大地构造与成矿学
GeotectonicaetMetallogenia
江南隆起带中段新元古代花岗岩锆石U-Pb年代学
和Hf同位素组成研究
张菲菲,王岳军,范蔚茗,张爱梅,张玉芝
1,2
1
1
1,2
1,2
(1.中国科学院广州地球化学研究所同位素年代学和地球化学重点实验室,广东广州510640;2.中国科学
院研究生院,北京100049)
摘 要:对江南隆起带中段湘东西园坑岩体和赣西九岭岩体的LA-ICPMS锆石U-Pb年代学测定和LA-MC-ICPMS锆石Hf同位素原位分析测试表明:西园坑岩体形成于(804?3)Ma,赣西九岭岩体的年龄为(813?4)Ma和(823?2)Ma,均为新元古代花岗岩。上述三个样品的E.68?0.71,2.3?1.7和2.2?1.1,均Hf(t)的加权平均值分别为0
18为正值,且其中E。结合其较高的全岩DO,较靠近零的全岩EHf(t)最大正值的模式年龄为1096MaHf(t)值等地球
化学特征,并通过与江南隆起带东北段的皖南许村、歙县、休宁岩体和西南段桂北三防、本洞、田朋岩体的Hf同位素组成进行对比,我们认为,湘东-赣西新元古代花岗岩的源区物质除中元古代地壳物质以外,应有一定新生地幔物质的参与。其形成机制可能受到了碰撞造山作用后的伸展垮塌的影响。关键词:锆石U-Pb定年;Hf同位素;九岭岩体;西园坑岩体;新元古代
中图分类号:P597 文献标志码:A 文章编号:1001-1552(2011)01-0073-12
0 引 言
扬子地块周缘广泛分布新元古代花岗岩体,前人对其进行了大量的年代学研究,得到其年龄主要集中在830~740Ma(如Lieta.l,2003a,2006,2008,2010;Zhengeta.l,2004,2006,2007,2008;Zhoueta.l,2002a,b;Wueta.l,2006;Wangeta.l,2010;Wangeta.l,2004,2006;Huangeta.l,2008;王孝磊等,2004,2006;钟玉芳等,2005)。但是关于其成因的探讨,一直存在争议。近年来,随着Rodinia超大陆裂解问题讨论的进行,扬子地块周缘新元古代花岗岩的成因和构造属性逐渐成为大家讨论的焦点,对此目前主要有以下几种不同的观点:一种观点认为新元古代花岗岩是地幔柱活动伴随伸展作用导致地壳重熔的产物(葛文春等,2001;
收稿日期:2010-08-11;改回日期:2010-10-11
李献华等,2001;Lieta.l,1995,1999,2003b;Lieta.l,2003a,
2006,2008,2010;Wangeta.l,
2007)。第二种观点认为新元古代岩浆活动是由于
洋壳俯冲消减于扬子板块下引起的岛弧岩浆活动(Zhoueta.l,2004;Zhoueta.l,2002a,b)。第三种观点则认为新元古代花岗岩是俯冲碰撞事件之后裂谷背景的产物,其形成与弧-陆碰撞造山带的垮塌有关(Zhengeta.l,2007,2008;Wueta.l,2006)。
江南隆起带位于扬子板块和华夏板块的结合部,是研究华南区域构造演化的关键部位。湘东-赣西地区新元古代花岗岩位于江南隆起带的中段,钟玉芳等(2005)测得该区九岭花岗岩基主体SHRIMP锆石U-Pb年龄为~830Ma。Lieta.l(2003a)测得九岭岩体的SHRIMP锆石U-Pb年龄为(819?9)Ma,王孝磊等(2004)用单颗粒锆石
基金项目:本项目得到中国科学院知识创新项目(KZCX2-YW-128,KZCX1-YW-15-1)、973项目(2007CB411403)和国家自然科学基金
(40825009,40830319和40772129)的联合资助。
第一作者简介:张菲菲(1985-),女,博士研究生,主要从事岩石大地构造研究。
74第35卷
Pb/Pb法测得研究区内长三背岩体的形成年龄为(929?6)Ma,马铁球等(2009)测得湘东北张邦源岩体的SHRIMP锆石U-Pb年龄为(816?5)Ma,但是关于区内花岗岩的Hf同位素组成却少有报道。本文选择研究区内赣西北九岭岩体及湘东北西园坑岩体为典型代表开展了精确的LA-ICPMS锆石U-Pb定年和LA-MC-ICPMS锆石原位Hf同位素组成研究,同时结合已有的对该地区花岗岩地球化学的研究,及前人对邻区新元古代花岗岩Hf同位素的研究,以求进一步深入理解其形成时代、岩石成因及其构造背景,为剖析江南隆起带新元古代花岗岩形成机制及大地构造演化提供依据。
6%~13%,堇青石1%~5%,白云母2%~5%,副矿物主要有锆石、磷灰石、石榴子石、钛铁矿等。随之侵入的有石花尖岩体,第三次侵入的岩体包括有
金钟湖、黄茅、南江、北坑等岩体,主要由中细粒-细粒黑云母花岗岩、二云母花岗岩组成,岩石呈浅灰色-微带肉红色,花岗变晶结构,少数具似斑状结构,块状、片麻状构造,与第一次和第二次花岗岩侵入体的区别是矿物颗粒较细,钾长石含量较高。
西园坑岩体位于九岭岩体的西南部,岩体面积较小,仅8km,呈岩株产出,侵入于冷家溪群,与围岩接触面倾向围岩,外接触带具角岩化,岩体有较明显的同化混染现象,岩性主要为片麻状中细粒斑状黑云母斜长花岗岩。
已有的地球化学资料表明上述岩体除极个别的样品外铝饱和指数均大于1.1,在TAS图解上均显示为花岗闪长岩,SiO2变化在65%~73%,Al2O3含量于14%~16%,MgO<3%,富集不相容元素Rb、Th等,Nb-Ta负异常,全岩E.5Hf(t)的值变化于-2~+1.6之间,Nd同位素模式年龄变化于1.5~1.7Ga(Lieta.l,2003a;于成涛等,2006;马铁球等,2009;王孝磊等,2004;李鹏春等,2007)。
2
1 区域地质背景
九岭新元古代花岗岩体分布于江西省北部,九岭隆起带复式背斜的轴部,东起靖安、奉新一带,西达修水、铜鼓等地,南至高安、宜丰、万载一线,北起武宁罗溪,呈近东西向至北东东向分布,与区域构造线方向基本一致,出露面积达2500km,为多次侵入的复式岩体。该复式岩体侵入中元古宙双桥山群中,岩体北部被下震旦统硐门组砂岩沉积覆盖(见图1,江西省地质矿产局,1984)。早期侵入的岩体主要包括九岭岩体主体及黄岗口、仙源、白沙等岩体,该期岩体主要为花岗闪长岩、中-中粗粒似斑状
结构,主要矿物成分有石英25%~30%,钾长石5%~10%,斜长石20%~40%(An=10~42),黑云母
2
2 分析技术与样品描述
2.1 锆石U-Pb定年和Hf同位素组成
新鲜的全岩样品通过人工重砂法分选出锆石,然后在双目显微镜下挑选出晶形好,无裂隙、透明干
净的自形锆石颗粒,在玻璃板上用环氧树脂固定,并抛光至锆石中心,然后进行反射光和透射光照相,并用阴极发光扫描电子显微镜详细检查锆石内部结构,以选择最佳分析点。锆石U-Pb同位素测年以及Hf同位素分析均在西北大学大陆动力学国家重点实验室完成。定年工作所用的ICP-MS为Agilient公司最新一代的带有ShieldTorch的Agilient7500a。锆石原位Lu-Hf同位素测定采用NuPlasmaHR(Wrexham,UK)多接受电感耦合等离子体质谱仪完成(MC-ICP-MS)。采用的激光剥蚀系统为德国MicroLas公司生产的GeoLas200M,该系统由德国LambdaPhysik公司的ComPex102Excimer激光器(工作物质ArF,波长193mm)与Micro-Las公司的光学系统组成。
锆石U-Pb定年及微量元素分析和锆石1.新元古代花岗岩;2.中生代花岗岩;3.甘坊岩体;4.采样点; 5.断层;6.研究区域。
图1 江南隆起带中段新元古代花岗岩地质简图(据湖南省
地质矿产局,1988和江西省地质矿产局,1984改编)Fig.1 GeologicalmapoftheNeoproterozoicgranitesin
thecentralofJiangnanUplift
第1期张菲菲等:江南隆起带中段新元古代花岗岩锆石U-Pb年代学和Hf同位素组成研究 75
原位Lu-Hf同位素分析为同一台激光剥蚀系统,对样品进行一次性剥蚀完成,分别由ICP-MS与MC-ICP-MS两台仪器同时采集各自的信号,可参见参考文献(Yuaneta,l2008;袁洪林等,2003,2007)。激光剥蚀采用He作为剥蚀物体的载气,斑束直径为44Lm,频率为10Hz,激光能量为90mJ,每个分析点的气体背景采集时间为30s,信号采集时间为40s。
LA-ICP-MS激光剥蚀采用单点剥蚀,数据分析前用美国国家标准技术研究院研制的人工合成硅酸盐玻璃标准参考物质NISTSRM610进行仪器最佳化校正。ICP-MS数据测定时每测试5个样品点,测一个锆石91500和一个NIST610。年龄计算以标准锆石91500为外标进行同位素比值分馏校正,同时29
以Si作为内标,NIST610为外标来测定锆石中U、Th和Pb的含量。锆石U-Pb年龄计算采用GLIT-TER(V4.0,MacquarieUniversity)软件,加权平均年龄及谐和图的绘制采用Isoplot3.0(Ludwig,2003)完成,分析及计算误差均为1R。锆石原位Lu-Hf同位素测定用
176
有半自形-自形板状钾长石(微斜长石和少量条纹长石),基质粒径主要有他形钾长石(微斜长石、条纹长石、微纹长石和微斜-微纹长石)、发育正韵律
环带的他形-半自形板状斜长石(更中长石、以中长石为主)、他形石英和自形-半自形片(板)状黑云母,分别来自湖南西园坑岩体(06HG-1)和九岭岩体(H-1、06-S-116)。采样点见图1。
样品06HG-1采自于湖南文市西园坑,岩性为黑云母二长花岗岩,主要造岩矿物有斜长石(约25%),钾长石(约35%),黑云母(约10%),石英(约30%),副矿物有锆石、磷灰石、榍石等。
样品H-1采自于江西奉新县西南的上观,岩性为二长花岗岩,主要矿物有钾长石(约32%),斜长石(约30%),石英(30%),黑云母(约8%),副矿物有锆石、磷灰石、榍石等。
样品06-S-116采自江西宜丰县以西的黄岗口,岩性为堇青石二长花岗岩,块状构造,主要矿物有钾长石(约25%),斜长石(约32%),石英(约35%),黑云母(约5%),堇青石(约3%),副矿物有磷灰石、电气石,锆石,榍石等。
Lu/
176
175
Lu=0.02669(BievreandTay-172
lor,1993)和Yb/Yb=0.5886(Chueta.l,
2002)进行同量异位干扰校正计算测定样品的
176
3 分析结果
分选自上述3个样品的锆石以浅棕、浅褐及褐色为特征,紫色和无色锆石少见,半透明至透明,以半透明为主,柱状。长宽比为1/2~1/4,长80~150Lm。锆石晶形主要以{100},{111}面发育,在阴极发光图像上大部分表现为一个小的核部和边缘具强烈振荡韵律环带的结构面貌,显示典型岩浆成因锆石特征(图2a-c)。湘东-赣西地区上述三个样品的定年结果及Hf同位素组成分析结果如表1、2和图3、4所示。
Lu/Hf和
177176
Hf/Hf比值。EHf的计算采用
-11
177176
Lu
的衰变常数采用1.867@10/a(SchererandMuen-ker,2001)。EHf和Hf模式年龄计算中采用的球粒陨石和亏损地幔的
176
Hf/Hf比值分别为0.282772
177
(BlichertandAlbarede,1997)和0.28325(VervoortandBlicher,t1999),二阶段模式年龄计算中采用平
均地壳的fcc为-0.55。2.2 样品描述
此次锆石定年的三个样品均以中细粒-中粒似斑状结构和中细粒花岗结构为特征,斑晶矿物主要
图2 湖南西园坑岩体及江西九岭岩体代表性锆石CL图
Fig.2 Thecathodoluminescence(CL)imagesofrepresentativezircons.(a)Xiyuankengpluton(06HG-1);
(b)and(c)Jiulingpluton(H-1and06-S-116) 76
表1 江南隆起带中段新元古代花岗岩La-ICP-MS锆石U-Pb同位素测试结果
第35卷
Table1 LA-ICP-MSzirconU-PbresultsoftheNeoproterozoicgranitesinthecentralofJiangnanUplift
232
样号
Th
238
U
(Lg/g)(Lg/g)
Th/U
Isotoperatio
207
Age(Ma)
206
Pb/206Pb?1R
207
Pb/235U?1RPb/238U?1R
207
Pb/206Pb?1R
207
Pb/235U?1R
206
Pb/238U?1R
06HG-1湖南西园坑岩体
1234
567891011121314151617
5416753477210868305216253127179338477237286475
3784402522835404824583262764141354467128110467597992057
0.140.380.210.170.130.220.150.940.780.610.090.380.260.460.310.360.23
0.067680.001301.237000.021460.132450.001070.068420.001341.256200.022370.133040.001090.067150.001411.229020.023670.132630.001120.066480.001441.213290.024190.132230.00113
0.068610.001181.277160.019580.134890.001060.066610.001241.228840.020610.133680.001080.065900.001751.204460.029930.132460.001250.075010.001691.783650.037010.172320.001550.062800.001961.146550.033930.132360.001370.065900.001491.203420.025260.132410.001170.064430.001101.181810.018010.133010.001050.064160.001421.174620.024130.132770.001160.070500.001531.285050.025750.132210.001170.064930.001091.187610.017880.132710.001060.064140.001391.185650.023780.134160.001170.107620.001394.752240.051710.320500.002480.063140.001051.153410.017280.132620.00106
H-1江西九岭岩体
1234567891011121314
49378185621002174714473287111
7888961175666214523189155306730889
0.630.090.160.090.470.410.250.930.240.390.13
6762
178343
0.370.18
0.066130.001201.230660.020080.134940.001100.067210.001021.256320.016520.135540.001040.094870.001422.380510.035780.212530.001690.070240.000931.280910.013990.132230.000970.070720.000851.308010.012580.134130.000960.066820.000751.240450.010590.134620.000950.067000.000891.247500.013750.135020.000990.066430.000961.238850.015230.135240.001020.066260.000871.230230.013440.134640.000990.065260.001021.223730.016680.135980.001050.063250.001251.181350.021440.135440.001140.066310.001081.227850.017650.134270.001050.067820.000771.260640.011000.134790.000950.067390.000811.230180.011740.132370.00095
06-S-116江西九岭岩体
12345678910111213141516173285178120836341567140039633853330155403142132923401754723441273095592614333343154113382910.100.400.610.350.470.130.120.440.230.720.150.150.110.170.800.460.140.069100.000851.302440.012850.136680.000960.065590.000861.238220.013300.136900.000970.066330.000851.252840.012910.136960.000960.065690.000801.239020.011900.136770.000950.067190.001091.262080.017970.136210.001040.066020.000891.219050.013650.133880.000960.065410.000791.226970.011600.136010.000940.067990.001121.273550.018540.135820.001050.065900.000881.243180.013620.136790.000980.065300.000781.227150.011450.136250.000950.066290.000901.258990.014270.137690.000990.065110.000751.223060.010820.136180.000940.066340.000931.250090.014610.136590.000990.065930.000811.244320.012030.136810.000960.065860.000931.236640.014790.136120.000990.067600.000851.270070.012850.136180.000960.067750.000861.268650.013080.135730.00096902793817797844807788868803784816778817804802856861131413122015122014121511161316131384781882581882980981383482081382781182382181783283266658658656575766826827827826823810822821826823832823825827823823820565565566565656558108441525935949832838820815783717816863850
2318281412111417141927201112
8158261250837849819822818814811792813828814
9710665676810855
8168191242801811814816818814822819812815801
66965566666655
859881842822
88782680310697018037567479437727461760713
2526293022243930483222312921301221
81882681480783681480310407768027927898397957941777779
1010111199141416128111181198
80280580380181680980210258018028058048008038121792803
666666798767767126
第1期张菲菲等:江南隆起带中段新元古代花岗岩锆石U-Pb年代学和Hf同位素组成研究
表2 江南隆起带中段新元古代花岗岩La-ICP-MS锆石Hf同位素测试结果Table2 LA-ICP-MSzircomHfisotopiccompositionsoftheNeoproterozoicgranites
inthecentralofJiangnanUplift
EHf(t)
77
样号T(Ma)
176
Yb/177Hf
176
Lu/177Hf
176
Hf/177Hf2R2R
TDM(Ma)TDM2(Ma)
06HG-1湖南西园坑岩体
1234
567891011121314151617
80480480480480480480410258048048048048048048041729804
0.0452180.0205840.0344000.0563590.0453320.0241660.0331990.0187250.0276930.0215090.0251340.0389510.0317850.0534400.0430530.0340520.037904
0.0017590.0008110.0013320.002099
0.0017890.0009390.0012920.0007090.0010460.0008080.0009900.0015850.0012490.0020730.0016610.0013020.001486
0.2823220.2823010.2822990.282378
0.2823650.2823180.2822540.2820870.2823180.2823050.2822080.2822600.2822760.2823580.2823410.2815070.282297
0.0000460.0000520.0000380.0000460.0000640.0000660.0000560.0000560.0000300.0000620.0000820.0000420.0000560.0000440.0000500.0000480.000042
0.850.690.292.73
2.401.30-1.30-2.041.080.75-2.78-1.18-0.531.991.78-6.390.10
1.631.841.351.63
2.272.341.981.981.062.202.911.491.981.561.771.701.49
13401336135712721280131614191628132013301472142213861300130924591365
16571673169515431561163917952016164216631888179117441587161129261705
H-1江西九岭岩体
1234567891011121314
8138131242813813813813813813813813813813813
0.0395800.0235910.0362640.0618090.0571920.0459810.0566610.0457280.0465420.0163620.0265440.0167190.0458710.063546
0.0015970.0009070.0014270.0023130.0022680.0018380.0022910.0018480.0018450.0006050.0011240.0006840.0018520.002585
0.2823100.2824750.2818120.2823790.2824770.2822580.2823950.2824340.2824000.2822320.2823890.2823300.2822240.282304
0.0000680.0000580.0000480.0000460.0000500.0000560.0000400.0000620.0000440.0000500.0000500.0000440.0000500.000052
0.837.12-7.602.566.28-1.183.475.123.85-1.273.941.95-2.38-0.22
2.412.051.701.631.771.981.422.201.561.771.771.561.771.84
13511096204312771134143412531182123114231223129114831396
16741277253815431319179915061402147918151479159718761721
06-S-116江西九岭岩体
234567891011121314151617
823823823823823823823823823823823823823823823823
0.0290070.0443880.0369220.0423010.0636990.0420080.0356540.0446080.0366970.0405670.0700360.0362960.0536800.0516970.0295330.023835
0.0011120.0017040.0014160.0016600.0024740.0016570.0013830.0017750.0014050.0015930.0027230.0014620.0020640.0019450.0011630.000919
0.2823980.2823240.2823020.2825230.2823890.2823910.2823850.2824220.2823750.2823360.2823110.2823860.2823590.2822500.2823370.282252
0.0000340.0000380.0000440.0001400.0000580.0000400.0000360.0000460.0000460.0000460.0000480.0000500.0000440.0000340.0000440.000040
4.451.510.868.493.023.793.714.923.392.080.393.792.53-1.352.17-0.76
1.201.351.561.262.051.421.281.631.631.631.701.771.561.201.561.42
1210133513551049126812371237119712521314139112381297144912971407
1452164016801188152014871491142115151609170514921574181515921775
78第35卷
西园坑岩体(06HG-1):样品测定的17个分析点集中于锆石边缘,上述分析点U含量变化于252~2057Lg/g,Th含量变化于47~477Lg/g,Th/U比值变化于0.09~0.94。除点06HG-1-08和点06HG-1-16分别给出了(1069?30)Ma和(1760?
12)Ma残留锆石或继承锆石年龄外,其余分析点均落于谐和线上或谐和线附近(图3a),其
206
Pb/U
238
表观年龄集中于800~816Ma间,加权平均值为
(804?3)Ma(MSWD=0.46),代表了该岩体形成年龄。
图3 湖南西园坑岩体(a)和江西九岭岩体(b和c)代表性样品LA-ICPMS锆石U-Pb年龄谐和图
Fig.3 ZirconU-Pbconcordiadiagramsforthe(a)Xiyuankeng(06HG-1),(b)and
(c)Jiulinggraniticplutons(H-1and06-S-116)
第1期张菲菲等:江南隆起带中段新元古代花岗岩锆石U-Pb年代学和Hf同位素组成研究 79
图4 湖南西园坑岩体(a)和江西九岭岩体(b和c)锆石的Hf同位素组成
Fig.4 HistogramofE:(a)Xiyuankeng(06HG-1),(b)andHf(t)valuesfortheNeoproterozoicgranites
(c)Jiulinggraniticplutons(H-1and06-S-116)
样品06HG-1颗粒锆石
176
Lu/Hf比值大多数
177
其加权平均年龄(823?2)Ma(MSWD=0.74),代表该岩体形成年龄(图3c)。样品06-S-116中16颗
176177
锆石的Hf/Hf比值变化于0.282250~0.282523之间,其加权平均值为0.282363?0.000041(2R,n=16),按t=823Ma计算,E-1.35~Hf(t)值=+8.49,加权平均值为2.2?1.1。Hf单阶段模式年龄1049~1449Ma,而二阶段模式年龄为1172~1787Ma。
小于0.002,显示锆石在结晶以后具少量放射性成因Hf积累。样品的17个分析点中,除去继承锆石
176177
的两个点外,其余15个点的Hf/Hf比值介于0.282208~0.282378之间,加权平均值为0.282311?0.000021(2R,n=15),按照t=804Ma计算的E.78~+2.73,加权平均值为0.68?Hf(t)值为-2
0.71。Hf单阶段模式年龄(TDM1)为1272~1472Ma,Hf二阶段模式年龄(TDM2)变化于1520~1859Ma之间。继承锆石06HG-1-08和06HG-1-16给出了-2.04和-6.38的EHf(t)值。
九岭岩体(H-1)样品:14个分析点中,除H-1-03外,其余点Th含量为47~493Lg/g,U含量为155~1175Lg/g,Th/U比值为0.09~0.93。分析点H-1-03的点
206
207
4 讨论与结论
研究区内九岭新元古代花岗岩体已经积累了一些年代学数据。胡世玲等(1985)用黑云母Ar-Ar快中子活化法测得九岭岩体主体1937Ma。在
高安县下观乡一带得到九岭岩体的黑云母K-Ar年龄为805Ma(江西省地质矿产局,1984),Lieta.l(2003a)用锆石SHRIMP测得九岭岩体的U-Pb年龄为(819?9)Ma,钟玉芳等通过锆石SHRIMP测得岩体主体年龄为(828?8)Ma。西园坑岩体缺乏精确的年代学数据,被认为大体形成于早古生代晚期(湖南省地质矿产局,1988)。本文通过高精度的LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素定年测得九岭岩体主
体的两个年龄分别为(813?4)Ma和(823?3)Ma,与前人研究结果接近,西园坑岩体给出了(805?3)Ma的锆石U-Pb年龄,表明西园坑岩体形成于新元古代中期,而非以往认为的早古生代晚期。
本文中各岩体的锆石U-Pb年代学数据显示,存在中元古代继承锆石,结合以前发表的锆石U-Pb年龄数据和地质学资料文献,推测其源岩很有可能是构成基底的中元古代地层或者其他相当的地层的变沉积岩。已有的岩石地球化学资料表明,上述花岗岩体具S型花岗岩特征,A/CNK>1.1(Lieta.l,2003a;王孝磊等,2004;马铁球等,2009),全岩的39
40
Pb/Pb给出了(1525?28)Ma的表观
206
年龄,推测为残留锆石或继承锆石年龄。其余分析
Pb/
238
U表观年龄集中在801~822Ma(图
3b),其加权平均年龄为(813?4)Ma(MSWD=1.3),代表了该岩体主体的形成年龄,与Lieta.l
(2003a)发表的年龄数据(819?9)Ma非常接近。样品H-1中13颗锆石颗粒给出了0.282224~0.282477的
176
Hf/Hf比值,平均值为0.282356?
177
0.000050(2R,n=13),按t=813Ma计算,EHf(t)值变化于-2.38~7.12之间,加权平均值为2.30?1.70。Hf单阶段模式年龄(TDM1)为1096~1482Ma,Hf二阶段模式年龄(TDM2)变化于1259~1846Ma。1525Ma的继承锆石H-1-03给出的EHf(t)值为-7.60,说明中元古代存在新生地幔物质对岩浆源区的贡献。
九岭黄岗口岩体(06-S-116):Th=32~400Lg/g,U=127~559Lg/g,Th/U=0.10~0.80。所有16个分析点206
Pb/U表观年龄介于810~832Ma,
238
80第35卷
DO=9.6~12,且CaO/Na2O比值较高,通常大于0.3,其起源于源区砂屑质岩石的部分熔融(Sylves-ter,1998),应主要为地壳物质的贡献。
Hf同位素测试结果显示,继承锆石的EHf值均为负值,其中西园坑岩体的继承锆石EHf(t)值为-6.37,九岭岩体中继承锆石的E.60,Hf(t)值为-7也表明了中元古代地壳物质对新元古代花岗岩源区的贡献。而与岩体形成年龄相同的锆石颗粒EHf(t)值变化于-2.78~+8.45之间,大多数为正值,其单阶段Hf模式年龄1.05~1.48Ga间,二阶段Hf模式年龄变化于1.25~1.84Ga间,与继承锆石Hf同位素组成有明显差异。其中九岭岩体的两个样品中,颗粒H-1-02和06-S-116-05具有最高的
177
176
18
出了(815?17)~(824?6)Ma(Wueta.l,2006)的锆石U-Pb年龄范围,西南段的桂北寨滚岩体、本洞岩体、峒马岩体、三防岩体、田朋岩体和元宝山等
岩体激光锆石U-Pb年龄在835~794Ma之间(王孝磊等,2006;李献华,1999;Lieta.l,2003a)。这些表明沿江南隆起带广泛存在~820Ma的岩浆活动记录。
除年代学方面,这几个地区的新元古代花岗岩微量元素地球化学特征也较为相似,各区花岗岩体的铝饱和指数>1.1,LREE富集,Nb、Ta、T、iP亏
18
损,K、Rb、Th富集,全岩DO较高(徐夕生和周新民,1992;赵子杰等,1987)。相对而言皖南许村、歙县和休宁岩体Sr/Sr初始值较低,约为0.7033~0.7087,E.06~+0.02,以S型花岗岩Hf(t)值为-2
为主,兼有I型花岗岩的性质(徐夕生和周新民,1992;Wueta.l,2006)。桂北三防、本洞和元宝山等两类花岗岩岩体Sr/Sr初始值相对较高,为0.7139(徐夕生和周新民,1992),EHf(t)值相对较负,为-3.9~-9.0,具有典型S型花岗岩特征(Lieta.l,2003a;赵子杰等,1987;邱检生等,2002)。赣西北九岭新元古花岗岩体与湘东北新元古花岗岩
8786
体的的Sr/Sr初始值与EHf(t)值介于上面两者之间(徐夕生和周新民,1992;Lieta.l,2003a)。皖南-桂北地区新元古代花岗岩的Hf同位素数据(Wueta.l,2006;Zhengeta.l,2007;王孝磊等,2006)和九岭地区花岗岩Hf同位素组成的比较(图6)则表明:桂北新元古代过铝质花岗岩的EHf(t)值主要介于-10~-1之间,模式年龄集中在1.50~1.90Ga之间,其源岩可能是构成基底的成熟度较高的中元古界变沉积岩,岩石中幔源镁铁质组分相对较低(王孝磊等,2006)。皖南许村、歙县和休宁岩体,对应两组年龄~825Ma和~886Ma的锆石颗粒E.9~+9.9之Hf(t)值均为正值,介于+0间,EHf(t)-t图解中点更靠近亏损地幔区域,模式年龄变化于1.0~1.4Ga之间,其中877Ma的锆石颗
176177
粒对应有最大的Hf/Hf值和最年轻的模式年龄1.0Ga,这表明~880Ma新生地壳物壳已贡献于花岗岩岩浆源区中。本文研究区内的九岭岩体和西园坑岩体的EHf(t)值介于皖南-桂北地区新元古代花岗岩之间,多为正值,模式年龄相对年轻,表明了其源区物质具有年轻地壳组分的地球化学特征,其地幔贡献相对皖南新元古代花岗岩较为低,而相对于桂北地区新元古代花岗岩的贡献要高。
87
86
87
86
Hf/
Hf值(0.28475和0.28523),E.12和Hf(t)值达7
8.49,并具有最年轻的模式年龄分别为为1.09Ga和1.05Ga,与岩体年龄差距不大,这表明可能源区中有新生地壳物质的加入。研究区内三个样品在EHf与锆石结晶年龄的图解中落在上地壳与亏损地幔之间的区域内(图5),可能是由于源区新生地壳物质加入,导致了亏损地幔物质对新元古代花岗岩源区的贡献。
除本文报道的江南隆起带中段江西九岭花岗岩体和湖南西园坑岩体锆石U-Pb年龄为804~823Ma外,东北段的皖南许村、歙县和休宁花岗闪长岩体给
其中亏损地幔趋势线t=0时,El,Hf(t)=16(Nowelleta.1998),t=2.7Ga时,EHf(t)=6
(CorfuandNoble,1992;VervoortandBlichert,1999)
图5 江南隆起带中段新元古代花岗岩锆石EHf(t)-t图解
Fig.5 EHf(t)-tdiagramforthezirconsfromthe
NeoproterozoicgranitesinthecentralofJiangnanUplift 第1期张菲菲等:江南隆起带中段新元古代花岗岩锆石U-Pb年代学和Hf同位素组成研究 81
图6 (a)江南隆起带新元古代花岗岩体锆石EHf(t)-t图解;(b)江南隆起带新元古代花岗岩Hf同位素组成对比
(1.据王孝磊等,2006;2.本文测试数据;3.据Wueta.l,2006)
Fig.6 (a)EmforzirconsfromtheNeoproterozoicgranitesintheJiangnanUpliftHf(t)-tdiagra
(b)HistogramofEHf(t)fortheNeoproterozoicgranitesintheJiangnanUplift
如前言所述,对于江南隆起带地区新元古代花岗岩的构造属性主要有以下观点,一种观点认为新元古代花岗岩是地幔柱活动伴随伸展作用导致地壳重熔的产物(葛文春等,2001;李献华等,2001;Lieta.l,
1995,
1999,
2003b;
Lieta.l,
2003a,
2006)。第二种观点认为是由于俯冲碰撞作用引起的岛弧岩浆活动(Zhoueta.l,2004;Zhoueta.l,2002a,b)。第三种观点则认为新元古代花岗岩是俯冲碰撞事件之后裂谷背景的产物,其形成与弧-陆碰撞造山带的垮塌有关(Zhengeta.l,2007,2008;Wueta.l,2006)。
华南新元古代地幔柱模式(葛文春等,2001;李献华等,2001;Lieta.l,1995,1999,2003b;Lieta.l,2003a,2006)被认为能有效地解释江南隆起带及扬子周缘800Ma左右的岩浆作用,特别是最近Wangeta.l(2007)对益阳科马提质岩石的定年给出了823Ma的年龄,更被认为是华南新元古代地幔柱形成的直接证据。但是该科马提质岩石中锆石的锆不饱和这一地球化学特征与地幔柱理论所期待的仍有区别(Zhengeta.l,2006)。现有地球化学资料表明,九岭及西园坑花岗岩多为S型花岗岩,并常含有堇青石矿物,表明其源区主要为沉积岩组分,但其正的EHf(t)值和相对年轻的模式年龄,又表明该花岗岩源区有新生的地壳基底组分。江西东北部蛇绿岩中的埃达克质花岗岩年龄为(968?23)Ma(Lieta.l,1994),江西北部的肖家洼-杭阳峰群中的火山岩TIMS年龄为917~875Ma,江南隆起带东段,浙江双溪坞弧火山岩为与俯冲有关的岛弧岩浆作用的产物,其年龄为912~857Ma(王剑,2000),这些表明950~857Ma的岩浆活动很可能在整个江南隆起带中普遍发育,他们可能与造山过程中的俯冲碰撞有关(Wangeta.l,2006)。江南隆起带东段高压蓝闪石片岩定年结果显示华夏和扬子的碰撞高峰期发生在870~860Ma(徐备等,1992;Shueta.l,1994;ZhaoandCawood,1999)。Lieta.l(2008)给出(849?7)Ma的粒玄岩的年龄表明后期从挤压到伸展的构造体系转化的时间很有可能在850~840Ma。
最近张玉芝等(2011)对益阳沧水铺地区元古代砾岩及其上下层位的详细野外地质调查及相关样品的锆石U-Pb激光和SIMS年代学研究表明,江南雪峰地区新元古代地层自下到上包括冷家溪群、由林家湾组紫红色砾岩、银珠坝组陆相火山岩(或宝林冲组下部火山岩)构成的沧水铺群、及以横路冲组砂砾岩层开始的板溪群。年代学测试表明下伏于林家湾组紫红色砾岩的冷家溪群顶部砂岩中年轻碎屑锆石集中给出了864Ma的年龄峰值;而上覆于林家湾组紫红色砾岩的银珠坝组火山岩给出了(835 82第35卷
206
?12)Ma的SIMS
Pb/U加权平均值,板溪群马
238
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Canada:
Evidence
fromzirconHfisotopeanalysisusingasinglefilamenttech-底驿组砂岩给出了764Ma和812Ma的年轻年龄峰值,表明冷家溪群与银珠坝组或宝林冲组下部之间的角度不整合发生在835~864Ma,这一年龄被理解为扬子与华夏陆块沿江南隆起带碰撞的结束时间。九岭和西园坑岩体形成于804~823Ma,与银珠坝组和鹰咀山高镁安山岩、集块岩的814~835Ma锆石U-Pb年龄相似(王剑等,2003),因此从时序上804~823Ma刚好对应于碰撞后阶段,碰撞后阶段的伸展垮塌是有可能引起早期陆源沉积物和古老基底变质岩的深熔作用而沿江南隆起带形成上述花岗质岩石,而且先期碰撞造山带位置也是后期岩浆活动最容易发生的地区(Dewey,1988;Vauchezeta.l,1997;TommasiandVauchez,2001)。因此尽管我们不能直接排除地幔柱的影响,但俯冲碰撞事件的伸展垮塌作用模式不能被完全忽视。
致谢:在论文修改中两位审稿老师周建波教授、王强研究员和编辑部老师提出了建设性的修改意见,使得本文质量得以提高,在此表示衷心的感谢。参考文献(References):
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Abstract:ThispaperpresentstheLA-ICP-MSzirconU-Pbdatingandthezirconin-situHfisotopicanalyticalre-sultsfortheNeoproterozoicgranitesfromtheeasternHunanandwesternJiangxiProvinces.ThedatingresultsshowthatzirconsseparatedfromtheXiyuankengandJiulingplutonsyieldedtheweightedmeanPb/Uageof(804?
3)Ma,(813?4)Maand(823?2)Ma,respectively.TheyhavepositivezirconsEuesof0.68?0.71,Hf(t)val2.3?1.7and2.2?1.1,respectively.OnegrainwiththehighestpositiveE.12givestheHfmod-Hf(t)valueof7elageof1096Ma.Consideringthegeochemicalsignatures(e.g.,highDOvaluesandEuesnearingtoHf(t)val
zero)fortheJiulingintrusionandthezirconHfisotopiccompositionvariationforthesynchronousgranitesinthesouthernAnhuiandwesternGuangxiProvinces,itisproposedthattheNeoproterozoicgraniteswerederivedfromtheMesoproterozoiccrustalmaterialswithinvolvementofjuvenilemantlecomponen.tItisinferredthatthepetro-genesisofthegranitesarerelatedtothecollapseofpos-tcollision.Keywords:zirconU-Pbgeochronology;Hfisotope;Jiulingpluton;Xiyuankengpluton;Neoproterozoicgranites
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