薛國棟，何政偉，向啟榮，吳安容，王廣強，張矩生

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南米倉山變質巖變質時代及地質意義

薛國棟1，何政偉1，向啟榮1，吳安容1，王廣強2，張矩生2

（1.成都理工大學地球科學學院，成都 610081；2.光霧山-諾水河世界地質公園，四川 巴中 636600）

通過對汪家坪巖組的兩件黑云斜長變粒巖變質巖樣品進行LA-ICP-MS鋯石U－Pb年代學研究，獲得的206Pb/238U年齡介于843.3～904.9Ma之間，最古老的年齡達1138.46±16.7Ma，表示南米倉山結晶基底在新元古代早期曾發(fā)生過強烈的構造－巖漿活動；具有變質鋯石特征的樣品，獲得的年齡數據表明南米倉山地區(qū)在新元古代發(fā)生過兩期變質作用，早期的變質作用峰值年齡約為810.0~900.0Ma，代表著晉寧末期華北大陸板塊與揚子板塊逐漸對接拼合，古秦嶺洋殼迅速向南北兩側俯沖消減事件；晚期變質作用發(fā)生在約為550.0~760.0Ma，記錄了這一階段的澄江期巖漿熱事件引起的接觸變質事件。

黑云斜長變粒巖；鋯石U-Pb 定年；汪家坪組；南米倉山

近年來同位素質譜技術的發(fā)展使得人們對同一鋯石顆粒內部不同成因類型的鋯石晶域進行微區(qū)原位年齡測定成為可能。通過微區(qū)原位定年技術，能夠給出有關寄主巖石的地質演化歷史等重要信息，這可以為地質過程的精細年代學格架的建立提供有效的證據[1-2]。對于南米倉山地區(qū)變質巖時代研究已久，但仍有相當一部分地質體缺乏可靠的年代學證據，要正確地認識和了解各有關地質體，尤其是區(qū)域內古老基底巖石的時代就顯得十分必要，本文通過LA-ICP-MS激光原位分析法對研究區(qū)汪家坪組巖石做鋯石U-Pb年代學研究，就南米倉山地區(qū)結晶變質基底的時代進行討論。

1 區(qū)域地質概況

研究區(qū)位于揚子克拉通北緣，北側為漢南推覆構造和秦嶺造山帶，東側為大巴山推覆構造帶，西側為龍門山推覆構造帶，南側為四川盆地，所處大地構造位置特殊，具有重要意義。南米倉山揚子地臺基底主要由結晶基底和褶皺基底兩部分組成，前者以后河巖群的變粒巖、斜長角閃巖等組成，后者由火地埡群中淺變質巖組成。后河巖群構成了結晶基底，在研究區(qū)內大致分布于八角寨、草鞋坪、黑山梁等地，呈小規(guī)模俘虜體形式分布于晉寧-澄江期巖漿巖中，出露面積約94km2（圖1）。不整合于中元古界火地埡群麻窩子組之下的一套混合質火山巖系。長期以來，對該套巖系的原巖特征、時代等方面的認識存在很大分歧[3-5]。

圖1 米倉山地區(qū)基底變質巖系分布圖（據何政偉等，1999）

Hh—河口巖組；Hw—汪家坪巖組；Pts—上兩組；Ptm—麻窩子組；Wgnt—八角樹片麻雜巖；Bgn—沉積蓋層；1—呂梁期巖漿巖；2—晉寧期巖漿巖；3—澄江期巖漿巖;4—斷層接觸；5—韌性剪切帶；6—大型韌性剪切帶；7—采樣位置

2 汪家坪巖組特征

汪家坪巖組主要形成于本區(qū)五大構造演化階段中的晚太古—早元古代克拉通結晶基底形成階段，主要在前呂梁期[6]。在前呂梁期，經過河口巖組形成階段與八角樹TTG 巖套形成階段兩次構造—熱事件后，本區(qū)地殼成熟度再度增高，在地幔對流作用不均衡時, 再次發(fā)生硅鋁殼的破裂沉陷，發(fā)生區(qū)域性的巖漿噴發(fā)作用時，形成了以酸性火山巖為主夾基性火山巖和正常沉積巖的汪家坪巖組[7]。汪家坪巖組原巖形成以后，受到多期次構造變形、頻繁的巖漿活動、多期區(qū)域變質作用和動力變質作用最終形成現在的特征[8]。

23～20億年的呂梁運動，強烈的擠壓使裂陷封閉，汪家坪巖組在熱動力作用下發(fā)生強烈片理、韌性剪切面理等透入性變形，伴以低角閃巖相變質。晚元古代的晉寧運動，本區(qū)發(fā)生了兩期變形—變質事件。早震旦世的澄江運動，揚子克拉通西緣和北緣拉張破裂，形成了龍門山—米倉山大陸裂谷帶，形成了與裂谷作用有關的堿性、基性、中酸性侵入巖超單元，與此同時也伴隨著熱液引起的接觸變質作用[6-7]。經過澄江運動，揚子克拉通基底固結，汪家坪巖組最終形成。

汪家坪巖組巖石主要以變粒巖為主，其中以黑云斜長變粒巖為主，夾有少量黑二長變粒巖、二云斜長變粒巖。巖石呈淺灰-灰色，具有細粒鱗片粒狀變晶結構，片麻狀構造，長石含量大于20%，暗色礦物在10%~30%，粒度小于1mm，黑云母為暗綠-淡黃色，含量15%~30%，斜長石28%左右，有強絹云母化高嶺石化，含量30%~45%，石英25%~35%，巖石中混合巖化普遍。巖石礦物組合：石榴石+黑云母±白云母巖漿巖體侵入+斜長石+石英、黑云母+斜長石+石英、黑云母+白云母+斜長石+石英、黑云母+斜長石+鉀長石+石英[8]。

圖2 Gs02樣品鋯石陰極發(fā)光CL圖像

圖3 Gs03樣品鋯石陰極發(fā)光CL圖像

圖4 Gs02鋯石U-Pb年齡諧和圖

根據成都理工學院在1∶5萬南江八幅區(qū)域地質聯測調查中通過大量的實驗數據分析，結合本次的分析結果，運用尼格里特征特征圖解和各類常量元素，微量元素等多種判別方法，汪家坪組經原巖恢復，此套巖石原巖為雜砂巖和中酸性火山巖、石英拉斑玄武巖及凝灰質砂巖，屬于雜砂巖、中酸性火山碎屑巖夾基性火山巖及碳酸鹽巖建造[8]。

3 分析測試方法

樣品取自南米倉山地區(qū)，位于自南江縣通往光霧山桃園景區(qū)公路邊。巖性為黑色-深灰色云母斜長變粒巖。用于U-Pb 年齡測定的樣品采用常規(guī)重選和磁選技術分選出鋯石。將鋯石顆粒以及鋯石標樣粘貼在環(huán)氧樹脂靶上，然后對其拋光直至鋯石露出一半晶面[12]。對鋯石進行透射光和反射光顯微照相以及陰極發(fā)光圖象分析，以檢查鋯石的內部結構、幫助選定最佳的待測部位[13-14]。U、Th、Pb 的測定在武漢上譜分析科技LA-ICP-MS激光原位分析儀上完成。實驗數據采用ICP-MSDataCal軟件處理[15-18]。所有的年齡數據列于表，為保證分析的可信度，本文取諧和度≥90％的數據進行討論。由于放射性鉛同位素的影響，當年齡＜1 000Ma時采用206Pb/238U，年齡＞1 000Ma時則采用207Pb/206Pb年齡[19-20]。鋯石年齡諧和曲線利用Isoplot完成[21]，平均年齡計算取90%的置信區(qū)間。

4 鋯石U-Pb 年代學

所測2件黑云斜長變粒巖樣品（樣號：Gs02、Gs03）。顯微鏡觀察表明，所選鋯石形態(tài)相對比較復雜，有晶形較好的短柱狀和長柱狀、也有近橢圓形的鋯石，還有粒度較大的鋯石。部分鋯石發(fā)育有明顯的巖漿成因的振蕩生長環(huán)帶結構（圖2、圖3）。

圖5 Gs03鋯石U-Pb年齡諧和圖

圖6 Gs02樣品鋯石U-Pb年齡相對概率分布圖

圖7 Gs03樣品鋯石年齡相對概率分布圖

Gs02樣品（黑云斜長變粒巖, 采樣位置坐標：32°39′44.80″N, 106°48′28.74″E）：總共選取了40個鋯石樣品，一般鋯石粒度長約70～100μm，個別長達150μm，還有較大粒度的鋯石（圖2）。測試結果（表1）表明，鋯石Th含量較高，樣品中大多數測點Th /U＞0. 1，15個測點Th /U＜0. 1，即前者為巖漿成因鋯石，后者為變質成因鋯石。可見該黑云斜長變粒巖鋯石既有巖漿鋯石、也有變質鋯石，而且二者年齡近一致，個別鋯石具核幔結構，但核部年齡與幔部年齡相近，說明中酸性巖體侵位之后不久本地區(qū)就遭受了強烈的變質作用（混合巖化）。根據對于小于10億年的鋯石樣品，206Pb/238U年齡比較準確；對于大于10億年的鋯石樣品，207Pb/206Pb年齡比較準確。在諧和度大于90%的巖漿鋯石的年齡平均值為863.0±13.0Ma，由諧和圖可知其主要年齡分布在860.0~900.0 Ma，該年齡值反映中酸性巖漿巖的侵入時代；在諧和度大于90%的變質鋯石的年齡平均值為804.0±56.0Ma，主要分布于870.0 Ma、750.0 Ma與650.0 Ma年齡，該年齡反映變質發(fā)生主要時間（圖4、圖6）。

Gs03樣品（黑云斜長變粒巖，采樣位置坐標：32°39′43.33″N，106°48′58.42″E）：總共選取了41個鋯石樣品，一般鋯石粒度長約70～110μm，個別長達160μm，其中也有較大粒度的鋯石（圖3）。測試結果（表1）表明，鋯石Th含量較高，但大多數測點Th /U＞0. 1，5個測點Th /U＜0. 1，即前者為巖漿成因鋯石，后者為變質成因鋯石?？梢娫摵谠菩遍L變粒巖鋯石既有巖漿鋯石、也有變質鋯石，而且二者年齡近一致，少量鋯石具核幔結構，但核部年齡與幔部年齡相近，說明中酸性巖體侵位之后不久本地區(qū)就遭受了強烈的變質作用（混合巖化）。在諧和度大于90%的巖漿鋯石年齡平均值為835.0±37.0Ma，主要的年齡依然位于860.0~900.0Ma，峰值年齡為1138.5Ma，反映的中酸性巖漿巖的的侵入時代與Gs02號樣品基本相同；而該樣品所測諧和度大于90%的變質成因鋯石年齡平均值為873.0±26.0Ma，主要的年齡位于860.0Ma左右，峰值年齡達911.0±7.6Ma該年齡有可能反映著其中前期變質成因的變質時期（圖5）。

5 地質意義及討論

5.1 巖漿成因鋯石U-Pb年齡分析

在黑云斜長變粒巖樣品中具有巖漿鋯石特征鋯石測得的206Pb/238U年齡大多數年齡介于860.0～900.0Ma之間，這一年齡范圍與揚子克拉通北緣米倉山地區(qū)基底變質巖系的基底樣品所測年齡較為一致[9]。鑒于本次研究獲得的巖漿鋯石年齡數據有限性，難以直接判斷南米倉山地區(qū)后河巖群變質基底的原巖年齡，因此結合南米倉山基底巖石有關的年代數據，在此基礎上對于本次測年研究所獲取的數據進行分析，來討論南米倉山地區(qū)古元古代以來的構造演化。在本次數據收集時，不采用加權平均年齡，而采用具體測點數據分析，并根據鋯石的特征，將巖漿成因的鋯石和變質成因的鋯石分開統計，將鋯石核部的測試數據歸于巖漿成因。按照以上原則，進行數據分析總結。這些數據表明巖漿鋯石最主要的年齡范圍約為840.0～920.0Ma，顯示在新元古代早期地曾發(fā)生強烈的構造－巖漿活動。而這一事件在米倉山地區(qū)發(fā)展簡史和四川米倉山地區(qū)晉寧期中性侵入巖序列巖石地球化學特征及其演化的報道中都已提及[21]，900.0Ma前后的這次構造－巖漿活動為寨坡鈣堿性、中酸性侵入巖超單元。

在進行施工方案設計時，需要對于鐵路隧道的地形及周圍環(huán)境進行勘察，才能夠確定合理的施工方案。但是，由于鐵路隧道的施工環(huán)境比較復雜，很多設計人員在工作中由于缺乏迎難而上的品質，導致沒有對施工環(huán)境進行有效勘察，使得設計方案出現很多不合理因素，嚴重影響了施工的安全性。

此外，樣品GS03獲得的最古老巖漿成因鋯石的年齡為1138.5±16.7Ma，諧和度94%，數據可信。魏顯貴等在米倉山地區(qū)構造演化中的該年齡段的構造-巖漿活動事件依然歸于寨坡鈣堿性、中酸性侵入巖超單元；這一年齡數據與馬潤則等在米倉山地區(qū)巖漿活動與構造演化中的晉寧期正源超單元相對應[6-7]。因此樣品GS03中的這一鋯石可能來源于這一次的事件-晉寧期正源基性、超基性侵入巖超單元。

5.2 變質成因鋯石U-Pb年齡分析

兩件樣品的變質成因鋯石年齡范圍為602.0～911.0Ma，樣品GS02變質鋯石的年齡峰值為-888.6±9.3Ma，樣品GS03變質鋯石的年齡峰值為-911.0±7.6Ma，這個峰值變質鋯石有可能來源于捕獲鋯石，年齡值數量少。本文中所測樣品GS02變質鋯石得到的變質年齡范圍較GS03變質鋯石變質年齡范圍較廣，二者普遍峰值年齡在810.0～900.0Ma。相對應于何政偉等提出的前震旦紀發(fā)育有至少4 期區(qū)域變質作用和1 期線性動力變質作用的晉寧期區(qū)域變質作用與線性動力變質作用，也說明巖漿活動與變質作用幾乎在同時進行（混合巖化）[9]。根據兩件鋯石樣品所測得鋯石年齡不難看出，后河巖群汪家坪組黑云斜長變粒巖變質事件主要為晉寧運動二期，汪家坪巖組發(fā)生疊加變質作用。對于550.0～760.0 Ma的變質鋯石年齡，其對應的地質事件為澄江期巖漿活動侵位于晉寧期前的巖體中，發(fā)育較窄的接觸變質。說明已活動的變質變形帶在澄江運動期間再次活化，在本次所測得年齡中，最年輕的變質年齡603.0±17.4Ma，同時說明澄江期的巖漿活動劇烈，影響時間較長的特征。說明在早震旦世之前該區(qū)內的巖漿活動頻繁，澄江運動之后，本區(qū)進入穩(wěn)定地臺發(fā)展階段，沉積了以穩(wěn)定型內源碳酸鹽巖及陸源碎屑巖建造為特征的沉積蓋層。

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Metamorphic Age and Geological Significance of Metamorphic Rock in the South Micang Mts

XUE Guo-dong1 HE Zheng-wei1 XIANG Qi-rong1 WU An-rong1 WANG Guang-qiang2 ZHANG Ju-sheng2

(1-College of Earth Sciences, Chengdu University of Technology, Chengdu 610081; 2-Administration Committee of Guangwushan-Nuoshuihe Geopark, Bazhong, Sichuan 636600)

Abstract:The zircon U-Pb dating for 2 biotite-plagioclase granulite samples from the Wangjiaping Complex in the south Micangshan crystallization basement gives 206Pb/238U ages ranging from 843.3 Ma to 904.9 Ma. Some zircon grains from the samples show clear rhythmic bands characteristic of magmatic genesis. These indicate that strong tectonic-magmatic activity and 2 metamorphic stages took place in the south Micang Mts during the early Neoproterozoic. The early metamorphism took place during 810~900 Ma, indicating gradual butting and jointing of the north China plate with the Yangtze plate at the end of the Jinning period, and rapid subduction of the ancient Qinling to the north and south sides. While late metamorphism occurred dyring 550~760 Ma, recording the contact metamorphism caused by the magmatic thermal events in Chengjiang period.

Key words:biotite-plagioclase granulite; zircon U-Pb dating; Wangjiaping Complex; South Micang Mountains

收稿日期：2018-03-26

基金項目：光霧山-諾水河國家地質公園資助的“光霧山-諾水河國家地質遺跡特征研究”

作者簡介：薛國棟（1991-），男，山西芮城人，碩士研究生，研究方向：地質學

中圖分類號：P588.3

文獻標識碼：A

文章編號：1006-0995（2018）02-0202-06

DOI：10.3969/j.issn.1006-0995.2018.02.005