南米仓山变质岩变质时代及地质意义

薛国栋，何政伟，向启荣，吴安容，王广强，张矩生



南米仓山变质岩变质时代及地质意义

薛国栋1，何政伟1，向启荣1，吴安容1，王广强2，张矩生2

（1.成都理工大学地球科学学院，成都 610081；2.光雾山-诺水河世界地质公园，四川 巴中 636600）

通过对汪家坪岩组的两件黑云斜长变粒岩变质岩样品进行LA-ICP-MS锆石U－Pb年代学研究，获得的206Pb/238U年龄介于843.3～904.9Ma之间，最古老的年龄达1138.46±16.7Ma，表示南米仓山结晶基底在新元古代早期曾发生过强烈的构造－岩浆活动；具有变质锆石特征的样品，获得的年龄数据表明南米仓山地区在新元古代发生过两期变质作用，早期的变质作用峰值年龄约为810.0~900.0Ma，代表着晋宁末期华北大陆板块与扬子板块逐渐对接拼合，古秦岭洋壳迅速向南北两侧俯冲消减事件；晚期变质作用发生在约为550.0~760.0Ma，记录了这一阶段的澄江期岩浆热事件引起的接触变质事件。

黑云斜长变粒岩；锆石U-Pb 定年；汪家坪组；南米仓山

近年来同位素质谱技术的发展使得人们对同一锆石颗粒内部不同成因类型的锆石晶域进行微区原位年龄测定成为可能。通过微区原位定年技术，能够给出有关寄主岩石的地质演化历史等重要信息，这可以为地质过程的精细年代学格架的建立提供有效的证据[1-2]。对于南米仓山地区变质岩时代研究已久，但仍有相当一部分地质体缺乏可靠的年代学证据，要正确地认识和了解各有关地质体，尤其是区域内古老基底岩石的时代就显得十分必要，本文通过LA-ICP-MS激光原位分析法对研究区汪家坪组岩石做锆石U-Pb年代学研究，就南米仓山地区结晶变质基底的时代进行讨论。

1 区域地质概况

研究区位于扬子克拉通北缘，北侧为汉南推覆构造和秦岭造山带，东侧为大巴山推覆构造带，西侧为龙门山推覆构造带，南侧为四川盆地，所处大地构造位置特殊，具有重要意义。南米仓山扬子地台基底主要由结晶基底和褶皱基底两部分组成，前者以后河岩群的变粒岩、斜长角闪岩等组成，后者由火地垭群中浅变质岩组成。后河岩群构成了结晶基底，在研究区内大致分布于八角寨、草鞋坪、黑山梁等地，呈小规模俘虏体形式分布于晋宁-澄江期岩浆岩中，出露面积约94km2（图1）。不整合于中元古界火地垭群麻窝子组之下的一套混合质火山岩系。长期以来，对该套岩系的原岩特征、时代等方面的认识存在很大分歧[3-5]。

图1 米仓山地区基底变质岩系分布图（据何政伟等，1999）

Hh—河口岩组；Hw—汪家坪岩组；Pts—上两组；Ptm—麻窝子组；Wgnt—八角树片麻杂岩；Bgn—沉积盖层；1—吕梁期岩浆岩；2—晋宁期岩浆岩；3—澄江期岩浆岩;4—断层接触；5—韧性剪切带；6—大型韧性剪切带；7—采样位置

2 汪家坪岩组特征

汪家坪岩组主要形成于本区五大构造演化阶段中的晚太古—早元古代克拉通结晶基底形成阶段，主要在前吕梁期[6]。在前吕梁期，经过河口岩组形成阶段与八角树TTG 岩套形成阶段两次构造—热事件后，本区地壳成熟度再度增高，在地幔对流作用不均衡时, 再次发生硅铝壳的破裂沉陷，发生区域性的岩浆喷发作用时，形成了以酸性火山岩为主夹基性火山岩和正常沉积岩的汪家坪岩组[7]。汪家坪岩组原岩形成以后，受到多期次构造变形、频繁的岩浆活动、多期区域变质作用和动力变质作用最终形成现在的特征[8]。

23～20亿年的吕梁运动，强烈的挤压使裂陷封闭，汪家坪岩组在热动力作用下发生强烈片理、韧性剪切面理等透入性变形，伴以低角闪岩相变质。晚元古代的晋宁运动，本区发生了两期变形—变质事件。早震旦世的澄江运动，扬子克拉通西缘和北缘拉张破裂，形成了龙门山—米仓山大陆裂谷带，形成了与裂谷作用有关的碱性、基性、中酸性侵入岩超单元，与此同时也伴随着热液引起的接触变质作用[6-7]。经过澄江运动，扬子克拉通基底固结，汪家坪岩组最终形成。

汪家坪岩组岩石主要以变粒岩为主，其中以黑云斜长变粒岩为主，夹有少量黑二长变粒岩、二云斜长变粒岩。岩石呈浅灰-灰色，具有细粒鳞片粒状变晶结构，片麻状构造，长石含量大于20%，暗色矿物在10%~30%，粒度小于1mm，黑云母为暗绿-淡黄色，含量15%~30%，斜长石28%左右，有强绢云母化高岭石化，含量30%~45%，石英25%~35%，岩石中混合岩化普遍。岩石矿物组合：石榴石+黑云母±白云母岩浆岩体侵入+斜长石+石英、黑云母+斜长石+石英、黑云母+白云母+斜长石+石英、黑云母+斜长石+钾长石+石英[8]。

图2 Gs02样品锆石阴极发光CL图像

图3 Gs03样品锆石阴极发光CL图像

图4 Gs02锆石U-Pb年龄谐和图

根据成都理工学院在1∶5万南江八幅区域地质联测调查中通过大量的实验数据分析，结合本次的分析结果，运用尼格里特征特征图解和各类常量元素，微量元素等多种判别方法，汪家坪组经原岩恢复，此套岩石原岩为杂砂岩和中酸性火山岩、石英拉斑玄武岩及凝灰质砂岩，属于杂砂岩、中酸性火山碎屑岩夹基性火山岩及碳酸盐岩建造[8]。

3 分析测试方法

样品取自南米仓山地区，位于自南江县通往光雾山桃园景区公路边。岩性为黑色-深灰色云母斜长变粒岩。用于U-Pb 年龄测定的样品采用常规重选和磁选技术分选出锆石。将锆石颗粒以及锆石标样粘贴在环氧树脂靶上，然后对其抛光直至锆石露出一半晶面[12]。对锆石进行透射光和反射光显微照相以及阴极发光图象分析，以检查锆石的内部结构、帮助选定最佳的待测部位[13-14]。U、Th、Pb 的测定在武汉上谱分析科技LA-ICP-MS激光原位分析仪上完成。实验数据采用ICP-MSDataCal软件处理[15-18]。所有的年龄数据列于表，为保证分析的可信度，本文取谐和度≥90％的数据进行讨论。由于放射性铅同位素的影响，当年龄＜1 000Ma时采用206Pb/238U，年龄＞1 000Ma时则采用207Pb/206Pb年龄[19-20]。锆石年龄谐和曲线利用Isoplot完成[21]，平均年龄计算取90%的置信区间。

4 锆石U-Pb 年代学

所测2件黑云斜长变粒岩样品（样号：Gs02、Gs03）。显微镜观察表明，所选锆石形态相对比较复杂，有晶形较好的短柱状和长柱状、也有近椭圆形的锆石，还有粒度较大的锆石。部分锆石发育有明显的岩浆成因的振荡生长环带结构（图2、图3）。

图5 Gs03锆石U-Pb年龄谐和图

图6 Gs02样品锆石U-Pb年龄相对概率分布图

图7 Gs03样品锆石年龄相对概率分布图

Gs02样品（黑云斜长变粒岩, 采样位置坐标：32°39′44.80″N, 106°48′28.74″E）：总共选取了40个锆石样品，一般锆石粒度长约70～100μm，个别长达150μm，还有较大粒度的锆石（图2）。测试结果（表1）表明，锆石Th含量较高，样品中大多数测点Th /U＞0. 1，15个测点Th /U＜0. 1，即前者为岩浆成因锆石，后者为变质成因锆石。可见该黑云斜长变粒岩锆石既有岩浆锆石、也有变质锆石，而且二者年龄近一致，个别锆石具核幔结构，但核部年龄与幔部年龄相近，说明中酸性岩体侵位之后不久本地区就遭受了强烈的变质作用（混合岩化）。根据对于小于10亿年的锆石样品，206Pb/238U年龄比较准确；对于大于10亿年的锆石样品，207Pb/206Pb年龄比较准确。在谐和度大于90%的岩浆锆石的年龄平均值为863.0±13.0Ma，由谐和图可知其主要年龄分布在860.0~900.0 Ma，该年龄值反映中酸性岩浆岩的侵入时代；在谐和度大于90%的变质锆石的年龄平均值为804.0±56.0Ma，主要分布于870.0 Ma、750.0 Ma与650.0 Ma年龄，该年龄反映变质发生主要时间（图4、图6）。

Gs03样品（黑云斜长变粒岩，采样位置坐标：32°39′43.33″N，106°48′58.42″E）：总共选取了41个锆石样品，一般锆石粒度长约70～110μm，个别长达160μm，其中也有较大粒度的锆石（图3）。测试结果（表1）表明，锆石Th含量较高，但大多数测点Th /U＞0. 1，5个测点Th /U＜0. 1，即前者为岩浆成因锆石，后者为变质成因锆石。可见该黑云斜长变粒岩锆石既有岩浆锆石、也有变质锆石，而且二者年龄近一致，少量锆石具核幔结构，但核部年龄与幔部年龄相近，说明中酸性岩体侵位之后不久本地区就遭受了强烈的变质作用（混合岩化）。在谐和度大于90%的岩浆锆石年龄平均值为835.0±37.0Ma，主要的年龄依然位于860.0~900.0Ma，峰值年龄为1138.5Ma，反映的中酸性岩浆岩的的侵入时代与Gs02号样品基本相同；而该样品所测谐和度大于90%的变质成因锆石年龄平均值为873.0±26.0Ma，主要的年龄位于860.0Ma左右，峰值年龄达911.0±7.6Ma该年龄有可能反映着其中前期变质成因的变质时期（图5）。

5 地质意义及讨论

5.1 岩浆成因锆石U-Pb年龄分析

在黑云斜长变粒岩样品中具有岩浆锆石特征锆石测得的206Pb/238U年龄大多数年龄介于860.0～900.0Ma之间，这一年龄范围与扬子克拉通北缘米仓山地区基底变质岩系的基底样品所测年龄较为一致[9]。鉴于本次研究获得的岩浆锆石年龄数据有限性，难以直接判断南米仓山地区后河岩群变质基底的原岩年龄，因此结合南米仓山基底岩石有关的年代数据，在此基础上对于本次测年研究所获取的数据进行分析，来讨论南米仓山地区古元古代以来的构造演化。在本次数据收集时，不采用加权平均年龄，而采用具体测点数据分析，并根据锆石的特征，将岩浆成因的锆石和变质成因的锆石分开统计，将锆石核部的测试数据归于岩浆成因。按照以上原则，进行数据分析总结。这些数据表明岩浆锆石最主要的年龄范围约为840.0～920.0Ma，显示在新元古代早期地曾发生强烈的构造－岩浆活动。而这一事件在米仓山地区发展简史和四川米仓山地区晋宁期中性侵入岩序列岩石地球化学特征及其演化的报道中都已提及[21]，900.0Ma前后的这次构造－岩浆活动为寨坡钙碱性、中酸性侵入岩超单元。

在进行施工方案设计时，需要对于铁路隧道的地形及周围环境进行勘察，才能够确定合理的施工方案。但是，由于铁路隧道的施工环境比较复杂，很多设计人员在工作中由于缺乏迎难而上的品质，导致没有对施工环境进行有效勘察，使得设计方案出现很多不合理因素，严重影响了施工的安全性。

此外，样品GS03获得的最古老岩浆成因锆石的年龄为1138.5±16.7Ma，谐和度94%，数据可信。魏显贵等在米仓山地区构造演化中的该年龄段的构造-岩浆活动事件依然归于寨坡钙碱性、中酸性侵入岩超单元；这一年龄数据与马润则等在米仓山地区岩浆活动与构造演化中的晋宁期正源超单元相对应[6-7]。因此样品GS03中的这一锆石可能来源于这一次的事件-晋宁期正源基性、超基性侵入岩超单元。

5.2 变质成因锆石U-Pb年龄分析

两件样品的变质成因锆石年龄范围为602.0～911.0Ma，样品GS02变质锆石的年龄峰值为-888.6±9.3Ma，样品GS03变质锆石的年龄峰值为-911.0±7.6Ma，这个峰值变质锆石有可能来源于捕获锆石，年龄值数量少。本文中所测样品GS02变质锆石得到的变质年龄范围较GS03变质锆石变质年龄范围较广，二者普遍峰值年龄在810.0～900.0Ma。相对应于何政伟等提出的前震旦纪发育有至少4 期区域变质作用和1 期线性动力变质作用的晋宁期区域变质作用与线性动力变质作用，也说明岩浆活动与变质作用几乎在同时进行（混合岩化）[9]。根据两件锆石样品所测得锆石年龄不难看出，后河岩群汪家坪组黑云斜长变粒岩变质事件主要为晋宁运动二期，汪家坪岩组发生叠加变质作用。对于550.0～760.0 Ma的变质锆石年龄，其对应的地质事件为澄江期岩浆活动侵位于晋宁期前的岩体中，发育较窄的接触变质。说明已活动的变质变形带在澄江运动期间再次活化，在本次所测得年龄中，最年轻的变质年龄603.0±17.4Ma，同时说明澄江期的岩浆活动剧烈，影响时间较长的特征。说明在早震旦世之前该区内的岩浆活动频繁，澄江运动之后，本区进入稳定地台发展阶段，沉积了以稳定型内源碳酸盐岩及陆源碎屑岩建造为特征的沉积盖层。

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Metamorphic Age and Geological Significance of Metamorphic Rock in the South Micang Mts

XUE Guo-dong1 HE Zheng-wei1 XIANG Qi-rong1 WU An-rong1 WANG Guang-qiang2 ZHANG Ju-sheng2

(1-College of Earth Sciences, Chengdu University of Technology, Chengdu 610081; 2-Administration Committee of Guangwushan-Nuoshuihe Geopark, Bazhong, Sichuan 636600)

Abstract:The zircon U-Pb dating for 2 biotite-plagioclase granulite samples from the Wangjiaping Complex in the south Micangshan crystallization basement gives 206Pb/238U ages ranging from 843.3 Ma to 904.9 Ma. Some zircon grains from the samples show clear rhythmic bands characteristic of magmatic genesis. These indicate that strong tectonic-magmatic activity and 2 metamorphic stages took place in the south Micang Mts during the early Neoproterozoic. The early metamorphism took place during 810~900 Ma, indicating gradual butting and jointing of the north China plate with the Yangtze plate at the end of the Jinning period, and rapid subduction of the ancient Qinling to the north and south sides. While late metamorphism occurred dyring 550~760 Ma, recording the contact metamorphism caused by the magmatic thermal events in Chengjiang period.

Key words:biotite-plagioclase granulite; zircon U-Pb dating; Wangjiaping Complex; South Micang Mountains

收稿日期：2018-03-26

基金项目：光雾山-诺水河国家地质公园资助的“光雾山-诺水河国家地质遗迹特征研究”

作者简介：薛国栋（1991-），男，山西芮城人，硕士研究生，研究方向：地质学

中图分类号：P588.3

文献标识码：A

文章编号：1006-0995（2018）02-0202-06

DOI：10.3969/j.issn.1006-0995.2018.02.005