苏鲁造山带岩浆岩的锆石U－Pb定年及构造意义

姜慧超，王绪诚，周祖翼，阙晓铭

（1.中国地质大学 海洋学院，北京100084；2.同济大学 海洋地质国家重点实验室，上海200092）

大别－苏鲁造山带，因出露典型的高压／超高压岩石而成为研究俯冲碰撞过程的热点地区之一，研究取得了丰富的成果［1－4］.由于造山折返和深层剥露作用，所以通过造山带基底来研究这一地区前寒武纪构造事件成为可能，比如新元古代Rodinia超大陆的形成和裂解就是其中之一.陆松年等［5］认为，扬子板块约于850Ma通过晋宁运动完成了由活动向稳定状态的转变，南华纪裂解型岩浆岩及震旦系冰碛岩反映了超大陆新元古代的陆内拉张环境.郑永飞等［6］将华南新元古代岩浆岩归结为820Ma和750 Ma两个时期，其形成环境与区域裂解和地幔热量上涌有关.本文选择苏鲁造山带南部的新元古代花岗岩（连云港锦屏山花岗岩）和火山岩（张八岭群西冷组与海州群云台组）如图1所示，通过LA－ICP－MS激光剥蚀等离子质谱仪进行锆石U－Pb年代学和地球化学等分析，并综合区域上现有的资料［7－14］，分析了Rodinia超大陆裂解事件在苏鲁造山带南部的岩浆活动记录，并为这一地区进行地层时代划分提供了新的年代约束.

1 区域地质背景

图1 苏鲁造山带南部与张八岭地区地质简图及采样点分布Fig.1 Geological sketch map and sample locations in the southern Sulu orogenic belt

苏鲁造山带高压／超高压单元出露较为完整［15］，包括南苏鲁高压低温变质岩带、南苏鲁高压中温变质岩带、北苏鲁超高压表壳变质岩带和北苏鲁超高压花岗变质岩带.南苏鲁高压蓝片岩带大致以响水－淮阴－庐江断裂为南界，海州—泗阳断裂组成其北界，包括张八岭（张八岭群）、连云港—灌云（海州群）等露头区见图1，这一变质带以出现蓝闪石、冻蓝闪石和文石等高压矿物为特征.张八岭隆起位于郯庐断裂与滁河断裂之间，Liou等［16］把这一构造带划入蓝片岩带，区域上可以与大别造山带的宿松群、红安群以及苏鲁造山带的海州群相对比.张八岭隆起主要由张八岭群组成，传统上将其划入中元古代，包括西冷组和北将军组.北将军组主要分为三段：下段为厚层大理岩化的细晶灰岩，中段为砂质千枚岩、条带状绢云石英片岩和绿泥石英片岩，上段为绢云石英千枚岩、砂质千枚岩和绢云石英片岩；西冷岩组下段为石英角斑岩，中段为石英片岩及石英角斑质凝灰岩夹蓝片岩，上段为凝灰质千枚岩及凝灰质变粉砂岩等，西冷组是张八岭隆起的主体［17］.张八岭隆起变质火山岩（原岩为细碧角斑岩）的Rb－Sr等时线年龄为（730±50）Ma，锆石 U－Pb年龄为864Ma，区域上可与宿松群的石英角斑岩进行对比［18］.汪迎平等［19］报道了西冷组锆石蒸发法年龄为（975±31）Ma和（927±24）Ma.位于连云港—灌云地区的海州群，传统上将其划入中－新元古代，包括锦屏组和上部的云台组，区域上可与大别造山带的宿松群和红安群相对比［13，20］.锦屏组下部为白云片岩夹大理岩、大理岩、石英岩和磷灰岩等，中部为钙质云母片岩，上部为白色大理岩，地层中广泛分布有基性侵入岩；云台组由变质火山岩组成，以白云石英片岩、石英岩、蓝晶石英片岩和角闪片岩等为主.根据锆石U－Pb年龄814～740Ma，认为海州群锦屏组变质火山岩形成于新元古代［13，21］.汤加富等［20］指出，云台组这套海相细碧－角斑岩可以与张八岭群的西冷组对比，根据锆石U－Pb年龄（929Ma）将其划入新元古代；王秀丽等［13］分别应用稀释法、蒸发法获得了云台组片岩中碎屑锆石的U－Pb年龄为800～740Ma，由此将云台组划入新元古代中期；Hacker等［14］测得连云港海州群片岩的锆石U－Pb上交点年龄为795Ma.

2 样品采集与分析方法

岩石样品采自连云港—灌云地区和张八岭隆起的新鲜露头，包括片麻状花岗岩和变质火山岩，每件样品重约3～4kg，其中4件用于锆石U－Pb分析，11件样品用于全岩化学分析，这些样品的采样位置分布见图1.样品破碎、矿物分选在河北省区域地质矿产调查研究所完成.将3～4kg岩石经过常规的碎样筛分后，粉末样品用于全岩化学分析；筛分后的粒状碎屑物经过淘洗、磁选和重液分选后，双目镜下人工挑选颗粒较大、晶形较好的300个锆石颗粒用于锆石U－Pb分析.锆石制靶和阴极发光（CL）显微照相在中科院地质与地球物理研究所完成.

锆石U－Pb定年在中国地质大学（武汉）地质过程与矿产资源国家重点实验室完成.使用的激光剥蚀等离子体质谱仪（LA－ICP－MS），其激光剥蚀系统为GeoLas 2 005，等离子体质谱仪为Agilent 7 500 a.激光能量为70MJ，频率为8Hz，激光束斑直径32μm.分析使用2个质量监控样与5个锆石U－Pb待测样交替进行，同时包括样品10个微量元素的测试分析.测试分析中采用He作为剥蚀物质的载气，同位素比值校正根据标样锆石91 500m（206Pb）／（m238U）年龄值为1 062Ma［22］）.同位素数据处理采用ICPMSDataCal（5.2）软件进行，年龄计算及成图采用ISOPLOT（3.7）软件［23］进行，加权平均年龄采用m（206Pb）／m（238U）年龄，其加权平均的误差为σ.全岩化学分析在国土资源部武汉矿产资源监督检测中心完成，主量元素由X荧光光谱仪（Magix＿pro2440）测试，微量和稀土元素由等离子直读光谱仪（JY38S）测试，测试分析结果见表1.

3 锆石U－Pb定年结果

变质火山岩LYG06采自连云港海州群云台组（N34°44.286′，E119°25.383′）的新鲜露头，主体岩性为浅灰绿色片岩.锆石颗粒大小为80～200μm，无色透明或略带褐色，柱状锆石长宽比为1：1～3：1.这些锆石发育振荡环带.根据18个锆石22激光点的分析结果如图2所示，除去一个Pb丢失的锆石年龄，其余数据均落在谐和线上或附近形成了两组等时线年龄及模式年龄的加权平均方差（MSWD）.其中一组包括环带与核的m（206Pb）／m（238U）加权平均年龄为（800.8±7.8）Ma（MSWD＝3.4，样本数N＝19）；另一组来自两个锆石核部的m（206Pb）／m（238U）加权平均年龄为（885.0±19.0）Ma（MSWD＝0.008，N＝2）.这些锆石的 U质量分数为20×10－6～152×10－6，Th为28.7×10－6～206.0×10－6，硅酸盐m（Th）／m（U）值为0.86～3.08，属于岩浆成因的锆石［24］.

变质火山岩ZBL108采自张八岭滁州三湾村（N32°33.888′，E118°22.978′），主体岩性为糜棱岩化片岩，定向组构发育.其锆石颗粒大小为80～200 μm，无色透明或略带褐色，锆石呈短柱状，长宽比为1：1～2：1，振荡环带发育.根据21个锆石23个激光点的分析结果见图2，2个颗粒存在明显的Pb丢失，其余锆石环带和核部的数据均落在谐和线上或附近.计算得 m（206Pb）／m（238U）平均年龄为（751.6±7.1）Ma（MSWD＝5.5，N＝21）.锆石 U 含量为23.7×10－6～357.0×10－6，Th为22.7×10－6～323.1×10－6硅酸盐 m（Th）／m（U）值为0.70～2.06，表现为岩浆锆石的特点.

变质火山岩ZBL109采自张八岭滁州石桥水库附近（N32°33.925′，E118°22.468′），岩性为灰色糜棱岩化长英质云母片岩.锆石颗粒大小为60～120 μm，无色透明或略带褐色，短柱状锆石长宽比约1∶1～2∶1，这些锆石发育振荡环带.12个锆石16个激光点的分析结果显示见图2，10个激光点存在明显的Pb丢失，其余数据均落在谐和线上或附近.计算6粒谐和锆石的m（206Pb）／m（238U）平均年龄为（757.0±12.0）Ma（MSWD＝1.4，N＝6），根据全部锆石获得了（767.0±15.0）Ma（MSWD＝14，N＝13）的上交点年龄.这些锆石仍然是岩浆锆石，其U质量分数为62.4×10－6～283.0×10－6，Th的质量分数为74.9×10－6～508.0×10－6，硅酸盐m（Th）／m（U）值为1.11～2.21.

片麻状花岗岩LYG09采自连云港锦屏山（N34°33.696′，E119°08.108′），主体岩性为浅红色中粗粒片麻状花岗岩.锆石颗粒较大，粒径在200μm以上，无色透明或略带褐色，柱状锆石的长宽比为2：1～3：1，它们均发育振荡环带.根据16个锆石22个激光点的分析结果见图2，锆石在谐和线上大致可以分成3组年龄，最大年龄（901±18）Ma与最小年龄（747±14）Ma尽管只有一个数据，但它们与晋宁期碰撞造山和火山岩形成时代比较一致.该样品理想的一组包括环带与核部的m（206Pb）／m（238U）加权平均年龄为（806±14）Ma（MSWD＝9.7，N＝18），代表了云台组岩浆活动的年龄或者与变质火山岩的地层年龄相当.定年锆石的 U含量为13.8～613.0×10－6，Th的质量分数为21.9×10－6～132.0×10－6，硅酸盐m（Th）／m（U）比为0.86～2.06，表明是岩浆锆石的特点.

总体而言，张八岭隆起两个变质火山岩的锆石U－Pb年龄（751.6±7.1）Ma，（767±15）Ma与肥东西山驿片麻状花岗岩获得的锆石U－Pb年龄785±10Ma［25］是一致的，区域上代表了新元古代（750～785Ma）一次重要的构造岩浆事件，也表明张八岭群西冷组形成于新元古代而不是中元古代.对于连云港—灌云地区的海州群的变质火山岩，其锆石U－Pb年龄（800.8±7.8）Ma与片麻状花岗岩的岩浆时代（806±14）Ma是一致的，同时存在（747±14）Ma零星的锆石 U－Pb年代记录.综合前人［26－28］从苏鲁造山带内新元古代岩浆岩获得的锆石U－Pb数据，包括7个花岗岩的年龄为（672±4）Ma、（742±9）Ma、（747±14）Ma、（752±9）Ma、（757±6）Ma、（758±5）Ma、（818±10）Ma以及1个辉长岩年龄为（738±10）Ma，本文认为（820～740）Ma是苏鲁造山带南部一次重要的构造岩浆活动期，这一构造期有别于晋宁期碰撞造山期获得的年龄记录901～885Ma.此外，本文从海州群云台组测得的变质火山岩年龄（800.8±7.8）Ma与前人获得的锆石U－Pb年龄相差不大800～740Ma［13，21］.

表1 变质火山岩和花岗岩的全岩化学分析结果Tab.1 Whole rock geochemical analyses of metavolcanic rocks and granites

图2 海州群云台组变质火山岩（LYG06）、锦屏山片麻状花岗岩（LYG09）及张八岭群西冷组变质火山岩（ZBL108，ZBL109）的锆石U－Pb谐和图Fig.2 U－Pb Concordia diagrams for metavolcanic rocks of Yuntai Formation （LYG06）and Xileng Formation（ZBL108，ZBL109），and for the granite（LYG09）

4 岩石化学与构造环境分析

全岩化学分析数据列于表1.综合前人等成果［12，21，26，29］，研究区新元古代的花岗岩和变质火山岩以高钾钙碱性系列为主，具有富SiO2（含量70%～80%）、富碱（K2O含量2.5%～5.9%，Na2O含量2.4%～6.7%）、低 MgO（含量0.01%～0.62%）以及低Ni、Cr等特点.这些岩浆岩表现出一致的轻稀土富集、重稀土亏损的右倾型配分模式，m（LREE）／m（HREE）＝1.748～6.036，它们不同程度地显现负铕异常，花岗岩δ（Eu）（铕异常的程度）为0.17～0.62，变质流纹岩δ（Eu）为0.34～0.92.本文将连云港花岗岩与苏鲁造山带内同期花岗岩（816～693）Ma［12，26，29］一并进行构造环境分析，它们总体上显现伸展环境A型花岗岩的特点见图3.通过对本文以及苏鲁花岗岩数据［12，26，29］进行 ORG（大洋中脊花岗岩）标准化，它们表现出 Rb、Th、Nb富集、Ta、Ce、Y亏损，以及Ba变化较大等特点见图4，这种蛛网模式符合Pearce等［30］提出的碰撞后板内伸展环境下形成的花岗岩.本文11件海州群云台组、张八岭群西冷组变质流纹岩及戚学祥等［21］的15件云台组变质火山岩814～781Ma也形成于与上述花岗岩类似的构造环境.

5 结论

（1）锆石U－Pb定年表明：连云港锦屏山片麻状花岗岩形成于（806.0±14.0）Ma，海州群云台组变质火山岩形成于（800.8±7.8）Ma，张八岭隆起的张八岭群西冷组形成于（751.6±7.1）Ma和（767.0±15.0）Ma.新元古代（820～740）Ma是苏鲁造山带南部继晋宁主碰撞造山之后一次重要的构造岩浆活动期.

（2）这些新元古代岩浆岩，总体上具有高钾钙碱性系列、右倾型REE模式、Nb、Ta、Sr、P和Ti强烈亏损、中等负铕异常、重稀土弱到中等亏损、低Sr、高Yb等特点，它们属于硅镁质下地壳发生部分熔融的产物，形成于碰撞后的区域伸展构造环境.

（3）苏鲁造山带南部新元古代的岩浆活动及其区域伸展环境，是晋宁期主碰撞造山之后Rodinia超大陆进入区域裂解阶段的记录，这种区域裂解在构造－岩浆活动上表现出间歇性特点.加之扬子板块两侧大量的新元古代花岗岩形成，表明Rodinia超大陆这种区域性裂解可能是建立在造山根大规模的拆离基础之上而发生和发展的.

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