海南岛抱板杂岩记录的多期构造热事件:锆石和独居石U-Pb年代学的制约*

陈龙耀 刘晓春 胡娟 夏蒙蒙 韩建恩

1.中国地质科学院地质力学研究所,北京 100081 2.自然资源部古地磁与古构造重建重点实验室,北京 100081

海南岛位于欧亚板块、印度板块和太平洋板块的交接部位,受古特提斯构造域和古太平洋构造域两大地球动力学系统的双重影响,具有复杂的地质构造演化历史。自20世纪80年代以来,不同学者和研究团队对海南岛中元古代到晚古生代-新生代构造演化开展了大量的研究工作,并取得了一系列重要的研究成果(Shui,1987; Hsüetal.,1990; Fangetal.,1992; Metcalfe,1996; Lietal.,2002,2006; Xuetal.,2007,2008,2015,2017; Huangetal.,2012; Jiangetal.,2015; Heetal.,2018a,b,2020; Yaoetal.,2017; Zouetal.,2017; Shenetal.,2018; Zhangetal.,2018,2019,2020; Xuetal.,2020; Liuetal.,2021; Zhouetal.,2021; Xiaetal.,2022)。然而,有关海南岛大地构造单元划分和各单元的构造属性仍然存在较大的争议(杨树锋等,1989; Hsüetal.,1990; Metcalfeetal.,1993; 李献华等,2000; 丁式江等,2002;Lietal.,2002a; Liuetal.,2006)。杨树锋等(1989)以九所-陵水断裂为界,将海南岛划分为北部琼中地体和南部崖县地体,二者均来源于冈瓦纳古陆;Hsüetal.(1990)和Chenetal.(1992)以“石碌混杂岩”为界,将海南岛划分为北部和南部地体,北部划归于华南陆块,南部划归东南亚陆块;Metcalfeetal.(1993)以白沙断裂为界将海南岛分为琼西北和琼东南地体,并认为二者都具有冈瓦纳陆块的属性;李献华等 (2000)和Lietal.(2002a)以邦溪-晨星构造带为界划分为南北两个地体,其北侧属于华南陆块,南侧属于印支陆块,且这一认识已被大多数学者所接受(许德如等,2006; Xuetal.,2008; Cai and Zhang,2009; Zhangetal.,2011; Faureetal.,2016,2017; Heetal.,2018a,b,2020; Wangetal.,2018)。最近,基于海南岛东北部木栏头变质杂岩的厘定,刘晓春等 (2022)将海南岛重新划分为北部琼北构造混杂岩带和南部琼南地体,并认为海南地体属于印支陆块的一部分。本文倾向于琼北构造混杂岩带和琼南地体的划分方案。

抱板杂岩(抱板群)是目前海南岛发现的最古老的前寒武纪结晶基底,经历了多期构造热事件的改造,是研究海南岛大地构造属性的重要窗口。年代学研究资料表明,抱板杂岩主要由1.55Ga花岗质片麻岩、1.55～1.35Ga的变质沉积岩和1.46～1.43Ga的双峰式岩浆岩组成(Lietal.,2002a; Yaoetal.,2017; Zhangetal.,2018,2019; Xuetal.,2020)。其中,变质沉积岩和双峰式岩浆岩与劳亚古陆西部的Belt-Purcell Supergroup具有相似的碎屑锆石年龄谱图和地球化学特征(Anderson and Davis,1995; Lietal.,2008; Rossetal.,1992; Yaoetal.,2017; Zhangetal.,2018,2019),表明海南岛与劳亚古陆西部在努娜/哥伦比亚超大陆重建中可能是相连的(Lietal.,2008; Yaoetal.,2017; Zhangetal.,2018,2019; Xuetal.,2020)。变质锆石年龄结果显示,抱板杂岩经历了格林维尔期(1.3～0.9Ga)的变质,可能与罗迪尼亚超大陆的拼合有关(Yaoetal.,2017; Xuetal.,2020)。最近,Zhangetal.(2022)首次报道了抱板杂岩中早古生代角闪岩相变质事件,并认为这一事件与东冈瓦纳古陆北缘的增生造山作用有关。此外,白云母40Ar/39Ar年龄显示抱板杂岩还经历了三叠纪构造热事件的改造(Zhangetal.,2011)。由此可以看出,抱板杂岩记录了多期次构造热事件,这些构造热事件对探究海南岛基底形成、演化与构造归属等具有重要的指示意义。本文在总结已有研究资料的基础上,通过抱板杂岩新的锆石和独居石年代学数据,探讨海南岛抱板杂岩所经历的多期构造热事件及其所代表的构造含义,并通过与相邻陆块的对比,讨论海南岛的大地构造属性。

1 区域地质背景

海南岛地处南海西北部,北以琼州海峡与华南陆块相隔,西以北部湾与印支陆块相望,主要出露有前寒武纪结晶基底、古生代地层、中新生代地层和不同时代的花岗质岩石(图1)。前寒武纪结晶基底主要出露于海南岛西南部(图1),由中元古代抱板群(本文称之为抱板杂岩)、石碌群和石灰顶组构成。其中抱板杂岩的主要岩性为经历角闪岩相变质的岩浆岩和沉积岩,原岩时代约1.55～1.30Ga;石碌群是经历绿片岩相变质的沉积岩和火山岩,原岩时代约为1.44～1.07Ga;石灰顶组由石英岩和石英片岩组成,原岩时代约0.97Ga,角度不整合于石碌群之上(地质矿产部宜昌地质矿产研究所和海南省地质矿产局,1991a; 马大铨等,1998; Lietal.,2002b,2008; Wangetal.,2015; 海南省地质调查院,2017; Yaoetal.,2017; Zouetal.,2017; Zhangetal.,2019; Xuetal.,2020)。古生代地层广泛分布于海南岛的中西部(图1),主要由砂岩、粉砂岩、页岩和少量砾岩、硅质岩、灰岩、白云岩夹层组成,经历了低级变质作用的改造(地质矿产部宜昌地质矿产研究所和海南省地质矿产局,1991a; 海南省地质调查院,2017; 张立敏等,2017),其中出露于海南岛中部邦溪和晨星地区的石炭系中还含有丰富的变质玄武岩和流纹岩夹层(夏邦栋等,1991a,b; Zhouetal.,2015; Lietal.,2018)。中生代地层主要是出露于几个陆相盆地中的白垩纪红层,由河湖相碎屑沉积岩组成,夹有少量火山岩(地质矿产部宜昌地质矿产研究所和海南省地质矿产局,1991a; 海南省地质调查院,2017; Jiangetal.,2015)。花岗质岩石在海南岛广泛出露,其面积约占全岛的40%,其中约60%为晚二叠世-三叠纪(约270～230Ma)花岗岩,其它为侏罗纪和白垩纪(约150～70Ma)花岗岩(地质矿产部宜昌地质矿产研究所和海南省地质矿产局,1991b; Lietal.,2006; 陈新跃等,2011; 温淑女等,2013; Wangetal.,2012; Jiang and Li,2014; Yanetal.,2017; Shenetal.,2018; Heetal.,2020; 吕方等,2023)。构造上,海南岛发育东西向和北东向两组断裂体系,东西向断裂由北向南依次发育王五-文教、昌江-琼海、尖峰-吊罗和九所-陵水断裂,北东向断裂由东向西发育白沙和戈枕断裂(图1)(广东省地质矿产局,1988; 地质矿产部宜昌地质矿产研究所和海南省地质矿产局,1991c; Metcalfeetal.,1993; Metcalfe,1996)。

图1 海南岛地质简图(据广东省地质矿产局,1988; Shen et al.,2018修改)

抱板杂岩主要出露于白沙断裂以西昌江-东方的抱板地区、大蟹岭地区、五指山地区、乐东的冲卒岭地区和琼东北的木栏头地区(俞受鋆等,1992; 马大铨等,1988; Lietal.,2002b,2008; Yaoetal.,2017; Zhangetal.,2018,2019; Xuetal.,2020; 吕方等,2023; 刘晓春等,2022),而之前在琼中的上安地区和屯昌-定安的黄竹岭地区划定的抱板杂岩已被否定(李孙雄等,2016; 高维等,2022; 龙文国等,2022)。抱板杂岩具有复杂的岩石组成,主要包括中元古代的片麻状花岗岩、变质沉积岩和双峰式岩浆岩(Lietal.,2002b; Yaoetal.,2017; Zhangetal.,2018,2019; Xuetal.,2020)。其中,片麻状花岗岩的原岩时代约为1.55Ga;变质沉积岩沉积时代约为1.55～1.35Ga,碎屑锆石主要峰值年龄为1.78～1.72Ga、1.45Ga和2.60Ga;双峰式岩浆岩的形成时代为1.46～1.43Ga,地球化学特征显示大陆裂谷成因特征。变质锆石和独居石年龄指示,这套岩石组合经历了格林维尔期(1300～900Ma)变质事件的改造,但精确的变质时代和变质条件是不明确的。最近,Zhangetal.(2022)报道抱板杂岩经历了早古生代角闪岩相的变质,变质P-T条件为650～715℃和0.86～0.91GPa,变质时代约为460Ma,并认为这一早古生代变质事件与东冈瓦纳古陆北缘的增生造山作用有关。

2 样品和分析方法

2.1 采样位置和岩石学特征

本文聚焦海南岛乐东冲卒岭地区,该区域是抱板杂岩最具代表性的露头之一,出露的岩石主要为片麻状花岗岩、二云斜长片麻岩、黑云斜长片麻岩、石英片岩和云母片岩,夹透镜状斜长角闪岩,并被不同宽度的伟晶岩脉顺层或穿层侵入,部分伟晶岩脉明显随片麻岩又一同发生了变形(图2)。为了详细了解冲卒岭地区抱板杂岩的原岩和变质时代信息,我们对2件副片麻岩(样品BB29-5和BB28-1)、1件斜长角闪岩(样品BB29-1)和3件伟晶岩脉(样品BB28-2、BB29-2和BB29-8)开展了LA-ICP-MS锆石和独居石U-Pb定年,这些样品的具体位置、矿物组合特征及年龄结果见表1。

表1 抱板杂岩定年样品的具体位置、岩性、矿物组合及年龄

图2 抱板杂岩中变质沉积岩、斜长角闪岩和伟晶岩脉野外产状

样品BB29-5为二云斜长片麻岩(图2a),呈薄层状,有多条伟晶岩脉顺层或穿层侵入,宽者宽度达1m,片麻状构造,中粒粒状变晶结构,主要矿物组成为黑云母(10%)、白云母(20%)、斜长石(40%)和石英(20%)和少量不透明矿物(5%),副矿物有电气石、锆石和独居石(图3a)。样品BB28-1为二云斜长片麻岩(图2b),呈薄层状,发育多条<10cm宽的顺层伟晶岩条带。片麻状构造,中粒粒状变晶结构,主要由黑云母(5%)、白云母(20%)、斜长石(35%)和石英(30%)和少量不透明矿物(5%)组成,副矿物有电气石、锆石和独居石(图3b)。样品BB29-1为灰黑色角闪岩,呈大的透镜体产于薄层状黑云斜长片麻岩中(图2c),主要由角闪石(90%)和斜长石(10%)组成(图3c),含少量石英和不透明矿物。

图3 抱板杂岩中变质沉积岩、斜长角闪岩和伟晶岩脉显微照片

样品BB28-2、BB29-2和BB29-8均为伟晶岩脉,呈脉状或网状侵入于副片麻岩和角闪岩中(图2d,e),新鲜色为灰白色,块状-弱片麻状构造,主要矿物组成为白云母、钾长石、斜长石和石英(图3d),局部可见放射状电气石聚集。样品BB28-2和BB29-8为变质沉积岩中发育的伟晶岩脉,样品BB29-2为角闪岩中发育的伟晶岩脉。

2.2 分析方法

锆石和独居石U-Pb同位素定年和微量元素分析在武汉上谱分析科技有限责任公司LA-ICP-MS上完成。详细的仪器参数和分析流程见Huetal.(2008)和Zongetal.(2017)。GeolasPro激光剥蚀系统由COMPexPro 102 ArF 193nm准分子激光器和MicroLas光学系统组成,ICP-MS型号为Agilent 7700e。激光剥蚀过程中采用氦气作载气、氩气为补偿气以调节灵敏度,二者在进入ICP之前通过一个T型接头混合,激光剥蚀系统配置有信号平滑装置。分析的激光束斑和频率,锆石分别是24μm和5Hz,独居石为16μm和2Hz。U-Pb同位素定年和微量元素分析、处理中采用锆石标准91500、独居石标准物质44069和玻璃标准物质NIST610作外标进行分馏校正。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-Pb同位素比值和年龄计算)采用软件ICPMSDataCal(Liuetal.,2008,2010)完成。锆石和独居石样品的U-Pb年龄谐和图绘制和年龄加权平均计算采用Isoplot/Ex_ver3(Ludwig,2003)完成,加权平均或交点年龄的误差为95%置信度。在碎屑锆石年龄的统计分析中,≥1000Ma使用207Pb/206Pb年龄,<1000Ma使用206Pb/238U年龄。

3 分析结果

3.1 锆石U-Pb定年和微量元素分析结果

二云斜长片麻岩(样品BB29-5)中锆石呈椭圆形至短柱状,其长轴约40～120μm。阴极发光图像表明,锆石具有核-边结构,核部多具振荡环带,少数具有扇形环带或呈均匀的灰色(图4a);边部呈暗灰色,不具成分环带或发育冷杉树分带,一般狭窄且不连续(图4a)。此样品共分析125点(表2),其中振荡环带核部120点,暗灰色边部5点。核部120个测点谐和度均>90%,给出的207Pb/206Pb年龄范围从2784±46Ma到1406±97Ma,其中一个主要峰值年龄约为1785Ma,一个次要峰值年龄为2590Ma(图5a);此外,4个最年轻的年龄组给出的207Pb/206Pb加权平均年龄为1529±69Ma(MSWD=0.69),代表该样品的最大沉积年龄。5个边部测点给出一组年龄,从1250±14Ma(207Pb/206Pb年龄)到925±10Ma(206Pb/238U年龄)(图5a)。锆石核部表现为陡峭的重稀土配分模式,强烈的正Ce异常,中等的负Eu异常,高的Th/U比值(0.16～1.28)(图5b、电子版附表1)。相较于锆石核部,锆石边部具有不同的稀土配分模式,重稀土分异更明显,中等的正Ce异常以及更低的Th/U比值(0.005～0.016)(图5b、附表1)。

表2 抱板杂岩中变质沉积岩和斜长角闪岩锆石LA-ICP-MS U-Pb分析结果

图4 副片麻岩、角闪岩和伟晶岩脉中代表性锆石CL图像和独居石BSE图像

图5 副片麻岩和角闪岩中锆石U-Pb谐和图和球粒陨石标准化稀土元素配分图(标准化值据Sun and McDonough,1989)

二云斜长片麻岩(样品BB28-1)中的锆石大部分呈椭圆形,少数呈柱状或圆形,粒径50～100μm。阴极发光图像表明,所有颗粒具有明显的核-边结构,核部有两种结构,第一种呈灰色,发育振荡环带,第二种呈亮色或暗色,均匀发光或具不清晰的振荡环带,整体上核部显示碎屑锆石的特征(图4b);边部呈灰色,一般较窄且不连续,个别较宽,具有扇形或冷杉树状成分分带(图4b)。本次研究主要对锆石边部分析了16个点(表2)。其中,15个测点给出一组年龄,从1235±60Ma(207Pb/206Pb年龄)到975±10Ma(206Pb/238U年龄),另外1个测点给出单点年龄为233±3Ma(图5c)。第一组15个测点的锆石表现为陡峭的重稀土配分模式,弱负Eu异常和低的Th/U比值(0.003～0.090)(图5d、附表1)。另外1个单独测点的锆石表现为平坦的重稀土配分模式,中等的正Ce异常和负Eu异常,更高的Th/U比值(0.13)(图5d、附表1)。

角闪岩(样品BB29-1)中锆石多呈柱状,少数呈椭圆形,长轴60～150μm。阴极发光图像表明,锆石内部结构复杂,可见核-边或核-幔-边结构,核部呈灰-暗灰色,多发育宽缓的条带状成分环带;幔部呈灰色,具有弱韵律、扇形或冷杉树状成分分带;边部较窄呈亮白色,发育于所有的锆石颗粒上(图4c)。此样品共分析29点(表2),其中核部24点,灰色幔部5个点,白色边部因太窄而无法分析。核部24个测点谐和度>90%,去除1个较年轻测点后(可能是后期变质过程中造成同位素部分重设),剩余23个测点给出的207Pb/206Pb加权平均年龄为1460±23Ma(MSWD=0.41)(图5e)。5个灰色幔部测点给出两组年龄,其中3个点的年龄变化于1367～1298Ma(207Pb/206Pb年龄),另外2个分析点的年龄为954±9Ma和913±10Ma(206Pb/238U年龄)(图5e)。锆石核部表现为略微平坦的重稀土配分模式,中等强度正Ce异常和弱的负Eu异常,高的Th/U比值(0.529～1.159)(图5f、附表1)。3个较老年龄的幔部具有与锆石核部相似的稀土配分曲线,而2个年轻的幔部具有更低的REE总量、更弱的Ce和Eu异常,以及更低的Th/U比值(<0.01)(图5f、附表1)。

3.2 独居石U-Pb定年和微量元素分析结果

二云斜长片麻岩(样品BB29-5)中独居石多呈他形浑圆状,个别呈半自形粒状,粒径50～100μm。背散射(BSE)图像显示,主体无环带结构,发光均匀呈灰色,个别颗粒边部出现晶棱圆化和港湾状结构,少数颗粒含大量的矿物包体(图4d)。此样品共分析24点(表3),均位于均匀灰色部位,去除3个较年轻测点后,剩余21个测点给出的207Pb/206Pb加权平均年龄为1332±13Ma(MSWD=1.2)(图6a,b)。稀土元素配分模式图表现为轻稀土富集,重稀土亏损,并具有明显的负Eu异常(图6g)。Th元素含量为(24416×10-6～45922×10-6),Y元素含量为(10949×10-6～15922×10-6)(电子版附表2)。

表3 抱板杂岩中变质沉积岩和伟晶岩脉中独居石LA-ICP-MS U-Pb分析结果

二云斜长片麻岩(样品BB28-1)中的独居石呈半自形至他形粒状,粒径100～150μm。BSE图像显示,多数颗粒无环带结构,发光均匀呈暗灰色,少量颗粒局部显示灰色,多数颗粒含大量的矿物包体,少数不含包体的颗粒自形程度相对较好(图4e)。此样品共分析了21点(表3),均位于均匀暗灰色部位,21个测点给出的206Pb/238U加权平均年龄为459±2Ma(MSWD=2.9)(图6c)。稀土元素配分模式图表现为轻稀土富集,重稀土亏损,并具有明显的负Eu异常(图6g)。Th元素含量为(30710×10-6～47488×10-6),Y元素含量为(10117×10-6～21029×10-6)(附表2)。

伟晶岩脉(样品BB28-2)中独居石多呈他形粒状,个别呈半自形粒状,粒径80～150μm。BSE图像显示主体呈灰色,多数颗粒含大量的矿物包体,出现晶棱圆化和港湾状结构,少数半自形颗粒呈均匀灰色,含矿物包体较少(图4f)。此样品共分析15点(表3),均位于均匀灰色部分,15个测点给出的206Pb/238U加权平均年龄为442±2Ma(MSWD=1.5)(图6d)。稀土元素配分模式图表现为轻稀土富集,重稀土相对亏损,并具有强烈的负Eu异常(图6h)。Th元素含量为(32831×10-6～55803×10-6),Y元素含量为(16118×10-6～23111×10-6)(附表2)。

伟晶岩脉(样品BB29-2)中的独居石呈自形-半自形,棱角状或短柱状,粒径100～150μm。背散射图像显示三种结构,第一种呈均匀灰色,第二种呈均匀亮白色,第三种呈灰色和亮白色交织产出(图4g)。此样品共分析了24点(表3),其中灰色部位15点,亮白色部位9点。然而,两种部位给出的年龄数据不可区分,去除1个最老年龄测点后,剩余23个测点给出的206Pb/238U加权平均年龄为440±2Ma(MSWD=2.1)(图6e)。灰色的独居石表现为轻稀土富集,重稀土亏损,具有强烈的负Eu异常(图6h),Th元素含量为(28868×10-6～52884×10-6),Y元素含量为(16115×10-6～30774×10-6)。配分曲线模式相似于BB28-2中的独居石。相较于灰色独居石,亮白色独居石具有更加亏损的重稀土,更强烈的负Eu异常(图6h),更高的Th含量(60941×10-6～101596×10-6),更低的Y含量(297×10-6～1920×10-6)(附表2)。

伟晶岩脉(样品BB29-8)中的独居石多呈他形粒状,个别呈半自形粒状,粒径80～120μm。背散射图像显示,大多数独居石包含两个不同的发光域(暗灰色和灰色),部分颗粒呈均匀暗灰色,多数颗粒含大量矿物包体(图4h)。此样品共分析15点(表3),其中灰色部位6点,暗灰色部位9点。两个部位给出的年龄数据区别不开,去除1个最年轻测点后,剩余14个测点给出的206Pb/238U加权平均年龄为442±3Ma(MSWD=2.0)(图6f)。稀土元素配分模式图显示,不同发光域均表现为轻稀土富集,重稀土相对亏损,并具有强烈的负Eu异常(图6h),相似于样品BB28-2中的独居石。这些独居石的Th元素含量为(45956×10-6～87371×10-6),Y元素含量为(17066×10-6～24201×10-6)(附表2)。

4 讨论

4.1 锆石和独居石年代学解释

通过锆石和独居石U-Pb定年,本次样品获得了多期年龄,下文将依据锆石、独居石内部结构、测点位置和微量元素特征对这些不同的年龄进行地质学解释。

副片麻岩(样品BB29-5和样品BB28-1)中保留有大量原岩沉积岩的碎屑锆石,以核-边结构中核的形式存在。这些碎屑锆石成因复杂,多具有明显的振荡环带,陡峭的重稀土配分模式,中等负Eu异常,Th/U比值较高(均大于0.01),这些特征皆指示其为岩浆成因(Rubatto and Gebauer,2000)。这样,最年轻的碎屑锆石年龄可以限定原岩沉积岩最大沉积年龄。样品BB29-5锆石核部给出的最年轻的峰值年龄约1530Ma,代表了其最大沉积时代。2个主要峰值年龄1785Ma和2590Ma代表了其主要物源的时代,这一结果与前人对抱板群变质沉积岩中碎屑锆石的定年结果是一致的(Yaoetal.,2017; Xuetal.,2020; Zhangetal.,2022)。样品BB29-5和样品BB28-1中锆石边部具有更陡倾的重稀土配分模式,中等的负Eu异常。CL图像揭示的内部特征和低的Th/U比值(均小于0.01),指示锆石边部为变质成因(Rubatto and Gebauer,2000),因此,获得的年龄(1250～925Ma)应代表了这些变质岩的变质时代。此外,样品BB28-1中一颗锆石变质边具有平坦的重稀土配分模式和略高的Th/U比值(0.13),获得的单点年龄(233±3Ma)表明该样品经历了三叠纪构造热事件的叠加改造。变质基性岩(样品BB29-1)中的锆石具有核-幔-边结构,核部发育宽缓的振荡环带,弱的负Eu异常,高的Th/U比值(0.53～1.16),表明核部为岩浆成因(Rubatto and Gebauer,2000)。因此,锆石核部获得的加权平均年龄1460±23Ma,代表了变质基性岩的原岩时代,这与前人测定的变质基性岩原岩时代(1460～1420Ma)是一致的(Yaoetal.,2017; Zhangetal.,2018,2019; Xuetal.,2020)。3个锆石幔部具有与核部相似的稀土元素配分曲线和高的Th/U比值(0.37～0.80),且它们的年龄(1367～1298Ma)也接近原岩年龄。这3个分析点很有可能是因为激光剥蚀溶入了深部的继承核,即分析结果是核与幔的混合物。两外2个分析点的稀土含量很低,明显不同于核部,且它们具有极低的Th/U比值(均小于0.01),指示其为变质成因(Rubatto and Gebauer,2000),因此,这2个年龄(954～913Ma)代表了该岩石的变质时代,与副片麻岩的变质时代一致,表明抱板杂岩都经历了格林维尔期变质事件的改造。

副片麻岩(样品BB29-5和样品BB28-1)中的独居石无环带结构,轻稀土富集,重稀土亏损,具有明显的负Eu异常,Th和Y含量较高,上述特征表明独居石为变质成因(梁晓等,2022)。因此,样品BB29-5和样品BB28-1获得的独居石加权平均年龄1332±13Ma和459±2Ma,表明这些副片麻岩经历了中元古代和早古生代构造热事件的改造。值得注意的是,样品BB28-1的独居石和锆石给出了不一致的变质年龄,表明叠加在格林维尔期变质事件之上的早古生代变质事件并未导致锆石U-Pb体系的重设或者新的锆石增生边的生长。造成这种现象的主要原因可能是,早古生代的变质级别与格林维尔期的变质级别相近,均为角闪岩相,这种情况下,早古生代变质期间锆石很难再生长,难以形成可用于测年的增生边。但是,在其他因素如强烈的变形作用和流体流动的影响下,部分岩石可能会发生锆石同位素年龄的重设,如Zhangetal.(2022)在样品19HN-5中获得了早古生代的变质锆石年龄。本文样品BB29-1中变质幔部外生长的变质边,其年龄可能为早古生代,但由于太窄无法测试。独居石由于其具有更低的封闭温度,更容易记录中-低温地质事件,因此,该地区早古生代变质年龄多来自于变质独居石(Xuetal.,2015,2020)。伟晶岩脉中(样品BB28-2、样品BB29-2和样品BB29-8)中的独居石主体表现为轻稀土富集,重稀土亏损,并具有强烈的负Eu异常,Th和Y含量较高,上述特征皆指示其为岩浆独居石(梁晓等,2022)。因此,伟晶岩脉中独居石给出的年龄约440Ma代表了伟晶岩脉的形成时代,为同一期构造热事件的产物。

4.2 抱板杂岩的再活化及多期构造热事件

本文的锆石和独居石U-Pb定年表明,抱板杂岩经历格林维尔期、早古生代和三叠纪等多期构造热事件的改造。副片麻岩和角闪岩中变质锆石生长边给出的年龄范围为1250～925Ma,副片麻岩中变质独居石给出的加权平均年龄为1332±13Ma,这些年龄与前人报道的抱板杂岩变质锆石和独居石年龄(1371～1137Ma,Lietal.,2002,2008b; Wangetal.,2015; Yaoetal.,2017; Zhangetal.,2018,2022; Xuetal.,2020)相一致。这些中元古代-新元古代早期的变质年龄表明抱板杂岩普遍经历了格林维尔期变质事件的改造,且这一变质事件被广泛认为与罗迪尼亚超大陆的聚合有关。Zhangetal.(2022)运用锆石Ti温度计计算了这些变质锆石形成的温度范围为590～850℃,指示了中-高级变质作用。然而,由于早古生代变质事件以及后期构造作用的叠加改造,这一格林维尔期变质事件确切的变质时代和P-T演化并未得到很好的限定,还需开展进一步的研究。

抱板杂岩中早古生代变质事件的记录之前并未引起足够的重视,尽管前人已在抱板杂岩和石碌群中零星报道了500～450Ma的变质独居石年龄(Xuetal.,2015,2020)。最近,Zhangetal.(2022)运用SIMS定年首次在抱板杂岩中识别出约460Ma的变质锆石年龄,并由此确定抱板杂岩经历了早古生代变质事件的改造。本文在副片麻岩发现了形成于459±2Ma的变质独居石,且在3个伟晶岩脉中也识别出形成于约440Ma的岩浆独居石,这些变质-岩浆年龄进一步证实抱板杂岩经历了早古生代构造热事件的影响。Zhangetal.(2022)将这一变质事件与区域上羌塘陆块、印支陆块、拉萨陆块、华南陆块中的同时期构造热事件进行了对比研究,并认为这一早古生代变质事件与东冈瓦纳古陆北缘的增生造山作用有关。与此同时,海南岛北部邦溪-屯昌地区发育的早古生代岩浆事件也印证了这一推论。这些早古生代岩浆岩主要包括460～430Ma的安山岩、具N-MORB性质的变玄武岩和具E-MORB性质的变玄武岩(Zhouetal.,2021)。地球化学和Sr-Nd同位素特征表明,它们形成于岛弧构造环境,与冈瓦纳北缘原特提斯洋的俯冲有关(Zhouetal.,2021)。

整个海南岛普遍经历了晚二叠世-三叠纪岩浆、变质和变形事件。岩浆作用表现为遍布全岛的256～252Ma片麻状花岗岩、247～244Ma块状花岗岩和242～225Ma块状花岗岩,岩石地球化学示踪揭示,这三期岩浆作用分别形成于俯冲、碰撞和碰撞后伸展的构造环境,与印支陆块与华南陆块的拼合密切相关(Yanetal.,2017; Heetal.,2018a,2020)。变质作用表现为琼北木栏头变质杂岩中角闪岩相变质和琼中吊罗山地区角闪岩相-麻粒岩相变质,其中木栏头变质杂岩中变质锆石和独居石的U-Pb年龄为253-237Ma(刘晓春等,2022; Huetal.,2022),吊罗山麻粒岩变质作用时代为237±2Ma(高维等,2022)。最近,我们对邦溪-晨星地区的浅变质岩石开展了初步的同位素年代学工作,在变玄武岩中获得了榍石U-Pb年龄268～260Ma,在变泥质岩中获得了独居石U-Pb年龄252±1Ma,黑云母40Ar/39Ar年龄230±2Ma(作者,未发表资料),表明邦溪-晨星地区石炭纪地层的绿片岩相变质作用也发生在二叠-三叠纪。变形作用主要表现为北西西向和北东向两组韧性剪切带的发育,其中北西西向韧性剪切带的白云母40Ar/39Ar年龄为250～242Ma,而北东向韧性剪切带的白云母、黑云母和绢云母40Ar/39Ar年龄为230～190Ma(陈新跃等,2006; Zhangetal.,2011)。本文二云斜长片麻岩中锆石的变质生长边给出了1个单点变质年龄为233±3Ma,这一年龄与抱板杂岩中白云母40Ar/39Ar年龄相似,表明抱板杂岩也遭受了区域性晚二叠世-三叠纪构造热事件的影响。我们最新的研究结果显示,印支陆块与华南陆块碰撞拼合的古特提斯缝合带(即金沙江-哀牢山-马江缝合带的东延)位于木栏头变质杂岩的北部,大致相当于现今琼州海峡断裂的位置(刘晓春等,2021,2022; Huetal.,2022),因此,抱板杂岩中记录的三叠纪变质和变形作用可能是这一碰撞造山事件的远程响应。

4.3 海南岛大地构造归属

关于海南岛的大地构造属性一直处于争论之中,主要在于海南岛大地构造划分存在较大的分歧。现阶段较流行的划分方案是南北两分法,以邦溪-晨星构造带或九所-陵水断裂为界,北侧属于华南陆块,南侧属于印支陆块(杨树锋等,1989; Hsüetal.,1990; Chenetal.,1992; 李献华等,2000; Lietal.,2002a)。南北两分的主要依据是,断裂的发育以及南北地块物质组成特别是前寒武纪基底的差别。例如,以邦溪-晨星构造带为南北构造边界,一个主要的依据是中元古代基底岩石(抱板杂岩)主要发育在构造带以南。最近,刘晓春等 (2022)在海南岛东北部木栏头地区识别出中元古代的花岗质片麻岩和变质沉积岩,证实中元古代结晶基底(抱板杂岩)可延伸至邦溪-晨星构造带和昌江-琼海断裂以北。因此,以邦溪-晨星构造带或昌江-琼海断裂作为南北构造边界将失去基础依据。最近,基于潮滩鼻榴辉岩和木栏头变质杂岩的厘定,刘晓春等 (2022)将海南岛大致以昌江-琼海断裂为界重新划分为南部由中元古代结晶基底和早古生代盖层构成的琼南地体和北部从该地体演化而来的琼北构造混杂岩带两个次级构造单元。因此,按照这一划分方案,可将海南岛作为一个整体来讨论其大地构造属性。

基于地理和构造位置以及同位素年代学资料,海南岛多被认为是华夏地块向西南的延伸部分(广东省地质矿产局,1988; Lietal.,2002,2008b; 海南省地质调查院,2017; Yaoetal.,2017)。然而,海南岛与华夏地块却有着截然不同的前寒武纪基底组成,具体表现为,海南岛中标志性的中元古代岩浆事件(约1450Ma)在华夏地块并未报道过,而华夏地块古元古代晚期(1900～1770Ma)的火成岩和变质岩(八都群)、新元古代火成岩以及沉积岩等基底岩石在海南岛也是缺失的(Zhao and Cawood,2012),因此,海南岛与华夏地块在中元古代可能并没有亲缘性。最近,部分学者基于石碌群的重新厘定和扬子地块西缘新发现的1530～1380Ma的岩浆岩和碎屑锆石,推断海南岛在新元古代可能与扬子地块相连,并不与华夏地块相连(Cawoodetal.,2020; Liuetal.,2020; Zhangetal.,2020)。显然,海南岛在不同时期的大地构造归属是有所不同的,且在不同时期其与华夏地块的亲缘关系也有待被明确。

本文将从海南岛基底组成及多期热事件构造指示意义的角度,整体探讨海南岛在不同时期的大地构造归属。在中元古代,海南岛中元古代基底岩石(抱板杂岩)与西劳亚古陆的Belt-Purcell Supergroup下部的变质沉积岩和变质基性岩在碎屑锆石年龄谱图、地球化学特征和Hf同位素特征上均具有可对比性(Anderson and Davis,1995; Lietal.,2008; Rossetal.,1992; Yaoetal.,2017; Zhangetal.,2018,2019; Xuetal.,2020),表明海南岛与西劳亚古陆在努娜/哥伦比亚超大陆重建中可能是相连的(Lietal.,2008; Yaoetal.,2017; Zhangetal.,2018,2019; Xuetal.,2020)。在新元古代,海南岛的构造归属存在较大的争议,本文及前人在抱板杂岩获得的格林维尔期变质年龄指示海南岛与西劳亚和塔斯马尼亚可能具有一定的联系(Lietal.,2002b,2008; Wangetal.,2015; Yaoetal.,2017; Zhangetal.,2018,2022; Xuetal.,2020),而新元古代石碌群和石灰顶组的碎屑锆石研究表明,海南岛在新元古代与扬子地块是相连的(Cawoodetal.,2020; Zhangetal.,2020)。在早古生代,古地磁、古生物和碎屑锆石年代学证据表明海南岛、印支陆块和华南陆块(华夏地块)一同位于东冈瓦纳古陆的北缘(Cocks and Torsvik,2013; Metcalfe,2013; Xuetal.,2014; Zhouetal.,2015)。同时,本文及前人在海南岛报道的早古生代变质和岩浆事件也为这一认识提供了确切的岩石学证据(Xuetal.,2015,2020; Zhangetal.,2022)。然而,由于印支和华南陆块均记录有相应的早古生代构造热事件,导致该时期海南岛与印支陆块、华夏陆块之间确切的亲缘关系仍然是不清楚的。一些间接的地质证据可能会对这一问题提供重要的启示:(1)最近在印支陆块的昆嵩地块(Kon Tum Massif)中识别出约1450Ma的岩浆岩,这与海南岛抱板杂岩中标志性的岩浆事件(约1450Ma)是近于一致的,同时,印支陆块中元古代的变质沉积岩具有与抱板杂岩相类似的碎屑锆石年龄峰值(Nakanoetal.,2021; Kawaguchietal.,2021; Jiangetal.,2022; Xuetal.,2022);(2)海南岛早古生代岩浆作用以中基性岩浆岩为主(Zhouetal.,2021),但华南陆块早古生代岩浆作用以花岗岩为主(Zhaoetal.,2022),而印支陆块中早古生代岩浆作用既有中基性的也有酸性的,且范围较华南陆块更为普遍(Jiangetal.,2020)。此外,在印支陆块的昆嵩地块和长山带也报道了早古生代(约496～403Ma)中高级变质事件(Faureetal.,2018; Buietal.,2020; Sinhetal.,2022);(3)海南岛寒武-奥陶系地层的碎屑锆石年龄谱图和Lu-Hf同位素特征与华夏陆块同时代的地层具有明显的差别(Xuetal.,2016; Wangetal.,2022),表明该时期二者可能并不相邻;(4)海南岛石炭纪岩相古地理与和古生物与华南陆块(广东)具有明显的差别(陈耀钦等,1991),表明在石炭纪华南陆块与海南岛可能分属不同的陆块;(5)最近,我们在琼东北识别出了石炭纪洋壳型榴辉岩(原岩时代为364±2Ma)和二叠-三叠纪构造混杂岩(Liuetal.,2021; 刘晓春等,2021,2022),表明在晚古生代海南岛与华南陆块间仍然存在着大洋。综合对比分析表明,相较于华南陆块(华夏陆块),在早古生代印支陆块可能与海南岛更具有亲缘性。

5 结论

本文对海南岛冲竹岭地区抱板杂岩中的副片麻岩、角闪岩和伟晶岩脉的锆石和独居石开展了LA-ICP-MS U-Pb年代学研究,得到如下结论:

(1)抱板杂岩主要由中元古代变质沉积岩、花岗质片麻岩和变质基性岩组成,其中变质沉积岩碎屑锆石主要峰值年龄为1785Ma和2590Ma,变质基性岩的原岩时代为约1460Ma。

(2)锆石和独居石年龄表明,抱板杂岩经历了中元古代晚期-新元古代早期(1.3～0.9Ga)、早古生代(470～440Ma)、三叠纪(～230Ma)等多期构造热事件的改造。

(3)区域对比分析表明,海南岛与印支陆块具有相似的基底组成和多期构造热事件的记录,指示二者具有明显的亲缘关系。

致谢成文过程中与中国地质科学院地质力学研究所辛宇佳副研究员进行了有益讨论,在此深表谢意;感谢王孝磊教授和两位匿名评审者提出的批评和建设性意见,使得本文更加完善。