華夏古陸一個(gè)新的地質(zhì)塊體

華夏古陸一個(gè)新的地質(zhì)塊體

中新世是一個(gè)有爭(zhēng)議的地質(zhì)遺跡。自從Grabau(1924)提出“華夏古陸”的認(rèn)識(shí)以來(lái),它經(jīng)歷了多次肯定與否定的反復(fù)論證過(guò)程。特別是上世紀(jì)90年代初,由于一大批早元古代同位素年代學(xué)資料在浙南—閩北及其周邊地區(qū)的獲得,“華夏古陸”又被重新提出。但是,由于上述古元古代的巖石僅限于浙南—閩北一帶,而其它一些古老年齡數(shù)據(jù)又都是從碎屑鋯石或繼承鋯石中獲得,因此,對(duì)于華夏地塊是否普遍存在古老結(jié)晶基底,或者說(shuō)“華夏古陸”究竟有多大仍有不同認(rèn)識(shí)(李獻(xiàn)華等,1991,1998;Chenetal.,1998;鄧平等,2002,于津海等,2002,2005;胡受奚等,2006;舒良樹,2006)。另一方面,大量顯生宙花崗巖的Nd同位素資料顯示,華夏地塊的深部普遍存在一個(gè)具有古元古代模式年齡的陸殼組分(沈渭洲等,1993,1999,2003;Chenetal.,1998;于津海等,2006a)。因此,如何解釋這些Nd同位素和年代學(xué)資料也是正確認(rèn)識(shí)華夏地塊形成和演化的關(guān)鍵。目前,人們習(xí)慣于使用“華夏地塊”(CathaysiaBlock)來(lái)描述揚(yáng)子?xùn)|南緣江南造山帶以南的華南大陸,可能還包括部分“沉入”東海和南海的陸塊。在此,地塊(block)更多的是一個(gè)地理上的概念,并沒有確切的地質(zhì)含義和時(shí)間的概念,即并非對(duì)應(yīng)于“古陸”。多見于外文文獻(xiàn)中的Cathaysia或Cathaysiablock已與Grabau(1924)最初的定義相差甚遠(yuǎn)。1中國(guó)—地質(zhì)概況華夏地塊屬于華南地塊的一部分,位于揚(yáng)子克拉通的東南側(cè),呈北東向展布。兩個(gè)地塊的分界線在東北部較為清楚(以江紹斷裂為界),而在中部和西南部則不太清楚。通常以板溪群,冷家溪群或雙橋山群等元古代地層出露的“江南造山帶”的南緣為界。近年來(lái),對(duì)揚(yáng)子地塊的研究取得了極大的進(jìn)展,特別是大量新的年代學(xué)資料的發(fā)表使人們對(duì)于揚(yáng)子地塊的性質(zhì)及其演化有了新的認(rèn)識(shí)。其主要成果在于:(1)揚(yáng)子地塊存在非常古老的地質(zhì)體,在北部崆嶺地區(qū)出露的奧長(zhǎng)花崗質(zhì)片麻巖和混合巖形成于2.90~2.95Ga(Qiuetal.,2000;Zhangetal.,2006;Zhengetal.,2006);對(duì)幾個(gè)地點(diǎn)煌斑巖中捕虜鋯石的年代學(xué)研究揭示了揚(yáng)子地塊深部可能普遍存在一個(gè)新太古代基底(Zhengetal.,2006);揚(yáng)子地塊同樣發(fā)育古元古代(1.9~2.0Ga)的巖漿活動(dòng)(Zhangetal.,2006;Zhengetal.,2006)。這些數(shù)據(jù)說(shuō)明華南的揚(yáng)子地塊具有古老的結(jié)晶基底。(2)在揚(yáng)子地塊的周邊(特別是“江南造山帶)發(fā)育大量新元古代具有弧特征的基性巖漿和花崗質(zhì)巖漿活動(dòng)(LiXHetal.,1999,2003;Zhouetal.,2002a,2002b;LiZXetal.,2003;Zhengetal.,2004;Wangetal.,2006;Wuetal.,2006);它們主要形成于820~830Ma,而揚(yáng)子北緣的則以720~770Ma為主(Zhengetal.,2004)。說(shuō)明在新元古代圍繞揚(yáng)子克拉通發(fā)生的是以大洋俯沖和弧-陸碰撞為特征的地殼增生。在華夏地塊出露的地質(zhì)體主要是各個(gè)時(shí)代變質(zhì)或沒有變質(zhì)的沉積巖和以中生代花崗巖為主的巖漿巖。除了在浙南、閩北地區(qū)有古元古代和新元古代變質(zhì)火成巖出露外(甘曉春等,1993,1995;李獻(xiàn)華等,1998;LiWXetal.,2005),華夏地塊的火成巖主要是在加里東以后形成的,而地層大多形成于中元古代以后。根據(jù)已有的年代學(xué)資料以及構(gòu)造變形和變質(zhì)巖組合,鄧平等(2002)曾將華夏地塊的結(jié)晶基底劃分出浙東南—閩西北、贛中—贛南和云開大山三個(gè)地區(qū)。但是,作者認(rèn)為有些Sm-Nd等時(shí)線年齡的可信度較低,因?yàn)樗鼈兊?47Sm/144Nd比值變化很小(<0.05),而另一些等時(shí)線的樣品顯然沒有滿足同源的必要條件。另一方面,僅根據(jù)一顆或幾顆鋯石的蒸發(fā)法年齡(即使是稀釋法的207Pb/206Pb年齡)來(lái)確定地層時(shí)代也是不準(zhǔn)確的。根據(jù)近年來(lái)發(fā)表的鋯石U-Pb年齡和以往可信的年代學(xué)資料,作者將華夏地塊分成兩個(gè)區(qū):武夷山區(qū)和南嶺—云開地區(qū)。武夷山區(qū)包括浙西南、閩西和贛東。2現(xiàn)代研究數(shù)據(jù)2.1中元古代地層的形成武夷山區(qū)可靠的鋯石U-Pb年代學(xué)工作始于20世紀(jì)90年代。胡雄健(1994)和甘曉春等(1993,1995)用單顆粒鋯石稀釋法在浙南和閩北獲得了一批古元古代年齡,其中包括下際花崗巖1975±80Ma,里莊花崗巖1870±36Ma,田后花崗閃長(zhǎng)巖1832±80Ma,三枝樹混合巖1863±44Ma,淡竹巖體1878±27Ma和田奔巖體1889±95Ma等。此外,還獲得八都群斜長(zhǎng)角閃巖、泉坑花崗巖和竹口偉晶巖的鋯石207Pb/206Pb年齡分別是1831±1Ma,1755±3Ma和1743±8Ma。隨后李獻(xiàn)華等(1998)用SHRIMP方法精確測(cè)定了閩西北建寧縣天井坪組中的斜長(zhǎng)角閃巖的形成時(shí)代,獲得諧和年齡為1766±19Ma,否定了此地層為太古代的觀點(diǎn)。LiWX等(2005)也用SHRIMP法測(cè)定了馬面山群中雙峰式火山巖的形成時(shí)代,獲得鋯石U-Pb年齡是818±9Ma,證明馬面山群是新元古代地層,而非通常所認(rèn)為的中元古代地層。最近,萬(wàn)渝生等對(duì)閩西北的許多變質(zhì)地層進(jìn)行了系統(tǒng)的SHRIMP定年和地球化學(xué)研究(Wanetal.,2006),重新厘定了該地區(qū)前寒武紀(jì)地層的時(shí)代。在天井坪組的黑云片麻巖中獲得7個(gè)年輕鋯石的加權(quán)平均值是1790±19Ma,其他16個(gè)繼承鋯石的年齡變化于2.8~2.0Ga,這些分析數(shù)據(jù)近似于李獻(xiàn)華等(1998)的結(jié)果,說(shuō)明閩西北確實(shí)存在古元古代地質(zhì)體。但對(duì)閩西北另一個(gè)黑云片麻巖(原來(lái)也定為天井坪組)的定年獲得了完全不同結(jié)果,其8個(gè)分析點(diǎn)的年齡變化于622~528Ma。顯然它不屬于天井坪組,而可能是后期斷裂構(gòu)造作用將它們“拼貼”到一起的。對(duì)閩北麻源群大金山組和南山組兩個(gè)樣品的定年也明顯不同。大金山含矽線石片麻巖中4個(gè)繼承核的年齡變化于2.34~1.57Ga,而其他碎屑鋯石的年齡變化于1383~583Ma,兩個(gè)最年輕的諧和鋯石年齡分別是643Ma和780Ma,說(shuō)明該地層形成于新元古代,即麻源群并非古元古代的地層。從三個(gè)增生邊獲得的諧和年齡加權(quán)平均值是458±6Ma,顯示了加里東變質(zhì)作用的疊加。南山黑云片麻巖中15個(gè)繼承鋯石的年齡集中在~2.7Ga,2.6~2.5Ga和~1.8Ga;而其他9個(gè)巖漿成因鋯石的加權(quán)平均年齡是807±12Ma,說(shuō)明該地層形成于新元古代。對(duì)萬(wàn)全群和馬面山群變質(zhì)火山巖的定年,得到的年齡分別是728±8Ma(13個(gè)點(diǎn))和751±7Ma(14個(gè)點(diǎn));萬(wàn)全群還有一顆繼承鋯石的年齡是2.30Ga。對(duì)迪口組和交溪組的定年分析顯示兩者都含豐富的1.0~0.8Ga鋯石(分別有12個(gè)和8個(gè)分析點(diǎn)),前者其他11顆鋯石的年齡集中在~2.8,~2.5,~1.8和~1.6Ga;而后者中有4顆鋯石的年齡集中在~2.5Ga,另有一顆鋯石的諧和年齡達(dá)3.6Ga。這些數(shù)據(jù)表明迪口組和交溪組都應(yīng)形成于0.8Ga以后,與萬(wàn)全群和馬面山群相似,都形成于新元古代,而非過(guò)去認(rèn)為的中元古代地層(莊建民等,2000)。出露于武夷山南段閩西南地區(qū)的桃溪組也曾被認(rèn)為是古元古代的(莊建民等,2000)。作者對(duì)出露于桃溪地區(qū)的多個(gè)樣品進(jìn)行過(guò)定年研究。對(duì)一個(gè)泥質(zhì)麻粒巖37顆鋯石的46次U-Pb同位素LAM-ICPMS分析顯示,新生的深熔鋯石和增生鋯石都形成于早古生代(~480Ma和~443Ma),而屬于原巖的碎屑鋯石的形成時(shí)代廣,主要集中于~736Ma(圖1a),少量形成于~2500Ma(于津海等,2005)。對(duì)另一個(gè)變粒巖中18顆鋯石的21次分析顯示大多數(shù)碎屑鋯石的年齡集中在580~740Ma,少量老年齡鋯石的諧和性較差,但可以大致構(gòu)成一條不一致曲線,其上交點(diǎn)年齡為1890±80Ma(圖1b,圖2),與北武夷山地區(qū)的許多年齡一致。盡管沒有明顯的高級(jí)變質(zhì)作用的礦物組合,但該巖石中也含豐富的變質(zhì)(或深熔)增生鋯石,年齡大多變化于414~493Ma,有一顆為393Ma,說(shuō)明加里東運(yùn)動(dòng)同樣對(duì)其產(chǎn)生了強(qiáng)烈的影響。這兩個(gè)樣品中諧和性>90%的最年輕的碎屑鋯石的年齡是588和581Ma,說(shuō)明它們形成時(shí)代相當(dāng)。該年齡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層。2.2原巖的形成時(shí)代南嶺地區(qū)前寒武紀(jì)的研究相對(duì)薄弱,因?yàn)樵谠摰貐^(qū)出露的最老的地層是震旦紀(jì)的,而且都屬于淺變質(zhì)巖。但是最近也有一些研究認(rèn)為該地區(qū)存在中元古代的地質(zhì)體(劉邦秀等,2001;陳忠權(quán)等,2001;毛孟才等,2002)。但遺憾的是這些年齡多由蒸發(fā)法獲得,而且分析個(gè)數(shù)極少(1~2個(gè)),所以很難準(zhǔn)確限定地質(zhì)體的形成時(shí)代,尤其對(duì)沉積地層。最近,Xu等(2005)和丁興等(2005)分別對(duì)粵北南雄地區(qū)的瀾河片麻巖和粵東和平縣的古寨巖體進(jìn)行了較詳細(xì)的鋯石U-Pb定年。對(duì)21顆鋯石的分析結(jié)果顯示瀾河片麻巖的物質(zhì)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)。其中最年輕的諧和鋯石年齡是856Ma,指示該片麻巖的原巖形成于856Ma之后。對(duì)古寨花崗巖中36顆鋯石的定年結(jié)果顯示其源區(qū)成分是及其復(fù)雜的,年齡變化于3107~537Ma,主要集中于900~1100Ma的Grenville期,并含相當(dāng)數(shù)量的新太古代和中元古代的鋯石(圖1c)。這表明該花崗巖的源區(qū)是沉積巖,而其沉積時(shí)代應(yīng)晚于537Ma。作者近年來(lái)開展了對(duì)南嶺地區(qū)一些基底變質(zhì)巖的研究(于津海等,2005,2006a,2006b)。對(duì)粵東龍川縣一個(gè)黒云片麻巖中38顆碎屑鋯石的定年分析顯示,所含鋯石具有很廣的年齡譜(圖1d),其中最明顯的年齡峰出現(xiàn)在~2.57Ga,第二個(gè)弱的峰是在~1.1Ga,其他鋯石年齡主要變化于中元古代—新元古代,但有兩顆鋯石形成于中太古代(2915~3012Ma)。對(duì)南雄地區(qū)潭溪片麻巖(靠近瀾河)中56顆碎屑鋯石進(jìn)行了58次定年分析,它們的年齡變化于3755~545Ma,并出現(xiàn)~970Ma和~2500Ma兩個(gè)明顯的年齡峰(圖1e),前一個(gè)峰值年齡與Grenville造山期相當(dāng),后一個(gè)峰期與世界范圍內(nèi)的新太古代晚期的巖漿活動(dòng)和高級(jí)變質(zhì)時(shí)代一致,這些特征相似于龍川片麻巖而不同于附近的瀾河片麻巖(Xuetal.,2005;于津海等,2006a)。巖石中還包含了許多其它時(shí)代的鋯石,其中一顆最老的鋯石形成于古太古代(3755Ma),其諧和性為96%,這是在華南發(fā)現(xiàn)的最老的鋯石,也是第一次在華夏地塊發(fā)現(xiàn)有古太古代物質(zhì)。另有3顆鋯石形成于3.0~3.2Ga,它們的上交點(diǎn)年齡是3284±86Ma,證明華夏地塊確實(shí)存在非常古老的陸殼物質(zhì)。巖石中還包相當(dāng)數(shù)量的中元古代(1.7~1.4Ga)和少量新元古代(0.90~0.55Ga)的碎屑物質(zhì)(圖1e)。潭溪片麻巖和龍川片麻巖中最年輕的碎屑鋯石年齡分別是545和548Ma,由于這些巖石被加里東花崗巖侵入或被寒武-奧陶紀(jì)地層覆蓋,因此,它們的原巖應(yīng)該是形成于新元古代的最晚期至古生代最早期。此外,潭溪片麻巖中的一顆獨(dú)居石的U-Pb年齡是276Ma,而龍川中有6顆新生鋯石形成于221~247Ma,說(shuō)明巖石的變質(zhì)作用都發(fā)生在海西-印支期。2.3鋯石u-pb年齡云開地區(qū)存在高級(jí)變質(zhì)作用,人們都寄希望在此發(fā)現(xiàn)古老的地殼,曾開展過(guò)許多巖石學(xué)和年代學(xué)研究(陳斌等,1994;周漢文,1994;莊文明等,1995;張志蘭等,1997;黃圭成等,2001;彭松柏等,2006)。但是,由于加里東期高級(jí)變質(zhì)作用和巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈,許多原巖已被改造,因此,該地區(qū)是否存在古老地殼仍有爭(zhēng)論(莊文明等,1995;王祖?zhèn)サ?1998;鄺永光等,2001)。對(duì)上世紀(jì)90年代以后發(fā)表的鋯石U-Pb和Pb-Pb年齡的分析表明,除了強(qiáng)烈的加里東期熱事件形成的410~470Ma的結(jié)晶鋯石外,其他鋯石的年齡值變化于2690~610Ma,并在970Ma存在一個(gè)明顯的峰(圖1f),另外在~2.5Ga和~2.0Ga有兩個(gè)弱的峰。這些老年齡大多測(cè)自渾圓狀碎屑(或繼承鋯石)或結(jié)晶鋯石的內(nèi)核(彭松柏等,2006)。萬(wàn)渝生等最近(2006,個(gè)人通訊)對(duì)云開地區(qū)的變質(zhì)巖和片麻狀花崗巖進(jìn)行系統(tǒng)的鋯石SHRIMP定年。分析結(jié)果顯示四個(gè)副變質(zhì)巖中碎屑鋯石的形成時(shí)代主要集中在2770~2450Ma,1720~1400Ma和1200~800Ma,少量變化于590~750Ma,說(shuō)明它們的原巖至少在800Ma以后形成。三個(gè)花崗巖的結(jié)晶鋯石分別形成于430±10,443±4和436±8Ma,其中一個(gè)花崗巖中繼承鋯石主要形成于1100~800Ma。這些分析與上述年齡統(tǒng)計(jì)結(jié)果相似,除了缺乏~2.0Ga的鋯石。3討論3.1晚新元古代—華夏地塊的構(gòu)造分區(qū)對(duì)華夏地塊出露的前寒武紀(jì)變質(zhì)巖的鋯石年代學(xué)研究顯示,武夷山區(qū)與南嶺—云開地區(qū)具有不同的構(gòu)造-熱歷史。在武夷山地區(qū)最發(fā)育的是古元古代(1.75~1.90Ga)和新元古代(0.72~0.82Ga)兩期巖漿活動(dòng)。從普遍含有單一的新太古代(2.4~2.8Ga)繼承鋯石推斷,深部可能存在一個(gè)太古代基底。因此,武夷山地區(qū)(特別是浙南—閩北)是華夏地塊中的一個(gè)古陸,或者說(shuō)是華夏古陸殘留的塊體。需要指出的是這里定義的“古陸”是指中元古代之前形成的。對(duì)于形成于震旦紀(jì)(~650Ma)之前的古陸則在更大范圍內(nèi)存在(舒良樹,2006)。雖然南武夷的桃溪組不是新太古代和古元古代的地質(zhì)體,但其中含有豐富的新元古代碎屑物質(zhì),并含少量古元古代和新太古代碎屑物質(zhì),這與武夷微古陸的相同,說(shuō)明它們的物源來(lái)自武夷古陸,或者說(shuō)桃溪組是該古老基底的沉積蓋層。南嶺和云開地區(qū)目前沒有發(fā)現(xiàn)古元古代地質(zhì)體,在云開地區(qū)有相對(duì)較弱的0.72~0.82Ga巖漿活動(dòng)。在其廣泛發(fā)育的晚新元古代—早古生代沉積物中缺失古元古代物質(zhì),而是含有豐富的Grenville期和中元古代物質(zhì),另外還含有新太古代、中太古代和古太古代形成的物質(zhì)。所含的新元古代物質(zhì)主要是形成于530~650Ma的泛非運(yùn)動(dòng)期,只有少量形成于720~820Ma。顯然,南嶺—云開地區(qū)現(xiàn)在已不存在古陸。一種可能是原來(lái)的古陸已被改造(再循環(huán)),形成了新元古代的沉積物;另一種可能是該地區(qū)在新元古代被拉伸減薄,形成沉積盆地,接受來(lái)自相鄰陸塊的物源。初步的對(duì)比研究顯示這些物質(zhì)很可能來(lái)源于東印度和東南極地塊,即在晚新元古代—早古生代時(shí)期,華夏很可能位于岡瓦那大陸靠近東印度和東南極地塊的地區(qū)。由于與武夷山相鄰的贛中地區(qū)缺少可靠的鋯石U-Pb年代學(xué)資料,所以,該地區(qū)的變質(zhì)地體的構(gòu)造歸屬還不清楚,初步推測(cè)相似于南武夷的桃溪地區(qū)。3.2地殼成分對(duì)形成時(shí)代的意義華夏地塊主要由新元古代形成的沉積巖組成,因此它是一個(gè)年輕的大陸。在此年輕大陸中存在武夷微古陸,也許正是該微古陸與揚(yáng)子地塊在新元古代早期的碰撞才突顯出揚(yáng)子地塊與華夏地塊在東部的界線。盡管華夏地塊非常年輕,但是組成它的物質(zhì)中卻包含有新太古代—中太古代(甚至古太古代)形成的古老物質(zhì),這些物質(zhì)與豐富的Grenville期和中元古代物質(zhì)共同構(gòu)成了華夏地塊的主要地殼組成。顯生宙的沉積巖和花崗巖主要都是這些物質(zhì)的再循環(huán)產(chǎn)物,除了不同時(shí)期有部分新生地殼的加入(尤其在東部)。這一推論有以下證據(jù):(1)在古寨、湯湖、九嶷山以及云開地區(qū)的許多花崗巖中所包含的繼承鋯石顯示了與地表出露的基底變質(zhì)巖相同的年齡譜(Lietal.,1989;丁興等,2005;彭松柏等,2006);(2)在南武夷和云開地區(qū)都出露有能代表下地殼組成的麻粒巖相變質(zhì)巖,它們的原巖都是形成于新元古