坦桑尼亚乌本迪活动带西北部元古宙沉积盆地碎屑锆石U-Pb年龄及其地质意义

时间：2024-05-22

刘晓阳，龚鹏辉，许康康，吴兴源，孙凯，何胜飞，贺福清

（1.中国地质调查局天津地质调查中心，300170天津；2.中国地质调查局华北地质科技创新中心，天津300170）

坦桑尼亚主体为元古宙活动带包围的太古宙地盾。古元古代的乌本迪-乌萨伽仁活动带环绕在太古宙地盾的周围，被认为是坦桑尼亚克拉通和班韦卢地块相互作用的结果。近期研究结果表明乌本迪活动带经历了元古代不同时期的构造演化阶段，并于乌本迪带内的乌菲帕地体内获得了590～520 Ma的榴辉岩地质年龄数据[1]，代表了乌本迪活动带最终结束年龄。乌本迪活动带西北部被一套轻微-中等程度变质的碎屑沉积岩所覆盖，被称为玛拉嘎拉西（Malagarazi）台地。早期研究资料[2-7]表明玛拉嘎拉西台地形成于新元古时期，其北部为卡拉戈维-安科连（Karagwe-Ankolean）活动带（基巴拉活动带的一部分）（图1）。为研究这套变质沉积岩与乌本迪活动带的演化关系，本文采集了玛拉嘎拉西台地和卡拉戈维-安科连活动带内不同地区、不同岩性的沉积岩样品，获得了一批碎屑锆石铀铅年龄数据，为本地区地层层序的划分提供佐证。

1 地质背景

玛拉嘎拉西台地位于坦桑尼亚西北部，呈北北东向展布（图1中的nv和kg）。其西北部为中元古代卡拉戈维-安科连活动带（图1中的bk和ka），南部为乌本迪活动带，西部为坦噶尼噶湖，东部为新近系覆盖。新元古代玛拉嘎拉西台地出露的地层为玛拉嘎拉西超群，它出露于坦桑尼亚西北部边境的基戈马（Kigoma）地区，主要分布在一系列孤立的盆地中，这些沉积盆地是古元古代乌本迪带中的断层在新元古代活化时发生活动形成的[2-3]。

早期的玛拉嘎拉西超群在坦桑尼亚境内被称为布科班超群，时代为新元古代。自上至下分别为乌哈（Uha）群、克格尼弗莱（kigonero Flags）群、步森多（Busondo）-马森瓦（Masontwa）群、布科班砂岩和艾索塔（ltiaso）群。其中艾索塔群为一套粉砂质页岩或泥岩，出露于玛拉嘎拉西台地南端，坦桑尼亚太古宙地盾和乌本迪活动带之间。艾索塔群见有层状侵入体，获得的K-Ar年龄为1 239±50 Ma[4]，而侵入到布科班砂岩内的镁铁质基性岩也获得了1 360±20 Ma和1 379±10 Ma的Ar-Ar年龄[5]，证明此两套地层均远早于新元古代。为此Legler等[6]首次提出将坦桑尼亚境内原属布科班超群中的马森瓦-步森达群、克格尼弗莱群及乌哈群划为新元古代，并且为了保证一贯的延续性，决定采用玛拉嘎拉西超群来加以命名（图2）。

图1 坦桑尼亚区域地质简图（据Pinna等（2004）修改）Fig.1 Regional geological map of Tanzania(modified from Pinna et al.(2004))

马森瓦群下部为一套灰绿色板岩和砂岩、粉砂岩互层，上部为浅灰色或红色石英岩。该群厚度非常薄，一般不超过300 m，而且局部消失。步森多群标准剖面由3个组组成，Uruwira组、Nyanza组、Malagarazi组。Uruwira组上覆于马森瓦群或角度不整合于艾索塔群或乌本迪变质杂岩之上，其下部为红色页岩、粉砂岩、杂砂岩，上部为交错层理的石英岩。其厚度在典型剖面内只有60 m，但在其他地区可以达到300 m，并可见灰岩的互层。在Mwendo山地区可见红色的杂砂岩可达440 m厚，包括巨大的鹅卵石状砂岩、石英岩和其他岩石。Nyanza组（60～230 m）由灰色的条带状页岩和粉砂岩组成。Malagarazi组（350 m）下部为灰白色粗粒局部具有交错层理的石英岩，上部为棕色页岩和与下部相同的石英岩，局部见有鹅卵石状砂岩组成。马森瓦群和步森多群内可见微生物的化石。克格尼弗莱群大约250 m厚，整合覆盖于Malagarazi组之上，由红色变质细砂岩、页岩、石英岩和灰色含叠层石白云岩组成。乌哈（Uha）群覆盖在克格尼弗莱群不同层位岩石之上。其下部为Gagwe杏仁状玄武岩（总厚度700 m），中间为凝灰岩和灰岩互层。Gagwe杏仁状玄武岩K-Ar等值线年龄900 Ma[7],其上部为马攸攸（Manyouo）组红色地层不整合覆盖在灰岩之上，局部直接覆盖在玄武岩或前期基底包括艾索塔群之上，其厚度大约700 m。马攸攸组红色地层主要为红色细粒砂岩和具交错层理的页岩。在马攸攸组底部中-粗粒的石英岩中局部可见铜的矿化。

图2 卡盖拉超群和玛拉嘎拉撕超群地层柱状图简图（非标准比例）Fig.2 Histogram of Kagera Supergroup and Maragara Supergroup Strata(Non-standard ratio)

基巴拉活动带位于玛拉嘎拉西台地西北，完整的基巴拉活动带位于乌干达西南部和坦桑尼亚西北部，经过布隆迪和卢旺达，直至刚果（金）东南部，呈NE-SW走向展布，总长约1 300 km，最宽可达400 km。在基巴拉带中部，古元古代的乌本迪-如斯安活动带将基巴拉带分隔为南西（SW）基巴拉带和北东（NE）基巴拉带2个部分。Tack等[8]据此将传统基巴拉带的南西部分（基巴拉带命名地，位于刚果（金）境内）重新定义为基巴拉带（Kibara Belt，即KIB），而将传统基巴拉带的北东段（主要位于布隆迪、卢旺达、坦桑尼亚境内）称为卡拉戈维-安科连带（Karagwe-Ankolean belt，即KAB）。其中，卡拉戈维-安科连带又被NE-SW走向、断续出露的卡邦加（Kabanga）-穆松盖蒂（Musongati）镁铁-超镁铁质层状杂岩体分为两部分，Tack等[8]分别称为东部沉积区域（Eastern Domain）和西部沉积区域两部分（Western Domain）。东部沉积区域包括乌干达西南缘、坦桑尼亚西北部及布隆迪东部，分布的地层为卡盖拉超群（KageraSupergroup）；西部沉积区域包括乌干达西南部、卢旺达和布隆迪西部，分布的地层为阿卡亚鲁超群（AkanyaruSupergroup）。

坦桑尼亚境内出露的基巴拉带地层为卡盖拉超群（KageraSuper group），卡盖拉超群直接角度不整合覆盖于下伏基底片麻岩之上，基底可能为太古宙坦桑尼亚克拉通，也可能为古元古代鲁文佐里褶皱带岩石，这套地层表现出自西向东变质-变形程度逐渐减弱的特征[9]。卡盖拉超群的沉积时限为1.37 Ga～1.78 Ga，之前普遍被认为是一套造山晚期的磨拉石沉积建造[10]。卡盖拉超群的露头分别位于东、西2个不同的次级沉积盆地之中，西部次级沉积盆地的地层称为：Muyaga群、Ruvubu群，而东部次级沉积盆地的地层称为布科巴砂岩（BukobaSandstone）群（图2）。Muyaga群不整合覆盖于古元古代结晶基底之上，由下至上依次为底砾岩、砂岩或石英岩、页岩与长石砂岩互层、碳酸盐岩、黑色泥岩及泥质页岩；Ruvubu群位于Muyaga群之上，岩石类型主要由砂岩、石英岩、泥岩、泥质页岩等组成[10]。布科巴砂岩群属于原来新元古代布科班超群（BukobanSupergroup）的一部分，岩层未遭受明显变质，却经历了弱变形作用。

2 取样位置

图3 取样位置平面示意图Fig.3 Simplified map of sampling location

本文共采集碎屑沉积岩样品5个（图3），其中D6459TW1和D6460TW1位于中元古代卡拉戈维-安科连活动带内的卡盖拉超群内，地理坐标分别为29.609 4，-4.917 4和29.613 4，-4.915 0。D6459TW1为一套轻微变质的中细粒长石石英砂岩；D6460TW1则为一套含砾砂岩，砾石粒度2～3 cm，含量5%～10%，磨圆度较高。其余3个样品均位于乌哈群上部马攸攸组，分别为D6457TW1、D6355TW1和D6356TW1。其岩性分别为细粒长石石英砂岩、粗粒长石石英砂岩和中粒长石石英砂岩；地理坐标分别为29.870 1，-4.886 3；29.877 6，-5.509 5和29.891 4，-5.539 2。野外可以观测到乌哈群上部马攸攸组同卡盖拉超群呈断层接触。

3 分析方法

锆石是在河北廊坊物化勘察研究所采用浮选和电磁选方法获得的。锆石阴极发光（CL）显微照相、锆石U-Pb定年测试在北京锆年领航科技有限公司完成。锆石U-Pb定年利用LA-MC-ICPMS完成，该套系统的多接收器电感耦合等离子体质谱仪为Thermo Fisher公司制造的Neptune,激光器为美国ESI公司生产的UP193nm，FX ArF准分子激光器。利用193 nm激光器对锆石进行剥蚀，通常采用的激光剥蚀的斑束直径为35或50μm。采用的激光能量密度为13～14 J/cm，频率为8～10 Hz，激光剥蚀物质以He为载气送入Neptune,利用动态变焦扩大色散可以同时接收质量数相差很大的U-Pb同位素从而进行锆石U-Pb同位素原位测定。采用TEMORA作为外部锆石年龄标准。采用中国地质大学刘勇胜博士研发的ICPMSDataCal程序和Kenneth R.Ludwig的Isoplot程序进行数据处理，采用Tom Andersen的方法对普通铅进行校正[9]。利用NIST612玻璃标样作为外标计算锆石样品的Pb、U、Th含量。

4 测试结果

本文对 D6459TW1、D6460TW1、D 6457TW1、D6355TW1和D6356TW1 5个样品分别进行了测试，测试结果分别见表1、表2、表3。所测试的5个样品锆石为典型的碎屑锆石特征，锆石晶型不完整，多为破损的长柱状锆石，部分具有磨圆，代表锆石经历了搬运过程。阴极发光图片表明部分锆石还保留了原有的核和震荡环带，部分碎屑锆石仅保留了外部震荡环带，无明显增生边（图4）。样品D6459TW1共测试了80个点，其中有44个点为近协和年龄（谐和度95%～110%），33个点为不协和年龄（图5a）。获得的锆石207Pb/206Pb（谐和度95%～110%）呈三个明显的集中分布区间：1 371～1 562 Ma（10个点）、1 796～2 156 Ma（22个点）和2 505～2 768 Ma（12个点）（图5b）。样品D6460TW1共测试了80个点，其中有56个点为近协和年龄（谐和度98%～110%），34个点为不协和年龄（图5c）。测得的锆石207Pb/206Pb（谐和度98～110%）位于1 276～1 441 Ma（5个点），1 735～2 152 Ma（44个点）和2 597～2 836 Ma（5个点）区间（图5d）。样品D6457TW1共测试了80个点，其中有73个点为近协和年龄（谐和度98%～108%），7个点为不协和年龄（图5e）。所获得的锆石U-Pb207Pb/206Pb（谐和度98%～108%）年龄呈三个集中分布区间：735～1 400 Ma（32 个点）、1 793～2 094 Ma（31 个点）和 2 554～2 934 Ma（8个点）（图 5f）。样品D6355TW1共测试了80个点，测试的80个测试点有44个点为近协和年龄（谐和度90%～100%），36个点为不协和年龄，拟合的不一致线与谐和线的上交点年龄为2 654±29 Ma，下交点年龄为290±110 Ma（MSWD=17）（图5g）；所测得的锆石207Pb/206Pb（谐和度90%～100%）位于1 908～2 060 Ma（3个点），2 580～2 754 Ma（40个点）区间（图5h）。样品D6356TW1共测试了80个点，其中有72个点为近协和年龄（谐和度91%～102%），8个点为不协和年龄，测试的80个测试点拟合的不一致线与谐和线上交点年龄为2 671±13 Ma（MSWD=4.0）（图5i）；所测得的锆石207Pb/206Pb（谐和度91%～102%）位于1 897～2 066 Ma（3个点），2 568～2 912 Ma（68个点）区间（图5j）。

表1 样品锆石U-Pb测年结果表Tab.1 Results of U-Pb dating of samples

续表1

表3 样品锆石U-Pb测年结果表Tab.3 Results of U-Pb dating of samples

续表3

5 讨论

5.1 地层成岩时代

（1）样品D6459TW1和D6460TW1位于中元古代基巴拉活动带内的卡盖拉超群，其中样品D6459TW1获得的锆石年龄信息集中分布在三个区间：（1）1 371～1 562 Ma，峰值为1 425 Ma；（2）1 796～2 156 Ma，峰值为1 900 Ma；（3）2 505～2 768 Ma，峰值为2 690 Ma。D6460TW1锆石年龄信息集中分布在三个区间：（1）1 276～1 441 Ma，数据较少，无明显峰值；（2）1 735～2 152 Ma，峰值为1 890 Ma；（3）2 597～2 836 Ma，峰值为2 727 Ma。从测试结果来看，卡盖拉超群内的中细粒长石石英变砂岩和含砾变砂岩可能都接受了来自新太古代2 505～2 836 Ma、古元古时期的1 735～2 156 Ma和中元古时期的1 276～1 562 Ma的碎屑沉积物。两个样品中年轻的锆石均具有明显的震荡环带，而无明显加大增生边，而且年轻锆石获得的年龄是协和的，因此推断该地区沉积盆地的形成应该晚于1 276 Ma。值得注意的是侵入于卡盖拉超群的基性岩年龄为1 375 Ma[10]，因此可能存在这样的解释，即该组数据点数少、不够集中，没有形成明显的峰，因此其对地层形成时代的约束力不强，或者卡盖拉超群形成时间由于产出盆地不同而略有差异。如果侵入这套地层的基性岩的年龄1 375 Ma是可靠，则这套地层应该早于1 375 Ma。结合本文数据推断该地区地层的形成总体应该在1 400 Ma左右，而且沉积事件与第一期岩浆事件相隔的时间间断很短。

样品D6457TW1位于新元古代玛拉嘎拉西超群乌哈群上部马攸攸组。获得的锆石年龄信息集中分布在三个区间，即细粒长石石英砂岩碎屑物分别来自太古代2 554～2 934 Ma、古元古时期的1 793～2 094 Ma和中元古代-新元古代735～1 400 Ma，说明该地区地层形成时间要晚于735 Ma。

样品D6355TW1和D6356TW1在现有的地质图上也被划分为新元古代玛拉嘎拉西超群乌哈群上部马攸攸组。从测试结果来看，D6355TW1样品有3个测试点落在谐和线上，位于中元古代1 908～2 060 Ma；其余测试点虽然部分存在铅丢失，但均可拟合不一致线，获得的不一致线上交点年龄为2 654±29 Ma。相邻层位的D6356TW1的锆石年龄信息有4个测试点落在谐和线上，位于1 897～2 066 Ma的年龄区间，其余测试点获得的不一致线上交点年龄为2 671±13 Ma。从测试结果看，样品D6355TW1和D6356TW1的碎屑沉积物可能主要来自新太古代的2 650 Ma左右，二者在误差范围内一致，其次可能存在古元古1 897～2 066 Ma的碎屑沉积。由于二者为相邻层位的地层，二者之间呈整合接触，因此可以推断该两种岩性地层之间碎屑物质来源时间上应该差异不大，该地区盆地的沉积时间晚于1 897 Ma。这与同群组的D6457TW1样品反映的碎屑沉锆石年龄信息有很大不同，该地区的乌哈群上部马攸攸组与基戈马附近的乌哈群上部（样品D6457TW1）马攸攸组物质来源存在明显差异，建议重新划分。

5.2 地质意义

图5 测试样品锆石U-Pb测年结果Fig.5 U-Pb dating results of zircon of the tested samples

基于本次测试的5个沉积岩碎屑锆石所反映的年龄信息，可以发现无论是中元古代的沉积地层还是新元古代的沉积地层都包含了太古代陆壳的碎屑，这些碎屑形成时间在2 560～2 760 Ma之间（图5），表明新太古代时期为坦桑尼亚克拉通新生花岗质岩浆作用和广泛的地壳再循环的主要时期[11]，特别是2 650 Ma在4个样品中作为峰值出现，另一个峰值为2 720 Ma，这两个时期也是坦桑尼亚太古宙绿岩型金矿主要产出期。同时5个样品的碎屑锆石年龄也反映了沉积岩的碎屑成分部分来源于古元古代，这些碎屑形成时间在1 800～2 120 Ma之间，峰值为1 900 Ma，与乌本迪-乌萨伽仁活动带主构造期时间一致[12-23]。这些碎屑锆石的年龄信息间接证明了乌本迪活动带是在坦桑尼亚太古宙克拉通活动边缘基础上演化而来，而后期的中元古代和新元古代盆地在原乌本迪活动带的基础上演化的地质事实。

新元古代地层样品D6 457TW1出现多个年龄峰值包括 880 Ma、1 100 Ma、1 400 Ma、1900Ma、2 600Ma和2860 Ma，其中中元古代出现1 100 Ma和1 400 Ma两个峰值，与中部非洲地区中元古代两期主要的岩浆构造热事件一致[8-10]。样品D6 457TW1沉积上限为735 Ma，晚于下伏Gagwe杏仁状玄武岩K-Ar等值线年龄900 Ma，与卢菲利安弧内加丹加超群沉积上限800 Ma[24-28]近一致。结合在马攸攸组底部中-粗粒石英岩中局部可见铜的矿化的地质特征，推测此地区该套地层内可能是坦桑尼亚境内寻找与卢菲利安弧内类似的砂页岩型铜矿的最佳地段，但该地区可能未经历与卢菲利安弧演化过程中的后期的变质变形，其矿化规模有待商榷。