江南造山带西段新元古代下江群清水江组的凝灰岩锆石U-Pb定年及其构造背景

吴开彬，覃永军，蒋开源，卢定彪，吴 滔

(1.自然资源部基岩区矿产资源勘查工程技术创新中心，贵州 贵阳 550081； 2.贵州省地质调查院，贵州 贵阳 550081；3.贵州省地质矿产勘查开发局，贵州 贵阳 550004)

1 地质概况

黔东南及其邻区位于属于江南造山带的西南段(图1)。区内出露最老地层为新元古代四堡群及同期的梵净山群和冷家溪群，岩性为变质砂岩、板岩、千枚岩和片岩，地层中还发育同时期基性-超基性岩、枕状玄武岩及中酸性侵入岩(戴传固等，2017)，岩石发生紧闭褶皱变形，该套沉积建造及岩浆岩为武陵造山事件前形成，具有弧后盆地构造环境特征。四堡群(或梵净山群、冷家溪群)之上为新元古代下江群(板溪群、丹州群或高涧群)，二者呈角度不整合接触(图2)。下江群在黔东南地区从下至上划分为甲路组、乌叶组、番召组、清水江组、平略组和隆里组(图2)。其岩性主要为一套弱变质陆源碎屑岩、火山碎屑岩及少量钙质岩、含碳质岩，底部发育一套底砾岩。下江群及相当层位地层之上覆盖了一套未变质的冰碛砾岩，二者在黔东南地区呈平行不整合或整合接触(图2)。下江群沉积建造中亦产出同时期基性-超基性岩、枕状玄武岩和中酸性侵入岩，岩石发生宽缓褶皱变形。

图1 江南造山带西段(湘黔桂毗邻区)前寒武地层分布略图(覃永军和杜远生，2020)Fig.1 Stratigraphic distribution outline of Pre-Cambrian period in the west orogenic belt (Hunan-Guizhou-Guangxi adjacent area)(after Qin Yongiun and Du Yuansheng，2020)1—为酸性侵入岩类；2—为辉长岩类；3—为闪长岩类；4—为辉绿岩类；5—为四堡群/梵净山区；6—为丹洲群/下江群/板溪群；7—为南华系；8—为寒武系及之后地层

图2 江南造山带西段(湘黔桂毗邻区)新元古代地层划分对比(据覃永军 等，2015)Fig.2 Stratigraphic division and correlation of the Neoproterozoicin in the west orogenic belt(Hunon-Guizhou-Guangxi adjacent area) (after Qin Yongjun et al.，2015)

黔东南及其邻区清水江组岩性以含大量凝灰质岩石为特点。为灰、深灰色变质凝灰岩、变质沉凝灰岩、凝灰质板岩、变质凝灰质砂岩、变质砂岩、变质粉砂岩、砂质板岩及绢云板岩，各岩性层多样式韵律组合。变质沉凝灰岩多于变质粉砂岩，凝灰质板岩多于粉砂质绢云母板岩和绢云母板岩。清水江组中常常发育滑塌滑移变形层理(图3a)。清水江组大略以锦屏-三都一线为界，其北西地区岩性组合主要是变质砂岩、变质粉砂岩、变质凝灰岩及变质沉凝灰岩，板岩所占比例较小。其南东地区以凝灰质板岩为主，夹变质凝灰岩、变质沉凝灰岩、变质砂岩和变质粉砂岩。岩石组合变化的总趋势为自北西向南东，变质粉砂岩减少，板岩增多(覃永军和杜远生，2020)。

2 样品特征及分析方法

2.1 样品特征

依托区域地质调查项目，本次研究的样品采自黔东南榕江县朗洞镇，在清水江组中部采集变质沉凝灰岩样品D4045R2(采样坐标：N26°19′58″，E108°33′11″)。本次采集的变质凝灰岩样品，呈淡绿灰色中厚层状，未见纹层发育，质地致密坚硬，块状构造(图3b)，具有残余凝灰结构(图3c)，基本上由火山碎屑物质组成，火山碎屑物质均匀分布(图3d)，约占样品总量99%。火山碎屑物质以火山灰为主，含少量玻屑和晶屑，火山灰已蒙脱石化。玻屑形状呈鸡骨状或撕裂状，发生脱玻硅化。晶屑具淬火裂纹和港湾状溶蚀，成分主要为长石和石英。

图3 黔东南清水江组凝灰岩野外地质特征及其显微结构Fig.3 The field geological characteristics and microstructure of the tuff from Qingshuijiang formation in southeast Guizhoua—清水江组凝灰岩滑塌滑移变形层理；b—清水江组凝灰岩野外地质特征；c—清水江组残余凝灰结构(正交偏光)；d—清水江组镜下特征(正交偏光)

2.2 分析方法

将采集的新鲜岩石样品粉碎，在双目镜下挑选透明、无裂隙且有代表性的锆石，将其置于环氧树脂中制成样品靶，然后进行锆石阴极发光(CL)拍照、LA-ICP-MS锆石U-Pb定年和原位微量元素含量分析。LA-ICP-MS锆石U-Pb定年和原位微量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完成，激光剥蚀系统为GeoLas 2005，ICP-MS为Agilent 7 500 a。激光波长193 nm，频率5HZ，能量强度10 J·cm-2，剥蚀点直径32 μm。U-Pb同位素定年采用锆石标准91500作为外标对分析数据进行同位素分馏校正，锆石U-Pb年龄谐和图绘制和年龄权重平均计算均采用Isoplot/Ex_ver 3完成，详细的仪器操作条件和数据处理方参见Liu et al.(2008)。若206Pb/238U年龄≧1.0 Ga，以207Pb/206Pb比值来计算锆石年龄；若206Pb/238U年龄﹤1.0 Ga，以206Pb/238U比值来计算锆石年龄。

3 分析结果

3.1 锆石形态和阴极发光

锆石阴极发光图像除D4045R2-02-05、07、19等4颗锆石未见明显内部结构外，其余锆石阴极发光均见明显振荡环带，揭示3种内部结构(图4)：①整体上具发育良好的岩浆振荡环带；②岩浆振荡环带或者幔边包裹具有均一或振荡环带；③具有扇形岩浆振荡环带。结合锆石的Th/U比值大于0.4(表1)，显著高于0.1，研究的锆石颗粒应为岩浆成因(吴元保和郑永飞，2004)。

图4 黔东南清水江组凝灰岩样品(D4045R2)的锆石阴极发光图像Fig.4 Zircon cathodoluminescence images of tuff samples(D4045R2) from Qingshuijiang formation，southeast Guizhou

3.2 锆石U-Pb年龄

表1 黔东南清水江组凝灰岩样品D4045R2锆石U-Pb同位素分析测试结果Table1 The Zircon U-Pb isotope analytical results of the tuff sample D4045R2 from Qingshuijiang formation in southeast Guizhou

图5 黔东南地区清水江组沉凝灰岩D4045R2样品锆石年龄谱图、谐和图及加权平均年龄图Fig.5 Zircon age spectrum，harmonics and weighted average age maps of D4045R2 sample of tuff in Qingshuijiang formation，southeast Guizhou

3.3 锆石微量元素

表2 黔东南清水江组凝灰岩样品D4045R2锆石微量元素分析测试结果Table 2 The zircon trace element analysis and test results of tuff samples D4045R2 from Qingshuijiang formation in southeast Guizhou

锆石颗粒C1球粒陨石标准化REE配分模式见图6。配分模式图可以区分出2种，模式1为轻稀土平坦和重稀土陡倾，La、Pr和Nd相对富集，具有较小的Ce正异常和显著的负Eu异常(图6)；模式2为La至Lu逐渐陡倾的配分模式，具有较大的正Ce异常和中等-大的负Eu异常(图6)。轻稀土的富集可能存在4种原因(吴元保和郑永飞，2004)：(1)锆石结晶时LREE优先进入锆石的晶格缺陷中；(2)锆石结晶时的熔体成分与全岩成分不一致；(3)分析点中包含了富LREE的磷酸盐矿物，这些矿物一般富Th；(4)后期地质事件扰动时LREE优先进入被扰动的锆石中。模式1中的锆石(01、20)具有较高Th含量(多数Th>115 ppm)，其阴极发光图具有振荡环带，应为岩浆锆石；锆石颗粒(02，07)中Th含量为65.8 ppm，阴极发光图像未见振荡环带，不能排除受后期地质事情扰动的可能性。

图6 研究区下江群清水江组中凝灰岩锆石的微量元素配分模式(球粒陨石的数据来源Sun S S and McDonough W F，1989)Fig.6 Rare element pattern of tuff zircon in Qingshuijiang group， Xiajiang formation in the study area

4 讨论

4.1 清水江组火山岩的形成时代

黔东南地区新元古代下江群为一套巨厚的复理石建造，缺乏古生物化石，岩性标志层也不明显，造成其时代归属和区域地层划分对比仍然存在争议。近年来，随着高精度同位素定年技术的不断发展，一些学者运用高精度同位素定年技术获取下江群地层中的凝灰岩、沉凝灰岩和凝灰质岩石的同位素年龄，随着大量数据的积累，将下江群的时代归属于新元古代趋于统一，区域地层划分与对比也不断完善与精确。本文获取了榕江朗洞地区的清水江组中凝灰岩的锆石U-Pb年龄(768.2±4.8Ma)，补充了区域年代学数据，与前人获得了清水江组及其上下地层中凝灰岩锆石U-Pb年代学数据(表3)具良好对比性，为开展下江群清水江组的区域地层划分对比提供了新资料。

清水江组中火山质的同位素年龄数据与相邻的广西龙胜三门街地区的辉长辉绿岩TIMS年龄为761±8 Ma(葛文春 等，2001)、流纹英安岩SHRIMP年龄为765±14 Ma(Zhou et al.，2007)和湖南通道地区的超镁铁岩SHRIMP年龄为772±11 Ma(Wang et al.，2007)的岩浆岩同位素数据高度吻合，可能是同期火山-岩浆作用产物。更大范围来看，区域上的皖浙赣井潭组和上墅组、川西开建桥组、滇中澄江组等地层中的火山物质年龄相近(表3)，显示黔东南地区(扬子东南缘)、扬子北缘和西缘均广泛发生同期岩浆活动，应该是雪峰运动的产物。

表3 黔东南地区新元古代下江群清水江组及相当层位火成岩锆石U-Pb年龄统计表Table 3 The U-Pb age statistics of igneous zircon from Qingshuijiang formation and its corresponding strata in Xijiang group during the Neoproterozoic time in southeast Guizhou

续表

4.2 清水江组的物源区构造背景

不同成因的锆石具有特定的地球化学特征和内部结构。岩浆结晶的锆石的Th/U比值一般较高(大于0.1)，具有震荡环带或扇形分带的内部结构，以及与球粒陨石一致的稀土配分模式(吴元保和郑永飞，2004)。本文分析的锆石的稀土配分模式总体呈现一致性逐渐陡倾的模式，虽然个别锆石表现为轻稀土平坦，但Th/U比值大于0.4，绝大多数锆石具有震荡环带或扇形分带的内部结构，显示这些锆石属于岩浆成因的可能性较大。

图7 研究区新元古代下江群清水江组碎屑锆石Hf-Th/Y、Hf-U/Yb、Y-U/Yb和Y-Th/Yb等图解 (底图据Grimes et al，2007)Fig.7 Clastic zircon Hf-Th/Y，Hf-U/Yb，Y-U/Yb and Y-Th/Yb diagram of Qingshuijiang group， Xiajiang formation，Neoproterozoic in the study area(after Grimes et al，2007)

图8 研究区新元古代下江群清水江组凝灰岩锆石的Th/U-Nb/Hf和Th/Nb-Hf/Th图解 (底图据Yang et al，2012)Fig.8 Th/U-Nb/Hf and Th/Nb-Hf/Th diagram of tuff zircon in Qingshuijiang group，Xiajiang formation， Neoproterozoic in the study area(after Yang et al，2012)

4.3 对华南板块在新元古代时期的启示

5 结论

致谢：感谢贵州大学刘雨博士后在数据处理过程中的帮助。