庐山筲箕洼组与星子岩群年代地层关系及SHRIMP锆石U-Pb年龄的制约

高林志, 黄志忠, 丁孝忠, 刘燕学, 张传恒, 王自强, 庞健峰, 韩坤英

1)中国地质科学院地质研究所, 北京 100037;2)江西省地质调查研究院, 江西南昌 330201;3)中国地质大学(北京), 北京 100083

庐山筲箕洼组与星子岩群年代地层关系及SHRIMP锆石U-Pb年龄的制约

高林志1), 黄志忠2), 丁孝忠1), 刘燕学1), 张传恒3), 王自强3), 庞健峰1), 韩坤英1)

1)中国地质科学院地质研究所, 北京 100037;2)江西省地质调查研究院, 江西南昌 330201;3)中国地质大学(北京), 北京 100083

本文报道在庐山筲箕洼组中获得细碧岩SHIRMP锆石U-Pb年龄(840±6) Ma, MSWD=1.3, 流纹岩锆石U-Pb年龄(833±4) Ma, MSWD=1.4, 和流纹岩锆石U-Pb年龄(831±3) Ma, 对应的MSWD=1.47。而在星子群流纹岩中获得206Pb/238U年龄为(825±5) Ma, 对应的MSWD=0.46。笔者依据上述精确锆石年龄, 首次提出将筲箕洼组明确定位于星子岩群之下。本文结合“江南造山带”锆石U-Pb年龄: 东部变质基底的双桥山群,西部变质基底梵净山群和似盖层下江群以及中部变质基底冷家溪群和似盖层板溪群的锆石SHRIMP U-Pb年龄, 将筲箕洼组定位于“武陵运动”之下的新元古代地层。依据星子岩群年龄数据, 首次将星子岩群明确定位于筲箕洼组之上与双桥山群为同期的深变质岩。该年龄对限定区域地层对比和构造演化都有着重要意义。上述锆石U-Pb年龄标示了赣西北地区同样存在820 Ma界面上下的新元古代地层, 为江南古陆变质地层的对比提供了新的年代学数据。

筲箕洼组; 星子岩群; 锆石SHRIMP定年; “江南造山带”; 赣西北地区

在庐山南麓发育一套中深变质岩(星子群)和一套浅变质火山岩系, 根据星子群岩石组合及其构造变形特征和单颗粒U-Pb锆石年龄, 将其时代定为新太古代(项新葵等, 1993)。随后, 依据斜长角闪片岩TIMS U-Pb年龄将星子群归属古元古代(谢国刚等,1997), 而与星子群连续沉积的浅变质火山岩系, 通过1: 5万地质填图及区域对比后, 正式创建了庐山垄群, 创名标准地点在庐山南麓筲箕洼—庐山垄—汉阳峰一带(谢国刚等, 1996)。在区域地层序列上,传统认识庐山垄群置于双桥山群之上, 南华系之下。20世纪 90年代, 双桥山群已被重新厘定为(由下而上)横涌组、计林组、安乐林组、修水组(杨明桂等, 1998), 由于SHRIMP锆石U-Pb微区测年技术引进, 分别获得双桥山群横涌组和安乐林组斑脱岩锆石 U-Pb 年龄((831±6) Ma和(829±6) Ma, 高林志等,2008, 2009)将其修订为新元古代地层; 最新的修水组凝灰岩中锆石U-Pb(824±6) Ma, 从而结束了解体双桥山群之争。另外, 江南造山带南端桂北四堡群顶部获得斑脱岩的锆石 U-Pb年龄(841±8) Ma(高林志等, 2010a)和江南造山带中段冷家溪群斑脱岩锆石U-Pb年龄(834～822 Ma), 最大程度地限定了江南造山带变质基底的年代学标定(高林志等, 2010b)。然而, 赣西北庐山地区元古代地层存在两大未解之谜,①双桥山群之下有无更老变质基底地层, 特别是庐山地区星子岩群与双桥山群的关系？②筲箕洼组与双桥山群关系？因此, 对筲箕洼组和星子岩群的关系和同位素年龄重新测定(薛怀民等, 2010; 关俊朋等, 2010; 徐有华等, 2008), 将是我们重塑“江南造山带”中部地质背景、成矿条件, 以及解决整个江南造山带的地层划分和地层对比的关键(李江海等,1999)。董树文等(2010)在庐山垄群中的筲箕洼组英安岩中获得SHRIMP锆石U-Pb测年(840±7) Ma, 而庐山地区星子岩群碎屑锆石 SIMS锆石 U-Pb年龄(834±4) Ma, 将星子岩群定位于新元古界。本文将进一步提供赣西北地区筲箕洼组细碧岩和流纹岩以及星子岩群的高精度锆石U-Pb定年结果, 对于该地区的地层定位和与周边地层对比尤为重要。

1 地层序列及采样层位

图1 扬子地台新元古代地层分布和同位素采样点(据徐备等, 1990修改)Fig. 1 Distribution of Neoproterozoic strata and sequences in Yangtze plate and sampling sites in Jiangxi Province(modified after XU Bei et al., 1990)

赣西北庐山脚下桃花源剖面, 汉阳峰组之下发育了一套低变质的火山岩夹碎屑岩地层(筲箕洼组), 与星子杂岩连续沉积(谢国刚等, 1996), 对其年代学研究始终是中国地质学家探索的目标。其争论焦点是江南造山带元古代地层之下是否存在更老的变质岩基底。

本文年龄样品分别采自桃花源筲箕洼组剖面(图1, 图2a、c、d)和庐山星子岩群剖面(图 2e)。

D20101112-2a,b(筲箕洼组细碧岩), 采样坐标:N29°30.198′; E115°55.855′。该样品由斑晶和基质组成。斑晶由钠长石构成, 半自形-近自形板状,0.4～0.5 mm, 轻微绿帘石化和次闪石化。基质主要由钠长石(60%)、暗色矿物(40%)构成。暗色矿物被次闪石和绿帘石交代无残留, 杂乱填隙于斜长石粒间。岩石被石英、绿帘石、黑云母及少量绿泥石等呈堆状星散交代。岩石内具少量气孔、杏仁体。

LXC20101112-3(筲箕洼组, 黑云绢云变质流纹岩), 采样坐标: N29°28.476′; E115°54.279′。该样品由斑晶、基质变质矿物组成。斑晶由斜长石(5%)、石英(5%)构成, 大小一般为 0.2～2.0 mm, 零散定向分布。斜长石半自形-近半自形板状, 具绢云母化、黝帘石化、鳞片状黑云母化等。石英近半自形粒状,有的为溶蚀状。具波状、带状消光。基质(90%)由长英质构成, 具霏细-微晶结构, 定向分布。变质矿物包括绢云母、黑云母、黝帘石, 以绢云母为主, 定向分布, 部分集合体呈条纹状。

Z20101112-4(筲箕洼组, 黑云绢云变质流纹岩),采样坐标: N29°27.640′; E116°53.702′。该样品由斑晶、基质变质矿物组成。斑晶由斜长石(10%～15%)、石英(10%)构成, 大小一般0.2～3.0 mm, 零散定向分布。斜长石半自形-近半自形板状, 具绢云母化、黝帘石化、鳞片状黑云母化等假像。石英近半自形粒状, 有的溶蚀状。具波状、带状消光。基质(75%～80%)由长英质构成, 具霏细-微晶结构, 定向分布。变质矿物包括绢云母、黑云母、黝帘石, 以绢云母为主,定向分布, 部分集合体呈条纹状。

C20101113-4(星子岩群, 黑云绢云变质流纹岩),采样坐标: N29°26.929′; E115°56.211′。该样品由斑晶、基质变质矿物组成。斑晶由斜长石(10%)、石英(10%)构成, 大小一般0.2～3.0 mm, 零散定向分布。斜长石半自形-近半自形板状, 具绢云母化、黝帘石化、鳞片状黑云母化等假像。石英近半自形粒状, 有的溶蚀状。具波状、带状消光。部分斑晶两段见有石英、绢云母构成的压力影。基质(80%)有长英质构成, 具霏细-微晶结构, 定向分布, 部分集合体呈似透镜状、堆状等零星分布。变质矿物包括绢云母、黑云母、黝帘石, 以绢云母为主, 直径一般＜0.1 mm,定向分布, 部分集合体呈条纹状。

本文所采集的锆石年龄样品, 对星子岩群的限定和与双桥山群对比关系的年代地层学标定有着重要的年代学意义。

2 分析方法

锆石 U-Pb年龄测定在西澳大利亚佩斯理工大学的 SHRIMP-II上进行, 详细分析流程见刘敦一等(2003)、Black等(2003a, b)。原始数据的处理和锆石U-Pb谐和图的绘制采用 Ludwig博士编写的 Squid和 Isoplot程序(Black et al., 2003a; Ludwig, 2002)。普通铅校正根据Stacey & Kramers给出的模式计算得到(Stacey et al., 1975)。数据表中, 年龄的误差为1σ绝对误差, 同位素比值的误差为 1σ相对误差; 文中所使用的206Pb/238U年龄加权平均值和谐和年龄计算值为95%的置信度误差。

3 分析结果

锆石的阴极发光图象Cathodoluminescence (CL)特征: 所采锆石虽形态不相同, 但是CL图像显示出典型的岩浆生长振荡环带和韵律结构, 均属于岩浆结晶的产物(图3)。靶台上锆石样品在锆石的CL图像显示下, 对照可见光下的特征进行选样, 排除裂隙发育和较多包裹体的颗粒的锆石。全部样品的锆石晶型完好, 为浅黄色-无色透明钝圆形晶体。锆石粒度多在100～200 μm之间。

图2 筲箕洼组及星子岩群流纹岩野外照片Fig. 2 Field photographs of Shaojiwa Formation and Xingzi Complex Group

图3 筲箕洼组及星子岩群凝灰岩锆石特征Fig. 3 Cathodoluminescence (CL) images of zircons from Shaojiwa Formation and Xingzi Complex Group

表1 筲箕洼组样品(D20101112-2a,b)SHRIMP U-Pb年龄测定结果Table 1 SHRIMP dating results of zircons of D20101112-2a,b sample from Shaojiwa Formation

图4 筲箕洼组及星子岩群凝灰岩锆石U-Pb谐和图Fig. 4 Zircon U-Pb concordant diagram of tuff bed in Xingzi Complex Group

锆石的 U、Th含量及 Th/U比值: 大量的研究表明, 岩浆锆石的U、Th含量较高, Th/U比值较大(一般大于 0.4。①筲箕洼组(细碧岩)样品(D20101112-2a,b)16个测点中 U含量变化范围为154×10-6～757×10−6, 个别样品偏高; Th 含量变化范围为 51×10-6～422×10−6, 个别样品偏高; Th/U值变化范围为 0.38～1.32(表 1)。②筲箕洼组(流纹岩)样品(LXC20101112-3)20个测点中 U含量变化范围为53×10-6～293×10−6; Th 含 量 变 化 范 围 为36×10-6～289×10−6; Th/U 值变化范围为 0.53～1.27(表2)。③筲箕洼组(流纹岩)样品(Z20101112-4)17个测点中U含量变化范围为70×10-6～721×10-6; Th含量变化范围为41×10-6～772×10-6; Th/U值变化范围为0.43～1.11(表 3)。④星子岩群(流纹岩)样品(C20101113-4)8个测点中U含量变化范围为94×10-6～315×10-6; Th含量变化范围为48×10-6～293×10-6; Th/U值变化范围为 0.46～0.96(表 4)。上述这些分析点均位于明显的岩浆环带部位。锆石 U-Pb年龄: ①筲箕洼组(细碧岩)样品(D20101112-2a,b)共测试了16个数据点。其中2个数据点与主群不一致, 其中数据点 1.1可能为选矿分析混入锆石; 数据点10.1为U偏高, 铅丢失。其余 14个数据点均位于谐和线或位于谐和线附近(图4a), 14个数据点的206Pb/238U年龄为(840±6) Ma, 对应的MSWD=1.3。206Pb/238U年龄代表细碧岩的形成时代。②筲箕洼组(流纹岩)样品(LXC20101112-3)共测试了 21个数据点, 其中 11个数据点均位于谐和线 上(图 4b); 获 得 年 龄(833±4) Ma, 对 应 的MSWD=1.4 (表2)。206Pb/238U年龄代表流纹岩的形成时代。③筲箕洼组(流纹岩)样品(Z20101112-4)共测试了17个数据点。其中4个数据点与主群不一致;数据点7.1为U偏高, 铅丢失。其余14个数据点均位于谐和线或位于谐和线附近(图 4c), 13个数据点的206Pb/238U 年 龄 为(831±3) Ma, 对 应 的MSWD=1.47。206Pb/238U年龄代表流纹岩的形成时代。④星子岩群(流纹岩)样品(C20101113-4)共测试了8个数据点。其中数据点7.1与主群不一致。其余 7个数据点均位于谐和线或位于谐和线附近(图4d), 7个数据点的206Pb/238U年龄为(825±5) Ma, 对应的 MSWD=0.46。206Pb/238U年龄代表流纹岩的形成时代。

4 构造地层意义

筲箕洼组细碧岩锆石 U-P b年龄为(840±6) Ma (MSWD=1.3), 结合以上锆石的CL图像(图3)和Th/U值(表1)所显示的岩浆成因的特征, 该定年结果应代表了筲箕洼组同沉积喷发的火山岩年龄。而桃花源楼下村筲箕洼组流纹岩中锆石 U-Pb年龄(833±4) Ma (MSWD=1.4); 桃花源张家潭村筲箕洼组流纹岩中锆石U-Pb年龄(831±3) Ma, 对应的M S W D=1.4 7; 庐山茶园星子岩群中流纹岩(C20101113-4)206Pb/238U年龄为(825±5) Ma, 对应的MSWD=0.46。上述年龄基本限定了筲箕洼组和星子岩群均归属新元古代地层的沉积范畴, 并提供了一个系列的锆石年龄谱系, 即筲箕洼组年龄比星子岩群的年龄要更老一些。上述4个的锆石U-Pb年龄的报道将进一步为江南造山带新元古代地层划分和对比及构造古地理格局提供有力的同位素年代学证据。近年来, 随着“江南造山带”西部提供了仓溪岩群(宜丰岩群)的 SHRIMP锆石 U-Pb的年龄(855±7) Ma(高林志等, 2011a, b, c), 以及双桥山群的沉积下限的东部双桥山群凝灰岩(斑脱岩)SHRIMP锆石 U-Pb年龄(831～829 Ma)和江西省庐山垄地区筲箕洼组英安岩 SHRIMP锆石 U-Pb年龄(840±5) Ma(董树文等, 2011), 以及星子岩群的碎屑锆石的获得, 限定了该群沉积应小于 835 Ma(关俊朋等, 2010; 王勇等, 2002)。本文报道的筲箕洼组和星子岩群锆石U-Pb年龄, 对江南古陆变质基底下限做了进一步的标定, 也把从前整个江南造山带中传统划分的古元古代地层和中元古代地层都重新厘定为新元古代地层。

表2 筲箕洼组样品(LXC20101112-3)SHRIMP U-Pb年龄测定结果Table 2 SHRIMP dating results of zircons of LXC20101112-3 sample from Shaojiwa Formation

表3 筲箕洼组样品(Z20101112-4)SHRIMP U-Pb年龄测定结果Table 3 SHRIMP dating results of zircons of Z20101112-4 sample from Shaojiwa Formation

表4 星子岩群流纹岩样品(C20101113-4)SHRIMP U-Pb年龄测定结果Table 4 SHRIMP dating results of zircons of C20101113-4 samples from Xingzi Complex Group

5 结论

1)本文报道的筲箕洼组细碧岩和流纹岩高精度SHRIMP 锆石 U-Pb 年龄((840±6) Ma、(833±4) Ma和(831±3) Ma)来自地层中筲箕洼组火山岩, 该年龄应代表了同沉积地层的年龄;

2)确定了星子岩群流纹岩((825±5) Ma)从时代上应相当于 820 Ma构造转换面之下双桥山群上部修水群;

3)本文通过筲箕洼组流纹岩和星子岩群SHRIMP锆石U-Pb年龄限定星子岩群应归属新元古代地层的范畴, 而不是中古元代地层;

4)通过同位素年代地层学研究, 确认在江南造山带中变质程度深的地层不代表是最老的地层。

致谢: 感谢中国地质科学院地质研究所北京离子探针中心刘敦一和张玉海的支持, 董春燕博士和张维博士在测试期间的技术保障及杨淳女士样品制靶和阴极发光照相。

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The Geochronological Relationship between the Shaojiwa Formation and the Xingzi Complex Group in Northwestern Jiangxi and the Constraints on Zircon SHRIMP U-Pb Age

GAO Lin-zhi1), HUANG Zhi-zhong2), DING Xiao-zhong1), LIU Yan-xue1), ZHANG Chuan-heng3),

WANG Zi-qiang3), PANG Jian-feng1), HAN Kun-ying1)
1)Institute of Geology, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing100037;2)Jiangxi Institute of Geological Survey, Nanchang, Jiangxi330201;3)China University of Geosciences, Beijing100083

Ages of (840±6) Ma (MSWD=1.3), (833±4) Ma (MSWD=1.4) and (831±3) Ma (MSWD =1.47) were obtained for spilite and rhyolite from the Shaojiwa Formation. The Xingzi Complex Group has the age of206Pb/238U (825±5) Ma (MSWD =0.46). In combination of the SHRIMP U-Pb dating of the spilite and rhyolite of the Shaojiwa Formation in the Jiangnan oregen, the authors have determined for the first time that the Xingzi Complex Group is of Neoproterozoic period and lies below the Shaojiwa Formation. These isotopic data from the Shaojiwa Formation are very important for regional correlation of the strata of the corresponding period and tectonic evolution. The zircon U-Pb ages mentioned above determine that Neoproterozoic strata around the age of 820 Ma are developed in northwestern Jiangxi Province. These data contribute to the stratigraphic subdivision and correlation of the metamorphosed rocks in whole Jiangnan old land and help geologists investigate the geological background and ore-forming conditions of the Jiangnan Orogen.

Shaojiwa Formation; Xingzi Complex Group; zircon SHRIMP dating; Jiangnan orogen;northeastern Jiangxi

P534.3; P597.1

A

10.3975/cagsb.2012.03.03

本文由中国地质调查局地质大调查项目“中国新元古代年代地层格架及其全球对比”(编号: 121201011120131)和科技部科技基础性工作专项“中国地质志欧亚大陆大地构造图编制”(编号: 2011FY120100)联合资助。

2012-03-24; 改回日期: 2012-04-13。责任编辑: 张改侠。

高林志, 男, 1955生。研究员。主要从事生物地层、层序地层、灾变事件地层研究。通讯地址: 100037, 北京市西城区百万庄大街26号。电话: 010-68999690。E-mail: gaolzh@cags.net.cn。