华夏古陆一个新的地质块体

华夏古陆一个新的地质块体

中新世是一个有争议的地质遗迹。自从Grabau(1924)提出“华夏古陆”的认识以来,它经历了多次肯定与否定的反复论证过程。特别是上世纪90年代初,由于一大批早元古代同位素年代学资料在浙南—闽北及其周边地区的获得,“华夏古陆”又被重新提出。但是,由于上述古元古代的岩石仅限于浙南—闽北一带,而其它一些古老年龄数据又都是从碎屑锆石或继承锆石中获得,因此,对于华夏地块是否普遍存在古老结晶基底,或者说“华夏古陆”究竟有多大仍有不同认识(李献华等,1991,1998;Chenetal.,1998;邓平等,2002,于津海等,2002,2005;胡受奚等,2006;舒良树,2006)。另一方面,大量显生宙花岗岩的Nd同位素资料显示,华夏地块的深部普遍存在一个具有古元古代模式年龄的陆壳组分(沈渭洲等,1993,1999,2003;Chenetal.,1998;于津海等,2006a)。因此,如何解释这些Nd同位素和年代学资料也是正确认识华夏地块形成和演化的关键。目前,人们习惯于使用“华夏地块”(CathaysiaBlock)来描述扬子东南缘江南造山带以南的华南大陆,可能还包括部分“沉入”东海和南海的陆块。在此,地块(block)更多的是一个地理上的概念,并没有确切的地质含义和时间的概念,即并非对应于“古陆”。多见于外文文献中的Cathaysia或Cathaysiablock已与Grabau(1924)最初的定义相差甚远。1中国—地质概况华夏地块属于华南地块的一部分,位于扬子克拉通的东南侧,呈北东向展布。两个地块的分界线在东北部较为清楚(以江绍断裂为界),而在中部和西南部则不太清楚。通常以板溪群,冷家溪群或双桥山群等元古代地层出露的“江南造山带”的南缘为界。近年来,对扬子地块的研究取得了极大的进展,特别是大量新的年代学资料的发表使人们对于扬子地块的性质及其演化有了新的认识。其主要成果在于:(1)扬子地块存在非常古老的地质体,在北部崆岭地区出露的奥长花岗质片麻岩和混合岩形成于2.90~2.95Ga(Qiuetal.,2000;Zhangetal.,2006;Zhengetal.,2006);对几个地点煌斑岩中捕虏锆石的年代学研究揭示了扬子地块深部可能普遍存在一个新太古代基底(Zhengetal.,2006);扬子地块同样发育古元古代(1.9~2.0Ga)的岩浆活动(Zhangetal.,2006;Zhengetal.,2006)。这些数据说明华南的扬子地块具有古老的结晶基底。(2)在扬子地块的周边(特别是“江南造山带)发育大量新元古代具有弧特征的基性岩浆和花岗质岩浆活动(LiXHetal.,1999,2003;Zhouetal.,2002a,2002b;LiZXetal.,2003;Zhengetal.,2004;Wangetal.,2006;Wuetal.,2006);它们主要形成于820~830Ma,而扬子北缘的则以720~770Ma为主(Zhengetal.,2004)。说明在新元古代围绕扬子克拉通发生的是以大洋俯冲和弧-陆碰撞为特征的地壳增生。在华夏地块出露的地质体主要是各个时代变质或没有变质的沉积岩和以中生代花岗岩为主的岩浆岩。除了在浙南、闽北地区有古元古代和新元古代变质火成岩出露外(甘晓春等,1993,1995;李献华等,1998;LiWXetal.,2005),华夏地块的火成岩主要是在加里东以后形成的,而地层大多形成于中元古代以后。根据已有的年代学资料以及构造变形和变质岩组合,邓平等(2002)曾将华夏地块的结晶基底划分出浙东南—闽西北、赣中—赣南和云开大山三个地区。但是,作者认为有些Sm-Nd等时线年龄的可信度较低,因为它们的147Sm/144Nd比值变化很小(<0.05),而另一些等时线的样品显然没有满足同源的必要条件。另一方面,仅根据一颗或几颗锆石的蒸发法年龄(即使是稀释法的207Pb/206Pb年龄)来确定地层时代也是不准确的。根据近年来发表的锆石U-Pb年龄和以往可信的年代学资料,作者将华夏地块分成两个区:武夷山区和南岭—云开地区。武夷山区包括浙西南、闽西和赣东。2现代研究数据2.1中元古代地层的形成武夷山区可靠的锆石U-Pb年代学工作始于20世纪90年代。胡雄健(1994)和甘晓春等(1993,1995)用单颗粒锆石稀释法在浙南和闽北获得了一批古元古代年龄,其中包括下际花岗岩1975±80Ma,里庄花岗岩1870±36Ma,田后花岗闪长岩1832±80Ma,三枝树混合岩1863±44Ma,淡竹岩体1878±27Ma和田奔岩体1889±95Ma等。此外,还获得八都群斜长角闪岩、泉坑花岗岩和竹口伟晶岩的锆石207Pb/206Pb年龄分别是1831±1Ma,1755±3Ma和1743±8Ma。随后李献华等(1998)用SHRIMP方法精确测定了闽西北建宁县天井坪组中的斜长角闪岩的形成时代,获得谐和年龄为1766±19Ma,否定了此地层为太古代的观点。LiWX等(2005)也用SHRIMP法测定了马面山群中双峰式火山岩的形成时代,获得锆石U-Pb年龄是818±9Ma,证明马面山群是新元古代地层,而非通常所认为的中元古代地层。最近,万渝生等对闽西北的许多变质地层进行了系统的SHRIMP定年和地球化学研究(Wanetal.,2006),重新厘定了该地区前寒武纪地层的时代。在天井坪组的黑云片麻岩中获得7个年轻锆石的加权平均值是1790±19Ma,其他16个继承锆石的年龄变化于2.8~2.0Ga,这些分析数据近似于李献华等(1998)的结果,说明闽西北确实存在古元古代地质体。但对闽西北另一个黑云片麻岩(原来也定为天井坪组)的定年获得了完全不同结果,其8个分析点的年龄变化于622~528Ma。显然它不属于天井坪组,而可能是后期断裂构造作用将它们“拼贴”到一起的。对闽北麻源群大金山组和南山组两个样品的定年也明显不同。大金山含矽线石片麻岩中4个继承核的年龄变化于2.34~1.57Ga,而其他碎屑锆石的年龄变化于1383~583Ma,两个最年轻的谐和锆石年龄分别是643Ma和780Ma,说明该地层形成于新元古代,即麻源群并非古元古代的地层。从三个增生边获得的谐和年龄加权平均值是458±6Ma,显示了加里东变质作用的叠加。南山黑云片麻岩中15个继承锆石的年龄集中在~2.7Ga,2.6~2.5Ga和~1.8Ga;而其他9个岩浆成因锆石的加权平均年龄是807±12Ma,说明该地层形成于新元古代。对万全群和马面山群变质火山岩的定年,得到的年龄分别是728±8Ma(13个点)和751±7Ma(14个点);万全群还有一颗继承锆石的年龄是2.30Ga。对迪口组和交溪组的定年分析显示两者都含丰富的1.0~0.8Ga锆石(分别有12个和8个分析点),前者其他11颗锆石的年龄集中在~2.8,~2.5,~1.8和~1.6Ga;而后者中有4颗锆石的年龄集中在~2.5Ga,另有一颗锆石的谐和年龄达3.6Ga。这些数据表明迪口组和交溪组都应形成于0.8Ga以后,与万全群和马面山群相似,都形成于新元古代,而非过去认为的中元古代地层(庄建民等,2000)。出露于武夷山南段闽西南地区的桃溪组也曾被认为是古元古代的(庄建民等,2000)。作者对出露于桃溪地区的多个样品进行过定年研究。对一个泥质麻粒岩37颗锆石的46次U-Pb同位素LAM-ICPMS分析显示,新生的深熔锆石和增生锆石都形成于早古生代(~480Ma和~443Ma),而属于原岩的碎屑锆石的形成时代广,主要集中于~736Ma(图1a),少量形成于~2500Ma(于津海等,2005)。对另一个变粒岩中18颗锆石的21次分析显示大多数碎屑锆石的年龄集中在580~740Ma,少量老年龄锆石的谐和性较差,但可以大致构成一条不一致曲线,其上交点年龄为1890±80Ma(图1b,图2),与北武夷山地区的许多年龄一致。尽管没有明显的高级变质作用的矿物组合,但该岩石中也含丰富的变质(或深熔)增生锆石,年龄大多变化于414~493Ma,有一颗为393Ma,说明加里东运动同样对其产生了强烈的影响。这两个样品中谐和性>90%的最年轻的碎屑锆石的年龄是588和581Ma,说明它们形成时代相当。该年龄限定了桃溪群最早是新元古代晚期形成的,而不可能是古元古代地层。2.2原岩的形成时代南岭地区前寒武纪的研究相对薄弱,因为在该地区出露的最老的地层是震旦纪的,而且都属于浅变质岩。但是最近也有一些研究认为该地区存在中元古代的地质体(刘邦秀等,2001;陈忠权等,2001;毛孟才等,2002)。但遗憾的是这些年龄多由蒸发法获得,而且分析个数极少(1~2个),所以很难准确限定地质体的形成时代,尤其对沉积地层。最近,Xu等(2005)和丁兴等(2005)分别对粤北南雄地区的澜河片麻岩和粤东和平县的古寨岩体进行了较详细的锆石U-Pb定年。对21颗锆石的分析结果显示澜河片麻岩的物质主要形成于中元古代(1.2~1.7Ga)和新太古代(2.7~2.5Ga),只有少量形成于Grenville期至晚新元古代(Xuetal.,2005)。其中最年轻的谐和锆石年龄是856Ma,指示该片麻岩的原岩形成于856Ma之后。对古寨花岗岩中36颗锆石的定年结果显示其源区成分是及其复杂的,年龄变化于3107~537Ma,主要集中于900~1100Ma的Grenville期,并含相当数量的新太古代和中元古代的锆石(图1c)。这表明该花岗岩的源区是沉积岩,而其沉积时代应晚于537Ma。作者近年来开展了对南岭地区一些基底变质岩的研究(于津海等,2005,2006a,2006b)。对粤东龙川县一个黒云片麻岩中38颗碎屑锆石的定年分析显示,所含锆石具有很广的年龄谱(图1d),其中最明显的年龄峰出现在~2.57Ga,第二个弱的峰是在~1.1Ga,其他锆石年龄主要变化于中元古代—新元古代,但有两颗锆石形成于中太古代(2915~3012Ma)。对南雄地区潭溪片麻岩(靠近澜河)中56颗碎屑锆石进行了58次定年分析,它们的年龄变化于3755~545Ma,并出现~970Ma和~2500Ma两个明显的年龄峰(图1e),前一个峰值年龄与Grenville造山期相当,后一个峰期与世界范围内的新太古代晚期的岩浆活动和高级变质时代一致,这些特征相似于龙川片麻岩而不同于附近的澜河片麻岩(Xuetal.,2005;于津海等,2006a)。岩石中还包含了许多其它时代的锆石,其中一颗最老的锆石形成于古太古代(3755Ma),其谐和性为96%,这是在华南发现的最老的锆石,也是第一次在华夏地块发现有古太古代物质。另有3颗锆石形成于3.0~3.2Ga,它们的上交点年龄是3284±86Ma,证明华夏地块确实存在非常古老的陆壳物质。岩石中还包相当数量的中元古代(1.7~1.4Ga)和少量新元古代(0.90~0.55Ga)的碎屑物质(图1e)。潭溪片麻岩和龙川片麻岩中最年轻的碎屑锆石年龄分别是545和548Ma,由于这些岩石被加里东花岗岩侵入或被寒武-奥陶纪地层覆盖,因此,它们的原岩应该是形成于新元古代的最晚期至古生代最早期。此外,潭溪片麻岩中的一颗独居石的U-Pb年龄是276Ma,而龙川中有6颗新生锆石形成于221~247Ma,说明岩石的变质作用都发生在海西-印支期。2.3锆石u-pb年龄云开地区存在高级变质作用,人们都寄希望在此发现古老的地壳,曾开展过许多岩石学和年代学研究(陈斌等,1994;周汉文,1994;庄文明等,1995;张志兰等,1997;黄圭成等,2001;彭松柏等,2006)。但是,由于加里东期高级变质作用和岩浆活动强烈,许多原岩已被改造,因此,该地区是否存在古老地壳仍有争论(庄文明等,1995;王祖伟等,1998;邝永光等,2001)。对上世纪90年代以后发表的锆石U-Pb和Pb-Pb年龄的分析表明,除了强烈的加里东期热事件形成的410~470Ma的结晶锆石外,其他锆石的年龄值变化于2690~610Ma,并在970Ma存在一个明显的峰(图1f),另外在~2.5Ga和~2.0Ga有两个弱的峰。这些老年龄大多测自浑圆状碎屑(或继承锆石)或结晶锆石的内核(彭松柏等,2006)。万渝生等最近(2006,个人通讯)对云开地区的变质岩和片麻状花岗岩进行系统的锆石SHRIMP定年。分析结果显示四个副变质岩中碎屑锆石的形成时代主要集中在2770~2450Ma,1720~1400Ma和1200~800Ma,少量变化于590~750Ma,说明它们的原岩至少在800Ma以后形成。三个花岗岩的结晶锆石分别形成于430±10,443±4和436±8Ma,其中一个花岗岩中继承锆石主要形成于1100~800Ma。这些分析与上述年龄统计结果相似,除了缺乏~2.0Ga的锆石。3讨论3.1晚新元古代—华夏地块的构造分区对华夏地块出露的前寒武纪变质岩的锆石年代学研究显示,武夷山区与南岭—云开地区具有不同的构造-热历史。在武夷山地区最发育的是古元古代(1.75~1.90Ga)和新元古代(0.72~0.82Ga)两期岩浆活动。从普遍含有单一的新太古代(2.4~2.8Ga)继承锆石推断,深部可能存在一个太古代基底。因此,武夷山地区(特别是浙南—闽北)是华夏地块中的一个古陆,或者说是华夏古陆残留的块体。需要指出的是这里定义的“古陆”是指中元古代之前形成的。对于形成于震旦纪(~650Ma)之前的古陆则在更大范围内存在(舒良树,2006)。虽然南武夷的桃溪组不是新太古代和古元古代的地质体,但其中含有丰富的新元古代碎屑物质,并含少量古元古代和新太古代碎屑物质,这与武夷微古陆的相同,说明它们的物源来自武夷古陆,或者说桃溪组是该古老基底的沉积盖层。南岭和云开地区目前没有发现古元古代地质体,在云开地区有相对较弱的0.72~0.82Ga岩浆活动。在其广泛发育的晚新元古代—早古生代沉积物中缺失古元古代物质,而是含有丰富的Grenville期和中元古代物质,另外还含有新太古代、中太古代和古太古代形成的物质。所含的新元古代物质主要是形成于530~650Ma的泛非运动期,只有少量形成于720~820Ma。显然,南岭—云开地区现在已不存在古陆。一种可能是原来的古陆已被改造(再循环),形成了新元古代的沉积物;另一种可能是该地区在新元古代被拉伸减薄,形成沉积盆地,接受来自相邻陆块的物源。初步的对比研究显示这些物质很可能来源于东印度和东南极地块,即在晚新元古代—早古生代时期,华夏很可能位于冈瓦那大陆靠近东印度和东南极地块的地区。由于与武夷山相邻的赣中地区缺少可靠的锆石U-Pb年代学资料,所以,该地区的变质地体的构造归属还不清楚,初步推测相似于南武夷的桃溪地区。3.2地壳成分对形成时代的意义华夏地块主要由新元古代形成的沉积岩组成,因此它是一个年轻的大陆。在此年轻大陆中存在武夷微古陆,也许正是该微古陆与扬子地块在新元古代早期的碰撞才突显出扬子地块与华夏地块在东部的界线。尽管华夏地块非常年轻,但是组成它的物质中却包含有新太古代—中太古代(甚至古太古代)形成的古老物质,这些物质与丰富的Grenville期和中元古代物质共同构成了华夏地块的主要地壳组成。显生宙的沉积岩和花岗岩主要都是这些物质的再循环产物,除了不同时期有部分新生地壳的加入(尤其在东部)。这一推论有以下证据:(1)在古寨、汤湖、九嶷山以及云开地区的许多花岗岩中所包含的继承锆石显示了与地表出露的基底变质岩相同的年龄谱(Lietal.,1989;丁兴等,2005;彭松柏等,2006);(2)在南武夷和云开地区都出露有能代表下地壳组成的麻粒岩相变质岩,它们的原岩都是形成于新元古