關鍵詞 火地埡群；沉積時代；物源；鋯石U-Pb定年；揚子陸塊；新元古代

第一作者簡介 鄧奇，男，1983年出生，博士，正高級工程師，前寒武紀地質(zhì)學，E-mail： dengqi290@163.com

中圖分類號 P512.2 文獻標志碼 A

0 引言

新元古代是地球演化歷史上重大的變革時期之一，該時期全球發(fā)生了一系列重要的地質(zhì)事件，特別是羅迪尼亞（Rodinia）超大陸由聚合向裂解的轉(zhuǎn)換，以及對全球海平面變化、大氣含氧量變化、氣候變化、礦產(chǎn)資源形成及生命演化等有著深刻、廣泛的影響[1?6]。揚子陸塊因參與了Rodinia超大陸的聚散過程而備受關注，也造就了該時期時空各異的盆山結(jié)構(gòu)，其形成演化過程一直是國際研究的熱點和難點[7?12]。一方面，許多原來被認為中元古代褶皺基底的地層實際為新元古代，如揚子陸塊東南緣的冷家溪群形成于860～830 Ma，江南造山帶的形成時間要晚于全球格林威爾造山期[13?15]；另一方面，現(xiàn)有成果多集中在巖漿巖領域[16?22]，極少將巖漿巖、沉積地層和物源相結(jié)合來綜合分析盆地的性質(zhì)與演化。隨著研究的不斷深入，揚子陸塊周緣的構(gòu)造演化及盆山格局需要重新認識。

沉積地層時代的確定是區(qū)域地層劃分對比的重要依據(jù)，也是進行古地理重建和沉積盆地演化研究的重要前提[23?28]。物源作為連接造山帶與沉積盆地的紐帶，能夠反映塊體親緣關系、古地理格局、盆地性質(zhì)、構(gòu)造演化等關鍵信息[29?34]。因此，地層時代和物源的確定，可以有效制約區(qū)域大地構(gòu)造背景和構(gòu)造演化過程。

火地埡群是揚子陸塊前寒武紀重要的地層單元，創(chuàng)名于四川南江，原稱火地埡層，并與三峽陡山沱組進行對比[35]。經(jīng)過一系列的變革，現(xiàn)指鐵船山組之下、后河雜巖之上的一套巖系，自下而上劃分為麻窩子組和上兩組。早期火地埡群的沉積時限主要是依據(jù)野外地質(zhì)關系、變質(zhì)程度和疊層石進行約束，多被置于中元古代，其形成時代、物源和大地構(gòu)造背景對理解揚子陸塊西北緣乃至整個華南前寒武紀構(gòu)造演化至關重要。雖然也有少量K-Ar和U-Pb法年齡數(shù)據(jù)的報道[35?36]，但其數(shù)據(jù)的準確度不高，因此其形成時代存在較大爭論，一種觀點認為是中元古代中晚期的產(chǎn)物，可與揚子陸塊北緣神農(nóng)架群和打鼓石群進行對比[37]；另一種觀點認為其時代為中元古代早期，與西緣東川群等是同時代的產(chǎn)物[38]。另外，火地埡群的物源特征、沉積大地構(gòu)造背景等也鮮有研究和報道。鑒于此，對四川旺蒼地區(qū)火地埡群進行了碎屑鋯石U-Pb年代學研究，目的在于（1）限定火地埡群的沉積時代，分析其物源特征；（2）結(jié)合已有研究成果，綜合判定火地埡群形成的大地構(gòu)造背景，從而為重建區(qū)域構(gòu)造演化歷史提供依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況及樣品特征

研究區(qū)位于揚子陸塊西北緣米倉山地區(qū)，其北側(cè)為漢南古隆起和秦嶺造山帶，西接龍門山推覆構(gòu)造帶，東鄰大巴山推覆構(gòu)造帶（圖1a）。米倉山地區(qū)出露的前震旦紀巖石地層主要有后河雜巖、火地埡群和鐵船山組，以及大面積的侵入巖（圖1b）。后河雜巖由原火地埡群解體出來，主要由花崗質(zhì)片麻巖、混合巖、斜長角閃巖等組成[39]；鐵船山組分布于碑壩地區(qū)，以火山巖和火山碎屑巖為主，其流紋巖鋯石UPb定年為817±5 Ma[40]。區(qū)內(nèi)前寒武紀巖漿侵入活動較為強烈，巖性主要為輝長巖、閃長巖、花崗閃長巖、花崗巖等，時代多為新元古代[19]。如前所述，火地埡群是區(qū)內(nèi)重要的前寒武紀地層單元，同時也是中國重要的石墨礦含礦層位，主要分布于四川的旺蒼—南江地區(qū)、陜西的碑壩地區(qū)，與下伏的后河雜巖和上覆的鐵船山組或震旦系觀音崖組均為不整合接觸，包括下部麻窩子組和上部上兩組，其中麻窩子組主要為長英角巖、（石墨）大理巖、白云巖、鈣質(zhì)板巖、硅質(zhì)板巖、碳質(zhì)板巖、鈣質(zhì)礫巖、白云母片巖等；上兩組以絹云板巖、粉砂質(zhì)板巖、碳質(zhì)板巖、綠泥板巖、白云質(zhì)灰?guī)r、絹云千枚巖、石英片巖、變砂巖為主（圖2）。

樣品SM-5采于旺蒼縣水磨鎮(zhèn)北東約8 km處（圖1c），位于火地埡群上兩組的上部，上下均為絹云板巖，野外露頭呈灰色，中—薄層狀，向上地層厚度變厚、巖石粒度變粗（圖2），地理坐標為32°28′27″ N、106°34′24″ E。

顯微鏡下觀察表明，巖石具斑點狀結(jié)構(gòu)，基質(zhì)為粒狀鱗片狀變晶結(jié)構(gòu)、千枚狀構(gòu)造。巖石原巖為粉砂質(zhì)泥巖，由粉砂級碎屑和泥質(zhì)組成。主要成分為泥質(zhì)，其成分主要為黏土礦物及粒徑小于0.005 mm的長英質(zhì)成分，約占巖石總量的65%；砂級碎屑，主要為粉砂級的長英質(zhì)碎屑，少量碎屑粒徑達細粒級，約占巖石總量的35%。在后期變質(zhì)作用下，巖石中大部分泥質(zhì)變質(zhì)為鱗片狀的絹云母和微粒的石英，絹云母定向排列，呈千枚狀構(gòu)造；巖石中未變質(zhì)的黏土礦物與少量的石英碎屑、鱗片狀的絹云母形成斑點狀的集合體，斑點呈橢圓狀、透鏡狀，其長軸方向與千枚理方向一致，斑點粒徑介于0.5～2.0 mm，含量約占總量的15%。鏡下定名為斑點狀絹云千枚巖（圖3）。

2 分析方法

巖石樣品經(jīng)破碎、淘洗、重液分離和電磁分離后，在雙目鏡下挑選晶形完好、具有代表性的鋯石顆粒粘在樹脂臺上，打磨拋光，制成樣靶，然后對鋯石進行反射光、透射光顯微照相和陰極發(fā)光（CL）圖像分析，確定鋯石的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和成因，以選取最佳的待測鋯石部位。鋯石U-Pb同位素定年和微量元素含量在武漢上譜分析科技有限責任公司利用LA-ICP-MS 同時分析完成。GeolasPro 激光剝蝕系統(tǒng)由COMPexPro 102 ArF 193 nm 準分子激光器和MicroLas 光學系統(tǒng)組成，ICP-MS 型號為Agilent7700e。本次分析的激光束斑為32 μm。U-Pb同位素定年和微量元素含量處理中采用鋯石標準91500和玻璃標準物質(zhì)NIST610作外標分別進行同位素和微量元素分餾校正。每個時間分辨分析數(shù)據(jù)包括20～30 s空白信號和50 s樣品信號。詳細的儀器參數(shù)和分析流程見文獻[41]。

3分析結(jié)果

樣品SM-5鋯石粒度較小，長軸一般介于60～100 μm，長寬比以1.5∶1～2∶1為主。鋯石多呈自形至半自形、棱角狀至次圓狀的形態(tài)特征，少數(shù)表面發(fā)育裂紋。陰極發(fā)光（CL）圖像中，絕大部分鋯石顯示巖漿振蕩環(huán)帶結(jié)構(gòu)，指示巖漿成因。根據(jù)磨蝕程度，這些鋯石可大致分為兩類：第一類以自形為主，棱角分明；第二類有不同程度的磨圓，多呈自形至半自形、次棱角狀至次圓狀的形態(tài)特征（圖4）。

對該樣品的41顆鋯石進行了41個分析點的UPb同位素年齡測定，分析結(jié)果列于表1。其中40顆給出了有效年齡（諧和度≥90%），這些有效年齡顆粒的Th 和U 的含量分別介于13×10-6～315×10^-6 和29×10^-6～492×10^-6，Th/U比介于0.30～1.22，也說明它們?yōu)閹r漿結(jié)晶的產(chǎn)物。40個有效年齡介于832～988 Ma，集中分布于832～843 Ma、855～883 Ma、895～936 Ma和952～973 Ma四個區(qū)間；相對概率峰值為ca. 840 Ma、ca. 868 Ma、ca. 918 Ma、ca. 954 Ma（圖5）。最年輕一組鋯石206Pb/238U 年齡的加權(quán)平均值為837.6±6.0 Ma（MSWD=0.60，n=5）（圖5a），代表了該樣品的最大沉積年齡。

4討論

4.1沉積時代

如前所述，早期火地埡群雖然有一些數(shù)據(jù)的報道，但由于受測定方法所限，其年齡數(shù)據(jù)的準確度均不高。如四川省地質(zhì)礦產(chǎn)局[35]根據(jù)侵入火地埡群角閃輝石巖1065 Ma的K-Ar年齡和石英閃長巖956 Ma的U-Pb年齡，將火地埡群限定為中元古代；何政偉等[36]在火地埡群上兩組纖閃鈉長黑云千枚巖中獲得單顆粒鋯石Pb-Pb年齡為1619±28 Ma，而麻窩子組含華北薊縣系貝加爾疊層石、喀什疊層石、鐵嶺疊層石等，時限相當于1000～1400 Ma，因此將上兩組置于麻窩子組之下，時代也定為中元古代[42]。最近，Li et al.[43]對陜西碑壩地區(qū)麻窩子組的礫巖進行鋯石U-Pb定年研究，獲得礫巖最大的沉積年齡為1 970±27 Ma，并根據(jù)區(qū)域上ca. 1.79 Ga的白玉花崗巖[44]，將麻窩子組礫巖的沉積時代限定在1.79～1.97 Ga[43]。值得一提的是，碑壩地區(qū)ca. 1.79 Ga花崗巖與火地埡群沒有確鑿的侵入關系的證據(jù)，因此根據(jù)花崗巖的侵位年齡來限定火地埡群的上限年齡有待商榷。

限定地層單元的絕對年齡，提供地層的最大沉積年齡是碎屑鋯石U-Pb年代學的重要應用之一，高質(zhì)量的碎屑鋯石定年數(shù)據(jù)對限定地層時代十分有效[45?46]。所采的絹云千枚巖（SM-5）位于火地埡群上部，其鋯石最年輕一組206Pb/238U年齡的加權(quán)平均值為837.6±6.0 Ma（MSWD=0.60，n=5），代表了樣品的最大沉積年齡。如前所述，本次樣品的鋯石可分為兩類，最年輕一組的鋯石棱角分明，而其他組（較老）鋯石多有搬運磨蝕痕跡，呈次棱狀至圓狀（圖4），因此最年輕一組鋯石有同沉積火山灰噴發(fā)形成的可能，其838 Ma的年齡應該趨近于頂界年齡。另外，火地埡群上覆鐵船山組流紋巖鋯石U-Pb 定年為817±5 Ma[40]，而火地埡群和鐵船山組之間又為不整合接觸，因此火地埡群的沉積時限應大于817 Ma，其上限年齡在838～817 Ma。鑒于上述討論，將旺蒼地區(qū)火地埡群的頂界年齡限定為ca. 835 Ma。汪正江等①從火地埡群下部凝灰?guī)r中獲得鋯石U-Pb 年齡為ca. 907 Ma。據(jù)此，進一步將旺蒼地區(qū)火地埡群的沉積時代限定為910～835 Ma，而非前人長期認為的中元古代，可與揚子陸塊東南緣冷家溪群及其相當?shù)貙舆M行對比。

4.2沉積物源及對構(gòu)造背景的啟示

火地埡群上兩組上部的碎屑鋯石U-Pb有效年齡記錄了多期構(gòu)造熱事件，統(tǒng)計表明主要分布于832～843 Ma、855～883 Ma、895～936 Ma 和952～988 Ma 四個區(qū)間，相對概率峰值為ca. 840 Ma、ca. 868 Ma、ca. 918 Ma、ca. 954 Ma（圖5）。這幾期巖漿事件在研究區(qū)的周圍均有發(fā)現(xiàn)，如Dong et al.[19]報道了米倉山地區(qū)840±6 Ma的南江閃長巖、838±17 Ma的光霧山正長花崗巖、871±77 Ma的旺蒼花崗閃長巖；Zhou et al.[47]獲得米倉山地區(qū)坪河霓霞巖的年齡為891±7 Ma；Berkana et al.[22]報道了旺蒼地區(qū)865～860 Ma的火山巖；凌文黎等[48]和Luo et al.[21]分別獲得碑壩地區(qū)花崗閃長巖和輝長巖的年齡為863±10 Ma和879±6 Ma；Wu et al.[49?50]發(fā)現(xiàn)略陽地區(qū)985～930 Ma的巖漿巖，并認為其形成于格林威爾期的洋內(nèi)弧環(huán)境。由于研究區(qū)未出露比火地埡群更老的地層，且樣品的鋯石形態(tài)以近源特征為主（圖4），因此認為火地埡群的物源主要來自上述周圍的巖體。905～988 Ma可作為物源的巖漿巖主要出露于研究區(qū)西北部的略陽地區(qū)，而832～843 Ma和855～883 Ma的巖漿巖在研究區(qū)的西北部和東（南）部（碑壩地區(qū)）均有發(fā)育，因此火地埡群上兩組的物源可能西北部和東（南）部均有供應。

碎屑鋯石近年來在約束構(gòu)造背景方面發(fā)揮了重要作用[51]，匯聚板塊邊緣以強烈的巖漿活動為特征，在這種背景下的沉積盆地中存在大量結(jié)晶年齡與寄主巖石沉積時代非常接近的碎屑鋯石顆粒（50%以上），如弧前盆地和海溝盆地碎屑鋯石年齡譜存在一個與沉積年齡接近的年齡單峰，而弧后盆地隨著與相鄰陸塊的距離而展現(xiàn)不同的年齡譜；相比而言，形成于碰撞和伸展構(gòu)造背景下的沉積物中則包含更多年齡偏老的鋯石顆粒。如果將838 Ma作為上兩組樣品SM-5的沉積年齡，其碎屑鋯石結(jié)晶年齡（CA）與沉積年齡（DA）之差小于150 Ma 的碎屑鋯石比例為98%，該特征指示樣品可能形成于匯聚構(gòu)造環(huán)境，考慮到樣品的碎屑鋯石年齡呈多峰式分布，傾向認為形成于弧后盆地。另外，米倉山地區(qū)ca. 860 Ma與俯沖相關的基性巖脈[52]、ca. 840 Ma弧相關的中酸性侵入巖[19]、865～860 Ma 的富Nb 玄武巖[22]，碑壩地區(qū)ca. 860 Ma形成于弧后伸展背景的I型花崗巖[21]等都證實了該時期弧環(huán)境的存在。以目前的研究成果來看，本次研究的旺蒼地區(qū)火地埡群從巖石組合、地層序列和碎屑鋯石年齡譜系特征等方面均與碑壩地區(qū)的火地埡群存在差異，如果它們產(chǎn)于同一沉積盆地，應該能接收到相似的物源信息，特別是碑壩地區(qū)發(fā)育了大規(guī)模879～860 Ma的巖漿巖，但是碑壩地區(qū)的火地埡群中并未發(fā)現(xiàn)該時期的鋯石信息[43]，且有資料認為碑壩地區(qū)該時期的巖漿巖侵入到火地埡群中[21，48]；而本文厘定的旺蒼地區(qū)火地埡群的沉積上限已達ca. 835 Ma，碑壩地區(qū)879～860 Ma的巖漿巖可能是其物源之一，因此認為這兩個地區(qū)的火地埡群應該區(qū)別看待，可能是不同時代的產(chǎn)物。

另外值得注意的幾個方面是：（1）目前整個漢南―米倉山地區(qū)只有碑壩發(fā)現(xiàn)了古元古代的結(jié)晶基底物質(zhì)[39，44，53]，因此推測碑壩地區(qū)有微陸塊的可能，早期與其他塊體拼貼，新元古代早期在洋殼俯沖作用下，形成碑壩??；（2）火地埡群及其相當?shù)貙拥纳细驳貙?，如以雙峰式火山巖為特征的鐵船山組[40]、以紫紅色碎屑巖及火山碎屑巖為特征的西鄉(xiāng)群[23]，它們都是典型陸內(nèi)裂谷盆地的沉積充填物，應是Rodinia超大陸初始裂解響應的產(chǎn)物，與火地埡群是不同的構(gòu)造―沉積旋回。因此推測火地埡群與鐵船山組之間（即835～817 Ma）應該有一次構(gòu)造熱事件，代表了整個揚子陸塊真正的“克拉通化”，其他地區(qū)與之對應的、較為典型的是東南緣冷家溪群與板溪群之間的“晉寧造山運動”，之后的裂谷作用形成了廣泛的、大規(guī)模的以蓮沱組為代表的陸相紫紅色砂礫巖。綜合火地埡群沉積時代、物源、碎屑鋯石年齡、區(qū)域巖漿巖時空分布及成因特征等，認為旺蒼地區(qū)的火地埡群上兩組形成于接收雙向物源的弧后盆地（圖6），是Rodinia超大陸聚合晚期在揚子陸塊西北緣的響應。

5結(jié)論

（1） 旺蒼地區(qū)火地埡群上兩組絹云千枚巖最大沉積年齡為837.6±6.0 Ma，結(jié)合已有研究成果，火地埡群的沉積時限為ca. 910 Ma至ca. 835 Ma。

（2） 碎屑鋯石年齡集中分布于832～843 Ma、855～883 Ma、895～936 Ma 和952～973 Ma 四個區(qū)間，相對概率峰值為ca. 840 Ma、ca. 868 Ma、ca. 918 Ma、ca. 954 Ma；物源主要來自周圍的巖體，主體方向為東（南）和西北。

（3） 樣品碎屑鋯石結(jié)晶年齡與沉積年齡非常接近，指示形成于匯聚構(gòu)造環(huán)境。綜合其他成果，旺蒼地區(qū)火地埡群上兩組形成于接收雙向物源的弧后盆地，是Rodinia超大陸聚合晚期在揚子陸塊西北緣的響應。