坦桑尼亚乌本迪带内花岗岩类的LA-MC-ICP-MS锆石U-Pb年龄及地质意义

时间：2024-05-22

许康康，刘晓阳，孙凯，何胜飞，龚鹏辉，吴兴源，孙宏伟

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

关键字：锆石U-Pb年龄；太古宙花岗岩；乌本迪带；坦桑尼亚

花岗岩作为大陆地壳的主要组分，记录了板块汇聚和地幔物质上涌过程中地壳的形成和演化，是研究大陆岩石圈结构、组成和演化的重要内容[1-3]。乌本迪带作为南部非洲一条重要的构造活动带，其内发育有大规模的基性-花岗岩类岩浆作用和变质作用。早期研究认为，带内的花岗岩类年龄主要为古元古代，为乌萨加蓝和乌本迪造山作用期间板块俯冲作用形成的弧岩浆作用，从而得出该带为一条古元古代活动带，具有单一的构造演化机制[4，5]。然而，后期1.4 Ga的Wakole地质单元内变质泥岩锆石年龄[6]及1.2～1.0 Ga的Ubende地质单元内变质泥岩、Lupa地质单元内花岗闪长岩锆石变质边年龄的测得[5,7]，发现乌本迪带在中元古代中期经历了与基巴拉带同期的伸展作用，后期又受到伊鲁米德造山作用远场应力的影响。另外，Upangwa和Mbozi地质单元内850～600 Ma碱性花岗岩和正长岩侵入体[8-10]、Ubende地质单元内596±41 Ma古元古代榴辉岩内锆石变质边及Ufipa地质单元内593～524 Ma的榴辉岩[7]等年龄数据的相继测得，发现乌本迪带在新元古代同样先后经历了泛非作用早阶段伸展作用和晚期的俯冲造山作用。可见，乌本迪带自古元古代经历了一系列的俯冲作用和伸展作用，为多期次构造岩浆活动的产物。太古宙作为乌本迪带构造演化的最早期阶段，研究程度相对较低，通过地震影像模型研究，许多学者认为坦桑尼亚克拉通太古宙地壳和上部岩石圈可能从向西南穿过乌本迪带一直延伸到班韦卢地块[11，12]，然而，相关地质体年龄数据的缺乏使得该结论存在一定的争议性。

本次采用高精度LA-MC-ICP-MS锆石U-Pb测年方法，对地质调查期间采集的大量花岗岩类进行地质年龄测定，得到了不同阶段花岗岩体的地质年龄数据。通过对太古宙地质年龄数据的报道，并结合现有的研究资料和调查成果，对乌本迪带在太古宙时期的演化历史提供可靠的年龄约束，并为乌本迪带的前寒武纪研究提供新的科学证据。

1 地质背景

图1 坦桑尼亚及相邻地区地质简图（据参考文献[18]）Fig.1 Simplified geological map of central Tanzania and adjoining areas1.卡鲁和更年轻地质体；2.新元古代沉积岩；3.650～620 Ma造山带；4.1.35～1.0 Ga造山带；5.2.05～1.8 Ga造山带；6.1.8 Ga克拉通；7.太古宙克拉通；8.古元古代榴辉岩；9.泛非榴辉岩；10.采样点

乌本迪带位于坦桑尼亚西南部，走向NW-SE，长约500 km，宽约150 km。主要位于太古宙坦桑尼亚克拉通和赞比亚古元古代班韦卢地块之间，其北西部为中元古代近南北向的基巴拉带（Kibaran Belt），东南部为古元古代的北东向的乌萨加蓝带（Usagaran Belt）和新元古代近南北向的东非造山带（East African Orogen）[9，13-14]。 Daly et al.（1985）和 Daly（1988）基于不同的构造和岩石单元，将乌本迪带分为8个地质单元，分别命名为乌本德（Ubende）、瓦科勒（Wakole）、卡图马（Katuma）、乌菲帕（Ufipa）、姆博齐（Mbozi）、卢帕（Lupa）、普帕格瓦（Upagwa）、尼卡（Nyika）地质单元（图1）[15，16]。乌本迪带主要岩性为麻粒岩相-绿片岩相的火山、沉积变质岩（表1），古、中元古代变质沉积岩（与班韦卢地块穆瓦（Muva）超群同期）不整合覆盖在乌本迪带且在基巴拉造山运动期间经历了变质作用，随后又被新元古代碎屑沉积物（与坦桑尼亚克拉通布科班（Bukoban）超群同期）覆盖。元古宙时期的沉积盖层覆盖了乌本迪基底的大部分区域，导致较难划分其南北边界[17，18]。

乌本迪带最早由McConnell（1950）和Sutton et al.（1954）报道，早期乌本迪带被认为具有单一演化机制，而后期研究发现乌本迪带的形成为多期次俯冲造山作用和盆地沉积的结果[13，14]。不同阶段发生的地质事件可以通过不同地质单元内的构造特征、岩浆作用和变质作用记录下来（表1）。

2 样品采集与处理方法

在乌本迪带的北部、中部和南部地区共采集到太古宙花岗岩类3件，其中，样品D6359为中细粒黑云母二长花岗岩，位于Ubende地质单元的北端；D6352为云英岩化花岗岩，位于Katuma地质单元内；D5209为细粒的花岗闪长岩，位于Lupa地体与Mbozi地质单元交界附近（图1）。

锆石分选在河北省廊坊市区域地质调查研究所完成，采用常规粉碎、浮选和电磁选方法进行分选，制靶、阴极发光显微照相、透射光及反射光照相工作在北京锆年领航科技有限公司完成。锆石U-Pb同位素测年在天津地质调查中心实验室利用LA-MC-ICP-MS方法测定，所用仪器为Thermo Fisher公司制造的Neptune多接收电感耦合等离子体质谱仪及与之配套的New wave UP 193 nm激光剥蚀系统。利用193 nm FX激光器对锆石进行剥蚀，激光剥蚀的斑束为35μm，激光剥蚀样品的深度为20～40μm。锆石年龄计算采用国际标准锆石91500作为外标，元素含量采用人工合成硅酸盐玻璃NISTSRM610作为外标，29Si作为内标元素进行校正。数据处理采用ICPMSData Cal程序[19,20]和Isoplot程序[21]进行加权平均年龄计算。

3 分析结果

二长花岗岩（D6359）中锆石呈半自形-自形，长柱状，长宽比多介于2/1～3/1之间，阴极发光（CL）图像显示大部分锆石具有核-边结构，锆石核部大部分呈灰黑色，少部分为灰色、灰黑色，具有弱的岩浆振荡环带，部分锆石边缘发育溶蚀结构；锆石边部为灰色、灰白色，无振荡生长环带，具弱分带或无分带，为变质锆石晶型特征，由于边缘通常较窄，无法测得其年龄数据（图2a）。该样品测得24个有效分析点，锆石中Th含量为23×10-6～1 713×10-6，U含量为74×10-6～1 344×10-6，Th/U值介于0.31～1.27之间（表2）。在锆石U-Pb年龄谐和图上，20个分析点位于谐和线的下方，4个分析点位于谐和线上，所有分析点呈线性排列，表明有铅丢失。24个分析点的不一致线的上交点年龄为2 549±20 Ma（MSWD=3.8）（图3a），代表了该岩体的形成年龄。

表1 乌本迪带地质体特征（据参考文献[16,18]）Tab.1 Geological characteristics of the Ubendian terranes

云英岩化花岗岩（D6352）中锆石为半自形-自形，长柱状，长宽比多介于2/1～3/1之间，阴极发光（CL）图像显示锆石呈灰色、灰黑色，岩浆振荡环带发育，具有典型的岩浆锆石特征（图2b）。该样品测得80个有效分析点，锆石中Th含量为23×10-6～1 560×10-6，U 含量为 232×10-6～3 770×10-6，Th/U 值介于0.01～0.78之间。在锆石U-Pb年龄谐和图上，所有分析点位于谐和线的下方，呈线性排列，80个分析点的不一致线上交点年龄为2 662±33 Ma（MSWD=16）（图3b），代表了该岩体的形成年龄。

花岗闪长岩（D5209）中锆石自形程度差，晶型不规则，大部分锆石颗粒大小在50～100μm，少数锆石可达200μm。阴极发光（CL）图像显示锆石通常具有核-边结构，锆石核部为灰色、灰黑色，多数无分带、弱分带，不发育振荡环带，少部分具振荡环带特征；锆石边缘较窄，为亮白色、灰色、灰黑色，无分带（图2c）。该样品测得23个有效分析点，锆石中Th含量为9×10-6～1 452×10-6，U含量为58×10-6～1 823×10-6，Th/U值介于0.07～2.16之间。在锆石U-Pb年龄谐和图上，8个分析点位于谐和曲线上，其他位于谐和曲线下方，所有分析点呈线性排列，拟合成的不一致线与谐和线的上交点年龄为2 744±11 Ma（MSWD=0.89）（图3c），代表了该岩体的形成年龄。

4 讨论

图2 乌本迪带内二长花岗岩（a)，云英岩化花岗岩（b)和花岗闪长岩（c）锆石阴极发光图像Fig.2 CLimages of zircons from the monzogranite(a),greisenized granite(b)and granodiorite(c)in the Ubendian belt

表2 乌本迪带内花岗岩类LA-MC-ICP-MS锆石U-Pb测年数据Tab.2 LA-MC-ICP-MS Zircons U-Pb isotopic data of the granitoids in the Ubendian belt

续表2

图3 乌本迪带内二长花岗岩（a)，云英岩化花岗岩（b)和花岗闪长岩（c）锆石U-Pb年龄谐和图Fig.3 U-Pb concordia diagrams of zircons from the monzogranite(a),greisenized granite(b)and granodiorite(c)in the Ubendian belt

前人在研究乌本迪带古元古代岩浆作用时，发现少数早期被认为是古元古代的地质体具有太古宙年龄，从而推测乌本迪带内存在有太古宙地壳组分[5]，本次应用LA-ICP-MS锆石U-Pb测年方法对采集的样品进行分析时，同样发现有太古宙时期的地质年龄。其中，Lupa地质单元内花岗闪长岩的结晶年龄为2 744±11 Ma与前期报道的相同地质单元内2 740 Ma的花岗岩年龄误差范围内基本一致；Katuma地质单元内云英岩化花岗岩的结晶年龄为2 662±33 Ma，位于相同地质单元内变质基性岩和正片麻岩2 640～2 710 Ma的年龄范围内，另外，本次在Ubende地质单元的北部同样发现有太古宙的二长花岗岩，其年龄为2 549±20 Ma。区域资料表明，位于乌本迪带东北部的坦桑尼亚克拉通内发育有大量太古宙时期的花岗-绿岩地体，如Kilimafedha绿岩带，2 700～2 640 Ma[22]、Musoma-Mara绿岩带，2760～2650 Ma[23-25]和Sukumaland绿岩带，2 700～2 640 Ma[11，23，26]。Sanislav et al.研究认为坦桑尼亚克拉通地壳生长主要经历3个阶段：2 850～2 800 Ma，2 770～2 730 Ma和2 700～2 620 Ma，最后一期为主要的生长阶段，与世界上其他克拉通约2.7 Ga的主地壳增生期一致[27-29]。本次地质年代学研究测得在乌本迪带的北部、中部和南部地区都发育有太古宙时期的地质体，对比研究发现其地质年龄均分布于坦桑尼亚克拉通地壳生长的主要阶段范围内，结合前述地震影像模型[11，12]，可以推测乌本迪带底部存在大规模的太古宙地壳组分，早期乌本迪带可能为坦桑尼亚克拉通的大陆边缘部分，后期在太古宙克拉通地壳的基础上，乌本迪带先后经历了乌萨加蓝造山幕、乌本迪造山幕、基巴拉造山幕、伊鲁米德造山幕和泛非造山幕等一系列俯冲、伸展作用。