等具有重要的指示意義。本文在總結已有研究資料的基礎上,通過抱板雜巖新的鋯石和獨居石年代學數據,探討海南島抱板雜巖所經歷的多期構造熱事件及其所代表的構造含義,并通過與相鄰陸塊的對比,討論海南島的大地構造屬性。

1 區(qū)域地質背景

海南島地處南海西北部,北以瓊州海峽與華南陸塊相隔,西以北部灣與印支陸塊相望,主要出露有前寒武紀結晶基底、古生代地層、中新生代地層和不同時代的花崗質巖石(圖1)。前寒武紀結晶基底主要出露于海南島西南部(圖1),由中元古代抱板群(本文稱之為抱板雜巖)、石碌群和石灰頂組構成。其中抱板雜巖的主要巖性為經歷角閃巖相變質的巖漿巖和沉積巖,原巖時代約1.55～1.30Ga;石碌群是經歷綠片巖相變質的沉積巖和火山巖,原巖時代約為1.44～1.07Ga;石灰頂組由石英巖和石英片巖組成,原巖時代約0.97Ga,角度不整合于石碌群之上(地質礦產部宜昌地質礦產研究所和海南省地質礦產局,1991a; 馬大銓等,1998; Lietal.,2002b,2008; Wangetal.,2015; 海南省地質調查院,2017; Yaoetal.,2017; Zouetal.,2017; Zhangetal.,2019; Xuetal.,2020)。古生代地層廣泛分布于海南島的中西部(圖1),主要由砂巖、粉砂巖、頁巖和少量礫巖、硅質巖、灰?guī)r、白云巖夾層組成,經歷了低級變質作用的改造(地質礦產部宜昌地質礦產研究所和海南省地質礦產局,1991a; 海南省地質調查院,2017; 張立敏等,2017),其中出露于海南島中部邦溪和晨星地區(qū)的石炭系中還含有豐富的變質玄武巖和流紋巖夾層(夏邦棟等,1991a,b; Zhouetal.,2015; Lietal.,2018)。中生代地層主要是出露于幾個陸相盆地中的白堊紀紅層,由河湖相碎屑沉積巖組成,夾有少量火山巖(地質礦產部宜昌地質礦產研究所和海南省地質礦產局,1991a; 海南省地質調查院,2017; Jiangetal.,2015)?；◢徺|巖石在海南島廣泛出露,其面積約占全島的40%,其中約60%為晚二疊世-三疊紀(約270～230Ma)花崗巖,其它為侏羅紀和白堊紀(約150～70Ma)花崗巖(地質礦產部宜昌地質礦產研究所和海南省地質礦產局,1991b; Lietal.,2006; 陳新躍等,2011; 溫淑女等,2013; Wangetal.,2012; Jiang and Li,2014; Yanetal.,2017; Shenetal.,2018; Heetal.,2020; 呂方等,2023)。構造上,海南島發(fā)育東西向和北東向兩組斷裂體系,東西向斷裂由北向南依次發(fā)育王五-文教、昌江-瓊海、尖峰-吊羅和九所-陵水斷裂,北東向斷裂由東向西發(fā)育白沙和戈枕斷裂(圖1)(廣東省地質礦產局,1988; 地質礦產部宜昌地質礦產研究所和海南省地質礦產局,1991c; Metcalfeetal.,1993; Metcalfe,1996)。

圖1 海南島地質簡圖(據廣東省地質礦產局,1988; Shen et al.,2018修改)

抱板雜巖主要出露于白沙斷裂以西昌江-東方的抱板地區(qū)、大蟹嶺地區(qū)、五指山地區(qū)、樂東的沖卒嶺地區(qū)和瓊東北的木欄頭地區(qū)(俞受鋆等,1992; 馬大銓等,1988; Lietal.,2002b,2008; Yaoetal.,2017; Zhangetal.,2018,2019; Xuetal.,2020; 呂方等,2023; 劉曉春等,2022),而之前在瓊中的上安地區(qū)和屯昌-定安的黃竹嶺地區(qū)劃定的抱板雜巖已被否定(李孫雄等,2016; 高維等,2022; 龍文國等,2022)。抱板雜巖具有復雜的巖石組成,主要包括中元古代的片麻狀花崗巖、變質沉積巖和雙峰式巖漿巖(Lietal.,2002b; Yaoetal.,2017; Zhangetal.,2018,2019; Xuetal.,2020)。其中,片麻狀花崗巖的原巖時代約為1.55Ga;變質沉積巖沉積時代約為1.55～1.35Ga,碎屑鋯石主要峰值年齡為1.78～1.72Ga、1.45Ga和2.60Ga;雙峰式巖漿巖的形成時代為1.46～1.43Ga,地球化學特征顯示大陸裂谷成因特征。變質鋯石和獨居石年齡指示,這套巖石組合經歷了格林維爾期(1300～900Ma)變質事件的改造,但精確的變質時代和變質條件是不明確的。最近,Zhangetal.(2022)報道抱板雜巖經歷了早古生代角閃巖相的變質,變質P-T條件為650～715℃和0.86～0.91GPa,變質時代約為460Ma,并認為這一早古生代變質事件與東岡瓦納古陸北緣的增生造山作用有關。

2 樣品和分析方法

2.1 采樣位置和巖石學特征

本文聚焦海南島樂東沖卒嶺地區(qū),該區(qū)域是抱板雜巖最具代表性的露頭之一,出露的巖石主要為片麻狀花崗巖、二云斜長片麻巖、黑云斜長片麻巖、石英片巖和云母片巖,夾透鏡狀斜長角閃巖,并被不同寬度的偉晶巖脈順層或穿層侵入,部分偉晶巖脈明顯隨片麻巖又一同發(fā)生了變形(圖2)。為了詳細了解沖卒嶺地區(qū)抱板雜巖的原巖和變質時代信息,我們對2件副片麻巖(樣品BB29-5和BB28-1)、1件斜長角閃巖(樣品BB29-1)和3件偉晶巖脈(樣品BB28-2、BB29-2和BB29-8)開展了LA-ICP-MS鋯石和獨居石U-Pb定年,這些樣品的具體位置、礦物組合特征及年齡結果見表1。

表1 抱板雜巖定年樣品的具體位置、巖性、礦物組合及年齡

圖2 抱板雜巖中變質沉積巖、斜長角閃巖和偉晶巖脈野外產狀

樣品BB29-5為二云斜長片麻巖(圖2a),呈薄層狀,有多條偉晶巖脈順層或穿層侵入,寬者寬度達1m,片麻狀構造,中粒粒狀變晶結構,主要礦物組成為黑云母(10%)、白云母(20%)、斜長石(40%)和石英(20%)和少量不透明礦物(5%),副礦物有電氣石、鋯石和獨居石(圖3a)。樣品BB28-1為二云斜長片麻巖(圖2b),呈薄層狀,發(fā)育多條<10cm寬的順層偉晶巖條帶。片麻狀構造,中粒粒狀變晶結構,主要由黑云母(5%)、白云母(20%)、斜長石(35%)和石英(30%)和少量不透明礦物(5%)組成,副礦物有電氣石、鋯石和獨居石(圖3b)。樣品BB29-1為灰黑色角閃巖,呈大的透鏡體產于薄層狀黑云斜長片麻巖中(圖2c),主要由角閃石(90%)和斜長石(10%)組成(圖3c),含少量石英和不透明礦物。

圖3 抱板雜巖中變質沉積巖、斜長角閃巖和偉晶巖脈顯微照片

樣品BB28-2、BB29-2和BB29-8均為偉晶巖脈,呈脈狀或網狀侵入于副片麻巖和角閃巖中(圖2d,e),新鮮色為灰白色,塊狀-弱片麻狀構造,主要礦物組成為白云母、鉀長石、斜長石和石英(圖3d),局部可見放射狀電氣石聚集。樣品BB28-2和BB29-8為變質沉積巖中發(fā)育的偉晶巖脈,樣品BB29-2為角閃巖中發(fā)育的偉晶巖脈。

2.2 分析方法

鋯石和獨居石U-Pb同位素定年和微量元素分析在武漢上譜分析科技有限責任公司LA-ICP-MS上完成。詳細的儀器參數和分析流程見Huetal.(2008)和Zongetal.(2017)。GeolasPro激光剝蝕系統(tǒng)由COMPexPro 102 ArF 193nm準分子激光器和MicroLas光學系統(tǒng)組成,ICP-MS型號為Agilent 7700e。激光剝蝕過程中采用氦氣作載氣、氬氣為補償氣以調節(jié)靈敏度,二者在進入ICP之前通過一個T型接頭混合,激光剝蝕系統(tǒng)配置有信號平滑裝置。分析的激光束斑和頻率,鋯石分別是24μm和5Hz,獨居石為16μm和2Hz。U-Pb同位素定年和微量元素分析、處理中采用鋯石標準91500、獨居石標準物質44069和玻璃標準物質NIST610作外標進行分餾校正。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-Pb同位素比值和年齡計算)采用軟件ICPMSDataCal(Liuetal.,2008,2010)完成。鋯石和獨居石樣品的U-Pb年齡諧和圖繪制和年齡加權平均計算采用Isoplot/Ex_ver3(Ludwig,2003)完成,加權平均或交點年齡的誤差為95%置信度。在碎屑鋯石年齡的統(tǒng)計分析中,≥1000Ma使用207Pb/206Pb年齡,<1000Ma使用206Pb/238U年齡。

3 分析結果

3.1 鋯石U-Pb定年和微量元素分析結果

二云斜長片麻巖(樣品BB29-5)中鋯石呈橢圓形至短柱狀,其長軸約40～120μm。陰極發(fā)光圖像表明,鋯石具有核-邊結構,核部多具振蕩環(huán)帶,少數具有扇形環(huán)帶或呈均勻的灰色(圖4a);邊部呈暗灰色,不具成分環(huán)帶或發(fā)育冷杉樹分帶,一般狹窄且不連續(xù)(圖4a)。此樣品共分析125點(表2),其中振蕩環(huán)帶核部120點,暗灰色邊部5點。核部120個測點諧和度均>90%,給出的207Pb/206Pb年齡范圍從2784±46Ma到1406±97Ma,其中一個主要峰值年齡約為1785Ma,一個次要峰值年齡為2590Ma(圖5a);此外,4個最年輕的年齡組給出的207Pb/206Pb加權平均年齡為1529±69Ma(MSWD=0.69),代表該樣品的最大沉積年齡。5個邊部測點給出一組年齡,從1250±14Ma(207Pb/206Pb年齡)到925±10Ma(206Pb/238U年齡)(圖5a)。鋯石核部表現為陡峭的重稀土配分模式,強烈的正Ce異常,中等的負Eu異常,高的Th/U比值(0.16～1.28)(圖5b、電子版附表1)。相較于鋯石核部,鋯石邊部具有不同的稀土配分模式,重稀土分異更明顯,中等的正Ce異常以及更低的Th/U比值(0.005～0.016)(圖5b、附表1)。

表2 抱板雜巖中變質沉積巖和斜長角閃巖鋯石LA-ICP-MS U-Pb分析結果

圖4 副片麻巖、角閃巖和偉晶巖脈中代表性鋯石CL圖像和獨居石BSE圖像

圖5 副片麻巖和角閃巖中鋯石U-Pb諧和圖和球粒隕石標準化稀土元素配分圖(標準化值據Sun and McDonough,1989)

二云斜長片麻巖(樣品BB28-1)中的鋯石大部分呈橢圓形,少數呈柱狀或圓形,粒徑50～100μm。陰極發(fā)光圖像表明,所有顆粒具有明顯的核-邊結構,核部有兩種結構,第一種呈灰色,發(fā)育振蕩環(huán)帶,第二種呈亮色或暗色,均勻發(fā)光或具不清晰的振蕩環(huán)帶,整體上核部顯示碎屑鋯石的特征(圖4b);邊部呈灰色,一般較窄且不連續(xù),個別較寬,具有扇形或冷杉樹狀成分分帶(圖4b)。本次研究主要對鋯石邊部分析了16個點(表2)。其中,15個測點給出一組年齡,從1235±60Ma(207Pb/206Pb年齡)到975±10Ma(206Pb/238U年齡),另外1個測點給出單點年齡為233±3Ma(圖5c)。第一組15個測點的鋯石表現為陡峭的重稀土配分模式,弱負Eu異常和低的Th/U比值(0.003～0.090)(圖5d、附表1)。另外1個單獨測點的鋯石表現為平坦的重稀土配分模式,中等的正Ce異常和負Eu異常,更高的Th/U比值(0.13)(圖5d、附表1)。

角閃巖(樣品BB29-1)中鋯石多呈柱狀,少數呈橢圓形,長軸60～150μm。陰極發(fā)光圖像表明,鋯石內部結構復雜,可見核-邊或核-幔-邊結構,核部呈灰-暗灰色,多發(fā)育寬緩的條帶狀成分環(huán)帶;幔部呈灰色,具有弱韻律、扇形或冷杉樹狀成分分帶;邊部較窄呈亮白色,發(fā)育于所有的鋯石顆粒上(圖4c)。此樣品共分析29點(表2),其中核部24點,灰色幔部5個點,白色邊部因太窄而無法分析。核部24個測點諧和度>90%,去除1個較年輕測點后(可能是后期變質過程中造成同位素部分重設),剩余23個測點給出的207Pb/206Pb加權平均年齡為1460±23Ma(MSWD=0.41)(圖5e)。5個灰色幔部測點給出兩組年齡,其中3個點的年齡變化于1367～1298Ma(207Pb/206Pb年齡),另外2個分析點的年齡為954±9Ma和913±10Ma(206Pb/238U年齡)(圖5e)。鋯石核部表現為略微平坦的重稀土配分模式,中等強度正Ce異常和弱的負Eu異常,高的Th/U比值(0.529～1.159)(圖5f、附表1)。3個較老年齡的幔部具有與鋯石核部相似的稀土配分曲線,而2個年輕的幔部具有更低的REE總量、更弱的Ce和Eu異常,以及更低的Th/U比值(<0.01)(圖5f、附表1)。

3.2 獨居石U-Pb定年和微量元素分析結果

二云斜長片麻巖(樣品BB29-5)中獨居石多呈他形渾圓狀,個別呈半自形粒狀,粒徑50～100μm。背散射(BSE)圖像顯示,主體無環(huán)帶結構,發(fā)光均勻呈灰色,個別顆粒邊部出現晶棱圓化和港灣狀結構,少數顆粒含大量的礦物包體(圖4d)。此樣品共分析24點(表3),均位于均勻灰色部位,去除3個較年輕測點后,剩余21個測點給出的207Pb/206Pb加權平均年齡為1332±13Ma(MSWD=1.2)(圖6a,b)。稀土元素配分模式圖表現為輕稀土富集,重稀土虧損,并具有明顯的負Eu異常(圖6g)。Th元素含量為(24416×10-6～45922×10-6),Y元素含量為(10949×10-6～15922×10-6)(電子版附表2)。

表3 抱板雜巖中變質沉積巖和偉晶巖脈中獨居石LA-ICP-MS U-Pb分析結果

二云斜長片麻巖(樣品BB28-1)中的獨居石呈半自形至他形粒狀,粒徑100～150μm。BSE圖像顯示,多數顆粒無環(huán)帶結構,發(fā)光均勻呈暗灰色,少量顆粒局部顯示灰色,多數顆粒含大量的礦物包體,少數不含包體的顆粒自形程度相對較好(圖4e)。此樣品共分析了21點(表3),均位于均勻暗灰色部位,21個測點給出的206Pb/238U加權平均年齡為459±2Ma(MSWD=2.9)(圖6c)。稀土元素配分模式圖表現為輕稀土富集,重稀土虧損,并具有明顯的負Eu異常(圖6g)。Th元素含量為(30710×10-6～47488×10-6),Y元素含量為(10117×10-6～21029×10-6)(附表2)。

偉晶巖脈(樣品BB28-2)中獨居石多呈他形粒狀,個別呈半自形粒狀,粒徑80～150μm。BSE圖像顯示主體呈灰色,多數顆粒含大量的礦物包體,出現晶棱圓化和港灣狀結構,少數半自形顆粒呈均勻灰色,含礦物包體較少(圖4f)。此樣品共分析15點(表3),均位于均勻灰色部分,15個測點給出的206Pb/238U加權平均年齡為442±2Ma(MSWD=1.5)(圖6d)。稀土元素配分模式圖表現為輕稀土富集,重稀土相對虧損,并具有強烈的負Eu異常(圖6h)。Th元素含量為(32831×10-6～55803×10-6),Y元素含量為(16118×10-6～23111×10-6)(附表2)。

偉晶巖脈(樣品BB29-2)中的獨居石呈自形-半自形,棱角狀或短柱狀,粒徑100～150μm。背散射圖像顯示三種結構,第一種呈均勻灰色,第二種呈均勻亮白色,第三種呈灰色和亮白色交織產出(圖4g)。此樣品共分析了24點(表3),其中灰色部位15點,亮白色部位9點。然而,兩種部位給出的年齡數據不可區(qū)分,去除1個最老年齡測點后,剩余23個測點給出的206Pb/238U加權平均年齡為440±2Ma(MSWD=2.1)(圖6e)?；疑莫毦邮憩F為輕稀土富集,重稀土虧損,具有強烈的負Eu異常(圖6h),Th元素含量為(28868×10-6～52884×10-6),Y元素含量為(16115×10-6～30774×10-6)。配分曲線模式相似于BB28-2中的獨居石。相較于灰色獨居石,亮白色獨居石具有更加虧損的重稀土,更強烈的負Eu異常(圖6h),更高的Th含量(60941×10-6～101596×10-6),更低的Y含量(297×10-6～1920×10-6)(附表2)。

偉晶巖脈(樣品BB29-8)中的獨居石多呈他形粒狀,個別呈半自形粒狀,粒徑80～120μm。背散射圖像顯示,大多數獨居石包含兩個不同的發(fā)光域(暗灰色和灰色),部分顆粒呈均勻暗灰色,多數顆粒含大量礦物包體(圖4h)。此樣品共分析15點(表3),其中灰色部位6點,暗灰色部位9點。兩個部位給出的年齡數據區(qū)別不開,去除1個最年輕測點后,剩余14個測點給出的206Pb/238U加權平均年齡為442±3Ma(MSWD=2.0)(圖6f)。稀土元素配分模式圖顯示,不同發(fā)光域均表現為輕稀土富集,重稀土相對虧損,并具有強烈的負Eu異常(圖6h),相似于樣品BB28-2中的獨居石。這些獨居石的Th元素含量為(45956×10-6～87371×10-6),Y元素含量為(17066×10-6～24201×10-6)(附表2)。

4 討論

4.1 鋯石和獨居石年代學解釋

通過鋯石和獨居石U-Pb定年,本次樣品獲得了多期年齡,下文將依據鋯石、獨居石內部結構、測點位置和微量元素特征對這些不同的年齡進行地質學解釋。

副片麻巖(樣品BB29-5和樣品BB28-1)中保留有大量原巖沉積巖的碎屑鋯石,以核-邊結構中核的形式存在。這些碎屑鋯石成因復雜,多具有明顯的振蕩環(huán)帶,陡峭的重稀土配分模式,中等負Eu異常,Th/U比值較高(均大于0.01),這些特征皆指示其為巖漿成因(Rubatto and Gebauer,2000)。這樣,最年輕的碎屑鋯石年齡可以限定原巖沉積巖最大沉積年齡。樣品BB29-5鋯石核部給出的最年輕的峰值年齡約1530Ma,代表了其最大沉積時代。2個主要峰值年齡1785Ma和2590Ma代表了其主要物源的時代,這一結果與前人對抱板群變質沉積巖中碎屑鋯石的定年結果是一致的(Yaoetal.,2017; Xuetal.,2020; Zhangetal.,2022)。樣品BB29-5和樣品BB28-1中鋯石邊部具有更陡傾的重稀土配分模式,中等的負Eu異常。CL圖像揭示的內部特征和低的Th/U比值(均小于0.01),指示鋯石邊部為變質成因(Rubatto and Gebauer,2000),因此,獲得的年齡(1250～925Ma)應代表了這些變質巖的變質時代。此外,樣品BB28-1中一顆鋯石變質邊具有平坦的重稀土配分模式和略高的Th/U比值(0.13),獲得的單點年齡(233±3Ma)表明該樣品經歷了三疊紀構造熱事件的疊加改造。變質基性巖(樣品BB29-1)中的鋯石具有核-幔-邊結構,核部發(fā)育寬緩的振蕩環(huán)帶,弱的負Eu異常,高的Th/U比值(0.53～1.16),表明核部為巖漿成因(Rubatto and Gebauer,2000)。因此,鋯石核部獲得的加權平均年齡1460±23Ma,代表了變質基性巖的原巖時代,這與前人測定的變質基性巖原巖時代(1460～1420Ma)是一致的(Yaoetal.,2017; Zhangetal.,2018,2019; Xuetal.,2020)。3個鋯石幔部具有與核部相似的稀土元素配分曲線和高的Th/U比值(0.37～0.80),且它們的年齡(1367～1298Ma)也接近原巖年齡。這3個分析點很有可能是因為激光剝蝕溶入了深部的繼承核,即分析結果是核與幔的混合物。兩外2個分析點的稀土含量很低,明顯不同于核部,且它們具有極低的Th/U比值(均小于0.01),指示其為變質成因(Rubatto and Gebauer,2000),因此,這2個年齡(954～913Ma)代表了該巖石的變質時代,與副片麻巖的變質時代一致,表明抱板雜巖都經歷了格林維爾期變質事件的改造。

副片麻巖(樣品BB29-5和樣品BB28-1)中的獨居石無環(huán)帶結構,輕稀土富集,重稀土虧損,具有明顯的負Eu異常,Th和Y含量較高,上述特征表明獨居石為變質成因(梁曉等,2022)。因此,樣品BB29-5和樣品BB28-1獲得的獨居石加權平均年齡1332±13Ma和459±2Ma,表明這些副片麻巖經歷了中元古代和早古生代構造熱事件的改造。值得注意的是,樣品BB28-1的獨居石和鋯石給出了不一致的變質年齡,表明疊加在格林維爾期變質事件之上的早古生代變質事件并未導致鋯石U-Pb體系的重設或者新的鋯石增生邊的生長。造成這種現象的主要原因可能是,早古生代的變質級別與格林維爾期的變質級別相近,均為角閃巖相,這種情況下,早古生代變質期間鋯石很難再生長,難以形成可用于測年的增生邊。但是,在其他因素如強烈的變形作用和流體流動的影響下,部分巖石可能會發(fā)生鋯石同位素年齡的重設,如Zhangetal.(2022)在樣品19HN-5中獲得了早古生代的變質鋯石年齡。本文樣品BB29-1中變質幔部外生長的變質邊,其年齡可能為早古生代,但由于太窄無法測試。獨居石由于其具有更低的封閉溫度,更容易記錄中-低溫地質事件,因此,該地區(qū)早古生代變質年齡多來自于變質獨居石(Xuetal.,2015,2020)。偉晶巖脈中(樣品BB28-2、樣品BB29-2和樣品BB29-8)中的獨居石主體表現為輕稀土富集,重稀土虧損,并具有強烈的負Eu異常,Th和Y含量較高,上述特征皆指示其為巖漿獨居石(梁曉等,2022)。因此,偉晶巖脈中獨居石給出的年齡約440Ma代表了偉晶巖脈的形成時代,為同一期構造熱事件的產物。

4.2 抱板雜巖的再活化及多期構造熱事件

本文的鋯石和獨居石U-Pb定年表明,抱板雜巖經歷格林維爾期、早古生代和三疊紀等多期構造熱事件的改造。副片麻巖和角閃巖中變質鋯石生長邊給出的年齡范圍為1250～925Ma,副片麻巖中變質獨居石給出的加權平均年齡為1332±13Ma,這些年齡與前人報道的抱板雜巖變質鋯石和獨居石年齡(1371～1137Ma,Lietal.,2002,2008b; Wangetal.,2015; Yaoetal.,2017; Zhangetal.,2018,2022; Xuetal.,2020)相一致。這些中元古代-新元古代早期的變質年齡表明抱板雜巖普遍經歷了格林維爾期變質事件的改造,且這一變質事件被廣泛認為與羅迪尼亞超大陸的聚合有關。Zhangetal.(2022)運用鋯石Ti溫度計計算了這些變質鋯石形成的溫度范圍為590～850℃,指示了中-高級變質作用。然而,由于早古生代變質事件以及后期構造作用的疊加改造,這一格林維爾期變質事件確切的變質時代和P-T演化并未得到很好的限定,還需開展進一步的研究。

抱板雜巖中早古生代變質事件的記錄之前并未引起足夠的重視,盡管前人已在抱板雜巖和石碌群中零星報道了500～450Ma的變質獨居石年齡(Xuetal.,2015,2020)。最近,Zhangetal.(2022)運用SIMS定年首次在抱板雜巖中識別出約460Ma的變質鋯石年齡,并由此確定抱板雜巖經歷了早古生代變質事件的改造。本文在副片麻巖發(fā)現了形成于459±2Ma的變質獨居石,且在3個偉晶巖脈中也識別出形成于約440Ma的巖漿獨居石,這些變質-巖漿年齡進一步證實抱板雜巖經歷了早古生代構造熱事件的影響。Zhangetal.(2022)將這一變質事件與區(qū)域上羌塘陸塊、印支陸塊、拉薩陸塊、華南陸塊中的同時期構造熱事件進行了對比研究,并認為這一早古生代變質事件與東岡瓦納古陸北緣的增生造山作用有關。與此同時,海南島北部邦溪-屯昌地區(qū)發(fā)育的早古生代巖漿事件也印證了這一推論。這些早古生代巖漿巖主要包括460～430Ma的安山巖、具N-MORB性質的變玄武巖和具E-MORB性質的變玄武巖(Zhouetal.,2021)。地球化學和Sr-Nd同位素特征表明,它們形成于島弧構造環(huán)境,與岡瓦納北緣原特提斯洋的俯沖有關(Zhouetal.,2021)。

整個海南島普遍經歷了晚二疊世-三疊紀巖漿、變質和變形事件。巖漿作用表現為遍布全島的256～252Ma片麻狀花崗巖、247～244Ma塊狀花崗巖和242～225Ma塊狀花崗巖,巖石地球化學示蹤揭示,這三期巖漿作用分別形成于俯沖、碰撞和碰撞后伸展的構造環(huán)境,與印支陸塊與華南陸塊的拼合密切相關(Yanetal.,2017; Heetal.,2018a,2020)。變質作用表現為瓊北木欄頭變質雜巖中角閃巖相變質和瓊中吊羅山地區(qū)角閃巖相-麻粒巖相變質,其中木欄頭變質雜巖中變質鋯石和獨居石的U-Pb年齡為253-237Ma(劉曉春等,2022; Huetal.,2022),吊羅山麻粒巖變質作用時代為237±2Ma(高維等,2022)。最近,我們對邦溪-晨星地區(qū)的淺變質巖石開展了初步的同位素年代學工作,在變玄武巖中獲得了榍石U-Pb年齡268～260Ma,在變泥質巖中獲得了獨居石U-Pb年齡252±1Ma,黑云母40Ar/39Ar年齡230±2Ma(作者,未發(fā)表資料),表明邦溪-晨星地區(qū)石炭紀地層的綠片巖相變質作用也發(fā)生在二疊-三疊紀。變形作用主要表現為北西西向和北東向兩組韌性剪切帶的發(fā)育,其中北西西向韌性剪切帶的白云母40Ar/39Ar年齡為250～242Ma,而北東向韌性剪切帶的白云母、黑云母和絹云母40Ar/39Ar年齡為230～190Ma(陳新躍等,2006; Zhangetal.,2011)。本文二云斜長片麻巖中鋯石的變質生長邊給出了1個單點變質年齡為233±3Ma,這一年齡與抱板雜巖中白云母40Ar/39Ar年齡相似,表明抱板雜巖也遭受了區(qū)域性晚二疊世-三疊紀構造熱事件的影響。我們最新的研究結果顯示,印支陸塊與華南陸塊碰撞拼合的古特提斯縫合帶(即金沙江-哀牢山-馬江縫合帶的東延)位于木欄頭變質雜巖的北部,大致相當于現今瓊州海峽斷裂的位置(劉曉春等,2021,2022; Huetal.,2022),因此,抱板雜巖中記錄的三疊紀變質和變形作用可能是這一碰撞造山事件的遠程響應。

4.3 海南島大地構造歸屬

關于海南島的大地構造屬性一直處于爭論之中,主要在于海南島大地構造劃分存在較大的分歧。現階段較流行的劃分方案是南北兩分法,以邦溪-晨星構造帶或九所-陵水斷裂為界,北側屬于華南陸塊,南側屬于印支陸塊(楊樹鋒等,1989; Hsüetal.,1990; Chenetal.,1992; 李獻華等,2000; Lietal.,2002a)。南北兩分的主要依據是,斷裂的發(fā)育以及南北地塊物質組成特別是前寒武紀基底的差別。例如,以邦溪-晨星構造帶為南北構造邊界,一個主要的依據是中元古代基底巖石(抱板雜巖)主要發(fā)育在構造帶以南。最近,劉曉春等 (2022)在海南島東北部木欄頭地區(qū)識別出中元古代的花崗質片麻巖和變質沉積巖,證實中元古代結晶基底(抱板雜巖)可延伸至邦溪-晨星構造帶和昌江-瓊海斷裂以北。因此,以邦溪-晨星構造帶或昌江-瓊海斷裂作為南北構造邊界將失去基礎依據。最近,基于潮灘鼻榴輝巖和木欄頭變質雜巖的厘定,劉曉春等 (2022)將海南島大致以昌江-瓊海斷裂為界重新劃分為南部由中元古代結晶基底和早古生代蓋層構成的瓊南地體和北部從該地體演化而來的瓊北構造混雜巖帶兩個次級構造單元。因此,按照這一劃分方案,可將海南島作為一個整體來討論其大地構造屬性。

基于地理和構造位置以及同位素年代學資料,海南島多被認為是華夏地塊向西南的延伸部分(廣東省地質礦產局,1988; Lietal.,2002,2008b; 海南省地質調查院,2017; Yaoetal.,2017)。然而,海南島與華夏地塊卻有著截然不同的前寒武紀基底組成,具體表現為,海南島中標志性的中元古代巖漿事件(約1450Ma)在華夏地塊并未報道過,而華夏地塊古元古代晚期(1900～1770Ma)的火成巖和變質巖(八都群)、新元古代火成巖以及沉積巖等基底巖石在海南島也是缺失的(Zhao and Cawood,2012),因此,海南島與華夏地塊在中元古代可能并沒有親緣性。最近,部分學者基于石碌群的重新厘定和揚子地塊西緣新發(fā)現的1530～1380Ma的巖漿巖和碎屑鋯石,推斷海南島在新元古代可能與揚子地塊相連,并不與華夏地塊相連(Cawoodetal.,2020; Liuetal.,2020; Zhangetal.,2020)。顯然,海南島在不同時期的大地構造歸屬是有所不同的,且在不同時期其與華夏地塊的親緣關系也有待被明確。

本文將從海南島基底組成及多期熱事件構造指示意義的角度,整體探討海南島在不同時期的大地構造歸屬。在中元古代,海南島中元古代基底巖石(抱板雜巖)與西勞亞古陸的Belt-Purcell Supergroup下部的變質沉積巖和變質基性巖在碎屑鋯石年齡譜圖、地球化學特征和Hf同位素特征上均具有可對比性(Anderson and Davis,1995; Lietal.,2008; Rossetal.,1992; Yaoetal.,2017; Zhangetal.,2018,2019; Xuetal.,2020),表明海南島與西勞亞古陸在努娜/哥倫比亞超大陸重建中可能是相連的(Lietal.,2008; Yaoetal.,2017; Zhangetal.,2018,2019; Xuetal.,2020)。在新元古代,海南島的構造歸屬存在較大的爭議,本文及前人在抱板雜巖獲得的格林維爾期變質年齡指示海南島與西勞亞和塔斯馬尼亞可能具有一定的聯系(Lietal.,2002b,2008; Wangetal.,2015; Yaoetal.,2017; Zhangetal.,2018,2022; Xuetal.,2020),而新元古代石碌群和石灰頂組的碎屑鋯石研究表明,海南島在新元古代與揚子地塊是相連的(Cawoodetal.,2020; Zhangetal.,2020)。在早古生代,古地磁、古生物和碎屑鋯石年代學證據表明海南島、印支陸塊和華南陸塊(華夏地塊)一同位于東岡瓦納古陸的北緣(Cocks and Torsvik,2013; Metcalfe,2013; Xuetal.,2014; Zhouetal.,2015)。同時,本文及前人在海南島報道的早古生代變質和巖漿事件也為這一認識提供了確切的巖石學證據(Xuetal.,2015,2020; Zhangetal.,2022)。然而,由于印支和華南陸塊均記錄有相應的早古生代構造熱事件,導致該時期海南島與印支陸塊、華夏陸塊之間確切的親緣關系仍然是不清楚的。一些間接的地質證據可能會對這一問題提供重要的啟示:(1)最近在印支陸塊的昆嵩地塊(Kon Tum Massif)中識別出約1450Ma的巖漿巖,這與海南島抱板雜巖中標志性的巖漿事件(約1450Ma)是近于一致的,同時,印支陸塊中元古代的變質沉積巖具有與抱板雜巖相類似的碎屑鋯石年齡峰值(Nakanoetal.,2021; Kawaguchietal.,2021; Jiangetal.,2022; Xuetal.,2022);(2)海南島早古生代巖漿作用以中基性巖漿巖為主(Zhouetal.,2021),但華南陸塊早古生代巖漿作用以花崗巖為主(Zhaoetal.,2022),而印支陸塊中早古生代巖漿作用既有中基性的也有酸性的,且范圍較華南陸塊更為普遍(Jiangetal.,2020)。此外,在印支陸塊的昆嵩地塊和長山帶也報道了早古生代(約496～403Ma)中高級變質事件(Faureetal.,2018; Buietal.,2020; Sinhetal.,2022);(3)海南島寒武-奧陶系地層的碎屑鋯石年齡譜圖和Lu-Hf同位素特征與華夏陸塊同時代的地層具有明顯的差別(Xuetal.,2016; Wangetal.,2022),表明該時期二者可能并不相鄰;(4)海南島石炭紀巖相古地理與和古生物與華南陸塊(廣東)具有明顯的差別(陳耀欽等,1991),表明在石炭紀華南陸塊與海南島可能分屬不同的陸塊;(5)最近,我們在瓊東北識別出了石炭紀洋殼型榴輝巖(原巖時代為364±2Ma)和二疊-三疊紀構造混雜巖(Liuetal.,2021; 劉曉春等,2021,2022),表明在晚古生代海南島與華南陸塊間仍然存在著大洋。綜合對比分析表明,相較于華南陸塊(華夏陸塊),在早古生代印支陸塊可能與海南島更具有親緣性。

5 結論

本文對海南島沖竹嶺地區(qū)抱板雜巖中的副片麻巖、角閃巖和偉晶巖脈的鋯石和獨居石開展了LA-ICP-MS U-Pb年代學研究,得到如下結論:

(1)抱板雜巖主要由中元古代變質沉積巖、花崗質片麻巖和變質基性巖組成,其中變質沉積巖碎屑鋯石主要峰值年齡為1785Ma和2590Ma,變質基性巖的原巖時代為約1460Ma。

(2)鋯石和獨居石年齡表明,抱板雜巖經歷了中元古代晚期-新元古代早期(1.3～0.9Ga)、早古生代(470～440Ma)、三疊紀(～230Ma)等多期構造熱事件的改造。

(3)區(qū)域對比分析表明,海南島與印支陸塊具有相似的基底組成和多期構造熱事件的記錄,指示二者具有明顯的親緣關系。

致謝成文過程中與中國地質科學院地質力學研究所辛宇佳副研究員進行了有益討論,在此深表謝意;感謝王孝磊教授和兩位匿名評審者提出的批評和建設性意見,使得本文更加完善。