扬子古大陆新元古代扬子东南缘中段裂谷盆地年龄

近年来，随着江南造山带冷家溪群凝灰岩中大量新元古代锆石U-Pb年龄的报道，有关扬子东南缘的武陵运动是否等同于格林威尔造山期的质疑得到了充分的肯定，几乎一致地将组成江南造山带褶皱基底的冷家溪群及其相当层位置于新元古代，江南造山带不等同于格林威尔造山带，二者不同期。尽管如此，王剑等（2003，2001）通过对武陵运动上覆地层板溪群的研究和高精度同位素年代数据的获取，认为武陵运动仍不失为江南造山带中一个不可漠视的构造运动，是一个在地层划分和盆地演化研究中的重要界面，由此，命名武陵运动界面之上至南沱组之间的地层为“南华系”。并通过对上覆板溪群底部的火山岩的研究，认为盆地开启时间约为814 Ma，指出沉积盆地充填序列由南东向北西依次上超，构成“楔状地层体”，其盆地相的高涧群、丹洲群的底界可能要略早于板溪群的底界，将其接受沉积的时间推定在820Ma，而盆地边缘的张家湾组、莲沱组仅相当于板溪期上部沉积旋回，底界时间定在800Ma左右。

（一）花岗岩的时代证据

样品采集于湘西南城步县东部的新元古代花岗岩。该岩体位于苗儿山花岗岩体的西部（图2-36），总体上呈南北向分布，共圈定岩体14处，出露面积约20km2。岩性主要为花岗闪长岩、二长花岗岩。岩体内部多处见呈北东向带状展布的片麻状花岗岩，为后期变形产物。岩体侵入的最新地层为南华纪早期高涧群砖墙湾组和黄狮洞组，其中花岗闪长岩与地层呈交切型侵入关系，二者界线清楚，结构变化明显；二长花岗岩与围岩为整合型侵入关系，岩体边缘的片理与围岩基本一致。岩体具岩浆结晶结构，为岩浆成因类型。岩石化学成分反映为过铝质钙碱性系列，大部分Na2O＞K2O，个别样品K2O＞Na2O，局部见暗色微粒包体。在K2O-Na2O图解上，多数样品位于I区，显示出I型花岗岩的特点。在Hf-Rb/30-Ta×3图上构造环境判别为火山弧型。故此曾认为岩体主要为挤压构造环境下主动侵位的岛弧型花岗岩，归属雪峰期产物（1∶5万城步地区区域地质调查，湖南省地质调查院，2009）。

然而，众所周知，扬子陆块东南缘的雪峰运动属于伸展体制下的差异升降与断块旋转所致（王剑，2005）。对于形成的较大规模的双峰式火山岩，以往研究者一般将其构造背景归属于板内环境。而形成如此规模的主动侵位的岛弧型花岗岩却较少见。而且，测年数据显示也与雪峰运动的时限差距甚远。而更让人难以理解的是它们与南华纪早期的高涧群砖墙湾组和黄狮洞组呈侵入关系。这就为我们提出了以下的问题：它是雪峰运动的产物吗？被侵入的地层与武陵运动界面之上的板溪群是否同期异相沉积？为此，对该区新元古代花岗岩重新采集样品，挑选锆石进行LA-ICP-MS与SHRI MP年代学对比研究，并对被侵入地层进行建造分析，力图对上述疑问做出较为合理的解释。

图2-36　城步地区新元古代花岗岩分布略图

1.泥盆系；2.南华系—奥陶系；3.新元古界高涧群；4.志留纪花岗岩；5.新元古代二长花岗岩；6.新元古代花岗闪长岩；7.断层；8.地质界线；9.不整合界线；10.采样点及编号

通过对湘西南地区主动侵位的岛弧型花岗闪长岩-二长花岗岩的锆石LA-ICP-MS（图2-37、图2-38，表2-20）与SHRIMP U-Pb同位素年代学（图2-39、图2-40，表2-21）研究，分别获得加权平均年龄为835.6±6.7Ma、840±8Ma，属新元古代。

二长花岗岩的锆石的阴极发光图像（CL）特征：所采样品中锆石多呈透明—半透明的柱状自形晶，个别呈长柱状，部分锆石的中部具有不分带、浑圆状的核心。锆石颜色呈黄褐色或玫瑰色，晶体长约为180～250μm，少数长者可达300μm，个别长柱状晶体长达320μm，长宽比约为2∶1～3∶1。阴极发光图像均显示出岩浆结晶成分环带（图2-37），锆石CL图像色律强弱不等，部分呈黑色，这种差异可能反映了不同锆石之间Th、U等元素含量的不同。锆石晶体测点位置的选取结合了可见光和CL图像，以避开锆石晶体中的裂纹和包裹体而避免测定结果的含义不清楚。其U-Pb年龄分析结果见表2-20。锆石23个测点的206Pb/238U年龄值变化在（872±6）～（805±7）Ma之间，其加权平均年龄为835.6±6.7Ma，MSWD＝4.5，95%置信度。这些分析点都分布于谐和线上或附近，表明这些锆石几乎没有U或Pb的丢失或加入（图2-38）。

图2-37　二长花岗岩的锆石阴极发光照片

表2-20　锆石LA-ICP-MS U-Th-Pb同位素分析结果

注：由西北大学大陆动力学国家重点实验室测试。

图2-38　锆石LA-ICP-MS U-Pb谐和图

图2-39　花岗闪长岩（J802）锆石阴极发光照片

图2-40　锆石SHRIMP U-Pb谐和图(www.xing528.com)

表2-21　锆石SHRIMP U-Th-Pb同位素分析结果

注：由北京离子探针中心测试。

对岩体围岩钙质板岩夹灰岩建造的剖面研究和同位素年代学分析及区域对比，确认其属于新元古代南华纪板溪期沉积—高涧群，与下伏冷家溪群连续沉积，底界时限应大于835Ma。由此认为高涧群及其相当层位分布区在沉积盆地演化过程中，可能没有经历由俯冲造山—伸展裂谷盆地的完整演化过程，盆地从板片俯冲形成岩浆弧的初期演化即已停止，形成所谓的残余盆地，并沿从江—溆浦—双峰—衡阳—萍乡一线形成陡坡边缘盆地古地理格架，与北西侧伸展形成的断阶式陆坡相接，接受来自北西侧的陆缘碎屑及其改造型重力流沉积，完成这一转换过程的时间点在830Ma左右。而盆地接受沉积的最早时间点可能稍有滞后，但也大致在828～825Ma之间，花山群底部的玄武岩为825Ma佐证了这一推断。

前述花岗岩的特征显示其属于碰撞作用产物，这与张玉芝等（2010）对江南隆起带新元古代碰撞作用结束时间的研究结果（835±12Ma）基本一致。

（二）石桥铺组底部火山岩年龄

迄今为止还没有直接在高涧群底部获得可靠的年龄数据。笔者在湘西南获得侵入高涧群中的花岗闪长岩-二长花岗岩锆石LA-ICP-MS、SHRIMP U-Pb年龄分别为835Ma与840Ma，但这仅属间接证据。板溪群与高涧群底界的时限及对应关系，亦即扬子东南缘裂谷盆地的初始裂解时间以及不同区段接受沉积的时间并未得到最终确认。

依据《湖南省1∶5万金石桥幅区域地质调查报告》，笔者在隆回县石桥铺电站剖面底部采集到了岩性为玄武-安山质火山角砾岩的样品。地理坐标：E110°49′27″，N27°30′48″，编号SQP。锆石的挑选工作在湖南省地质调查院岩矿测试中心重砂实验室完成，在室内先将岩石样品粉碎至60目以下，经常规的人工粗、精淘洗和电磁选方法富集，再在双目显微镜下从中挑选出晶形和透明度较好的锆石颗粒，将其与标准锆石TEM（年龄为417Ma）一起制作成样品靶，将样品靶打磨并抛光至大多数锆石颗粒的中心暴露出来，然后在光学显微镜下进行反射光和透射光照相，以及使用扫描电镜进行阴极发光图像分析（图2-41）。锆石的阴极发光图像及年龄测定（使用SHRIMPⅡ）均在北京离子探针中心完成。分析原理和流程见Comp-ston和Willians（1998）等。一次离子流强度为5～8nA，一次离子流束斑直径为25～30μm。样品点清洗时间为120～180s。每个数据点测定为5组扫描。使用标准锆石SL13和TEM，分别用于校正U含量和206Pb/238U值。数据处理和U-Pb谐和图绘制采用Ludwig博士编写的Squid 1.0及Isoplot程序。单点的同位素比值误差为1σ相对误差，年龄绝对误差为1σ，平均值对应的误差为95%置信度。

分析锆石以透明—半透明的柱状晶体为主，阴极发光图像均显示出岩浆结晶成分环带，粒径约为180～250μm，柱状晶体长宽比约为2∶1～4∶1。其U-Pb年龄分析结果见表2-22和图2-42。虽晶体形态有所不同，但CL图像显示出典型的岩浆成因生长环带结构，均属于岩浆结晶的产物（图2-41）。10个锆石点的U-Pb年龄测试的206Pb/238U年龄值变化在（850.2±15.7）～（805.8±15.5）Ma之间，加权平均年龄为828.8±9.6Ma，MSWD＝0.72，置信度为95%，代表锆石结晶时间。10个分析点都分布于谐和线上，表明这些锆石没有U或Pb的丢失或加入，样品可信度高（图2-42）。

表2-22　锆石SHRIMP U-Th-Pb同位素分析结果

注：由北京离子探针中心测试。

图2-41　石桥铺组锆石（SHRIMP）阴极发光图片

图2-42　锆石SHRIMP U-Pb谐和图

通过采用锆石SHRIMP U-Pb同位素年代学研究，确认湘中高涧群石桥铺组底部玄武　安山质角砾岩SHRIMP U-Pb年龄为828.8±9.6Ma。可与区域上鄂西南的花山群底部玄武岩的时代（825Ma）相对比。由此推断扬子东南缘武陵期后裂谷盆地接受沉积的时限可能要略早于以往（王剑等，2000）推断的820Ma，认为完成从武陵运动结束至裂谷作用的启动这一转换过程的时间点推定在830Ma左右可能更适宜。

综上所述，盆地充填序列的底界年龄随着盆地向北西的超覆，底界时间可能有所差距，即往北西方向逐步变新，但总体上应在830～814之间。这与以往的相关研究成果（张玉芝等，2010）和裂谷盆地演化模式基本一致。