大别山造山带宿松岩群锆石U—Pb年龄和Nd同位素特征：宿松地体物源和属性

摘要：大别超高压变质造山带南部的宿松地体主要由高压变质宿松岩群或杂岩组成，其岩性和物源构成复杂，历来的研究颇具争议。报道了宿松岩群的片麻岩、片岩和变质基性岩石等主要岩石类型的锆石UPb年龄和Nd 同位素组成，限定了岩石地球化学特征，探讨了宿松地体的属性及地壳演化。两个片麻岩样品的锆石UPb同位素年龄为750 Ma至约770 Ma，初始εNd值为-7.3～-1.6，可以推测原岩为新元古代岩浆岩；两个片岩样品的碎屑锆石UPb年龄值分布范围较大，并主要集中于晚太古代 （2 700 Ma至约2 800 Ma）、早元古代 （2 000 Ma至约2 500 Ma）、中元古代 （1 100 Ma至约1 500 Ma）和新元古代 （700 Ma至约800 Ma），推测原岩为新元古代沉积岩。片岩的Nd同位素组成变化较大，初始εNd值 （回扣至750 Ma）为-20.2～-1.4，暗示剥蚀区的物质组成复杂。相似的碎屑锆石UPb年龄分布特征也普遍地记录在扬子陆块的基底岩石或沉积盖层中。新元古代岩浆岩广泛分布于宿松岩群、大别—苏鲁造山带超高压变质地体乃至扬子陆块边缘，指示宿松高压变质地体具有扬子陆块属性和相似的地壳演化历史。
关键词：地壳演化；构造属性；前寒武纪；UPb年龄；Nd同位素；宿松岩群；扬子陆块；大别造山带
中图分类号：P597文献标志码：A
0引言
造山带通常是由不同来源的板块或地体经过构造作用拼合而成，记录了造山作用过程，也可能保存造山作用之前的演化历史。因此，鉴别不同地体在拼合之前的岩石地质构造演化历史就是为了研究造山带的形成和演化以及地壳的演化历史。造山带内的地体或基底岩石普遍经历了强烈的变质变形，在研究造山带基底时代和演化问题中，同位素年代学和同位素地球化学手段具有明显的应用优势。大别—苏鲁造山带以地壳碰撞和俯冲作用在国际造山作用研究中具有显著的意义，从20世纪90年代以来，该造山带便成为国内外研究造山带的热点地区之一。在众多研究方向中，Zheng等针对超高压变质岩石取得了突出的研究成果[1]；而基底岩石形成时代和属性等问题的研究程度相对较低，研究主要集中在超高压变质地体[23]。
大别超高压变质造山带由多个岩石构造单元构成，不同单元的岩石类型和变质温压条件存在差异。南大别和北大别超高压变质地体受到广泛关注，因而研究程度高，而对北淮阳低级变质地体和宿松高压变质地体的形成和演化研究程度较低[2，46]。汤加富等研究认为，出露于大别地区的宿松岩群、红安地区的红安岩群和苏鲁地区的海州岩群可以进行对比[78]。本文报道了宿松高压变质地体的宿松岩群片岩、片麻岩和变质基性岩石的锆石UPb同位素年龄及全岩SmNd同位素组成，探讨了宿松地体的物质组成特征及其形成时代，为理解大别—苏鲁造山带内基底性质和演化提供了基础数据资料。
1地质背景
大别—苏鲁造山带是华南陆块与华北陆块三叠纪陆陆碰撞造山带[910]，出露大规模超高压变质体。自北向南，东大别地区以晓天—磨子潭、五河—水吼、花凉亭—弥陀、太湖—马庙断裂带为界，可以划分为5个主要构造单元[11]：北淮阳低级变质地体、北大别高温超高压变质地体、中大别中温超高压变质地体、南大别低温超高压变质地体和宿松高压变质地体[图1（a）]。
北淮阳低级变质带位于大别造山带北麓，由角闪岩相为主的庐镇关杂岩和绿片岩相为主的古生代佛子岭复理石组成。北大别高温超高压杂岩带主要由条带状花岗质片麻岩、斜长角闪岩和少量变质橄榄岩、石榴辉石岩、角闪岩、麻粒岩、榴辉岩等组成。在早期研究中，未报道有榴辉岩等高压变质岩出露。新的同位素年代学研究表明，与中、南大别地体一样，北大别地体经历了三叠纪峰期超高压变质作用，并且榴辉岩和片麻岩的原岩形成时代集中在700～800 Ma[23，1213]。中、南大别超高压变质带主要由片麻岩组成，含有大量的榴辉岩透镜体以及少量的镁铁质—超镁铁岩、大理岩和硬玉石英岩。
图件引自文献[11]，有所修改
宿松高压变质地体，位于太湖—马庙剪切带和襄阳—广济断裂之间，北面与南大别低温榴辉岩带毗邻，属于大别山碰撞造山带中扬子俯冲板块的后缘部分[14]。其主要组成岩石有石榴云母片岩、石榴黑云母片麻岩、石榴斜长角闪岩、大理岩、变质磷块岩、角闪岩或变质基性岩等[15]。被称为宿松杂岩或宿松岩群的为大别山南部一套绿帘角闪岩变质岩，处于超高压变质岩带和张八岭群蓝闪绿片岩相变质带之间[16]。关于宿松岩群的变质条件存在不同观点：Liou等认为宿松岩群主体的变质条件为绿帘角闪岩相[15，17]；荆延仁等认为其形成于高压变质环境[1820]。在宿松群的归属上也存在争议：Carswell等认为其属于南大别低温榴辉岩带的一部分[21]；Liou等认为其属于一个独立的变质杂岩带[15]。近期研究结果表明，宿松带经历了早期绿帘角闪岩相变质→角闪石榴辉岩相变质→晚期绿片岩相退变质，峰期变质温度和压力条件为580 ℃和130 GPa[11，22]。
2分析方法
全岩粉末和锆石矿物由河北廊坊市科大岩石矿物分选技术服务有限公司加工获得，每个岩石样品约5 kg。全岩主量元素含量由广州澳实分析检测有限公司分析获得。全岩微量元素分析在中国科技大学放射性成因同位素地球化学实验室和LAICPMS实验室完成，准确称取50 mg的全岩粉末，用蒸馏纯化的HFHNO3溶液，在聚四氟乙烯钢套内胆瓶中180 ℃条件下加热7 d分解岩石样品，蒸干溶液后，再加入50% HNO3溶液加热溶解样品1 d；在ICPMS测试之前，溶解后的样品加入1% HNO3溶液稀释定容，并加入内标元素。相对标准偏差在5%之内。
在双目镜下挑选用于UPb定年的锆石颗粒，然后由环氧树脂粘合固定，打磨抛光。锆石CL图像在中国科学技术大学扫描电镜实验室获得。锆石UPb同位素组成和微量元素分析在中国科学技术大学LAICPMS实验室完成。锆石91500作为测年标准样品。普通Pb校正由EXCEL Program ComPbCorr#3_151获得，以确保n（206Pb）/n（238U）、n（207Pb）/n（235U）和n（208Pb）/n（232Th）值的可靠性，表面UPb年龄由ISOPLOT 软件获得。NIST610作为锆石微量元素测定外部标准样品，其数据最终由EXCEL Program LaTEcalc获得。
SmNd同位素分析在中国科学技术大学放射性成因同位素地球化学实验室完成。准确称取粉末样品100 mg放置于15 mL的特氟龙（Teflon）闷罐中，滴入纯化HClO4溶液8～10滴摇匀后，加入2～3 mL纯化HF，密闭加热7 d左右以充分溶解样品。稀土元素分离纯化在装有5 mL AG50WX12交换树脂（200～400目）的石英交换柱中完成，SmNd同位素的分离纯化在装有1.7 mL Teflon粉末的石英交换柱中完成。同位素比值测试在MAT262热电离质谱计完成，SmNd同位素比值测定采用Re金属带。标准溶液La Jolla 的重复测量结果为N（143Nd）/N（144Nd）=0.511 869±0.000 006，误差类型为2σ。样本量为25个，测量得到的同位素比值采用N（146Nd）/N（144Nd）=0.721 9进行质量分馏校正，Nd同位素比值测量精度优于0.003%，Nd同位素分析的全流程本底低于200 pg。详细同位素分析流程可以参见文献[23]～[25]。
3样品描述和分析结果
沿着趾凤—吴家河—缺月岭剖面和二郎镇—柳平—陈汉沟—朱湾剖面[图1（b）]，本文共采集了15个宿松岩群样品，包括片岩、斜长片麻岩、花岗片麻岩和变质基性岩，代表性岩石类型的野外和显微特征见图2。
片岩的主要矿物组成为石英、白云母和斜长石，云母矿物具有显著的定向排列；花岗片麻岩的主要矿物组成为石英、云母和斜长石，中细粒结构、块状构造，片状矿物有一定的定向排列，斜长石具有聚片双晶现象；斜长片麻岩的主要矿物组成为石英、长石、黑云母、白云母和石榴石，片状矿物定向排列；变基性岩的主要矿物组成为斜长石、角闪石、单斜辉石、石榴石、石英，中细粒结构、块状构造，片状矿物定向排列。
采用激光剥蚀等离子体质谱计技术分析宿松岩群或杂岩2个片岩样品（JH1302和JH1303）和2个片麻岩样品 （JH1305和JH1306）的锆石UPb同位素组成和微量元素组成，计算获得的UPb表面年龄数据（表1），微量元素组成未列图表。微量元素分析结果显示：4个样品的大多数锆石颗粒具有相似的球粒陨石标准化稀土元素分布特征，富集重稀土元素（HREE），亏损轻稀土元素 （LREE），大部分颗粒显示较强的Eu负异常 （Eu/Eu*值为0.01～0.40）。个别锆石分析点具有异常的球粒陨石标准化分布特征，可能是矿物包裹体叠加的缘故[26]。
片岩样品JH1302的锆石多数为自形晶，部分为半自形晶，且有一定的磨圆。阴极发光图像显示，锆石内部结构复杂多样，大部分锆石具有核边结构，部分颗粒具有岩浆成因的振荡环带的核部，部分颗粒没有振荡环带现象，边部生长边具有高强度的阴极发光，无振荡环带[图3（a）]。这些内部结构现象表明了锆石成因和后期演化的复杂性。26颗锆石分析结果显示，其年龄值变化较大，其中N（207Pb）/N（206Pb）表面年龄值为1 532～2 836 Ma （表1）。在UPb谐和曲线图中，可见不少分析点具有显著不谐和的表面年龄值，说明样品经历强烈的后期叠加，与锆石内部结构显示的现象一致。N（207Pb）/N（206Pb）表面年龄值集中在2 500 Ma左右，为晚太古代至古元古代，仅有3颗锆石的N（207Pb）/N（206Pb）年龄值落在1 500～1 700 Ma之间。在晶体外部和内部结构上，片岩样品JH1303的锆石与样品JH1302相似，自形至半自形晶，大部分颗粒有明显的核边结构，部分核区具有振荡环带，而边部无生长环带[图3（b）]。获得的18个锆石分析点的N（207Pb）/N（206Pb）表面年龄值在1 069～2 424 Ma之间，主要集中在2 000 Ma左右（图4），与样品JH1302存在明显的差异。5个分析点n（206Pb）/n（238U）表面年龄值为新元古代 （665～837 Ma）。尽管有些分析点落在无振荡环带的锆石晶区内，但两个样品所有分析点的w（Th）/w（U）值均大于02，高于变质成因锆石的w（Th）/w（U）值（通常小于01）。因此，其UPb年龄可能代表锆石变质重结晶时代。
两个片麻岩样品JH1305和JH1306的锆石自形程度较好，且具有明显的振荡环带内部结构，指示岩浆成因[图3（c）、（d）]。部分颗粒具有核边结构，但边部生长边较窄，个别颗粒重结晶现象明显。样品JH1305的25个锆石分析点给出较集中的UPb年龄值（图4），n（206Pb）/n（238U）表面年龄平均值为（754±15）Ma，样本量为25个， 平均标准权重
偏差（MSWD）为1.8。样品JH1306的14个锆石分析点给出谐和或近谐和UPb同位素年龄值，且集中于760 Ma左右 （图4），
n（206Pb）/n（238U）表面年龄的平均值为（767±18）Ma，样本量为10个，MSWD值为078。两个片麻岩样品的锆石都具有高w（Th）/w（U）值 （大于0.7），暗示锆石应为岩浆成因，两个n（206Pb）/n（238U）平均年龄可以代表岩石的形成年龄。
全岩样品的主量元素和微量元素含量（质量分数，下同）数据列于表2。5个变质基性岩样品（JH1307、JH1308、JH1310、JH1314和JH1316）具有较低的SiO2含量（45.61%～5083%），较高的MgO含量（410%～603%），同时还含有Fe2O3T、CaO和TiO2。10个片岩和片麻岩样品具有较高的SiO2含量（5724%～8283%），较低的MgO、Fe2O3T、CaO、TiO2含量。在log（w（SiO2）/w（Al2O3））log（w（Na2O）/w（K2O））判别图解（图5）上，大部分片岩样品落在硬砂岩和岩屑砂屑岩范围内[27]。全岩稀土元素总含量为（87～273）×10-6，中等程度的轻、重稀土元素含量分馏（图6），富集轻稀土元素，亏损重稀土元素，轻、重稀土元素含量之比为139～551，w（La）N/w（Yb）N值为24～212。变质基性岩基本上没有Eu异常（Eu/Eu*值为1.09～094），部分片岩和片麻岩样品具有不同程度的Eu负异常。在微量元素含量组成上，片岩和片麻岩样品富集大离子亲石元素，明显呈Nb负异常和Pb正异常，部分样品Sr亏损强烈，变质基性岩样品也富集大离子亲石元素，具有Pb正异常，而Nb和Sr亏损不显著。