青藏高原中部德令哈地区达肯大坂岩群混合岩锆石u-pb年代学研究

青藏高原中部德令哈地区达肯大坂岩群混合岩锆石u-pb年代学研究

全吉地块位于青藏高原东北部，柴北缘超高压变质带[2.6]和南祁连构造带之间（图1）。它具有变质结晶基础和稳定的新元古代中生代基底。从历史上看，它被称为“微陆块”和“微克拉通”。该地块和中祁连地块被归类为“祁连地块”，并相信它们可能与柴达木地块形成统一的“齐达木齐拉通”。泉吉地块是扬子、华北和塔里木地块之后，在中国发现了第四片古土地行政区划。虽然整个地块面积小，但位于塔里木-北陆块和扬子地块的连接部分。因此，该地块的基本组成、组成序列和时间的正确编年史对研究了中国三大洲之间前寒武纪大陆地壳的发育关系提供了重要的解释。然而，到目前为止，相关研究相对薄弱。吕松年等人结合野外观察和二级花岗岩锆印度-pb固定年份的结果，定义了“多肯大坂岩群”和“多吉哈杂岩群”。整个吉块的底部由德柳哈杂岩、中部达肯大坂岩群和上部万洞沟群组成。其中，达肯大坂岩群形成于古元古代晚期。由于u-pb语言体系的正确年龄数据的性质取决于太阳带的测量技术，因此需要验证特定区域的年龄数据的精确地质意义。后来，人们的研究揭示了地下变质岩的起源的复杂性。本研究采用la-sicpms法测定德柳哈市北部达肯大坂岩群的锆石u-pb年龄，这限制了沉积作用和热态形成时间。在这项工作中，我们初步探讨了基质中早期地壳的发育，并将其划分为不同的区域。1地质背景1.1达肯大坂岩群达肯大坂岩群与德令哈杂岩是全吉地块变质基底的主要物质组成.德令哈杂岩由砖红色片麻状二长花岗岩和透镜状斜长角闪岩组成,局部发育弱面理化花岗岩脉.斜长角闪岩强烈面理化.片麻状二长花岗岩和斜长角闪岩的锆石TIMS法U-Pb年龄分别为(2366±10)和(2412±14)Ma.德令哈市东10km处出露基性麻粒岩,其全岩-矿物内部Sm-Nd等时线年龄(1791±37)Ma.重新厘定后的达肯大坂岩群是指以一套中-高级变质,并以副变质岩为主的表壳岩组合.Wan等人曾将达肯大坂岩群分为3种岩石类型:含矽线石榴云母片岩、二云母片麻岩和石英岩,并认为其中一些岩石成分类似于孔兹岩系.本研究涉及的达肯大坂岩群和德令哈杂岩出露在德令哈市北从城边到黑石山水库的简易公路旁.该达肯大坂岩群主要包括3个岩段,分别为石英岩-石榴云母片岩-石榴白云斜长片麻岩-斜长角闪岩岩段、变粒岩-浅粒岩-云母片岩岩段及含碳(石墨)云母石英片岩-含矽线石榴黑云母石英片(麻)岩岩段.这些岩石组合与Wan等人研究的岩石类型相似,可能是一套类似于孔兹岩系[11~15]中的含碳富铝片(麻)岩组合.变质作用为中角闪岩相,局部可达麻粒岩相.其中石榴白云斜长片麻岩、含矽线石榴黑云母石英片岩和云母片岩混合岩化现象明显,发育块状花岗质浅色体(图2(a)).达肯大坂岩群被面理化花岗伟晶岩侵入,在接触边界处两者的面理产状一致,花岗伟晶岩中产有围岩达肯大坂岩群的石英岩捕虏体(图2(b)).在全吉地块东部的乌兰一带发育(2470±19)Ma的莫河片麻状花岗闪长岩侵入体,其围岩的花岗质浅色体中的单颗粒锆石TIMSU-Pb年龄为(1939±21)Ma,分别指示古元古代早期和晚期强烈的岩浆作用和区域变质作用.1.2德令哈杂岩中片麻状二长火山岩与达肯大坂岩群的侵入接触关系因强烈构造变形改造,达肯大坂岩群与德令哈杂岩之间曾被认为是构造接触关系.我们在德令哈市北黑石山水库简易公路旁的山坡露头观察发现了德令哈杂岩中的片麻状二长花岗岩与达肯大坂岩群的侵入接触关系(图2(c)),在片麻状二长花岗岩中有强变形的斜长片麻岩包体(图2(d)),推测其属于围岩的捕虏体.2岩脉构造特征分别选择面理化花岗伟晶岩、达肯大坂岩群中混合岩化明显的石榴白云斜长片麻岩和含矽线石榴黑云母石英片岩中色体和块状花岗质浅色体(以下分别简称为花岗伟晶岩、斜长片麻岩、矽线石榴黑云石英片岩、花岗质浅色体)中的锆石为定年对象.花岗伟晶岩(06DLH-12)呈脉状侵入于达肯大坂岩群中,岩脉最宽可达3m.岩石呈肉红色-砖红色,总体呈定向构造,主要矿物为钾长石和石英,少量为斜长石,部分钾长石晶体>10cm,发育文象结构.在岩脉边部,长石和石英矿物呈强定向排列,而在岩脉核部则呈弱定向分布.斜长片麻岩(06DLH-15)呈深灰-灰黄色,粒状变晶结构,片麻状构造,主要矿物组成为斜长石和石英,次要矿物为白云母、黑云母和石榴石.矽线石榴黑云石英片岩(06DLH-17)呈深灰色,具斑状变晶结构,片状构造,主要矿物组成为黑云母、白云母、石英、石榴石、矽线石,少量斜长石.副矿物有锆石和独居石等,但独居石的粒度较浅色体的小,多数<60µm.矽线石榴黑云石英片岩和斜长片麻岩中的石榴石都普遍发育核-边结构,指示两个世代生长.花岗质浅色体(06DLH-6)呈灰白色,产出形态呈不规则团块状或脉状,宽度一般为1~6cm,有的可达20cm,多数切割片麻岩和片岩的面理构造.花岗质浅色体岩石为块状构造,粗粒结构~伟晶结构,主要矿物有微斜长石、石英和钠质斜长石,微量白云母、黑云母和石榴石.副矿物有锆石和相对较多的~200µm的独居石.3锆石u-pb年龄用常规方法和流程将锆石分别从约5kg的上述岩石样品中分离出来,在双目镜下挑纯,用环氧树脂固定制靶,磨至锆石露出近一半后抛光,拍摄CL图像,然后在中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室用LA-ICPMS方法测定锆石的U-Pb同位素年龄.测定时采用8Hz的激光频率,75mJ的激光强度,24µm的激光束斑直径,以91500作为外部标样,原始数据处理和年龄计算分别用Glitter程序和ISOPLOT完成.详细分析步骤和数据处理方法参见文献[21,22].花岗伟晶岩(样品06DLH-12)中的锆石多为褐黄色的自形柱状晶形,发育四方柱{100}与四方双锥{111}的聚形.粒径范围40~250µm,长宽比为2:1~3:1.阴极发光CL图像显示锆石为柱状自形晶无核-边结构,边缘规则而非港湾状,具有完好的振荡环带(图3(a)),指示花岗伟晶岩浆直接结晶成因14颗锆石共16点的分析结果列于表1,锆石U-Pb年龄谐和图见图4(a).由图4(a)可见,锆石虽然发生明显的放射性铅丢失,但全部数据的投点位置靠近上交点,上交点年龄为(2427+44/-38)Ma.其Th/U=0.1~1.14,大多数高于0.4(见表1),也指示岩浆成因[24~26].因此,其(2427+44/-38)Ma的上交点年龄应代表锆石的结晶年龄(图4(a)),亦即花岗伟晶岩的结晶年龄.斜长片麻岩(06DLH-15)中的锆石多数呈浑圆的短柱状,浅褐黄色,多为浑圆状的多晶面晶体,粒径范围20~60µm.这些锆石具有明显的振荡环带核(图3(b))有的核内还有CL强度高且因亮白的粒度太细而无法分析的残核,边部为窄的、CL强度低且较暗的变质增生边.对16颗锆石的核部(不包括细小残核)进行了18个点的分析,结果见表2,其U-Pb年龄谐和图见图4(b).由图4(b)可见,锆石核部的上交点年龄为(2467+28/-26)Ma.变质锆石增生边太窄,无法用LA-ICPMS测定其同位素年龄.矽线石榴黑云石英片岩(06DLH-17)中的锆石晶形特征与斜长片麻岩(06DLH-15)中的锆石相似,粒径为20~80µm,长宽比为1.5:1~2:1.阴极发光也显示锆石具核-边结构(图3(c)):锆石核部明亮;边部窄发光弱,可能是变质重结晶改造的结果.11颗锆石上位于核部(不包括细小残核)的11点的分析结果列于表2,U-Pb年龄谐和图见图4(c).由图可见,锆石核部上交点年龄为(2474+66/-52)Ma.变质锆石增生边也太窄,无法用LA-ICPMS测定其同位素年龄.矽线石榴黑云石英片岩和斜长片麻岩中的所有锆石核分析点的Th/U比值除1个点(Od15z-06)为0.11外,其余分析点在0.17~0.84(表2),指示源自蚀源区的岩浆成因锆石[24~26].因此,它们的(2467+28/-26)和(2474+66/-52)Ma的上交点年龄(图4(b)(c))共同指示蚀源区的岩浆事件年龄.花岗质浅色体(样品06DLH-6)中锆石多为蜜黄-浅褐黄色的长柱状自形晶,粒径范围30~150µm,长宽比约为1:3.CL图像揭示锆石有两种类型.第一类具清晰的核-边结构:核部CL发光强而亮白,为继承性的碎屑成因锆石核;边部发光弱而灰暗,但具有振荡环带(图3(d)),为部分熔融生长的增生边.第二类无核-边结构,总体上锆石CL发光弱而呈深灰,有的也具有明显的振荡环带(图3(e)),但也有少数锆石整体发光弱而无任何环带现象(图3(f)),为从部分熔融熔体中结晶的锆石单晶.28颗锆石共32点的分析结果列于表3,U-Pb年龄谐和图见图4(d).由图4(d)可见,碎屑成因锆石核(世代Ⅰ)的上交点年龄为(2471+18/-16)Ma部分熔融生长的增生边或锆石单晶(世代Ⅱ)的上交点年龄为(1924+14/-15)Ma.其中,(1924+14/-15)Ma的上交点年龄代表深熔作用及其相关变质作用峰期的年龄,增生锆石边或单晶锆石的Th/U比值除点6z-6为0.15以外,其余在0.01~0.07之间(表3),也说明了这一点.碎屑成因锆石核的Th/U=0.22~1.02(表3),也指示源自典型岩浆成因锆石[24~26],其(2471+18/-16)Ma的上交点年龄(图4(d))同样指示蚀源区的岩浆事件年龄.4达肯大坂岩群的沉积物质(1)德令哈地区达肯大坂岩群的斜长片麻岩和矽线石榴黑云石英片岩以及花岗质浅色体中源自蚀源区岩浆成因的碎屑锆石指示岩浆作用年龄分别为(2471+18/-16),(2467+28/-26)和(2474+66/-52)Ma(图4(b)~(d)),这3个年龄值在误差范围内一致,当置信度为95%时,平均值为2470Ma.将这一结果与花岗伟晶岩的岩浆结晶锆石的定年结果综合考虑,可以将德令哈地区达肯大坂岩群的形成年龄限定在2.43~2.47Ga之间.另一方面,达肯大坂岩群源自岩浆成因的碎屑锆石年龄与乌兰地区的莫河片麻状花岗闪长岩的结晶年龄在误差范围内一致.因此,推测达肯大坂岩群的碎屑物质可能源自与莫河片麻状花岗闪长岩相当的深成岩体的剥蚀物.(3)本次锆石定年结果记录到两个重要的古元古代热事件和一个新元古代热事件.花岗伟晶岩的结晶年龄((2427+44/-38)Ma)与德令哈杂岩的片麻状二长花岗岩及其共存的斜长角闪岩锆石TIMSU-Pb年龄相近,推测它们可能是同一热事件的产物.本次研究用LA-ICPMS法测定的花岗伟晶岩的锆石U-Pb年龄,可将该期热事件的时间确定在~2.43Ga.达肯大坂岩群的花岗质浅色体中锆石的U-Pb年龄((1924+14/-15)Ma)在误差范围内与乌兰一带的深熔作用年龄((1939±21)Ma)一致,推测为同一期区域变质事件的时间.该区域变质事件的峰期年龄应在1.92~1.95Ga之间.至于张建新等人在德令哈市东测得的基性麻粒岩全岩-矿物内部Sm-Nd等时线年龄((1791±37)Ma),可能是该麻粒岩为1.92~1.95Ga区域变质作用的冷却年龄,也可能是与基性岩墙((1852±15)Ma)或者环斑花岗岩((1776±33)(1763±53)Ma)等大陆裂解相关的岩浆热事件的再造年龄.各样品中锆石~0.9Ga的下交点年龄,可能指示后期热事件叠加[28~36],推测是全吉地块最后克拉通化事件的记录.在区域上与中国中西部陆块群和扬子陆块新元古代晋宁运动的热事件一致[37~42],暗示全吉地块在中元古-新元古代之交与这些陆块群一起卷入了陆块汇聚,响应了全球Rodinia超大陆汇聚事件.(4)全吉地块的第一个未变质盖层(南华纪-震旦纪全吉群)及其新元古代(相当于晋宁运动)的构造热事件记录,指示其与扬子陆块在同一时期具有相似的基底-盖层演化;乌兰地区2.47Ga的莫河片麻状花岗闪长岩和印支期花岗岩类侵入体,以及达肯大坂岩群及部分变质深成体均具有高放射性成因铅特征,表明其源区与扬子陆块具有一定的亲缘性.5达肯大坂岩群的形成时代德令哈地区全吉地块基底岩系中的达肯大坂岩群形成于2.43~2.47Ga之间,为古元古代早期的沉积建造,形成之后于~2.43Ga被德令哈花岗伟晶岩、片麻状二长花岗岩和基性岩浆岩侵入,在距今1.92Ga前经历强烈的变质-深熔作用,于~0.9Ga再度发生构造热再造.(2)本次研究将德令哈地区达肯大坂岩群的形成年龄限定在2.43~2.47G