时间:2024-05-22
谭满堂,龙文国,魏运许,邓 新,田 洋,王 晶,金 巍, 徐大良,徐 扬,黄 皓
中国地质调查局武汉地质调查中心(中南地质科技创新中心),湖北 武汉 430205
华南中部沿扬子陆块东南缘的皖、浙、赣、湘、黔、桂发育一套长条状展布的前寒武纪地质单元,曾被黄汲清等(1945,1954,1980)称为中元古代的 “江南古陆”、“江南地轴”或“江南台隆”等。随着板块构造理论的兴起和应用,该地质单元逐渐被认为是一个扬子陆块与华夏地块之间自新元古代以来多期作用形成的一个复合造山带——江南造山带,并且在原认为是中元古代的变质地层、岩浆岩中陆续获得了小于1000 Ma的年龄数据,证明江南造山带的地层时代和火山活动主体时代为新元古代。
新元古代1000~820 Ma时期,受控于全球罗迪尼亚超大陆的汇聚,扬子陆块周缘发育 “沟-弧-盆”体系,发生洋壳俯冲作用,形成相应的弧岩浆岩和与之相配套的蛇绿岩或俯冲增生杂岩,并在820 Ma左右转化为陆形成克拉通基底(刘宝珺等,1993;郭令智等,1996;邓晋福等,2016;潘桂棠等,2016;张克信等,2018)。扬子陆块东南缘及其外侧为一个由一系列岛弧和盆地组成的江南弧盆系,随着华南洋向北西俯冲,产生弧-陆碰撞,形成增生型造山带。江南造山带东段赣东北MOR型蛇绿岩最先形成于约1061 Ma的洋中脊环境,并经历了约970 Ma时期的洋内俯冲作用下SSZ环境的改造(王存智等,2016a),皖南伏川SSZ型蛇绿岩形成于840-820 Ma时期(丁炳华等,2008),证实了新元古代扬子陆块周缘洋壳俯冲及弧-陆碰撞事件在该地区的存在。但江南造山带西段新元古代俯冲增生事件直接的物质记录较少:湘桂地区无典型蛇绿混杂岩等直接证据(徐德明等,2012),仅贾宝华等(2004)报道了湖南浏阳文家市一带存在元古宙蛇绿岩套残片;周金城等(2003)提出湖南省浏阳地区具典型N-MORB属性的南桥玄武岩可能为沿古俯冲带分布的洋壳残片。
湘东北文家市地区大地构造上位于江南造山带中段,近年来前人利用高精度锆石U-Pb测年将该地区变质基底冷家溪群形成时代基本限定在新元古代青白口纪早期(834~822 Ma)(高林志等,2011 a,孙海清等,2009,2012),同时在其中解体出一套稍早于冷家溪群的构造杂岩——仓溪岩群。仓溪岩群出露于湘东北文家市镇南东至江西省宜春市袁州区磁化镇北西一带,最初由湖南省区域地质调查所从原冷家溪群解体出“涧溪冲岩群、仓溪岩群和连云山杂岩”而来,岩石组合为一套区域变质的沉积碎屑岩—火山岩,是以海相陆源碎屑岩、酸性火山碎屑岩为主夹裂隙喷溢基性火山岩-次火山岩序列经区域高绿片岩—低角闪岩相变质而形成的,以残留的构造岩片产出在冷家溪群中,现今呈现为整体无序、局部有序的状态(唐晓珊等,1999;张晓阳,2000;车勤建等,2005)。早期的Sm-Nd全岩等时线测得仓溪岩群形成年龄在1857~2090 Ma之间,属古元古代(张晓阳,2000;唐晓珊等,2004);但其中变火山岩锆石U-Pb年龄却为855±5 Ma(高林志等,2011b,2011c)、变辉绿岩年龄为804±3.5 Ma(湖南省地质调查院,2018)。最近龙文国等(2021)在湘东北浏阳文家市地区原仓溪岩群中厘定出一套增生混杂岩,其基质为变质沉积岩类,岩块岩性主要为变基性火山岩、变基性侵入岩、变砂岩类及少量碳酸盐岩,对基质和岩块进行的LA-ICP-MS锆石U-Pb测年获得变质含凝灰质砂岩(基质)和变辉长岩(岩块)的原岩形成年龄分别为859±5 Ma、846±19 Ma,其研究认为浏阳文家市地区在新元古代时期经历了碰撞造山全过程,形成了文家市地区的混杂岩,构成江南造山带的重要组成部分。
虽然湖南省地质调查院(2018)综合各种同位素年龄结果将仓溪岩群提升至中元古代,但认为需进一步研究解释,其物质组成、形成时代以及构造属性依然是区域地质研究的重要关注点,并对扬子东南缘江南造山带的构造演化的研究产生影响。本文利用LA-ICP-MS锆石U-Pb法对仓溪岩群中陈家湾岩组中绢云石英千枚岩及变基性岩的形成年龄进行了精确的厘定,将仓溪岩群形成时代限定于新元古代,结合区域研究综合表明仓溪岩群为扬子陆块东南缘新元古代弧盆系演化过程中江南造山带中段弧-陆碰撞的重要产物。
湖南省地质调查院(2018)在编写《湖南省区域地质志》时将原冷家溪群中解体出来的“涧溪冲群”归并到新仓溪岩群的下部,合称新的“仓溪岩群”,并将其细分为6个岩组(图1):下部原“涧溪冲群”划分为清风亭岩组(Pt3Cq)和南棚下岩组(Pt3Cn);上部原仓溪岩群划分为枫梓冲岩组(Pt3Cf)、陈家湾岩组(Pt3Cc)、斫木冲岩组(Pt3Cz)、雷公糙岩组(Pt3Cl)。清风亭岩组为一套低绿片岩相的陆源泥质岩系,岩性为绢云千枚岩夹石英绢云片岩;其上的南棚下岩组是一套绿片岩相变质的火山碎屑岩与火山岩,岩性为绿帘石阳起石片岩、阳起石绿帘石片岩夹绿帘石阳起石岩,原岩为玄武质熔结凝灰岩和玄武安山岩类。
枫梓冲岩组、陈家湾岩组、斫木冲岩组、雷公糙岩组之间均为断层接触或构造叠置关系(图1)。
枫梓冲岩组以石英二云母片岩、绿泥石长石石英片岩、绢云母千枚岩为主,周边被断层围限而呈构造岩片产出。
陈家湾岩组为一套变砂泥质—火山碎屑沉积岩与变超镁铁质火山岩组合,岩石组合为二云母片岩、绢云母千枚岩、角闪绿帘黑云片岩为主夹黝帘石透闪石阳起石岩、斜长角闪岩(变基性岩)及绿泥石透闪石化辉长岩或蚀变辉绿岩、黝帘石角闪石黑云母岩、阳起石大理岩等。野外常见发育各种岩脉,如石英脉、(石英)闪长岩脉、辉绿岩脉等等。斜长角闪岩往往呈透镜状、似层状产于片岩或千枚岩之间,岩石蚀变明显。各种岩脉呈似层状或穿插于片岩、千枚岩之中,可见辉绿岩与片岩之间界面平直,且没有蚀变或蚀变很弱,为后期岩脉。
斫木冲岩组的岩石组合为黑云母片岩、黑云母石英片岩、二云母片岩和变质超铁镁质岩等。
雷公糙岩组的岩石组合为黝帘石二云母片岩、二云母片岩与变超铁镁质岩(斜长角闪岩-透闪石片岩)等。
仓溪岩群呈北东向构造岩片状或透镜状产于冷家溪群内,为酸、中、基性浅成侵入岩与绿片岩相变质的火山碎屑岩、火山岩组成的整体无序、局部有序的变质岩系,原生沉积构造已无法识别。
本次研究在其中的陈家湾岩组(曾称枫梓冲岩组第二岩性段)中采集了透闪石岩(LY15-3)、斜长角闪岩(LY15-7)、辉绿岩脉(LY15-15)、绢云石英千枚岩(LY15-16)(图1、图2)等样品进行锆石U-Pb定年研究。
图2 样品采集点野外露头照片Fig. 2 Field outcrop photos of sampling pointsa-花木村北透闪石岩;b-仓溪村北斜长角闪岩;c-道士屋场辉绿岩脉;d-仓溪村南绢云石英千枚岩
样品LY15-3采集于仓溪村南侧花木村附近(图1、图2a),坐标为:N28°00′27.6″、E113°57′00.8″。岩性为透闪石岩,具柱状变晶结构,块状构造,矿物主要由透闪石(78%±)、绿泥石(4%±)、及斜长石(8%±)、黝帘石(8%±)组成,另见微量石英(2%±),副矿物见不透明金属矿物(图3a)。岩石整体蚀变强烈,蚀变矿物以透闪石为主,局部残留未蚀变的板状斜长石,推断原岩为基性岩,呈似层状夹于绢云石英片岩之中,被断层切割,断层破碎带宽约30-50 cm,并切割石英脉。
样品LY15-7采集于仓溪村附近(图1、图2b),坐标为:N28°01′32.0″、E113°56′34.7″。岩性为斜长角闪岩,具粒状、柱状变晶结构,块状构造,矿物主要由角闪石(18%±)、斜长石(70%±)及少量绿泥石(7%±)、绿帘石(5%±)组成(图3b),原岩为铁镁质的火成岩。斜长角闪岩呈团块或透镜状夹于绢云母石英片岩之中,发育黝帘石化,接触面附近岩石产生强烈劈理或片理化,局部被后期断层切割。
样品LY15-15采集于仓溪村西侧道士屋场 附 近(图1、图2c),坐 标 为:N28°01′11.0″、E113°55′20.1″。岩性为细-中粒辉绿岩,具细-中粒辉绿结构或嵌晶含长结构,块状构造。矿物由基性斜长石(66%±)、普通辉石及斜方辉石(32%±)和少量石英(2%±)组成(图3c),呈宽3-5 m的脉状侵入于绿泥绢云片岩中,接触界面平直略有起伏,片岩接触带附近发育10-30 cm的褪色蚀变带,岩脉走向与片岩片里大体一致,为北东50-70°,接触面产状为150°∠50°。
样品LY15-16采集于仓溪村南侧(图1、图2d),坐标为:N28°00′56.0″、E113°56′56.5″。岩性为绢云石英千枚岩,具显微片状粒状变晶结构,千枚状构造。主要由石英(50%±)、绢云母(50%±)及少量绿泥石组成(图3d)。该样品采集位置与高林志等(2011年)所采“变凝灰岩”的位置基本一致,其主要成分中长英质含量占65%~50%,绢云母和绿泥石占35%~40%。本次所采样品LY15-16与其成分一致、含量比例略有差异,原岩为含凝灰质成份的砂泥质岩或泥质硅质岩。
图3 岩矿鉴定显微照片Fig. 3 Micrograph of rock and mineral identificationa-LY15-3;b-LY15-7;c-LY15-15;d-LY15-16Zo-黝帘石;Tr-透闪石;Pl-斜长石;Am-角闪石;Opx-斜方辉石;Ser-绢云母;Q-石英
所采样品在河北省廊坊市宇能(宇恒)矿物分选综合实验室进行处理与锆石单矿物挑选。其中LY15-3获得锆石50粒(0.02-0.1 mm),LY15-7获得锆石约40粒,且多似老变质锆石,LY15-15获得锆石75粒,LY15-16锆石数量超过1000粒。
挑选出来的锆石颗粒在武汉上谱分析科技有限责任公司进行制靶、阴极发光照相及激光剥蚀(LA-ICP-MS)锆石U-Pb定年分析。锆石测年分析采用相干193 nm准分子激光剥蚀系统(GeoLasPro),使用安捷伦电感耦合等离子体质谱仪(Agilent 7700),激光能量80 mJ, 频率5 Hz, 激光束斑直径32 µm。实验分析条件及流程见Liu Y S et al.(2008,2010)。
LY15-3:样品中锆石粒径一般在20-100 μm之间,晶形较好,核部与条纹状或板状环带清晰可见,同时有部分锆石具有变质边;大部分为岩浆成因锆石,少量继承锆石和变质锆石(图4a)。LY15-7:样品中锆石粒径一般在50-75 μm之间,数量较少,形态大多残缺不全,核部和环带残留程度不等,主要为岩浆成因锆石,其次有少量继承锆石(图4b)。LY15-15:样品中锆石粒径一般在50-100 μm之间,晶形较复杂。大部分晶形较完整,呈长条状或板状,边部条纹、环带较清晰,为岩浆成因;少部分晶形略有残缺,保留核部与增生边,为继承锆石且蚀变明显(图4c)。LY15-16:样品中锆石粒径一般在50-100 μm之间,晶形大多较完整或以半自形为主,且多数保留条纹或板状环带韵律结构,部分锆石核部清晰,为岩浆成因(图4d)。
图4 锆石阴极发光图像及测点年龄值Fig. 4 Zircon cathodoluminescence image and age of measuring points白色实线圆圈为U-Pb年龄测试位置
四个样品的测年结果见表1。
样品LY15-3(透闪石岩):该样品共测试了17个测点,其中除了测点01击穿,测点05、06、07、17的谐和度较低,测点02、03位于锆石核部,记录的是继承锆石的年龄,其Th/U比值分别为0.42和0.38,207Pb/206Pb 年龄分别为1515±76.2 Ma和1522±46.0 Ma(当206Pb/238U年龄大于1 000 Ma时采用207Pb/206Pb年龄)。其余10个测点显示了两组年龄,第一组测点09、11、12、15,记录的是锆石核部边缘的生长年龄,其Th/U比值在0.1~0.62之间,206Pb/238U年龄在(765±8.1 Ma)~(905±12.6 Ma)之间,平均年龄815.0±10.0 Ma(MSWD=2.2),大致可代表透闪石岩(原岩变基性岩)的形成年龄(图5a-a1)。第二组测点04、08、10、13、14、16,其Th/U比 值 在0.06~0.46之 间,206Pb/238U年 龄在237~260 Ma之间,谐和年龄值247.4±5.7 Ma(MSWD=0.40)(图5a-a2)。
样品LY15-7(斜长角闪岩):该样品共测试了14个测点,各测点总体谐和度较高。测点06、07、08、09位于锆石核部,记录的是继承锆石的年龄,其Th/U比值在0.55~1.43之间,207Pb/206Pb年龄在(1360±18.7 Ma)~(2444±22.3 Ma)之 间。测 点13谐和度93%<95%。剩余测点01、02、03、04、05、10、11、12、14的年龄接近,主要记录了锆石边部环带结构的生长年龄,其Th/U比值在0.28~1.02之间,206Pb/238U年龄在774~874 Ma之间,谐和年龄值为844.3±14.0 Ma(MSWD=1.9)(图5b),可代表斜长角闪岩原岩-变基性岩的形成时间。
图5 LA-ICP-MS锆石U-Pb测年结果Fig. 5 LA-ICP-MS zircon U-Pb dating result
果结析U-Pb分石LA-ICP-MS锆组岩湾家陈群岩溪1 仓表Table 1 LA-ICP-MS U-Pb analysis results of the Chenjiawan rock formation of Cangxi Complex-Group度%和±σ 206Pb/238U±σ(Ma)谐值龄年207Pb/235U±σ 207Pb/206Pb±σ 206Pb/238U值±σ比素位同207Pb/235U±σ 207Pb/206Pb Th/U 4695989976581896999897989999959850 3.6 24.5 25.7 4.7 6.6 3.1 2.3 2.9 12.6 4.6 10.7 14.1 3.8 3.9 8.1 4.1 4.3 221 1379 1602 260 258 111 72.4 243 905 242 824 893 237 250 765 259 194 11.9 36.6 23.1 8.8 18.3 13.7 12.6 7.8 17.7 15.0 18.5 19.9 8.5 9.1 14.7 9.7 19.9 383 1445 1574 261 327 169 172 252 907 245 843 908 239 248 801 255 322 69.8 76.2 46.0 86.1 146 192 156 76.8 63.0 154 64.8 62.5 100 98.1 53.7 99.1 142 1517 1515 1522 254 852 1080 1977 328 909 265 880 939 333 228 900 220 1417 0.0006 0.0047 0.0051 0.0008 0.0011 0.0005 0.0004 0.0005 0.0023 0.0007 0.0019 0.0025 0.0006 0.0006 0.0014 0.0007 0.0007 0.0349 0.2384 0.2821 0.0412 0.0408 0.0174 0.0113 0.0384 0.1508 0.0382 0.1364 0.1486 0.0375 0.0396 0.1260 0.0411 0.0306 0.0170 0.1496 0.1069 0.0112 0.0249 0.0159 0.0147 0.0098 0.0426 0.0188 0.0417 0.0479 0.0106 0.0114 0.0319 0.0123 0.0270 0.4577 3.1489 3.7105 0.2931 0.3800 0.1813 0.1849 0.2822 1.4441 0.2735 1.2945 1.4466 0.2658 0.2773 1.2015 0.2854 0.3730 0.0035 0.0038 0.0023 0.0018 0.0047 0.0072 0.0106 0.0019 0.0021 0.0034 0.0022 0.0023 0.0022 0.0022 0.0018 0.0023 0.0066 0.0944 0.0943 0.0942 0.0513 0.0675 0.0754 0.1214 0.0530 0.0693 0.0515 0.0684 0.0703 0.0516 0.0507 0.0687 0.0506 0.0895 0.42 0.42 0.38 0.06 0.69 0.68 0.91 0.28 0.42 0.46 0.10 0.16 0.21 0.12 0.62 0.31 0.68 999897 9998999899999996979395 15.5 13.8 10.1 11.8 11.4 18.3 23.0 15.7 21.2 11.8 14.5 14.1 9.3 10.3 804 860 785 827 774 1581 2395 1370 1819 874 832 846 931 845 27.2 20.6 17.7 20.1 20.0 22.6 22.3 18.7 22.6 17.2 21.9 27.3 17.6 23.2 804 849 809 823 789 1570 2444 1360 1832 880 864 866 991 887 111.1 77.8 70.4 77.8 77.8 50.0 37.8 48.1 45.1 58.5 75.9 99.1 52.8 74.1 820 817 870 813 826 1539 2469 1400 1833 881 1000 931 1106 962 0.0027 0.0024 0.0018 0.0021 0.0020 0.0036 0.0052 0.0030 0.0044 0.0021 0.0026 0.0025 0.0017 0.0018 0.1328 0.1427 0.1295 0.1368 0.1276 0.2779 0.4500 0.2368 0.3260 0.1453 0.1378 0.1403 0.1553 0.1400 0.0591 0.0469 0.0386 0.0446 0.0429 0.1042 0.2433 0.0702 0.1351 0.0402 0.0505 0.0632 0.0460 0.0548 1.2077 1.3070 1.2175 1.2483 1.1749 3.6938 10.0955 2.8161 5.0734 1.3790 1.3421 1.3474 1.6542 1.3965 0.0036 0.0025 0.0023 0.0024 0.0024 0.0025 0.0037 0.0021 0.0028 0.0019 0.0026 0.0035 0.0022 0.0026 0.0665 0.0663 0.0680 0.0662 0.0666 0.0956 0.1613 0.0859 0.1121 0.0684 0.0702 0.0701 0.0764 0.0712 0.62 0.83 0.28 0.69 0.37 0.84 1.43 0.61 0.55 0.40 1.02 0.94 0.29 0.90 U10-6)(×1157 174 130 1235 138 170 233 892 317 288 357 513 644 728 498 357 313 120 150 362 165 298 307 265 205 177 420 562 109 694 365))Th10-6)岩岩(×闪491闪石73.3 49.7 72.4 95.1 116 211 253 133 132 34.7 84.1 135 88.9 309 110 214角长74.9 125 102 114 111 259 380 125 96.7 170 572 102 198 329透斜及号品点0102030405060708091011121314151617 01020304 05060708091011121314样测LY15-3(LY15-7(
样品LY15-15(辉绿岩脉):该样品共测试了18个测点,其中测点12谐和度为85%,<95%,测点04、05、13的CL图像明显泛白呈亮白色,应是铀异常导致;测点1锆石呈密集细条纹状,疑似酸性岩浆锆石混入杂质。测点2、09、10、11、14、15的锆石具有明显的核部与增生边,为继承锆石,记录了其蚀变年龄(未参与年龄计算)。其余测点03、06、07、08、16、17、18的锆石主要呈板状或条带状,自形程度较高,环带较清晰,主要记录了锆石边部环带的生长年龄,谐和度较高,Th/U比值较大,在0.75~1.44之间,206Pb/238U年龄189~204 Ma之间,谐和年龄值为196.6±3.3 Ma(MSWD=1.4)(图5c),可代表辉绿岩脉的侵入时间大约在印支期末。
样品LY15-16(绢云石英千枚岩):该样品共测试了20个测点,总体谐和度较高。其中测点08、11、17位于锆石核部,记录的是继承锆石的年龄,其余测点记录了锆石边部环带的生长年龄,Th/U比值较大,在0.42~0.94之间,206Pb/238U年龄在(795±8.9 Ma)~(985±16.1 Ma)之间,谐和年龄值为858.3±3.7 Ma(MSWD=0.73)(图5d)。本次采集的样品与高林志等(2011c)的采样位置相同,所测得的年龄值也与其所获得的855±5 Ma的年龄基本一致,可以认为是仓溪岩群陈家湾岩组绢云石英千枚岩的原岩-含凝灰质砂泥质岩的形成年龄。
仓溪岩群的早期同位素测年方法以Sm-Nd全岩等时线法为主,所获年龄值介于1857~2090 Ma之间,被认为是吕梁造山运动巅峰时期的产物,该时期亏损上地幔柱及深部构造活动频繁、强烈,导致壳、幔岩石较高程度的部分熔融和岩浆侵入-喷发事件的发生(张晓阳,2000;唐晓珊等,2004;湖南省地质调查院,2018)。
但近年来的高精度锆石U-Pb年龄均指示仓溪岩群形成于中-新元古代(表2)。
从表2可以看出,近年来高精度锆石U-Pb年龄值主要集中在815.0~861.2 Ma之间。此外,张玉芝等(2015)在湘赣交界慈化地区的冷家溪群(原文)识别出安山岩和英安岩,其采样地点实际位于文家市南东侧仓溪一带,应在目前所指的仓溪岩群之内,获得该火山岩LA-ICP-MS锆石 U-Pb年龄为832±12 Ma,代表其喷发年龄。龙文国等(2021)的测年显示仓溪岩群中基质原岩的形成时代小于859 Ma,岩块形成时代与之同时或稍晚。因此,仓溪岩群中的变沉积岩及变基性岩的同位素年龄主要介于815~865 Ma之间,结合区域地质,仓溪岩群以构造残片就位在冷家溪群中,总体上其形成时代稍早于冷家溪群,至少可确定为新元古代。
另外,本次研究获得印支期辉绿岩脉的侵入年龄为196.6±3.3 Ma,透闪石岩中也存在一组247.4±5.7 Ma的年龄值,该采样点附近断裂活动明显且发育后期石英脉,推测是后期构造热液活动影响的结果。龙文国等(2019)测得文家市南桥一带侵入于冷家溪群的基性岩(原被认为形成时代为前寒武纪)的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为219.6±6.5 Ma;湖南省地质调查院(2018)报道了斜长角闪岩(变辉绿岩)的一组年龄为217±0.9 Ma。综合表明文家市地区仓溪岩群和冷家溪群受到了印支期构造-岩浆活动的影响,发育许多辉绿岩、闪长岩等各类后期岩脉,早期岩石遭受了不同程度的蚀变。
湘东北文家市地区处于江南造山带中段,是江南造山带东西段衔接的关键位置,存在较多新元古代大洋板块俯冲证据:
贾宝华等(2004)认为文家市仓溪一带残留有蛇绿岩套残片,由变沉积岩、变玄武岩、变辉绿岩、变辉长岩、变辉石岩类及变硅质岩组成,提出文家市蛇绿岩可能形成于洋中脊-岛弧的过渡环境,即弧前有限小洋盆的构造环境,可以作为新元古代早期扬子陆块周缘大洋板块俯冲的证据之一。
伍光英等(2005)的研究表明“仓溪岩群”南棚下岩组(原涧溪冲群)变质火山-沉积岩系为变质火山岩夹变质粘土质沉积岩,原岩为以低钾拉斑玄武岩为主、低钾玄武安山岩次之的火山-次火山岩系,其中的斜长角闪岩的原岩可能为玄武安山质次火山岩岩床或辉绿岩岩墙,南棚下岩组变质火山岩类岩石物质来源于亏损地幔,形成于大洋拉张环境。
周金城等(2003,2005,2014)在南桥发现了具有高度亏损N-MORB属性的玄武岩-辉绿岩,形成时代838~860 Ma,认为其不是弧后盆地玄武岩,或许是沿俯冲带局部仰冲到岛弧上的上部洋壳碎片,也有可能是弧前盆地中洋壳基底的残留,是九岭古岛弧的重要证据之一。
张玉芝等(2015)于文家市南仓溪一带识别出安山岩和英安岩,其LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为832±12 Ma,代表其喷发年龄,其地球化学特征属于高镁安山岩,具有“弧型”特征,可能来源于受板片熔体/流体或者俯冲再循环沉积物交代的难熔地幔源区,暗示江南造山带中段(湘东北地区)在约832 Ma时仍处在消减阶段,扬子陆块与华夏地块尚未完全拼合。Zhang Y Z et al.(2016)获得文家市北西侧涧溪冲一带原“涧溪冲群”(即南棚下岩组)中层状变辉绿岩、凝灰岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄分别为837±5 Ma、835±6 Ma,千枚岩中年龄峰值为870 Ma,最年轻碎屑锆石的年龄为845±23 Ma,变基性岩属于拉斑玄武岩和玄武安山岩系列,具有弧火山岩的地球化学特征。Zhang Y Z et al. (2013)还获得文家市北东侧的水口和南桥冷家溪群中玄武岩的SHRIMP和SIMS锆石U-Pb年龄分别为860±20 Ma、838±12 Ma,形成于弧后盆地。
新元古代早期(~ 840 Ma)沿江南造山带中段发育完整的弧-盆系统,是Rodinia外缘增生造山带弧陆碰撞增生作用的响应。华南新元古代早期弧-弧后体系形成于~990-820 Ma期间Rodinia外缘增生造山带,这些弧-弧后体系的形成和闭合促使扬子陆块和华夏地块在不同地段持续拼合,并最终形成华南陆块(Wang Y J et al.,2013,2019;Yao J L et al.,2019 a)。
本文及龙文国等(2019)的综合研究认为:在华南洋向北西俯冲的构造背景下,文家市地区经历了碰撞造山的全过程,形成了文家市构造混杂岩,构成了江南造山带的重要组成部分,物质组成包括弧前、岛弧、弧后不同地质背景的沉积岩系、火山岩系、同碰撞期或后碰撞期侵入的花岗岩类及中基性岩类。文家市混杂岩是江南造山带中段俯冲-增生过程中的重要产物,其中仓溪岩群处于俯冲增生楔及弧前盆地的位置,其变沉积岩系、变基性岩或蛇绿岩残片组合可视为新元古代俯冲增生杂岩。
江南造山带为扬子陆块与华夏地块自中元古代末以来多期作用形成的增生型造山带,其地层和火山活动主体为新元古代。在新元古代早期(1.0~0.80 Ga)的俯冲-碰撞阶段,洋陆俯冲导致强烈的岩浆岩活动,形成了一系列蛇绿混杂岩(带)、岛弧岩浆岩、碰撞花岗岩、后碰撞裂谷岩浆岩等。江南造山带东段出露有代表着洋壳残留的赣东北蛇绿岩套(1.0~0.97 Ga)、皖南歙县(伏川)SSZ型蛇绿岩套(840~820 Ma),赣东北樟树墩发育~830 Ma高镁闪长岩和~825 M的高镁安山岩(丁炳华等,2008;王存智等,2015,2016 a,2016b),指示当时赣东北地区属于扬子陆块周缘俯冲带的组成部分。扬子陆块黄陵地区南部发育中-新元古代(1120~974 Ma)庙湾蛇绿杂岩(蒋幸福,2014)。武汉地质调查中心在2019-2021年开展红安-咸宁地区区域地质调查项目中于扬子陆块北缘大悟宣化店-红安高桥-永佳河混杂岩带中识别出中-新元古代的岩块(片),其中包含蛇绿混杂岩的残留岩块,大别山南缘蕲春构造混杂岩中各类岩块主体形成于新元古代,记录了中新元古代扬子北缘洋陆俯冲的过程(徐扬等,2021)。云开地区西北缘信宜贵子坑-增城构造混杂带是含有蛇绿岩的俯冲增生杂岩带,其中的新元古代蛇绿岩(824±77 Ma、815±75 Ma)是华南新元古代古华南洋留存的重要证据(彭松柏等,1999,2006;虞鹏鹏等,2017)。
这些蛇绿岩或俯冲增生杂岩的存在表明在中元古代末到新元古代初,扬子陆块周边都可能存在洋壳的俯冲,并伴随有新元古代早期的岛弧岩浆活动,湘东北文家市仓溪岩群厘定为新元古代俯冲增生杂岩是这一论点的重要补充。本文综合本次测年结果与前人研究成果,将扬子陆块东南缘弧盆系演化过程总结如下:
(1)新元古代早期古华南洋向西北俯冲,扬子陆块东南缘及其外侧形成了一系列的岛弧和盆地,包括大洋岛弧、大陆边缘弧、弧前盆地、弧后盆地和弧间盆地等,构成了一个复杂的多岛弧盆体系或沟弧盆组合,可分为北东段、中段和南西段。北东部怀玉一带为大洋岛弧,中西部东南边缘为大陆边缘弧,内侧为弧后盆地,湘东北-九岭位于中部弧盆系,弧后盆地中沉积冷家溪群或双桥山群(Yao J L et al.,2019a,2019b)。
(2)新元古代古华南洋洋壳俯冲-陆缘增生具有多阶段性连续增生的特征,从北东段开始,逐渐向南西段延伸。在900~870 Ma,浙西-赣东北一带率先发生洋内俯冲—弧陆碰撞增生,早期的蛇绿岩受到了来自俯冲带的流体/熔体的交代,经历了SSZ环境的改造。
(3)在870~820 Ma期间,华南洋壳NNW向俯冲加剧,第二阶段俯冲增生开始,弧后盆地开启,形成火山-碎屑沉积建造,岛弧岩浆作用显著,伴随基性-超基性岩、海相火山岩喷发或侵位,形成一系列镁铁质-超镁铁质岩石、高镁闪长岩、高镁安山岩和玄武岩(科马提质玄武岩)等,基底岩石部分熔融形成花岗闪长岩。湘东北文家市地区在此阶段经历了俯冲增生过程,形成了文家市仓溪俯冲增生杂岩、南桥N-MORB特性的玄武岩、弧后盆地沉积(冷家溪群)等岩石,其俯冲增生模式如图6。古华南洋的俯冲-增生作用除了形成镁铁质-长英质火山岩外,还产生大量年龄在845~815 Ma之间的S型花岗岩(Shu L S et al.,2021),如湘东北地区的葛藤岭花岗岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为845±5 Ma等(Deng T et al.,2018)。
图6 文家市-仓溪地区新元古代弧盆系及俯冲增生模式Fig. 6 Neoproterozoic arc basin system and subduction accretion model in Wenjiashi-Cangxi area1-火山-碎屑沉积物;2.弧岩浆作用;3-火山活动;4-变基性岩岩块;5-变沉积岩
(4)在820 Ma~810 Ma期间,扬子陆块与其东南缘的岛弧之间发生弧—陆碰撞造山,盆地封闭,冷家溪群强烈褶皱并产生低级变质,挤压褶皱和断裂逆冲导致地壳增厚,形成雪峰山造山带。
(5)在810 Ma-800 Ma,弧陆碰撞基本结束,进入挤压减弱、应力松弛的后碰撞-造山阶段,产生强烈的(强)过铝花岗岩浆活动,湘中南城步地区可能继续受到东南侧残留洋盆的俯冲影响形成新的岛弧和花岗岩侵位(柏道远等,2010)。
(1)在文家市地区仓溪岩群中获得变沉积岩-绢云石英千枚岩、斜长角闪岩和透闪石岩的LAICP-MS锆石U-Pb年龄分别 为858.3±3.7 Ma、844.3±14.0 Ma和815.0±10.0 Ma;后期辉绿岩脉年龄为196.6±3.3 Ma,透闪石岩中具有247.4±5.7 Ma的改造年龄。综合表明仓溪岩群形成于新元古代早期815~860 Ma之间,后期受到印支期构造活动的一定影响。
(2)仓溪岩群是新元古代早期的俯冲增生杂岩,主要由一套变沉积岩、变基性岩或蛇绿岩残片混杂组成,是该时期扬子陆块周缘广泛发生的洋壳俯冲作用形成的,是扬子陆块东南缘新元古代江南造山带弧-陆碰撞的产物。
本次研究及成文得益于“江南造山带地质志”及“中南地区区域地质志”相关项目的实施,得到了中国区域地质志项目组李廷栋院士、潘桂棠、肖庆辉、陆松年等老师的指导和启迪,武汉地质调查中心牛志军研究员等及“鄂东-湘东北地区地质矿产调查”项目组给予了重要支持和帮助,在实验测试中自然资源部中南矿产资源监督检测中心及武汉上谱分析科技有限责任公司提供了协助,一并表示感谢。编辑部以及审稿专家对本文进行了详细指导和修改,在此特别致谢。
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