2013, Vol. 29
扬子地块是中国前寒武纪主要构造单元之一。扬子地块西缘习惯上称“康滇地轴”，它紧邻西南三江造山带，是我国著名的南北向构造带，其构造变形和变质情况复杂。康滇地轴曾被认为主要由太古宙-古元古代结晶基底和其上覆的中元古代浅变质褶皱基底组成(李复汉等，1988；程裕淇，1994；四川省地质矿产局，1991)。随着地质调查研究的深入以及同位素测年的发展，先前认为的变质结晶基底实际主要由大量的750~850Ma新元古代岩浆岩组成(Zhou et al., 2002；Chen et al., 2005；刘文中等，2005；杜利林等, 2005, 2007, 2009, 2013；Xiao et al., 2007；耿元生等, 2007a, b，2008；Wang et al., 2007；Huang et al., 2008；Zhu et al., 2008；刘树文等, 2009a, b)，扬子地块西缘仅有有限的古元古代结晶基底出露。
扬子地块西缘新元古代岩浆岩的成因和构造演化过程无论与Rodinia超大陆裂解时的地幔柱有关(Li et al., 1995, 1999, 2003b；Li et al., 2003a; Ling et al., 2003；Wang and Li, 2003；Wang et al., 2007；Huang et al., 2008；Zhu et al., 2008) 还是与洋壳俯冲的岛弧环境有关(Zhou et al., 2002, 2006；Chen et al., 2005；杜利林等, 2005, 2007, 2009, 2013；Xiao et al., 2007；耿元生等, 2007a, b；Zhao et al., 2008；刘树文等, 2009a, b)，都应伴随一定规模的区域变质事件，但扬子西缘有关变质作用及变质时代的讨论较少，对于新元古代是否存在大规模的区域变质事件目前也尚无定论。相对于新元古代岩浆作用年龄，扬子西缘新元古代变质时代的数据发表相对较少，除存在一个~850Ma的变质年龄(杨红等，2012) 外，其它几个变质年龄集中于~750Ma (朱炳泉等，2001；杜利林等，2007；耿元生等，2008)。为全面了解扬子西缘是否存在新元古代变质事件，相关的变质年代学工作亟需开展。
大红山群位于扬子地块西南缘，是扬子地块出露不多的古元古代地层单元之一(Greentree and Li, 2008；Wu et al., 2012)。近年发表的大红山群原岩年龄数据较多(Hu et al., 1991；Greentree and Li, 2008；Zhao，2010；Zhao and Zhou, 2011；杨红等，2012)，其变质时代的研究却相对落后。先前已在一个变质基性岩样品--石榴角闪片麻岩(原定名石榴斜长角闪岩) 中获得了~850Ma的锆石U-Pb同位素测年结果(杨红等，2012)，为进一步全面限定大红山群的变质时代，本文又对三个变质沉积岩和变质中酸性岩样品--石榴白云母-长石石英片岩中的白云母进行了40Ar-39Ar测年，获得了测年结果并对其地质意义进行探讨。文中出现的矿物缩写依据Whitney and Evans (2010)。
2 地质背景扬子地块西邻青藏高原，北接秦岭-大别-苏鲁造山带，东南与华夏地块相邻(图 1a)。扬子地块西缘地理上位于中国四川西部和云南中北部，是以中新元古代岩浆岩为主体、同时出露部分古元古代变质结晶基底的复杂构造地质单元。目前已确定为古元古代成岩的变质基底地层有限，仅包括四川西南的河口群(耿元生等，2008；关俊雷等，2011)、云南中部的大红山群(Greentree et al., 2006；Zhao，2010；杨红等，2012) 和云南的东川群因民组(Zhao，2010) 等。与扬子地块北缘相比，扬子西缘尚未发现太古代变质结晶基底的存在。
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图 1 扬子地块西南缘大红山群露头分布地质简图及采样位置(据杨红等，2012) (a)-研究区在扬子地块的位置；(b)-大红山群露头分布地质略图 Fig. 1 Simplified geological map showing distribution of Dahongshan Group and the sample location in southwestern Yangtze Block (after Yang et al., 2012) (a)-simplified tectonic map showing the study area in southwestern Yangtze block; (b)-simplified geological map of the study area |
扬子西缘的变质地质学研究相对薄弱。早期的研究认为，康定群及其相当的变质岩系主要经历了两期区域变质作用：早期(>1700Ma) 的区域动力热流变质作用和晚期(1000~800Ma) 的区域低温动力变质作用(卢民杰，1986；四川省地质矿产局，1991)。之后关于变质P-T轨迹的研究结果也较少，Deng et al.(2001)认为苴林群中十字石-蓝晶石带经历了逆时针演化的P-T-t轨迹，而耿元生等(2008)根据变质矿物组合温压计算得出顺时针的P-T轨迹。除变质作用研究外，扬子西缘变质年代发表数据也不多，多数集中于~750Ma (朱炳泉等，2001；杜利林等，2007；耿元生等，2008)。
大红山群西邻哀牢山-红河剪切带，零星出露于云南省新平县和元江县地表(图 1b)。其地层自下而上分为老厂河组、曼岗河组、红山组、肥味河组和坡头组五个组(钱锦和和沈远仁，1990)。近年发表的原岩形成年代数据说明大红山群形成于古元古代晚期：以变质火山岩为主体的中部岩组曼岗河组、红山组年龄数据有~1665Ma (Hu et al., 1991)、1675±8Ma (Greentree and Li, 2008)、1681±13Ma (Zhao，2010；Zhao and Zhou, 2011)，而底部含少量变质火山岩的老厂河组年龄稍老，其变质中酸性岩年龄为1711±4Ma，变质基性岩年龄为1686±4Ma (杨红等，2012)。大红山群主要经历了绿片岩相-低角闪岩相的变质作用(颜以彬，1981；钱锦和和沈远仁，1990；孙克祥等，1991)，曹德斌(1997)对南甘-西拉河地区大红山岩群的变质作用和变质时代进行了总结，认为大红山群也经历了两期变质--吕梁期的区域动力热流变质作用和晋宁期的区域低温动力变质作用。其吕梁期变质年龄现在看来似为原岩年龄数据，晋宁期的变质年代相对可信，但精度不够，全岩、黑云母、绢云母K-Ar法和铈铀钛铁矿U-Pb法粗略测得的晋宁期变质年龄为706~897Ma。此外，Greentree (2007)曾用白云母和黑云母Ar-Ar法测得大红山群冷却年龄为820~860Ma。
3 样品采集与岩石学特征样品采于云南省玉溪市新平县北东-南西向的老厂河河沟中(图 1b)，此点岩石类型主要为变质沉积岩和变质火山岩，两种岩石类型呈互层状产出。本文研究的3个样品分别为石榴白云母片岩(变质沉积岩YJ13-1)、石榴长石石英片岩(变质中酸性岩YJ13-2) 和石榴绿泥白云母片岩(变质沉积岩YJ13-3.2)。这些岩石不仅经历了变质作用，也曾经历了较强的变形作用，尤其YJ13-2石榴长石石英片岩因发生糜棱岩化后重结晶呈片状构造，外观上易被误认为石榴白云母片岩。三个样品详细的显微镜下岩相学特征见图 2。
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图 2 大红山群石榴白云母-长石石英片岩显微照片 (a)-样品YJ13-1石榴白云母片岩；(b)-样品YJ13-2石榴长石石英片岩；(c)-样品YJ13-2石榴长石石英片岩中的长石残留斑晶；(d)-样品YJ13-3.2石榴绿泥白云母片岩.正交偏光 Fig. 2 Photomicrographs of garnet muscovite-felsic schist in the Dahongshan Group (a)-garnet muscovite schist (sample YJ13-1); (b)-garnet felsic schist (sample YJ13-2); (c)-relict feldspar phenocrysts in garnet felsic schist (YJ13-2); (d)-garnet chlorite muscovite schist (sample YJ13-3.2). Cross polarizers |
YJ13-1石榴白云母片岩(图 2a) 呈眼球鳞片变晶结构，片状构造。主要矿物组合为白云母(40%)+石英(28%)+石榴石(20%)+黑云母(10%)+电气石(1%~2%)。白云母颗粒都很大(长)，沿(001) 面延展呈带状，与石英条带平行展布。石榴石呈眼球状，自形-半自形，粒径1~3mm，多数呈核幔边结构，核部及幔部包裹体较多，而边部包裹体相对较少。显微镜下岩石显示明显的韧性剪切变形，石榴石“长轴”方向代表剪切带内面理(S面理) 方向，云母及石英延伸的方向代表糜棱岩面理(C面理) 的方向，形成典型的S-C组构(图 2a)。薄片中石英呈矩形、竹节状，粒径大小较均一，石英条带与其它矿物的接触边界平直。这种多晶矩形石英条带的发育，反映了变形后的静态重结晶。因此判断岩石曾经历过强烈的韧性剪切变形(糜棱岩化)，后又发生静态恢复。
YJ13-2石榴长石石英片岩整体呈斑状变晶结构，基质为细粒鳞片粒状变晶结构，片状构造。主要矿物组合为石英(40%~50%)+长石(15%~20%)+石榴石(~20%)+碳酸盐矿物(5%)+黑云母(2%~3%)+白云母(2%)+绿泥石(1%)。白云母含量虽然不高，但也见其颗粒较大(长)，并沿(001) 面的方向延伸。本样品在镜下也显示典型的糜棱岩化后静态重结晶的现象(图 2b)，基质中的石英多呈矩形、竹节状，形成多晶矩形石英条带，与云母等片状矿物的接触边界平直。镜下也可见较大的眼球状长石残斑，应为火山岩原岩中的长石斑晶残留(图 2c)。虽然野外标本似为云母片岩，但长石石英片岩的原岩并不是沉积岩，除有长石残斑的指示外，该样品的锆石CL图像、U-Pb年龄及REE特征反映其原岩应为中酸性岩(杨红等，2012)。
YJ13-3.2石榴绿泥白云母片岩(图 2d) 整体为斑状变晶结构，基质为细粒鳞片粒状变晶结构，片状构造。同为变质沉积岩，与YJ13-1相比，此样品发生明显的绿片岩相退变质作用，部分石榴石退变为绿泥石，且碳酸盐矿物含量较高，主要矿物组合为白云母(30%)+碳酸盐矿物(25%)+石英(20%)+绿泥石(15%)+石榴石(5%)+磁铁矿(5%)。白云母颗粒也较大，并沿(001) 面呈带状分布。碳酸盐矿物均匀分布，颗粒较大，有的呈斑晶状，部分发生蚀变，这些碳酸盐矿物应不是后期流体充填，而是在变质过程中产生的。多晶矩形石英条带平行于白云母矿物条带，说明YJ13-3.2也发生了糜棱岩化后的静态重结晶现象。
石榴云母片岩一般经历中低级变质作用，本文研究的石榴白云母片岩和石榴长石石英片岩变质矿物组成简单，未发现其它指示性变质矿物，其峰期变质程度难以具体界定。石榴角闪斜长片麻岩(杨红等，2012) 与石榴白云母-长石石英片岩呈互层状产出，其峰期变质矿物为石榴石、角闪石和斜长石，其峰期变质相为角闪岩相，但由于角闪石的变质级别不高，只能定为低角闪岩相。此处认为片岩的变质程度与之相同，均经历了低角闪岩相变质的峰期变质作用，只是可能因流体改造位置的不同，部分石榴云母片岩发生了绿片岩相的退变质作用。
4 Ar-Ar定年测试方法白云母的挑选在河北省区域地质调查研究所完成，将挑出的纯白云母片(每个样品1g左右) 送至北京大学造山带与地壳演化教育部重点实验室进行Ar-Ar定年的前处理及测试工作。
对样品进行去离子水和丙酮超声波清洗之后，根据样品地质背景估计的年龄和钾含量，称取20~60mg，用纯铝铂纸将0.18~0.28mm粒径的样品包装成直径约6mm的球形，封闭于石英玻璃瓶中，置于中国原子能科学研究院49-2反应堆B4孔道进行中子照射24h，中子通量为2.2464×1018。用于中子通量监测的样品为ZBH-25(132.7Ma)、Bern 4M (18.6Ma)、FCs (28.2Ma)。同时对纯物质CaF2和K2SO4进行同步照射，得出的校正因子为：(36Ar/37Ar)Ca=0.000271，(39Ar/37Ar)Ca=0.000652，(40Ar/39Ar)K=0.00703。照射后的样品冷置后，密封去气72h以上。
样品测试由该实验室的常规40Ar/39Ar定年系统完成。测定采用钽(Ta) 熔样炉对样品进行阶步升温熔样，每个样品分为10~16步加热释气，温阶范围为600~1500℃，每个加热点在恒温状态下保持20min。系统分别用活性炭冷井及锆钒铁吸气剂炉对气体进行纯化，活性炭冷井的纯化时间为10min，锆钒铁吸气剂炉的纯化时间为15min。使用RGA10型质谱仪记录五组Ar同位素信号，信号强度以毫伏(mV) 为单位记录。质谱峰循环测定9次。数据处理时，采用本实验室编写的40Ar/39Ar Dating 1.2数据处理程序对各组Ar同位素测试数据进行校正计算，再采用Isoplot 3.0计算坪年龄及等时线年龄(Ludwig，2003)。
5 Ar-Ar定年结果白云母样品的40Ar-39Ar年代学分析数据见表 1，阶段加热40Ar-39Ar年龄谱(据Turner et al., 1966) 和40Ar/36Ar-39Ar/40Ar反等时线年龄测试结果见图 3。
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表 1 大红山群老厂河组片岩中白云母4Ar-39Ar定年分析结果 Table 1 40Ar-39Ar dating data for muscovite from schists in the Laochanghe Formation, Dahongshan Group |
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图 3 大红山群老厂河组白云母40Ar-39Ar坪年龄和等时线年龄 Fig. 3 The 40Ar-39Ar age plateaus and isochrones for muscovite from the Laochanghe Formation, Dahongshan Group |
样品YJ13-1测试分11个阶段进行加热，从年龄谱图中可看出，从第4到第10共七个温阶的表观年龄随温度升高几乎未变化(837.41~838.19Ma)，且七个温阶所累积的39Ar释放量78.6%高于50%的基本要求，这样形成的年龄坪才真实有效，形成的坪年龄为837.7±4.2Ma，MSWD=0.35。要获得40Ar-39Ar年龄，仅有坪年龄是不够的，还需要组成坪年龄的温阶40Ar/36Ar-39Ar/40Ar投点具有非常好的线性关系(图 3)，反等时线的MSWD值仅为0.037。这条直线与横坐标截距的倒数所得到的年龄--反等时线年龄为837.3±3.5Ma (2σ)，与纵坐标截距的倒数为来自样品的40Ar/36Ar初始值305±57，与大气中40Ar/36Ar初始值--尼尔值295.5±5较接近。本样品的坪年龄与反等时线年龄保持一致。
样品YJ13-2加热分为11个阶段，从第5到第11共七个温阶的表观年龄(839.08~839.84Ma) 随温度几无变化，同时七个温阶累积的39Ar释放量为87.1%，满足高于50%的基本要求，其形成的坪年龄为839.6±4.2Ma，MSWD值仅为0.19。在40Ar/36Ar-39Ar/40Ar反等时线图(图 3) 上，七个温阶投点呈良好的线性关系，其MSWD值仅为0.025。这条线与横坐标截距的倒数--反等时线年龄值为839.2±4.3Ma (2σ)，与纵坐标截距的倒数为样品的40Ar/36Ar初始值293±36，与尼尔值295.5±5相差不大。YJ13-2的坪年龄与反等时线年龄也保持一致。
样品YJ13-3.2测试分为10个温阶，第7至第10共四个温阶(至少四个) 的表观年龄(844.49~844.97Ma) 几无变化而形成一个年龄坪，四个温阶累积的39Ar释放量为75.7%，其坪年龄为844.7±4.2Ma (MSWD=0.36)。40Ar/36Ar-39Ar/40Ar反等时线图中，四个温阶投点形成的反等时线年龄为844.2±4.2Ma (2σ)，MSWD=0.041反映线性关系良好。其40Ar/36Ar初始值303±70，与尼尔值295.5±5接近。YJ13-3.2的坪年龄与反等时线年龄也完全相同。
根据3个样品的年龄数据结果，不仅每个样品各自的坪年龄与反等时线年龄较一致，3个样品的40Ar-39Ar年龄数据也较统一，可见此次测试的数据质量较好，等时线年龄和坪年龄均可靠。
6 讨论 6.1 石榴云母-长石石英片岩的Ar-Ar年代学解释矿物40Ar-39Ar年龄究竟代表变质年龄还是冷却年龄，与封闭温度(TC) 有直接联系。矿物中放射成因同位素子体在高于封闭温度时会全部丢失，低于封闭温度时同位素体系不发生有效扩散(Dodson，1973)，40Ar-39Ar同位素定年记录了矿物在低于Ar同位素体系封闭温度以来所经历的时间。若变质/变形的温度高于封闭温度，则40Ar-39Ar年龄代表变质/变形事件以来的冷却年龄；变质事件的温度等于或低于封闭温度，40Ar-39Ar年龄才能代表变质事件的年龄。
封闭温度不是固定值，而是与压力、流体、冷却速率、扩散的动力学机制等参数有关(如，Harrison，1981；Harrison and Watson, 1983；Hames and Bowring, 1994；Reddy and Potts, 1999)。虽然白云母的封闭温度在中等冷却速率下只有为350℃(Jäger，1979)，但在压力增大、快速冷却、矿物颗粒增大等情况下封闭温度会增高(Hames and Bowring, 1994；Reddy and Potts, 1999)。本文研究的三个片岩样品中白云母明显的特征是具有较大的矿物颗粒并沿(001) 面延展较长，呈长的条带与多晶石英条带平行。根据Reddy and Potts (1999)中对于云母变形与封闭温度关系的解释，平行于(001) 面的变形而产生的矿物颗粒生长会使其封闭温度升高，本文中三个片岩的白云母其封闭温度应大于350℃，甚至可能大于400℃。低角闪岩相的温度范围大于400℃(Liou et al., 2004)，笔者认为，本文研究的白云母结晶时的温度即岩体变质温度至少与白云母的封闭温度相当，白云母Ar-Ar定年年龄可以反映其变质年龄。
白云母反等时线年龄获得的40Ar/36Ar初始值反映样品中几乎不存在非放射源氩气的过剩或丢失，说明白云母Ar同位素体系封闭后未有Ar过剩或丢失发生，仍保持一个相对封闭的体系，则Ar-Ar测年年龄能代表白云母形成即岩体发生变质时的年龄，以坪年龄表示分别为837.7±4.2Ma、839.6±4.2Ma和844.2±4.2Ma。其中变质中酸性岩的变质年龄为839.6±4.2Ma，两个变质沉积岩的变质年龄为837.7±4.2Ma和844.2±4.2Ma，两种岩石类型的变质时代是相当的，介于837~845Ma。Greentree (2007)曾用白云母和黑云母Ar-Ar定年获得820~860Ma的坪年龄，但将其解释为冷却年龄，通过与本文研究结果对比，这些年龄段也应代表了大红山群的变质年龄，而非冷却年龄。
6.2 大红山群的变质时代大红山群老厂河组变质沉积岩与变质火山岩呈互层状产出。先前研究的变质基性岩石榴角闪片麻岩(YJ13-4) 中锆石的阴极发光呈扇形或冷杉状，Th/U值多小于0.1，稀土元素配分曲线显示稀土元素总量较低、重稀土元素未明显富集、具有明显的正Eu异常，这些特征均指示其具有变质锆石的特征，U-Pb同位素年龄849±12Ma代表了石榴角闪片麻岩的峰期变质--低角闪岩相的变质时代(杨红等，2012)。本研究又对大红山群相邻岩层中变质中酸性岩和变质沉积岩的白云母进行了40Ar-39Ar定年，显示两种类型岩石的变质时代在837~845Ma，说明大红山群不仅变质基性岩经历了新元古代~850Ma的变质作用，变质中酸性岩和变质沉积岩也同样经历了837~845Ma的新元古代变质作用。综合锆石U-Pb定年和白云母Ar-Ar定年的结果，说明大红山群这些形成于古元古代晚期的火山岩和沉积岩一起在新元古代经历了同期区域变质事件，其主期低角闪岩相变质事件发生于837~850Ma。
6.3 变质事件的地质意义前人通过对扬子西缘的苴林群Ar-Ar定年(朱炳泉等，2001)、康定群锆石变质边U-Pb定年(杜利林等，2007)、元谋石榴黑云片岩Rb-Sr全岩-矿物等时线定年(耿元生等，2008)、米易同德变质表壳岩独居石定年(耿元生等，2008) 等方法，获得扬子西缘从北向南的变质时代主要集中于新元古代~750Ma (耿元生等，2008)，其变质程度上最高经历了角闪岩相变质。本文研究的扬子西南缘大红山群主期低角闪岩相变质时代为835~850Ma，说明扬子西缘从北到南的变质作用时代不只为~750Ma，而是存在一个新元古代年龄区间750~850Ma。扬子西缘不仅存在750~850Ma的新元古代大规模岩浆活动，也存在750~850Ma的新元古代区域变质事件，岩浆事件和变质事件之间存在的关系值得深入探讨。
康滇地轴基底变质相带的研究一直受到关注，多数变质相带的递增或递减被解释为区域动力热流变质作用。卢民杰(1986)认为川西-滇东地区早元古宙变质岩系变质矿物组合和变质相带按地层从上到下有递增的趋势；泸定-攀枝花变质相带分布与变质岩层序具有一致性，变质强度明显受层位控制(四川省地质矿产局，1991)；大红山群从底部到上部有变质作用递减的趋势(曹德斌，1997)，在南甘-西拉河地区底部岩层经历了绿帘角闪岩相变质，上部岩层经历了低绿片岩相变质；耿元生等(2008)认为川西基底变质岩及变质带的分布虽然不均但整体有自南向北变质强度逐渐降低、变质带出露变窄的趋势。可见，扬子西缘这种空间分布的特点具有普遍性，变质作用受深部上升的热流控制比较明显，可能是受新元古代岩浆侵入的影响，岩浆为区域变质提供了热流。此外，扬子西缘结晶基底变质岩系除存在新元古代变质年龄外，几乎未见其它可靠的变质年龄数据发表，因此，进一步证明了岩浆活动与变质事件之间的相关性，即岩浆作用引起了区域上的动力热流变质作用，扬子西缘存在新元古代的岩浆-变质事件。关于这期新元古代岩浆-变质事件的构造动力学背景还有待探讨。
7 结论(1) 大红山群变质中酸性岩和变质沉积岩--石榴白云母-长石石英片岩的白云母40Ar-39Ar定年结果分别为837.7±4.2Ma、839.6±4.2Ma和844.2±4.2Ma，结合变质基性岩~850Ma的锆石U-Pb定年结果(杨红等，2012)，得出大红山群变质基性岩、变质中酸性岩和变质基性岩均经历了837~850Ma的新元古代低角闪岩相变质作用。
(2) 扬子西缘从北部到南部经历了750~850Ma的新元古代变质事件，这期变质事件可能是由750~850Ma的新元古代岩浆事件引起的区域动力热流变质事件，扬子西缘存在新元古代的岩浆-变质事件。
致谢 感谢杨崇辉研究员、耿元生研究员、杜利林研究员在成文过程中给予的指导；感谢北京大学造山带与地壳演化教育部重点实验室季建清副教授和周晶博士在实验过程中给予的帮助；周建波和董永胜两位评审人认真审阅了本文并提出了宝贵意见，在此表示衷心感谢。| [] | Bureau of Geology and Mineral Resources of Sichuan Province. 1991. Regional Geology of Sichuan Province. Beijing: Geological Publishing House: 1-662. |
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