蚌埠隆起区五河杂岩的形成时代:锆石LA-ICP-MSU-Pb定年证据

本文对蚌埠隆起区五河杂岩中的石榴斜长辉石岩进行了锆石LA-ICP-MSU-Pb定年研究。采自凤阳独山石榴斜长辉石岩中锆石的阴极发光图像显示出3种结构特征,一种为均匀吸收的自形锆石;另一种为内部结构清晰,具有典型核边结构的锆石;第三种为具有典型生长环带的自形锆石。对锆石吸收程度不同部位测定的U-Pb定年结果表明,207Pb/206Pb年龄介于(1783±8)Ma￣(1895±8)Ma,49个测点的加权平均年龄为(1833±8)Ma。这一结果表明,蚌埠隆起区五河杂岩的形成时代为古元古代。这与华北克拉通中央造山带的形成时间及胶东高压麻粒岩相变质作用的时间相吻合,进而暗示五河杂岩应属于华北克拉通的基底。

五河杂岩的变质岩石学及P-T条件分析——来自蒙城南ZK02钻孔的研究

五河杂岩是华北克拉通东部陆块东南缘最重要的岩石单元.然而,直至今日,人们对于该组杂岩一直缺乏足够的研究,特别是对于其形成的变质条件分歧较大.本文通过对蒙城南ZK02钻孔中五河杂岩的构成和地质特征详细研究表明五河杂岩分为上、下两段.上段主要为一套由云母片岩、大理岩和花岗片麻岩组成的变质表壳岩系;下段为一套基性变质岩,主要岩性为斜长角闪岩、角闪岩、石榴斜长角闪岩和少量的混合岩.同时,针对下段特征岩石（石榴斜长角闪岩）,进行了较为详细的岩相学和矿物化学分析,并应用不同的温压计进行P-T条件评价和比较,结合岩相学限定和前人的研究成果,认为五河杂岩的主体普遍经历了高压角闪岩相变质作用,其温压范围为：T=671℃～700℃和P=0.82～0.95 GPa,地温梯度约为25～28℃/km,与典型陆壳地温梯度类似.与同邻区主要岩石单元的变质级别相比,五河杂岩应当形成于板内变质环境,并不具备造山带变质特征.

华北板块东南缘五河杂岩的麻粒岩相变质、部分熔融与交代作用

华北板块东南缘五河杂岩属于前寒武纪变质基底,出露于蚌埠及相邻地区,主要由变质的镁铁质和长英质火成岩以及表壳岩系组成,并伴生有古元古代片麻状花岗岩和中生代花岗岩类,构成了"蚌埠隆起"。五河杂岩中主要有石榴斜长角闪岩/榴闪岩、石榴麻粒岩、异剥钙榴岩、石榴斜长角闪片麻岩、花岗片麻岩、云母片岩、大理岩和变质砂岩等岩石类型。这些不同类型的变质岩具有类似的峰期变质矿物,如石榴子石、单斜辉石、斜长石、金红石和石英等;结合其锆石U-Pb年龄,表明它们共同经历了古元古代高压麻粒岩相变质作用。石榴斜长角闪岩的石榴子石包体中存在钾长石+斜长石+石英+黑云母等矿物交生体,指示早期花岗质熔体的存在,证明五河杂岩在古元代变质过程中发生了部分熔融作用。此外,部分变基性岩中存在方解石、绿帘石和绿泥石等蚀变矿物,沿石榴子石的裂隙中分布有钾长石+斜长石+石英+黑云母+角闪石等矿物,表明它们经历了含碳酸盐的熔/流体交代作用以及绿帘石化和绿泥石化作用等。遭受过古元古代含碳酸盐的熔/流体交代作用的变基性岩表现为高放射成因Pb同位素组成,而未遭受含碳酸盐的熔/流体交代作用的变基性岩则表现为典型华北板块前寒武纪麻粒岩地体和下地壳包体岩石的低放射成因Pb同位素组成。

五河杂岩凤阳群白云山组的源区特征及沉积时代:来自锆石U-Pb年龄和Lu-Hf同位素的证据

华北克拉通东部陆块内的胶-辽-吉带是一条古元古代构造活动带,其是否向南西穿越郯庐断裂带延伸至徐州-蚌埠一带还存在着争议。蚌埠地区早前寒武纪变质基底主要包括晚太古代早期的霍邱群、古元古代五河群、凤阳群以及少量的古元古代花岗(片麻)岩。其中低绿片岩相变质的凤阳群自下而上被分为白云山组、青石山组和宋集组,原始沉积物分别为石英砂岩-砂、粉砂泥质及富镁碳酸盐岩交替-粉砂泥质、泥质和少量泥灰质。本次研究对采自凤阳群底部白云山组的2个石英岩和1个长石石英岩样品的碎屑锆石U-Pb年龄及Lu-Hf同位素研究表明,3个样品的碎屑锆石年龄图谱十分相似,最重要的年龄区间为2.57~2.46Ga,峰值年龄约为2.52Ga,εHf(t)值在-7.39到+7.37之间,其中有大约90%具有正值,来源于蚌埠地区的晚太古代末期的花岗质岩石。另一个重要的年龄区间是2.98~2.66Ga,峰值为2.94Ga和2.69Ga,εHf(t)值在-11.8到+7.24之间,其中超过90%为正值,来源于蚌埠地区的霍邱群以及晚太古代早期花岗质岩体。此外,还有少量具有负εHf(t)值的3.61~3.34Ga的古太古代碎屑锆石被发现。这些古太古代碎屑锆石的εHf(t)值(-6.34^-1.05)以及两阶段模式年龄(3.75~4.07Ga)与华北克拉通南缘邻近地区(登封、焦作、信阳以及胶东)发现的古太古代锆石特征相似,说明华北克拉通南缘可能存在过古太古代,甚至冥古宙古老陆壳。5颗最年轻的锆石可以将凤阳群白云山组的最大沉积年龄限定在2.37Ga左右,而前人报到的白云母K-Ar年龄1878Ma与蚌埠地区1.88~1.80Ga的主期变质时代为其形成时代的上限做出了限制。结合胶-辽-吉带老岭群和北辽河群大石桥组中具有相似碎屑锆石年龄图谱的变质沉积岩,我们认为在2.3~2.1Ga裂谷发育早期活动带内沉积了海相碳酸盐岩及新太古代陆壳来源的碎屑岩。

华北克拉通南部太古宙大陆地壳的生长和演化

太古宙约占地球已有演化历史的三分之一强,这一时期涉及到大陆地壳起源、陆壳的巨量生长和稳定以及板块构造作用的启动、建立等诸多最根本的全球性重大地质事件。太古宙岩石在华北克拉通南部的涑水、登封、太华、霍邱和五河等杂岩中广泛出露,这为解析上述重大科学问题提供难得的素材。近十年来,在华北克拉通南部古生代-中生代火山岩或早前寒武纪变沉积岩中陆续发现冥古宙-古太古代的捕获/碎屑锆石,暗示南部地块依然尚存地球形成最初期的陆壳物质。根据华北克拉通南部太古宙岩石年龄统计结果显示有2850~2700Ma和2580~2480Ma两个突出年龄区间,对应的峰值年龄分别为~2.76Ga和~2.52Ga。其中~2.76Ga的岩石主要出露于南部的鲁山、霍邱、五河和中条山地区。此外,在华北克拉通诸多地区,诸如怀安、阜平、五台、中条等地区的花岗质片麻岩和变质沉积岩中也均发现年龄为~2.76Ga的碎屑锆石或者继承锆石,暗示华北克拉通2.85~2.70Ga岩石的分布似乎比现今出露范围更为广泛。与整个华北克拉通类似,2.58~2.48Ga岩石亦在克拉通南部广泛分布,尤其是嵩箕地区的登封杂岩几乎全部是由新太古代晚期的岩石组成。~2.52Ga是华北克拉通南部,乃至整个克拉通太古宙地壳演化最突出、最重要的岩浆-构造事件,明显有别于全球其它诸多典型克拉通。已有的同位素资料研究表明华北克拉通南部,乃至整个克拉通在太古宙经历了两期明显的地壳生长事件:一期发生在2.85~2.70Ga左右,以形成于此时期的涑水杂岩中花岗质岩石和鲁山太华片麻岩系中深成侵入岩和斜长角闪岩为代表;另一期发生在2.58~2.48Ga,以登封杂岩、涑水杂岩以及小秦岭地区太华杂岩中~2.52Ga各类花岗质岩石和变基性岩为代表。华北克拉通正是经过这两期陆壳巨量生长事件之后完成初始的克拉通化。我们在登封杂岩中识别出形成于俯冲汇聚环境的TTG质片麻岩、类似于赞岐岩的变闪长岩和具有N-MORB地球化学特征的变基性火山岩,提出其构成"新太古代构造混杂岩",标志着新太古代末期具有现代体制的板块构造在华北克拉通南部已经开始启动。最近,在登封杂岩中识别出的新太古代双变质带也支持上述观点。

五河岩群殷家涧岩组变质火山岩夹层锆石U-Pb年龄及地质意义

蚌埠地区广泛出露早前寒武纪变质基底,包括新太古代-古元古代五河岩群、凤阳群以及少量的钾长花岗(片麻)岩。五河岩群上、下亚群的形成时间、沉积时限等问题一直存在争议。本文通过对五河岩群上亚群殷家涧岩组内变晶屑凝灰岩夹层进行锆石U-Pb年代学研究,获得成岩年龄为2140±17 Ma,表明五河岩群上亚群形成于古元古代中期。结合区域年代学研究成果,认为在蚌埠地区存在～2.1Ga的构造-岩浆-热事件。

华北东南缘五河杂岩中镁铁质麻粒岩的变质演化

华北东南缘五河杂岩的变质演化过程研究有助于揭示研究区前寒武纪变质基底的形成与演化历史.基于对五河杂岩中镁铁质麻粒岩进行的详细岩相学观察、矿物电子探针及锆石LA-ICP-MS U-Pb定年和微量元素分析,识别出古元古代变质演化的3个阶段,重建了峰期后近等温减压及降压冷却的顺时针P-T-t轨迹.峰期高压麻粒岩相变质阶段的代表性矿物组合为石榴子石(富Ca核部)+单斜辉石(富Al)+斜长石+石英+金红石±角闪石(富Ti),所记录的峰期温压条件为850~900℃、1.5GPa;峰期后近等温减压麻粒岩相变质阶段,富Ti角闪石分解在周围形成石榴子石+斜方辉石+斜长石±单斜辉石的矿物组合,所记录的温压条件为~900℃、1.1~1.2GPa;晚期角闪岩相退变质阶段,石榴子石分解产生角闪石+斜长石±石英,所记录的温压条件为600~680℃、0.65~0.75GPa.锆石U-Pb定年结果表明,高压麻粒岩相、中压麻粒岩相和角闪岩相变质时代分别为~1.90Ga、~1.85Ga和~1.78Ga.因此,研究区镁铁质麻粒岩的变质演化过程与胶北地体可以对比,结合已有的2.1Ga花岗质岩石的成因和锆石年代学等方面研究成果,进一步证明五河杂岩属于胶-辽-吉带的西延,二者共同构成了华北克拉通东部一条古元古代碰撞造山带.