湘東南華南紀(jì)湘東南南華系寒武系砂巖地球化學(xué)特征及對(duì)華南新元古代早古生代構(gòu)造背景的制約

湘東南華南紀(jì)湘東南南華系寒武系砂巖地球化學(xué)特征及對(duì)華南新元古代早古生代構(gòu)造背景的制約

在過(guò)去30年中，對(duì)中國(guó)南方的大區(qū)域結(jié)構(gòu)特征提出了許多看法。(王鴻禎1982)、王鴻禎等(1986)、劉寶珺等(1993)認(rèn)為,華南由揚(yáng)子與華夏兩個(gè)主要的地質(zhì)構(gòu)造單元組成,其間有華南洋的存在,中元古代的四堡運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,華南洋向揚(yáng)子陸塊的俯沖使揚(yáng)子?xùn)|南邊緣形成增生的褶皺帶,俯沖帶不斷后退,形成了華夏古陸邊緣的溝弧盆系;晉寧運(yùn)動(dòng)使揚(yáng)子與華夏之間的華南洋在東段消失并形成江紹縫合帶,而此段以西仍然存在一個(gè)殘留洋盆,該盆地一直延續(xù)到加里東期,除欽防海槽以外的整個(gè)華南盆地從中奧陶世開(kāi)始逐漸關(guān)閉,至志留紀(jì)末形成加里東褶皺帶。郭令智等(1984)認(rèn)為華南陸塊由雪峰造山運(yùn)動(dòng)、加里東造山運(yùn)動(dòng)及古生代末期或中生代和新生代的造山運(yùn)動(dòng)等分別造成江南元古宙地體、華南加里東地體、東南沿海地區(qū)和臺(tái)灣地體的增生所形成。許靖華等(1987)、李繼亮等(1989)提出了一個(gè)從前震旦紀(jì)一直延續(xù)到中生代的多島洋的弧陸碰撞縫合模式,認(rèn)為“板溪群”是印支期混雜巖而不是成層有序的前寒武紀(jì)正常沉積巖。徐志剛(1995)提出華南晚前寒武紀(jì)剪切式開(kāi)合構(gòu)造的設(shè)想,認(rèn)為華南在古元古代未形成統(tǒng)一的揚(yáng)子-華夏古陸,但古陸東北部有一伸入古陸內(nèi)部的贛皖浙古海灣;中元古代開(kāi)始“華夏塊體”逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)和“揚(yáng)子塊體”順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)使西部張裂成裂陷槽,而贛皖浙古海灣則剪刀式閉合。殷鴻福等(1999)認(rèn)為華南地區(qū)為特提斯洋的多島洋盆體系的一部分,并認(rèn)為揚(yáng)子與華夏之間(中段與南段)在加里東期拼合之前存在一個(gè)洋盆——南華洋。王劍等(2001)通過(guò)沉積學(xué)研究提出了華南新元古代裂谷盆地模式。尹福光等(2003)提出華南地區(qū)應(yīng)是三大陸塊群(岡瓦納大陸群、勞亞大陸群和泛華夏大陸群)中的泛華夏大陸群的東南緣多島弧系統(tǒng)的組成部分,南華紀(jì)—早古生代湘東南及其周邊地區(qū)為武夷山島弧的弧后盆地或弧陸碰撞過(guò)程中形成的前陸盆地。最近,南京大學(xué)十余位長(zhǎng)期在華南從事研究工作的學(xué)者還專(zhuān)門(mén)就華南構(gòu)造帶及“華夏地塊”問(wèn)題展開(kāi)了討論,他們對(duì)揚(yáng)子板塊與華夏地塊碰撞暨古華南洋的封閉時(shí)代、華南是“華夏地塊”還是華南造山帶暨是否普遍存在古元古代—中元古代結(jié)晶基底等若干地質(zhì)問(wèn)題的認(rèn)識(shí)仍存在較大分歧(舒良樹(shù),2006;章邦桐等,2006;胡受奚等,2006;于津海等,2006;馬瑞士,2006;王鶴年等,2006)。由上可見(jiàn),南華紀(jì)至早古生代期間揚(yáng)子與華夏地塊之間盆地性質(zhì)的厘定,一定程度上成為華南大地構(gòu)造屬性研究的關(guān)鍵。大量已有研究表明,沉積巖的化學(xué)組成真實(shí)地記錄了物源區(qū)的性質(zhì)和沉積盆地的構(gòu)造背景(Bhatia,1983,1985;Tayloretal.,1985;Bhatiaetal.,1986;Roseretal.,1986;McLennanetal.,1990,1995;Gu,1994;顧雪祥,1996;顧雪祥等,2003)。為此,筆者近年來(lái)對(duì)地處揚(yáng)子與華夏交接地帶的湘東南地區(qū)南華紀(jì)—寒武紀(jì)地層中的砂巖(主要為濁積巖)進(jìn)行了系統(tǒng)的主量元素、微量元素和稀土元素地球化學(xué)研究。本文即在通過(guò)地球化學(xué)特征判別南華系—寒武系砂巖構(gòu)造環(huán)境基礎(chǔ)上,結(jié)合當(dāng)前華南地質(zhì)研究的新進(jìn)展,探討華南新元古代—早古生代的構(gòu)造背景。1晚古生代地層覆蓋層湘東南地區(qū)位于諸廣山隆起西側(cè),屬華夏地塊的北西緣,北西面緊鄰揚(yáng)子地塊(王鴻禎,1982;王鴻禎等,1986;劉寶珺等,1993;殷鴻福等,1999)(圖1)。區(qū)內(nèi)大量出露南華紀(jì)—奧陶紀(jì)地層,主體為一套由砂巖、板巖組成的復(fù)理石、類(lèi)復(fù)理石連續(xù)沉積。南華系下部的泗洲山組整合于青白口紀(jì)大江邊組之上,大江邊組為一套深灰—灰黑色條帶狀碳質(zhì)板巖、含白云質(zhì)碳質(zhì)板巖,含碳質(zhì)白云質(zhì)板巖夾極薄層狀細(xì)晶白云質(zhì)大理巖。奧陶系被中泥盆世跳馬澗組角度不整合覆蓋。南華紀(jì)—奧陶紀(jì)地層于志留紀(jì)加里東運(yùn)動(dòng)中強(qiáng)烈變形,形成近東西向—北西西向緊閉—中常線狀褶皺(柏道遠(yuǎn)等,2006a,2006b),爾后于后造山環(huán)境下被加里東期花崗巖體侵位(柏道遠(yuǎn)等,2006c),中泥盆世開(kāi)始被晚古生代沉積蓋層覆蓋。南華系自下而上依次為泗洲山組、天子地組、正園嶺組。泗洲山組整合于青白口紀(jì)大江邊組碳質(zhì)板巖之上,厚約550m,為灰綠色、深灰色含礫(為冰成泥礫)板巖、粉砂質(zhì)板巖,底部夾白云巖透鏡體,上部間夾硅質(zhì)巖及白云質(zhì)灰?guī)r、含錳白云巖。天子地組厚約600m,以紫紅色、灰綠色粉砂質(zhì)板巖、板巖與灰綠色中厚層粉砂巖、巖屑石英雜砂巖呈大厚度互層為特征。正園嶺組厚500～800m,為灰綠色中厚層—塊狀長(zhǎng)石巖屑雜砂巖、石英雜砂巖夾(粉砂質(zhì))板巖。震旦系自下而上依次為埃歧嶺組和丁腰河組。埃歧嶺組厚846.9m,底部為青灰色、紫紅色粉砂質(zhì)板巖、板巖夾硅質(zhì)巖,往上為灰綠色中厚層至塊狀長(zhǎng)石(巖屑)石英雜砂巖夾粉砂質(zhì)板巖、板巖,局部夾少量薄層硅質(zhì)巖。丁腰河組厚1.7～24.1m,為深灰色、灰黑色硅質(zhì)巖、泥質(zhì)硅質(zhì)巖夾板巖和硅質(zhì)板巖。寒武系自下而上依次為香楠組、茶園頭組、小紫荊組、爵山溝組。香楠組厚600m左右,下部為板巖、碳質(zhì)板巖、硅質(zhì)板巖與砂巖、粉砂巖構(gòu)成韻律,中部為長(zhǎng)石石英雜砂巖夾粉砂質(zhì)板巖、板巖,上部為板巖、砂質(zhì)板巖夾砂巖、粉砂巖。茶園頭組厚約1170m,下部為灰綠色、青灰色中細(xì)粒長(zhǎng)石(巖屑)石英雜砂巖夾少量粉砂巖、(粉砂質(zhì))板巖,往上漸變?yōu)樯皫r與板巖互層。小紫荊組厚800m左右,下部為深灰色、灰綠色(粉砂質(zhì))板巖夾雜砂巖、碳質(zhì)板巖,上部為深灰色、灰黑色雜砂巖夾板巖,局部夾不穩(wěn)定的灰?guī)r、白云巖。爵山溝組厚480～950m,為灰綠色厚層—塊狀雜砂巖與板巖互層。南華系—寒武系砂、板巖中普遍發(fā)育鮑馬序列,反映沉積物以濁積成因?yàn)橹鳌?巖相德系中儲(chǔ)巖主量元素地球化學(xué)特征于資興市黃草鄉(xiāng)浙江電站和龍溪鄉(xiāng)雷家洞、汝城縣外沙鄉(xiāng)滿天星電站、永興縣中竹鄉(xiāng)等地,對(duì)湘東南南華系、震旦系和寒武系中的砂巖(一般為雜砂巖)分別采集了9個(gè)、3個(gè)和10個(gè)樣品,進(jìn)行了主量元素、微量元素和稀土元素分析,測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。順便指出,由于研究區(qū)南華系、震旦系和寒武系屬同盆地連續(xù)沉積,因此盡管震旦系樣品數(shù)量偏少,但基本不影響對(duì)南華紀(jì)—奧陶紀(jì)階段構(gòu)造環(huán)境的整體討論。2.1樣品含量分布見(jiàn)表2南華系、震旦系和寒武系各系砂巖的主量元素組成基本相近(表1)。SiO2含量中等,Al2O3/SiO2值0.11～0.38,一般0.12～0.22,平均0.17。K2O/Na2O值高(平均達(dá)15.70),且不同樣品差別大(0.75～50.2)。(Fe2O3*+MgO)含量較高(Fe2O3*指以Fe2O3形式表示的全鐵含量),為4.8%～17.26%,一般8.0%～12.0%,平均9.58%。CaO含量低,平均0.45%,除個(gè)別外,多數(shù)樣品小于0.5%。Al2O3/(Na2O+CaO)值高,平均達(dá)31.95。2.2g/ybn稀土元素的含量、特征比值和球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化分配模式分別見(jiàn)表1、圖2。稀土元素含量總體較高,ΣREE為109×10-6～301×10-6,平均197。輕稀土富集,(La/Yb)N、(La/Sm)N和LREE/HREE值高,分別為6.57～17.1(平均9.78)、2.16～4.44(平均3.49)和6.28～10.8(平均8.35)。重稀土平坦,(Gd/Yb)N為1.36～2.35,平均1.72。具顯著的銪負(fù)異常,Eu/Eu*值為0.58～0.82,平均0.66。鈰異?？傮w不明顯,除個(gè)別樣品偏低外,Ce/Ce*值一般0.9左右。盡管稀土組分的絕對(duì)含量變化較大,但上述輕稀土富集、重稀土平坦、銪負(fù)異常顯著、鈰異常不明顯等特征暨球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化曲線形態(tài)與典型的后太古宙頁(yè)巖和上陸殼(Tayloretal.,1985)相似。大離子親石元素Rb、Ba、Sr含量(表1)稍具變化,但各系成分總體接近。其中Rb、Ba總體上與后太古宙平均頁(yè)巖(PAAS)(Tayloretal.,1985)及上陸殼的成分相當(dāng),而Sr的含量則遠(yuǎn)低于后太古宙平均頁(yè)巖(PAAS)(Tayloretal.,1985)及上陸殼(表2)。研究區(qū)南華系—寒武系砂巖中的Sc、V、Co、Cr、Ni等鐵鎂族元素和Zr、Hf、Th等高場(chǎng)強(qiáng)元素的含量(表1),以及Zr/Hf、Zr/Th、La/Th、La/Y、Th/Sc、Sc/Ni、Sc/Cr、Ti/Zr、Cr/Ni、Ni/Co等比值(表2)盡管顯示一定變化,但各系總體接近,與上地殼和后太古宙頁(yè)巖(Tayloretal.,1985)成分總體類(lèi)似或稍有差別。3在沉積構(gòu)造背景下的地球化學(xué)限制3.1相對(duì)構(gòu)造環(huán)境的有關(guān)與陸源沉積物形成有關(guān)的主要因素包括物源類(lèi)型、風(fēng)化條件、搬運(yùn)過(guò)程以及成巖后生作用等。由于這些因素主要受沉積盆地的構(gòu)造環(huán)境控制(Pettijohnetal.,1972;Blattetal.,1980,Bhatia,1983),使得利用陸源沉積物的化學(xué)組成研究板塊構(gòu)造暨沉積盆地構(gòu)造環(huán)境成為可能(Maynardetal.,1982;Bhatia,1983,1985;Bhatiaetal.,1986;Roseretal.,1986;Floydetal.,1987;Cullersetal.,1988;Frostetal.,1989;McLennanetal.,1990;Gu,1994;Kumonetal.,1994)。雖然沉積物地球化學(xué)組成與沉積構(gòu)造環(huán)境之間的關(guān)系較為復(fù)雜(VanderKampetal.,1985;Cullersetal.,1988;Frostetal.,1989;McLennanetal,1990;Haughtonetal.,1991;Kumonetal.,1994),但由于地史時(shí)期的物源區(qū)多被剝蝕破壞,因此沉積巖的某些主量元素和微量元素在判別古代沉積盆地的構(gòu)造性質(zhì)中發(fā)揮了重要作用。Roser等(1986)和Maynard等(1982)分別提出了砂巖和泥巖沉積盆地構(gòu)造環(huán)境的K2O/Na2O-SiO2圖解(圖3a)和K2O/Na2O-SiO2/Al2O3圖解(圖3b)。其中Roser等(1986)所劃分的活動(dòng)大陸邊緣(activecontinentalmargin,ACM)包括了一系列復(fù)雜的位于活動(dòng)板塊邊界之上或鄰近活動(dòng)板塊邊界的構(gòu)造上活動(dòng)的大陸邊緣,盆地沉積物中石英含量中等,來(lái)自于大陸邊緣巖漿弧(沉積于包括海溝、弧前、弧間和弧后在內(nèi)的一系列盆地環(huán)境)或與走滑斷層有關(guān)的隆升區(qū)(沉積于拉張盆地),這類(lèi)環(huán)境與Reading(1982)所定義的與俯沖作用有關(guān)的盆地、大陸碰撞盆地和與平移斷裂有關(guān)的拉張盆地等大致相當(dāng)。Roser等(1986)所劃分的被動(dòng)大陸邊緣(passivecontinentalmargin,PM)包括了穩(wěn)定大陸邊緣的板內(nèi)盆地和克拉通內(nèi)部盆地,沉積物富含石英,來(lái)自穩(wěn)定的大陸地區(qū)并沉積于遠(yuǎn)離活動(dòng)板塊邊緣的地方(Reading,1982),這類(lèi)盆地與Reading定義的陸殼上的盆地和與洋底擴(kuò)張、夭折裂谷及大西洋型大陸邊緣有關(guān)的盆地等相當(dāng)。Bhatia(1983)和Bhatia等(1986)將大陸邊緣和大洋盆地劃分為大洋島弧(oceanicarc)、大陸島弧(continentalarc)、活動(dòng)大陸邊緣(activecontinentalmargin)和被動(dòng)大陸邊緣(passivecontinentalmargin)等4種構(gòu)造類(lèi)型,并研究提出了判別沉積盆地板塊構(gòu)造環(huán)境的若干主量元素地球化學(xué)參數(shù)及構(gòu)造環(huán)境主量元素判別函數(shù)圖解(圖4)。最具判別意義的參數(shù)包括(Fe2O3*+MgO)(%)、TiO2(%)、Al2O3/SiO2、K2O/Na2O和Al2O3/(Na2O+CaO)比值,其中(Fe2O3*+MgO)代表巖石中相對(duì)基性的組分,Al2O3/SiO2大致表示石英的富集程度(或長(zhǎng)石與石英的比例),K2O/Na2O代表了巖石中鉀長(zhǎng)石和白云母與斜長(zhǎng)石的比例,Al2O3/(Na2O+CaO)大致代表沉積巖中最不活動(dòng)組分與最活動(dòng)組分之間的比率。Kumon等(1994)提出了一種Al2O3/SiO2-(FeO+MgO)/(SiO2+K2O+Na2O)判別圖(圖5),用以區(qū)分不成熟島弧(immatureislandarc)、進(jìn)化島弧(evolvedislandarc)和成熟巖漿弧(maturemagmaticarc)。其中,Al2O3/SiO2大致代表長(zhǎng)石與石英的比例,而(FeO+MgO)/(SiO2+K2O+Na2O)則代表巖石中相對(duì)基性組分(火山巖)與長(zhǎng)英質(zhì)組分(火山巖)的比率。研究區(qū)南華系—寒武系砂巖在Roser等(1986)的K2O/Na2O-SiO2圖(圖3a)中,大部分樣品落入被動(dòng)大陸邊緣區(qū)(PM),少量落入活動(dòng)大陸邊緣區(qū)(ACM);在Maynard等(1982)的K2O/Na2O-SiO2/Al2O3關(guān)系圖(圖3b)中,幾乎全部落入被動(dòng)大陸邊緣區(qū)(PM)。如表2所示,與Bhatia等提出的參數(shù)比較,研究區(qū)南華系—寒武系砂巖不同主量元素地球化學(xué)參數(shù)顯示的構(gòu)造類(lèi)型較復(fù)雜:(Fe2O3*+MgO)、TiO2和Al2O3/SiO2主要與大陸島弧和活動(dòng)大陸邊緣相當(dāng);K2O/Na2O和Al2O3/(Na2O+CaO)較Bhatia(1983)和Bhatia等(1986)提出的各環(huán)境類(lèi)型參數(shù)顯著偏高,但更接近于被動(dòng)大陸邊緣。而在Bhatia(1983)提出的構(gòu)造環(huán)境主量元素判別函數(shù)圖解(圖4)中,分布于被動(dòng)大陸邊緣區(qū)和活動(dòng)大陸邊緣區(qū)的樣品數(shù)相近,但被動(dòng)大陸邊緣區(qū)內(nèi)的樣品點(diǎn)非常集中,而活動(dòng)大陸邊緣區(qū)內(nèi)樣品點(diǎn)則非常分散,似乎暗示沉積作用主要受控于被動(dòng)大陸邊緣環(huán)境,部分樣品點(diǎn)落入活動(dòng)大陸邊緣區(qū)有可能由于被剝蝕的早期巖石形成于活動(dòng)大陸邊緣環(huán)境等原因所致。在Kumon等(1994)提出的Al2O3/SiO2-(FeO+MgO)/(SiO2+K2O+Na2O)判別圖(圖5)中,研究區(qū)南華系—寒武系砂巖主要位于成熟巖漿弧區(qū)及其外圍(下部)。Kumon等(1994)所定義的進(jìn)化島弧和成熟巖漿弧分別相當(dāng)于Bhatia(1983)和Bhatia等(1986)的大陸島弧和活動(dòng)大陸邊緣環(huán)境。鑒于被動(dòng)大陸邊緣沉積更富含石英(Al2O3/SiO2比值更低),因此,圖5總體顯示出活動(dòng)大陸邊緣和被動(dòng)大陸邊緣構(gòu)造環(huán)境。由于沉積巖中的微量元素,尤其是La、Ce、Y、Th、Zr、Hf、Ti和Sc等活動(dòng)性較弱且在海水中停留時(shí)間較短的元素在風(fēng)化、搬運(yùn)和沉積過(guò)程中能定量地轉(zhuǎn)移到碎屑沉積物中,因而能良好地反映母巖性質(zhì)和沉積盆地的構(gòu)造環(huán)境(Tayloretal.,1985;Bhatiaetal.,1986;McLennanetal.,1990;Gu,1994;顧雪祥,1996)。在表2中所列出的最具判別意義的特征微量元素及其比值參數(shù)中,湘東南南華系—寒武系砂巖的Hf、Sc、Zn、Zr/Hf、La/Th、Th/Sc等與大陸島弧雜砂巖相似;La/Sc與活動(dòng)大陸邊緣雜砂巖相似;ΣREE、La/Yb、Zr/Th、Sc/Cr等與被動(dòng)大陸邊緣雜砂巖相似;K/Th、Co、Ti/Cr等與大陸島弧和活動(dòng)大陸邊緣兩種構(gòu)造環(huán)境下形成的雜砂巖相似;La、Ce、Nd、K/Rb、Zr、La/Y等與大陸島弧、活動(dòng)大陸邊緣和被動(dòng)大陸邊緣3種構(gòu)造環(huán)境下形成的雜砂巖相似。在Ti/Zr-La/Sc構(gòu)造環(huán)境判別圖(圖6)中,絕大多數(shù)點(diǎn)均落于活動(dòng)大陸邊緣構(gòu)造區(qū)內(nèi)。在Bhatia等(1986)認(rèn)為最具構(gòu)造判別意義的La-Th-Sc、Th-Co-Zr/10和Th-Sc-Zr/10三角圖(圖7)中,主要落在大陸島弧區(qū)及其與活動(dòng)大陸邊緣、被動(dòng)大陸邊緣的分界線附近。3.2陸源沉積物地球化學(xué)組成據(jù)上述可以看出,根據(jù)不同的主量元素和微量元素含量、地球化學(xué)特征值以及相關(guān)判別圖解等,對(duì)研究區(qū)南華系—寒武系砂巖進(jìn)行構(gòu)造環(huán)境判別所得出的結(jié)論差別較大?？傮w而言,主量元素特征值顯示的環(huán)境既有活動(dòng)大陸邊緣和大陸島弧,也有被動(dòng)大陸邊緣;主量元素判別圖解主要顯示為被動(dòng)大陸邊緣,部分反映活動(dòng)大陸邊緣信息;微量元素含量及特征值反映出大陸島弧、活動(dòng)大陸邊緣、被動(dòng)大陸邊緣等多種環(huán)境,且以大陸島弧和活動(dòng)大陸邊緣為主;微量元素判別圖解主要顯示為活動(dòng)大陸邊緣或大陸島弧。那么,研究區(qū)南華紀(jì)—寒武紀(jì)期間的沉積盆地性質(zhì)究竟為何?根據(jù)沉積物源和風(fēng)化、搬運(yùn)、沉積過(guò)程等分析,筆者認(rèn)為厘定為被動(dòng)大陸邊緣更為合適,分析如下。決定陸源沉積物(尤其是濁積成因雜砂巖)化學(xué)組成的因素總體可分為兩個(gè)方面,一是陸地剝蝕原巖的物質(zhì)組成,另一個(gè)是風(fēng)化條件、搬運(yùn)過(guò)程、沉積過(guò)程、成巖后生作用等,本文暫分別稱(chēng)之為“繼承性因素”和“沉積成巖過(guò)程因素”。利用沉積物化學(xué)組成判別沉積盆地古構(gòu)造環(huán)境是建立在這樣一個(gè)基本假設(shè)之上,即沉積期間物源區(qū)的性質(zhì)與控制鄰區(qū)沉積盆地的構(gòu)造作用過(guò)程密切相關(guān)。因此,當(dāng)陸源沉積物的原巖是更早時(shí)期形成且構(gòu)造環(huán)境與沉積期構(gòu)造環(huán)境差別很大時(shí),受繼承性因素影響,陸源沉積物的化學(xué)組成會(huì)不同程度顯示出原巖形成時(shí)的構(gòu)造環(huán)境的信息。大陸島弧環(huán)境下通常形成大量的具特征化學(xué)組成的安山質(zhì)火山巖及侵入巖等。島弧邊緣盆地中的陸源沉積物主要來(lái)源于這些同時(shí)期形成的新生火成物質(zhì),這是影響沉積物化學(xué)組成的繼承性因素。島弧環(huán)境下構(gòu)造活動(dòng)性較強(qiáng),盆地沉積物通常應(yīng)經(jīng)歷更短時(shí)間的風(fēng)化剝蝕和更短距離的搬運(yùn)過(guò)程,同時(shí)沉積物中包含有來(lái)源于盆地內(nèi)的同期的火山物質(zhì),這是影響沉積物化學(xué)組成的沉積成巖過(guò)程因素。不難理解,上述特征的繼承性因素和沉積成巖過(guò)程因素將使大陸島弧環(huán)境下的陸源碎屑沉積具有非常特征的化學(xué)組成。因此,陸源沉積物地球化學(xué)性質(zhì)所反映的構(gòu)造環(huán)境信息一般應(yīng)與大陸島弧高度吻合,至少不會(huì)出現(xiàn)太多的被動(dòng)大陸邊緣環(huán)境(構(gòu)造屬性與物質(zhì)組成等與島弧環(huán)境相差太大)的地球化學(xué)信息。Bhatia(1983)和Bhatia等(1986)所定義的活動(dòng)大陸邊緣環(huán)境即相當(dāng)于Kumon等(1994)所定義的成熟巖漿弧,因此陸源沉積物的化學(xué)組成可能很大程度上取決于先期巖漿巖(繼承性因素)。此外,活動(dòng)大陸邊緣環(huán)境由于洋殼的俯沖而具有更高的構(gòu)造活動(dòng)性,邊緣盆地的陸源沉積物經(jīng)歷了更短時(shí)間的風(fēng)化、剝蝕、搬運(yùn)和沉積過(guò)程(沉積成巖過(guò)程因素),所形成巖石具有更低的成分成熟度。與大陸島弧類(lèi)似,上述特征的繼承性因素和沉積成巖過(guò)程因素將導(dǎo)致活動(dòng)大陸邊緣環(huán)境下的陸源碎屑沉積具有相應(yīng)特征的化學(xué)組成或性質(zhì),其反映的構(gòu)造環(huán)境信息一般應(yīng)較好吻合于活動(dòng)大陸邊緣,部分或少數(shù)情況下可能顯示大陸島弧信息(當(dāng)原巖為先期島弧環(huán)境產(chǎn)物時(shí)),但不太可能出現(xiàn)過(guò)多的與之構(gòu)造活動(dòng)性迥異的被動(dòng)大陸邊緣環(huán)境的地球化學(xué)信息。被動(dòng)大陸邊緣一般經(jīng)歷過(guò)更高程度的陸殼演化過(guò)程,組成巖石常為早期的沉積巖和變質(zhì)巖。此外,被動(dòng)大陸邊緣的構(gòu)造性質(zhì)穩(wěn)定,陸緣盆地的陸源沉積物通常經(jīng)歷了更長(zhǎng)時(shí)間的風(fēng)化剝蝕和更長(zhǎng)距離的搬運(yùn),所形成巖石具有更高的成分成熟度。上述繼承性因素和沉積成巖過(guò)程因素決定了一般被動(dòng)大陸邊緣環(huán)境下的陸源沉積物具有相應(yīng)的特征的地球化學(xué)組成,因此一般情況下可以根據(jù)沉積物化學(xué)組成較明確厘定出被動(dòng)大陸邊緣環(huán)境。然而,對(duì)于被動(dòng)大陸邊緣而言,影響沉積物化學(xué)組成的繼承性因素實(shí)際可能更為復(fù)雜,即原巖中很可能還包含有大量的早期島弧或活動(dòng)大陸邊緣環(huán)境下形成的巖石,在此情況下沉積物的化學(xué)組成將不同程度包含大陸島弧或活動(dòng)大陸邊緣環(huán)境的信息。此外,被動(dòng)大陸邊緣的構(gòu)造穩(wěn)定性是相對(duì)的,部分被動(dòng)大陸邊緣可能存在一定的活動(dòng)性,如伸展盆地在早期強(qiáng)烈斷陷期間即無(wú)疑具有相當(dāng)?shù)臉?gòu)造活動(dòng)性(事實(shí)上,Roser等(1986)所定義的活動(dòng)大陸邊緣即包括有與走滑斷層有關(guān)的隆升區(qū)拉張盆地)。受此影響沉積物亦會(huì)包含活動(dòng)大陸邊緣環(huán)境的地球化學(xué)信息。筆者認(rèn)為,研究區(qū)南華紀(jì)—寒武紀(jì)期間的沉積盆地為被動(dòng)大陸邊緣陸內(nèi)裂谷環(huán)境,但由于原巖中包含有大量早期(古元古代—中元古代)島弧與活動(dòng)大陸邊緣環(huán)境下形成的巖石(王鴻禎,1982;王鴻禎等,1986;劉寶珺等,1993;尹福光等,2003;舒良樹(shù),2006;于津海等,2006;馬瑞士,2006;王鶴年等,2006),且新元古代至早古生代期間為強(qiáng)拉張的具一定活動(dòng)性的裂谷盆地(王劍等,2001),因此沉積物顯示有活動(dòng)大陸邊緣和大陸島弧的地球化學(xué)信息。如前所述,相對(duì)主量元素而言,沉積巖中的La、Ce、Y、Th、Zr、Hf、Ti、Sc等化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的微量元素更能定量地轉(zhuǎn)移到碎屑沉積物中,這就是研究區(qū)南華系—寒武系雜砂巖在微量元素方面比主量元素更多顯示大陸島弧和活動(dòng)大陸邊緣信息的原因所在。值得指出的是,在Bhatia(1985)提出的稀土元素-常量元素源區(qū)判別圖(圖8)中,大部分樣品點(diǎn)落于或更靠近花崗片麻巖及沉積巖型區(qū),這也與一般被動(dòng)大陸邊緣的主要巖石組成相吻合。綜上述,從不同構(gòu)造背景下的剝蝕原巖(繼承性因素)及風(fēng)化條件和搬運(yùn)沉積過(guò)程(沉積成巖過(guò)程因素)來(lái)看,大陸島弧和活動(dòng)大陸邊緣形成的砂巖應(yīng)具有顯著區(qū)別于被動(dòng)大陸邊緣的地球化學(xué)特征,而被動(dòng)大陸邊緣形成的砂巖則可能包括較多的大陸島弧和活動(dòng)大陸邊緣環(huán)境的地球化學(xué)信息。由此判斷,包含多種構(gòu)造環(huán)境地球化學(xué)信息的湘東南南華系—寒武系砂巖實(shí)際應(yīng)形成于被動(dòng)大陸邊緣環(huán)境。正是由于原巖中包含大量古元古代—中元古代島弧與活動(dòng)大陸邊緣環(huán)境巖石,以及沉積盆地因強(qiáng)烈陸內(nèi)伸展斷陷而具一定活動(dòng)性等原因,導(dǎo)致了南華系—寒武系砂巖中包含了部分活動(dòng)大陸邊緣和大陸島弧的地球化學(xué)信息。4討論4.1被大陸邊緣環(huán)境的確定:單次環(huán)境信息的提出雖然眾多學(xué)者提出了陸源沉積物構(gòu)造環(huán)境判別的若干圖解、參數(shù),但實(shí)際上沉積物地球化學(xué)組成與沉積構(gòu)造環(huán)境之間的關(guān)系更為復(fù)雜(VanderKampetal.,1985;Cullersetal.,1988;Frostetal.,1989;McLennanetal,1990;Haughtonetal.,1991;Kumonetal.,1994),上述湘東南南華系—寒武系砂巖地球化學(xué)特征即顯示出被動(dòng)大陸邊緣、活動(dòng)大陸邊緣和大陸島弧等多種環(huán)境信息。顯然,當(dāng)出現(xiàn)多種構(gòu)造環(huán)境信息時(shí)應(yīng)通過(guò)謹(jǐn)慎分析確定環(huán)境屬性:當(dāng)某種環(huán)境信息量占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)時(shí),一般宜以其作為沉積盆地的構(gòu)造環(huán)境;當(dāng)多種環(huán)境信息均有較多顯示時(shí),則應(yīng)結(jié)合物源區(qū)性質(zhì)及風(fēng)化、搬運(yùn)、沉積作用的條件和過(guò)程作具體分析。本文正是在分析不同環(huán)境條件下沉積物可能包含的地球化學(xué)信息,并充分考慮區(qū)域物源區(qū)特征和沉積盆地相對(duì)活動(dòng)性的基礎(chǔ)上,最終確定湘東南南華系—寒武系形成于被動(dòng)大陸邊緣環(huán)境。這一思路可供同類(lèi)研究借鑒。顧雪祥等(2003)在通過(guò)沉積物地球化學(xué)特征判別江南造山帶雪峰隆起區(qū)新元古代板溪群地球化學(xué)特征時(shí),發(fā)現(xiàn)主量元素特征在顯示活動(dòng)大陸邊緣信息的同時(shí),亦顯示出大量的被動(dòng)大陸邊緣信息。他們最終確定為活動(dòng)大陸邊緣弧后沉積盆地,認(rèn)為被動(dòng)大陸邊緣信息的顯示與風(fēng)化沉積過(guò)程及成巖和變質(zhì)過(guò)程導(dǎo)致Na2O和CaO虧損有關(guān)。但如以本文分析思路來(lái)看,則板溪群有可能形成于被動(dòng)大陸邊緣環(huán)境。筆者認(rèn)為以沉積成巖和變質(zhì)作用等導(dǎo)致沉積巖中Na2O和CaO相對(duì)原巖虧損來(lái)解釋板溪群被動(dòng)大陸邊緣地球化學(xué)信息的出現(xiàn)可能欠妥,因?yàn)橛每偨Y(jié)構(gòu)造環(huán)境判別圖解的沉積巖同樣經(jīng)歷過(guò)風(fēng)化、剝蝕、搬運(yùn)、沉淀、成巖等過(guò)程,而板溪群很低的變質(zhì)程度似乎也難以引起Na2O和CaO等明顯的流失虧損。此外,以下的區(qū)域構(gòu)造背景分析亦表明新元古代板溪群形成于被動(dòng)裂谷環(huán)境的可能性更大。4.2華采用的“南—區(qū)域構(gòu)造背景與湘東南南華系—寒武系砂巖構(gòu)造環(huán)境的相互制約本文研究結(jié)論為全面認(rèn)識(shí)華南前泥盆紀(jì)構(gòu)造演化提供了新的證據(jù),同時(shí)又可從區(qū)域構(gòu)造背景資料得到印證。華南由揚(yáng)子與華夏兩個(gè)主要的地質(zhì)構(gòu)造單元組成,其間曾有華南洋的存在,自元古宙開(kāi)始經(jīng)歷了多期次的不同規(guī)模不同級(jí)次構(gòu)造單元間發(fā)生的弧-弧碰撞、弧-陸碰撞、陸-陸碰撞以及構(gòu)造單元內(nèi)部的裂解等構(gòu)造事件,最終導(dǎo)致了揚(yáng)子與華夏兩個(gè)一級(jí)構(gòu)造單元的拼接和焊合。從長(zhǎng)期的大量研究成果來(lái)看,對(duì)華南大地構(gòu)造屬性的認(rèn)識(shí)在這一總體概念上已趨于一致,分歧主要在于構(gòu)造演化的一些具體細(xì)節(jié)上,如不同次級(jí)構(gòu)造單元的劃分(包括構(gòu)造單元性質(zhì)和單元間界線的認(rèn)定)及相互關(guān)系,不同構(gòu)造單元間的碰撞時(shí)限等。其中最重要和最受關(guān)注的分歧是華南洋(存在洋殼及洋殼俯沖作用的大洋)的時(shí)空演化暨揚(yáng)子與華夏兩陸塊的碰撞拼接時(shí)代。與全球Grenville造山事件(1.4～1.0Ga)和Rodinia超大陸形成(1.0～0.8Ga)(Hoffman,1991,1992;Windley,1995;McLellandetal.,1996)相對(duì)應(yīng),中元古代末—新元古初(1.05～1.00Ga)、青白口紀(jì)末-南華紀(jì)初(800Ma左右)華南先后經(jīng)歷了四堡運(yùn)動(dòng)和晉寧運(yùn)動(dòng),使揚(yáng)子與華夏之間的華南洋在東段消失并形成江紹縫合帶(王鴻禎,1982;王鴻禎等,1986;劉寶珺等,1993)。但晉寧運(yùn)動(dòng)后中段和南段華南洋是否封閉及華南洋的演化過(guò)程,不同學(xué)者持截然不同的觀點(diǎn)。王鴻禎等(1986)、劉寶珺等(1993)、殷鴻福等(1999)認(rèn)為晉寧運(yùn)動(dòng)后江紹縫合帶以西仍然存在一個(gè)殘留洋盆,該盆地一直延續(xù)到加里東期,至志留紀(jì)末盆地封閉形成加里東褶皺帶(除欽防海槽外)。至今仍有很多學(xué)者持這一觀點(diǎn)(胡受奚等,2006;于津海等,2006;馬瑞士,2006;王鶴年等,2006)。許靖華等(1987)更是提出華南洋從前震旦紀(jì)一直延續(xù)到中生代、“板溪群”是印支期混雜巖的與一般學(xué)者大相徑庭的觀點(diǎn)。何科昭等亦以贛東北蛇綠巖帶中發(fā)現(xiàn)含晚古生代放射蟲(chóng)硅質(zhì)巖為依據(jù),提出贛東北存在一條印支期碰撞對(duì)接縫合帶,重新支持許靖華的“板溪混雜巖”模式(趙崇賀等,1996;何科昭等,1999)。不過(guò)有關(guān)皖南、贛東北蛇綠巖帶中中生代生物化石證據(jù)目前已有不少明確的否證(陳旭等,1995;廖卓庭,2000)。王劍等(2001)提出了與上述觀點(diǎn)完全不同的華南新元古代裂谷盆地模式,認(rèn)為中元古代末至新元古代初的“晉寧-四堡”運(yùn)動(dòng)使古華南洋關(guān)閉,華夏地塊與揚(yáng)子克拉通碰撞,新元古代早期(814～1000Ma之間)華南“晉寧-四堡”造山帶以剝蝕作用為主,華南裂谷系始于約820Ma左右(王劍等,2003)。舒良樹(shù)(2006)也持類(lèi)似觀點(diǎn)。聯(lián)系到近年來(lái)華南地質(zhì)研究尤其是同位素年代學(xué)研究的有關(guān)進(jìn)展,筆者認(rèn)為“新元古代裂谷盆地”模式更為可信。具體理由如下:第一,近年來(lái)獲得的一系列關(guān)于華南新元古界的底界年齡表明華南在新元古代早中期缺失了相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間的沉積地層。桂北鷹揚(yáng)關(guān)群基性火山巖的TIMS鋯石U-Pb定年測(cè)試結(jié)果為819±11Ma(周漢文等,2002),康滇地區(qū)蘇雄組火山巖高精度SHRIMP鋯石U-Pb定年測(cè)試結(jié)果為803±12Ma(李獻(xiàn)華等,2001)。湖南益陽(yáng)地區(qū)滄水鋪組陸相英安質(zhì)火山集塊巖的鋯石SHRIMPU-Pb年齡為814±12Ma,與以往獲得的925～933Ma的鋯石U-Pb年齡和Rb-Sr等時(shí)線年齡差距很大(王劍等,2003)。滇中峨山巖體、桂北寨滾巖體、本洞巖體、峒馬巖體、三防巖體、田朋巖體、皖南許村巖體、三峽黃陵花崗巖等被華南新元古代地層沉積超覆的侵入巖的年齡一般在800～835Ma之間(李獻(xiàn)華,1999;王孝磊等,2006)。上述資料表明華南新元古界底界年齡在800～820Ma左右。新元古界下伏不整合接觸的冷家溪群以往一般被認(rèn)為屬中元古代地層,但缺少可靠的年齡依據(jù),實(shí)際形成時(shí)代可能要晚,目前有研究認(rèn)為冷家溪群的上限年齡在860Ma左右。即便如此,板溪群與冷家溪群間也至少缺失了約40～60Ma的沉積(至少是揚(yáng)子板塊一側(cè)如此),反映了揚(yáng)子與華夏地塊在“晉寧-四堡”運(yùn)動(dòng)中已完成碰撞造山。第二,已有研究表明,湖南冷家溪群和廣西四堡群中的中元古代火山-侵入巖主要具有島弧火山巖特征(王孝磊等,2003;周金城等,2003a,2003b),其中湖南南橋玄武巖為俯沖帶附近的古洋殼殘片(周金城等,2003b)。以往江南造山帶的新元古代基性巖漿和花崗質(zhì)巖漿活動(dòng)通常被視為島弧產(chǎn)物(于津海等,2006),并被當(dāng)作新元古代華南洋盆存在的主要證據(jù)。然而近年來(lái)更為詳實(shí)的研究卻表明,湖南新元古代古丈-懷化-黔陽(yáng)-通道一帶的火山-侵入巖以及震旦紀(jì)高橋玄武巖均形成于板內(nèi)裂谷構(gòu)造環(huán)境(唐曉珊等,1997;陳多福等,1998;王孝磊等,2003;鄭基儉等,2001);而沿?fù)P子板塊西緣江南造山帶分布的桂北、湘東北、江西九嶺及安徽許村、休寧、歙縣等地的新元古代強(qiáng)過(guò)鋁花崗巖是華夏和揚(yáng)子地塊相互碰撞的產(chǎn)物,屬典型的后碰撞花崗巖(邱檢生等,2002;王孝磊等,2004,2006;周金城等,2005)。上述巖石學(xué)研究新進(jìn)展印證了華南由中元古代島弧+南華洋→中元古代末至新元古代早期揚(yáng)子與華夏間的碰撞造山→新元古代后期拉張裂解的構(gòu)造演化過(guò)程。第三,湘東南及其鄰近地區(qū)南華紀(jì)—早古生代發(fā)育巨厚的地槽相沉積(殷鴻福等,1999),其主要由砂、泥質(zhì)組成,基本未見(jiàn)火山物質(zhì),與島弧邊緣或活動(dòng)大陸邊緣增生楔(一般有大量火山物質(zhì))迥然不同。此外,目前為止在兩陸塊交接帶的湘贛一帶并未發(fā)現(xiàn)確實(shí)的新元古代洋殼殘片,也一定程度反映出新元古代華南洋存在的可能性不大。第四,可以想象,如若存在新元古代—早古生代的華南洋,則揚(yáng)子板塊的南東邊緣與華夏