两广云开地区基底深变质岩的形成时代

龙文国，徐德明，王 磊，周 岱，金鑫镖，张 鲲

（武汉地质矿产研究所，武汉 430205）

华南由扬子地块和华夏地块沿早新元古代江南造山带拼合而成[1-5]，两个地块具有明显不同的前寒武纪演化历史。扬子地块的结晶基底主要由太古代的崆岭群和早元古代物质组成[6-8]，褶皱基底主要由冷家溪群及与其相当的四堡群、梵净山群、双桥山群等组成[3-4,9]。华夏地块是一个颇有争议的地质块体，它经历了多次肯定与否定的认识过程。其基底以往被认为主要由早元古代的八都群、麻源群、云开群和周潭群等组成，岩性包括片岩、片麻岩、角闪岩、混合岩和变火山岩等[10-13]。近年来，于华夏地块内原划归前寒武纪的基底岩石中获得了不少新元古代甚至更年轻的锆石年龄（包括变质年龄和岩石形成年龄）[14-22]，而获得的古元古代甚至更老的年龄数据较少[12,15,23-26]，从而重新唤起了人们对华夏古陆是否存在的争议。

两广交界的云开地区是华夏地块前寒武纪基底出露的主要地区之一。学者们对该地区前寒武纪基底的划分及时代归属、花岗岩和混合岩的成因、时代及形成背景等展开过一定程度的研究[27-36]，以往的研究结果多显示云开地区的基底主要形成于古元古代至中新元古代。然而，近期于该区原划归基底的岩石中陆续有一些加里东期的年龄报道[10,14,16,18-19,22]，除一部分为变质年龄外，主要为酸性侵入岩的形成时代。这些新的高精度年龄的获得，使得云开地区乃至整个华夏地块的基底组成与时代归属重新成为了研究的焦点。本文采用锆石LA-ICP-MSU-Pb法对云开地区原划归前寒武纪结晶基底的副片麻岩进行了定年，获得了一组介于651～760 Ma间的年龄，从而对云开地区前寒武纪结晶基底岩石的形成时代进行探讨。

1 地质背景

云开地块位于广东西部和广西东部交界地区，呈NE-SW向展布，东西两侧界限分别为吴川－四会断裂带和岑溪－博白断裂带，大地构造上被认为是华夏地块中武夷－云开加里东褶皱带或武云造山带的西南部分[15]（图1-a）。云开地块长期被认为是高级改造的古元古代到中元古代深层次基底岩石、中等变质的晚新元古代到早古生代浅层次变质基底的出露区，盖层岩石由弱变质到未变质的寒武纪－泥盆纪地层组成[32]。另外，还出露一些古生代到早中生代沉积物及大量的花岗质岩石[14,33,37-38]（图1-b）。深层变质基底岩石主要出露在两广交界的广东高州地区、信宜北部地区、广西陆川－容县间的天堂山地区；浅层次基底岩石分布较为广泛，构成了云开群的主体[22]。覃小锋等[16]将该区的前寒武纪变质杂岩解体为古元古代天堂山岩群、中新元古界云开岩群和新元古代变形变质深成侵入岩。天堂山岩群和变形变质深成侵入岩以往多一并归入高级变质基底[18]，或深层变质基底[32]。云开岩群以往多一并归入浅变质基底[18]或浅层变质基底[32]。其中，新元古代变形变质深成侵人岩主要由片麻状黑云二长花岗岩、片麻状含眼球黑云二长花岗岩、条纹状矽线石榴黑云花岗片麻岩、条纹状含眼球矽线石榴花岗片麻岩和眼球状矽线石榴花岗片麻岩等组成[16]。近来有些学者提出这些新元古代的片麻状花岗岩的形成时代为早古生代加里东期[14,18,22]。

天堂山岩群主要由石榴矽线长石黑云（石英）片岩、石榴矽线黑云片麻岩、黑云变粒岩、辉石（角闪）斜长变粒岩、长石石英岩及石榴辉石岩、透辉石岩等岩石组成，岩石变质程度普遍较深，达角闪岩相（局部达麻粒岩相），岩石多已发生一定程度的混合岩化作用，沿面理方向常见有长英质脉体贯人，由于受到变形作用的改造，长英质脉体普遍已发生透镜化、石香肠化，深层次的剪切流变褶皱十分发育。云开岩群主要由绢云石英千枚岩、云母（石英）片岩、（含铁）云母（长石）石英岩、大理岩类和少量钙硅酸盐岩、变质基性火山岩等岩石组成，其原岩为一套类复理石－复理石建造,局部具鲍马序列，应为深海槽盆相沉积，岩石变质程度相对较低，以绿片岩相为主，局部达低角闪岩相，其中呈夹层状、岩片状产出的变质火山岩。

2 样品采集与分析方法

2.1 样品特征

此次采取样品的1017点位于广东信宜县城以北的207国道旁（图1、2），岩性为黑云斜长片麻岩，主要由石英（50%）、斜长石（25%）、黑云母（18%）组成，另含少量钾长石、白云母、石榴石，显示出副片麻岩的矿物组合特征。石英为它形粒状，粒径大小多为0.5～0.85 mm，少量略小于0.5 mm，沿岩石片麻理方向均匀定向分布，带状消光明显。斜长石为它形粒状，粒径大小以0.5～0.6 mm为主，次为0.3～0.5 mm，与石英紧密镶嵌沿岩石片麻理方向定向分布，斜长石已完全绢云母化，只保留粒状外形。黑云母为片状，且沿片轴方向断续定向分布，显示岩石的片麻状构造，黑云母具褐-黑多色性。石榴石为粒状，呈浅褐色，全消光。副矿物有锆石、榍石、磷灰石。

岩石遭受了至少两期混合岩化作用，早期混合岩化作用中形成的脉体具多期韧性变形特征，晚期混合岩化形成的脉体在岩石中所占的比例明显高于早期混合岩化作用形成的脉体。脉体成分为花岗质，多呈条带状、细脉状、团块状、侵染状，多顺层（片理、片麻理）产出，与基体协调一致变形。样品1017-1采自混合岩化作用较弱的黑云斜长片麻岩中（可近似代表基体岩石），1︰25万玉林幅区调将之划归早元古代天堂山群片麻岩（Pt1T.gn）。

图1 云开地区地质简图(据文献[18,19,22修改)Fig1 Simplified geological map ofYunkai area

图2 云开地区前寒武纪基底中片麻岩定年样品野外照片Fig.2 Photographs of the dated gneiss samples from Precambian basement rocks in the Yunkai area

2.2 分析方法

锆石分选在河北省廊坊市诚信地质服务公司完成。在测试之前，先在中国地质大学地质过程与矿产资源国家重点实验室进行透射、反射光拍照，并利用JEOL JXA-8100型电子探针对锆石进行阴极发光(CL)照相。锆石U-Pb同位素分析在中国地质大学地质过程与矿产资源国家重点实验室(GPMR)利用激光剥蚀电感耦合等离子质谱仪(LA-ICP-MS)分析完成。激光剥蚀系统为GeoLas 2005，ICP-MS为Agilent 7500a。激光剥蚀过程中采用氦气作为载气以提高气溶胶运输到质谱仪的效率，并且减少气溶胶沉积在消融部位及运输管的周围[30-31]。样品测试过程中采用束斑直径为32 μm，每个分析点由20～30 s空白和50 s采集信号组成。U-Pb同位素定年中U、Th和Pb含量采用29Si为内标，NIST610作为外标，锆石标准91500作外标进行同位素分馏校正，每分析5个样品点，分析2次91500。对于与分析时间有关的U-Th-Pb同位素比值漂移，利用91500的变化采用线性内插的方式进行了校正[39]。对分析数据的离线处理（包括对样品和空白信号的选择、仪器灵敏度漂移校正、元素含量及U-Th-Pb同位素比值和年龄计算）采用软件ICPMSDataCal[39-40]完成。详细的仪器操作条件和数据处理方法同文献[39-41]。所有的锆石分析点的U-Pb同位素体系均较谐和，利用 Andersen（2002）[42]的普通铅校正程序ComPbCon#3-151进行校正时，同位素结果基本未发生改变，表明普通铅含量很低。锆石样品的U-Pb年龄计算及谐和图采用Isoplot软件[43]完成。此次我们将GJ01作为未知年龄锆石进行了测试，拟合的206Pb/238U加权平均年龄为600.3± 2.8 Ma(MSWD=0.16，n=16)。

3 分析结果

本次研究对样品1017-1中的34颗锆石进行34次U-Pb分析，分析结果列于表1。由于207Pb含量一般较低，年轻锆石的207Pb/206Pb年龄误差会很大，因此，本文对＜1000 Ma的显生宙锆石采用206Pb/238U表面年龄作为其形成时代，而对于老的锆石则采用207Pb/206Pb表面年龄。

1017-1样品中锆石多呈浑圆状或圆化柱状，少量颗粒有较好的品形，部分锆石为碎块；在CL图像上，锆石的内部结构有较大的区别，简单条带或呈不规则条带特征、宽的岩浆环带或弱分带的特点，少量自形颗粒具韵律环带或者没有(图3)，有些颗粒发育裂纹或富含包裹体(图3)，这些复杂的形态和内部结构说明锆石的成因多样，也证实了原岩的沉积成因。大部分锆石具细的增生边，可能是岩石受到了加里东期和印支期热事件的强烈影响而发生部分熔融形成的熔蚀边。表1和图3显示信宜片麻岩中锆石的年龄变化很大，34颗锆石的U-Pb定年分析结果显示这些碎屑锆石的年龄变化于651～2540 Ma，说明岩石中的锆石是多来源的。这些锆石大多具有很好的谐和性，即在207Pb/235U-206Pb/238U投影图上落在谐和线上或者附近（图3），这些谐和线上的锆石年龄即可代表它们的真实形成年龄，只有几颗锆石的不谐和性大于10%，投影点偏离谐和线，它们的真实年龄应该老于207Pb/206Pb表面年龄。两组年轻锆石的年龄主要集中于651～760 Ma、939～1206 Ma(图4)。第1组年轻碎屑锆石的年龄大多是谐和的（图3），结合这些锆石U/Th比值的巨大差异(0.26～0.62)和形态特征（图3），说明它们是多成因的。第2组年轻碎屑锆石也大多是谐和的（图3），结合这些锆石U/Th比值的巨大差异（0.11～1.19）和形态特征（图3），说明它们也是多成因的。沉积物中最年轻的碎屑锆石年龄可以限定沉积时间的上限，样品中最年轻碎屑锆石的谐和年龄分别是651 Ma，表示原岩的沉积时间不会早于此年龄。因此，变质沉积岩的原岩最可能形成于晚新元古代。这与粤北、粤东北及闽西地区基底变质岩的原岩形成时代是基本一致的[44-46]。

4 讨论

近年来，在云开地区以往被认为是前寒武纪基底的岩石中获得了大量的加里东期年龄[10,14,16,18-22]，说明该区原认为属前寒武纪的古老岩石（如片麻状花岗岩）中至少有一部分是加里东期形成的，这些岩石应从以往划归的前寒武纪基底中解体出来。同时也引起了人们对云开地区前寒武纪基底的组成、规模、形成时代与与演化问题的关注。野外调查研究表明:云开地区原“前寒武纪结晶基底岩石”实际由三套岩石组合组成，即片麻岩类（普遍混合岩化）、片麻状花岗岩、变质沉积岩类（片岩、石英岩类）。片麻岩类是天堂山岩群（高州杂岩）的主体，片麻状花岗岩主要是加里东期形成的中酸性侵入岩类，反映出加里东期造山作用在云开地区的响应强烈，变质沉积岩类（片岩、石英岩类）比区域上厘定的云开群中的变质沉积岩类的变质程度高。

对信宜片麻岩中34颗锆石的U-Pb分析结果显示岩石是由不同时代的碎屑物质组成，其中最年轻的具有谐和年龄的一组碎屑锆石的年龄介于651～760 Ma间，限定了该变质岩的沉积时代不会早于此年龄，由于这些变质岩多被“云开群”或寒武纪地层覆盖，即使在没有“云开群”或寒武纪地层与之接触的地方，也由于其明显高的变质作用指示其早于“云开群”或寒武纪的低级变质岩，原岩应形成于新元古代。对混合岩化片麻岩的脉体中锆石U-Pb年代学研究表明，存在加里东期和印支期年龄（成果另文发表），这些年轻锆石都具有自形柱状结构，且大多数具韵律环带，说明这些新生锆石是从熔体中结晶的，这表明基底岩石在加里东期和印支期热事件的强烈影响下发生了变质－部分熔融。从整个云开地块来看，中元古代结晶基底的出露可能并不像以往认为的那么广泛。

图3 片麻岩中锆石CL图像及U-Pb年龄谐和图Fig3 Representative Cathodoluminescence(CL)images and U-P concordia for zircons from paragneisses in the Yunkai area

图4 片麻岩中锆石年龄频率直方图Fig4 Age probability and histogram of zircons from paragneisses in the Yunkai area

信宜片麻岩中的锆石年代学研究显示，云开地区部分结晶基底岩石中新元古代晚期的沉积岩主要由新元古代（651～760 Ma）、Grenvill期（939～1206Ma）的碎屑物质组成，其中还包括一定数量早中元古代－早元古代（1439～2369 Ma）、新太古代（2540 Ma）碎屑物质。这种由不同时代物质组成的基底变质岩在华夏地块非常普遍。粤东龙川县一个副片麻岩中碎屑锆石的U-Pb年龄显示很广的年龄谱[44]，其中最明显的年龄峰出现在～2.57 Ga，第二个弱的峰是在～1.1 Ga，潭溪片麻岩中含有相当数量的中元古代和少量中太古代的碎屑锆石[45]，澜河片麻岩中锆石主要形成于中元古代 (1.2～1.7 Ga)和新太古代(2.7～2.5 Ga)，只有少量形成于Grenville期至晚新元古代[46]。可见龙川片麻岩和潭溪片麻岩具有相似的年龄谱，二者与澜河片麻岩却具有明显不同的年龄谱。信宜片麻岩与上述地区片麻岩所具的年龄谱均有差异，澜河片麻岩最年轻碎屑锆石207Pb/206Pb谐和年龄为856 Ma[46]，暗示其沉积时代可能早于龙川（548Ma）和潭溪片麻岩（545Ma），信宜片麻岩(856Ma)沉积时代可能早于龙川（548Ma）和潭溪片麻岩（545Ma），而晚于澜河片麻岩。上述研究说明华夏地块不同地区不同时代沉积岩的源区是变化的，从新元古代中期到晚期华夏中部沉积盆地的物源区发生了改变。这些新元古代锆石很可能是Rodinia裂解峰期岩浆活动的产物[47]，有可能来源于扬子地块，因为那里非常发育新元古代的岩浆活动[47-48]。

5 结论

云开地区原“前寒武纪结晶基底岩石”实际由三套岩石组合组成，即片麻岩类（普遍混合岩化）、片麻状花岗岩、变质沉积岩类（片岩、石英岩类）。信宜地区片麻岩中的锆石年代学研究显示其主要由新元古代（651～ 760 Ma）、Grenvill期（939～1206 Ma）的碎屑物质组成，变质岩的原岩是新元古代形成的沉积岩，云开群形成时代晚于此片麻岩类的形成时代，也应属新元古代。从整个云开地块来看，中元古代结晶基底的出露可能并不像以往认为的那么广泛。天堂山片麻岩是中一新元古代形成的一套杂岩，信宜地区部分天堂山片麻岩的形成时代晚于650Ma。信宜片麻岩与华夏地块其它地区片麻岩所具的年龄谱均有一定差异，说明华夏地块不同地区不同时代沉积岩的源区是变化的。

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