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华北克拉通早前寒武纪构造-热事件性质探索: 铁铜沟组石英岩中碎屑锆石U-Pb-Hf-O同位素组成
第五春荣①*, 孙勇①, 高剑峰②, 樊龙刚①
①西北大学地质学系, 大陆动力学国家重点实验室, 西安 710069;
②香港大学地球科学系, 香港
* 联系人, E-mail: diwuchunrong@
2012-11-26收稿, 2013-03-15接受, 2013-06-08网络版发表
国家重点基础研究发展计划(2012CB416606)、国家自然科学基金(41272004, 40902056)和西北大学大陆动力学国家重点实验室科技部专项资助
摘要碎屑沉积岩是其源区出露岩石的天然混合样品, 是探讨克拉通形成演化的主要途径之一. 铁铜沟组出露于华北克拉通南缘小秦岭地区, 主要由石英岩组成, 分别与下伏太华杂岩和上覆古元古代熊耳群呈不整合接触. 原岩为一套成熟度较高的陆源碎屑岩. ~ Ga. 碎屑锆石U-Pb年龄分析结果显示, 铁铜沟组石英岩中碎屑锆石年龄峰值为~ Ga, ~ Ga的岩浆活动记录吻合. 结合铁铜沟组石英岩具有较高的结构成熟度和成分成熟度特点, 推测铁铜沟组石英岩的物源主要来自华北克拉通中部~ Ga的火成岩区. 这些~ Ga碎屑锆石大多数为负εHf(t)值(–~–), 对应的Hf模式年龄明显大于锆石的结晶年龄, 并且大多数~ Ga碎屑锆石的δ18O>‰, 表明它们形成于古老的陆壳物质部分熔融. 此外, ~ Ga和~ Ga碎屑锆石大多具有较高的εHf(t)正值和接近幔源岩浆结晶锆石的δ18O值, Ga两期显著地壳生长的认识. 汇总华北拉通中部带古元古代变沉积岩中碎屑锆石Hf同位素数据, 结果显示从新太古代至古元古代, 碎屑锆石的Hf同位素组成主体向着放射性成因Hf减少的方向延伸, 逐渐与地壳的演化线呈相似的演化趋势, 暗示在华北克拉通可能并不存在长达7亿年持续的俯冲; 或者表明在~ Ga华北克拉通的构造演化发生明显变化, 比如发生了俯冲板块后撤导致岩浆源区锆石的Hf同位素组成产生明显变化.
关键词
华北克拉通
铁铜沟组
碎屑锆石
Hf同位素
O同位素
碎屑沉积岩是源区出露岩石的天然混合样品, 是研究克拉通形成和演化的主要途径之一[1,2]. 与岩浆岩相比, 碎屑沉积岩的一个重要特点是其中的稳定矿物可以记录已发生再循环、现已不复存在岩石的一些信息. 锆石是碎屑沉积岩或现代沉积物中稳定的副矿物, 因其具有较强的抗风化性和抗干扰性, 很多有价值的信息通过锆石自身而得以保存. 通过各种同位素分析, 我们不仅可以获得单颗粒锆石的形成年龄, 而且可以获得寄主岩石源区Hf-O同位素组成信息, 因此利用碎屑锆石U-Pb-Hf-O同位素组成, 在研究沉积岩物源、沉积时代以及区域岩浆事件等方面具有其他同位素体系所不可比拟的优势, 已成为目前国内外研究的热点之一[1~4]. 本文利用华北克拉通南缘古元古代铁铜沟组石英岩中碎屑锆石的U-Pb-Hf-O同位素组成, 讨论其碎屑沉积物的组成以及来源, 并通过区域综合研究探讨华北克拉通早前寒武纪构造-热事件的性质, 为进一步认识华北克拉通的早前寒武纪地壳形成和演化提供重要科学素材.
1 地质背景以及样品采集
近10年来, 对于华北克拉通在始太古代已开始形成陆核
, 然后由多个独立块体拼贴而成已基本达成共识. 可是对于其块体划分, 拼合时间以及拼合机制一直存在很大的争议. 对于其拼合时间主要有两种观点: 一些研究者认为华北克拉通是由多个微陆块在~ Ga聚合而成的[5~8]; 另一些研究者认为其最终拼合时间为~ Ga[9,10]. 而传统观点认为华北克拉通的最终稳定固结主要与古元古代末期的吕梁运动有关[11], 表现为在不同地区的太古宙基底上各自沉积了古元古-中元古代的沉积地层, 如在吕梁山-五台山-中条山-嵩山-小秦岭地区分别相应沉积了古元古代的野鸡山群、滹沱群、中条群、嵩山群以及铁铜沟组.
在华北克拉通南缘豫陕地区, 新太古代-古元古代地质体大致呈近东西向展布, 主要有太华杂岩、登封杂岩、安沟群、嵩山群、铁铜沟组和熊耳群等, 其中, 解体后的太华杂岩(相当于原太华群下亚群)[12,13], 登封杂岩[14,15]和安沟群[16]均形成于新太古代; 从太华杂岩解体出来的原太华群上亚群[12]、嵩山群[17,18]、铁铜沟组和熊耳群则形成于古元古代[19]