華北克拉通西部孔茲巖帶西段巴彥烏拉-寧夏地區(qū)片麻狀花崗巖和石榴云母二長(zhǎng)片麻巖鋯石shrimpu-pb年代學(xué)研究

華北克拉通西部孔茲巖帶西段巴彥烏拉-寧夏地區(qū)片麻狀花崗巖和石榴云母二長(zhǎng)片麻巖鋯石shrimpu-pb年代學(xué)研究

近年來(lái)，中國(guó)北方克拉通前的寒武紀(jì)研究取得了重要進(jìn)展。其中之一是構(gòu)造區(qū)劃的研究。zhao等人認(rèn)為，古元古代末的“中部造山帶”區(qū)域內(nèi)存在陸-土沖突，西部-土和東部-土碰撞導(dǎo)致中國(guó)北方克拉通最終統(tǒng)一。最近，zhoa等人在西部土地上劃分了孔茲巖帶。他們認(rèn)為，南部鄂爾多斯地塊和北部銀山地塊在2.0.1.9g時(shí)沿著該帶發(fā)生了沖突，西部地塊和東部地塊的碰撞和整合時(shí)間相對(duì)較晚。1.85g，教授認(rèn)為，鄂爾多斯地塊、銀山地塊和東部地塊之間的沖突時(shí)間大致相同。鄂爾多斯地塊和銀山地塊之間的沖突可能相對(duì)較早。zhangxiao等人對(duì)孔茲巖帶中部青山區(qū)烏拉山群的兩個(gè)可變粘土樣品進(jìn)行了社會(huì)科學(xué)年，并確定它們的形成時(shí)間分別為2.5.4。2.1.1.9g。這表明不同時(shí)代的可變粘土砂巖組合可能存在。在這項(xiàng)工作中，我們研究了西林巴彥烏拉地區(qū)的片麻巖、賀蘭山地區(qū)的蘭蘭巖群、石榴云和敖服者，這不僅有助于澄清蘭山巖群和花崗巖巖的形成時(shí)代，而且對(duì)深化儒學(xué)帶的構(gòu)造發(fā)育具有重要意義。1巖石學(xué)和巖石學(xué)特征巴彥烏拉位于內(nèi)蒙古西部阿拉善盟境內(nèi),孔茲巖帶西段(圖1).該區(qū)大面積出露片麻狀花崗質(zhì)巖石,其中存在少量斜長(zhǎng)角閃巖及大理巖.內(nèi)蒙古地層清理意見(jiàn)將其歸屬于太古宙烏拉山群.但是,根據(jù)大范圍內(nèi)巖石組成均勻的特征,李俊建等人認(rèn)為它們是變形的花崗閃長(zhǎng)巖,把獲得的(2082±22)Ma單顆粒鋯石TIMSU-Pb年齡解釋為巖體形成時(shí)代本文研究樣品片麻狀花崗巖(AD115TW1)的地理坐標(biāo)位置為北緯39°36′29″,東經(jīng)105°10′4″,距李俊建等人測(cè)年樣品(99D3TW1)北東約30km.巖石呈片麻狀,露頭上組成均勻(圖2),主要由斜長(zhǎng)石(48%)、石英(27%)、微斜長(zhǎng)石(18%)和黑云母(7%)組成.按組成礦物顆粒大小,可把其分為兩個(gè)部分.主體為粒度較粗的斜長(zhǎng)石+石英+微斜長(zhǎng)石集合體.斜長(zhǎng)石具聚片雙晶,部分絹云母化.石英呈條帶狀,具亞顆粒結(jié)構(gòu),波狀消光.另一部分由細(xì)小片狀棕色黑云母和細(xì)粒斜長(zhǎng)石、石英組成.兩者呈條帶狀定向分布,構(gòu)成巖石的片麻理.結(jié)構(gòu)構(gòu)造表明巖石曾遭受過(guò)后期強(qiáng)烈改造.賀蘭山位于寧夏北部,距巴彥烏拉東約120km(圖1).該區(qū)出露賀蘭山巖群,主要巖石類型為富鋁片麻巖、石榴黑云變粒巖、石榴黑云斜長(zhǎng)變粒巖和大理巖,變質(zhì)程度達(dá)高角閃巖相-麻粒巖相.它們構(gòu)成華北克拉通西部陸塊孔茲巖帶的重要組成部分.胡能高等人獲得該區(qū)賀蘭山巖群含夕線石堇青石片麻巖和黑云二長(zhǎng)變粒巖共7組鋯石蒸發(fā)法207Pb/206Pb年齡2.10～1.85Ga,石榴石花崗巖2組鋯石蒸發(fā)法Pb207/Pb206年齡1.98～1.89Ga.他們認(rèn)為賀蘭山巖群形成于新太古代,這些年齡為古元古代變質(zhì)作用的年齡記錄.本文研究樣品石榴云母二長(zhǎng)片麻巖(HD01TW1)采自賀蘭山巖群,其地理坐標(biāo)位置為北緯39°23′20″,東經(jīng)105°30′49″.巖石呈片麻狀,主要由石英(27%)、鉀長(zhǎng)石(29%)、斜長(zhǎng)石(26%)、云母(10%)和一些石榴石組成.石榴石含量變化較大,呈粒狀或不規(guī)則狀集合體定向分布,黑云母也定向分布,多蝕變?yōu)榫G泥石.2u-th-pb年齡全巖常量元素含量用X熒光光譜法測(cè)定,稀土和微量元素用等離子質(zhì)譜測(cè)定.測(cè)定由國(guó)家地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試中心完成.鋯石分選在北京離子探針中心按標(biāo)準(zhǔn)程序完成鋯石定年在該中心SHRIMPⅡ上完成.流程及樣品靶制備參見(jiàn)Williams.一次離子流O2-強(qiáng)度為9nA,束斑大小為25～30μm.對(duì)于碎屑鋯石,測(cè)年為3～4組掃描,標(biāo)準(zhǔn)樣和待測(cè)樣測(cè)年之比為1:5;而對(duì)巖漿鋯石和增生變質(zhì)鋯石,測(cè)年為5組掃描,標(biāo)準(zhǔn)樣和待測(cè)樣測(cè)年之比為1:3～4.標(biāo)準(zhǔn)樣用于校正206Pb/238U的年齡,SL13校正U-Th-Pb的含量.標(biāo)準(zhǔn)鋯石(TEM)測(cè)年都為5組掃描.用204Pb進(jìn)行普通鉛年齡校正.數(shù)據(jù)處理采用SQUID11.03d和ISOPLOT程序.單個(gè)數(shù)據(jù)的誤差為1σ,加權(quán)平均年齡誤差為2σ.Hf同位素分析在中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所完成.儀器為Neptune多接受電感耦合等離子體質(zhì)譜儀和Geolas-193nm準(zhǔn)分子激光取樣系統(tǒng)(LA-MC-ICP-MS),分析原理及流程見(jiàn)文獻(xiàn)激光頻率為8Hz,能量密度為100mJ/cm2,激光束斑直徑為63μm,信號(hào)采集時(shí)間為26s.標(biāo)準(zhǔn)鋯石為91500(176Hf/177Hf=0.282306).8個(gè)標(biāo)準(zhǔn)鋯石(91500)分析,176Lu/177Hf(corr)的變化范圍和平均值分別為0.000333～0.000359和0.000344,176Hf/177Hf(corr)的變化范圍和平均值分別為0.282253～0.282327和0.282287.計(jì)算參數(shù)如下:176Lu的衰變常數(shù)為1.865×10-11a-1,球粒隕石的176Hf/177Hf和176Lu/177Hf比值分別為0.0332和0.282772,現(xiàn)今虧損地幔的176Hf/177Hf為0.28325.按照Z(yǔ)heng等人的方法,以變質(zhì)巖中鋯石的核、幔、邊不同年齡分別計(jì)算了其初始Hf同位素比值.Hf同位素單階段模式年齡TDM1以虧損地幔為參考計(jì)算,兩階段模式年齡TDM2依據(jù)大陸地殼平均組成計(jì)算.3巖石學(xué)和礦物學(xué)特征片麻狀花崗巖(AD115TW1)高SiO2(70.86%)、K2O(4.48%)和低Na2O(3.14%)(表1),稀土總量低(ΣREE=80.7μg/g),輕重稀土分離較強(qiáng)((La/Yb)N=34.7),出現(xiàn)強(qiáng)烈正銪異常(Eu/Eu*=4.0)(表1,圖3(a)).在Pearce圖解上,大離子親石元素相對(duì)富集,相容元素Cr虧損,高場(chǎng)強(qiáng)元素Nb,P存在弱的虧損(圖3(b))片麻狀花崗閃長(zhǎng)巖(99D3TW1)相對(duì)低SiO2(63.43%)K2O(3.80%)和Na2O(3.67%)含量相近(表1),稀土總量較高(ΣREE=154.9μg/g),輕重稀土分離相對(duì)較弱((La/Yb)N=21.6),無(wú)明顯銪異常(Eu/Eu*=1.1)(表1圖3(a)).片麻狀花崗巖(AD115TW1)和片麻狀花崗閃長(zhǎng)巖(99D3TW1)地球化學(xué)組成上存在較大區(qū)別,可能表明它們并非采自同一巖體.石榴云母二長(zhǎng)片麻巖(HD01TW1)高SiO2(73.09%)、高K2O(3.86%)低Na2O(1.98%)(表1).稀土總量較高(ΣREE=188.3μg/g),輕重稀土分離不強(qiáng)((La/Yb)N=13.2),出現(xiàn)微弱負(fù)銪異常(Eu/Eu*=0.73)(表1,圖3(a)).在Pearce圖解上,大離子親石元素富集,Nb,P和Ti相對(duì)虧損(圖3(b)).其總體特征與太古宙之后的泥砂質(zhì)巖相近,顯示出較高的成熟度.4變質(zhì)巖的形成時(shí)代片麻狀花崗巖(AD115TW1)的鋯石呈柱狀或近等軸狀,陰極發(fā)光圖像中鋯石普遍具核-幔-邊結(jié)構(gòu)(圖4(a),(b)),但其寬窄不一.核部鋯石通常具巖漿環(huán)帶,部分核部鋯石環(huán)帶結(jié)構(gòu)不明顯.根據(jù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)及與幔、邊部相互關(guān)系,部分核部鋯石顯示碎屑成因的特點(diǎn).幔部鋯石結(jié)構(gòu)均勻,在陰極發(fā)光中呈灰色,它們蠶食核部鋯石,顯示出重結(jié)晶的特點(diǎn).邊部鋯石結(jié)構(gòu)均勻,陰極發(fā)光下與幔部鋯石相比發(fā)光性更弱,為變質(zhì)成因.共在18顆鋯石上進(jìn)行了27個(gè)點(diǎn)分析.8個(gè)核部鋯石測(cè)定,U,Th含量和Th/U比值分別為37～307,13～107μg/g和0.26～0.89(表2).鋯石普遍存在強(qiáng)烈鉛丟失,但數(shù)據(jù)點(diǎn)6.2C呈反向分布.去掉鉛丟失最強(qiáng)的1.2C,其余7個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)給出Pb207/Pb206加權(quán)平均年齡為(2323±20)Ma(MSWD=1.9),大致代表了花崗巖的形成時(shí)代.7個(gè)幔部鋯石測(cè)定,U,Th含量和Th/U比值分別為134～272,33～81μg/g和0.23～0.36.它們的207Pb/Pb206年齡存在較大變化,其加權(quán)平均年齡為(1923±28)Ma(MSWD=4.2).一些數(shù)據(jù)點(diǎn)測(cè)試時(shí)一次流束斑部分打在了鋯石核部或邊部使其為混合年齡,加之幔部鋯石普遍存在強(qiáng)烈鉛丟失,(1923±28)Ma看來(lái)并不能完全代表其形成的真實(shí)年齡.12個(gè)邊部鋯石測(cè)定,U,Th含量和Th/U比值分別為209～1239,50～299和0.20～0.52μg/g.它們也普遍存在強(qiáng)烈鉛丟失,取5個(gè)鉛丟失最弱的數(shù)據(jù)點(diǎn)(1.1R,5.1R,13.1R,18.1R和21.1R)計(jì)算,獲得Pb207/Pb206加權(quán)平均年齡為(1856±12)Ma(MSWD=1.0)(圖5(a)),代表了變質(zhì)增生邊的形成時(shí)代.石榴云母二長(zhǎng)片麻巖(HD01TW1)的鋯石呈短柱狀或等軸狀.在陰極發(fā)光圖像中,鋯石具核-邊結(jié)構(gòu)(圖4(c),(d)),但增生邊不發(fā)育,僅個(gè)別寬度足夠大可進(jìn)行SHRIMP年齡測(cè)定.內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外形的不協(xié)調(diào)關(guān)系表明核部鋯石為碎屑成因,與石榴云母二長(zhǎng)片麻巖變質(zhì)原巖為碎屑沉積相吻合.14個(gè)碎屑鋯石數(shù)據(jù)點(diǎn)測(cè)定,U,Th含量和Th/U比值分別為57～47758～233μg/g和0.25～0.93(表2).除5.1C和11.1C的Pb207/Pb206年齡分別為2871和2469Ma外,其余數(shù)據(jù)點(diǎn)大致分布于～2.0Ga不一致線上.其中9個(gè)鋯石鉛丟失較弱的數(shù)據(jù)點(diǎn)Pb207/Pb206加權(quán)平均年齡為(1978±17)Ma(MSWD=1.1)(圖5(b)),代表了碎屑鋯石物源區(qū)主體的形成時(shí)代,也給出了變質(zhì)原巖碎屑沉積巖沉積時(shí)代的下限.由于變質(zhì)增生邊U含量很高,導(dǎo)致強(qiáng)烈鉛丟失,僅進(jìn)行了3個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)分析,未能獲得準(zhǔn)確變質(zhì)年齡(圖5(b)).增生邊Th/U比值低(0.01～0.08)具變質(zhì)鋯石的組成特征.5天氣形勢(shì)天氣形勢(shì)片麻狀花崗巖(AD115TW1)共在14顆鋯石上進(jìn)行了20個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)Hf同位素分析(表3).其中8個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)位于核部,其εHf(t)(t=2323Ma,核部鋯石207Pb/206Pb加權(quán)平均年齡),TDM1和TDM2變化范圍分別為0.21～2.02,2585～2652和2658～2812Ma;4個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)位于幔部,其εHf(t)(t=1923Ma,幔部鋯石207Pb/206Pb加權(quán)平均年齡),TDM1和TDM2變化范圍分別為-8.31～-3.67,2455～2631和2623～2854Ma;8個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)位于邊部,除03R外,其余數(shù)據(jù)點(diǎn)的εHf(t)(t=1856Ma,邊部鋯石207Pb/206Pb加權(quán)平均年齡),TDM1和TDM2變化范圍分別為-10.47～-5.55,2472～2655和2516～2908Ma.大部分鋯石核、幔和邊的Hf同位素組成十分相近,在207Pb/206Pb年齡-εHf(t)圖上大致呈線性關(guān)系(圖6(a)).但是,個(gè)別數(shù)據(jù)點(diǎn)176Hf/177Hf比值明顯偏高,其中AD115TW1-03R的176Hf/177Hf(c)高達(dá)0.281604.石榴云母二長(zhǎng)片麻巖(HD01TW1)共在19顆鋯石上進(jìn)行了19個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)Hf同位素分析(表3).18個(gè)位于核部的數(shù)據(jù)點(diǎn)中,除HD01TW1-03C和HD01TW1-11C外,其余16個(gè)核部鋯石的εHf(t)(t為碎屑鋯石207Pb/206Pb加權(quán)平均年齡1978Ma),TDM1和TDM2變化范圍分別為-13.6～9.54,1999～3047和2005～3159Ma.在207Pb/206Pb年齡-εHf(t)圖上,石榴云母二長(zhǎng)片麻巖(HD01TW1)碎屑鋯石數(shù)據(jù)點(diǎn)分布變化較大(圖6(b)).6個(gè)207Pb/206Pb年齡為～2.0Ga的數(shù)據(jù)點(diǎn)εHf(t)(t為Hf同位素測(cè)試位置的207Pb/206Pb年齡)變化范圍為-3.32和4.48.碎屑鋯石HD01TW1-03C和HD01TW1-11C的207Pb/206Pb年齡分別為2871和2469Ma,其εHf(t)(t為分析位置鋯石207Pb/206Pb年齡),TDM1和TDM2分別為-3.57和2.29,3047和2921及3097和3056Ma.本次研究?jī)H測(cè)定了一個(gè)邊部,其TDM1和TDM2分別為2453和2500Ma.6變質(zhì)作用、巖石學(xué)和文化李俊建等人獲得巴彥烏拉片麻狀花崗閃長(zhǎng)巖(99D3TW1)單顆粒鋯石稀釋法U-Pb年齡為2.08Ga,提出該區(qū)大面積分布的片麻狀花崗閃長(zhǎng)巖形成時(shí)代為古元古代,而不是以往認(rèn)為的太古宙.該研究進(jìn)一步支持了這一認(rèn)識(shí),但實(shí)際情況更為復(fù)雜.片麻狀花崗巖(AD115TW1)核部和幔部鋯石年齡分別為(2.32±0.02)和(1.92±0.03)Ga.盡管部分核部鋯石被幔部鋯石切割,結(jié)構(gòu)上顯示出碎屑鋯石的某些特征,但也可解釋為核部鋯石發(fā)生重結(jié)晶.幔部鋯石無(wú)明顯環(huán)帶,具變質(zhì)鋯石的結(jié)構(gòu)特征,盡管其Th/U比值大于0.1.所以我們傾向于認(rèn)為(2.32±0.02)和(1.92±0.03)Ga分別代表了花崗巖的形成時(shí)代和變質(zhì)時(shí)代.而變質(zhì)增生邊年齡(1.86±0.01)Ga則記錄了更晚期的一次重要構(gòu)造熱事件時(shí)代.由于該區(qū)存在古元古代晚期強(qiáng)烈改造,李俊建等人獲得的片麻狀花崗閃長(zhǎng)巖(99D3TW1)年齡2.08Ga可能為巖漿鋯石和變質(zhì)鋯石的混合年齡.片麻狀花崗巖(AD115TW1)鋯石的核、幔、邊U-Pb年齡雖存在較大區(qū)別,但它們的Hf同位素組成十分相近,這與大別地區(qū)三疊紀(jì)超高壓巖石中的鋯石十分不同.在后一情況下,與核部鋯石相比,邊部鋯石Lu/Hf比值降低,含有更多的放射性成因Hf這被認(rèn)為與富重稀土的石榴石形成有關(guān),因?yàn)檫@可導(dǎo)致186Hf/187Hf比值高而Lu/Hf比值低的變質(zhì)流體介質(zhì)的形成,進(jìn)而導(dǎo)致邊部鋯石放射性成因Hf增高和Lu/Hf比值降低.與之不同,巴彥烏拉地區(qū)片麻狀花崗巖變質(zhì)作用過(guò)程中無(wú)石榴石或其他富重稀土礦物形成,因此核部和邊部鋯石通常不會(huì)出現(xiàn)明顯的Hf同位素組成變化.然而,數(shù)據(jù)點(diǎn)AD115TW1-03R的176Hf/177Hf(c)高達(dá)0.281604,εHf(2323Ma),TDM1和TDM2分別為9.63,2294和2285Ma,表明變質(zhì)作用影響的存在.巖漿鋯石核部普遍具有正的εHf(2.32Ga)值(0.21～2.02),TDM1和TDM2變化范圍分別為2585～2652和2658～2812Ma,比鋯石形成年齡大～300Ma.結(jié)合巖石地球化學(xué)組成特征,推測(cè)花崗巖形成于有一定地殼滯留時(shí)間陸殼物質(zhì)的部分熔融.賀蘭山地區(qū)的賀蘭山巖群具孔茲巖系性質(zhì),曾認(rèn)為形成于太古宙.但本次測(cè)定的石榴云母二長(zhǎng)片麻巖(HD01TW1)碎屑鋯石年齡主要為1.98Ga變質(zhì)鋯石存在強(qiáng)烈鉛丟失,未能獲得準(zhǔn)確的變質(zhì)年齡.然而從地質(zhì)上分析,變質(zhì)作用很可能發(fā)生在古元古代晚期(1.85～1.95Ga).顯然,賀蘭山巖群孔茲巖系形成于古元古代,而非以往認(rèn)為的太古宙.胡能高等人獲得的變泥砂質(zhì)巖石1.85Ga鋯石蒸發(fā)法年齡有可能為變質(zhì)作用年齡記錄.孔茲巖帶東段集寧地區(qū)孔茲巖系變泥砂質(zhì)巖石變質(zhì)鋯石和最年輕碎屑鋯石年齡分別為1.85和2.0Ga或1.81和1.84Ga.中段大青山地區(qū)孔茲巖系變泥砂質(zhì)巖石變質(zhì)鋯石和最年輕碎屑鋯石年齡分別為1.9和2.1Ga.Xia等人認(rèn)為該區(qū)孔茲巖系變泥砂質(zhì)巖石中年齡為2.01～1.84Ga的所有鋯石都為碎屑成因.西段巴彥烏拉-賀蘭山地區(qū)孔茲巖系變泥砂質(zhì)巖石變質(zhì)鋯石和最年輕碎屑鋯石年齡分別為1.86和1.98Ga.盡管不同研究者所獲結(jié)果和認(rèn)識(shí)有所不同,但都表明華北克拉通西部鄂爾多斯陸塊和陰山陸塊之間確實(shí)存在一規(guī)模巨大的古元古代孔茲巖帶.長(zhǎng)達(dá)1200km以上的孔茲巖帶中,許多地區(qū)古元古代碎屑沉積巖中都有大量2.3～2.0Ga碎屑鋯石存在,其比例甚至遠(yuǎn)大于太古宙碎屑鋯石.最近Darby和Gehrels對(duì)千里山新元古代到奧陶紀(jì)沉積巖進(jìn)行碎屑鋯石年齡分布模式研究,其中2.00～2.06Ga也構(gòu)成了一個(gè)主要的年齡峰值.所有這些都