任軍平, 古阿雷, 王 杰, 孫宏偉, 左立波, 孫 凱, 許康康,CHIPILAUKA Mukofu, EVARISTO Kasumba, DANIEL Malunga,杜明龍, 邢 仕, 劉子江, 張津瑞, 董津蒙

(1. 中國地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)調(diào)查中心, 天津 300170; 2. 贊比亞地質(zhì)調(diào)查局, 贊比亞 盧薩卡 P. O.Box 50135; 3. 河北省地礦局第五地質(zhì)大隊, 河北 唐山 063000)

克拉通是前寒武紀長期穩(wěn)定的構(gòu)造單元,其穩(wěn)定性歸就于存在一個厚大的巖石圈地幔(Black and Liégeois,1993)。 同時,克拉通可能參與大陸碰撞,并部分重新活化形成大陸殘片,其進一步演化可形成流變學、地質(zhì)年代學和同位素特征相似的“變質(zhì)克拉通”(Abdelsalam et al., 2002)。 太古宙和元古宙是大陸地殼形成的重要時期,了解該時期大陸地殼的演化史將為探究大陸地殼起源、巨量生長與穩(wěn)定以及全球性板塊構(gòu)造作用的啟動和建立等諸多重大科學問題提供有效線索(Condie,1998;第五春榮,2021)。

班韋烏盧變質(zhì)克拉通(Bangweulu Metacraton)的概念首次由De Waele et al. (2006a)提出,但其活動時間和地殼增長未系統(tǒng)闡述,他依據(jù)基底花崗片麻巖等(元古宙地殼殘片)同位素和巖石地球化學成果圈定了太古宙班韋烏盧變質(zhì)克拉通范圍,主要包括班韋烏盧地塊(Bangweulu Block)、伊魯米德(Irumide)構(gòu)造帶和盧費里安(Lufilian)構(gòu)造帶區(qū)域,涉及贊比亞北部、坦桑尼亞西南部和剛果(金)東南部地區(qū)(圖1)。

圖1 南部非洲地區(qū)構(gòu)造簡圖(a)和班韋烏盧變質(zhì)克拉通地質(zhì)圖(b)(修改自De Waele et al.,2006a)Fig.1 Tectonic framework of southern Africa (a) and geological map of the Bangweulu Metacraton (b)

沉積巖的碎屑鋯石U-Pb 年齡及Hf 同位素數(shù)據(jù)能夠收集較大面積不同類型巖石的信息,其中碎屑鋯石U-Pb 年齡可以推測地層的最大沉積年齡及源區(qū)巖石特征,Hf 同位素可以有效探討克拉通的活動時間和地殼增長問題(萬渝生等,2015;Li et al.,2013)。 本文利用姆巴拉(Mbala)組中砂巖的碎屑鋯石U-Pb 年齡及Hf 同位素數(shù)據(jù),結(jié)合班韋烏盧變質(zhì)克拉通中 Armstrong et al. (2005)、Master et al.(2005)、De Waele et al. (2007)、任軍平等(2019a)、孫宏偉等(2021)、邢仕等(2021)和杜明龍等(2021)等碎屑鋯石數(shù)據(jù),系統(tǒng)總結(jié)姆巴拉組的最大沉積年齡和源區(qū)巖石特征,進一步探討班韋烏盧變質(zhì)克拉通的活動時間和地殼增長問題。

1 地質(zhì)背景

班韋烏盧變質(zhì)克拉通主要包括班韋烏盧地塊、伊魯米德構(gòu)造帶和盧費里安構(gòu)造帶三部分(De Waele et al.,2006a)。

1.1 班韋烏盧地塊

Drysdall et al. (1972)首次提出“班韋烏盧地塊”的概念并做了較系統(tǒng)地總結(jié),Kr?ner(1977)稱其為贊比亞克拉通(Zambian Craton),研究的焦點是班韋烏盧地塊是否存在太古宙基底。 Andersen and Unrug(1984)對班韋烏盧地塊的構(gòu)造演化進行了較為詳細的研究。 Unrug(1984)對贊比亞東北部古元古代姆波羅科索群(Mporokoso Group)地層及其沉積序列進行了研究,同時將阿伯康(Abercorn)砂巖定義為姆波羅科索群下卡薩馬組的一部分。Andrews-Speed(1986,1989)詳細研究了班韋烏盧地塊中含金地層及其基底特征(Ren et al., 2021),認為基底巖石中不含金,金可能與坦桑尼亞克拉通中的綠巖帶有關(guān);NW-SE 向展布的烏本迪構(gòu)造帶將班韋烏盧地塊從太古宙坦桑尼亞克拉通中分離出來(2.93 ~2.53 Ga;Pinna et al.,1999),其碰撞造山的時間為2.00 ~1.85 Ga(Lenoir et al., 1994;Boven et al.,1999)。 De Waele et al. (2006a)認為班韋烏盧地塊是從中非的剛果克拉通(Congo Craton)演化而來,并且與烏本迪構(gòu)造帶的演化密切相關(guān)。 任軍平等(2018a)對卡薩馬—隴都地區(qū)碎屑鋯石裂變徑跡年代學特征進行了研究。

在班韋烏盧地塊中,基底包括片巖、片麻巖、酸性變質(zhì)火山巖和花崗巖類,年齡特征見表1。 其中,泥質(zhì)片巖帶出露于地塊西部,與Mulungwizi 片麻巖巖體的走向類似(Schandelmeier,1981)。 沉積蓋層穆瓦超群(Muva Supergroup)不整合覆蓋于基底之上,包括姆波羅科索群、卡薩馬群/米托巴(Mitoba)河群、曼甘加(Manganga)河群和曼希亞(Manshya)河群(任軍平等,2016)。 其中,Andersen and Unrug(1984)認為姆波羅科索群地層的沉積總厚度超過5 km,其從下至上依次包括姆巴拉(Mbala)組、薩馬(Nsama)組、卡布韋盧馬(Kabweluma)組和奇波特(Chibote)組。 南非地球科學委員會(2009)編制的1∶250 萬南部非洲發(fā)展共同體(SADC)國家地質(zhì)圖中,將班韋烏盧地塊的基底劃為新太古代,蓋層劃為古元古代。

表1 班韋烏盧地塊巖漿巖年齡統(tǒng)計Table 1 Summary of isotopic ages for the Bangweulu Block

1.2 伊魯米德構(gòu)造帶

Ackermann(1950)首次提出并描述“伊魯米德構(gòu)造帶”,認為其屬于一個古元古代地體,分布于贊比亞中東部地區(qū),北東端可達烏本迪構(gòu)造帶,南西端可達喬馬—卡洛莫(Choma-Kalomo)地塊。 該構(gòu)造帶的地質(zhì)填圖工作開始于上世紀60 年代。

在伊魯米德構(gòu)造帶中,基底包括片麻巖和花崗巖類,年齡特征見表2。 姆庫希(Mkushi)片麻巖雜巖體位于該帶西南部,包括條帶狀黑云母片麻巖,眼球狀片麻巖和斑狀花崗質(zhì)片麻巖,形成時代屬于古元古代(Rainaud et al., 2005;De Waele et al.,2006b)。 侵入姆庫希片麻巖雜巖體和通過地質(zhì)填圖發(fā)現(xiàn)的花崗巖類鋯石SHRIMP U-Pb 年齡分別為1.65Ga 和 1.05 ~1.02 Ga(De Waele et al.,2003b)。沉積蓋層主要是穆瓦超群中的曼希亞河群,其與區(qū)域上的盧費里安、贊比西和莫桑比克等構(gòu)造帶中的沉積巖相比,曼希亞河群頂部缺乏碳酸鹽巖的分布(Daly and Unrug,1982),表明伊魯米德構(gòu)造帶一直處于構(gòu)造演化過程中,從未處于相對穩(wěn)定的沉積階段。 另外,在前陸區(qū)域和構(gòu)造帶中部均顯示出地殼縮短的特點(Daly et al.,1984;Mapani,1992)。

表2 伊魯米德構(gòu)造帶巖漿巖年齡統(tǒng)計Table 2 Summary of isotopic ages for the Irumide Belt

1.3 盧費里安構(gòu)造帶

Garlick 首次提出“盧弗里安構(gòu)造帶”(任軍平等,2013),其形成于羅迪尼亞超大陸裂解,以及新元古代晚期至顯生宙早期的碰撞、變形和變質(zhì)作用時期。 De Swardt et al. (1965)對盧弗里安構(gòu)造帶的研究實施了開拓性工作,后期許多地質(zhì)工作者也開展了大量的研究工作(Cosi et al., 1992;Cailteux et al., 2005;Mc Gowan et al., 2006;Kampunzu et al.,2009;Muchez et al.,2010;Ren et al., 2017,2020;任軍平等,2013,2017a,2017b,2018b,2021a;許康康等,2021)。

在盧費里安構(gòu)造帶中,基底主要包括古元古代的片巖、片麻巖和花崗巖類,年齡特征見表3。 除少量來源于新太古代的花崗片麻巖信息外(SHRIMP鋯石 U-Pb 為 2738 ±24 Ma;De Waele et al.,2009),其他各類巖石年齡主要介于(2058 ±7 Ma) ~(1853±58 Ma)之間(Key et al., 2001;Ren et al., 2017)。從目前數(shù)據(jù)看,恩昌加(Nchanga)花崗巖是基底中最年輕的侵入巖(SHRIMP 鋯石U-Pb 年齡為883 ±10 Ma;Armstrong et al., 2005),其以不整合形式被新元古代加丹加(Katanga)超群覆蓋(Cailteux et al.,1994)。 沉積蓋層主要為加丹加超群,Cailteux and De Putter(2019)在基于前人對該帶地層大量研究的基礎(chǔ)上(Kampunzu and Cailteux,1999;Key et al.,2001;Wendorff,2005;Master et al., 2005;Cailteux et al.,2005,2007),對加丹加超群的地層層序重新進行了梳理,將其中的羅安群從下至上分為穆索諾伊亞群(R1)、礦山亞群(R2)、豐谷魯梅亞群(R3)和穆瓦夏亞群(R4);恩古巴群從下至上分為姆瓦爾(Mwale)“大礫石層”(Ng-1)、蒙貝(Muombe)亞群(Ng-2)和本凱亞(Bunkeya)亞群(Ng-3);昆德隆古群由下至上分為金達姆(Kyandamu)“小礫石層”(Ku-1)、貢貝拉(Gombela)亞群(Ku-2)和恩格爾(Ngule)亞群(Ku-3)。

表3 盧費里安構(gòu)造帶中巖漿巖年齡統(tǒng)計Table 3 Summary of isotopic ages for the Lufilian Belt

2 分析方法

2.1 樣品采集及描述

采集樣品為卡帕圖(Kapatu)地區(qū)姆巴拉組一段上部的石英砂巖(D4127GS,圖1),經(jīng)緯度坐標為:30°35′9″E,9°41′33″S,樣品重量約 3 kg。 姆巴拉組地層野外露頭較少,主要沿著一個小溝谷出露,地表多以風化的巖屑為主(任軍平等,2021b)。 手標本及其顯微鏡下的特征分別見圖2a 和b。 石英砂巖樣品的原始顏色為灰白色,風化色為淺紫色,顆粒呈次棱角狀—次圓狀,中等粒度(0.15 ~ 0.45 mm),砂狀結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造。 石英砂巖主要由石英(93%)、硅質(zhì)(燧石或變石英巖)碎屑(2%)、硅質(zhì)或少量泥質(zhì)膠結(jié)物(4%)和絹云母(1%)組成。

圖2 石英砂巖(D4127GS)的手標本(a)和顯微特征(b)Fig.2 Hand specimens (a) and micrograph (b) of quartz sandstone (D4127GS)

2.2 鋯石挑選及樣品制備

鋯石分選由廊坊市宇能巖石礦物分選技術(shù)服務有限公司完成,制靶、陰極發(fā)光圖像(CL)照相由北京鋯年領(lǐng)航科技有限公司完成,鋯石透射光及反射光照相與觀察工作在中國地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)調(diào)查中心實驗室進行。 首先,室內(nèi)對野外采集的巖石樣品進行粉碎和自然晾干,利用電磁選及重液選等方法,對晾干后的樣品進行單礦物提純,分離出鋯石單礦物。 其次,手工挑選鋯石顆粒粘貼到不含U、Pb 和Th 的環(huán)氧樹脂靶中,打磨和拋光樣品靶使得鋯石顆粒的中心出露。 在分析鋯石的U/Pb 含量之前,在雙目顯微鏡下確定了鋯石顆粒的位置、顯微結(jié)構(gòu)和靶區(qū)。 本次研究共挑選石英砂巖中104 顆鋯石進行U-Pb 同位素測年,并對其中77 顆碎屑鋯石進行了Lu-Hf 同位素測試研究。

2.3 LA-MC-ICP MS 鋯石 U-Pb 同位素

根據(jù)可見光和CL 圖像(圖3),選取鋯石顆粒測點的合適位置,以避開晶體中的裂紋、包裹體及不同結(jié)晶世代的區(qū)域。 其中,石英砂巖樣品的鋯石多為橢圓狀—圓狀,反映它們具有搬運磨蝕的特征。粒徑為80 μm ~130 μm,長寬比為 1∶1 ~2∶1,大部分鋯石重結(jié)晶或增生邊不明顯,振蕩環(huán)帶發(fā)育,具有酸性巖漿鋯石的特征。 鋯石U-Pb 同位素分析在中國地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)調(diào)查中心實驗室用激光燒蝕多接收器等離子體質(zhì)譜儀(LA-MC-ICP MS)完成,將美國ESI 公司生產(chǎn)的NEW WAVE193 nm FX ArF 準分子激光器與 Thermo Fisher 公司生產(chǎn)的Neptune 多收器電感耦合等離子體質(zhì)譜儀聯(lián)用,采用氦氣作為剝蝕物質(zhì)的載氣,激光束斑直徑為35μm,剝蝕時間為30 s,剝蝕深度約為20 μm,具體參數(shù)見Geng et al. (2017)。 采用中國地質(zhì)大學劉勇勝博士研發(fā)的 ICPMS Data Cal 程序(Liu et al.,2010)和Ludwig 的 Isoplot 程序進行數(shù)據(jù)處理。 同時,利用SRM610 玻璃標樣作為外標計算鋯石樣品的 U、Pb 和 Th 含量。

圖3 石英砂巖(D4127GS)樣品鋯石陰極發(fā)光(CL)圖像、測點編號及207Pb/ 206Pb 年齡Fig.3 CL image, point numbers and U-Pb isotopic ages of zircons from the quartz sandstone (D4127GS)

2.4 鋯石Lu-Hf 同位素

鋯石原位微區(qū)Lu-Hf 同位素測試由中國地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)調(diào)查中心實驗室利用激光燒蝕多接收器等離子體質(zhì)譜儀(LA-MC-ICP MS)完成。 測試位置與鋯石U-Pb 同位素位置相同,采用單點剝蝕,激光束斑直徑為51 μm,剝蝕深度約為20 μm。 測試過程中用GJ-1 和91500 標準鋯石做標樣,并通過指數(shù)方法進行同質(zhì)異位數(shù)干擾校正,標樣的測定結(jié)果與標準值在誤差范圍內(nèi)一致。 具體分析方法見文獻耿建珍等(2011)。

3 分析結(jié)果

3.1 LA-MC-ICP MS 碎屑鋯石U-Pb 同位素

利用LA-MC-ICP MS 鋯石U-Pb 分析方法對來源于石英砂巖(D4127GS)的碎屑鋯石進行測試。 分析結(jié)果見圖4 和附表1①,標注 U-Pb 和 Lu-Hf 同位素分析結(jié)果的典型的碎屑鋯石CL 圖像見圖3。 共分析了104 個鋯石顆粒,獲得了其U-Pb 同位素組成,其中88 個鋯石顆粒的年齡值一致性在97% ~100%之間。 88 個年齡數(shù)據(jù)分布范圍為(2728 ±22 Ma) ~ (1833 ± 22 Ma),其中一個年齡組區(qū)間為2728 ~2602 Ma(峰值為2650 Ma),另一個年齡組區(qū)間為2246 ~1833 Ma(峰值為1880 Ma)。 除測試點41、42 和84 以外,鋯石 Th/U 比值主要介于 0.10 ~1.66 之間,顯示巖漿鋯石屬性(Hoskin and Black,2000)。 19 個測年數(shù)據(jù)可能來源于同一巖漿巖,其上交點年齡是1985 ±17 Ma。 測試點18 的207Pb/206 Pb 年齡為2594 ±19 Ma(諧和度為 91%),Th/U 比值為 0.37。 測試點 23 的207Pb/206 Pb 年齡為 2502 ±20 Ma(諧和度為94%),Th/U 比值為0.89。

圖4 石英砂巖(D4127GS)鋯石U-Pb 諧和圖(a)及直方圖(b)Fig.4 LA-MC-ICP MS U-Pb concordia diagrams (a) and histogram (b) of detrital zircons from quartz sandstone (D4127GS)

3.2 碎屑鋯石Lu-Hf 同位素

在U-Pb 同位素測試的基礎(chǔ)上,對石英砂巖(D4127GS)中的鋯石進行了Lu-Hf 同位素測試,測試結(jié)果見圖3、圖5 和附表2①。 鋯石 Lu-Hf 同位素的點編號與鋯石U-Pb 同位素的點編號一致。 分析結(jié)果顯示77 顆鋯石的176Lu/177 Hf 比值為0.0004 ~0.0020,顯示出放射成因Hf 含量非常低,可以忽略。176Hf/177Hf 比值為0.280922 ~0.281632,可能代表了初始Hf 同位素組成(Amelin et al., 1999)。 在鋯石年齡-εHf(t)圖解(圖5a)中,數(shù)據(jù)投點整體位于球粒隕石演化線下側(cè),表明以除來自古老地殼的再循環(huán)物質(zhì)外,還存在少量新生地殼的物質(zhì)來源。66 顆古元古代碎屑鋯石的(176Hf/177Hf)i值為0.281126 ~0.281583,εHf(t)值為 -11.8 ~ +3.0,tDM2年齡變化范圍為3260 ~2543 Ma(圖5b);11 顆太古宙碎屑鋯石的(176Hf/177Hf)i值為0.281126 ~0.281583,εHf(t)值為 -7.9 ~ +0.8,tDM2年齡變化范圍為3587 ~3083 Ma(圖5b),明顯大于鋯石的形成年齡。

圖5 石英砂巖(D4127GS)碎屑鋯石Lu-Hf 同位素組成Fig.5 Lutetium-Hf isotopic composition of detrital zircons from quartz sandstone (D4127GS)

4 討論

4.1 沉積年齡

碎屑鋯石年齡譜中最小U-Pb 年齡可以代表其原巖沉積時間下限(陸松年等,2006;Yang et al.,2013)。 De Waele et al. (2006a)獲得曼薩地區(qū)卡布韋盧馬組的最大沉積時限為1824 ±19 Ma。 邢仕等(2021)獲得卡帕圖西部卡布韋盧馬組的最大沉積時限為1712 ±22 Ma。 孫宏偉等(2021)獲得卡薩馬西部變質(zhì)表殼巖的最大沉積時限為1522 ±23 Ma。任軍平等(2019a)通過研究卡薩馬群的碎屑鋯石UPb 年齡和Hf 同位素特征,認為卡薩馬群的形成時間可能晚于1434 ±14 Ma。 杜明龍等(2021)獲得伊索卡南部Kachinga 4 件長石石英砂巖的最大沉積時限為1331 ±26 Ma。 根據(jù)班韋烏盧變質(zhì)克拉通中地層沉積序列,本次工作獲得卡帕圖地區(qū)姆巴拉組一段上部的石英砂巖(D4127GS)中最小的碎屑鋯石年齡為1833 ±22 Ma(點號27),其地層沉積時間可能介于(1833 ±22 Ma) ~(1712 ±22 Ma)之間,屬于古元古代。

4.2 物源分析

本次利用LA-MC-ICP MS 鋯石U-Pb 分析方法獲得卡帕圖地區(qū)姆巴拉組石英砂巖(D4127GS)的碎屑鋯石2728 ~2602 Ma(峰值為2650 Ma)和2246 ~1833 Ma(峰值為1880 Ma)兩個重要年齡區(qū)間。 從目前資料來看,2728 ~2602 Ma(峰值為2650 Ma)的年齡區(qū)間在班韋烏盧地塊中還是首次較大數(shù)量的發(fā)現(xiàn),前人僅在班韋烏盧地塊南部與盧費里安構(gòu)造帶東部交界的Kapiri Mposhi 地區(qū)報道了花崗巖鋯石 SHRIMP U-Pb 年齡為 2727 ± 36 Ma(De Waele et al.,2005),表明班韋烏盧地塊內(nèi)部新太古代巖漿活動相對較弱。 Andrews-Speed(1986,1989)認為姆巴拉組的沉積物可能來源于坦桑尼亞克拉通的綠巖帶。 De Waele et al. (2006a)認為班韋烏盧地塊是從中非的剛果克拉通演化而來,坦桑尼亞克拉通又是距離班韋烏盧地塊最近的剛果克拉通的重要組成部分。 Sanislav et al. (2014)認為坦桑尼亞克拉通中與綠巖帶有關(guān)的最重要的地殼生長時間約為2700 Ma,其主要與花崗巖、花崗閃長巖、粗面安山巖、流紋巖等巖石有關(guān)。 2246 ~1833 Ma(峰值為1880 Ma)的年齡區(qū)間在班韋烏盧地塊中報道較多(Andersen and Unrug,1984;De Waele and Fitzsimons,2007;任軍平等,2019a,b,c;左立波等,2020;古阿雷等,2021;表1),主要來源于似斑狀正長花崗巖、正長花崗巖、黑云母花崗巖、二長花崗巖、黑云母二長花崗巖、黑云母花崗閃長巖、石英閃長巖及火山巖類等。

4.3 變質(zhì)克拉通活動時間

在班韋烏盧變質(zhì)克拉通中,本次研究利用LAMC-ICP MS 鋯石U-Pb 測試方法獲得卡帕圖地區(qū)姆巴拉組石英砂巖(D4127GS)的年齡數(shù)據(jù),其中88 個鋯石年齡數(shù)據(jù)分布范圍為2728 ~1833 Ma。 比亞諾(Biano) 群中(KPM3) 紅色粉砂巖和基普希(Kipushi)礦床(K30—41,151 ~207 m)鉆孔中巨礫巖碎屑鋯石SHRIMP U-Pb 年齡分別為1977 ~1689 Ma 和1945 ~1846 Ma(Master et al.,2005)。 上覆于恩昌加花崗巖的下羅安組(lower Roan)砂巖(LRS2)和長石砂巖(LRS1)碎屑鋯石SHRIMP U-Pb 年齡分別為2018 ~1699 Ma 和 1995 ~1676 Ma(Armstrong et al., 2005)。 從穆索希(Musoshi)(SPOTMU 和MUS3)、 孔 科 拉 (Konkola) (KNS7) 及 謙 比 希(Chambishi)盆地(RCB2/4)的下羅安組中獲得四件長石砂巖碎屑鋯石SHRIMP U-Pb 年齡分別為2081~1570 Ma、2066 ~1883 Ma、1996 ~1694 Ma 和 2062~1813 Ma(Master et al., 2005)。 從 下 卡 薩 馬(Kasama)組二段中獲得紫紅色粉砂巖(DPM01-18)碎屑鋯石LA-MC-ICP MS U-Pb 年齡為2783 ~1540 Ma,主要集中于1993 ~1849 Ma(任軍平等,2019a)。從卡諾納(Kanona)群底部的礫巖(MK8)、姆波羅科索群卡布韋盧馬組的石英砂巖(MA6)、曼希亞河群石英砂巖(IL14)及卡薩馬群石英砂巖(KAS)中獲得碎屑鋯石SHRIMP U-Pb 年齡分別為2057 ~1953 Ma、2710 ~1805 Ma、3011 ~1860 Ma 及 2593 ~1434 Ma(De Waele and Fitzsimons,2007)。 從穆富利拉(Mufulira)南部地區(qū)穆瓦超群石英砂巖(MVQ1)中獲得碎屑鋯石SHRIMP U-Pb 年齡為3180 ~1941 Ma(Rainaud et al.,2003)。 孫宏偉等(2021)獲得卡薩馬西部變質(zhì)粉砂巖(D0018)中碎屑鋯石LA-MC-ICP MS U-Pb 年齡為2244 ~1902 Ma,總體呈現(xiàn)1980 Ma一個明顯的主峰值年齡和2044 ~1954 Ma、2244 ~2059 Ma 及1943 ~1902 Ma 三個年齡組;變質(zhì)粉砂巖(D5590)中碎屑鋯石LA-MC-ICP MS U-Pb 年齡為3034 ~1522 Ma,總體呈現(xiàn)2000 Ma 一個峰值年齡和2490 ~2060 Ma、2036 ~1958 Ma、1942 ~1887 Ma、1865 ~1817 Ma 以及1641 ~1522 Ma 五個年齡組,此外獲得兩個太古宙的碎屑鋯石年齡分別為2671±20 Ma 和 3034 ±19 Ma。 邢仕等(2021)獲得卡布韋盧馬組石英砂巖(D2003)中碎屑鋯石LA-MC-ICP MS U-Pb 年齡為(2228 ±20 Ma) ~(1742 ±22 Ma),呈現(xiàn)兩個明顯的年齡峰值分別為2050 Ma 和1850 Ma;長石石英砂巖(D5013)中碎屑鋯石LA-MC-ICP MS U-Pb 年齡為(2087 ±23 Ma) ~(1712 ±22 Ma),年齡峰值為1780 Ma。 杜明龍等(2021)獲得伊索卡南部2 件長石砂巖碎屑鋯石LA-MC-ICP MS U-Pb年齡,其中 TGS01 中碎屑鋯石年齡為(2144 ± 23 Ma) ~ (1331 ±26 Ma),主要年齡分布于1950 ~1700 Ma 之間;TGS02 中碎屑鋯石年齡為(2677 ±21 Ma) ~ (1488 ±27 Ma),主要年齡分布于1950 ~1750 Ma。

上述所有碎屑鋯石年齡數(shù)據(jù)見圖6,從圖中明顯看出班韋烏盧變質(zhì)克拉通的活動時間劃分為中太古代、新太古代、古元古代和中元古代四個時期,其中古元古代為活動的高峰期。 中太古代最大的年齡為3180 Ma,其活動峰值時間主要有兩個,分別為3020 Ma 和2810 Ma,其中3020 Ma 的活動最為重要,主要分布于穆富利拉、卡薩馬及姆皮卡地區(qū)。新太古代的活動峰值時間主要有兩個,分別為2650 Ma 和2570 Ma,其中2650 Ma 的活動最為重要,主要分布于穆富利拉和卡帕圖地區(qū)。 古元古代的活動峰值時間主要有七個,分別為2490 Ma、2370 Ma、2190 Ma、2030 Ma、1970 Ma、1870 Ma 和 1770 Ma,其中1870 Ma 的活動最為重要,主要分布于伊索卡、卡薩馬、卡帕圖、曼薩、恩昌加、謙比希、穆索希及姆皮卡等地區(qū)。 中元古代最小的年齡為1331 Ma,其活動高峰期時間為1490 Ma,主要分布于伊索卡地區(qū)。由于坦桑尼亞克拉通中侵入體、火山巖及太古宙基底再活化的鋯石U-Pb 年齡主要峰值分別約為3030 Ma 和2670 Ma(Sanislav et al., 2014),因此班韋烏盧變質(zhì)克拉通內(nèi)中太古代和新太古代的活動可能與坦桑尼亞克拉通演化密切相關(guān)。 古元古代時期班韋烏盧變質(zhì)克拉活動強烈,其中最為重要的時間為古元古代的1870 Ma,該時間與全球范圍內(nèi)2.0 ~1.8 Ga 由碰撞造山所形成的哥倫比亞超大陸演化時間基本一致。 中元古代的活動高峰期時間為1490 Ma,主要與伊魯米德構(gòu)造帶的演化有關(guān)。

圖6 班韋烏盧變質(zhì)克拉通碎屑鋯石U-Pb 年齡特征(Rainaud et al.,2003;Master et al.,2005;Armstrong et al.,2005;De Waele and Fitzsimons,2007;任軍平等,2019a;孫宏偉等,2021;邢仕等,2021;杜明龍等,2021)Fig.6 U-Pb zircon ages from the Bangweulu Metacraton

4.4 變質(zhì)克拉通地殼增生

鋯石的Lu-Hf 同位素是探測地殼和地幔物質(zhì)演化歷史的一種非常靈敏的地球化學示蹤劑(Blichert-Toft and Albarède,1997)。 鉿(Hf)元素比镥(Lu)元素在熔融過程中更易于熔融,所以地殼中的176Lu/177Hf值和176Hf/177Hf 值一般均低于地幔中的數(shù)值。 顯示正εHf(t)值的巖漿巖通常被認為是來自虧損源區(qū)的部分熔融,而顯示負εHf(t)值的巖漿巖則被認為是來自古老地殼。 鑒于多數(shù)的鋯石來自地殼物質(zhì)的再循環(huán),所以使用鋯石的二階段模式年齡來進行探討(吳福元等,2007)。

本次工作獲得卡帕圖地區(qū)姆巴拉組石英砂巖(D4127GS)77 顆鋯石Lu-Hf 同位素數(shù)據(jù),其顯示εHf(t)值變化區(qū)間為-11.8 ~ +3.0。 77 顆鋯石的tDM2年齡為3587 ~2543 Ma,平均值為2913 Ma。 任軍平等(2019a)獲得卡薩馬組粉砂巖(DPM01-18,N =22) 中碎屑鋯石的176Hf/177 Hf 值為 0.281049 ~0.281618,其εHf(t)值變化區(qū)間為 -12.8 ~ -1.6(圖7 a),對應的tDM2年齡為3487 ~2406 Ma(圖7 b)。 邢仕等(2021)獲得卡布韋盧馬組石英砂巖(D2003,N = 83) 中碎屑鋯石的176Hf/177 Hf 值為0.281221 ~0.281754,其εHf(t)值變化區(qū)間為-8.6~ +5.1(圖7 a),對應的tDM2年齡為3228 ~2250 Ma(圖7 b);同時獲得長石石英砂巖(D5013,N =90)中碎屑鋯石的176Hf/177 Hf 值為 0.281408 ~0.281840,其εHf(t)值變化區(qū)間為-8.9 ~ +4.3(圖7 a),對應的tDM2年齡為3034 ~2175 Ma(圖7 b)。孫宏偉等(2021)獲得卡薩馬西部花崗巖體中的變質(zhì)粉砂巖捕擄體中碎屑鋯石的176Hf/177 Hf 值為0.281383 ~0.281808,其εHf(t)值變化區(qū)間為-6.3~ +7.4(圖7 a),對應的tDM2年齡為2984 ~2150 Ma(圖7 b)。

綜上所述,班韋烏盧變質(zhì)克拉通的5 件巖石樣品中鋯石的εHf(t)值由負到正變化范圍較大(圖7a),表明它們除來自古老地殼的再循環(huán)物質(zhì)外,還存在新生地殼的物質(zhì)。 同時,tDM2年齡分布范圍廣(3587 ~2150 Ma),屬于古太古代—古元古代,表明班韋烏盧變質(zhì)克拉通的地殼在該時期均實現(xiàn)了增長,并且地殼增生事件主要形成于古元古代2150 Ma 之前。tDM2年齡的峰值分別為中太古代的2850 Ma 和新太古代的2550 Ma(圖7 b),其中以新太古代的2550 Ma 時期增長最快,這一重要的增生事件可能與凱諾蘭(Kenorland)超大陸聚合過程有關(guān)(2.6 ~2.4 Ga;Pehrsson et al., 2013)。 與班韋烏盧變質(zhì)克拉通關(guān)系密切的坦桑尼亞克拉通的地殼主增長期為 2.85 ~2.80 Ga、2.77 ~2.73 Ga、2.70 ~2.62 Ga 三個時期,表明二者在古元古代之前的地殼主增長期基本一致,且與全球大陸地殼主增長期基本一致(Condie,1998)。

圖7 班韋烏盧變質(zhì)克拉通鋯石Hf 同位素特征(任軍平等,2019a;邢仕等,2021;孫宏偉等,2021)Fig.7 Hf isotope composition from the Bangweulu Metacraton

5 結(jié)論

(1)卡帕圖地區(qū)姆巴拉組沉積巖的形成時間可能介于(1833 ±22 Ma) ~(1712 ±22 Ma)之間,屬于古元古代,可能與烏本迪構(gòu)造帶的演化有關(guān)。

(2)卡帕圖地區(qū)姆巴拉組具有豐富的物質(zhì)來源,其中2728 ~2602 Ma(峰值為2650 Ma)的物質(zhì)可能來源于坦桑尼亞克拉通中的花崗巖類、粗面安山巖和流紋巖等巖石。 2246 ~1833 Ma(峰值為1880 Ma)的物質(zhì)主要來源于班韋烏盧地塊中花崗巖巖類、石英閃長巖及火山巖類等巖石。

(3)班韋烏盧變質(zhì)克拉通的活動時間包括中太古代、新太古代、古元古代和中元古代四個時期,其中古元古代為活動的高峰期,1870 Ma 的活動最為重要。 變質(zhì)克拉通內(nèi)中太古代和新太古代、古元古代及中元古代的強烈活動分別與坦桑尼亞克拉通、哥倫比亞超大陸及伊魯米德構(gòu)造帶的演化密切相關(guān)。

(4)班韋烏盧變質(zhì)克拉通沉積巖的源區(qū)地殼增生除來自古老地殼的再循環(huán)物質(zhì)外,還存在新生地殼的物質(zhì)。 同時,地殼在古太古代—古元古代均實現(xiàn)了增長,其中凱諾蘭超大陸聚合時期(2550 Ma)增長最快。 變質(zhì)克拉通在古元古代之前的地殼主增長期與坦桑尼亞克拉通及全球大陸地殼主增長期基本一致。

致謝:在野外工作和室內(nèi)研究過程中得到ALPHET PHASKANI Dokowe、EZEKIAH Chikambwe、CHISHIMBA Canisius、ABRAHAM Mukangwa、張航、盧宜冠、何勝飛、彭麗娜及紀山青等同行的大力支持,在成文過程中匿名審稿專家、編輯老師和東華理工大學地球科學學院戴朝成副教授提供了寶貴的意見,碎屑鋯石挑選由廊坊市宇能巖石礦物分選技術(shù)服務有限公司完成,碎屑鋯石U-Pb-Hf 同位素分析由中國地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)調(diào)查中心實驗室完成,在此一并表示真誠的感謝!

注釋:

①圖與附表資料可發(fā)E-mail 至編輯部問詢或至期刊官網(wǎng)下載