崔曉莊, 江新勝, 鄧　奇*, 王　劍, 卓皆文,任光明 蔡娟娟, 伍　皓 江卓斐(.中國地質(zhì)調(diào)查局 成都地質(zhì)調(diào)查中心, 四川 成都 60008; 2.成都理工大學 沉積地質(zhì)研究院, 四川 成都60059; .國土資源部沉積盆地與油氣資源重點實驗室, 四川 成都 60008; .中國地質(zhì)科學院, 北京 0007)

桂北地區(qū)丹洲群鋯石U-Pb年代學及對華南新元古代裂谷作用期次的啟示

崔曉莊1,2,3, 江新勝1,3, 鄧奇1,3*, 王劍1,3, 卓皆文1,3,任光明1, 蔡娟娟4, 伍皓1, 江卓斐1
(1.中國地質(zhì)調(diào)查局 成都地質(zhì)調(diào)查中心, 四川 成都 600081; 2.成都理工大學 沉積地質(zhì)研究院, 四川 成都610059; 3.國土資源部沉積盆地與油氣資源重點實驗室, 四川 成都 600081; 4.中國地質(zhì)科學院, 北京 100037)

桂北地區(qū)丹洲群是南華裂谷盆地南段的一套連續(xù)裂谷充填沉積, 厘定各組沉積時限及區(qū)域地層關系, 對理解華南新元古代裂谷作用期次具有重要意義。本文利用LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素測年, 獲得丹洲群合桐組二段和拱洞組底部凝灰?guī)r夾層形成年齡分別為801±4 Ma和781±5 Ma。研究表明, 丹洲群白竹組和合桐組一段與下江群甲路組和烏葉組、板溪群滄水鋪組和馬底驛組、西鄉(xiāng)群孫家河組及陸良組一段相當, 沉積時限為820～800 Ma; 合桐組二段與下江群番召組相當, 沉積時限為800～780 Ma; 拱洞組可與下江群清水江組、平略組和隆里組, 板溪群五強溪組中上部和牛牯坪組,西鄉(xiāng)群大石溝組中上部和三郎鋪組, 陸良組二段及澄江組、開建橋組、蓮沱組、虹赤村組和上墅組的中上部直接對比, 沉積時限為780～725 Ma。華南新元古代裂谷盆地系統(tǒng)的典型地層鋯石年齡存在5組高峰, 峰值年齡分別為818±2 Ma、802±1 Ma、780±4 Ma、756±4 Ma及728±5 Ma。綜合華南新元古代巖漿活動特征及盆地沉積演化過程, 確定華南新元古代裂谷作用可分為兩期: 820～800 Ma和800～725 Ma。此外, 華南新元古代巖漿活動與裂谷作用之間存在明顯的耦合關系,但各期巖漿活動對各裂谷盆地的影響程度存在差異。

桂北地區(qū); 丹洲群; 鋯石U-Pb年代學; 新元古代; 裂谷作用; 華南

南華裂谷盆地是華南最大的新元古代裂谷盆地,保留了最完整的新元古代中期(820～725 Ma)與Rodinia超大陸早期裂解有關的巖漿活動和沉積作用記錄(王劍, 2000; Wang and Li, 2003; Li et al., 2008a; Wang et al., 2009; 李獻華等, 2012; Xia et al., 2012)。這些記錄是研究華南前寒武紀地殼增生(Liu et al., 2008a; Wang et al., 2012a)、新元古代裂谷盆地形成演化(王劍, 2000; Wang and Li, 2003)、超大陸裂解與裂谷巖漿活動(李獻華等, 2008; Wang et al., 2009; Xia et al., 2012)以及低緯度冰川與氣候突變事件(Zhou et al., 2004; Zhang et al., 2008)等科學問題的重要載體。通過高精度地層年齡數(shù)據(jù)的制約, 厘清這些分布范圍極大的沉積–巖漿記錄的區(qū)域?qū)Ρ汝P系, 可以確定華南新元古代裂谷盆地系統(tǒng)的裂谷作用期次, 同時也有助于深入探討上述科學問題。

桂北地區(qū)丹洲群是南華裂谷盆地南段的一套連續(xù)裂谷充填沉積, 其與下伏四堡群之間的不整合面一般被作為是晉寧–四堡運動的標志(廣西壯族自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局, 1990, 1996; 劉鴻允, 1991; Li et al., 1999;王劍, 2000)。目前, 已有學者針對丹洲群開展了較為系統(tǒng)的沉積學(王劍, 2000; Wang and Li, 2003; 楊菲等, 2012)、碎屑鋯石U-Pb年代學、鋯石Hf同位素組成及巖石地球化學(Wang et al., 2011, 2012b; Wang and Zhou, 2012; Wang et al., 2013)等研究, 取得了一些認識。盡管如此, 丹洲群各組的沉積時限仍缺少精確年齡數(shù)據(jù)的約束, 同時其與區(qū)域相關地層的確切對比關系也未有定論。鑒于此, 本文報道了最新獲得的丹洲群凝灰?guī)r鋯石 U-Pb年齡, 進一步厘清了丹洲群各組沉積時限及其區(qū)域地層對比關系; 并在此基礎上, 詳細討論了包括南華裂谷盆地在內(nèi)的華南新元古代裂谷盆地系統(tǒng)的裂谷作用期次。

1　地質(zhì)背景及樣品

華南新元古代裂谷盆地系統(tǒng)包括南華裂谷盆地、康滇裂谷盆地以及碧口–漢南裂谷盆地(Li et al., 2003a, 2008a; 李獻華等, 2008; Wang et al., 2011)(圖1)。其中, 南華裂谷盆地呈北東–南西向展布于揚子陸塊東南緣, 盆地基底由四堡群、梵凈山群、冷家溪群及其相當?shù)貙咏M成。四堡群是桂北地區(qū)出露的最老褶皺基底, 主要為一套泥巖、粉砂巖夾火山碎屑巖、細碧巖及角斑巖, 普遍發(fā)育低綠片巖相區(qū)域變質(zhì)作用(廣西壯族自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局, 1990, 1996)。長期以來, 由于高精度年代學數(shù)據(jù)的缺乏, 四堡群一直被歸屬為中元古界。但碎屑鋯石U-Pb定年結果揭示四堡群最大沉積年齡應為860 Ma左右(Wang et al., 2007a), 而侵入至四堡群的花崗巖最新鋯石U-Pb年齡則將其沉積上限時間限定在830 Ma左右(Wang et al., 2014; Yao et al., 2014)。因此, 南華裂谷盆地南段基底地層四堡群的沉積時限應該介于860～ 830 Ma。近年來, 隨著原位微區(qū)同位素定年技術的日益成熟和廣泛應用, 發(fā)表了大量與華南新元古代裂谷充填沉積有關的精確鋯石U-Pb年齡數(shù)據(jù)(表1)。

圖1　華南新元古代裂谷盆地系統(tǒng)的地層及其年齡分布簡圖(據(jù)Wang and Li, 2003改繪, 樣品序號同表1)Fig.1　Simplified map showing distribution of the strata and their ages of the Neoproterozoic rift basins system in South China

丹洲群為發(fā)育于桂北地區(qū)的一套裂谷充填沉積,由淺變質(zhì)的砂泥質(zhì)巖夾少量碳酸鹽巖組成, 其下與盆地基底地層四堡群呈角度不整合接觸, 其上與冰期沉積長安組呈假整合或低角度不整合接觸(廣西壯族自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局, 1990, 1996; 劉鴻允, 1991;王劍, 2000; 楊菲等, 2012)。丹洲群自下而上包括白竹組、合桐組及拱洞組, 各組間均為整合接觸。其中, 白竹組底部為變質(zhì)礫巖、砂礫巖, 向上逐漸過渡為砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥巖及大理巖; 合桐組分為兩段, 一段主要為頁巖、鈣質(zhì)板巖夾粉砂質(zhì)泥巖, 二段主要為粉砂質(zhì)泥巖、炭質(zhì)板巖夾砂巖; 拱洞組主要為砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、凝灰質(zhì)砂巖夾凝灰質(zhì)泥巖(圖2)。此外, 龍勝三門一帶原歸為合桐組二段的一套海相火山巖系, 現(xiàn)另建組為三門街組(廣西壯族自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局, 1996)。

表1　華南新元古代裂谷盆地系統(tǒng)的典型地層鋯石U-Pb年齡統(tǒng)計表Table 1　Zircon U-Pb ages of the typical stratigraphic units of the Neoproterozoic rift basins in South China

本文兩件凝灰?guī)r定年樣品均采自廣西三江縣丹洲鄉(xiāng)合桐剖面。其中, 樣品HTH-N1采自合桐組二段底部凝灰?guī)r夾層, 地理坐標為 N25°34′46″, E109°32′44″,夾層呈淺灰綠色, 厚約15 cm, 夾在粉砂質(zhì)泥巖與板巖地層中; 樣品 HTG-N1采自拱洞組/合桐組界線之上15 m處凝灰?guī)r夾層, 地理坐標為N25°35′13″, E109°31′57″,夾層呈灰綠色–灰黃色, 厚約 20 cm, 夾在粉砂質(zhì)泥巖地層中(圖2)。顯微鏡下鑒定表明, 兩件凝灰?guī)r樣品均主要由黏土礦物(伊利石、蒙脫石和伊蒙混合物)、長石和石英等礦物組成, 可見均勻排列的玻屑。

2　分析方法

樣品經(jīng)破碎后, 通過常規(guī)重力和磁選方法分選出鋯石。在雙目鏡下挑選出晶型較好、無裂隙、無明顯包裹體的鋯石顆粒粘貼在環(huán)氧樹脂表面, 打磨拋光,制成樣靶。對鋯石進行反射光、透射光顯微照相和陰極發(fā)光(CL)圖像分析。根據(jù)鋯石透、反射光及 CL圖像, 盡量避開鋯石內(nèi)部的包裹體、裂隙, 選擇代表性的鋯石顆粒和區(qū)域進行U-Th-Pb同位素分析。

鋯石原位微區(qū)U-Th-Pb同位素分析在中國地質(zhì)大學(武漢)地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點實驗室利用激光剝蝕(LA)電感耦合等離子體質(zhì)普(ICP-MS)完成。實驗采用的ICP-MS為美國Agilent公司生產(chǎn)的Agilent7500a, 激光剝蝕系統(tǒng)為德國 MicroLas公司生產(chǎn)的配備有193 nmArF準分子激光器的GeoLas2005。激光剝蝕孔徑為32 μm, 采用氦氣作為載氣、氬氣作為補償氣以調(diào)節(jié)靈敏度。原始數(shù)據(jù)離線處理(包括對樣品和空白信號的選擇、儀器靈敏度偏移校正、元素含量及 U-Th-Pb同位素比值和年齡計算)利用ICPMSDataCal(Liu et al., 2008b)完成。具體的儀器操作條件和數(shù)據(jù)處理方法見Liu et al. (2010)。

圖 2　桂北地區(qū)丹洲群地層柱狀簡圖及采樣層位(據(jù)楊菲等, 2012改繪)Fig.2　Stratigraphic column of the Danzhou Group with sampling positions

3　分析結果

樣品 HTH-N1的鋯石晶形完好, 無色透明, 主要為自形、短柱狀, 極少數(shù)為半截錐狀, 無裂縫、無明顯包裹體。鋯石粒徑多為50～150 μm, 長寬比介于1∶1～3∶1。CL圖像顯示鋯石內(nèi)部具有典型的巖漿生長振蕩環(huán)帶和韻律結構, 形態(tài)非常一致(圖 3), 應為同期次的巖漿成因鋯石。選擇其中較為典型的15顆鋯石進行了 U-Th-Pb同位素分析, 分析結果見表2。15個分析點的U含量為117～648 μg/g, Th含量為83.3～871 μg/g, Th/U比值為0.59～1.35, 均>0.4(表2),具有巖漿成因鋯石特征。在 U-Pb年齡諧和圖中(圖4a), 分析點03、08、11和15年齡值明顯偏小且變化范圍較大, 均已偏離諧和線, 同時具有相對較高的U含量, 因而可能是高U含量造成的放射性損傷導致Pb丟失的原因; 其余11個分析點非常集中, 全部位于諧和線上, 因此均參與年齡計算。11個分析點的206Pb/238U諧和年齡為802±2 Ma(MSWD=0.86),誤差范圍內(nèi)與加權平均年齡801±4 Ma(MSWD=0.08)完全一致。因此, 樣品 HTH-N1形成年齡的最佳估計值為801±4 Ma。

樣品 HTG-N1的鋯石晶形較好, 無色透明, 主要為自形、短柱狀, 少數(shù)為半截錐狀, 基本無裂縫、無明顯包裹體。鋯石粒度多為70～200 μm, 長寬比介于1∶1～4∶1。CL圖像顯示鋯石內(nèi)部具有典型的巖漿生長振蕩環(huán)帶和韻律結構, 但形態(tài)差異較明顯(圖3), 應為不同期次的巖漿成因鋯石。選擇其中較為典型的27顆鋯石進行了U-Th-Pb同位素分析, 分析結果見表2。27個分析點的U含量為46～279 μg/g, Th含量為 50～592 μg/g, Th/U 比值為 0.60～3.11, 均>0.4(表2), 也表明均為巖漿成因鋯石。在U-Pb年齡諧和圖中(圖4b), 分析點17、20和21的年齡值明顯偏小且變化范圍較大, 均已偏離諧和線, 同時其具有相對較高的U含量, 因而可能為高U含量造成的放射性損傷導致Pb丟失的原因; 其余24個分析點全部位于諧和線上, 但明顯分為三組, 其206Pb/238U諧和年齡分別為 821±3 Ma(MSWD=0.16, n=8)、802±3 Ma(MSWD=0.23, n=7)和780±3 Ma (MSWD= 0.01, n=9)。結合區(qū)域巖漿活動記錄及該樣品鋯石形態(tài), 認為上述較老的兩組年齡應該代表捕獲鋯石的形成時間。最年輕的一組年齡與其加權平均值781±5 Ma (MSWD=0.04)在誤差范圍內(nèi)完全一致。因此, 該樣品形成年齡的最佳估計值為781±5 Ma。

4　討　論

4.1丹洲群沉積時限

長期以來, 由于缺乏可靠同位素年齡數(shù)據(jù)的約束, 桂北地區(qū)丹洲群各組的沉積時限一直未能準確限定。Li et al. (1999)曾獲得侵入至四堡群的超基性—基性巖脈的鋯石U-Pb年齡為828±7 Ma, 誤差范圍內(nèi)與侵入至四堡群的花崗質(zhì)巖體的鋯石 U-Pb年齡基本一致(Wang et al., 2014; Yao et al., 2014)。周漢文等(2002)曾對廣西賀州下龍地區(qū)與丹洲群相當?shù)您棑P關群的淺變質(zhì)基性火山巖進行了 TIMS鋯石U-Pb定年, 結果顯示其形成時間為819±11 Ma。值得注意的是, Wang et al. (2013)通過對白竹組進行碎屑鋯石U-Pb年代學研究, 指出白竹組的最大沉積時限應為826±7 Ma。這些年齡數(shù)據(jù)不僅指示盆地基底地層四堡群的沉積上限年齡應為 830 Ma, 同時也暗示其上覆裂谷充填地層丹洲群的沉積下限年齡可能為820 Ma左右。

圖3　丹洲群凝灰?guī)r樣品HTH-N1和HTG-N1的代表性鋯石CL圖Fig.3　CL images of zircons in the tuff samples HTH-N1 and HTG-N1 from the Danzhou Group

區(qū)域地質(zhì)資料表明, 桂北地區(qū)三防巖體主要由黑云母花崗巖組成, 主要侵入于四堡群及本洞巖體,局部還侵入至丹洲群白竹組(廣西壯族自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局, 1990, 1996)。Li et al. (2003b)最早報道的三防巖體SHRIMP鋯石U-Pb年齡為(819±9) Ma, 但該年齡在誤差范圍內(nèi)無法與本洞巖體的鋯石 U-Pb年齡826±10 Ma相區(qū)分。隨后, 王孝磊等(2006)獲得了三防巖體的LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡804.3±5.3 Ma,該年齡不僅代表了三防巖體的成巖時間, 同時還可以對丹洲群底部地層白竹組的沉積上限年齡提供有效約束。此外, 丹洲群白竹組與其上覆地層合桐組呈整合接觸關系(廣西壯族自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局, 1990, 1996)。因此, 可以推測白竹組的沉積上限年齡和合桐組的沉積下限年齡應該均大致為805 Ma。

表2　丹洲群凝灰?guī)r樣品HTH-N1和HTG-N1的LA-ICP-MS鋯石U-Th-Pb同位素數(shù)據(jù)Table 2　LA-ICP-MS zircon U-Th-Pb isotopic results of the tuff samples HTH-N1 and HTG-N1 from the Danzhou Group

圖4　丹洲群凝灰?guī)r樣品HTH-N1和HTG-N1的鋯石U-Pb年齡諧和圖Fig.4　Zircon U-Pb concordia diagrams for the tuff samples HTH-N1 and HTG-N1 from the Danzhou Group

根據(jù)巖性組合特征, 丹洲群合桐組可分為兩段,二者通常以一層凝灰?guī)r為界(楊菲等, 2012)(圖2)。本文定年樣品 HTH-N1的鋯石顆粒棱角分明, 具有十分明顯的振蕩環(huán)帶和韻律結構(圖3), Th/U比值均大于0.4, 所以將其206Pb/238U年齡加權平均值801±4 Ma解釋為采樣凝灰?guī)r夾層的形成時間是可靠的。此外,高林志等(2013)最近獲得的合桐組凝灰?guī)r SHRIMP鋯石U-Pb年齡801±3 Ma也進一步驗證了本文定年結果的可靠性。考慮到定年結果具有一定誤差, 因此, 本文將合桐組一段的沉積上限年齡和二段的沉積下限年齡均限定為800 Ma。

拱洞組是丹洲群的最頂部地層, 其上覆地層為冰期沉積長安組。Wang et al. (2012b)報道的拱洞組頂部最大沉積年齡為 731±4 Ma, 與汪正江等(2013)獲得的拱洞組頂部沉凝灰?guī)r鋯石 U-Pb年齡基本一致。結合區(qū)域內(nèi)相關冰期前地層的沉積時限(Zhang et al., 2008; 高維和張傳恒, 2009; 崔曉莊等, 2013),可將拱洞組的沉積上限年齡大致限定為725 Ma。本文定年樣品HTG-N1采自合桐組/拱洞組界線之上僅15 m處, 鋯石顆粒完全無搬運磨蝕的痕跡, 內(nèi)部振蕩環(huán)帶十分清晰(圖3), Th/U比值均大于0.4。其中, 年齡值最年輕的一組鋯石與其他鋯石形態(tài)差異明顯, 應為不同期次巖漿作用的產(chǎn)物, 所以將其加權平均年齡 781±5 Ma解釋為采樣凝灰?guī)r夾層的形成時間是可信的。因此, 可以確定拱洞組的沉積下限年齡為780 Ma。

此外, 龍勝三門地區(qū)還存在一套海相火山巖系,原被歸為合桐組二段, 因其巖性特殊、分布集中而被單獨劃出建組為三門街組(廣西壯族自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局, 1996)。一般認為, 拱洞組與三門街組屬于上下關系(廣西壯族自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局, 1996; 戴傳固等, 2012), 但目前看來, 這種認識有待商榷。首先,三門街組分布范圍十分局限, 主要呈透鏡狀分布于丹洲群中, 應為當時的火山噴發(fā)中心; 其次, 拱洞組僅在龍勝三門地區(qū)與三門街組呈整合接觸關系,在其他地區(qū)則主要與合桐組整合接觸, 也即在遠離火山噴發(fā)中心的地帶以拱洞組碎屑沉積為主, 這種分布特征與川西地區(qū)的蘇雄組和開建橋組類似; 第三, Zhou et al. (2007)獲得的三門街組流紋英安巖SHRIMP鋯石U-Pb年齡為765±14 Ma, 結合葛文春等(2001)報道的侵入至三門街組的輝長輝綠巖TIMS鋯石U-Pb年齡761±8 Ma, 基本可將三門街組的時代限定為765～761 Ma, 而這完全處于拱洞組的沉積時限范圍內(nèi)。因此, 三門街組應是拱洞組沉積時期火山快速、劇烈噴發(fā)的產(chǎn)物。

以上論述表明, 桂北地區(qū)丹洲群的沉積時限應該為820～725 Ma。其中, 白竹組沉積時限為820～ 805 Ma; 合桐組一段沉積時限為805～800 Ma, 二段為800～780 Ma; 拱洞組沉積時限為780～725 Ma, 而三門街組沉積時限則為765～761 Ma。

4.2裂谷系區(qū)域?qū)Ρ?/p>

如前所述, 丹洲群是發(fā)育于桂北地區(qū)的一套連續(xù)裂谷充填沉積, 其各組具體沉積時限的準確限定為厘清華南新元古代中期的裂谷系區(qū)域?qū)Ρ汝P系具有重要意義。已有研究表明, 區(qū)域上與丹洲群相當?shù)牡湫土压认抵饕ㄇ瓥|南地區(qū)的下江群、湘北地區(qū)的板溪群、滇中地區(qū)的陸良組和澄江組、川西地區(qū)的蘇雄組和開建橋組以及峽東地區(qū)的蓮沱組等(劉鴻允, 1991; 王劍, 2000; 江新勝等, 2012; 崔曉莊等, 2014)。近年來, 陸續(xù)發(fā)表的一系列高精度地層年齡數(shù)據(jù)為這種認識提供了可靠證據(jù)(表1)。

黔東南地區(qū)下江群由下至上依次為甲路組、烏葉組、番召組、清水江組、平略組及隆里組。高林志等(2010)對梵凈山地區(qū)下江群甲路組的斑脫巖進行了SHRIMP鋯石U-Pb定年, 結果顯示其形成年齡為814.0±6.3 Ma。Wang et al. (2012b)通過對下江群火山碎屑巖進行鋯石 SIMS同位素分析, 結果揭示番召組的沉積下限年齡應為802±2 Ma, 而清水江組凝灰?guī)r年齡(774±5 Ma)則與高林志等(2010)報道的年齡774±8 Ma完全吻合。最近, 汪正江等(2013)獲得了貴州錦屏地區(qū)隆里組頂部凝灰質(zhì)粉砂巖的LA-ICP-MS鋯石 U-Pb年代學研究結果, 表明下江群隆里組的沉積上限年齡最大應為733±18 Ma。

湘北地區(qū)板溪群包括滄水鋪組、馬底驛組、五強溪組及牛牯坪組。湖南益陽地區(qū)滄水鋪組火山巖–火山碎屑巖高角度不整合于冷家溪群濁積巖之上,王劍等(2003)認為其底部英安質(zhì)火山集塊巖的SHRIMP鋯石U-Pb年齡(814±12 Ma)代表了新一輪沉積旋回的起始時間, 最近高林志等(2012)獲得的該套火山集塊巖的鋯石年齡為 821±13 Ma, 二者在誤差范圍內(nèi)基本一致。張世紅等(2008)曾對湖南古丈地區(qū)五強溪組底部凝灰?guī)r進行了SHRIMP鋯石U-Pb定年, 獲得的鋯石 U-Pb年齡為 809.3±8.4 Ma, 該年齡應該代表了南華裂谷伸展斷層強烈活動的最早開始時間。此外, Zhang et al. (2008)報道的湖南洪江地區(qū)牛牯坪組頂部凝灰?guī)r SHRIMP鋯石 U-Pb年齡725±10 Ma, 則有效約束了板溪群的沉積上限年齡。

滇中地區(qū)陸良組和澄江組是康滇裂谷盆地南段的陸相充填沉積。最近, 卓皆文等(2013)報道了陸良組凝灰?guī)r的SHRIMP鋯石U-Pb定年結果, 其中陸良組一段底部樣品的年齡為819±9 Ma, 而二段底部樣品的年齡為 805±14 Ma, 揭示康滇裂谷盆地應該與南華裂谷盆地具有相同的開啟時間和充填序列。江新勝等(2012)對澄江組底部凝灰?guī)r進行了較為系統(tǒng)的SHRIMP鋯石U-Pb年代學研究, 結果顯示澄江組的沉積下限年齡應為800±5 Ma (兩個年齡數(shù)據(jù)的加權平均值)。結合筆者報道的澄江組頂部凝灰?guī)r年齡725±10 Ma (崔曉莊等, 2013), 可以確定澄江組的沉積時限為800～725 Ma。

研究表明, 川西地區(qū)蘇雄組和開建橋組應屬同期異相產(chǎn)物(劉鴻允, 1991; 王劍, 2000), 這一認識得到了最新獲得的年齡數(shù)據(jù)的支持。蘇雄組雙峰式火山巖的鋯石 U-Pb年齡為 803±12 Ma (Li et al., 2002), 這與卓皆文等(2015)最近獲得的開建橋組底部凝灰?guī)r年齡(801±7 Ma)完全一致, 共同指示康滇裂谷北段可能于800 Ma左右進入成熟發(fā)展階段。蓮沱組是揚子陸塊北緣的一套由南向北超覆的移地濱岸相沉積, 碎屑鋯石年代學結果也顯示其最大沉積年齡具有自南向北逐漸變新的趨勢(佘振兵, 2007; Liu et al., 2008a), 因而蓮沱組沉積下限年齡可能為800 Ma。此外, 高維和張傳恒(2009)報道的蓮沱組頂部凝灰?guī)rSHRIMP鋯石U-Pb年齡(724±12 Ma)則有效限定了其沉積上限年齡。

此外, 漢南地區(qū)西鄉(xiāng)群自下而上依次為孫家河組、大石溝組和三郎鋪組, 其時限原被標定為 950～ 900 Ma (Ling et al., 2003), 但最近發(fā)表的一系列高精度年齡數(shù)據(jù)表明其時限實際應為820～750 Ma (崔建堂等, 2010; 鄧奇等, 2013), 與桂北地區(qū)丹洲群基本相當, 均為華南新元古代裂谷盆地系統(tǒng)的早期充填。長期以來, 浙北地區(qū)虹赤村組和上墅組一直被認為屬于上下關系, 但Li et al. (2003a)報道的虹赤村組中酸性火山巖年齡 797±11 Ma與 Wang et al. (2012c)最新發(fā)表的上墅組雙峰式火山巖年齡797±6 Ma完全吻合, 同時其分布特征也與川西地區(qū)的開建橋組和蘇雄組類似, 指示虹赤村組與和上墅組可能為同期異相產(chǎn)物, 二者與下伏地層駱家門組之間存在～35 Ma的間斷(據(jù)周效華等未發(fā)表資料)。

以上論述表明, 桂北地區(qū)丹洲群白竹組和合桐組一段可與黔東南地區(qū)下江群甲路組和烏葉組、湘北地區(qū)板溪群滄水鋪組和馬底驛組、滇中地區(qū)陸良組一段以及漢南地區(qū)西鄉(xiāng)群孫家河組相對比, 沉積時限均為820～800 Ma; 合桐組二段與下江群番召組相當, 沉積時限為800～780 Ma; 而拱洞組(包括三門街組)則與下江群清水江組、平略組和隆里組, 板溪群五強溪組中上部和牛牯坪組, 陸良組二段, 西鄉(xiāng)群大石溝組中上部和三郎鋪組以及澄江組、開建橋組、蓮沱組、虹赤村組和上墅組的中上部直接對比,沉積時限均為780～725 Ma(圖5)。

圖5 華南揚子陸塊周緣新元古代多重地層劃分與對比方案(據(jù)崔曉莊等, 2014改繪)Fig.5　Comparison of the division and correlation of the Neoproterozoic strata along the periphery margins of the Yangtze Block, South China

4.3裂谷作用期次

一般認為, 新元古代 Rodinia超大陸裂解時期,華南廣泛發(fā)生裂谷巖漿活動, 形成了由南華裂谷盆地、康滇裂谷盆地和碧口–漢南裂谷盆地組成的裂谷盆地系統(tǒng), 同時接受大量裂谷充填沉積(王劍, 2000; Wang and Li, 2003; Li et al., 2003a, 2008a; 李獻華等, 2008, 2012; Wang et al., 2011, 2012b) (圖1)。前人研究表明, 揚子陸塊周緣新元古代裂谷巖漿活動具有明顯的多幕式(或階段性)特征, 大致可分為 830～ 795 Ma和780～745 Ma (pre-rift magmatism and syn-rift magmatism)兩個階段, 分別對應揚子陸塊周緣開始發(fā)生裂谷作用和裂谷作用達到高峰期的演化階段(Li et al., 2003a)。

沉積學研究表明, 南華裂谷具有典型裂谷盆地的沉積演化特征(王劍, 2000; Wang and Li, 2003)。其中, 裂谷盆地早期形成階段的成因相組合以洪沖積相組合、陸相(或海相)火山巖及火山碎屑巖相組合、濱淺海相組合、淹沒碳酸鹽臺地及欠補償盆地黑色頁巖相組合為代表; 而中–后期形成階段的成因相組合則以濱岸邊緣相至深海相組合、冰期冰磧巖相組合、碳酸鹽巖及碳硅質(zhì)細碎屑巖相組合為特征。南華裂谷的古地理演化特征反映了其由陸變海、由地塹–地壘相間盆地變廣海盆地、由淺海變深海、盆地由小變大的演化過程(王劍, 2000; Wang and Li, 2003)。

最近, 筆者針對康滇裂谷充填沉積開展了系統(tǒng)的沉積學和盆地分析研究, 結果表明其主要演化階段包括820～800 Ma和800～725 Ma兩個時期(崔曉莊等, 2014)。其中, 820～800 Ma屬快速沉降階段, 典型沉積物為低密度濁流和深水饑餓沉積; 800～725 Ma屬成熟發(fā)展階段, 典型沉積物為扇三角洲–湖泊沉積。此外, 最新獲得的澄江組底部玄武巖年齡為800 Ma左右(崔曉莊等, 2015), 與蘇雄組雙峰式火山巖噴發(fā)年齡基本一致, 結合800～725 Ma期間沉積超覆范圍顯著擴大的地質(zhì)事實, 可以確認800 Ma是康滇裂谷演化過程中的重要時間節(jié)點。

不難看出, 盡管對于華南新元古代裂谷作用存在階段性特征已達共識, 但對其確切期次及時限則仍無定論。針對于此, 筆者在盡量保證精度、避免重復的基礎上, 系統(tǒng)收集了華南新元古代裂谷盆地典型地層的鋯石U-Pb年齡(表1)。在年齡分布直方圖上(圖6), 這些地層年齡明顯存在 5組高峰, 其中前兩組較為顯著。通過計算其加權平均值, 確認各組的峰值年齡分別為 818±2 Ma (MSWD=0.76)、802±1 Ma (MSWD=1.05)、780±4 Ma (MSWD=3.8)、 756±4 Ma (MSWD=1.7)和728±5 Ma (MSWD=1.4)(圖7)。

圖 6　華南新元古代裂谷盆地系統(tǒng)的典型地層年齡分布直方圖(數(shù)據(jù)來源見表1)Fig.6　Typical stratigraphic age histograms of the Neoproterozoic rift basins in South China

王劍等(2003)認為華南新元古代裂谷盆地系統(tǒng)沉積超覆的啟動時間應為820 Ma左右, 與本文計算得出的華南新元古代裂谷盆地充填沉積的底界峰值年齡818±2 Ma完全吻合, 表明華南新元古代裂谷作用的起始年齡確實為820 Ma。實際上, 華南新元古代可能與裂谷作用有關的巖漿活動開始于 850 Ma左右(Li et al., 2008b), 并于825 Ma左右達到一個活動高峰(Li et al., 2003a, 2003b, 2008a), 桂北基性–超基性巖脈群(828±7 Ma, Li et al., 1999)、益陽科馬提質(zhì)玄武巖(826±3 Ma, Wang et al., 2007b)及花山大陸溢流玄武巖(824±9 Ma, Deng et al., 2013)等均為這期巖漿活動的代表性記錄。可以看出, 這期巖漿活動對碧口–漢南裂谷和南華裂谷的裂谷作用影響較為顯著, 但對康滇裂谷影響并不明顯(圖6)。

800 Ma左右應該是華南新元古代與裂谷相關的巖漿活動的頂峰時期, 揚子陸塊周緣發(fā)育了大量的雙峰式巖漿巖記錄, 如蘇雄組雙峰式火山巖(Li et al., 2002)、上墅組雙峰式火山巖(Wang et al., 2012c)及曉峰雙峰式侵入巖(Li et al., 2004)等。其中, 在揚子陸塊西緣形成了一個 800 Ma左右的雙峰式巖漿巖帶, 可能形成于大陸裂谷環(huán)境(崔曉莊等, 2015)。同時, 沉積記錄也指示800 Ma以后華南裂谷作用進入了一個新的發(fā)展階段, 表現(xiàn)為沉積超覆范圍明顯擴大、移地濱岸相沉積大量形成、各次級盆地連通性顯著加強, 該階段裂谷充填沉積的底部峰值年齡為802±1 Ma (圖7)。因此, 800 Ma左右的裂谷巖漿活動應與裂谷作用進入新的發(fā)展階段密切相關, 其中南華裂谷和康滇裂谷尤為顯著(圖6)。

780 Ma和750 Ma左右是華南新元古代裂谷巖漿活動的另外兩個次級高峰, 但這兩期巖漿活動具有分布范圍局限和以巖漿侵入活動為主的特點, 與800 Ma左右的裂谷巖漿活動形成鮮明對比。同時,該時期華南新元古代裂谷盆地的充填沉積也未發(fā)生顯著轉變, 如沉積時限為800～725 Ma的澄江組、開建橋組及蓮沱組等地層均為連續(xù)過渡沉積(劉鴻允, 1991; 王劍, 2000; 江新勝等, 2012), 而桂北地區(qū)丹洲群拱洞組也與下伏合桐組二段同屬一個沉積旋回(楊菲等, 2012)。不難看出, 華南新元古代裂谷作用于780 Ma和750 Ma左右并未發(fā)生明顯變化, 而與800 Ma同屬一個演化階段。因此, 華南這兩個時期的裂谷巖漿活動應該是裂谷作用持續(xù)進入成熟發(fā)展階段的重要促進因素, 而其中對南華裂谷的影響最為明顯(圖6)。

圖7　華南新元古代裂谷盆地系統(tǒng)典型地層年齡的加權平均值Fig.7　Weighted averages ages of typical stratigraphic units of the Neoproterozoic rift basins in South China

華南新元古代裂谷盆地充填沉積的頂界峰值年齡為728±5 Ma (圖7), 與Zhang et al. (2008)發(fā)表的高澗群牛牯坪組凝灰?guī)r年齡(725±10Ma)基本吻合,暗示華南Sturtian冰期的起始年齡應為720 Ma左右,而非一些學者提出的780 Ma (如高林志等, 2013)。張世紅等(2008)認為Sturtian冰期記錄在華南的分布厚度和類型受裂谷盆地伸展斷層活動的影響或控制,二者存在十分密切的關系。因此, 725 Ma左右應該是該階段裂谷作用的終止時間。應當說明的是, 華南 Sturtian期裂谷作用存在與否及其與冰磧巖發(fā)育存在何種關系, 仍有待進一步研究確定。

已有沉積學研究資料表明, 華南新元古代裂谷盆地系統(tǒng)沉積充填主要由兩個向上變細的沉積旋回組成(劉鴻允, 1991; 王劍, 2000; Wang and Li, 2003;江新勝等, 2012 崔曉莊等, 2014)。下部以丹洲群白竹組和合桐組二段、下江群甲路組和烏葉組、板溪群滄水鋪組和馬底驛組以及陸良組一段等地層為代表, 底部為礫巖、砂礫巖, 向上迅速變?yōu)榉凵皫r、泥巖及白云巖, 反映了一個由陸地迅速轉變?yōu)檩^深水盆地的沉積演化過程, 這些地層的沉積時限介于820～800 Ma; 上段以丹洲群合桐組二段和拱洞組,下江群番召組、清水江組、平略組和隆里組、板溪群五強溪組和牛牯坪組、陸良組二段和牛頭山組、澄江組、開建橋組以及蓮沱組為代表, 由底部的礫巖或砂礫巖、砂巖, 向上逐漸過渡為含礫砂巖、砂巖、粉砂巖及粉砂質(zhì)泥巖, 反應了一個沉積盆地逐漸進入成熟發(fā)展階段的演化過程, 這些地層的沉積時限為800～725 Ma。顯見, 華南新元古代裂谷盆地系統(tǒng)的這種沉積演化過程與前面提及的巖漿活動特征之間具有明顯的耦合性。

綜上所述, 本文確認華南新元古代裂谷作用可分為兩期: 820～800 Ma和800～725 Ma。其中, 第I期的特點為陸地迅速變?yōu)檩^深水盆地, 同時先期已開始發(fā)育裂谷巖漿活動; 第 II期的特點為盆地大面積沉降且連通性明顯加強, 同時廣泛發(fā)育雙峰式巖漿活動。此外, 以上論述還進一步證實華南新元古代裂谷作用與巖漿活動之間存在明顯的耦合關系,但各期巖漿活動對各裂谷盆地裂谷作用的影響程度存在一定差異。

5　結　論

(1) LA-ICP-MS鋯石U-Pb年代學研究結果表明,桂北地區(qū)丹洲群合桐組二段底部凝灰?guī)r夾層的形成時間為801±4 Ma; 拱洞組底部凝灰?guī)r夾層具有三組有效的206Pb/238U諧和年齡821±3 Ma、802±3 Ma和781±5 Ma, 其中前兩組年齡代表捕獲鋯石的形成時間,而最年輕的一組年齡應為凝灰?guī)r夾層的形成時間。

(2) 桂北地區(qū)丹洲群沉積時限為820～725 Ma。其中, 白竹組和合桐組一段沉積時限為820～800 Ma,與下江群甲路組和烏葉組、板溪群滄水鋪組和馬底驛組、西鄉(xiāng)群孫家河組及陸良組一段相當; 合桐組二段沉積時限為800～780 Ma, 與下江群番召組相當; 拱洞組沉積時限為780～725 Ma, 可與下江群清水江組、平略組和隆里組, 板溪群五強溪組中上部和牛牯坪組, 西鄉(xiāng)群大石溝組中上部和三郎鋪組, 陸良組二段以及澄江組、開建橋組、蓮沱組、虹赤村組和上墅組的中上部直接對比。

(3) 華南新元古代裂谷盆地系統(tǒng)典型地層的鋯石U-Pb年齡存在 5組高峰, 分別為 818±2 Ma、802±1 Ma、780±4 Ma、756±4 Ma及728±5 Ma。綜合華南新元古代巖漿活動特征和沉積演化過程, 確認華南新元古代裂谷作用存在 820～800 Ma和800～725 Ma兩個期次。華南新元古代幕式巖漿活動對裂谷作用的演化過程影響顯著, 但對各裂谷盆地的影響程度存在差異。

致謝: 野外工作期間得到了貴州省地質(zhì)調(diào)查院陳建書高級工程師和彭成龍工程師的協(xié)助, 巖礦鑒定工作得到了成都地質(zhì)調(diào)查中心閔際坤研究員的幫助, LA-ICP-MS鋯石 U-Pb定年工作得到了中國地質(zhì)大學(武漢)地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點實驗室胡兆初教授的指導, 中國科學院廣州地球化學研究所李武顯研究員和另一位匿名審稿專家的修改意見明顯提高了論文質(zhì)量, 在此表示衷心感謝。

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Zircon U-Pb Geochronological Results of the Danzhou Group in Northern Guangxi and Their Implications for the Neoproterozoic Rifting Stages in South China

CUI Xiaozhuang1,2,3, JIANG Xinsheng1,3, DENG Qi1,3*, WANG Jian1,3, ZHUO Jiewen1,3, REN Guangming1, CAI Juanjuan4, WU Hao1and JIANG Zhuofei1
(1. Chengdu Center, China Geological Survey, Chengdu 610081, Sichuan, China; 2. Institute of Sedimentary Geology, Chengdu University of Technology, Chengdu 610059, Sichuan, China; 3. MLR Key Laboratory of Sedimentary Basin and Oil and Gas Resources, Chengdu 600081, Sichuan, China; 4. Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100037, China)

The Danzhou Group in the northern Guangxi is a suite of typical rift filling successions in the southern Nanhua Rift Basin. For a better understanding of the Neoproterozoic rifting stages in South China, it is important to determine the specific depositional age and regional stratigraphic correlation of the Danzhou Group. In this study, LA-ICP-MS zircon U-Pb dating was carried out on magmatic zircons from the tuff interbeds in the lowermost part of the upper Hetong and Gongdong Formations, and yielded ages of 801±4 Ma (MSWD=0.08) and 781±5 Ma (MSWD=0.04), respectively. Regionally, the Baizhu and the lower Hetong Formations of the Danzhou Group should be correlated with the Jialu and Wuye Formations of the Xiajiang Group, the Cangshuipu and Madiyi Formations of the Banxi Group, the Sunjiahe Formation of the Xixiang Group, and the lower Luliang Formation, which were deposited between 820 Ma and 800 Ma. The upper Hetong Formation should be equivalent to the Fanzhao Formation that was formed between 800 Ma and 780 Ma. The Gongdong Formation should be compared with the Qingshuijiang, Pinglue, and Longli Formations of the Xiajiang Group, the middle-upper Wuqiangxi and Niuguping Formations of the Banxi Group, the middle-upper Dashigou and Sanlangpu Formations of the Xixiang Group, the upper Luliang Formation, and the middle-upper part of Chengjiang, Kaijianqiao, Liantuo, Hongchicun and Shangshu Formations, and their depositional ages were dated to be 780 ? 725 Ma. Representative zircon U-Pb ages from the typical filling successions in the Neoproterozoic rift basins were compiled. It is demonstrated that there are five peak ages such as 818±2 Ma, 802±1 Ma, 780±4 Ma, 756±4 Ma and 728±5 Ma. Among them, 818±2 Ma represents the initial age of the sedimentary overlap in the Neoproterozoic rift basins; 802±1 Ma represents the starting age of drastic basin subsidence together with abundant bimodal magmatism; 780±4 Ma and 756±4 Ma are the two peak ages of magmatic intrusions, however, the sedimentation had no apparent transitions; 728±5 Ma approached the top age of the pre-Sturtian successions, suggesting the onset of Sturtian glaciation in South China should be later than ca. 720 Ma, rather than 780 Ma. Combined with sediment geological data, we further suggest that the Neoproterozoic rifting in South China can be divided into two stages, one was 820 ? 800 Ma, and the other 800 ? 725 Ma. Moreover, there is obvious coupling relationships between the Neoproterozoic magmatism and rifting in South China; nevertheless, even though the impact of episodic magmatism in each basin varied.

northern Guangxi province; Danzhou Group; zircon U-Pb age; Neoproterozoic; rifting; South China

P597

A

1001-1552(2016)05-1049-015

10.16539/j.ddgzyckx.2016.05.012

2014-06-09; 改回日期: 2014-09-17

項目資助: 國家自然科學基金項目(41502114、41402103、41030315)、中國地質(zhì)調(diào)查局項目(121201010000150016-02、121201010000150002-09)和成都地質(zhì)調(diào)查中心青年基金項目(2015-09)聯(lián)合資助。

崔曉莊(1984–), 男, 碩士, 助理研究員, 從事沉積學與前寒武紀地質(zhì)研究。Email: cgscuixz@126.com

鄧奇(1983–), 男, 博士, 助理研究員, 主要從事沉積學與巖石大地構造學研究。Email: dengqi290@163.com