大别造山带宿松地体中—基性脉岩锆石年龄及其地质意义
谢清陆+李双庆+方博文+张贺+陈福坤
摘要：大别造山带宿松地体大量早白垩世中—基性脉岩侵位于宿松群高压变质岩石中，它们是认识大陆板块深俯冲过程的壳-幔相互作用和折返过程中岩石圈构造响应的重要载体之一。报道了这些中—基性岩脉LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄，并讨论了其隐含的地质意义。单颗粒锆石的年龄范围分布较广，主要可分为太古代（>2 500 Ma）、古元古代（1 850～2 500、1 650～1 800 Ma）、新元古代（720～850 Ma）、早古生代（420～450 Ma）、早中生代（190～230 Ma）和早白垩世（120～140 Ma）。具有岩浆成因的早白垩世锆石U-Pb加权平均年龄约为132 Ma，应代表中—基性岩浆的侵位时代，证明其为大别地区碰撞后岩浆作用的重要组成部分。综合锆石形貌、内部结构和微量元素特征，这些年龄群落与扬子板块记录的典型构造-岩浆事件具有对应关系。早中生代之前的继承性锆石年龄分布与扬子板块的锆石年龄特征有明显的相似性，暗示着宿松地体可能具有扬子板块属性。因此，推测宿松地体中—基性脉岩成因与早白垩世中国东部强烈岩石圈伸展背景下大别造山带增厚的岩石圈拆沉作用密切相关。
关键词：中—基性脉岩；早白垩世；U-Pb年龄；继承性锆石；拆沉作用；宿松地体；大别造山带；扬子板块
中图分类号：P588.13 文献标志码：A
Abstract： Numerous Early Cretaceous intermediate-mafic dykes intrude into the high-pressure metamorphic rocks of Susong Group in Susong terrene of Dabie orogenic belt. They are one of the important objects for understanding the process of mantle-crustal interaction during the deep subduction of the continental plate and the tectonic response in the uplift. Zircon U-Pb ages of these intermediate-mafic dykes obtained by the LA-ICP-MS technique were reported， and the geological implications were discussed. The single zircon gives a wide age range from ～2 600 Ma to ～127 Ma. Apparent U-Pb ages of more than one hundred zircon grains cluster around Archean （>2 500 Ma）， Paleoproterozoic （1 850-2 500， 1 650-1 800 Ma）， Neoproterozoic （720-850 Ma）， Early Paleozoic （420-450 Ma）， Early Mesozoic （190-230 Ma）， and Early Cretaceous （120-140 Ma）. Early Cretaceous zircon grains are typically of magmatic origin and yield a weighted mean U-Pb age of about 132 Ma， representing the emplacement time of the dykes. This magmatic event should be related to intense post-collisional magmatism in Dabie orogenic belt. Combined with morphology， internal structures， and trace element contents of zircons， it can be observed that their age patterns are well correlated with the tectonothermal events in Yangtze Block. The inherited zircons， which are older than Early Mesozoic and contained in intermediate-mafic dykes， are comparable with the age distribution of zircons from Yangtze Block， likely suggesting the Yangtze Block affinity of Susong terrene. From the evidence of the inherited zircons， it is speculated that the intermediate-mafic dykes in Susong terrene originate from the delamination of thickened lithosphere beneath Dabie orogenic belt on the background of Early Cretaceous strong lithospheric extension in the eastern of China.
Key words： intermediate-mafic dyke； Early Cretaceous； U-Pb age； inherited zircon； delamination； Susong terrene； Dabie orogenic belt； Yangtze Block
0 引 言
大别造山带不仅是世界上出露面积最大的高压—超高压变质带，而且也是陆-陆碰撞之后早白垩世岩浆活动最为强烈的地区之一[1]。其独特的大地构造位置、复杂的地质演化过程等一直是地质科学研究的焦点，对区内各构造岩石单元的研究，特别是各构造地体的年代学研究，有助于深入认识扬子板块与华北板块之间的裂谷演化、碰撞造山作用以及造山期后的大规模岩浆事件等一系列地质事件演化过程。国内外学者对大别造山带进行了大量同位素地质年代学研究，取得了一系列重要的研究成果[2-12]。前人的研究成果表明，大别造山带早白垩世碰撞后岩浆岩主要形成于111～143 Ma，峰期在125～130 Ma，侵入岩以中酸性岩为主，其次为镁铁—超镁铁质岩和碱性岩，同时可见大量近同期的中酸性、基性脉岩穿插岩体。这些早白垩世中酸性、基性侵入体在同位素组成上具有相似性，都表现出富集的特征[1，13]，表明该期岩浆事件既有大规模地壳部分熔融，也有深部地幔的部分熔融。
李曙光等对大别造山带高压—超高压变质带及其中的岩浆侵入体开展了大量研究工作[2，14-18]，但关于宿松地体的研究仍相对较少。宿松地体早白垩世中—基性脉岩是大别造山带碰撞后构造-岩浆活动的重要组成部分，并与整个中国东部晚中生代岩石圈伸展减薄事件密不可分。另外，大别造山带燕山期基性岩主要分布在北大别地区，在大别造山带南部的断陷盆地只有零星的基性岩出露，而中—基性脉岩的分布也具有类似特点[17，19]。这些基性岩浆尤其是基性脉岩之间的相互关系和指示意义尚未得到广泛关注[10，18]。本文对宿松地体6个中—基性脉岩样品进行LA-ICP-MS锆石U-Pb定年，并结合锆石阴极发光（CL）图像和微量元素组成特征，探讨锆石年龄的组成特征及其地质意义。
1 地质背景和样品特征
大别造山带北接华北板块，南为扬子板块，横跨安徽、河南、湖北三省，东侧为郯城—庐江断裂带，西侧为商城—麻城断裂带。根据出露变质岩石单元及其变质温压条件，大别造山带由北到南大致可以分为5个变质带[20]：北淮阳低温低压片岩相变质带、北大别高温超高压麻粒岩相带、中大别中温超高压榴辉岩相带、南大别低温超高压榴辉岩相带和宿松低温高压蓝片岩带[图1（a）]。在这些变质相带内都有晚中生代碰撞后岩浆岩出露。晚中生代岩浆岩主体为花岗岩，基性岩分布规模有限，多表现为小的侵入体或岩墙产出[图1（a）]。在早白垩世，大别造山带变质岩被大量的碰撞后花岗质岩石和少量镁铁质火成岩侵入，这些镁铁质火成岩的岩石类型主要包括辉石岩、角闪石岩、辉长岩等[21]。
宿松地体属于大别造山带中扬子板块的后缘部分（图1），主要出露于南大别低温榴辉岩带和前陆褶皱-冲断带之间，与南大别低温榴辉岩带以太湖—山龙断裂为分界线，其形成与新元古代扬子板块北缘大规模拉张环境下的陆内裂谷事件有关。根据野外产状、岩石组合和变质程度的不同，宿松地体可细分为3个带[图1（b）]：北部（Ⅰ带）主要为含磁铁矿-石榴石花岗片麻岩带，Liou等认为其为变质石英砂岩带[22]，然而最近岩石学研究表明，所谓的变质石英砂岩应为正片麻岩[23]；中部（Ⅱ带）主要有石榴云母片岩、石榴斜长角闪岩和钠长石云母片麻岩，其间也出露含磁铁矿-石榴石花岗片麻岩，彼此相互交错产出；南部（Ⅲ带）主要由云母片岩、大理岩和变磷块岩构成，其间或夹有超基性岩块 [23，25]。关于宿松地体，前人有很多争论：Okay等认为宿松地体属于扬子板块的俯冲基底，主要由正片麻岩组成[26]；而徐树桐等认为其属于复杂变质和中等变形的扬子板块俯冲盖层，主要由4类岩石组成，即变质花岗岩、变质基性岩、变质超基性岩和变质沉积岩[27-28]。
本文所采集的中—基性脉体样品来自于小尧家—向坪村—小龙山剖面和王塘湾—安坪—焦耳岭剖面。这些中—基性脉岩倾角较陡，切割穿插围岩岩体，界线清晰，围岩主要为花岗质片麻岩[图2（a）、（b）]。中—基性脉岩粒度均匀，为中细粒结构，主要矿物为斜长石（体积分数为35%～40%）、角闪石（20%～35%）、黑云母（约5%）等，部分样品还含有少量辉石[图2（c）、（d）]。单条脉岩宽度为20 cm到数米不等，局部地区脉体分布比较密集，大概10 m剖面可见3、4条脉体[图2（a）、（b）]，显示强烈的伸展张裂作用。
2 分析方法
采集的岩石样品经摇床、淘洗、电磁分选及重液分离出锆石，依据大小将待测的锆石颗粒在镜下进行手选，并将其制成环氧树脂样品靶，磨至锆石颗粒中心部位后抛光，锆石样品靶经显微镜透射光、反射光观察和照相，再经阴极发光显微结构观察，选择合适的锆石颗粒进行U-Pb年龄测定。锆石内部结构的阴极发光图像分析在中国科学院地质与地球物理研究所电子探针与扫描电镜实验室Cameca SX51型和JXA-8100型电子探针仪器上完成。
锆石U-Pb定年在中国科学技术大学激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪（LA-ICP-MS）上完成。锆石测点的选择以在阴极发光图像下的结构特征为依据，尽可能选择颗粒较大、晶形较好、表面无裂隙、光洁且不含微小包裹体的锆石颗粒进行分析。分析测试中，锆石标样与所测样品按1∶4比例交替轮换测定，同时根据锆石颗粒大小选择单点激光剥蚀的束斑直径为32 μm与24 μm，同位素比值采用国际标准锆石91500为外部标准进行校正，元素含量采用NITS SRM610作为外标、29Si作为内标进行计算。普通Pb采用Andersen的Excel计算软件（ComPbCorr#3_18） [29]进行校正，同位素年龄结果采用ISOPLOT软件[30]进行处理。详细的仪器参数与分析流程详见文献[31]。
3 结果分析
本文对中—基性脉岩中6件样品进行了LA-ICP-MS锆石U-Pb定年测试。具有代表性的锆石颗粒内部结构（阴极发光图像）和对应的年龄数据见图3。
测试所选取的锆石晶形主要为半自形和他形，均为浅黄色—无色透明长柱状、半截锥状和卵圆形晶体。
摘要：大别造山带宿松地体大量早白垩世中—基性脉岩侵位于宿松群高压变质岩石中，它们是认识大陆板块深俯冲过程的壳-幔相互作用和折返过程中岩石圈构造响应的重要载体之一。报道了这些中—基性岩脉LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄，并讨论了其隐含的地质意义。单颗粒锆石的年龄范围分布较广，主要可分为太古代（>2 500 Ma）、古元古代（1 850～2 500、1 650～1 800 Ma）、新元古代（720～850 Ma）、早古生代（420～450 Ma）、早中生代（190～230 Ma）和早白垩世（120～140 Ma）。具有岩浆成因的早白垩世锆石U-Pb加权平均年龄约为132 Ma，应代表中—基性岩浆的侵位时代，证明其为大别地区碰撞后岩浆作用的重要组成部分。综合锆石形貌、内部结构和微量元素特征，这些年龄群落与扬子板块记录的典型构造-岩浆事件具有对应关系。早中生代之前的继承性锆石年龄分布与扬子板块的锆石年龄特征有明显的相似性，暗示着宿松地体可能具有扬子板块属性。因此，推测宿松地体中—基性脉岩成因与早白垩世中国东部强烈岩石圈伸展背景下大别造山带增厚的岩石圈拆沉作用密切相关。
关键词：中—基性脉岩；早白垩世；U-Pb年龄；继承性锆石；拆沉作用；宿松地体；大别造山带；扬子板块
中图分类号：P588.13 文献标志码：A
Abstract： Numerous Early Cretaceous intermediate-mafic dykes intrude into the high-pressure metamorphic rocks of Susong Group in Susong terrene of Dabie orogenic belt. They are one of the important objects for understanding the process of mantle-crustal interaction during the deep subduction of the continental plate and the tectonic response in the uplift. Zircon U-Pb ages of these intermediate-mafic dykes obtained by the LA-ICP-MS technique were reported， and the geological implications were discussed. The single zircon gives a wide age range from ～2 600 Ma to ～127 Ma. Apparent U-Pb ages of more than one hundred zircon grains cluster around Archean （>2 500 Ma）， Paleoproterozoic （1 850-2 500， 1 650-1 800 Ma）， Neoproterozoic （720-850 Ma）， Early Paleozoic （420-450 Ma）， Early Mesozoic （190-230 Ma）， and Early Cretaceous （120-140 Ma）. Early Cretaceous zircon grains are typically of magmatic origin and yield a weighted mean U-Pb age of about 132 Ma， representing the emplacement time of the dykes. This magmatic event should be related to intense post-collisional magmatism in Dabie orogenic belt. Combined with morphology， internal structures， and trace element contents of zircons， it can be observed that their age patterns are well correlated with the tectonothermal events in Yangtze Block. The inherited zircons， which are older than Early Mesozoic and contained in intermediate-mafic dykes， are comparable with the age distribution of zircons from Yangtze Block， likely suggesting the Yangtze Block affinity of Susong terrene. From the evidence of the inherited zircons， it is speculated that the intermediate-mafic dykes in Susong terrene originate from the delamination of thickened lithosphere beneath Dabie orogenic belt on the background of Early Cretaceous strong lithospheric extension in the eastern of China.
Key words： intermediate-mafic dyke； Early Cretaceous； U-Pb age； inherited zircon； delamination； Susong terrene； Dabie orogenic belt； Yangtze Block
0 引 言
大别造山带不仅是世界上出露面积最大的高压—超高压变质带，而且也是陆-陆碰撞之后早白垩世岩浆活动最为强烈的地区之一[1]。其独特的大地构造位置、复杂的地质演化过程等一直是地质科学研究的焦点，对区内各构造岩石单元的研究，特别是各构造地体的年代学研究，有助于深入认识扬子板块与华北板块之间的裂谷演化、碰撞造山作用以及造山期后的大规模岩浆事件等一系列地质事件演化过程。国内外学者对大别造山带进行了大量同位素地质年代学研究，取得了一系列重要的研究成果[2-12]。前人的研究成果表明，大别造山带早白垩世碰撞后岩浆岩主要形成于111～143 Ma，峰期在125～130 Ma，侵入岩以中酸性岩为主，其次为镁铁—超镁铁质岩和碱性岩，同时可见大量近同期的中酸性、基性脉岩穿插岩体。这些早白垩世中酸性、基性侵入体在同位素组成上具有相似性，都表现出富集的特征[1，13]，表明该期岩浆事件既有大规模地壳部分熔融，也有深部地幔的部分熔融。
李曙光等对大别造山带高压—超高压变质带及其中的岩浆侵入体开展了大量研究工作[2，14-18]，但关于宿松地体的研究仍相对较少。宿松地体早白垩世中—基性脉岩是大别造山带碰撞后构造-岩浆活动的重要组成部分，并与整个中国东部晚中生代岩石圈伸展减薄事件密不可分。另外，大别造山带燕山期基性岩主要分布在北大别地区，在大别造山带南部的断陷盆地只有零星的基性岩出露，而中—基性脉岩的分布也具有类似特点[17，19]。这些基性岩浆尤其是基性脉岩之间的相互关系和指示意义尚未得到广泛关注[10，18]。本文对宿松地体6个中—基性脉岩样品进行LA-ICP-MS锆石U-Pb定年，并结合锆石阴极发光（CL）图像和微量元素组成特征，探讨锆石年龄的组成特征及其地质意义。
1 地质背景和样品特征
大别造山带北接华北板块，南为扬子板块，横跨安徽、河南、湖北三省，东侧为郯城—庐江断裂带，西侧为商城—麻城断裂带。根据出露变质岩石单元及其变质温压条件，大别造山带由北到南大致可以分为5个变质带[20]：北淮阳低温低压片岩相变质带、北大别高温超高压麻粒岩相带、中大别中温超高压榴辉岩相带、南大别低温超高压榴辉岩相带和宿松低温高压蓝片岩带[图1（a）]。在这些变质相带内都有晚中生代碰撞后岩浆岩出露。晚中生代岩浆岩主体为花岗岩，基性岩分布规模有限，多表现为小的侵入体或岩墙产出[图1（a）]。在早白垩世，大别造山带变质岩被大量的碰撞后花岗质岩石和少量镁铁质火成岩侵入，这些镁铁质火成岩的岩石类型主要包括辉石岩、角闪石岩、辉长岩等[21]。
宿松地体属于大别造山带中扬子板块的后缘部分（图1），主要出露于南大别低温榴辉岩带和前陆褶皱-冲断带之间，与南大别低温榴辉岩带以太湖—山龙断裂为分界线，其形成与新元古代扬子板块北缘大规模拉张环境下的陆内裂谷事件有关。根据野外产状、岩石组合和变质程度的不同，宿松地体可细分为3个带[图1（b）]：北部（Ⅰ带）主要为含磁铁矿-石榴石花岗片麻岩带，Liou等认为其为变质石英砂岩带[22]，然而最近岩石学研究表明，所谓的变质石英砂岩应为正片麻岩[23]；中部（Ⅱ带）主要有石榴云母片岩、石榴斜长角闪岩和钠长石云母片麻岩，其间也出露含磁铁矿-石榴石花岗片麻岩，彼此相互交错产出；南部（Ⅲ带）主要由云母片岩、大理岩和变磷块岩构成，其间或夹有超基性岩块 [23，25]。关于宿松地体，前人有很多争论：Okay等认为宿松地体属于扬子板块的俯冲基底，主要由正片麻岩组成[26]；而徐树桐等认为其属于复杂变质和中等变形的扬子板块俯冲盖层，主要由4类岩石组成，即变质花岗岩、变质基性岩、变质超基性岩和变质沉积岩[27-28]。
本文所采集的中—基性脉体样品来自于小尧家—向坪村—小龙山剖面和王塘湾—安坪—焦耳岭剖面。这些中—基性脉岩倾角较陡，切割穿插围岩岩体，界线清晰，围岩主要为花岗质片麻岩[图2（a）、（b）]。中—基性脉岩粒度均匀，为中细粒结构，主要矿物为斜长石（体积分数为35%～40%）、角闪石（20%～35%）、黑云母（约5%）等，部分样品还含有少量辉石[图2（c）、（d）]。单条脉岩宽度为20 cm到数米不等，局部地区脉体分布比较密集，大概10 m剖面可见3、4条脉体[图2（a）、（b）]，显示强烈的伸展张裂作用。
2 分析方法
采集的岩石样品经摇床、淘洗、电磁分选及重液分离出锆石，依据大小将待测的锆石颗粒在镜下进行手选，并将其制成环氧树脂样品靶，磨至锆石颗粒中心部位后抛光，锆石样品靶经显微镜透射光、反射光观察和照相，再经阴极发光显微结构观察，选择合适的锆石颗粒进行U-Pb年龄测定。锆石内部结构的阴极发光图像分析在中国科学院地质与地球物理研究所电子探针与扫描电镜实验室Cameca SX51型和JXA-8100型电子探针仪器上完成。
锆石U-Pb定年在中国科学技术大学激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪（LA-ICP-MS）上完成。锆石测点的选择以在阴极发光图像下的结构特征为依据，尽可能选择颗粒较大、晶形较好、表面无裂隙、光洁且不含微小包裹体的锆石颗粒进行分析。分析测试中，锆石标样与所测样品按1∶4比例交替轮换测定，同时根据锆石颗粒大小选择单点激光剥蚀的束斑直径为32 μm与24 μm，同位素比值采用国际标准锆石91500为外部标准进行校正，元素含量采用NITS SRM610作为外标、29Si作为内标进行计算。普通Pb采用Andersen的Excel计算软件（ComPbCorr#3_18） [29]进行校正，同位素年龄结果采用ISOPLOT软件[30]进行处理。详细的仪器参数与分析流程详见文献[31]。
3 结果分析
本文对中—基性脉岩中6件样品进行了LA-ICP-MS锆石U-Pb定年测试。具有代表性的锆石颗粒内部结构（阴极发光图像）和对应的年龄数据见图3。
测试所选取的锆石晶形主要为半自形和他形，均为浅黄色—无色透明长柱状、半截锥状和卵圆形晶体。
