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  地质通报  2017, Vol. 36 Issue (10): 1722-1739  
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黄长煌. 台湾玉里带变质岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄及其地质意义[J]. 地质通报, 2017, 36(10): 1722-1739.
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Huang C H. U-Pb isotopic ages of zircon from Yuli Belt in Taiwan and its geological significance[J]. Geological Bulletin of China, 2017, 36(10): 1722-1739.
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基金项目

中国地质调查局项目《闽台中生代构造岩浆区区域地质专项调查》(编号:12120114043301)

作者简介

黄长煌(1962-), 男, 本科, 高级工程师, 从事区域地质调查及矿产调查等工作。E-mail:1154423711@qq.com

文章历史

收稿日期: 2016-06-20
修订日期: 2017-03-21
台湾玉里带变质岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄及其地质意义
黄长煌    
福建省地质调查研究院, 福建 福州 350013
摘要: 台湾玉里带位于台湾东部,其主体为变质砂岩、千枚状泥岩夹绿帘片岩、阳起片岩、浅变质枕状玄武岩等(原岩为海相火山-陆源沉积岩),其次为高压相的蓝闪片岩。火山岩属钙碱性系列,具低Ba、Nb、Sr和高Pb丰度,稀土元素总量普遍较低,具有轻稀土元素弱富集、Eu无亏损的稀土元素配分模式;(含火山碎屑)变质砂岩的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄表明,206Pb/238U表面年龄有6个峰值:最新年龄23.3Ma(古近纪)为火山碎屑锆石年龄,也是成岩年龄;中生代-古生代年龄有96.7Ma(晚白垩世)、124.2Ma及130.6Ma(早白垩世)、214.1~228Ma(晚三叠世)、283.7Ma和289Ma(早二叠世)等,锆石为次棱角状或次圆状,代表了源岩的岩浆年龄;207Pb/206Pb表面年龄出现古元古代峰值(1769~1852Ma)和新太古代峰值(2506Ma和2530Ma),均为磨圆的碎屑变质或岩浆锆石,代表了不明古元古代变质基底的年龄。玉里带变质岩原岩可能形成于古近纪(23.3Ma),与南海扩张的白云运动同时,属白云运动有关的火山作用的产物。
关键词: 台湾玉里带    火山-沉积岩    LA-ICP-MS锆石U-Pb定年    古近纪    
U-Pb isotopic ages of zircon from Yuli Belt in Taiwan and its geological significance
HUANG Changhuang     
Fujian Institute of Geological Survey, Fuzhou 350013, Fujian, China
Abstract: Located in the east of Taiwan, the Yuli belt is composed of volcano-sedimentary rocks and metamorphic rocks characterized by high pressure and low temperature. The volcanic rocks belong to the calc alkaline series, with low Ba, Nb, Sr and high Pb; the total rare earth is generally low, with the patterns of less enrichment of light rare earth Eu and complete preservation of rare earth elements. LA-ICP-MS zircon U-Pb ages indicate that the apparent 206Pb/238U ages have 6 peaks:23.3Ma (Paleogene), the upper rock age; 96.7Ma (Late Cretaceous), 124.2Ma and 130.5Ma (Early Cretaceous), 214.1~228Ma (Late Triassic), 283.7Ma and 289Ma (Early Permian). Zircons with the sub-angular or sub-rounded shape represent the magmatic zircon and indicate magmatic source rock age. Zircons with apparent 207Pb/206Pb ages of 2 peaks 1769~1852Ma (Paleoproterozoic), 2506Ma and 2530Ma (Neoarchaean) are rounded or clastic metamorphic magmatic zircons, which represent Palaeoproterozoic ages of metamorphic basement. The metamorphic rocks in the Yuli belt might have been formed after 23.3Ma, with the expansion of the South China Sea, at the same time as the expansion of the South China Sea during the formation of the Eurasian continental block edge rift tectonics.
Key words: Yuli belt in Taiwan    volcanic sedimentary rock    LA-ICP-MS zircon U-Pb dating    Paleogene    

台湾玉里地区属于欧亚板块的边缘,位于欧亚板块与菲律宾洋板块的接触带附近[1]。台湾东部变质岩带由太鲁阁带和玉里带组成,但二者变质程度和岩石组成存在很大差别,前者为高绿片岩-角闪岩相,后者主体为低绿片岩相与蓝闪石片岩等高压低温相。玉里带的锆石特征与同位素定年已有较长的研究历史,Jahn等[2]采用Rb-Sr法、K-Ar法等定年,对台湾东部进行构造运动期次划分,测得玉里带的角闪辉长岩等年龄为35~40Ma。Yui等[3]在玉里带取了3组样品,获得83~123Ma的最新碎屑锆石年龄,属于早白垩世-晚白垩世,认为玉里带是由不同年龄的地质体组成的构造混杂岩体。但野外调查表明,玉里带的主体部分属低绿片岩相,其中的泥质岩和玄武岩保留了较好的原岩面貌特征,与新生代的地质体没有明显差别;蓝闪片岩等高压低温变质岩呈孤岛状断续分布,与其围岩在成分、变质特征等方面存在显著差异。本次关注2个方面的问题:①玉里带的同位素年龄及时代;②玉里带的主体与高压低温相的蓝闪片岩的构造关系,即是否为“构造混杂岩”。本次在收集前人资料的基础上,有目的的进行了野外地质调查,从地质学、地球化学及同位素年代学方面进行调研,认为玉里带主体是陆源沉积岩-基性火山岩,属新生代沉积裂陷的海相火山沉积岩;高压低温变质岩可能属晚中生代高压低温变质带折返上侵的产物。

1 地质概况

台湾东部位于欧亚板块东南缘与菲律宾海板块的聚合处,也属于西太平洋板块聚合带的一部分,以台东纵谷地壳对接带为界,西部属欧亚大陆板块,北东部为西太平洋板块,东南部属菲律宾海板块[1-3]。台湾东部变质岩带呈北北东向条带状,长250km,宽25km,北西部为太鲁阁带,南东部为玉里带(图 1)。玉里带是本次研究的重点,长230km,宽5km,1: 50万台湾省地质图[1]及野外考察的实际资料显示,玉里带岩体的岩性主体为变质砂岩与千枚岩,夹有以蛇绿岩、蓝闪片岩、含绿辉石的基性岩等为代表的高压低温变质岩;在南部还见有枕状玄武岩-硅质岩等。变质砂岩和千枚岩原岩为砂岩和页岩,属于深海环境的浊流沉积,由于部分变质砂岩层理较厚,夹薄层页岩,形成环境可能为浅海-三角洲环境。蓝闪片岩和含绿辉石的基性岩以孤岛状地块的形式分布于变质碎屑岩中,可能属深部(高压)向上折返至浅部的地块。事实上,玉里带是不同变质和不同环境岩石的组合体,甚至被作为构造混杂堆积[1]。野外观察发现,高压低温相的蓝闪片岩等分布呈线状,大部分地层还是正常的火山-陆源碎屑岩,地层基本有序。

图 1 台湾玉里地区地质简图(a)和构造位置图(b)(据参考文献[1]修改) Fig.1 Simplified geological map (a) and tectonic map (b) of Yuli belt, Taiwan 1-第四纪;2-新近纪(N)板岩及硬页岩;3-古近纪(E)板岩、变质砂岩、基性火山岩;4-玉里层变砂岩、千枚状泥质岩夹基性火山岩、变玄武岩等;5-高压低温变质岩块(蓝闪片岩、石角闪片岩、含绿辉石的辉长岩);6-前古近纪长春组云母石英片岩、变粒岩等;7-大理岩;8-不整合、地质界线;9-断层;10-剖面及同位素年龄样

寿丰-玉里的岩石组合基本一致,主体为变砂岩、千枚岩夹火山岩,间有高压低温的变质岩块(蓝闪片岩、含绿辉石的辉长岩等)。根据有限地质路线,一定程度上还保留有原岩物质分界,主要是砂岩-泥质岩及沉积岩与火山岩(绿片岩)间的界面。在寿丰一带(图 2-ab),岩石组成为变砂岩、变泥质岩夹基性火山岩,夹有含斑点状的变粒岩(含火山碎屑的砂岩等),因后期构造的强烈作用,岩层发生强烈层内褶皱,形成近于水平的低缓角度的构造样式,但原岩的层状构造还可大致判断。玉里带南部的新武吕溪等地则为枕状玄武岩、绿片岩、千枚状泥岩、变质粉砂岩、硅质岩等,原岩基本特征还保留。

图 2 台湾玉里片岩剖面示意图 Fig.2 Geological section of the Yuli belt, Taiwan 1-云母斜长变粒岩;2-云母片岩;3-大理岩;4-硅质岩;5-绿帘绿泥片岩;6-绿帘阳起片岩;7-变玄武岩;8-变质泥岩;9-断层;AnEt-天祥组;AnEc-长春组

对玉里带的7件样品进行了全岩主量、微量元素分析,其中3件为锆石定年样品:D0020-3(寿丰)、D0023-2(光复)变质砂岩,D0029-2(新武吕溪)变质玄武岩。

2 地球化学

玉里带全岩主量、微量元素分析样品共计7件,测试工作由福建省地质测试研究中心完成。主量元素分析采用传统的湿法化学方法,微量元素采用定量光谱分析,结果列于表 1。根据野外产状及岩性,原岩为火山岩的样品有D0029-1、D0029-2(变玄武岩)、D0021-2(蓝闪片岩)、D0023-1(蛇纹岩),变质砂岩有D0020-3、D0023-2、D0025-2。

表 1 玉里带岩石主量、微量和稀土元素分析数据 Table 1 Analytical whole-rock data for Yuli Belt

尼格里值的计算根据各氧化物在组成造岩矿物的作用和组合规律,分为4组:Al′=Al2O3、Fm′= FeO+2Fe2O3+MgO+MnO、C′=CaO、Alk′=Na2O+ K2O,它们的分子数比为4个主要尼格里值alfmcalk

据尼格里四面体图解(图 3-a),原岩为火成岩的有5件样品,D0021-3、D0023-1、D0023-2、D0029-1和D0029-2,SiO2含量主要为44.51% ~ 52.58%,属基性岩,但D0023-2达76.67%,为酸性火山岩。Al2O3含量为14.68% ~18.28%,蛇纹岩仅2.98%,玄武岩A/CNK<1,属铝不饱和的钙碱质岩石类型;铁锰镁钙含量变化较大,但总体较高,与岩石中富含铁镁质矿物相对应。碱质含量为3%~4%,总体含量较高,均属亚碱性系列。另外2件样品(D0020-3、D0025-2)均落在泥质沉积岩区内,属沉积岩,与野外观察认识一致。对岩石成分进行投影(图 3-b),5个原岩为火成岩的样品落在钙碱性区内,绿片岩、变玄武岩、蛇纹岩等均分布在B(玄武岩)区及附近[6],D0023-2落在流纹岩区。

图 3 玉里片岩的尼格里四面体图(a)[4]及TAS图解(b)[5-6] Fig.3 Niggli diagram (a) and TAS diagram (b) of Yuli belt 图a:尼格里值(alfmcalkc/fm)见正文。图b:Pc-苦橄玄武岩;B-玄武岩;O1-玄武安山岩;O2-安山岩;O3-英安岩;R-流纹岩;F-副长石岩(ol<10%,碧玄岩;ol>10%, 碱玄岩);S1-粗面玄武岩;S2-玄武粗安岩;S3-粗安岩;T-粗面岩(Q<20%)、粗面英安岩(Q>20%);U1-响岩质碱玄岩;U2-碱玄质响岩;U3-响岩。Ir线上方为碱性岩石系列,下方为亚碱性岩石系列

微量元素的总体变化因元素组的不同而异,酸性岩中富集的W、Sn、Mo、Bi等因含量较低而变化小,Rb、Zr、Hf、U、Th及La含量明显较低,但变化较大,Rb为7×10-6~142×10-6,Zr为14×10-6~292×10-6;在基性岩或超基性岩中富集的Co、Ni、V等(亲铁元素)含量较高,变化大,Ni为28.14×10-6~1890×10-6;有关的Ba、Sr变化大,Ba为22×10-6~823× 10-6,Sr为11 × 10-6~157 × 10-6;SiO2及K2O与Rb、Zr、Hf、U、Th及La为正相关。微量元素蛛网图(图 4-a)曲线特征总体相似,Rb、U、Th、Pb形成峰值,Nb、Sr亏损而出现下凹的谷值。进一步细化可分出变质砂岩、玄武岩和蛇纹岩。前者分布于投影图的上部,具较高的微量元素,特别是Hf之前的元素丰值;中者分布于中间,基本是水平状曲线,没有出现Nd的富集,而明显区别于其他样品;蛇纹岩所有元素含量则均低,可能与蛇纹岩的成分有关。

图 4 原始地幔标准化微量元素蛛网图(a)及稀土元素配分模式(b) Fig.4 Primitive-mantle-normalized trace elements patterns (a) and chondrite-normalized REE patterns (b) (原始地幔及球粒陨石标准化值据参考文献[7])

稀土元素总量为2.65×10-6~30.02×10-6,La为2.55×10-6~39.84×10-6,Ce为5.52×10-6~75.05×10-6,Eu为0.12 × 10-6~1.59 × 10-6,δEu=0.55~1.02,弱亏损-无亏损;(La/Yb)N值为0.75~30.02,变化很大。稀土元素配分曲线(图 4-b)总体呈平缓状,近于水平。进一步细分可发现,变质砂岩为左高、右低的斜线,枕状玄武岩则呈水平状,蛇纹岩Eu略亏损。各样品稀土元素含量的差别,还表现为配分曲线高度的差别,即各元素含量的同步差异,可能反映了幔源物质与壳源物质的比例不同。

3 锆石样品特征

通过台湾同行介绍及野外实地观察,玉里带主要由变质粗碎屑岩、玄武岩、蛇绿岩、蓝闪片岩等组成。Yui等[4]在玉里带选取原岩为变质砂岩的样品进行碎屑锆石定年。本次力寻与地层同时形成的中-酸性火山岩夹层或侵入岩体进行锆石测年。测年样品D0020-3、D0023-2为含火山碎屑的砂岩,D0029-2为玄武岩-硅质岩组合中的玄武岩。

样品D0020-3采集自寿丰公路壁,露头连续,宽度200m,野外认为属变砂岩与千枚岩组合夹斑点状变粒岩(原岩可能为含火山碎屑的砂岩),变砂岩单层厚度可达0.8~1m,变余层状构造。

样品D0023-2采集自光复公路壁,露头连续,约300m,变砂岩与千枚岩组合夹斑点状变粒岩(可能属含火山碎屑的碎屑岩),岩石呈变余厚层状,单层厚度可达0.7m。

样品D0029-2采集自新武吕溪河床,露头连续,宽度300m,岩性为变枕状玄武岩、硅质岩条带等,绿帘透闪片岩-变枕状玄武岩。样品取自变玄武岩。

上述样品在露头尺度未见侵入岩等引起热事件的干扰物,岩石中的锆石可作为测试对象。样品已做多种测试,包括岩石薄片鉴定、硅酸盐全分析、稀土元素、微量元素、人工重砂等。

4 锆石测试分析 4.1 锆石测试方法

锆石微量元素含量和U-Pb同位素定年利用LA-ICP-MS分析完成。激光剥蚀系统为Coherent公司的GeoLas Pro 193nm准分子激光器,等离子体质谱仪系统为Thermo iCAPQ。激光剥蚀过程中采用氦气为载气、氩气为补偿气以调节灵敏度,二者在进入ICP之前通过一个Y型接头混合。每个时间分辨分析数据包括约15s的空白信号和45s的样品信号。对分析数据的离线处理(包括对样品和空白信号的选择、仪器灵敏度漂移校正、元素含量及UTh-Pb同位素比值和年龄计算)采用软件ICPMSDataCal[8]完成。详细的仪器操作条件和数据处理方法同参考文献[9]。

锆石微区原位U-Pb定年及微量元素测试采用国际标准样品91500做外标,GJ-1、PL、TEM、QH做盲样测试,精确度在3%以内。微量元素外部标准Nist610、BHVO-2G、BIR-2G,采用Si作内标的方法进行定量计算[8]

U-Pb同位素定年采用锆石标准GJ-1作外标进行同位素分馏校正,每分析5~10个样品点,分析2次GJ-1。对于与分析时间有关的U-Th-Pb同位素比值漂移,利用GJ-1的变化采用线性内插的方式进行了校正[8]。锆石样品的U-Pb年龄谐和图绘制和年龄加权平均值计算均采用Isoplot完成。

锆石通过精选制靶后,进行阴极发光(CL)图像和透射光、反射光照相。根据锆石阴极发光图像(图 5),所选锆石没有裂隙、包体等缺陷,符合测试要求。

图 5 玉里片岩锆石阴极发光(CL)图像及测点位置 Fig.5 CL characteristics and analyzed spots of zircon from the rocks of Yuli Belt

根据锆石形态特征,将待测锆石分为3类:第1类为自形晶或尖棱角状,环带宽大而不发育,主要为D0020-3样品的36、223号测点;第2类为次棱角状-次圆状,环带相对发育,测得年龄为中生代-古生代的各测点;第3类为圆状或磨圆状的碎屑锆石,或环带不发育的变质锆石或环带发育的岩浆锆石,时代为元古宙-太古宙,属沉积源区的继承锆石[10-11]

测点的布置目的性明确。在磨圆锆石中,主要选择锆石振荡环带,部分选择核部;对于未磨圆锆石主要选择在其边缘的振荡环带。锆石同位素测年工作在中国冶金地质总局山东局测试中心完成。

4.2 锆石同位素定年结果

3件样品共获得230组有效测年数据,其中D0020-3有136组,D0023-2有122组,D0029-2有26组。锆石U-Pb同位素分析结果和计算的表观年龄值见表 2。本次主要采用图解方法处理相关数据及求得年龄值。当年龄小于1000Ma时,采用锆石206Pb/238U表面年龄;当年龄大于等于1000Ma时,采用207Pb/206Pb表面年龄及其平均值。

表 2 锆石U-Th-Pb同位素分析数据和计算的年龄值 Table 2 Analytical data of zircon U-Th-Pb isotopes and calculated age values

上述3件样品的测试数据在Isoplot软件上制成年龄谱图(图 6),年龄值堆积形成多个峰值。

图 6 玉里片岩锆石U-Pb测点及年龄 Fig.6 U-Pb age histograms of the detrital zircons from the schist of Yuli Belt a-D0020-3 206Pb/238U年龄;b-D0020-3 207Pb/206Pb年龄谱;c-D0023-2 206Pb/238U年龄;d-D0023-2 207Pb/206Pb年龄谱;e-D0029-2 206Pb/238U年龄;f-D0029-2 207Pb/206Pb年龄谱

D0020-3 206Pb/238U年龄谱(图 6-a)的年龄分布可分为5段,20.6~24.8Ma、37.6~52.5Ma、110.8~ 127.4Ma、149.2~305.4Ma、339~903Ma,形成4个比较有意义的峰值,分别为23.3Ma(MSWD=2.7,n=10)、124.2Ma(MSWD=1.9,n=5)、214.1Ma(MSWD=0.97,n=7)、289Ma(MSWD=2.3,n=4),分别属古近纪(渐新世)、早白垩世、晚三叠世和早二叠世。峰值23.3Ma意义最大,是所有样品中最小的年龄峰值,对应的范围为20.6~24.8Ma,10粒锆石特征类似,呈不规则状,边缘呈缺口状,环带较宽,Th/U值为0.6~1,属岩浆锆石,据形状属火山碎屑锆石。37.6~52.5Ma对应锆石较少,仅7个点,特征类似于前述23.3Ma的火山碎屑锆石,其Th/U值为0.5~1。124.2Ma、168.5Ma、289Ma对应的是棱角状或次棱角状的锆石,边缘常呈浑圆状,环带较发育,单一环带宽20~30μm,Th/U值为0.3~1,属岩浆锆石,可能来自于远程的岩浆源岩。400~940Ma测点分散,锆石呈次圆状,Th/U值为0.4~1.2,代表了源岩的岩浆锆石。D0020-3 207Pb/206Pb年龄谱(图 6-b)的年龄分为2段,1662~1911Ma及2198~2569Ma,峰值对应为1843Ma(MSWD=0.52,n=17)和2521Ma(MSWD= 0.40,n=12),分别为古元古代和新太古代,最大值为2724Ma,属新太古代。

D0023-2 206Pb/238U年龄谱(图 6-c)的年龄分布为3段,72.5~105Ma、122.1~288Ma、407~980Ma,峰值5个,即96.7Ma(MSWD=4.2,n=19)、130.6Ma (MSWD=2.3,n=4)、228.9Ma(MSWD=0.14,n=4)、283.7Ma(MSWD=0.8,n=6)、407.3Ma(MSWD= 0.01,n=3),分别属晚白垩世、早白垩世、晚三叠世、早二叠世和早泥盆世。其中96.7Ma的锆石呈自形晶,边缘平直,环带较宽,单一环带20μm,Th/U值为0.2~1,属岩浆锆石。其余锆石呈自形晶或棱角状或次棱角状,边缘常平直,但年龄值较大者则呈圆状,环带发育而呈细密状,单一环带宽10~20μm,Th/U值为1,属岩浆锆石,可能来自远程的岩浆锆石。407~980Ma测点分散,锆石多呈次圆状,Th/U值为0.3~1,代表了源岩的岩浆锆石。207Pb/206Pb年龄谱(图 6-d)年龄分布在1768~2588Ma之间,峰值有2个:1830Ma (MSWD=0.87,n=20)和2558Ma (MSWD=0.90,n=4),分别属古元古代和新太古代,最大值为4417Ma(冥古宙)。

D0029-2取样的目的是获得同期的岩浆锆石,但没有成功。该样品206Pb/238U年龄谱(图 6-e)的年龄分布在154.4~242Ma之间,最小值为154.4Ma,峰值为235Ma(MSWD=4.2,n=4),属晚三叠世。最小值154.4Ma(晚侏罗世)与前2个样品相比太大,并为单一锆石,故不作讨论。峰值235Ma的锆石具有圆状特征,内部环带宽而模糊,边缘具白边(20μm),Th/U值为0~0.77,判断锆石受到变质作用的改造。207Pb/206Pb年龄谱(图 6-f)分布范围较大,仅出现峰值1769Ma(MSWD=0.8,n=6点),属古元古代,对应的锆石为圆状锆石,边缘均发育白边(20μm),Th/U值为0.03~1.36,最大值为2367Ma (古元古代)。

5 讨论 5.1 锆石年龄的地质意义

本次样品中出现了新生代、中生代、古生代、元古宙、太古宙的同位素年龄值(表 3)。

表 3 锆石U-Th-Pb同位素数据年龄值分布 Table 3 Distribution of age values of zircon U-Th-Pb isotopes

古近纪始新世末期(206Pb/238U,20.6~30.1Ma,平均值为23.3Ma),为所有样品中最小的年龄。对应的锆石具火山碎屑锆石特征,可能代表玉里带中与原岩沉积同时发生的火山作用的年龄,表明玉里带火山-沉积年龄可能为23.3Ma。

古近纪始新世(206Pb/238U,52.7~37.6Ma),锆石具火山碎屑特征,与埔里运动(35~40Ma)[1]相对应,与蓝闪石等高压变质作用[2]基本同时,代表了高压变质作用期间伴生的火山作用的时间。

早晚白垩世之交(103.7~94.6Ma),为太鲁阁带长春组的火山碎屑锆石年龄(103~93Ma,另文发表),也是本区蓝闪片岩等原岩的锆石特征与年龄,证实野外考察期间,多数专家认为蓝闪片岩等高压变质岩的原岩为长春组,即太鲁阁带的火山碎屑。

晚侏罗世锆石仅在D0023-2中见及,均为次棱角状,说明源区属晚侏罗世火成岩,在其他样品中没有出现,表明此物源分布局限。在福建沿海地区[11-14]出现强烈的构造-岩浆事件,形成规模巨大的晚侏罗世-早白垩世火山岩和侵入岩,时代为150~107Ma,以酸性岩为主,富含锆石。该时代的锆石在玉里带分布局限,说明本区不是构造岩浆作用的中心地带,或远离长乐-南澳断裂带最中心和最强烈的地带。晚三叠世锆石在3件样品中均有分布,说明此时物质源区发生了普遍的岩浆事件,华夏陆块出现了以闽西南陆表海闭合为特征的重要大地构造事件,并伴有岩浆事件。玉里带出现的同年龄段锆石均为次圆状,具有远程沉积特征。

古生代年龄主要分布在二叠纪、泥盆纪、志留纪,少量为石炭纪。其中,二叠纪在华夏陆块没有出现大规模的岩浆事件,主要出现以煤系地层为特征的海陆交互相等沉积作用,在永安龙岭岩体,代表华力西期构造岩浆事件,在玉里带中出现上述时代的岩浆锆石。泥盆纪最重要的构造事件是闽西南陆表海的开始,是一个沉积的开端,没有中酸性岩浆事件,在所有样品中没有晚泥盆世的锆石出现。加里东期是福建重要的构造-岩浆事件,其中志留纪在华夏陆块也是重要的构造挤压期,出现了宁化岩体等大型岩基[12],本区各样品普遍出现的锆石表明了此次构造的普遍性。

元古宙年龄分布广泛,新元古代、中元古代和古元古代均有分布,其中标志性的年龄为1800Ma。本区出现1769~1852Ma年龄,所测锆石均为圆状,属岩浆锆石和变质锆石继承性锆石,表明存在华夏陆块基底的强烈岩浆或变质事件。太古宙的锆石年龄基本为新太古代,出现的年龄为2500Ma,本次测得年龄为2506Ma和2544Ma,这与长乐-南澳断裂带的情况相同[9-10]

上述表明,锆石年龄的地质意义十分丰富,锆石年代学数据反映了研究区太古宙-渐新世十分复杂的地质事件所产生的物质的多样性,也证明了加里东期、华力西期、印支期、燕山期和喜山期构造岩浆事件的存在。玉里带的形成主要为2期:早期为板块俯冲(高压变质作用),时代为古近纪始新世(37.6~52.7Ma);晚期为沉积-火山作用,时代为古近纪始新世末期(20.6~30.1Ma,平均值为23.3Ma)。

5.2 玉里带的形成时代

玉里带的形成时代存在争议。Jahn等[2]认为,蓝片岩等高压变质形成于35~40Ma,福建省地质调查研究院[1]认为,其形成于8~10Ma。本次研究获得了较完整的年龄信息。

台湾东部地区变质岩分为太鲁阁带和玉里带,均属欧亚陆块边缘的地质作用结果,其地幔属岩石圈地幔[15-16],构造属性应为欧亚大陆边缘。台湾东部地区在晚侏罗世-早白垩世主要为陆源碎屑岩-火山岩建造,本次碎屑锆石年龄为150~107Ma,太鲁阁带长春组的火山碎屑锆石年龄为93~103Ma,(另文发表)[3],其后为80~90Ma的南澳运动,表现为花岗岩侵入及区域变质作用,这是基于花岗岩锆石U-Pb定年出现80~90Ma的年龄而确定的热事件,后期的工作也证实该区间相对合理,是形成南澳片岩(太鲁阁带)的地质事件。

根据地质产状及岩石组合特征,玉里带由两部分组成,即浅变质的火山-沉积岩和高压低温变质岩。主要地质事件可能也有2次:①第一次构造事件在强力挤压条件下,形成了高压低温变质岩。高压低温变质岩的原岩基性岩与东澳绿片岩(93~ 103Ma)同时,则第一次构造事件是高压低温变质作用,发生在南澳花岗岩形成(约82Ma)之后。玉里带35~40Ma[1, 3, 17]的角闪石等Rb-Sr年龄,可能代表了玉里带的高压低温变质岩封闭年龄,即来自东部的快速挤压形成的变质带的年龄。本次锆石年龄中也出现了该期年龄(37.6~52.7Ma),可能高压低温的挤压作用有岩浆事件形成的锆石。②浅变质的火山-沉积岩,即陆源碎屑岩夹基性火山岩,玉里带普遍存在的变砂岩-泥质岩夹基性火山岩(绿片岩),其中的变砂岩的成分成熟度和结构成熟度均较高,砂岩中出现大量石英、圆状锆石等碎屑物,其中的基性火山岩(层)是沉积同期的火山作用的产物,还出现了远洋的火山岩-硅质岩组合。对玉里带进行综合分析,其陆源碎屑岩夹基性火山岩、远洋基性火山岩-硅质岩组合(枕状玄武岩等),十分复杂和混乱。如果将陆源碎屑岩夹基性火山岩的浅海相或三角洲沉积环境,与远洋-半远洋环境分解为陆盆的不同部分时,即边缘和中心时,就变成了一个完整的陆表海(李寄瑀,2015考察时的解说)。玉里带可能属渐新世(23.3Ma)的陆表海,则各种沉积-火山作用可得到合理的解释。这表明,玉里带的形成环境为浅海相或三角洲,至远洋-半远洋环境,即玉里带由曾经的玉里海挤压而来。这一点从地球化学特征,尤其是基性岩为钙性-钙碱性,印证了陆表海的观点。由于工作时间有限,观察内容太少,没有办法对此认识提供更多的证据,也没有对玉里海的封闭时间进行研究。笔者推测,上述地质体的形成时间可能为新生代,在挤压形成推覆构造[17]的过程中,高压低温变质岩以构造侵入(构造岩片折返)的形式侵入玉里海的火山-沉积岩中,定格了玉里带。本文同意Jahn等[2]认为的玉里带属南中国海的扩张所致的观点。

变质的对象(原岩)是太鲁阁带长春组,其火山碎屑锆石年龄为93~103Ma。玉里带有关的构造作用主要有3期:①35~40Ma为埔里运动[1],陆内微小板块俯冲形成高压变质带,这是基于花岗岩、角闪岩等Rb-Sr年龄(35~40Ma)划分出来的热事件,形成蓝片岩等高压变质作用,本次锆石测年结果(37.6~52.7Ma)基本与之重合,证明埔里运动为板块俯冲作用,并形成高压变质带;②20.6~30.1Ma的锆石也是火山碎屑锆石,可能为蓝闪片岩等高压变质带折返后产生的火山作用形成的锆石,是与南海扩张作用有关的构造-火山作用;③0~10Ma为菲律宾海板块向欧亚板块俯冲的区域变质作用,即玉里带绢云母等的形成阶段,该期在玉里带普遍且相对均匀[1-2]

5.3 与华夏陆块构造事件对比

华夏陆块的核心位于福建省,其主要的构造热事件有吕梁期(2059~1714Ma)、晋宁期(1010~ 796Ma)、加里东期(450~395Ma)、华力西期-印支期(277~209Ma)、燕山期(早期为183~165Ma,中期为155~135Ma,晚期为130~80Ma)、喜马拉雅期(56Ma~至今)6个构造-岩浆期[11]

本区出现的锆石年龄有新太古代,这种年龄在福建省少见,可能代表了基底年龄。元古宙的锆石年龄主要为1800Ma,相应的锆石年龄在3件样品中均有出现。晋宁期的3件样品也均有出现,主要分布在497~987Ma之间。加里东期分布在471~ 497Ma之间。华力西期-印支期(277~209Ma)本区碎屑锆石分布在251~286Ma之间。在整个燕山期(早期为183~165Ma,中期为155~135Ma,晚期为130~80Ma)均有分布。喜马拉雅期(56Ma~至今)主要为23.3Ma,为玉里带沉积-火山作用形成的年龄。玉里带的构造热事件与南海地区白云运动(23.8Ma)[18]的时代一致,空间相关联。需要说明的是,白云运动是南海渐新世-中新世重大的地质事件,主要是白云凹陷盆地的形成,在台湾玉里地区的构造热事件中,主要表现为沉积作用和火山作用。

从地球物理特征分析,重力特征图上本区基本表现出与华夏陆块一致的特征[19]。这从另一方面证实了台湾东部地区属于华夏陆块的一部分。

6 结论

(1) 玉里带变质的原岩是太鲁阁带长春组,其火山碎屑锆石年龄为93~103Ma。

(2) 玉里带发生了2期事件:①35~40Ma的埔里运动,其火山碎屑锆石年龄为37.6~52.7Ma,证实了埔里运动与高压变质作用高度相关,并有火山作用;② 20.6~30.1Ma区间的火山碎屑锆石,可能是高压变质带折返后产生的火山作用的产物,与南海扩张作用有关的构造-火山作用基本一致(23.8Ma),即玉里带的岩石主体为沉积-基性火山岩组合,形成的年龄为23.3Ma,属渐新世。

(3) 玉里带形成的大地构造环境为欧亚陆块的边缘,与华夏陆块一致,属华夏陆块的一部分。

致谢: 参加野外调查的人员有福建省地质调查研究院陈润生教授级高级工程师和周维瑀、林慈銮高级工程师等,台湾大学陈正宏、李寄瑀教授,台湾东华大学刘萤三教授、台湾师范大学的叶恩肇教授等、审稿专家对论文提出了宝贵的修改意见,在此表示衷心的感谢。

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