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    扬子东南缘新元古代花岗岩的锆石U-Pb年代学、地球化学和Sr-Nd-Hf同位素:对地壳生长的约束

    王艳 马昌前 王连训 刘园园

    王艳, 马昌前, 王连训, 刘园园, 2018. 扬子东南缘新元古代花岗岩的锆石U-Pb年代学、地球化学和Sr-Nd-Hf同位素:对地壳生长的约束. 地球科学, 43(3): 635-654. doi: 10.3799/dqkx.2018.900
    引用本文: 王艳, 马昌前, 王连训, 刘园园, 2018. 扬子东南缘新元古代花岗岩的锆石U-Pb年代学、地球化学和Sr-Nd-Hf同位素:对地壳生长的约束. 地球科学, 43(3): 635-654. doi: 10.3799/dqkx.2018.900
    Wang Yan, Ma Changqian, Wang Lianxun, Liu Yuanyuan, 2018. Zircon U-Pb Geochronology, Geochemistry and Sr-Nd-Hf Isotopes of the Neoproterozoic Granites on the Southeastern Margin of the Yangtze Block: Constraint on Crustal Growth. Earth Science, 43(3): 635-654. doi: 10.3799/dqkx.2018.900
    Citation: Wang Yan, Ma Changqian, Wang Lianxun, Liu Yuanyuan, 2018. Zircon U-Pb Geochronology, Geochemistry and Sr-Nd-Hf Isotopes of the Neoproterozoic Granites on the Southeastern Margin of the Yangtze Block: Constraint on Crustal Growth. Earth Science, 43(3): 635-654. doi: 10.3799/dqkx.2018.900

    扬子东南缘新元古代花岗岩的锆石U-Pb年代学、地球化学和Sr-Nd-Hf同位素:对地壳生长的约束

    doi: 10.3799/dqkx.2018.900
    基金项目: 

    国家自然科学基金重点项目 40334037

    湖北省自然科学基金重点项目 2009CDA004

    国际科技合作计划项目 2007DFA21230

    教育部和国家外国专家局高等学校学科创新引智计划 B07039

    详细信息
      作者简介:

      王艳(1985-), 女, 工程师, 硕士, 主要从事地质矿产勘查工作

      通讯作者: 马昌前
    • 中图分类号: P581

    Zircon U-Pb Geochronology, Geochemistry and Sr-Nd-Hf Isotopes of the Neoproterozoic Granites on the Southeastern Margin of the Yangtze Block: Constraint on Crustal Growth

    • 摘要: 出露于扬子板块东南缘的九宫山片麻状花岗岩侵位于早新元古代双桥山群.通过阴极发光图像分析和LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄测试表明,九宫山岩体的岩浆结晶年龄为830±8 Ma;4个继承锆石分析点给出加权平均值为873±7 Ma的年龄值,可能记录了新元古代早期扬子与华夏板块碰撞产生的岩浆活动.九宫山岩体具有高SiO2(71.83%~74.20%)、高K2O+Na2O(7.06%~7.90%)、低基性组分(∑TiO2+FeOT+MgO=2.64%~4.00%)的含量特征,高K2O/Na2O比值(1.25~1.64),铝饱和指数(A/CNK)为1.03~1.27,主要为弱过铝质花岗岩.岩石具有轻稀土富集的右倾模式和明显的Eu负异常(Eu/Eu*=0.35~0.47),K、Rb、Th、U等大离子亲石元素富集,Sr、P、Nb、Ta、Ti等相对亏损.全岩εNdt)值为-1.49~+5.24,同岩浆锆石和继承锆石的εHft)值分别为3.5±1.0~11.0±1.1、5.1±0.9~12.9±1.1,指示岩浆源区含有显著的新生地壳物质.九宫山岩体可能形成于陆内裂谷环境,由类似双桥山群的变质砂屑岩和火山岩部分熔融形成.区域对比表明,江南造山带新元古代中期花岗岩的Nd-Hf同位素组成具有从东向西逐渐降低的特征,表明该区早新元古代时期新生地壳物质对花岗岩的影响由东向西呈减弱趋势,这可能是扬子与华夏板块碰撞拼合过程中岛弧岩浆作用由东向西逐渐减弱而使新生地壳物质减少所引起.
    • 图 1  (a) 华南地质简图及研究区位置;(b)扬子板块东南缘九宫山岩体地质简图和采样点位置

      Figure 1.  (a) A geological sketch map of South China, with the location of studying area and (b) simplified geological map showing the distribution of the Jiugongshan intrusions and sampling localities at the southeastern margin of the Yangtze Block

      a.引自Li et al.(2003a);b.根据1:20万地质图修改

      图 2  九宫山岩体野外和显微照片

      Figure 2.  Field photographs and photomicrographs of the rocks from the Jiugongshan intrusion

      a.九宫山岩体野外照片,岩石片麻状构造显著;b.九宫山岩体野外照片,岩石片麻状构造明显;c.斑状细粒二长花岗岩中暗色微粒包体野外照片;d.正交偏光下斑状细粒二长花岗岩显微照片.Kf.钾长石; Pl.斜长石; Q.石英; Bi.黑云母

      图 3  九宫山岩体Q-A-P图解

      Figure 3.  Q-A-P diagram for the Jiugongshan intrusion

      1a.石英岩;1b.富石英花岗岩; 2.碱性长石花岗岩;3a.正长花岗岩;3b.二长花岗岩;4.花岗闪长岩;5.英云闪长岩;6*.石英碱性长石正长岩;7*.石英正长岩;8*.石英二长岩;9*.石英二长闪长岩/石英二长辉长岩;10*.石英闪长岩/石英辉长岩/石英斜长岩;6.碱性长石正长岩;7.正长岩;8.二长岩;9.二长闪长岩/二长辉长岩;10.闪长岩/辉长岩/斜长岩;引自Streckeisen(1974)

      图 4  九宫山岩体代表性锆石的阴极发光(CL)图像及U-Pb年龄(Ma)、εHf(t)值

      Figure 4.  Representative CL images with U-Pb ages (Ma) and εHf(t) values of zircons from the Jiugongshan pluton

      实线圆表示U-Pb年龄分析点,虚线圆表示Hf同位素分析点,旁边数字分别代表εHf(t)值和206Pb/238U年龄

      图 5  九宫山岩体的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄谐和图

      Figure 5.  LA-ICP-MS zircon U-Pb concordia diagram for the Jiugongshan pluton

      图 6  九宫山岩体A/NK-A/CNK图解

      Figure 6.  A/NK vs.A/CNK diagram for the Jiugongshan pluton

      引自Maniar and Piccoli, 1989

      图 7  九宫山岩体(a)球粒陨石标准化稀土元素分布型式和(b)原始地幔标准化微量元素蛛网图

      Figure 7.  (a) Chondrite-normalized REE patterns and (b) primitive mantle-normalized trace element spidergrams for the Jiugongshan pluton

      球粒陨石REE值引自Sun and McDonough(1989);原始地幔微量元素值引自McDonough and Sun(1995);赣西北花岗闪长岩数据引自Li et al.(2003a);皖南花岗闪长岩数据引自Li et al.(2003a)Wu et al.(2006a)

      图 8  九宫山岩体全岩εNd(t)值-年龄图解

      Figure 8.  Whole-rock εNd(t) values vs.ages diagram for the Jiugongshan pluton

      数据来源:皖南花岗岩引自Li et al.(2003a)Wu et al.(2006a);赣西北花岗闪长岩引自Li et al.(2003a)钟玉芳(2007);桂北花岗岩引自Li et al.(2003a)Wang et al.(2006);双桥山群引自Chen and Jahn(1998)张海祥等(2000)

      图 9  九宫山岩体锆石U-Pb年龄-εHf(t)值图解

      Figure 9.  Zircon εHf(t) values vs.U-Pb ages diagram for Jiugongshan pluton

      数据来源:皖南花岗岩引自Wu et al.(2006a);赣西北花岗闪长岩钟玉芳(2007);桂北花岗岩王孝磊等(2006)Zheng et al.(2007); 亏损地幔演化线用176Hf/177Hf=0.283 25和176Lu/177Hf=0.038 4(Griffin et al., 2000)来计算;地壳增生曲线用平均地壳的176Lu/177Hf比值0.015(Griffin et al., 2002)来计算

      图 10  九宫山岩体锆石Hf模式年龄(TDM2)柱状图

      Figure 10.  Histogram of two-stage model Hf ages for the Jiugongshan pluton

      图 11  九宫山岩体(a)Eu/Eu*-SiO2、(b)Sr-Eu/Eu*和(c)Ba-Eu/Eu*图解

      Figure 11.  Diagrams of (a) Eu/Eu* vs. SiO2, (b) Sr vs. Eu/Eu* and (c) Ba vs. Eu/Eu* for the Jiugongshan pluton

      图 12  江南造山带早新元古代火山岩εNd(900 Ma)值柱状图

      Figure 12.  Histogram of εNd(900 Ma) values for the early Neoproterozoic volcanics at the Jiangnan orogeny

      数据来源:桂北四堡群火山岩韩发等(1994)李献华(1996)Zhou et al.(2004);赣北双桥山群火山岩引自Chen and Jahn(1998);浙北双溪坞群火山岩沈渭洲等(1991)徐步台和邱郁双(1996)以及Li et al.(2009)

      表 1  九宫山片麻状花岗岩LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素分析结果

      Table 1.  LA-ICP-MS zircon U-Pb isotope analytical results for the Jiugongshan gneissic granites

      分析点 元素含量(10-6) Th/U 同位素比值 年龄(Ma)
      Pb Th U 207Pb/206Pb ±1σ 207Pb/235U ±1σ 206Pb/238U ±1σ 207Pb/206Pb ±1σ 207Pb/235U ±1σ 206Pb/238U ±1σ
      08JGS34
      1.1 51.7 76 316 0.24 0.067 06 0.001 09 1.286 25 0.021 21 0.138 62 0.001 20 840 20 840 9 837 7
      2.1 36.1 74 215 0.35 0.067 58 0.001 26 1.295 95 0.023 60 0.138 73 0.001 15 856 24 844 10 837 6
      3.1 66.4 54 430 0.13 0.067 24 0.001 21 1.249 75 0.022 14 0.134 30 0.001 06 845 24 823 10 812 6
      4.1 64.0 63 435 0.14 0.067 17 0.001 30 1.181 82 0.022 63 0.127 17 0.001 23 843 24 792 11 772 7
      5.1 43.1 63 243 0.26 0.069 05 0.001 40 1.388 54 0.027 40 0.145 50 0.001 29 900 26 884 12 876 7
      6.1 91.3 84 608 0.14 0.068 96 0.001 08 1.242 20 0.019 13 0.130 17 0.001 07 897 19 820 9 789 6
      7.1 28.6 143 144 0.99 0.068 59 0.001 37 1.310 37 0.024 19 0.138 68 0.001 32 886 23 850 11 837 7
      8.1 16.3 66 81 0.82 0.072 23 0.001 84 1.444 51 0.036 19 0.144 89 0.001 47 992 34 908 15 872 8
      9.1 63.7 64 426 0.15 0.067 98 0.001 10 1.216 35 0.019 82 0.129 08 0.001 23 868 19 808 9 783 7
      10.1 46.9 171 258 0.66 0.068 36 0.001 27 1.287 21 0.023 11 0.136 00 0.001 16 880 23 840 10 822 7
      11.1 46.1 59 265 0.22 0.068 03 0.001 21 1.359 83 0.023 10 0.144 39 0.001 15 869 22 872 10 869 6
      12.1 60.1 65 363 0.18 0.066 08 0.001 03 1.276 40 0.019 58 0.139 52 0.001 15 809 19 835 9 842 6
      13.1 101.1 236 617 0.38 0.065 78 0.000 99 1.207 81 0.018 20 0.132 49 0.001 01 799 19 804 8 802 6
      14.1 65.9 191 363 0.53 0.066 63 0.001 31 1.279 29 0.024 55 0.138 65 0.001 17 826 26 837 11 837 7
      15.1 39.9 51 240 0.21 0.066 14 0.001 85 1.243 35 0.032 05 0.136 34 0.001 46 811 60 820 15 824 8
      16.1 91.3 322 505 0.64 0.068 93 0.001 27 1.282 73 0.024 46 0.134 40 0.001 12 897 26 838 11 813 6
      17.1 62.8 208 315 0.66 0.067 88 0.001 27 1.368 55 0.026 11 0.145 77 0.001 37 865 24 876 11 877 8
      18.1 157.7 1 100 792 1.39 0.066 62 0.001 03 1.170 75 0.018 57 0.126 99 0.000 99 826 20 787 9 771 6
      19.1 48.8 289 227 1.27 0.066 73 0.001 27 1.287 91 0.025 20 0.139 49 0.001 20 830 26 840 11 842 7
      20.1 105.2 83 278 0.30 0.111 23 0.001 58 4.713 81 0.074 78 0.306 20 0.003 03 1 820 15 1 770 13 1 722 15
      21.1 25.1 55 145 0.38 0.068 87 0.002 33 1.303 20 0.041 93 0.137 23 0.001 43 895 71 847 18 829 8
      22.1 89.0 78 232 0.34 0.114 12 0.001 55 4.771 64 0.063 50 0.302 22 0.002 23 1 866 14 1 780 11 1 702 11
      23.1 87.0 646 409 1.58 0.067 82 0.001 01 1.211 58 0.018 72 0.128 94 0.001 02 863 19 806 9 782 6
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      表 2  九宫山片麻状花岗岩的主量元素(%)和微量元素(10-6)分析结果

      Table 2.  Major (%) and trace element (10-6) data for the Jiugongshan gneissic granites

      样品号 08JGS25 08JGS26 08JGS34 08JGS37 08JGS38 08JGS39
      SiO2 74.20 72.89 72.36 72.47 73.99 71.83
      TiO2 0.28 0.30 0.38 0.37 0.24 0.39
      Al2O3 13.45 13.74 13.33 13.55 13.04 13.75
      Fe2O3T 1.67 1.98 2.34 2.36 1.71 2.49
      MnO 0.03 0.04 0.05 0.05 0.05 0.05
      MgO 0.87 0.89 0.61 0.62 0.50 0.85
      CaO 0.57 1.14 1.41 1.51 1.04 2.14
      Na2O 2.80 3.43 3.33 3.27 3.16 3.09
      K2O 4.58 4.30 4.53 4.63 4.69 3.97
      P2O5 0.09 0.08 0.10 0.11 0.10 0.08
      H2O+ 0.96 0.71 0.93 0.58 0.92 0.85
      CO2 0.15 0.15 0.22 0.07 0.22 0.11
      总量 99.65 99.65 99.59 99.59 99.66 99.60
      K2O/Na2O 1.64 1.25 1.36 1.42 1.48 1.28
      A/CNK 1.27 1.11 1.03 1.03 1.07 1.04
      Mg# 45.50 41.90 29.50 29.70 31.90 35.40
      Sc 6.26 6.33 7.38 7.12 5.79 8.05
      V 31.60 29.80 32.70 33.60 22.40 41.10
      Cr 15.00 14.50 9.40 10.20 9.00 15.10
      Co 3.96 4.78 4.60 5.03 3.43 6.37
      Ni 6.78 7.32 5.55 5.86 5.04 8.67
      Ga 18.40 16.20 17.00 16.70 15.20 16.30
      Rb 218.00 216.00 180.00 196.00 251.00 174.00
      Sr 90.50 120.80 89.80 96.40 95.80 112.00
      Y 22.00 25.00 43.00 41.80 45.20 38.60
      Zr 134.00 139.00 186.00 163.00 121.00 181.00
      Nb 7.70 7.73 7.55 7.36 6.85 7.04
      Cs 22.30 13.70 9.20 19.30 22.20 14.50
      Ba 542.00 475.00 554.00 574.00 379.00 499.00
      La 24.00 25.10 29.00 29.20 24.00 31.00
      Ce 49.70 52.30 60.30 61.40 51.10 64.90
      Pr 5.92 6.23 7.39 7.53 6.17 7.83
      Nd 21.70 23.00 27.60 28.80 23.20 29.70
      Sm 4.54 5.00 6.09 6.23 5.36 6.22
      Eu 0.67 0.73 0.89 0.95 0.62 0.94
      Gd 4.27 4.66 6.12 6.48 5.49 6.17
      Tb 0.66 0.75 1.07 1.12 1.06 1.05
      Dy 3.81 4.39 6.68 6.91 6.95 6.44
      Ho 0.72 0.86 1.44 1.45 1.53 1.34
      Er 2.05 2.28 3.88 4.05 4.49 3.61
      Tm 0.31 0.35 0.59 0.58 0.74 0.55
      Yb 2.00 2.26 3.84 3.69 4.78 3.46
      Lu 0.29 0.34 0.55 0.54 0.71 0.52
      Hf 4.02 4.12 5.15 4.91 3.97 5.27
      Ta 0.96 0.95 0.66 0.72 1.30 0.74
      Pb 30.30 19.00 29.30 29.30 98.80 28.10
      Th 15.00 15.70 15.40 15.40 16.40 16.80
      U 2.49 2.33 3.37 3.40 3.28 3.08
      Eu/Eu* 0.47 0.46 0.45 0.46 0.35 0.47
      (La/Yb)N 8.62 7.94 5.42 5.68 3.60 6.42
      M 1.12 1.31 1.41 1.42 1.33 1.42
      TZr(℃) 791.00 780.00 799.00 786.00 767.00 796.00
      注:Fe2O3T为全铁; A/CNK=摩尔Al2O3/(CaO+Na2O+K2O); Mg#=100×Mg2+/(Mg2++TFe2+); Eu/Eu*=EuN/(SmN×GdN)1/2; 下标N表示球粒陨石标准化数据, 球粒陨石标准化数值引自Sun and McDonough(1989); M=(Na+K+2×Ca)/(Al×Si)(Watson and Harrison, 1983); TZr=12 900/[2.95+0.85M+ln(496 000/Zrmelt)](Miller et al., 2003); Zrmelt为熔体中Zr含量.
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      表 3  九宫山片麻状花岗岩全岩Sr-Nd同位素分析结果

      Table 3.  Whole-rock Sr and Nd isotopic compositions for the Jiugongshan gneissic granites

      样品号 87Rb/86Sr 87Sr/86Sr ±(2σ) (87Sr/86Sr)i 147Sm/144Nd 143Nd/144Nd ±(2σ) εNd(t) TDM1(Ga) TDM2(Ga)
      08JGS25 7.010 9 0.766 963 0.000 006 0.683 843 0.126 7 0.512 525 0.000 005 5.24 1.09 1.07
      08JGS26 5.212 7 0.772 582 0.000 005 0.710 782 0.131 5 0.512 207 0.000 004 -1.49 1.74 1.62
      08JGS34 5.840 5 0.776 020 0.000 006 0.706 777 0.133 2 0.512 309 0.000 009 0.33 1.59 1.47
      08JGS37 5.922 6 0.777 223 0.000 007 0.707 006 0.131 0 0.512 394 0.000 004 2.23 1.39 1.32
      08JGS38 7.638 3 0.789 728 0.000 005 0.699 170 0.140 0 0.512 474 0.000 005 2.83 1.40 1.27
      08JGS39 4.518 9 0.762 827 0.000 007 0.709 252 0.126 5 0.512 308 0.000 003 1.01 1.47 1.42
      注:(1)87Rb/86Sr和147Sm/144Nd比值用全岩Rb、Sr、Sm和Nd含量(表 2)计算;(2)(87Sr/86Sr)i=(87Sr/86Sr)S+(87Rb/86Sr)S× (eλt-1), λ=1.42×10-11a-1;(3)εNd(t)=[(143Nd/144Nd)S/(143Nd/144Nd)CHUR(t)-1]×104, (143Nd/144Nd)CHUR(t)=0.512 638-0.196 7×(eλt-1);(4)TDM1=1/λ×ln{1+[((143Nd/144Nd)S-(143Nd/144Nd)DM)/((147Sm/144Nd)S-(147Sm/144Nd)DM)]}; TDM2=1/λ×ln{1+[(143Nd/144Nd)S-(143Nd/144Nd)DM-((147Sm/144Nd)S-(147Sm/144Nd)C) ×(eλt-1)]/[ (147Sm/144Nd)C-(147Sm/144Nd)DM]}; 公式中的下标S、CHUR、DM、C分别表示样品测量值、球粒陨石值、亏损地幔值、大陆地壳平均值, (143Nd/144Nd)DM=0.513 15, (147Sm/144Nd)DM=0.213 7, (147Sm/144Nd)C=0.118;λSm-Nd=6.54×10-12a-1; t代表岩浆结晶年龄为830 Ma.
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      表 4  九宫山片麻状花岗岩锆石Hf同位素分析结果

      Table 4.  Zircon Hf isotopic compositions for the Jiugongshan gneissic granites

      点号 176Yb/177Hf 176Lu/177Hf 176Hf/177Hf ±(2σ) 年龄(Ma) (176Hf/177Hf)i εHf(t) ±(2σ) TDM1(Ga) TDM2(Ga) ±(2σ) 年龄点
      08JGS34
      1 0.122 103 0.004 194 0.282 508 0.000 025 830 0.282 442 6.7 0.9 1.15 1.30 0.11 1.1
      2 0.104 305 0.003 471 0.282 478 0.000 027 830 0.282 424 6.0 0.9 1.17 1.34 0.12 2.1
      3 0.123 278 0.004 161 0.282 629 0.000 030 830 0.282 564 11.0 1.1 0.96 1.03 0.13 3.1
      4* 0.087 263 0.002 854 0.282 417 0.000 025 876 0.282 370 5.1 0.9 1.24 1.43 0.11 5.1
      5 0.132 882 0.004 408 0.282 511 0.000 028 830 0.282 442 6.7 1.0 1.15 1.30 0.12 6.1
      6 0.083 596 0.002 901 0.282 535 0.000 021 830 0.282 490 8.3 0.8 1.07 1.19 0.10 7.1
      7* 0.072 873 0.002 501 0.282 622 0.000 023 872 0.282 581 12.5 0.8 0.93 0.96 0.11 8.1
      8* 0.129 814 0.004 245 0.282 662 0.000 031 869 0.282 592 12.9 1.1 0.92 0.94 0.14 11.1
      9 0.110 374 0.003 664 0.282 486 0.000 027 830 0.282 429 6.2 0.9 1.17 1.33 0.12 12.1
      10 0.094 232 0.003 226 0.282 432 0.000 027 830 0.282 382 4.5 1.0 1.23 1.43 0.12 10.1
      11 0.147 145 0.004 766 0.282 471 0.000 028 830 0.282 397 5.1 1.0 1.23 1.40 0.13 13.1
      12 0.081 860 0.002 855 0.282 401 0.000 032 830 0.282 356 3.6 1.1 1.27 1.49 0.14 16.1
      13 0.091 848 0.003 069 0.282 489 0.000 024 830 0.282 441 6.6 0.9 1.14 1.30 0.11 15.1
      14 0.106 146 0.003 382 0.282 407 0.000 029 830 0.282 354 3.5 1.0 1.28 1.49 0.13 18.1
      15 0.108 108 0.003 411 0.282 492 0.000 032 830 0.282 439 6.5 1.1 1.15 1.31 0.14 19.1
      16* 0.104 312 0.003 471 0.282 131 0.000 031 1820 0.282 011 13.7 1.1 1.69 1.63 0.14 20.1
      17 0.162 450 0.005 008 0.282 467 0.000 027 830 0.282 388 4.8 1.0 1.24 1.42 0.12 23.1
      18* 0.048 154 0.001 542 0.281 934 0.000 027 1866 0.281 879 10.1 1.0 1.88 1.89 0.12 22.1
      注:(176Hf/177Hf)i=(176Hf/177Hf)S-(176Lu/177Hf)S×(eλt-1);εHf(t)=10 000×{[(176Hf/177Hf)S-(176Lu/177Hf)S×(eλt-1)]/[(176Hf/177Hf)CHUR, 0-(176Lu/177Hf)CHUR×(eλt-1)]-1};TDM1=1/λ×ln{1+[(176Hf/177Hf)S-(176Hf/177Hf)DM]/[(176Lu/177Hf)S-(176Lu/177Hf)DM]};TDM2=TDM1-(TDM1-t)×[(fCC-fS)/(fCC-fDM)];f=(176Lu/177Hf)S/(176Lu/177Hf)CHUR-1;公式中下标S、CHUR、DM分别表示样品测量值、球粒陨石值、亏损地幔值, fCC, fS, fDM分别为平均地壳、样品和亏损地幔的fLu/Hf;(176Hf/177Hf)CHUR, 0=0.282 772, (176Lu/177Hf)CHUR=0.033 2(Blichert-Toft and Albarède, 1997);(176Hf/177Hf)DM=0.283 25, (176Lu/177Hf)DM=0.038 4, fDM=0.16(Griffin et al., 2000); fCC=-0.55(Griffin et al., 2002); λ=1.867×10-11a-1(Söderlund et al., 2004); t表示年龄,带上标“*”的分析点用单个锆石年龄计算,其余分析点用岩浆结晶年龄(830 Ma)计算.
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    出版历程
    • 收稿日期:  2017-09-15
    • 刊出日期:  2018-03-01

    扬子东南缘新元古代花岗岩的锆石U-Pb年代学、地球化学和Sr-Nd-Hf同位素:对地壳生长的约束

      通讯作者: 马昌前, cqma@cug.edu.cn
      作者简介: 王艳(1985-), 女, 工程师, 硕士, 主要从事地质矿产勘查工作
    • 1. 广东省有色地质勘查院, 广东广州 510080
    • 2. 中国地质大学地球科学学院, 湖北武汉 430074
    • 3. 中国地质大学地质过程与矿产资源国家重点实验室, 湖北武汉 430074
    • 4. 西南交通大学地球科学与环境工程学院, 四川成都 611756
    基金项目:  国家自然科学基金重点项目 40334037湖北省自然科学基金重点项目 2009CDA004国际科技合作计划项目 2007DFA21230教育部和国家外国专家局高等学校学科创新引智计划 B07039

    摘要: 出露于扬子板块东南缘的九宫山片麻状花岗岩侵位于早新元古代双桥山群.通过阴极发光图像分析和LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄测试表明,九宫山岩体的岩浆结晶年龄为830±8 Ma;4个继承锆石分析点给出加权平均值为873±7 Ma的年龄值,可能记录了新元古代早期扬子与华夏板块碰撞产生的岩浆活动.九宫山岩体具有高SiO2(71.83%~74.20%)、高K2O+Na2O(7.06%~7.90%)、低基性组分(∑TiO2+FeOT+MgO=2.64%~4.00%)的含量特征,高K2O/Na2O比值(1.25~1.64),铝饱和指数(A/CNK)为1.03~1.27,主要为弱过铝质花岗岩.岩石具有轻稀土富集的右倾模式和明显的Eu负异常(Eu/Eu*=0.35~0.47),K、Rb、Th、U等大离子亲石元素富集,Sr、P、Nb、Ta、Ti等相对亏损.全岩εNdt)值为-1.49~+5.24,同岩浆锆石和继承锆石的εHft)值分别为3.5±1.0~11.0±1.1、5.1±0.9~12.9±1.1,指示岩浆源区含有显著的新生地壳物质.九宫山岩体可能形成于陆内裂谷环境,由类似双桥山群的变质砂屑岩和火山岩部分熔融形成.区域对比表明,江南造山带新元古代中期花岗岩的Nd-Hf同位素组成具有从东向西逐渐降低的特征,表明该区早新元古代时期新生地壳物质对花岗岩的影响由东向西呈减弱趋势,这可能是扬子与华夏板块碰撞拼合过程中岛弧岩浆作用由东向西逐渐减弱而使新生地壳物质减少所引起.

    English Abstract

      • 新元古代岩浆岩在华南广泛发育,主要分布在扬子板块的周缘地区,而在扬子和华夏板块内部出露较少.近年来的年代学和岩石地球化学研究表明,华南新元古代岩浆岩的形成时代多分布在830~740 Ma(Li et al., 2003a, 2003b, 2005, 2008aZheng et al., 2004, 2008Wang et al., 2006, 2008aWu et al., 2006a, 2007, 2016Zhou et al., 2006a, 2006bZhu et al., 2006Zhang et al., 2009Xin et al., 2017),以发育大量酸性侵入岩和火山岩为特征,基性-超基性岩相对较少.随着Rodinia超大陆聚合与裂解研究的逐步深入,以及华南超级地幔柱的提出(Li et al., 1995, 1999, 2003a, 2003bYang et al., 2015),华南新元古代岩浆岩的成因机制与构造背景成为国内外研究的热点之一.作为扬子与华夏板块的碰撞拼合带(Chen et al., 1991Charvet et al., 1996Li and McCulloch, 1996Li et al., 2002, 2007, 2009),江南造山带对于探讨华南前寒武纪的演化历史有着重要意义.Zheng et al.(2007)通过锆石Hf同位素研究,发现江南造山带西段出露的桂北花岗岩是由古老地壳再造形成,而东段出露的皖南花岗岩则是由中-新元古代新生地壳物质再造形成(Wu et al., 2006aZheng et al., 2008).结合蛇绿岩套、双溪坞弧火山岩和岛弧型花岗岩的研究(Chen et al., 1991Li et al., 1994, 1997, 2008b, 2009Li and Li, 2003Ye et al., 2007Wang et al., 2015),江南造山带东段存在大量早新元古代新生地壳物质,并成为新元古代中期花岗岩的源岩,而西段仅存在少量新生地壳物质再造的记录(Wang et al., 2014).江南造山带新元古代中期花岗岩是否确实存在从西向东受新生地壳物质影响加大的趋势?原因何在?理解这些重要的科学问题,都需要提供江南造山带中段同时代岩浆岩的新证据.

        本文以江南造山带中段九宫山西北部片麻状花岗岩为研究对象,通过系统的锆石U-Pb年代学、岩石地球化学、全岩Sr-Nd同位素和锆石Hf同位素分析,厘定了九宫山岩体的形成时代、岩石成因,并在区域对比基础上,探讨扬子板块东南缘新元古代中期岩浆岩的物源特征、活动规律和早新元古代新生地壳的影响.

      • 华南由扬子板块和华夏板块拼合而成(Chen et al., 1991Li and McCulloch, 1996Li et al., 2002, 2009Wang et al., 2007),扬子板块由太古代-早新元古代的基底和震旦系-新生代的盖层组成.宜昌地区的崆岭杂岩是扬子板块出露的最古老岩石,由太古代-古元古代高级变质的TTG(英云闪长岩、奥长花岗岩和花岗闪长岩)片麻岩、变质沉积岩和角闪岩组成(Gao et al., 1999Qiu et al., 2000Zhang et al., 2006a).近年来的锆石U-Pb同位素定年和Hf同位素研究表明,扬子板块可能存在大量太古代-古元古代地壳(Zhang et al., 2006bZheng et al., 2006).晚古元古代-早新元古代的基底岩石主要出露在扬子板块周缘(Li et al., 2007, 2009),遭受过不同程度的变形和低级-中级变质作用.

        出露于鄂赣边界地区的九宫山新元古代花岗岩体位于扬子板块东南缘江南造山带中段,赣西北九岭新元古代花岗岩基西北约30 km处,出露面积约80 km2(图 1).岩体总体上呈北东-南西向带状展布,发育明显的片麻理构造(图 2a2b),片麻理产状与北东向断层的产状一致,断层附近的岩石变形作用较其他部位更为强烈,并在岩体西北侧见沿断层充填的大型石英脉为岩体边界,表明岩体的变形和分布特征受北东向构造的控制和改造.岩体侵位于双桥山群/冷家溪群浅变质岩系中(在鄂东南和赣北分别称为冷家溪群和双桥山群),该岩系主要由砂岩、粉砂岩、板岩、千枚岩及火山岩组成,其时代已由原先认为的中元古代(秦松贤等, 2002Wang et al., 2004)重新确认为早新元古代(Wang et al., 2007, 2008bZhou et al., 2009),并被晚新元古代的震旦系地层不整合覆盖.岩体西北侧局部与早古生代地层呈断层接触,东南侧被燕山期花岗岩体侵入.岩体与围岩双桥山群/冷家溪群的侵入界线较清楚,接触带部位具有强烈的混染现象,常发育几米宽的混染岩带,并使围岩产生热液接触变质作用.岩体边缘局部含有较多暗色微粒包体(图 2c)及少量围岩捕虏体,部分微粒包体定向排列.

        图  1  (a) 华南地质简图及研究区位置;(b)扬子板块东南缘九宫山岩体地质简图和采样点位置

        Figure 1.  (a) A geological sketch map of South China, with the location of studying area and (b) simplified geological map showing the distribution of the Jiugongshan intrusions and sampling localities at the southeastern margin of the Yangtze Block

        图  2  九宫山岩体野外和显微照片

        Figure 2.  Field photographs and photomicrographs of the rocks from the Jiugongshan intrusion

        九宫山岩体的岩性为黑云二长花岗岩、黑云正长花岗岩,在Q-A-P岩石分类图解上(Streckeisen, 1974),落入正长花岗岩、二长花岗岩区域内(图 3).岩石呈灰白色,具有似斑状结构,基质为细粒-中粗粒花岗结构(图 2a2b2d),从岩体边部到内部基质由细粒逐渐变为中粗粒,具有明显的片麻状构造.斑晶主要为钾长石及少量斜长石,含量为5%~10%,多破碎圆化或呈不规则状,并具有一定的定向性.基质的矿物成分主要为斜长石(为更长石,15%~25%)、钾长石(多为条纹长石和微斜长石,30%~35%)、石英(30%~40%)和黑云母(5%~10%),在斑状细粒黑云二长花岗岩中还含有少量白云母.副矿物有锆石、磷灰石、榍石、Fe-Ti氧化物等.岩石内黑云母定向排列,形成片麻理;石英发育明显的波状消光和变形纹,并见有亚颗粒构造,显示了后期构造运动对岩体的影响.

        图  3  九宫山岩体Q-A-P图解

        Figure 3.  Q-A-P diagram for the Jiugongshan intrusion

        九宫山岩体的围岩(双桥山群/冷家溪群)较老,Wang et al.(2007)通过碎屑锆石定年获得四堡群/冷家溪群的最大沉积年龄是Ca.860 Ma,Wang et al.(2008b)通过LA-ICP-MS锆石U-Pb定年获得双桥山群下部火山岩的结晶年龄为878~879 Ma,因此依据野外关系难以判断九宫山岩体的侵位时代.在1:5万港口幅地质资料中,用K-Ar同位素测年法给出九宫山片麻状花岗岩的形成年龄为126~131 Ma(章泽军等, 1995),并认为其形成时代比相邻的未变形花岗岩要晚(章泽军等, 1995李金平等, 1999).因此,需要对九宫山花岗岩体进行精确的同位素年代学研究.

        本研究所用样品的采样点位置见图 1.进行锆石U-Pb定年和Lu-Hf同位素分析的样品为中粗粒斑状黑云正长花岗岩,样品号为08JGS34,地理坐标为29°25′30″N,114°38′27″E.

      • 样品在机械破碎后,经淘洗、磁选和重液分选,然后在双目镜下挑纯,锆石的分选工作在廊坊市诚信地质服务有限公司利用标准技术进行.在双目镜下挑选出晶形完好、具有代表性的锆石颗粒,将选用的锆石颗粒置于环氧树脂浇铸的样品靶上,之后经磨蚀、抛光和镀金.将待测锆石进行透射光、反射光和阴极发光(CL)照相,以分析锆石的内部结构.锆石阴极发光(CL)图像分析在中国地质科学院矿产资源研究所的JEOL JXA-8900RL型电子探针上完成.

        锆石U-Pb年代学测定在中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室利用激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪(LA-ICP-MS)分析完成.实验使用的ICP-MS为美国Agilent公司生产的Agilent 7500a,激光剥蚀系统为德国MicroLas公司生产的GeoLas 2005,分析所用的激光束斑直径为32 μm,实验过程中采用氦气作载气.锆石U-Pb同位素定年中采用标准锆石91500作外标进行同位素分馏校正,详细的分析流程和仪器参数见文献Liu et al.(2010a, 2010b).锆石测试点的U-Th-Pb元素含量、同位素比值和年龄计算采用软件ICPMSDataCal(Liu et al., 2010a)完成.采用ComPbCorr#3_151的Excel程序(Andersen, 2002)对测试数据进行普通Pb校正,并采用Isoplot/Ex 3.23(Ludwig, 2003)程序进行谐和曲线绘制和加权平均年龄计算.

      • 经过岩相学分析后,选出用于全岩地球化学分析的新鲜岩石样品,并无污染粉碎至200目以下.主量元素分析在国土资源部武汉矿产资源监督检测中心(武汉综合岩矿测试中心)利用Regaku 3080E1型X射线荧光(XRF)光谱仪完成,详细的分析方法见文献Gao et al.(1991),分析精度优于5%.微量、稀土元素分析在中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室利用Agilent 7500a型电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)分析完成.首先称取粉碎至200目的岩石粉末样品50 mg于Teflon溶样弹中,用1.5 mL HNO3+1.5 mL HF使Teflon溶样弹中的样品在195 ℃条件下消解48 h;然后将样品在115 ℃条件下蒸干,加入1 mL HNO3再次蒸干后,用3 mL 30% HNO3将样品在195 ℃条件下再次消解12 h;最后用2% HNO3将样品稀释到~100 g,定容于干净的聚乙烯塑料瓶中,待ICP-MS测定.分析流程用国际标样AGV-2、BHVO-2、G-2和RGM-1进行检测.详细的样品消解处理过程、分析精密度和准确度同文献Liu et al.(2008).

      • 全岩Sr-Nd同位素分析在中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室利用Finnigan Triton型热电离同位素质谱仪(TIMS)完成.首先称取50~100 mg岩石粉末样品于Teflon溶样弹中,加入3 mL HNO3+HF的混合酸使Teflon溶样弹中的样品在195 ℃条件下消解48 h,将样品在115 ℃条件下蒸干.然后采用Dowex AG50WX12阳离子交换树脂分离Rb、Sr和REE,再用Eichrom Ln-Spec树脂分离Sm和Nd,待同位素质谱仪测定Sr、Nd同位素比值.仪器的准确度分别用国际标样SRM NBS987和La Jolla进行检测.测得的87Sr/86Sr和143Nd/144Nd比值分别用86Sr/88Sr=0.119 4和146Nd/144Nd=0.721 9进行标准化.详细的实验步骤和分析方法见文献Ling et al.(2009).计算所用Rb、Sr和Sm、Nd元素的含量为ICP-MS方法测得.

      • 锆石原位Hf同位素分析在中国科学院地质与地球物理研究所多通道等离子质谱实验室利用配有193 nm激光取样系统的Neptune多接收电感耦合等离子质谱仪(LA-MC-ICPMS)完成.锆石Lu-Hf同位素分析点与LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素定年分析点的位置相同.分析时所用的激光束斑直径为60 μm或50 μm,激光脉冲频率为8~10 Hz,激光束脉冲能量为100 mJ/cm2,激光剥蚀时间为26 s.详细的仪器运行条件、分析原理及流程等参见文献Wu et al.(2006b)徐平等(2004).实验过程中,获得标准锆石91500的176Hf/177Hf比值与文献报道的数值(Griffin et al., 2006Wu et al., 2006b)在误差范围内一致.在εHf(t)值计算中,球粒陨石的176Lu/177Hf和176Hf/177Hf比值分别采用0.033 200和0.282 772(Blichert-Toft and Albarède, 1997),在单阶段亏损地幔模式年龄(TDM1)计算中,亏损地幔的176Hf/177Hf和176Lu/177Hf分别使用0.283 25和0.038 40(Griffin et al., 2000),176Lu的衰变常数λ采用1.867×10-11 a-1(Söderlund et al., 2004).

      • 对样品08JGS34的23颗锆石进行了23个分析点的年龄测定,U-Pb同位素分析结果列于表 1.分析样品中的锆石主要为无色透明-浅黄色的自形-半自形晶体,晶形为短柱状或长柱状,部分锆石含有较多的矿物包裹体,晶体粒度变化于50~200 μm,长宽比为1:1~4:1.CL图像显示大多数自形锆石具有较清晰的振荡环带(图 4),少数具有扇形分带,为典型岩浆锆石的内部结构(Corfu et al., 2003).部分锆石颗粒发育核-边结构,可见浑圆状的锆石核.少数锆石具有变弱的阴极发光边和熔蚀边现象,可能受后期变质作用的影响.

        分析点 元素含量(10-6) Th/U 同位素比值 年龄(Ma)
        Pb Th U 207Pb/206Pb ±1σ 207Pb/235U ±1σ 206Pb/238U ±1σ 207Pb/206Pb ±1σ 207Pb/235U ±1σ 206Pb/238U ±1σ
        08JGS34
        1.1 51.7 76 316 0.24 0.067 06 0.001 09 1.286 25 0.021 21 0.138 62 0.001 20 840 20 840 9 837 7
        2.1 36.1 74 215 0.35 0.067 58 0.001 26 1.295 95 0.023 60 0.138 73 0.001 15 856 24 844 10 837 6
        3.1 66.4 54 430 0.13 0.067 24 0.001 21 1.249 75 0.022 14 0.134 30 0.001 06 845 24 823 10 812 6
        4.1 64.0 63 435 0.14 0.067 17 0.001 30 1.181 82 0.022 63 0.127 17 0.001 23 843 24 792 11 772 7
        5.1 43.1 63 243 0.26 0.069 05 0.001 40 1.388 54 0.027 40 0.145 50 0.001 29 900 26 884 12 876 7
        6.1 91.3 84 608 0.14 0.068 96 0.001 08 1.242 20 0.019 13 0.130 17 0.001 07 897 19 820 9 789 6
        7.1 28.6 143 144 0.99 0.068 59 0.001 37 1.310 37 0.024 19 0.138 68 0.001 32 886 23 850 11 837 7
        8.1 16.3 66 81 0.82 0.072 23 0.001 84 1.444 51 0.036 19 0.144 89 0.001 47 992 34 908 15 872 8
        9.1 63.7 64 426 0.15 0.067 98 0.001 10 1.216 35 0.019 82 0.129 08 0.001 23 868 19 808 9 783 7
        10.1 46.9 171 258 0.66 0.068 36 0.001 27 1.287 21 0.023 11 0.136 00 0.001 16 880 23 840 10 822 7
        11.1 46.1 59 265 0.22 0.068 03 0.001 21 1.359 83 0.023 10 0.144 39 0.001 15 869 22 872 10 869 6
        12.1 60.1 65 363 0.18 0.066 08 0.001 03 1.276 40 0.019 58 0.139 52 0.001 15 809 19 835 9 842 6
        13.1 101.1 236 617 0.38 0.065 78 0.000 99 1.207 81 0.018 20 0.132 49 0.001 01 799 19 804 8 802 6
        14.1 65.9 191 363 0.53 0.066 63 0.001 31 1.279 29 0.024 55 0.138 65 0.001 17 826 26 837 11 837 7
        15.1 39.9 51 240 0.21 0.066 14 0.001 85 1.243 35 0.032 05 0.136 34 0.001 46 811 60 820 15 824 8
        16.1 91.3 322 505 0.64 0.068 93 0.001 27 1.282 73 0.024 46 0.134 40 0.001 12 897 26 838 11 813 6
        17.1 62.8 208 315 0.66 0.067 88 0.001 27 1.368 55 0.026 11 0.145 77 0.001 37 865 24 876 11 877 8
        18.1 157.7 1 100 792 1.39 0.066 62 0.001 03 1.170 75 0.018 57 0.126 99 0.000 99 826 20 787 9 771 6
        19.1 48.8 289 227 1.27 0.066 73 0.001 27 1.287 91 0.025 20 0.139 49 0.001 20 830 26 840 11 842 7
        20.1 105.2 83 278 0.30 0.111 23 0.001 58 4.713 81 0.074 78 0.306 20 0.003 03 1 820 15 1 770 13 1 722 15
        21.1 25.1 55 145 0.38 0.068 87 0.002 33 1.303 20 0.041 93 0.137 23 0.001 43 895 71 847 18 829 8
        22.1 89.0 78 232 0.34 0.114 12 0.001 55 4.771 64 0.063 50 0.302 22 0.002 23 1 866 14 1 780 11 1 702 11
        23.1 87.0 646 409 1.58 0.067 82 0.001 01 1.211 58 0.018 72 0.128 94 0.001 02 863 19 806 9 782 6

        表 1  九宫山片麻状花岗岩LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素分析结果

        Table 1.  LA-ICP-MS zircon U-Pb isotope analytical results for the Jiugongshan gneissic granites

        图  4  九宫山岩体代表性锆石的阴极发光(CL)图像及U-Pb年龄(Ma)、εHf(t)值

        Figure 4.  Representative CL images with U-Pb ages (Ma) and εHf(t) values of zircons from the Jiugongshan pluton

        在锆石U-Pb年龄谐和图(图 5)上,4.1、6.1、9.1、18.1与23.1号分析点位于谐和线之下,206Pb/238U年龄为771±6~789±6 Ma,13.1号分析点的206Pb/238U年龄为802±6 Ma,它们的年龄显著低于其余分析点,且比较分散,在CL图像上显示弱分带或者具有熔蚀边,可能受后期变质事件的影响而丢失放射性成因铅引起的.其余分析点的U含量为(81~505)×10-6,Th含量为(51~328)×10-6,Th/U比值为0.13~1.27,属于岩浆锆石.20.1和22.1号分析点的207Pb/206Pb表面年龄分别为1 820±15 Ma和1 866±14 Ma,206Pb/238U年龄分别为1 722±15 Ma和1 702±11 Ma,以单个锆石颗粒存在,具有成分环带,可能为捕虏晶.其余锆石的206Pb/238U年龄明显分为两组,一组的加权平均值为873±7 Ma(95%Conf., MSWD=0.3, n=4),除11.1号分析点外均为继承锆石核,且锆石核多具有熔蚀结构,代表继承锆石年龄;另一组锆石的加权平均值为830±8 Ma(95% Conf., MSWD=3.0, n=11),代表岩浆结晶年龄.

        图  5  九宫山岩体的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄谐和图

        Figure 5.  LA-ICP-MS zircon U-Pb concordia diagram for the Jiugongshan pluton

      • 九宫山西北部片麻状花岗岩6个全岩样品的主量、微量元素分析结果列于表 2.这些样品的总体特征为高硅(SiO2=71.83%~74.20%)、富碱(K2O+Na2O=7.06%~7.90%),高K2O含量(3.97%~4.69%)和高K2O/Na2O比值(1.25~1.64),较低的基性组分含量(∑TiO2+FeOT+MgO=2.64%~4.00%).样品的铝饱和指数(A/CNK值)为1.03~1.27,大多数小于1.1,主要为弱过铝质花岗岩(图 6),所有样品都具有高钾钙碱性特征.九宫山岩体的分异指数DI为88~92,CIPW标准矿物中出现了刚玉分子,但除样品08JGS25(刚玉含量为2.3%)外,其含量较低(0.53%~1.27%).随着SiO2含量的增加,Al2O3、TiO2、Fe2O3T、CaO、Sr和Zr含量减少,K2O和Rb含量增加,而Na2O、MgO、MnO、P2O5、Ba和Eu/Eu*则无明显变化趋势.

        样品号 08JGS25 08JGS26 08JGS34 08JGS37 08JGS38 08JGS39
        SiO2 74.20 72.89 72.36 72.47 73.99 71.83
        TiO2 0.28 0.30 0.38 0.37 0.24 0.39
        Al2O3 13.45 13.74 13.33 13.55 13.04 13.75
        Fe2O3T 1.67 1.98 2.34 2.36 1.71 2.49
        MnO 0.03 0.04 0.05 0.05 0.05 0.05
        MgO 0.87 0.89 0.61 0.62 0.50 0.85
        CaO 0.57 1.14 1.41 1.51 1.04 2.14
        Na2O 2.80 3.43 3.33 3.27 3.16 3.09
        K2O 4.58 4.30 4.53 4.63 4.69 3.97
        P2O5 0.09 0.08 0.10 0.11 0.10 0.08
        H2O+ 0.96 0.71 0.93 0.58 0.92 0.85
        CO2 0.15 0.15 0.22 0.07 0.22 0.11
        总量 99.65 99.65 99.59 99.59 99.66 99.60
        K2O/Na2O 1.64 1.25 1.36 1.42 1.48 1.28
        A/CNK 1.27 1.11 1.03 1.03 1.07 1.04
        Mg# 45.50 41.90 29.50 29.70 31.90 35.40
        Sc 6.26 6.33 7.38 7.12 5.79 8.05
        V 31.60 29.80 32.70 33.60 22.40 41.10
        Cr 15.00 14.50 9.40 10.20 9.00 15.10
        Co 3.96 4.78 4.60 5.03 3.43 6.37
        Ni 6.78 7.32 5.55 5.86 5.04 8.67
        Ga 18.40 16.20 17.00 16.70 15.20 16.30
        Rb 218.00 216.00 180.00 196.00 251.00 174.00
        Sr 90.50 120.80 89.80 96.40 95.80 112.00
        Y 22.00 25.00 43.00 41.80 45.20 38.60
        Zr 134.00 139.00 186.00 163.00 121.00 181.00
        Nb 7.70 7.73 7.55 7.36 6.85 7.04
        Cs 22.30 13.70 9.20 19.30 22.20 14.50
        Ba 542.00 475.00 554.00 574.00 379.00 499.00
        La 24.00 25.10 29.00 29.20 24.00 31.00
        Ce 49.70 52.30 60.30 61.40 51.10 64.90
        Pr 5.92 6.23 7.39 7.53 6.17 7.83
        Nd 21.70 23.00 27.60 28.80 23.20 29.70
        Sm 4.54 5.00 6.09 6.23 5.36 6.22
        Eu 0.67 0.73 0.89 0.95 0.62 0.94
        Gd 4.27 4.66 6.12 6.48 5.49 6.17
        Tb 0.66 0.75 1.07 1.12 1.06 1.05
        Dy 3.81 4.39 6.68 6.91 6.95 6.44
        Ho 0.72 0.86 1.44 1.45 1.53 1.34
        Er 2.05 2.28 3.88 4.05 4.49 3.61
        Tm 0.31 0.35 0.59 0.58 0.74 0.55
        Yb 2.00 2.26 3.84 3.69 4.78 3.46
        Lu 0.29 0.34 0.55 0.54 0.71 0.52
        Hf 4.02 4.12 5.15 4.91 3.97 5.27
        Ta 0.96 0.95 0.66 0.72 1.30 0.74
        Pb 30.30 19.00 29.30 29.30 98.80 28.10
        Th 15.00 15.70 15.40 15.40 16.40 16.80
        U 2.49 2.33 3.37 3.40 3.28 3.08
        Eu/Eu* 0.47 0.46 0.45 0.46 0.35 0.47
        (La/Yb)N 8.62 7.94 5.42 5.68 3.60 6.42
        M 1.12 1.31 1.41 1.42 1.33 1.42
        TZr(℃) 791.00 780.00 799.00 786.00 767.00 796.00
        注:Fe2O3T为全铁; A/CNK=摩尔Al2O3/(CaO+Na2O+K2O); Mg#=100×Mg2+/(Mg2++TFe2+); Eu/Eu*=EuN/(SmN×GdN)1/2; 下标N表示球粒陨石标准化数据, 球粒陨石标准化数值引自Sun and McDonough(1989); M=(Na+K+2×Ca)/(Al×Si)(Watson and Harrison, 1983); TZr=12 900/[2.95+0.85M+ln(496 000/Zrmelt)](Miller et al., 2003); Zrmelt为熔体中Zr含量.

        表 2  九宫山片麻状花岗岩的主量元素(%)和微量元素(10-6)分析结果

        Table 2.  Major (%) and trace element (10-6) data for the Jiugongshan gneissic granites

        图  6  九宫山岩体A/NK-A/CNK图解

        Figure 6.  A/NK vs.A/CNK diagram for the Jiugongshan pluton

        所分析样品具有相似的球粒陨石标准化稀土元素分布型式(图 7a),为轻稀土(LREE)富集的右倾模式,轻、重稀土分异程度中等,(La/Yb)N=3.60~8.62,重稀土(HREE)较平坦,具有明显的Eu负异常(Eu/Eu*=0.35~0.47).LREE较为一致,HREE则有一定范围的变化,样品08JGS38的HREE值明显增加,可能与岩石中含有较多的锆石、磷灰石有关.在原始地幔标准化微量元素“蛛网图”上(图 7b),大离子亲石元素(LILE)Rb、Th、U、K富集,Sr、P和高场强元素(HFSE)Nb、Ta、Ti呈明显负异常.

        图  7  九宫山岩体(a)球粒陨石标准化稀土元素分布型式和(b)原始地幔标准化微量元素蛛网图

        Figure 7.  (a) Chondrite-normalized REE patterns and (b) primitive mantle-normalized trace element spidergrams for the Jiugongshan pluton

        根据锆石阴极发光图像和U-Pb定年结果,九宫山片麻状花岗岩的锆石样品中含有锆石核及单颗粒的继承锆石,说明花岗岩熔体中达到了元素锆饱和.根据Zr含量及主量元素含量,可计算出花岗岩熔体的锆石饱和温度TZr(Watson and Harrison, 1983Miller et al., 2003).根据样品全岩地球化学和元素Zr含量分析结果,计算得到的锆石饱和温度为767~799 ℃(表 2).

      • 九宫山片麻状花岗岩6个全岩样品的Rb-Sr和Sm-Nd同位素分析结果列于表 3,样品的Rb、Sr含量分别为(174.0~250.8)×10-6、(89.8~120.8)×10-6,对应的87Rb/86Sr比值为4.518 9~7.638 3,变化范围较大,指示花岗质岩浆侵位、结晶后其Rb-Sr同位素体系可能受到了外来流体的干扰作用(Zheng, 1989).根据t=830 Ma计算样品的初始(87Sr/86Sr)i比值,样品08JGS25、08JGS38的初始(87Sr/86Sr)i比值明显偏低(分别为0.683 843、0.699 170),可能受外来流体或围岩混染作用的影响,其余样品的初始(87Sr/86Sr)i比值为0.706 777~0.710 782.样品的147Sm/144Nd、143Nd/144Nd比值分别为0.126 5~0.140 0和0.512 207~0.512 525,根据t=830 Ma计算的εNd(t)为-1.49~+5.24,变化范围较大(图 8),对应的单阶段Nd模式年龄(TDM1)为1.09~1.74 Ga,由于多数样品的147Sm/144Nd比值大于0.13,计算的两阶段Nd模式年龄(TDM2)为1.07~1.62 Ga.

        样品号 87Rb/86Sr 87Sr/86Sr ±(2σ) (87Sr/86Sr)i 147Sm/144Nd 143Nd/144Nd ±(2σ) εNd(t) TDM1(Ga) TDM2(Ga)
        08JGS25 7.010 9 0.766 963 0.000 006 0.683 843 0.126 7 0.512 525 0.000 005 5.24 1.09 1.07
        08JGS26 5.212 7 0.772 582 0.000 005 0.710 782 0.131 5 0.512 207 0.000 004 -1.49 1.74 1.62
        08JGS34 5.840 5 0.776 020 0.000 006 0.706 777 0.133 2 0.512 309 0.000 009 0.33 1.59 1.47
        08JGS37 5.922 6 0.777 223 0.000 007 0.707 006 0.131 0 0.512 394 0.000 004 2.23 1.39 1.32
        08JGS38 7.638 3 0.789 728 0.000 005 0.699 170 0.140 0 0.512 474 0.000 005 2.83 1.40 1.27
        08JGS39 4.518 9 0.762 827 0.000 007 0.709 252 0.126 5 0.512 308 0.000 003 1.01 1.47 1.42
        注:(1)87Rb/86Sr和147Sm/144Nd比值用全岩Rb、Sr、Sm和Nd含量(表 2)计算;(2)(87Sr/86Sr)i=(87Sr/86Sr)S+(87Rb/86Sr)S× (eλt-1), λ=1.42×10-11a-1;(3)εNd(t)=[(143Nd/144Nd)S/(143Nd/144Nd)CHUR(t)-1]×104, (143Nd/144Nd)CHUR(t)=0.512 638-0.196 7×(eλt-1);(4)TDM1=1/λ×ln{1+[((143Nd/144Nd)S-(143Nd/144Nd)DM)/((147Sm/144Nd)S-(147Sm/144Nd)DM)]}; TDM2=1/λ×ln{1+[(143Nd/144Nd)S-(143Nd/144Nd)DM-((147Sm/144Nd)S-(147Sm/144Nd)C) ×(eλt-1)]/[ (147Sm/144Nd)C-(147Sm/144Nd)DM]}; 公式中的下标S、CHUR、DM、C分别表示样品测量值、球粒陨石值、亏损地幔值、大陆地壳平均值, (143Nd/144Nd)DM=0.513 15, (147Sm/144Nd)DM=0.213 7, (147Sm/144Nd)C=0.118;λSm-Nd=6.54×10-12a-1; t代表岩浆结晶年龄为830 Ma.

        表 3  九宫山片麻状花岗岩全岩Sr-Nd同位素分析结果

        Table 3.  Whole-rock Sr and Nd isotopic compositions for the Jiugongshan gneissic granites

        图  8  九宫山岩体全岩εNd(t)值-年龄图解

        Figure 8.  Whole-rock εNd(t) values vs.ages diagram for the Jiugongshan pluton

      • 对样品08JGS34中进行U-Pb同位素定年的锆石,挑选18颗进行了Hf同位素测定,锆石Hf同位素分析点与U-Pb年龄分析点的位置相同,分析结果见表 4.它们的176Lu/177Hf变化于0.001 542~0.005 008,176Hf/177Hf变化于0.281 934~0.282 662.两颗古元古代捕获锆石具有低的初始(176Hf/177Hf)i比值(分别为0.281 879、0.282 011),高的εHf(t)值(分别为10.1±1.0、13.7±1.1)(图 9),与同时代亏损地幔值相当;对应的单阶段模式年龄TDM1分别为1.88、1.69 Ga,二阶段模式年龄TDM2分别为1.89±0.12、1.63±0.14 Ga,与锆石U-Pb同位素年龄基本一致(207Pb/206Pb表面年龄分别为1.87±0.01、1.82±0.02 Ga).同岩浆锆石的初始(176Hf/177Hf)i比值变化于0.282 354~0.282 564;εHf(t)值变化于3.5±1.0~11.0±1.1(图 9),加权平均值为6.3±1.2;单阶段模式年龄TDM1变化于0.96~1.28 Ga;二阶段模式年龄TDM2变化于1.03±0.13~1.49±0.14 Ga(图 10),加权平均值为1.32±0.07 Ga,反映其源区以新生地壳物质为主,可能是由新元古代早期新生地壳物质再造而形成.继承锆石的初始(176Hf/177Hf)i比值变化于0.282 370~0.282 592;εHf(t)值变化于5.1±0.9~12.9±1.1(图 9);单阶段模式年龄TDM1变化于0.92~1.24 Ga;二阶段模式年龄TDM2变化于0.94±0.14~1.43±0.11 Ga(图 10).继承锆石多具有高的初始(176Hf/177Hf)i比值、高的εHf(t)值和年轻的TDM2值,其二阶段亏损地幔模式年龄与锆石U-Pb同位素年龄较为接近,表明其源区岩石的形成过程中有明显亏损地幔物质加入.

        点号 176Yb/177Hf 176Lu/177Hf 176Hf/177Hf ±(2σ) 年龄(Ma) (176Hf/177Hf)i εHf(t) ±(2σ) TDM1(Ga) TDM2(Ga) ±(2σ) 年龄点
        08JGS34
        1 0.122 103 0.004 194 0.282 508 0.000 025 830 0.282 442 6.7 0.9 1.15 1.30 0.11 1.1
        2 0.104 305 0.003 471 0.282 478 0.000 027 830 0.282 424 6.0 0.9 1.17 1.34 0.12 2.1
        3 0.123 278 0.004 161 0.282 629 0.000 030 830 0.282 564 11.0 1.1 0.96 1.03 0.13 3.1
        4* 0.087 263 0.002 854 0.282 417 0.000 025 876 0.282 370 5.1 0.9 1.24 1.43 0.11 5.1
        5 0.132 882 0.004 408 0.282 511 0.000 028 830 0.282 442 6.7 1.0 1.15 1.30 0.12 6.1
        6 0.083 596 0.002 901 0.282 535 0.000 021 830 0.282 490 8.3 0.8 1.07 1.19 0.10 7.1
        7* 0.072 873 0.002 501 0.282 622 0.000 023 872 0.282 581 12.5 0.8 0.93 0.96 0.11 8.1
        8* 0.129 814 0.004 245 0.282 662 0.000 031 869 0.282 592 12.9 1.1 0.92 0.94 0.14 11.1
        9 0.110 374 0.003 664 0.282 486 0.000 027 830 0.282 429 6.2 0.9 1.17 1.33 0.12 12.1
        10 0.094 232 0.003 226 0.282 432 0.000 027 830 0.282 382 4.5 1.0 1.23 1.43 0.12 10.1
        11 0.147 145 0.004 766 0.282 471 0.000 028 830 0.282 397 5.1 1.0 1.23 1.40 0.13 13.1
        12 0.081 860 0.002 855 0.282 401 0.000 032 830 0.282 356 3.6 1.1 1.27 1.49 0.14 16.1
        13 0.091 848 0.003 069 0.282 489 0.000 024 830 0.282 441 6.6 0.9 1.14 1.30 0.11 15.1
        14 0.106 146 0.003 382 0.282 407 0.000 029 830 0.282 354 3.5 1.0 1.28 1.49 0.13 18.1
        15 0.108 108 0.003 411 0.282 492 0.000 032 830 0.282 439 6.5 1.1 1.15 1.31 0.14 19.1
        16* 0.104 312 0.003 471 0.282 131 0.000 031 1820 0.282 011 13.7 1.1 1.69 1.63 0.14 20.1
        17 0.162 450 0.005 008 0.282 467 0.000 027 830 0.282 388 4.8 1.0 1.24 1.42 0.12 23.1
        18* 0.048 154 0.001 542 0.281 934 0.000 027 1866 0.281 879 10.1 1.0 1.88 1.89 0.12 22.1
        注:(176Hf/177Hf)i=(176Hf/177Hf)S-(176Lu/177Hf)S×(eλt-1);εHf(t)=10 000×{[(176Hf/177Hf)S-(176Lu/177Hf)S×(eλt-1)]/[(176Hf/177Hf)CHUR, 0-(176Lu/177Hf)CHUR×(eλt-1)]-1};TDM1=1/λ×ln{1+[(176Hf/177Hf)S-(176Hf/177Hf)DM]/[(176Lu/177Hf)S-(176Lu/177Hf)DM]};TDM2=TDM1-(TDM1-t)×[(fCC-fS)/(fCC-fDM)];f=(176Lu/177Hf)S/(176Lu/177Hf)CHUR-1;公式中下标S、CHUR、DM分别表示样品测量值、球粒陨石值、亏损地幔值, fCC, fS, fDM分别为平均地壳、样品和亏损地幔的fLu/Hf;(176Hf/177Hf)CHUR, 0=0.282 772, (176Lu/177Hf)CHUR=0.033 2(Blichert-Toft and Albarède, 1997);(176Hf/177Hf)DM=0.283 25, (176Lu/177Hf)DM=0.038 4, fDM=0.16(Griffin et al., 2000); fCC=-0.55(Griffin et al., 2002); λ=1.867×10-11a-1(Söderlund et al., 2004); t表示年龄,带上标“*”的分析点用单个锆石年龄计算,其余分析点用岩浆结晶年龄(830 Ma)计算.

        表 4  九宫山片麻状花岗岩锆石Hf同位素分析结果

        Table 4.  Zircon Hf isotopic compositions for the Jiugongshan gneissic granites

        图  9  九宫山岩体锆石U-Pb年龄-εHf(t)值图解

        Figure 9.  Zircon εHf(t) values vs.U-Pb ages diagram for Jiugongshan pluton

        图  10  九宫山岩体锆石Hf模式年龄(TDM2)柱状图

        Figure 10.  Histogram of two-stage model Hf ages for the Jiugongshan pluton

      • 前人对九宫山片麻状花岗岩的定年仅有K-Ar法同位素年龄126~131 Ma(章泽军等, 1995).本文通过锆石CL图像分析和锆石微区原位定年发现,九宫山片麻状花岗岩中存在大量约830 Ma的锆石,这些锆石为自形晶体,并具有清晰的岩浆型韵律环带,因此锆石U-Pb年龄830±8 Ma代表了九宫山片麻状花岗岩的形成年龄,说明其形成时代为新元古代中期,而非早先认为的白垩纪.九宫山岩体的形成年龄与赣西北九岭花岗闪长岩(SHRIMP锆石U-Pb年龄819±9 Ma、828±8 Ma,Li et al., 2003a钟玉芳等, 2005)、皖南许村、歙县、休宁花岗闪长岩(SHRIMP锆石U-Pb年龄823±8 Ma,Li et al., 2003a;LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄824±6 Ma,Wu et al., 2006a)和桂北本洞、三防、元宝山岩体(SHRIMP锆石U-Pb年龄分别为819±9 Ma、826±10 Ma、824±4 Ma,Li, 1999)基本一致,表明扬子板块东南缘江南造山带广泛发育819~830 Ma时期的岩浆活动.

        此外,在九宫山岩体中存在部分约870 Ma的年龄分析点,这些分析点主要位于锆石核部,为残留的继承锆石,U-Pb年龄873±7 Ma为继承锆石的形成年龄.同样,在赣西北九岭花岗闪长岩样品中也含有较多870~910 Ma的锆石(Li et al., 2003a钟玉芳等, 2005),皖南许村、歙县和休宁花岗闪长岩样品中含有大量870~890 Ma的继承锆石(Li et al., 2003aWu et al., 2006a).这些继承锆石的U-Pb年龄表明扬子板块东南缘在约870~910 Ma发生了广泛的岩浆活动,可能与扬子和华夏板块之间的弧-陆碰撞作用有关.九宫山岩体的样品中含有207Pb/206Pb表面年龄分别为1 820±15 Ma和1 866±14 Ma的两颗锆石,并为自形晶体,可能为捕获锆石,反映扬子板块东南缘存在古元古代的结晶基底.

      • 九宫山岩体的岩性为黑云二长花岗岩、黑云正长花岗岩,样品中无角闪石,而在岩体边部的斑状细粒黑云二长花岗岩中含有少量白云母,类似于富黑云母过铝质花岗岩类(CPG).岩体具有高的SiO2含量(71.83%~74.20%)、全碱含量(K2O+Na2O=7.06%~7.90%)和Rb含量(174×10-6~251×10-6),低的基性组分(∑TiO2+FeOT+MgO=2.64%~4.00%)和Sr含量(90×10-6~121×10-6),高的A/CNK值(1.03~1.27)和K2O/Na2O比值(1.25~1.64),CIPW标准矿物计算结果中含有刚玉分子(含量为0.53%~2.30%),属于高钾钙碱性弱过铝质花岗岩.岩体的初始(87Sr/86Sr)i比值为0.706 777~0.710 782(样品08JGS25、08JGS38除外),显示壳源岩浆岩的特征.

        本文所研究九宫山片麻状花岗岩与赣西北九岭、皖南新元古代花岗闪长岩具有一致的LREE富集的右倾模式、相似的微量元素分布型式(如富集LILE、亏损HFSE)(图 7)、偏高的Nd同位素组成(图 8).九岭花岗闪长岩被解释为是由类似双桥山群的变质沉积岩(主要是贫粘土、富斜长石的砂屑岩)部分熔融而形成(Li et al., 2003a),皖南花岗闪长岩则被解释为由中-新元古代新生地壳再造而形成(Wu et al., 2006a).九宫山岩体中同岩浆锆石的εHf(t)值均为正值(3.5±1.0~11.0±1.1),模式年龄为1.03±0.13~1.49±0.14 Ga,显示其源区含有较多早新元古代的新生地壳物质.

        九宫山片麻状花岗岩的全岩εNd(t)值为-1.49~+5.24,Nd模式年龄为1.07~1.62 Ga,与赣北双桥山群变质沉积岩和火山岩的全岩εNd(830 Ma)值(-5.29~+2.93)和Nd模式年龄(1.26~1.93 Ga)具有较好的一致性(图 8).同时,花岗岩中继承锆石年龄(873±7 Ma)与双桥山群火山岩(石英角斑岩和凝灰岩)形成年龄在误差范围内一致(878±5 Ma和879±6 Ma, Wang et al., 2008b),继承锆石εHf(t)值(5.1±0.9~12.9±1.1)接近于双桥山群火山岩锆石εHf(880 Ma)值(3.3~14.7、7.3~18.8,Wang et al., 2008b),均具有很高的正值,表明九宫山片麻状花岗岩可能是由类似于双桥山群的变质砂屑岩和火成岩部分熔融而形成.

        九宫山片麻状花岗岩具有明显的Eu负异常,但Eu/Eu*与SiO2、Sr(Ba)与Eu/Eu*之间并没有明显的相关性(图 11),表明长石的分异作用在花岗岩形成过程中并不显著,样品的Eu负异常可能是其源岩部分熔融的结果.花岗岩的地球化学特征可以很好的反映其源岩特征,如九宫山花岗岩与赣北双桥山群岩石具有一致的富集LILE、亏损HFSE等特征,说明九宫山岩体类似“岛弧岩浆”的特征是从源岩中继承而来的.

        图  11  九宫山岩体(a)Eu/Eu*-SiO2、(b)Sr-Eu/Eu*和(c)Ba-Eu/Eu*图解

        Figure 11.  Diagrams of (a) Eu/Eu* vs. SiO2, (b) Sr vs. Eu/Eu* and (c) Ba vs. Eu/Eu* for the Jiugongshan pluton

      • 在江南造山带东段,皖南和赣东北蛇绿岩的Sm-Nd同位素年龄约为970 Ma(Chen et al., 1991Li et al., 1997);赣东北蛇绿岩套中埃达克质花岗岩的SHRIMP锆石U-Pb年龄为968±23 Ma(Li et al., 1994);赣东北蛇绿岩套中逆冲型花岗岩的SHRIMP锆石U-Pb年龄为880±19 Ma(Li et al., 2008b);赣东北蛇绿岩套中辉长岩的SIMS锆石U-Pb年龄为993±12~995±22 Ma(Wang et al., 2015);浙北双溪坞群中部与上部岛弧火山岩的SHRIMP锆石U-Pb年龄分别为926±15 Ma和891±12 Ma(Li et al., 2009);幔源岩浆结晶分异形成的浙北桃红、西裘花岗岩岩体SHRIMP锆石U-Pb年龄分别为913±15 Ma和905±14 Ma(Ye et al., 2007);浙北板片窗岩浆活动形成的高Mg闪长岩、富Nb玄武玢岩、斜长花岗岩的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄分别为932±7 Ma、916±6 Ma和902±5 Ma(陈志洪等, 2009);皖南伏川蛇绿岩附近由被俯冲板片流体和熔体改造的亏损地幔楔部分熔融形成的辉长-闪长杂岩体的结晶年龄为870~860 Ma(Cui et al., 2017);赣东北弋阳地区岛弧成因安山岩的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为864±14~871±7 Ma(Yao et al., 2015).以上研究结果表明,早新元古代时期(995~860 Ma)扬子板块东南缘可能处于活动大陆边缘,在其东段发育广泛的幔源岩浆活动,产生了大量新生地壳,这些新生地壳不仅构成了江南造山带东段的重要变质基底,而且成为新元古代中期花岗岩的主要物源.

        据锆石U-Pb年代学研究,桂北、赣西北花岗岩体中含有早新元古代的锆石年龄分析点(Li, 1999Li et al., 2003a钟玉芳等, 2005Wang et al., 2006钟玉芳, 2007),九宫山岩体中含有少量的早新元古代继承锆石,指示江南造山带中-西段可能也存在早新元古代的岩浆作用.桂北花岗岩具有较低的全岩εNd(t)值(-9.03~-2.94,图 8Li et al., 2003aWang et al., 2006)和锆石εHf(t)值(-10.6~-0.6,图 9王孝磊等, 2006Zheng et al., 2007),模式年龄为古元古代-中元古代早期,主要由古老地壳物质再造形成,明显不同于皖南、赣西北九岭花岗闪长岩和九宫山片麻状花岗岩,反映江南造山带西段与中、东段存在较大差异,其基底以古老地壳物质为主,新生地壳组分可能很少.九宫山花岗岩具有高的锆石εHf(t)值(3.5±1.0~11.0±1.1,图 9)和较高的全岩εNd(t)值(-1.49~+5.24,图 8),继承锆石(Ca.873 Ma)具有与同时代亏损地幔相当的εHf(t)值(5.1±0.9~12.9±1.1),指示花岗岩形成的物源主要为新生地壳物质,研究区可能存在早新元古代幔源岩浆活动.赣西北九岭花岗闪长岩的锆石εHf(t)值主要为正值(-3.9~13.3,图 9钟玉芳, 2007),部分样品的全岩εNd(t)值较高(-0.2~-0.6,图 8Li et al., 2003a钟玉芳, 2007),接近于零,与皖南花岗岩类似(Li et al., 2003aWu et al., 2006a),部分样品的全岩εNd(t)值则较低(-6.2~-2.0),反映其源区可能既存在新生地壳组分又含有古老地壳物质.上述现象表明,江南造山带中段变质基底中含有一定组分的早新元古代新生地壳物质,为新元古代中期岩浆活动提供了重要物源.

        综合分析表明,在江南造山带东段广泛发育早新元古代岛弧岩浆岩,且存在大量早新元古代新生地壳物质再造的记录,中段则同时存在新生地壳与古老地壳物质的再造,而西段只有古老地壳物质再造,即早新元古代新生地壳物质对江南造山带新元古代中期岩浆作用的影响呈由西向东增大的趋势.江南造山带早新元古代基底岩石的研究同样表明,从西段桂北四堡群到中段赣北双桥山群以至东段浙北双溪坞群,存在相似的变化规律,如四堡群火山岩的εNd(t)值为-8.47~1.44(韩发等, 1994李献华, 1996Zhou et al., 2004),主要为负值;双桥山群火山岩的εNd(t)值为-0.20~3.31(Chen and Jahn, 1998);双溪坞群火山岩的εNd(t)值为3.42~8.57(沈渭洲等, 1991徐步台和邱郁双, 1996Li et al., 2009) (用t=900 Ma计算)(图 12).

        图  12  江南造山带早新元古代火山岩εNd(900 Ma)值柱状图

        Figure 12.  Histogram of εNd(900 Ma) values for the early Neoproterozoic volcanics at the Jiangnan orogeny

        对于江南造山带新元古代中期花岗岩以及早新元古代基底岩石Nd-Hf同位素组成的变化规律,Wang et al.(2014)认为早新元古代时期在江南造山带东段生成大量新生地壳,造山带中段和西段逐渐远离东段的岛弧地体,早新元古代基底岩石沉积成岩期从东段获得的新生地壳物质逐渐变少,从而引起基底岩石和基底岩石熔融所成新元古代中期花岗岩的全岩εNd(t)值和锆石εHf(t)值从东向西逐渐降低.然而,根据近几年的研究成果,在江南造山带中段陆续发现早新元古代时期新生地壳生长的证据,Zhang et al.(2013)在湘东北、赣西北地区冷家溪群/双桥山群发现结晶年龄分别为860±20 Ma、847±18 Ma的玄武岩、粒玄岩,其全岩εNd(t)值为1.30~9.36;Yao et al.(2014)在湘东北浏阳地区冷家溪群发现结晶年龄为860 Ma的粒玄岩.造山带中段冷家溪群/双桥山群玄武岩、粒玄岩的形成时间(Ca.860 Ma)稍晚于东段双溪坞群火山岩(中部、上部岛弧火山岩的形成时间分别为926±15 Ma、891±12 Ma,Li et al., 2009).

        因此,我们认为引起江南造山带新生地壳对新元古代中期花岗岩影响发生变化的原因可能与扬子和华夏板块间的“斜向穿时碰撞”过程有关,东段最早发生拼合,随着洋壳的不断斜向俯冲,扬子与华夏板块间的洋盆由东向西逐渐闭合,东段岛弧岩浆作用加剧,中段产生相对较弱的岛弧岩浆作用,西段岛弧岩浆作用最弱,使江南造山带早新元古代新生地壳物质由东向西逐渐减少.

      • 目前,对华南新元古代中期岩浆岩的构造背景仍存在很大争议,主要有3种不同的解释模型:(1)地幔柱-裂谷模型(Li et al., 1999, 2003a, 2003b, 2006, 2008a),认为它们形成于板内非造山环境,显示830~795 Ma和780~745 Ma两阶段岩浆活动的特点,很可能与导致Rodinia超大陆裂解的两次地幔柱/超级地幔柱活动有关,华南在新元古代时期位于劳伦古陆和澳大利亚-东南极大陆之间;(2)板片-岛弧模型(Zhou et al., 2002a, 2002b, 2004, 2006a, 2006b, 2009Wang et al., 2004, 2006Zhao et al., 2008Zhao and Zhou, 2013),认为华南新元古代岩浆岩是与扬子板块周边的洋壳俯冲消减、弧-陆或陆-陆碰撞造山作用有关的大陆边缘岩浆弧,华南在新元古代时期是被消减大洋岩石圈俯冲带包围起来的孤立陆块或位于Rodinia超大陆的边缘;(3)板块-裂谷模型(Wu et al., 2006aZheng et al., 2007, 2008),认为华南新元古代岩浆活动是早期弧-陆碰撞造山带拉张垮塌和晚期大陆裂谷再造的产物.

        对扬子与华夏板块的碰撞拼合时间也存在较大争议,一种解释认为在中元古代晚期到新元古代早期(Li et al., 2002, 2006, 2007, 2008b, 2009Wu et al., 2006aZheng, 2008),另一种观点认为在新元古代中期或更晚(Zhou et al., 2002b, 2004Wang et al., 2004, 2007).四堡造山变质、变形作用主要在早于900 Ma的岩石中有记录(如天里片岩、赣北蛇绿岩套和双溪坞群岛弧岩石等),而在晚于880 Ma的岩石中则变形很少、变质程度很低(Chen et al., 1991Li and Li, 2003Li et al., 2007, 2009Ye et al., 2007);沿江南造山带具有岛弧成因的岩浆活动主要分布在995~860 Ma(Li et al., 1994, 2008b, 2009Ye et al., 2007Wang et al., 2015Yao et al., 2015Cui et al., 2017).因此,扬子板块与华夏板块可能在880~860 Ma完成碰撞并最终拼合在一起(Li et al., 2008b, 2009).

        浙北上墅组玄武岩-流纹岩SHRIMP锆石U-Pb年龄为792±5 Ma(Li et al., 2008a);浙北道林山花岗岩-辉绿岩SHRIMP锆石U-Pb年龄为794±9 Ma(Li et al., 2008a);赣东北桃源组双峰式火山岩SHRIMP锆石U-Pb年龄为Ca.819 Ma(王剑, 2005);华夏板块西北缘马面山群玄武岩-流纹岩的SHRIMP锆石U-Pb年龄为818±9 Ma(Li et al., 2005).上述研究成果表明,在新元古代中期沿江南造山带发育一系列双峰式岩浆活动,指示该区在820~790 Ma时期处于伸展构造环境.

        结合扬子板块东南缘Ca.850 Ma期间板内成因双峰式火山岩和碱性岩的研究成果(Li et al., 2010a, 2010bLyu et al., 2017),江南造山带的构造体制可能在860~850 Ma时期从板块汇聚转变成了陆内裂谷环境.因此,我们认为九宫山西北部片麻状花岗岩可能形成于非造山伸展环境,是陆内裂谷作用的产物,可能与Rodinia超大陆的裂解作用有关.

      • (1) 九宫山岩体的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为830±8 Ma,与江南造山带内出露的皖南、赣西北九岭和桂北岩体的形成年龄基本一致.残余锆石核给出873±7 Ma的继承锆石年龄,它们可能为扬子与华夏板块碰撞时的岩浆作用产物.

        (2) 九宫山岩体的εNd(t)值主要为正值,同岩浆锆石具有不均一的正εHf(t)值,继承锆石具有高的正εHf(t)值,且其模式年龄与U-Pb同位素年龄较一致,指示岩浆源区含有显著的新生地壳物质.岩体与赣北双桥山群变质沉积岩、火山岩具有较一致的εNd(t)值和Nd模式年龄,表明九宫山岩体可能是由类似双桥山群的变质砂屑岩和火成岩部分熔融而形成.九宫山岩体可能形成于非造山伸展环境,是陆内裂谷作用的产物,可能与Rodinia超大陆的裂解作用有关.

        (3) 根据赣西北九岭岩体与九宫山岩体的Nd-Hf同位素特征,江南造山带中段变质基底中含有较多早新元古代新生地壳物质.新生地壳对江南造山带新元古代中期花岗岩的影响呈由东向西减弱的趋势,这可能是扬子与华夏板块的碰撞拼合过程中,岛弧岩浆作用由东向西逐渐减弱而使新生地壳物质逐渐减少所引起.

    参考文献 (106)

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