2. 自然资源部东北亚矿产资源评价重点实验室, 长春 130061;
3. 中国地质科学院地质研究所, 北京 100037
2. Key Laboratory of Mineral Resources Evaluation in Northeast Asia, Ministry of Natural Resources, Changchun 130061, China;
3. Institute of Geology, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100037, China
0 引言
华夏地块基底是一个不稳定的克拉通古陆,经历了聚合—裂解—再聚合的复杂构造演化过程。并于加里东期,华夏地块与扬子地块之间的裂谷最终闭合,形成了统一的华南大陆[1]。华夏地块存在多期变质事件叠加,主要有加里东期、海西期、印支期和燕山期4期变质事件。其中,印支期变质事件分布范围较广且作用强烈,其踪迹从华夏地块西南角一直延伸到中部和东北部。例如:浙西南八都岩群、武夷山中部分麻源群、浙东鹤溪群、粤东龙川地区片麻岩、粤中增城片麻岩和云开地区加里东期麻粒岩等[2-7]。浙西南八都岩群代表华夏地块最古老的结晶基底,在印支期变质事件影响下普遍发生了多次变质变形,区域混合岩化发育,在以往的研究中普遍认为其变质程度以绿片岩相—中低角闪岩相为主,部分达到高角闪岩相[8-10]。但近年来研究表明,其变质程度普遍达到角闪岩相,局部达到麻粒岩相[5, 11-15],显示顺时针近等温降压(ITD)型的p-T演化轨迹。为了准确界定这期变质事件发生的时间,前人进行了大量年代学研究工作,得到的锆石同位素年龄数据主要集中在245~235 Ma[4-5, 11, 16-20]。此外,有关浙西南地区八都岩群变形作用的研究表明,岩石构造变形发育且存在多期构造叠加置换,变形机制多样,宏观及微观都有相关构造行迹体现[21-23]。在此基础上,能否将变质与变形相结合,并根据其对应关系建立变质变形演化序列,对于进一步探讨浙西南印支期变质事件发生的构造环境具有重要意义。因此,笔者通过对浙西南遂昌—大柘地区八都岩群进行详细野外地质调查,结合野外露头特征及实测剖面,识别出3期构造变形(S1, S2, S3)。为了进一步确定各期次变形对应的共生变质矿物组合及变质程度,选取矽线石榴堇青片麻岩和石榴角闪二长片麻岩两类主体岩性岩石进行岩相学分析。此外,为限定变质变形演化过程的完成时间,利用LA-ICP-MS锆石U-Pb定年对伴随S3同期侵位的花岗斑岩进行了年代学研究,以期为华夏地块乃至整个华南板块印支期变质事件发生的构造背景模式提供一些新的证据。
1 地质背景浙西南地区位于华夏地块东北部,紧邻华夏地块与江南造山带交接处(图 1a),近NE向以两条重要断裂为界,西北部是江山—绍兴断裂,东南部是丽水—余姚断裂(图 1b)。区内出露的前寒武纪古老变质基底以八都岩群为主,呈“构造天窗状”零星分布于遂昌、大柘、松阳、龙游等地区,主要由形成于古元古代的一系列陆源碎屑沉积变质表壳岩和花岗岩组成[3, 6, 8, 16-17, 24-25]。本文以遂昌—大柘地区出露的八都岩群为研究对象,根据岩石矿物组合特征、变质程度将其划分为2个岩性单元:片麻岩和麻粒岩。其中主体岩性为片麻岩,其分布面积约占整个岩群变质岩的90%,普遍含有石榴子石、矽线石等特征变质矿物。岩石普遍经历了角闪岩相区域变质作用,且局部达到麻粒岩相,混合岩化发育[4, 6, 18, 25]。此外,该区还有大面积古元古代及中生代花岗岩分布(图 2),多数为A型花岗岩[6, 18, 25],局部可见近北东向的花岗斑岩脉断续分布。
岩石采样点位于排前村和石练路偃村附近,伴随S3同期侵位的花岗斑岩测年采样点位于三仁畲族乡附近(图 2)。岩石野外露头可见明显的“白眼圈”退变反应边结构,采样点处岩石均在印支期遭受多期变质变形改造,混合岩化发育。
2 宏观变质变形特征浙西南遂昌—大柘地区八都岩群存在多期构造变形叠加置换。区域上已很难识别出S1变形期留下的构造行迹,研究区少量NW向片麻理记录了这期变形,代表本区次级构造线方向(图 2),野外岩石露头上呈现以强塑性压扁机制形成的紧闭褶皱残留(图 3a, b)。S2变形期是最重要的一次构造变形,岩石中普遍发育的近NE向透入性片麻理记录了这期变形(图 3c, d),与残留紧闭褶皱轴面方向平行,代表本区主构造线方向;该阶段变质程度达到了麻粒岩相(见下文论述),岩石处于高塑性状态并在构造应力作用下发生变形,宏观上形成了枢纽也是NE向的宽缓褶皱,该期变形以弯曲机制塑性变形为特征。S3变形期以韧脆性变形机制为特征,形成NE向陡倾透入性片麻理及韧脆性断裂,且大部分被花岗斑岩脉填充,野外岩石露头可见典型的“白眼圈”退变反应边结构(图 3d, e),以及混合岩化形成的新生浅色体及暗色体条带(图 3f, g, h)。S2—S3变形期透入性片麻理产状逐渐变陡(图 4, 5)。
3 岩相学本次研究选择了八都岩群中矽线石榴堇青片麻岩和石榴角闪二长片麻岩两类代表性片麻岩进行显微岩相学分析,原岩类型分别是泥质和长英质[13-14]。矽线石榴堇青片麻岩主要矿物组成为:石榴子石(14%)、矽线石(12%)、堇青石(17%)、黑云母(18%)、石英(28%)、长石(10%)和少量钛铁矿(1%);石榴角闪二长片麻岩主要矿物组成为:石榴子石(10%)、角闪石(18%)、钾长石(22%)、斜长石(20%)、黑云母(3%)、石英(26%)和少量钛铁矿、磷灰石等副矿物(1%)。这里主要通过识别两类片麻岩各阶段共生变质矿物存在形式来分析变质与变形之间的关系。
S1变形期:两类片麻岩共生变质矿物均为石榴子石变斑晶和其内部的包裹体矿物,包裹体矿物呈近直线定向排列,代表NW向片麻理方向,并与NE向基质片麻理方向相交,共生变质矿物组合为石榴子石+黑云母+石英(泥质)和石榴子石+角闪石+斜长石+石英(长英质),矿物粒度明显小于基质中同种矿物的粒度(图 6a, b)。
S2变形期:两类片麻岩共生变质矿物均为石榴子石变斑晶和斑晶外的基质矿物,基质矿物呈近直线定向排列,代表NE向基质片麻理方向。共生变质矿物组合为矽线石+石榴子石+黑云母+石英+斜长石±钾长石(泥质)和石榴子石+钾长石+斜长石+黑云母+石英(长英质)(图 6c, d)。
S3变形期:两类片麻岩共生变质矿物均为石榴子石变斑晶和斑晶周围退变矿物,切割NE向基质片麻理。共生变质矿物组合为石榴子石+矽线石+堇青石+斜长石+黑云母+石英±钾长石(泥质)和角闪石+斜长石+黑云母+钛铁矿(长英质)(图 6e, f)。
关于两类片麻岩同变质变形矿物组合反映的温压条件,前人已经运用传统地质温压计及相平衡模拟进行了估算[13-14],结合镜下共生矿物组合表明:S1变形期变质程度达到角闪岩相,S2变形期变质程度达到麻粒岩相,S3变形期变质程度达到角闪岩相,表现出近等温降压的演化过程。
4 年代学 4.1 测试方法本次LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学测试在自然资源部东北亚矿产资源评价重点实验室完成。激光剥蚀使用德国相干公司(Coherent)COM-PExPro型ArF准分子激光器,质谱仪为美国安捷伦公司7500A型四极杆等离子质谱。激光条件为:激光斑束直径为32 μm,激光能量密度为10 J/cm2,剥蚀频率为8 Hz。剥蚀样品首先采集30 s的空白,随后进行30 s的样品剥蚀,剥蚀完成后进行2 min的样品池冲洗。载气使用高纯度He气,气流量为600 mL/min;辅助气为Ar气,气流量为1.15 L/min。对于不同同位素的采集时间,204Pb、206Pb、207Pb和208Pb为20 ms,232Th、238U为15 ms,49Ti为20 ms,其余元素为6 ms。使用标准锆石91500(1 062 Ma)作为外标进行同位素比值校正,标准锆石PLE/GJ-1/Qing Hu为监控盲样。元素含量以国际标样NIST610为外标、Si为内标元素进行计算,NIST612和NIST614为监控盲样。对分析数据的离线处理采用由中国地质大学(武汉)Liu等[26]研发的软件ICPMSDataCal完成。普通铅校正使用Andersen等[27]给出的程序计算。谐和年龄及图像使用Isoplot/Ex(3.0)给出[28]。分析数据及锆石U-Pb谐和图给出的误差为1σ,表示90%的置信度。
4.2 测试结果笔者对研究区伴随S3同期侵位的花岗斑岩样品(P1-16-1)的13颗锆石进行了系统定年研究(表 1),共计13个测试点。锆石的形态为自形—半自形,颗粒粒径为100~200 μm,长轴为80~200 μm,短轴为70~100 μm,长宽比为1:1~2:1,普遍具有清晰的振荡环带和扇形分带结构(图 7)。
测试点号 | wB/10-6 | Th/U | 同位素比值 | 年龄/ Ma | |||||||||||||
232Th | 238U | Pb | 207Pb/206Pb | 1σ | 207Pb/235U | 1σ | 206Pb/238U | 1σ | 207Pb/206Pb | 1σ | 207Pb/235U | 1σ | 206Pb/238U | 1σ | |||
P1-16-1-1 | 224.29 | 436.94 | 22.04 | 0.51 | 0.052 6 | 0.001 9 | 0.255 9 | 0.009 0 | 0.035 4 | 0.000 5 | 322.28 | 83.33 | 231.40 | 7.26 | 224.34 | 3.29 | |
P1-16-1-2 | 164.42 | 501.92 | 23.48 | 0.33 | 0.055 6 | 0.010 3 | 0.247 7 | 0.006 9 | 0.036 8 | 0.000 5 | 438.94 | 366.62 | 224.71 | 5.58 | 233.22 | 3.33 | |
P1-16-1-3 | 416.76 | 785.54 | 362.29 | 0.53 | 0.112 6 | 0.001 6 | 5.092 6 | 0.088 7 | 0.326 5 | 0.004 0 | 1 842.60 | 59.42 | 1 834.87 | 14.83 | 1 821.27 | 19.48 | |
P1-16-1-4 | 255.33 | 305.54 | 17.54 | 0.84 | 0.047 5 | 0.004 4 | 0.268 1 | 0.009 9 | 0.037 2 | 0.000 6 | 76.02 | 207.38 | 241.14 | 7.91 | 235.68 | 3.51 | |
P1-16-1-5 | 898.62 | 510.03 | 37.11 | 1.76 | 0.055 9 | 0.001 6 | 0.280 7 | 0.009 1 | 0.036 3 | 0.000 6 | 455.60 | 62.96 | 251.24 | 7.18 | 229.77 | 3.45 | |
P1-16-1-6 | 290.12 | 656.08 | 33.09 | 0.44 | 0.048 8 | 0.002 3 | 0.263 6 | 0.008 2 | 0.037 8 | 0.000 8 | 138.98 | 108.32 | 237.52 | 6.58 | 238.99 | 4.70 | |
P1-16-1-7 | 89.97 | 240.06 | 104.89 | 0.37 | 0.111 5 | 0.001 8 | 5.086 6 | 0.093 3 | 0.330 2 | 0.004 6 | 1 824.38 | 29.64 | 1 833.87 | 15.62 | 1 839.40 | 22.38 | |
P1-16-1-8 | 102.06 | 376.40 | 17.77 | 0.27 | 0.049 4 | 0.003 8 | 0.266 9 | 0.011 2 | 0.037 0 | 0.000 8 | 168.60 | 170.35 | 240.18 | 8.94 | 234.21 | 5.00 | |
P1-16-1-9 | 219.92 | 337.00 | 18.68 | 0.65 | 0.058 5 | 0.001 9 | 0.285 6 | 0.008 6 | 0.035 7 | 0.000 5 | 546.33 | 68.51 | 255.09 | 6.76 | 226.09 | 3.16 | |
P1-16-1-10 | 141.69 | 403.53 | 22.22 | 0.35 | 0.058 1 | 0.002 5 | 0.300 5 | 0.013 7 | 0.037 4 | 0.000 7 | 600.03 | 97.21 | 266.75 | 10.69 | 237.00 | 4.09 | |
P1-16-1-11 | 591.61 | 820.11 | 48.35 | 0.72 | 0.064 7 | 0.003 8 | 0.342 1 | 0.028 2 | 0.036 6 | 0.000 7 | 764.82 | 124.84 | 298.78 | 21.34 | 231.83 | 4.19 | |
P1-16-1-12 | 226.50 | 263.74 | 14.82 | 0.86 | 0.050 5 | 0.002 1 | 0.234 9 | 0.009 5 | 0.033 7 | 0.000 6 | 216.74 | 96.28 | 214.25 | 7.82 | 213.42 | 3.83 | |
P1-16-1-13 | 389.12 | 726.43 | 383.37 | 0.54 | 0.156 4 | 0.002 3 | 7.235 9 | 0.146 4 | 0.334 9 | 0.005 5 | 2 416.36 | 25.46 | 2 140.94 | 18.11 | 1 862.17 | 26.60 |
由分析结果看出,花岗斑岩Th质量分数为89.97×10-6~898.62×10-6,U质量分数为240.06×10-6~820.11×10-6,Th/U值为0.27~1.76(均大于0.1),表明为岩浆成因锆石。13个测试点中有10个测试点(谐和度≥90%)比较集中,成群分布于谐和线附近,可得到很好的一致线年龄(图 8a),进行加权平均后年龄为(229.7±5.2)Ma(MSWD=3.8)(图 8b)。另外3个测点年龄分别为1 821.27、1 839.40、1 862.17 Ma,可能为早期捕获锆石的年龄,其中较新的锆石U-Pb谐和年龄229.7 Ma记录了花岗斑岩的成岩年龄,也代表了花岗斑岩脉的侵位年龄。
另外,笔者对遂昌—大柘地区八都岩群中代表性岩石锆石年龄数据进行了总结,结果(表 2)表明变质时间集中在240~234 Ma。
八都岩群作为华夏地块最古老的变质结晶基底,处于一个长期活动的大地构造单元,岩石普遍遭受多期变质变形叠加改造。赵磊[29]通过对遂昌—大柘地区八都岩群富铝片麻岩、变酸性火成岩、变基性火成岩和大理岩等典型变质岩石研究后,提出18.8~18.5 Ga出现过麻粒岩相变质作用,其余报道过的变质事件记录都集中在印支期[4-5, 11, 16-20, 29],从古元古代到印支期并没有其他变质事件的报道。变质地体构造演化在不同阶段伴随着相应变质作用发生及温压条件改变,在变质作用p-T-t轨迹中,温度及压力随时间的演化特征能够指示变质作用发生的构造环境[30]。近年来的研究成果显示,浙西南八都岩群印支期变质作用具有顺时针近等温降压(ITD)型的p-T演化轨迹[5, 11-15];在此情况下,通过研究对应阶段发生的构造变形并划分变质变形演化序列,可以从另一个角度有效探索该期变质事件发生的构造背景模式,并综合宏观变质变形及显微岩相学特征,研究区八都岩群在印支期划分出3期变质变形序列。
S1变形期:在早期构造应力作用下,NW向片麻理以强塑性压扁机制形成紧闭褶皱,随着褶皱不断紧闭,先存NW向片麻理向平行于褶皱轴面方向旋转,发生构造置换形成NE向透入性片麻理。共生变质矿物组合相当于角闪岩相变质。
S2变形期:区域上形成大规模NE向缓倾透入性片麻理,共生变质矿物组合相当于麻粒岩相变质, 变质作用进入峰期阶段。岩石在高温高压条件下普遍处于高塑性状态,在区域主构造应力作用下,形成了一系列枢纽也是NE向的宽缓褶皱,该期变形基本奠定了研究区主体构造线方向。
S3变形期:以韧脆性变形为特征,宏观上形成NE向陡倾断裂及透入性片麻理,大部分被酸性岩脉充填,共生变质矿物组合相当于角闪岩相变质。岩石野外露头出现典型的“白眼圈”退变反应边结构,变质作用进入退变质阶段,峰期岩石熔融产生的熔体异地迁移并在陡倾的NE向断裂中聚集冷却形成花岗斑岩脉,没发生迁移的熔体在原地形成了混合岩,岩石露头可见混合岩化产生的新生浅色体及暗色体条带。
5.2 浙西南印支期变质事件构造背景模式关于浙西南印支期变质事件构造背景模式,一直以来存在很大争议,但目前主要存在两种解释:一种解释是印支-华南-华北板块碰撞模式[31-35];另一种解释是古太平洋板块向华南板块俯冲模式[36-41]。虽然很多学者比较认同古太平洋板块俯冲模式,但也有相当部分学者研究发现,华南从古特提斯构造域(NNE—SSW向地壳缩短)到滨太平洋构造域(NW—SE向地壳缩短)的转换时间集中在220~150 Ma[1, 34, 42-45],研究区八都岩群印支期变质变形记录集中于245~235 Ma[4-5, 11, 16-20, 29],且本文中伴随S3同期侵位的花岗斑岩测年结果为229.7 Ma,显示S1—S3变质变形演化时间完成于229.7 Ma,时间范围上仍属于古特提斯构造域。此外,伴随古太平板块俯冲作用会有大陆弧火山岩产生,但华夏东南地区至今还没有出现相关报道。近年来,Li等[44]通过研究华夏地块东北部地区广泛分布的右旋斜向剪切带发现,这些剪切带的形成时间集中在中三叠世(245~228 Ma),显示了NNE—SSW向的挤压缩短变形,随后伴有构造运动期后的岩浆冷却过程(221~200 Ma)。张岳桥等[46]通过区域构造编图,从纷繁复杂的华南构造图像中识别出两个世代的叠加褶皱构造,近东西向褶皱构造形成于三叠纪印支运动早期(240~230 Ma),近北东向褶皱构造形成于燕山运动早期(220~200 Ma),其中,近东西向褶皱构造是对华南地块南北缘大陆碰撞和地壳增厚事件的响应。综合前人研究成果及本文印支期八都岩群S1—S3变质变形演化序列,笔者推测浙西南地体在印支期卷入古特提斯洋域内印支-华南-华北板块之间的俯冲碰撞过程,经历了麻粒岩相变质作用后快速折返至地表,在持续碰撞挤压过程中发生S1变形期NW向片麻理向S2—S3变形期NE向片麻理的置换,并且在快速折返至地表的过程中发生酸性熔体异地迁移聚集和冷却。
6 结论1) 浙西南遂昌—大柘地区八都岩群印支期变质变形演化可划分为3个序列:S1变形期为NW向片麻理强塑性压扁形成紧闭褶皱残留,共生变质矿物组合相当于角闪岩相变质,石榴子石变斑晶内部包裹体矿物定向分布反映NW片麻理方向;S2变形期为区域性宽缓褶皱及NE向缓倾透入性片麻理,共生变质矿物组合相当于麻粒岩相变质,基质矿物定向分布反映NE片麻理方向;S3变形期为NE向陡倾透入性片麻理及韧脆性断裂大部分被花岗斑岩脉填充,共生变质矿物组合相当于角闪岩相,石榴子石变斑晶周围出现退变矿物。
2) 伴随S3同期侵位的花岗斑岩LA-ICP-MS锆石U-Pb定年结果显示,浙西南遂昌—大柘地区八都岩群印支期S1—S3变质变形演化完成于229.7 Ma。
致谢: 吉林大学王建教授对本文提出了宝贵的修改意见,自然资源部东北亚矿产资源评价重点实验室在LA-ICP-MS锆石U-Pb测年中给予了大力支持,在此表示衷心的感谢!
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