趙希林,余明剛*,姜 楊,李亞楠,2,靳國棟,陳志洪,邢光福

(1.中國地質(zhì)調(diào)查局南京地質(zhì)調(diào)查中心,江蘇 南京210016；

2.合肥工業(yè)大學(xué)，安徽 合肥 230009)

閩北—浙西南地區(qū)前寒武紀基底巖石分布廣泛，出露有天井坪巖群、大金山巖組、南山巖組、馬面山巖群(東巖組、大嶺組、龍北溪組)、陳蔡巖群、八都巖群、蓋洋群等，是探討華南大陸邊緣早期地殼演化歷史的重要窗口。

稻香組是在1∶50000政和縣、后山、川石幅區(qū)調(diào)時創(chuàng)名，命名地點位于區(qū)內(nèi)政和縣東北3.5 km處的稻香村，由1∶200000浦城幅區(qū)調(diào)項目在政和附近所劃分的“溪口組”解體而來，系指出露于政和縣城關(guān)、星溪、稻香—鐵山一帶在龍北溪組或東巖組細碧角斑巖建造之上的一套淺變質(zhì)巖系，其巖石組合、變質(zhì)特點與本區(qū)其他變質(zhì)地層有很大差別，由于其在閩北地區(qū)相對較廣泛，且與閩北其他變質(zhì)巖系也毫無可比性，出露因此單獨建組。

由于閩北地區(qū)基巖露頭連續(xù)較差，頂?shù)壮雎恫蝗?，接觸關(guān)系不明，迄今為止關(guān)于稻香組的巖石組合、時代問題以及存在與否一直以來均存不少的異議，制約了對稻香組的進一步研究。1∶50000政和縣、后山、川石幅區(qū)調(diào)項目在星溪本組沉凝灰?guī)r和絹云千枚巖中采獲微古植物Trematosphaeridiumholtedahlii、Trematosphaeridiumsp.、Protosphaeridiumsp.、Laminaritesantiquissimus，在政和稻香—高堀剖面大理巖中采獲的Turuchanicatemete、幾丁蟲Chitinozoan微古生物化石主要見于南方震旦紀，部分見于青白口紀和薊縣紀或早寒武世；徐一偉等[1]在政和稻香組安山質(zhì)凝灰?guī)r中獲得的Sm-Nd模式年齡值為(800±50) Ma，據(jù)其中綠片巖組合及沉凝灰?guī)r的模式年齡，將之歸并到東巖組；揭育金[2]則認為稻香—高堀剖面是一套呈斷片疊置的不同時代的巖石組合，而把稻香組定義為一套細砂巖、粉砂巖、硅質(zhì)巖、泥巖的組合，時代為晚古生代；1∶25萬周寧幅區(qū)調(diào)項目測得侵入于稻香組的中基性超淺成侵入巖(斜長角閃石巖)Sm-Nd模式年齡值為(500±35) Ma，認為稻香組的真實成巖年齡應(yīng)介于800～500 Ma之間，但是由于測試方法的局限性，這一形成年齡的真實性和可靠性值得進一步的驗證。雖然該地區(qū)基巖的露頭連續(xù)差，目前還未獲得稻香組更多令人信服的證據(jù)，但其獨特的組合及變質(zhì)變形特征，表明其確實存在，而對它的全面認識仍有待進一步研究。本文對政和縣星溪剖面開展野外地質(zhì)剖面測量,在此基礎(chǔ)上，對稻香組中硅質(zhì)巖和氣孔狀玄武巖的鋯石通過高精度的LA-ICP-MS U-Pb同位素年代學(xué)研究，限定其形成時代，為閩北地區(qū)構(gòu)造演化提供新的資料。

1 閩北地區(qū)稻香組的分布特征

政和縣稻香—高堀剖面為稻香組的正層型剖面，由閩北地質(zhì)大隊于1983年9月實測，1∶25萬周寧幅區(qū)調(diào)項目對此剖面進行了修測。政和縣稻香-高堀剖面稻香組下部為(綠簾)陽起石化安山質(zhì)(晶屑)凝灰?guī)r，夾薄層粉砂質(zhì)泥巖、凝灰質(zhì)粉砂巖、凝灰質(zhì)泥巖；中部為硅質(zhì)巖、泥質(zhì)硅質(zhì)巖、硅質(zhì)泥巖互層，夾少量凝灰質(zhì)細砂巖；上部(斜長，綠簾)陽起片巖、大理巖，夾少量的泥質(zhì)硅質(zhì)巖。

本組巖石在區(qū)內(nèi)各地巖性組合基本可以對比，與建組剖面巖石面貌也極為相似，在政和星溪本組中還見夾有薄層的沉凝灰?guī)r、(絹云)千枚巖等。政和鐵山一帶還夾有碳質(zhì)泥巖或石煤，部分變質(zhì)成為石墨片巖。

2 樣品特征和LA-ICP-MS U-Pb定年測試

2.1 樣品特征

本次研究對剖面上的硅質(zhì)巖和氣孔狀玄武巖進行了精確的鋯石LA-ICP-MS U-Pb測試工作，用于測試的樣品均采自較新鮮露頭，樣品未風(fēng)化，無蝕變現(xiàn)象，均勻無條帶。

117DX-1號樣品巖性為硅質(zhì)巖，巖石角呈礫狀，灰白色。

117DX-3號樣品巖性為氣孔狀玄武巖，巖石呈灰綠色，氣孔狀構(gòu)造，細粒-隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，見少量的橄欖石斑晶(在局部聚集形成聚斑結(jié)構(gòu))，基質(zhì)由玄武質(zhì)玻璃、少量的斜長石和輝石組成(見圖1)。

圖1 稻香組氣孔狀玄武巖鏡下照片(50倍)

2.2 LA-ICP-MS U-Pb定年測試方法

鋯石的分離采用傳統(tǒng)的人工重砂分離，分離工作是在河北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所完成的。樣品破碎后手工淘洗分離出重砂，經(jīng)磁選和電磁選后，在雙目鏡下挑出鋯石(均大于1000粒)。選取代表性鋯石制靶后通過透射光和反射光照相，并進行陰極發(fā)光分析，以確定鋯石顆粒的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

鋯石制靶和測年均在合肥工業(yè)大學(xué)LA-ICP-MS實驗室完成，采用的儀器型號為Agilent 7500a，激光剝蝕系統(tǒng)為Geo Las 2005。儀器激光束版直徑為32 μm，激光脈沖重復(fù)頻率為6 Hz。使用人工合成硅酸鹽玻璃質(zhì)標準礦物NIST SRM610進行儀器優(yōu)化。每輪測試中包括已知年齡樣品Mud Tank[TIMS年齡:(732±5) Ma[3]]；本次測年過程中，Mud Tank的206Pb/238U年齡加權(quán)平均結(jié)果為(731.5±3.6) Ma(MSWD=0.38，n=60)，與TIMS年齡結(jié)果在誤差范圍內(nèi)一致。U-Pb同位素定年中采用哈佛大學(xué)國際標準鋯石91500作外標進行同位素分餾校正，每分析5個樣品點，分析2次鋯石標準91500。對于與分析時間有關(guān)的U-Th-Pb同位素比值漂移，利用鋯石標準91500的變化采用線性內(nèi)插的方式進行校正[4]。鋯石標準91500的U-Th-Pb同位素比值推薦值據(jù)Wiedenbeck等[5]。分析數(shù)據(jù)采用ICPMSDataCal程序計算獲得同位素比值、年齡及誤差[4，6]，詳細的儀器操作條件和數(shù)據(jù)處理方法同Liu等[4，6-7]。鋯石樣品的U-Pb年齡諧和圖繪制和年齡權(quán)重平均計算均采用Isoplot/Ex_ver3完成[8]。

3 鋯石U-Pb年齡和稀土元素特征

3.1 稻香組氣孔狀玄武巖和硅質(zhì)巖鋯石U-Pb年齡

樣品117DX-1中鋯石為無色透明，陰極發(fā)光圖像顯示巖石中大部分鋯石晶型發(fā)育較差，多為碎屑鋯石，鋯石的Th/U值介于0.11～1.28之間，平均值為0.44。樣品的測試數(shù)據(jù)見表1，單個數(shù)據(jù)點的誤差為1σ。對32粒鋯石的測試結(jié)果表明，其年齡較為復(fù)雜，跨度為124～952 Ma，其中最晚一組年齡為124 Ma，應(yīng)該代表其形成年齡的下限，稻香組硅質(zhì)巖的形成時代不早于128 Ma(圖2a)；同時樣品中其他測點給出不同的年齡信息：952、738、576、400～451、388、149～179 Ma，這些鋯石應(yīng)為繼承性鋯石，表現(xiàn)出了源區(qū)的復(fù)雜性。

樣品117DX-3中鋯石為無色透明，陰極發(fā)光圖像顯示其鋯石分2種：一種是鋯石晶型發(fā)育良好，具有韻律環(huán)帶，顯示巖漿鋯石的特征(一般認為Th/U值大于0.1的鋯石為巖漿期鋯石)[9]；另外一種具有一定的磨圓，可能為繼承性鋯石，本次研究對這2種鋯石均進行了測試工作。樣品的測試數(shù)據(jù)見表1，單個數(shù)據(jù)點的誤差為1σ。對34粒鋯石的測試結(jié)果表明，鋯石年齡復(fù)雜，其中14個巖漿期鋯石具有相對較高的Th/U值(介于0.91～2.87之間，平均值為1.67)，其Th和U的含量較高(分別介于55～2080 μg/g和28～756 μg/g之間，平均值分別為625 μg/g和351 μg/g)，14個測點有諧和的n(206Pb)/n(238U)和n(207Pb)/n(235U)表面年齡，數(shù)據(jù)點全部落入諧和線上或者附近區(qū)域(圖2b)，獲得的n(206Pb)/n(238U)加權(quán)平均年齡為(111.4±2.0) Ma(n=14，MSWD=8，其中7個測點4、7、9、10、11、28、34偏離諧和線，不計入統(tǒng)計范圍，見圖2b)，這一年齡應(yīng)代表其形成年齡，屬于晚中生代早白堊世；繼承性鋯石的年齡較為復(fù)雜，其年齡變化范圍介于170～1832 Ma之間，暗示受到了地殼的混染作用及物源的復(fù)雜性。

圖2 樣品117DX-1年齡頻譜圖(a)和117DX-3鋯石U-Pb年齡諧和圖(b)

3.2 鋯石稀土元素特征

樣品117DX-1中鋯石均富集HREEs，鋯石稀土元素球粒隕石標準化曲線呈左傾型(圖3)，重稀土元素逐步富集，并顯示明顯的正Ce異常和負Eu異常；同時，其年齡與稀土含量表現(xiàn)出一定的相關(guān)性，鋯石年齡越老，其∑REEs越高；反之，鋯石年齡越年輕，其∑REEs越低。造成這一現(xiàn)象的原因尚不清楚。

表1 政和地區(qū)稻香組硅質(zhì)巖(117DX-1)及氣孔狀玄武巖(117DX-3)鋯石LA-ICP-MS U-Pb定年結(jié)果

(續(xù)表 1)

樣品117DX-3中鋯石均富集HREEs，鋯石稀土元素球粒隕石標準化曲線呈左傾型(圖3)，這是由于脫晶作用[10]或者是有小部分富集HREEs的礦物(獨居石、褐簾石)加入所導(dǎo)致[11]。輕稀土元素分餾程度低，并顯示明顯的正Ce異常和負Eu異常，均具有巖漿鋯石的特點；但是繼承性鋯石和巖漿期鋯石又顯示出一定的差別，繼承性鋯石的∑REEs含量相對于巖漿期鋯石特別低，5粒年齡大于1000 Ma的測點其∑REEs平均值僅為963.33 μg/g，12粒繼承性鋯石的∑REEs平均值為860.70 μg/g，均遠小于21粒巖漿期鋯石(年齡介于105～130 Ma之間)的∑REEs平均值2294.26 μg/g，這些繼承性鋯石的HREEs元素與巖漿期鋯石的HREEs元素含量相一致而輕稀土含量低，造成這種原因的可能是由于繼承性鋯石中富LREEs元素的包裹體被破壞而導(dǎo)致的；且繼承性鋯石的Eu/Eu*平均值為0.20，高于巖漿期鋯石的Eu/Eu*值(0.15)。

圖3 樣品117DX-1和117DX-3鋯石稀土元素球粒隕石標準化配分曲線

4 鋯石LA-ICP-MS U-Pb年齡對稻香組的形成時代及物質(zhì)源區(qū)的制約

4.1 鋯石LA-ICP-MS U-Pb年齡對稻香組形成時代的制約

自1924年Grabau基于東南沿海地區(qū)泥盆紀砂巖不整合于變質(zhì)基底之上而提出“華夏古陸(Cathaysia)”的概念以來，中外地質(zhì)學(xué)家對華夏地塊的地質(zhì)構(gòu)造及其演化特征進行了深入的研究[12-25]。華夏地塊是一個后期改造作用復(fù)雜的地塊，以強烈的加里東期和印支期變質(zhì)與巖漿改造為主要特征[26]。有關(guān)華夏地塊變質(zhì)基底的大地構(gòu)造的意義一直有爭論，如許靖華等[27]認為華夏地塊是元古宙-中三疊世洋盆于印支運動形成的特提斯型造山帶；水濤等[21]認為華夏地塊是形成于中元古代漂移古大陸-華夏古陸；Ren[28]認為華夏地塊為受加里東期造山運動改造的古陸。

近年來隨著鋯石定年技術(shù)的不斷進步，華夏地塊前寒武紀基底研究取得了許多重要的進展。如原認為屬于晚太古代的天井坪巖群可能形成于古元古代，李獻華等[29]利用鋯石SHRIMP U-Pb法測得天井坪巖群斜長角閃巖中的結(jié)晶鋯石年齡為(1766±19) Ma，Wan等[24]也測定了天井坪巖群黑云片麻巖的結(jié)晶鋯石SHRIMP U-Pb法年齡，測得其207Pb/206Pb年齡為(1790±19) Ma，與李獻華等[29]的年齡數(shù)據(jù)接近，古元古代地層除了天井坪組外，還有陳蔡巖群、八都巖群等，這些均為同位素年齡所證實[30-36]。原先劃為中元古代的變質(zhì)地層，其原巖時代大多實屬新元古代，部分可能為更年輕的早古生代地層，但普遍經(jīng)歷了加里東期變質(zhì)作用[23-25，37-38]。

閩北地區(qū)出露的前寒武紀基底地質(zhì)體眾多，關(guān)于閩北地區(qū)的構(gòu)造演化也眾說紛蕓，造成這一現(xiàn)象的根本原因是其形成時代難以確定。稻香組在前人的研究工作中一直作為寒武紀淺變質(zhì)巖系，但是本次研究對稻香組中硅質(zhì)巖和氣孔狀玄武巖的鋯石LA-ICP-MS測試結(jié)果表明，稻香組的組成和成因可能比前人認為的更加復(fù)雜。氣孔狀玄武巖最新的一組年齡為(111.4±2.0) Ma，表明其形成于晚中生代早白堊世，這一年齡應(yīng)代表了稻香組形成年齡的下限，為稻香組形成的最早年齡提供了約束，這一結(jié)果也與硅質(zhì)巖中最小一組年齡124 Ma相一致(硅質(zhì)巖中最新的一組年齡代表了其形成年齡的下限)。

4.2 鋯石LA-ICP-MS U-Pb年齡反映的源區(qū)信息

硅質(zhì)巖中其他鋯石給出了不同的年齡信息，其中952 Ma的年齡與區(qū)域上新元古代地層相對應(yīng)，如Li等[36]利用鋯石SHRIMP U-Pb法測得陳蔡巖群石榴片麻巖(原巖為泥巖)年齡為660～950 Ma，Wan等[24]利用鋯石SHRIMP U-Pb法測得麻源巖群大金山巖組黑云片麻巖年齡為0.8～1.0 Ga，本樣品952 Ma的年齡暗示了硅質(zhì)巖源區(qū)中應(yīng)包含新元古代早期物質(zhì)；738 Ma和576 Ma的年齡信息在區(qū)域上也有反映，如Wan等[24]利用鋯石SHRIMP U-Pb法測得的萬全巖群下峰巖組黑云片麻巖的年齡為(728±8) Ma，測得天井坪組黑云片麻巖的碎屑鋯石年齡為503～622 Ma，同時也與許多學(xué)者獲得的區(qū)域上的前寒武紀基底的鋯石年齡相一致[24,36-39]，暗示了硅質(zhì)巖源區(qū)中應(yīng)包含新元古代中、晚期物質(zhì)；400～451 Ma的年齡與武夷山地區(qū)加里東期巖漿作用的時間相近，該時期是武夷山地區(qū)加里東期巖漿作用最強烈的時期，硅質(zhì)巖中該期鋯石年齡的發(fā)現(xiàn)暗示其源巖可能包括了加里東期巖漿巖；值得說明的是，硅質(zhì)巖中一期年齡為388 Ma，該時期是武夷山地區(qū)區(qū)域剪切作用最強烈時期，華南加里東晚期發(fā)生韌性剪切變形作用的時間被限定在390～420 Ma[40-41]，388 Ma的年齡與這一剪切作用的上限年齡相一致；140～179 Ma的年齡在區(qū)域上報道較多，包括南園組火山巖及花崗巖類在內(nèi)。區(qū)域上該時期形成的巖漿巖已有眾多報道，上述年齡的發(fā)現(xiàn)指示了稻香組硅質(zhì)巖物質(zhì)源區(qū)的復(fù)雜性，可能包括從新元古代變質(zhì)巖、加里東期巖漿巖、中生代南園組(同時期的巖漿巖)等一系列的物質(zhì)源區(qū)。

玄武巖樣品中的年齡信息也較豐富，其巖漿期鋯石得出了(111.4±2.0) Ma的年齡，這一年齡應(yīng)代表了稻香組形成年齡的下限；同時，相對巖漿期鋯石，繼承性鋯石Th和U含量較低，Th/U值也相對較低，年齡變化于1413～1832 Ma的測點15、18、20、25和26，其Th/U值介于0.08～0.38之間(平均值為0.20)，推測來源于元古代變質(zhì)基底；另外還出現(xiàn)了393 Ma(測點31)和312 Ma(測點22)的年齡信息，指示其源區(qū)可能包含了加里東期-海西期的源區(qū)物質(zhì)。區(qū)域上有關(guān)加里東期地質(zhì)體眾多，但是與321 Ma同時代的海西期的年齡報道較少，僅于津海等[42]在福建省周寧縣五鳳樓片麻狀花崗巖中得到了(313±4) Ma的年齡；測點5、21、23的年齡為219～238 Ma，指示其源區(qū)可能含了印支期的巖漿作用的信息；測點16和30為170 Ma，表明其源區(qū)的含中晚侏羅世的物質(zhì)，這些繼承性鋯石推測是在玄武質(zhì)巖漿上升過程中捕獲圍巖的鋯石而得到的。總之，樣品117DX-3的鋯石年齡測試結(jié)果表明，稻香組的氣孔狀玄武巖形成于晚中生代早白堊世，且形成過程中受到了地殼物質(zhì)的混染作用，鋯石年齡中包括早-中元古代、加里東期-海西期、早燕山期等一系列的年齡信息，暗示了其源區(qū)的復(fù)雜性。氣孔狀玄武巖(111.4±2.0) Ma年齡的獲得為研究稻香組的形成、閩北地區(qū)的構(gòu)造演化等提供了新的證據(jù)。

5 結(jié)語

前人研究工作中僅根據(jù)部分古生物學(xué)資料和Sm-Nd等時線年齡等將其時代定為寒武紀，但是由于Sm-Nd等時線年齡缺乏可靠性，這一結(jié)論的準確性值得商榷。本次研究對稻香組中的硅質(zhì)巖和氣孔狀玄武巖進行了精確的LA-ICP-MS U-Pb同位素年代學(xué)測試工作，獲得氣孔狀玄武巖最新的一組年齡為(111.4±2.0) Ma，表明其形成于晚中生代早白堊世，這一年齡應(yīng)代表了稻香組形成年齡的下限，為稻香組形成的最早年齡提供了約束。這一結(jié)果也與硅質(zhì)巖中最小一組年齡124 Ma相一致(硅質(zhì)巖中最新的一組年齡代表了其形成年齡的下限)。同時，氣孔狀玄武巖鋯石年齡中包括了早-中元古代、加里東期-海西期、早燕山期等一系列的年齡信息；硅質(zhì)巖中鋯石測試結(jié)果表明其可能包括從新元古代變質(zhì)巖、加里東期巖漿巖、中生代南園組(同時期的巖漿巖)等一系列的物質(zhì)源區(qū)，暗示了其源區(qū)的復(fù)雜性。這些LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡的獲得表明，稻香組可能比前人所認為的更加復(fù)雜，需要進一步的解體，至少應(yīng)將形成于中生代的氣孔狀玄武巖和硅質(zhì)巖單獨劃分出來。稻香組LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡的獲得豐富了閩西北地區(qū)前寒武紀基底演化資料，為研究該區(qū)區(qū)域構(gòu)造演化提供了新的年齡支持。

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