霍騰飛, 楊德彬, 許文良, 王 楓, 劉海彬, 師江朋

(吉林大學 地球科學學院, 吉林 長春 130061)

膠萊盆地早白堊世瓦屋夼組砂巖中碎屑鋯石U-Pb-Hf同位素組成及其構(gòu)造意義

霍騰飛, 楊德彬, 許文良, 王 楓, 劉海彬, 師江朋

(吉林大學 地球科學學院, 吉林 長春 130061)

本文報道了膠萊盆地萊陽群最底部瓦屋夼組長石石英砂巖中碎屑鋯石的LA-ICP-MS U-Pb年代學和原位Hf同位素分析結(jié)果, 進而約束了瓦屋夼組砂巖的沉積時代和物源及其構(gòu)造意義。碎屑鋯石多數(shù)呈自形–半自形晶, 發(fā)育巖漿生長環(huán)帶, 暗示它們?yōu)閹r漿成因; 少數(shù)晚三疊世鋯石呈均勻無結(jié)構(gòu)的陰極發(fā)光特點, 缺乏巖漿環(huán)帶, 暗示它們?yōu)樽冑|(zhì)鋯石。82個諧和年齡的峰值分別為129 Ma、158 Ma、224 Ma、253 Ma、461 Ma、724 Ma、1851 Ma和2456 Ma。上述定年結(jié)果結(jié)合原位Hf同位素分析表明: (1) 瓦屋夼組的沉積時代為早白堊世(129～106 Ma); (2) 1851 Ma、2456 Ma年齡的鋯石主要來源于華北克拉通前寒武紀基底巖石; 新元古代(729～721 Ma)巖漿鋯石和晚三疊世(226～216 Ma)變質(zhì)鋯石來源于蘇魯造山帶; 晚古生代鋯石記錄了華北克拉通北緣同時代的巖漿事件; 晚三疊世(231～223 Ma)巖漿鋯石和158～129 Ma鋯石則與膠北、膠東同時期的巖漿事件相對應; (3) 膠萊盆地與合肥盆地具有不同的沉積時代和物源屬性; (4) 瓦屋夼組中蘇魯造山帶物源的存在, 暗示蘇魯高壓–超高壓變質(zhì)巖石至少在早白堊世時期已經(jīng)出露地表。

碎屑鋯石; U-Pb-Hf同位素; 物源; 瓦屋夼組; 膠萊盆地; 蘇魯造山帶

0 引 言

造山帶的沉積蓋層經(jīng)歷構(gòu)造隆升和風化剝蝕作用將其移除后, 由造山帶本身隆升–剝蝕形成的碎屑物可以記錄其隆升和折返歷史(Cuthbert, 1991; Colombo, 1994)。對緊鄰造山帶的盆地內(nèi)碎屑成分的巖石學、同位素年代學和地球化學以及礦物化學的研究, 有利于探討盆地演化、造山帶隆升–剝蝕歷史以及陸殼俯沖折返過程(顧德林等, 1996; Grimmer et al., 2003; Li et al., 2003, 2005; 李雙應等, 2008; Wang et al., 2009; Xie et al., 2012; 楊宗永和何斌, 2013; 劉兵等, 2014)。大別–蘇魯造山帶是全球最大規(guī)模的高壓–超高壓變質(zhì)巖的出露地區(qū)之一, 是國內(nèi)、外地球科學領域開展大陸動力學研究的天然實驗室。Li et al. (2003, 2005)對大別造山帶北緣合肥盆地侏羅紀沉積物的研究發(fā)現(xiàn), 該組中存在碎屑成因多硅白云母和晚三疊世含柯石英的變質(zhì)鋯石, 暗示大別山高壓–超高壓變質(zhì)巖是合肥盆地的重要物源,進而認為大別造山帶于早侏羅世時期已經(jīng)出露地表并遭受剝蝕。Grimmer et al. (2003)對大別山東南緣前陸盆地中侏羅統(tǒng)象山群研究發(fā)現(xiàn), 該地層中含有三疊紀變質(zhì)鋯石和高含量的碎屑成因多硅白云母,進而認為大別山是該沉積盆地的重要物源, 其高壓–超高壓變質(zhì)巖至少在中侏羅世已經(jīng)出露地表。Wang et al. (2009)對大別造山帶南緣江漢盆地內(nèi)晚三疊世、早侏羅世和中侏羅世沉積巖中碎屑鋯石的年代學和碎屑白云母的成分研究認為, 大別造山帶隆升–剝蝕應開始于早侏羅世。

膠萊(膠州–萊陽)盆地位于郯廬斷裂帶東側(cè), 南與蘇魯造山帶相鄰(圖1)(山東省地質(zhì)礦產(chǎn)局, 1991)。多數(shù)學者認為蘇魯造山帶是大別造山帶的東延部分,膠萊盆地可以與合肥盆地進行對比, 它們被郯廬斷裂帶左行平移斷開而到達現(xiàn)今的位置(Xu and Zhu, 1994; Zhai et al., 2000), 也有學者則認為郯廬斷裂帶沒有發(fā)生巨大的左行平移, 蘇魯造山帶形成時已經(jīng)位于當前的位置(Yang et al., 2013)。那么, 膠萊盆地是否與合肥盆地具有相同的演化歷史, 蘇魯造山帶變質(zhì)巖石何時抬升到地表, 并遭受剝蝕成為周邊盆地的物源, 目前仍存在爭論。盡管關于膠萊盆地沉積物源的研究已經(jīng)取得了一些成果, 如顧德林等(1996)根據(jù)膠萊盆地內(nèi)沉積相的研究認為, 其碎屑沉積物主要來源于蘇魯造山帶。李雙應等(2008)根據(jù)膠萊盆地內(nèi)早白堊世萊陽群沉積物的組成特征和砂巖的地球化學屬性研究認為, 萊陽群砂巖的源區(qū)也主要來自蘇魯造山帶。然而對于膠萊盆地沉積時代和物源屬性的判定, 長期以來缺乏精確同位素年代學的制約。最近, Xie et al.(2012)對膠萊盆地北部和南部的萊陽群砂巖中碎屑鋯石進行了U-Pb年代學研究, 認為在早白堊世萊陽群沉積時, 蘇魯造山帶已經(jīng)出露地表并向膠萊盆地提供物源。萊陽群自下而上包括瓦屋夼組、林寺山組、止鳳莊組、水南組、龍旺莊組和曲格莊組(山東省地質(zhì)礦產(chǎn)局, 1991), 那么在萊陽群最底部的瓦屋夼組沉積時是否已經(jīng)存在蘇魯造山帶的物源,并沒有得到證實。鑒于此, 本文選擇膠萊盆地內(nèi)最底部的沉積地層——萊陽群瓦屋夼組作為研究對象, 對瓦屋夼組長石石英砂巖中的碎屑鋯石進行LA-ICP-MS U-Pb年代學和原位Hf同位素分析, 探討了瓦屋夼組的沉積時代和物源及其構(gòu)造意義。

圖1 膠萊盆地大地構(gòu)造簡圖(a)和瓦屋夼組采樣位置(b)Fig.1 Tectonic sketch (a) and geological map showing the locations of the samples from the Wawukuang Formation (b) in the Jiaolai Basin

1 地質(zhì)概況與樣品描述

膠萊盆地位于華北克拉通東南緣, 南與蘇魯造山帶相鄰, 北側(cè)為膠北隆起, 西以郯廬斷裂帶分界(圖1a)。膠萊盆地的基底為元古界荊山群, 基底之上為白堊系, 主要為斷陷盆地控制下的一套陸相火山–沉積巖建造, 白堊系自下而上分為萊陽群、青山群和王氏群(圖1b)(山東省地質(zhì)礦產(chǎn)局, 1991)。萊陽群為一套陸相碎屑沉積, 包括礫巖、砂巖和頁巖, 以及少量泥灰?guī)r、白云巖和凝灰?guī)r, 標準剖面位于萊陽市瓦屋夼村至修家溝一帶。萊陽群自下而上分別為:瓦屋夼組、林寺山組、止鳳莊組、水南組、龍旺莊組和曲格莊組, 它們之間為整合接觸關系, 上部被青山群后夼組覆蓋(圖2)。瓦屋夼組主要由灰色、灰黃色粉砂巖夾長石石英砂巖和底部少量礫巖組成。本文研究樣品為瓦屋夼組長石石英砂巖(樣號SLW4-1)(圖2、3a), 采自萊陽市瓦屋夼村北1 km處(N 36°58′15″, E 120°52′36″)。樣品呈灰黃色, 碎屑結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造, 主要由石英和長石組成, 粒度為0.05～0.25 mm, 礦物呈次棱角狀–次圓狀, 磨圓差,分選好, 硅質(zhì)膠結(jié)、顆粒支撐(圖3b)。

2 分析方法

鋯石分選在河北廊坊市宇能服務公司完成。首先將樣品粉碎至80～100目, 并用淘選和電磁選方法進行分離。將雙目鏡下提純的鋯石粘貼在環(huán)氧樹脂表面, 拋光后對其進行透射光、反射光和陰極發(fā)光(CL)圖像的采集。鋯石LA-ICP-MS U-Pb年齡和微量元素分析在中國地質(zhì)大學(武漢)地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點實驗室完成。采用的激光剝蝕系統(tǒng)為GeoLas 2005, ICP-MS為Agilent 7500a。激光剝蝕過程中采用He作載氣、Ar為補償氣以調(diào)節(jié)靈敏度(Hu et al., 2008)。U-Pb定年中采用鋯石標樣91500作為外標進行同位素分餾校正, 鋯石微量元素采用多個USGS 參考玻璃(BCR-2G、BIR-1G)作為多外標、Si作內(nèi)標的方法進行定量計算(Liu et al., 2010)。U-Th-Pb同位素比值和年齡以及元素含量處理采用軟件ICPMSDataCal(Liu et al., 2010)完成。詳細的實驗條件和數(shù)據(jù)處理方法見Liu et al.(2010)。鋯石U-Pb年齡諧和圖和加權(quán)平均年齡計算均采用Isoplot/ Ex_ver 3(Ludwig, 2003)完成。

圖2 膠萊盆地萊陽群地層柱狀圖和采樣位置Fig.2 Stratigraphic column showing the locations of sample SLW4-1 from the Laiyang Group in the Jiaolai Basin

鋯石原位Hf同位素的測試在中國科學院地質(zhì)與地球物理研究所193 nm激光取樣系統(tǒng)的Neptune多接收電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(MC-ICP-MS)上進行, 分析時激光束直徑為63 μm, 激光剝蝕時間為26 s。測定時用鋯石標樣91500作外標, 所用的激光脈沖速率為6～8 Hz, 激光束脈沖能量為100 mJ。儀器的運行條件和詳細的分析流程見文獻Wu et al. (2006)。分析過程中需要對176Yb的干擾進行校正,校正時采用新的TIMS測定值176Yb/172Yb＝0.5886,而對每個分析點的βYb和βHf則利用對該分析點實測得出的平均值進行校正所測, 鋯石標樣91500的176Hf/177Hf=0.2822934±24。

3 分析結(jié)果

膠萊盆地瓦屋夼組長石石英砂巖中鋯石多數(shù)為自形–半自形晶, 呈渾圓狀到短柱狀。在CL圖像上,多數(shù)鋯石發(fā)育震蕩生長環(huán)帶和條痕狀吸收(圖4), 具有相對高的Th/U比值(0.24～2.35, 多數(shù)＞0.5), 暗示它們?yōu)閹r漿鋯石; 少量鋯石呈無結(jié)構(gòu)或補丁狀特點(點39、50、77)(圖4), 暗示它們?yōu)樽冑|(zhì)鋯石, 同時具有相對低的Th/U比值(0.54、0.74、0.95)。在球粒隕石標準化的稀土元素配分圖解中(圖5), 巖漿鋯石與變質(zhì)鋯石具有相似的配分型式, 均顯示出富集重稀土元素, 虧損輕稀土元素的特點。多數(shù)鋯石顯示出Eu的負異常和Ce的正異常以及重稀土元素相對輕稀土元素富集的特點。

圖3 樣品的野外產(chǎn)狀(a)和碎屑結(jié)構(gòu)(b)Fig.3 Field photo (a) and micrograph (b) of sample SLW4-1

圖4 代表性碎屑鋯石的陰極發(fā)光圖像Fig.4 Cathodoluminescence images of the detrital zircons

圖5 瓦屋夼組中碎屑鋯石稀土元素球粒隕石標準化配分圖Fig.5 Chondrite–normalized REE patterns of the detrital zircons from the Wawukuang Formation

瓦屋夼組長石石英砂巖中82顆鋯石測定了82個點, 分析結(jié)果見表1。對于較老的鋯石(>1000 Ma)采用207Pb/206Pb年齡, 而對于年輕鋯石(<1000 Ma)采用206Pb/238U年齡。82個諧和年齡(不諧和度小于10%)介于2797～124 Ma之間(圖6a), 它們可以分為8個主要年齡段: 2544～2319 Ma、134～124 Ma、729～721 Ma、462～459 Ma、258～251 Ma、231～216 Ma和159～155 Ma, 其峰期年齡分別為2456 Ma(n=8)、1851 Ma(n=16)、461 Ma(n=3)、253 Ma(n=8)、224 Ma (n=7)、158 Ma(n=3)和129 Ma(n=29)。最年輕的一組諧和年齡是129±1 Ma(圖6b)。晚三疊世變質(zhì)鋯石的206Pb/238U年齡介于226～216 Ma之間, 而晚三疊世巖漿鋯石的206Pb/238U年齡介于231～223 Ma之間。

圖6 瓦屋夼組中碎屑鋯石U-Pb年齡諧和圖Fig.6 U-Pb concordia diagrams of the detrital zircons from the Wawukuang Formation

表1 膠萊盆地瓦屋夼組中碎屑鋯石LA-ICP-MS U-Pb同位素結(jié)果Table 1 LA-ICP-MS U-Pb isotopic dating resutls for the detrital zircons from the Wawukuang Formation in the Jiaolai Basin

續(xù)表1:

鋯石原位Hf同位素分析結(jié)果見表2。早白堊世(134～124 Ma)鋯石具有低的εHf(t)值(–26.8～–10.5) (圖7a), 平均地殼二階段模式年齡(tCDM2)變化于2859～ 1846 Ma之間; 晚侏羅世(159～155 Ma)鋯石的εHf(t)值分別為–14.8、–31.8和–39.5, 它們均落在了膠北花崗巖的Hf同位素組成范圍內(nèi)(Zhang et al., 2010; Jiang et al., 2012); 晚三疊世變質(zhì)鋯石除了一個點外(εHf(t)=–11.4), 具有相對高的εHf(t)值(–4.1、–2.5), 投影在蘇魯造山帶變質(zhì)鋯石Hf同位素組成附近(Zhang et al., 2009a; Liu et al., 2012), 而晚三疊世巖漿鋯石的εHf(t)值為–6.0和–6.1; 258～251 Ma鋯石主要為負的εHf(t)值(–18.4～–4.6), 同時存在一個正的εHf(t)值為+5.3; 兩顆中奧陶世鋯石的εHf(t)值均為正值(+0.2、+6.7); 新元古代(725～721 Ma)鋯石的εHf(t)值變化于–20.2～–4.1之間,它們投影在蘇魯帶內(nèi)巖漿和碎屑鋯石范圍內(nèi)(李向輝等, 2007; Zhou et al., 2012); 1848～1723 Ma鋯石的εHf(t)=–7.1～–0.9; 2544～2388 Ma鋯石既存在負的εHf(t)值(–1.2、–3.6), 同時也具有正的εHf(t)值(+2.7～+7.2),它們與華北克拉通基底巖漿和碎屑鋯石的Hf同位素組成一致(Sun et al., 2012; Yang et al., 2012)(圖7a)。

表2 膠萊盆地瓦屋夼組中碎屑鋯石Hf同位素結(jié)果Table 2 Hf isotopic compositions of the detrital zircons from the Wawukuang Formation in the Jiaolai Basin

圖7 瓦屋夼組中碎屑鋯石εHf(t)值與U-Pb年齡變異圖(圖中Hf同位素組成范圍來源于Yang et al.(2013)及其中文獻, b為a圖局部放大)Fig.7 Plots of εHf(t) versus U-Pb ages of the detrital zircons from the Wawukuang Formation

4 討 論

4.1 沉積時代

膠萊盆地萊陽群從老到新分別由瓦屋夼組、林寺山組、止鳳莊組、水南組、龍旺莊組和曲格莊組組成(山東省地質(zhì)礦產(chǎn)局, 1991)。由于火山巖主要發(fā)育在青山群, 而對于萊陽群沉積時代的確定主要是通過化石和巖石組合的對比, 長期以來缺乏精確同位素年代學和火山巖夾層的限定而存在諸多爭議。早期李守軍和謝傳禮(1997)對萊陽群中植物和動物化石的對比研究認為, 其沉積時代為晚侏羅世或早白堊世。近年來, 根據(jù)化石和巖石組合的對比以及綜合前人的研究成果認為, 膠萊盆地萊陽群的沉積時代應為早白堊世, 這也得到了多數(shù)學者的支持(顧德林等, 1996; 李雙應等, 2008)。

沉積巖中最小的諧和年齡可以限定地層的沉積下限, 膠萊盆地萊陽群最底部的瓦屋夼組長石石英砂巖中最年輕的一組鋯石發(fā)育震蕩生長環(huán)帶, 表明它們?yōu)閹r漿成因, 29個點的206Pb/238U加權(quán)平均諧和年齡為129 Ma, 暗示瓦屋夼組的沉積下限應為早白堊世中期。這與Xie et al.(2012)對膠萊盆地萊陽群砂巖中碎屑鋯石的最小諧和年齡(130 Ma)一致, 同時與瓦屋夼組上部水南組粉砂巖和泥巖中薄層狀玄武質(zhì)火山巖的角閃石40Ar-39Ar和鋯石SHRIMP U-Pb定年結(jié)果(129～131 Ma)相吻合(張岳橋等, 2008)。結(jié)合凌文黎等(2006)對青山群最底部后夼組火山巖的鋯石LA-ICP-MS U-Pb定年結(jié)果(106 Ma), 表明膠萊盆地萊陽群最底部瓦屋夼組的沉積時代為早白堊世(129～106 Ma)。

4.2 物源屬性

膠萊盆地萊陽群瓦屋夼組長石石英砂巖中82顆鋯石給出了82個點的諧和年齡, 它們可分為四組:新太古代–古元古代(2544～1609 Ma, 峰期年齡為2456 Ma和1851 Ma)、新元古代(729～721 Ma, 峰期年齡為724 Ma)、古生代(462～251 Ma, 峰期年齡為461 Ma和253 Ma)、中生代(231～124 Ma, 峰期年齡為224 Ma、158 Ma和129 Ma)(圖8)。

圖8 瓦屋夼組中碎屑鋯石U-Pb年齡分布頻率圖Fig.8 Relative probability of the U-Pb age for detrital zircons from the Wawukuang Formation

4.2.1 新太古代–古元古代

華北克拉通基底以發(fā)育新太古代(～2500 Ma)花崗巖、TTG片麻巖和鎂鐵質(zhì)火山巖以及古元古代(～1850 Ma)堿性花崗巖和環(huán)斑花崗巖等構(gòu)造–巖漿–熱事件為特征(Zhao et al., 2001, 2005; Kr?ner et al., 2005; Sun et al., 2012; Yang et al., 2012), 雖然在揚子克拉通也有新太古代和古元古代巖漿事件年齡的報道(如崆嶺雜巖), 但與華北克拉通相比, 揚子克拉通則以新元古代雙峰式巖漿活動為典型代表(Liu et al., 2008)。膠萊盆地瓦屋夼組長石石英砂巖中新太古代–古元古代碎屑鋯石年齡的存在, 暗示它們主要來源于華北克拉通基底物質(zhì)。這也得到了鋯石Hf同位素的支持, ～2500 Ma鋯石的εHf(t)值介于–3.6～ +7.2之間, 而～1850 Ma鋯石的εHf(t)值均為負值, 變化于–7.1～–0.9之間, 它們與華北克拉通早前寒武紀的巖漿和碎屑鋯石的Hf同位素組成相一致(Sun et al., 2012; Yang et al., 2012)(圖7a)。因此, 我們認為新太古代–古元古代(2500～1850 Ma)的碎屑鋯石主要來源于華北克拉通早前寒武紀再循環(huán)的古老基底物質(zhì)和新生的年輕地殼物質(zhì)。

4.2.2 新元古代

揚子克拉通以發(fā)育廣泛的與Rodinia超大陸裂解相關的新元古代(850～700 Ma)雙峰式巖漿作用為特點, 而與大量分布新太古代–古元古代構(gòu)造–巖漿–熱事件為特征的華北克拉通相區(qū)別(Liu et al., 2008),盡管在華北克拉通局部存在非常少量的新元古代巖漿事件(主要為1000～850 Ma)(Peng et al., 2011; Wang et al., 2012; Yang et al., 2012)。此外, 蘇魯造山帶以發(fā)育新元古代源巖年齡和少量的三疊紀變質(zhì)年齡為特點(Tang et al., 2008; Liu and Liou, 2011), 這些新元古代年齡同時具有揚子克拉通的親緣性。膠萊盆地瓦屋夼組中存在新元古代年齡鋯石(729～721 Ma),它們發(fā)育震蕩生長環(huán)帶, 具有巖漿成因特征, 這些新元古代鋯石的εHf(t)值介于–20.2～–4.1之間, 與蘇魯造山帶內(nèi)巖漿鋯石和碎屑鋯石的Hf同位素組成相類似(李向輝等, 2007; Zhou et al., 2012)(圖7a), 上述結(jié)果暗示它們與揚子克拉通具有親緣性, 主要來源于蘇魯造山帶。

4.2.3 古生代

瓦屋夼組長石石英砂巖中253 Ma鋯石具有巖漿成因特征, 代表了一次巖漿事件, 該年齡與華北克拉通北緣(內(nèi)蒙古隆起)和興蒙造山帶發(fā)育的晚古生代(300～245 Ma)巖漿事件相一致(Yang et al., 2006; Zhang et al., 2009b; Cao et al., 2013), 而在華北克拉通東部沒有該期巖漿事件的報道。253 Ma鋯石的εHf(t)值變化于–18.4～–4.6之間, 這與華北克拉通北緣(內(nèi)蒙古隆起)晚古生代巖漿鋯石的εHf(t)值(–22～–3.8)相似, 而明顯區(qū)別于興蒙造山帶晚古生代火成巖的初始Hf同位素組成(多介于–4.2～+16之間)(Zhang et al., 2009b; Yang et al., 2006; 2012; Cao et al., 2013)。此外, 山東沭河裂谷帶內(nèi)早白堊世古水流方向也顯示為南流水系, 基本上都是由北向西南或東南方向, 這為華北克拉通北緣(內(nèi)蒙古隆起)向膠萊盆地輸入物源提供了有利證據(jù)(曠紅偉等, 2013)。早古生代(462 Ma、461 Ma和459 Ma)巖漿鋯石的年齡與遼東新生代玄武巖中底侵成因捕獲鋯石的年齡(～465 Ma)相吻合(Zhang et al., 2011)。因此, 我們認為古生代鋯石主要來源于華北克拉通的北緣。

4.2.4 中生代

中生代碎屑鋯石主要記錄了224 Ma、158 Ma和129 Ma三個年齡峰。其中, 一組晚三疊世碎屑鋯石年齡介于231～223 Ma之間, 它們發(fā)育典型的震蕩生長環(huán)帶(圖4), 暗示其為巖漿成因, 這與蘇魯造山帶中石島雜巖的侵位時間(225～205 Ma)(林景仟等, 1992; Yang et al., 2005; Zhao et al., 2012)相類似。另一組晚三疊世(226～216 Ma)碎屑鋯石不發(fā)育巖漿環(huán)帶, 在CL圖像上呈均勻無結(jié)構(gòu)的補丁狀(圖4), 暗示其為變質(zhì)鋯石。在稀土元素配分圖解上變質(zhì)鋯石也顯示出富集重稀土元素, 虧損輕稀土元素的特點(圖5)。該年齡與大別–蘇魯造山帶內(nèi)花崗片麻巖和榴輝巖中獲得的變質(zhì)鋯石的年齡相一致(Tang et al., 2008; Liu and Liou, 2011)。在Hf同位素組成上, 晚三疊世變質(zhì)鋯石具有相對偏高的εHf(t)值, 多數(shù)投影在蘇魯造山帶變質(zhì)鋯石區(qū)域內(nèi)(Zhang et al., 2009a; Liu et al., 2012), 而晚三疊世巖漿鋯石則具有相對低的εHf(t)值, 與蘇魯造山帶內(nèi)巖漿鋯石的Hf同位素組成相類似(Zhao et al., 2012)(圖7b)。上述結(jié)果表明, 晚三疊世鋯石來源于蘇魯造山帶內(nèi)高壓–超高壓變質(zhì)巖和晚三疊世火成巖。晚侏羅世(158 Ma)和早白堊世(129 Ma)碎屑鋯石年齡與膠北、膠東地體上廣泛發(fā)育的花崗巖的時代相對應(Zhang et al., 2010), 結(jié)合它們與膠北花崗巖具有相類似的εHf(t)值(Zhang et al., 2010; Jiang et al., 2012)表明, 它們的源區(qū)為膠北、膠東同時期的火成巖。

綜上所述, 新太古代–古元古代鋯石主要來源于華北克拉通前寒武紀基底巖石; 新元古代和晚三疊世變質(zhì)鋯石來源于蘇魯造山帶; 晚古生代鋯石記錄了華北克拉通北緣晚古生代巖漿事件; 晚三疊世巖漿鋯石和晚侏羅世–早白堊世鋯石則與膠北、膠東同時期的巖漿事件相對應。

4.3 與合肥盆地物源性質(zhì)的對比

合肥盆地位于大別造山帶的北緣, 郯廬斷裂帶的西段, 是一個侏羅紀的沉積盆地, 盆地中部侏羅系沉積自下而上包括防虎山組、圓筒山組和周公山組。合肥盆地侏羅紀沉積巖中碎屑鋯石SHRIMPU-Pb定年結(jié)果介于3000～200 Ma之間(Li et al., 2003, 2005), 主要分為四個階段: 3000～1700 Ma、936～627 Ma、514～405 Ma和241～200 Ma, 其峰期年齡為2500 Ma、2000 Ma、750 Ma、442 Ma和226 Ma(圖9a)。新元古代鋯石主要來源于大別造山帶折返的揚子克拉通基底物質(zhì); 古生代年齡的碎屑鋯石被認為來源于秦嶺巖漿弧或者該巖漿弧的東延部分(Li et al., 2005; Yang et al., 2009); 含柯石英的三疊紀變質(zhì)鋯石年齡與大別–蘇魯超高壓變質(zhì)事件的年齡(245～220 Ma)相吻合(Liu and Liou, 2011)?；谏鲜鲅芯? Li et al.(2003, 2005)認為合肥盆地形成于早侏羅世晚期,其碎屑沉積物的源區(qū)主要為大別造山帶。

膠萊盆地是一個白堊紀沉積盆地, 位于郯廬斷裂帶東部, 蘇魯造山帶的北緣。盆地自下而上包括萊陽群、青山群和王氏群, 萊陽群從底到頂又可以分為: 瓦屋夼組、林寺山組、止鳳莊組、水南組、龍旺莊組和曲格莊組。本文對萊陽群最底部瓦屋夼組砂巖和Xie et al.(2012)對萊陽群砂巖中碎屑鋯石的年代學研究表明, 其年齡主要變化于3303～124 Ma之間, 峰期年齡為2456 Ma、1851 Ma、750 Ma、229 Ma和129 Ma(圖9b)。其中新太古代–古元古代, 特別是新元古代和三疊紀年齡的存在, 具有與合肥盆地相類似的年齡組成, 后者與大別–蘇魯造山帶三疊紀高壓–超高壓變質(zhì)及其原巖的年齡相一致, 具有揚子克拉通的親緣性(Tang et al., 2008; Liu and Liou, 2011; Xie et al., 2012)。那么, 它們同樣起源于大別造山帶還是蘇魯造山帶。大量的早古生代(～445 Ma)年齡信息的出現(xiàn)是判別北秦嶺造山帶物源的重要標志之一(Li et al., 2005; Yang et al., 2009; Xie et al., 2012), 在蘇魯造山帶很少有早古生代巖漿事件的記錄, 而早古生代巖漿事件在合肥盆地碎屑鋯石中非常發(fā)育。因此, 是否存在早古生代巖漿事件的記錄可以用來區(qū)分其源區(qū)是大別造山帶還是蘇魯造山帶的關鍵。膠萊盆地萊陽群砂巖中246個年齡分析中只存在非常少量的鋯石具有早古生代年齡信息, 這與合肥盆地廣泛發(fā)育早古生代年齡組成完全不同。因此, 我們認為膠萊盆地的主要物源應來自于蘇魯造山帶而非大別造山帶, 這與膠萊盆地內(nèi)碎屑沉積物的物質(zhì)組成、沉積相和地球化學屬性的研究結(jié)果相一致(顧德林等, 1996; 李雙應等, 2008)。綜合合肥盆地和膠萊盆地的化石對比研究以及其中最年輕的碎屑鋯石諧和年齡,表明它們的沉積時代分別為早侏羅世和早白堊世。綜上所述, 位于郯廬斷裂帶東西兩側(cè)的膠萊盆地和合肥盆地具有不同的沉積時代和源區(qū)屬性。

圖9 合肥盆地(a)與膠萊盆地(b)中碎屑鋯石組成柱狀圖Fig.9 Histograms of the U-Pb ages for the detrital zircons from the Hefei Basin (a) and Jiaolai Basin (b)

4.4 構(gòu)造意義

由于造山帶隆升后遭受強烈剝蝕, 使得其本身無法記錄完整的構(gòu)造演化信息, 單純研究造山帶本身并不能給出其復雜的地質(zhì)歷史過程。相反, 以造山帶為物源區(qū)的周緣盆地中的碎屑沉積物卻能比較準確地記錄物源區(qū)的成分特征, 進而反演造山帶的演化歷史(Cuthbert, 1991; Colombo, 1994; Li et al., 2003; 李雙應等, 2008)。合肥盆地位于大別造山帶北緣, 盆地內(nèi)侏羅紀沉積巖中碎屑成因多硅白云母和三疊紀含柯石英變質(zhì)鋯石的存在表明, 大別山高壓–超高壓變質(zhì)巖是合肥盆地的重要物源, 進而認為大別造山帶隆升–剝蝕的時間至少在早侏羅世(Li et al., 2003, 2005)。Wang et al.(2009)對大別造山帶南緣江漢盆地內(nèi)晚三疊世、早侏羅世和中侏羅世沉積巖中碎屑鋯石的U-Pb年代學和碎屑白云母的成分研究也認為, 大別造山帶隆升–剝蝕開始于早侏羅世。那么, 蘇魯造山帶的隆升–剝蝕時限如何？

蘇魯造山帶內(nèi)高壓–超高壓變質(zhì)巖的U-Pb年代學和P-T軌跡的研究表明, 蘇魯造山帶在中–晚三疊世時期(240～225 Ma)經(jīng)歷了揚子克拉通向華北克拉通的俯沖、碰撞和高壓–超高壓變質(zhì)作用, 而相繼發(fā)生的造山帶快速折返的時間為晚三疊世–中侏羅世(220～175 Ma)(Ames et al., 1993; Li et al., 1996)。膠萊盆地位于蘇魯造山帶的北緣, 雖然Xie et al.(2012)對膠萊盆地萊陽群中碎屑鋯石的U-Pb年代學研究表明, 在萊陽群沉積時蘇魯造山帶變質(zhì)巖石已出露地表, 但在萊陽群最底部的瓦屋夼組沉積時是否已經(jīng)存在蘇魯造山帶變質(zhì)巖石的物源, 這對于限定蘇魯造山帶最早的隆升–剝蝕時間具有重要意義。

膠萊盆地最底部瓦屋夼組長石石英砂巖中碎屑鋯石的U-Pb年代學和Hf同位素研究表明, 樣品中存在新元古代巖漿鋯石和晚三疊世變質(zhì)鋯石, 后者與大別–蘇魯造山帶超高壓變質(zhì)事件的時間相一致,而前者與超高壓變質(zhì)巖石源巖的年齡相吻合, 這些鋯石的存在暗示它們來源于蘇魯造山帶的變質(zhì)巖石。瓦屋夼組沉積物中蘇魯造山帶變質(zhì)巖石物源的存在表明, 在膠萊盆地最底部瓦屋夼組沉積時蘇魯高壓–超高壓變質(zhì)巖已經(jīng)出露地表, 并為膠萊盆地的沉積提供物源。這也得到了膠萊盆地內(nèi)萊陽群礫石成分變化的支持, 后者也認為萊陽群沉積之前,蘇魯造山帶已經(jīng)遭受了強烈的隆升和剝蝕(李雙應等, 2008)。張華鋒等(2006)基于膠東半島花崗巖和金礦形成深度的研究認為, 早白堊世時期(140～110 Ma)蘇魯造山帶地殼隆升并被剝露了約7 km。由于早白堊世時期的強烈隆升–剝蝕作用, 使蘇魯造山帶基底的主體遭受了強烈的剝蝕并為膠萊盆地白堊系沉積提供物源。蘇魯造山帶周緣發(fā)育中生代不同時期的沉積盆地, 以郯廬斷裂帶為界, 魯東地區(qū)只發(fā)育早白堊世的膠萊盆地, 而魯西地區(qū)中生代沉積盆地中發(fā)育早三疊世和侏羅紀–白堊紀沉積地層(山東省地質(zhì)礦產(chǎn)局, 1991)。Yang et al.(2013)對魯西地區(qū)侏羅紀坊子組(～175 Ma)的物源研究表明, 在坊子組內(nèi)存在新元古代和晚三疊世巖漿成因的碎屑鋯石, 但是沒有變質(zhì)鋯石的記錄, 暗示蘇魯造山帶是魯西坊子組的物源之一。綜上所述, 蘇魯高壓–超高壓變質(zhì)巖石至少在膠萊盆地最底部瓦屋夼組沉積時已經(jīng)出露地表。

5 結(jié) 論

(1) 膠萊盆地萊陽群最底部瓦屋夼組的沉積時代為早白堊世(129～106 Ma)。

(2) 瓦屋夼組砂巖的物源主要包括華北克拉通前寒武紀基底巖石、蘇魯造山帶和華北克拉通北緣晚古生代火成巖以及膠北、膠東晚三疊世和晚侏羅世–早白堊世火成巖。

(3) 膠萊盆地與合肥盆地具有不同的沉積時代和源區(qū)屬性。

(4) 蘇魯高壓–超高壓變質(zhì)巖石至少在膠萊盆地最底部瓦屋夼組沉積時已經(jīng)出露地表。

致謝: 樣品分析得到中國地質(zhì)大學(武漢)地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點實驗室和中國科學院地質(zhì)與地球物理研究所巖石圈演化國家重點實驗室的大力支持, 胡兆初教授和楊岳衡研究員給予了熱情幫助,兩位匿名審稿專家提供了建設性的意見, 謹此表示感謝。

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U-Pb Ages and Hf Isotope Compositions of Detrital Zircons from the Sandstone in the Early Cretaceous Wawukuang Formation in the Jiaolai Basin, Shandong Province and its Tectonic Implications

HUO Tengfei, YANG Debin, XU Wenliang, WANG Feng, LIU Haibin and SHI Jiangpeng
(College of Earth Sciences, Jilin University, Changchun 130061, Jilin, China)

LA-ICP-MS U-Pb dating and in situ Hf isotope analysis were carried out for the detrital zircons to constrain the depositional age and provenance of the Wawukuang Formation, which is believed as the earliest unit of the Laiyang Group in the Jiaolai Basin, and its implications. Most of these detrital zircons from the feldspar quartz sandstone in the Wawukuang Formation are magmatic in origin, which are euhedral-subhedral and display oscillatory zoning in CL images; whereas few Late Triassic detrital zircons are metamorphic in origin and structureless in CL images. U-Pb isotopic dating of 82 zircon grains yields age populations at ca. 129 Ma, 158 Ma, 224 Ma, 253 Ma, 461 Ma, 724 Ma, 1851 Ma and 2456 Ma. U-Pb dating and Hf isotopic results indicate that: 1) the Wawukuang Formation deposited during the Early Cretaceous (129–106 Ma); 2) the detrital zircons with the ages of 1851 Ma and 2456 Ma mainly sourced from the Precambrian basement rocks of the North China Craton; the Neoproterozoic (729–721 Ma) magmatic zircons and the Late Triassic (226–216 Ma) metamorphic zircons sourced from the Su-Lu terrane; The Late Paleozoic detrital zircons could source from the Late Paleozoic igneous rocks in the northern margin of the North China Craton; the Late Triassic (231–223 Ma) magmatic zircons and the 158–129 Ma zircons sourced from the coeval igneous rocks in the Jiaobei and Jiaodong; 3) the deposition age and provenance of the Jiaolai Basin are different from those of the Hefei Basin; 4) the recognition of clastic sediments from the Su-Lu terrane in the Wawukuang Formation suggests that the Su-Lu terrane was under denudation in the Early Cretaceous.

detrital zircon; U-Pb-Hf isotope; provenance; Wawukuang Formation; Jiaolai Basin; Su-Lu terrane

P597

A

1001-1552(2015)02-0355-014

2013-12-30; 改回日期: 2014-06-10

項目資助: 新世紀優(yōu)秀人才支持計劃(編號: NCET-12-0237), 國家自然科學基金(批準號: 41472052)和中央高校基本科研業(yè)務費專項資金聯(lián)合資助。

霍騰飛(1988–), 男, 碩士研究生, 火成巖石學專業(yè)。Email: 75031631@qq.com

楊德彬(1979–), 男, 副教授, 巖石學專業(yè)。Email: yangdb@jlu.edu.cn