地质通报  2019, Vol. 38 Issue (10): 1740-1757  
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胡在龙, 王勇, 赵小明, 魏昌欣, 林义华, 袁海军, 蒙忠盈, 吴年文. 海南岛南部侏罗系的发现——来自碎屑锆石U-Pb年龄及Hf同位素的证据[J]. 地质通报, 2019, 38(10): 1740-1757.
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Hu Z L, Wang Y, Zhao X M, Wei C X, Lin Y H, Yuan H J, Meng Z Y, Wu N W. The identification of Jurassic stratigraphy in southern Hainan Island: Evidence from detrital zircon U-Pb ages and Hf isotopic compositions[J]. Geological Bulletin of China, 2019, 38(10): 1740-1757.
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基金项目

中国地质调查局项目《海南1:5万保亭县、藤桥、新村港、黎安幅区域地质调查》(编号:DD20160035-09)、《国家地质数据库建设与整合》(编号:DD20160029)、《地质调查综合智能编图系统与应用》(编号:DD20190415)、国家自然科学基金项目《海南岛古特提斯洋壳的地层古生物判据及海西期构造演化》(批准号:41672030)和《早三叠世海、陆相地层对比及生物-环境演变过程》(批准号:41530104)

作者简介

胡在龙(1984-), 男, 硕士, 高级工程师, 从事区域地质调查工作。E-mail:272464990@qq.com

通讯作者

王勇(1987-), 男, 在读博士生, 从事岩石地球化学和区域地质调查工作。E-mail:wangyong5020@126.com

文章历史

收稿日期: 2019-06-16
修订日期: 2019-08-14
海南岛南部侏罗系的发现——来自碎屑锆石U-Pb年龄及Hf同位素的证据
胡在龙1 , 王勇1,2 , 赵小明3 , 魏昌欣1 , 林义华1 , 袁海军1 , 蒙忠盈1 , 吴年文3     
1. 海南省地质调查院, 海南 海口 570206;
2. 中南大学地球科学与信息物理学院, 湖南 长沙 410083;
3. 中国地质调查局武汉地质调查中心, 湖北 武汉 430223
摘要: 海南岛一直被认为缺失侏罗纪沉积记录,指示了海南岛与大陆内部不一样的中生代演化特征。对海南岛南部三亚地区尖岭剖面和海螺岭剖面紫红色碎屑岩,以及早白垩世鹿母湾组进行了详细的野外地质调查和碎屑锆石U-Pb同位素分析。结果表明,尖岭剖面和海螺岭剖面的紫红色碎屑岩具有高度一致的碎屑锆石年龄谱,限定的最大沉积年龄为172~174Ma,完全不同于下伏晚奥陶世榆红组和海南岛早白垩世鹿母湾组沉积岩的碎屑锆石年龄谱。综合区域构造-岩浆活动和中-新生代碎屑锆石年代学分析结果及尖岭剖面紫红色碎屑岩中锆石Hf同位素特征,认为海南岛三亚地区尖岭和海螺岭紫红色碎屑岩应沉积于172~158Ma之间,属于中-晚侏罗世沉积岩。其沉积物源和构造背景与广东东部和福建沿海同时代沉积岩相似,指示华南东南沿海地区在中-晚侏罗世具有统一的大地构造背景。
关键词: 海南岛    侏罗系    碎屑锆石    U-Pb年代学    Hf同位素    
The identification of Jurassic stratigraphy in southern Hainan Island: Evidence from detrital zircon U-Pb ages and Hf isotopic compositions
HU Zailong1, WANG Yong1,2, ZHAO Xiaoming3, WEI Changxin1, LIN Yihua1, YUAN Haijun1, MENG Zhongying1, WU Nianwen3     
1. Hainan Geological Survey Institute, Haikou 570206, Hainan, China;
2. School of Geosciences and Info-physics, Central South University, Changsha 410083, Hu'nan, China;
3. Wuhan Center of China Geological Survey, Wuhan 430223, Hubei, China
Abstract: The Hainan Island has long been considered as lacking the Jurassic deposition, which suggests that Hainan Island and interior continent have different Mesozoic evolutions. In this study, the authors conducted detrital zircon U-Pb analysis for the fuchsia clastic rocks in the Jianling and Hailuoling section and the Early Cretaceous Lumuwan Formation rocks, which are located at Sanya, southern Hainan. The zircon U-Pb dating results of the fuchsia clastic rocks from the two sections illustrate similar age spectra and oldest depositional age (172~174Ma). They are completely different from the spectrum of the underlying Late Ordovician Yuhong Formation and Early Cretaceous Lumuwan Formation samples. Together with previous tectonic and igneous activity records as well as the zircon Hf isotopic characteristics of the fuchsia clastic rocks, the authors hold that the deposition of the fuchsia clastic rocks in Jianling and Hailuoling must have occurred during 172~158Ma in the Middle-Late Jurassic periods. The sedimentary provenance and tectonic background were similar to those of the contemporary sedimentary rocks in eastern Guangdong and Fujian, indicating a uniform tectonic environment during the Middle-Late Jurassic in the southeast coastal area of South China.
Key words: Hainan Island    Jurassic    detrital zircon    U-Pb chronology    Hf isotope    

作为华南地块的一部分,海南岛在中生代经历了印支运动和燕山运动,发育与华南沿海地区相似的中生代岩浆活动和沉积记录。然而,华南内陆地区广泛发育的侏罗系在海南岛岩石地层中长期被认为是缺失的[1],这在一定程度上制约了对海南岛中生代沉积-构造演化的认识。本次对海南岛三亚市崖县尖岭上奥陶统尖岭组剖面[2]进行野外考察时发现,该剖面中紫红色细粒石英砂岩-粉砂岩(6~7层)[2]与下伏上奥陶统灰色泥岩呈断层接触关系,引发了其是否属晚奥陶世沉积的疑问。在尖岭剖面西南部的三亚市海螺岭地区,该套岩石呈角度不整合于下伏上奥陶统尖岭组之上,由于未能在该套地层中发现化石,前人采用Rb-Sr等时线法测定该地层中泥岩年龄为125±3.3Ma,并将其归入下白垩统鹿母湾组。然而,碎屑沉积岩在沉积过程中不可能发生Sr同位素均一化,Rb-Sr法并不适用于沉积岩定年,该地层沉积时代仍存在较大疑问。锆石是岩浆作用的产物,具有较高U-Th-Pb同位素封闭温度和较强的抗风化能力,在迁移和搬运中易于保存,因此,沉积物中碎屑锆石U-Pb年代学研究是约束沉积岩沉积时代的有效手段[3]。更重要的是,印支期—燕山期热构造事件使海南岛广泛发育三叠纪—白垩纪岩浆作用,大规模的持续岩浆活动则为利用碎屑锆石U-Pb年龄来精细约束地层沉积时代提供了良好的基础。

本文对该套紫红色碎屑沉积岩进行碎屑锆石U-Pb年代学及Hf同位素分析,同时,结合其底部上奥陶统尖岭组和研究区典型下白垩统鹿母湾组碎屑锆石U-Pb年龄进行对比分析,约束其沉积时代及物源。

1 地质背景与样品采集 1.1 地质背景

海南岛位于华南地块南缘,在大地构造位置上,其位于太平洋板块、印支地块和华南地块南缘交汇处,被认为是华夏地块的一部分[4]。前人研究表明,海南岛岩石地层除缺失泥盆系和侏罗系外,自中元古界长城系—第四系均有发育[1]。岛内岩浆岩十分发育,侵入岩广泛分布于王五-文教断裂以南地区,出露总面积约16500km2,以印支期—燕山期花岗岩类为主,约占全岛陆地总面积的49%;火山岩则主要分布于琼南和琼北地区,琼南火山岩主要为白垩纪流纹岩,琼北火山岩主要为新近纪—第四纪玄武岩(图 1-a)。在构造分区上,以九所-陵水断裂为界,北部为琼中地块,南部为三亚地块。研究区位于九所-陵水断裂以南的三亚地块(图 1-b),区内岩浆岩高度发育,包括三叠纪和白垩纪中酸性侵入岩,以及白垩纪中酸性火山岩。沉积岩主要出露于研究区西南部三亚市区附近,以早古生代寒武系和奥陶系为主,岩石类型主要为滨浅海相碳酸盐岩和陆源碎屑岩;北部零星出露中生代下白垩统鹿母湾组,岩性主要为河流相陆源碎屑岩;第四系松散沉积物沿海岸带展布。本次研究选取的尖岭和海螺岭剖面位于研究区西南部(图 1-b),具体描述如下。

图 1 海南岛地质简图及研究区位置 Fig.1 Simplified geological map of Hainan Island showing location of the study area a—海南岛地质简图;b—研究区地质图及采样位置
1.1.1 尖岭剖面

尖岭剖面位于三亚市北东约15km处尖岭垭口,为海南岛上奥陶统尖岭组代表性剖面[2]。尖岭组底部以砾岩为界与下伏榆红组砂岩呈整合接触,顶部粉砂质泥岩消失与上覆干沟村组砂岩呈整合接触(图 2-a)。其主体岩性为灰色粉砂岩-泥岩,盛产笔石Climacograptus wilsoni, C. cf. brevis, Glyptograptus cf. siccatus, Orthograptus hainanensis;三叶虫Birmanites cf. hupeiensis;腕足类Zanclorhyncha sp.等化石。其中,在尖岭组中段(尖岭垭口最高点,图 2-a)出露一套紫红色细粒石英砂岩-粉砂岩(6~ 7层),该层位未见化石产出[2]。早先,由于接触关系不明,葛梅钰等[2]将该套紫红色碎屑岩归入上奥陶统尖岭组,并一直沿用至今。本次对该剖面进行考察时发现,该套紫红色碎屑岩与下伏上奥陶统尖岭组灰色泥岩呈逆断层接触,岩石中普遍发育透入性破劈理。

图 2 地质剖面图及地层柱状图 Fig.2 Geological section and stratigraphic column a—尖岭地质剖面(据参考文献[2]修改);b—海螺岭地质剖面图(据参考文献修改);c—海螺岭地层柱状图
1.1.2 海螺岭剖面

海螺岭剖面位于三亚市海螺岭,早先被认为属下白垩统鹿母湾组,为一套内陆盆地紫红色碎屑岩夹火山喷发碎屑岩建造,总厚度大于1200m。该套紫红色碎屑岩底部与下伏上奥陶统尖岭组灰色泥岩呈角度不整合接触,未见顶图 2-b)。然而,本次对该剖面进行考察发现,早先被认为是火山喷发碎屑岩层的凝灰岩,实际上为泥岩,剖面中不含火山碎屑岩建造,为一套陆相碎屑沉积岩。根据岩性特征,自下而上可分为3段。

Ⅰ段:属内陆盆地或陆相泥流沉积,以紫红色粗碎屑物为特征。下部为紫红色厚层状复成分砾岩。砾石大小不一,以5~12cm居多,大者可达25cm,并以次棱角-次圆状为主,砾石成分主要为粉砂岩,少量石英、石英岩、硅质岩、泥岩等碎屑;胶结物为水云母细鳞片状集合体及泥晶状赤铁矿;砾状结构,颗粒支撑,杂质填充,表现为近源的沉积特征。中上部为粉砂岩夹粗砂岩,碎屑颗粒主要为石英和泥岩岩屑;胶结物为细鳞片状水云母和泥晶赤铁矿;以颗粒支撑,杂质填充,发育中型斜层理。

Ⅱ段:属内陆盆地紫红色碎屑岩沉积。下部为厚层状紫红色砂砾岩夹杂砂岩,碎屑物主要为石英和石英岩岩屑,少量为变质岩和石英粉砂岩岩屑。砾石含量约为30%,砾径一般为3~4mm,大者可达6mm,并多呈棱角状-次棱角状,砂砾岩呈砂砾状结构,块状构造;胶结物为水云母细鳞片状集合体。上部为中-厚层状紫红色泥岩。

Ⅲ段:为内陆盆地泥流碎屑岩沉积。下部为厚层状紫红色复成分砾岩夹泥岩,砾石成分主要为石英岩和绢云母板岩,砾径一般为2~9cm,以次圆状为主;胶结物主要为石英粉砂、绢云母和高岭石。上部为中-厚层状紫红色泥岩夹粗砂岩,层理不发育。

1.2 样品采集

此次于尖岭剖面、海螺岭剖面,以及下白垩统鹿母湾组中共采集4件岩石样品进行碎屑锆石UPb年代学分析,并对尖岭剖面样品PM01-30(JL-1)中的锆石进行了Hf同位素分析。样品采集位置见图 1-b图 2。样品PM01-30(JL-1)采集于尖岭剖面垭口最高点,岩性为紫红色粉砂岩。该采集点层位上部发育与海螺岭剖面Ⅱ段相似的砂砾岩,在地层柱中,其采集位置相当于海螺岭剖面Ⅰ段顶部(图 2-c)。样品HL-1采集于海螺岭剖面顶部,岩性为紫红色砂岩,对应于该套紫红色陆相碎屑岩顶部(图 2-c)。样品PMD01-9采集于尖岭剖面的上奥陶统榆红组,岩性为灰黄色砂岩。将该样品与PMD01-30进行对比,以验证二者沉积时代的差异。样品D3031-2采集于研究区北部下白垩统鹿母湾组,用于与PMD01-30和HL-1的对比研究。

2 分析方法 2.1 锆石U-Pb定年

锆石单矿物分选在廊坊市诚信地质服务有限公司利用重液法、磁选法等技术完成。随机选择锆石颗粒置于环氧树脂中固定,并抛光至锆石中心。之后对锆石靶进行阴极发光图像(CL)分析,用于评估锆石内部结构和选择合适的锆石点位进行后续分析。以上过程在武汉上谱分析科技有限公司完成。锆石U-Pb同位素定年在武汉上谱分析科技有限公司实验室利用激光剥蚀电感耦合等离子质谱仪(LA-ICP-MS)完成,激光剥蚀系统为GeoLas ProHD,ICP- MS型号为Agilent 7900;激光能量80mJ,频率5Hz,激光斑束32μm。U-Pb同位素定年和微量元素含量处理过程中采用锆石标样91500和玻璃标准物质NIST610作外标分别进行同位素和微量元素分馏校正;锆石标样GJ-1为未知内标用于同位素比值监控。详细的仪器参数和分析流程见Liu等[5-6]。每个样品点的分析数据包括20~ 30s空白信号和50s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U-Pb同位素比值和年龄计算)采用软件ICPMSDataCal[5-6]完成。本文对大于1000Ma的锆石,采用207Pb/206Pb年龄,对小于1000Ma的锆石,采用206Pb/238U年龄。锆石样品的U-Pb年龄谐和图、直方图和概率分布图绘制均采用Isoplot/Ex_ver3软件[7]完成。测年结果见表 1

表 1 研究区LA-ICP-MS碎屑锆石U-Th-Pb分析数据 Table 1 LA-ICP-MS detrital zircon U-Th-Pb analyses data in study area
2.2 锆石Hf同位素

锆石Hf同位素分析在武汉上谱分析有限公司实验室Neptune Plus多接收器电感耦合等离子质谱仪(MC-ICP-MS)和193nm准分子激光剥蚀系统(GeoLasPro)上进行,分析时激光斑束44μm,能量8mJ,频率8Hz,详细分析流程见Hu等[8]。锆石Hf同位素分析点位于或靠近U-Pb定年点位。锆石标样91500和GJ-1用于监控分析过程中Hf同位素干扰校正。本次实验中,锆石91500与JG- 1分别获得176Hf/177Hf值为0.282308±0.000004(n=22, 1σ)和0.282012 ± 0.000008(n=8, 1σ),与91500的推荐值(0.282308±0.000006)[9]和GJ-1推荐值(0.282015± 0.000019)[10]一致。测试结果见表 2

表 2 PMD01-30(JL-1)碎屑锆石Hf同位素组成 Table 2 Hf isotopic composition of detrital zircon from sample PMD01-30(JL-1)
3 分析结果 3.1 锆石U-Pb年龄

样品PMD01-30(JL-1)和HL-1锆石呈浑圆粒状-柱状,粒径50~100μm,多数柱状锆石内部普遍发育振荡环带,少数浑圆状锆石内部则呈均一结构。对样品PMD01-30(JL-1)和HL-1的215颗锆石进行了U-Pb同位素分析。其中样品PMD01-30(JL-1)分析了118颗,剔除谐和度较低的5个数据,可用数据113个;样品HL-1中可用数据97个(图 3)。PMD01-30(JL-1)与HL-1具有高度一致的碎屑锆石U-Pb年龄谱,变化于172~2650Ma之间,集中于170~200Ma、230~280Ma、420~470Ma和1700~ 1900Ma,峰值年龄分别为174Ma、240Ma、450Ma和1850Ma(图 4)。

图 3 碎屑锆石谐和曲线图 Fig.3 Concordia age plots for detrital zircons from samples
图 4 碎屑锆石年龄谱综合对比 Fig.4 Comprehensive correlation of detrital zircon age spectra

样品PMD01-9锆石多呈浑圆粒状,粒径80~150μm,锆石内部普遍呈均一结构,少数可见振荡环带。对60颗碎屑锆石进行U-Pb分析,剔除谐和度较低的1颗碎屑锆石,可用数据59个(图 3)。PMD01-9碎屑锆石U-Pb年龄变化于470~2800Ma之间,主要集中于1300~1900Ma,相对概率曲线峰值为470Ma、900Ma、1350Ma和1660Ma。

样品D3031-2锆石多呈长柱状,个别呈浑圆状,粒径100~200μm,锆石内部普遍发育振荡环带。对60颗碎屑锆石进行U-Pb分析,剔除谐和度较低的2颗碎屑锆石,可用数据58个(图 3)。D3031-2碎屑锆石U-Pb年龄变化于110~2550Ma之间,主要集中于110~160Ma和220~260Ma,峰值为120Ma、158Ma和235Ma(图 4)。

3.2 锆石Hf同位素组成

此次共对样品PM01-30(JL-1)的49颗碎屑锆石进行Hf同位素分析。其中,古元古代晚期(1700~ 1900Ma)锆石初始εHf(t)值(-6.8~+2.4,n=7)相对集中,位于球粒陨石演化线附近,对应的二阶段模式年龄为2.4~2.9Ga,加权平均值约为2.6Ga。2颗中元古代早期(约1450Ma)锆石初始εHf(t)值为- 2.2和+ 8.8,对应的二阶段模式年龄分别为2.4Ga和1.6Ga。3颗新元古代早期(900~1000Ma)锆石初始εHf(t)正负值皆有(-18.5,+3.1,+7.6),对应二阶段模式年龄为1.5~3.0Ga。26颗古生代(252~480Ma)锆石初始εHf(t)值变化于-14.5~+12.0之间,对应的二阶段模式年龄为0.6~2.2Ga;11颗中生代(172~240Ma)锆石初始εHf(t)值具有较大的变化范围(- 23.6~ +12.2),对应的二阶段模式年龄为0.5~2.8Ga(图 5)。

图 5 PMD01-30(JL-1)碎屑锆石Hf同位素组成 Fig.5 Hf isotopic composition of detrital zircon from sample PMD01-30(JL-1)
4 讨论 4.1 沉积时代 4.1.1 最大沉积年龄

PM01-30(JL-1)单颗碎屑锆石最小U-Pb年龄为172.5±2.1Ma(1σ),谐和度为96%;HL-1单颗碎屑锆石最小U-Pb年龄为173.3±1.8Ma(1σ),谐和度为94%。高谐和度表明这些锆石未发生Pb丢失,谐和度大于95%时用于限制沉积最大年龄是可靠的[3]。然而,任何单一的不具重现性的数据点是不可信的,因此,有必要对PM01-30(JL-1)和HL-1最年轻碎屑锆石年龄峰值进行统计。其中,PM01- 30(JL-1)最小碎屑锆石年龄谱峰值为174Ma(n= 3),锆石谐和度96%~99%;HL-1最小碎屑锆石年龄谱峰值也为174Ma(n=3),锆石谐和度94%~96%。结果表明,PM01-30(JL-1)和HL-1单颗碎屑锆石最小U-Pb年龄与最年轻碎屑锆石年龄峰值高度一致,该碎屑锆石最小U-Pb年龄可用于约束该地层最大沉积年龄[3]。因此,该套上覆于上奥陶统之上的紫红色碎屑岩最大沉积年龄为172~174Ma。与之对应的是,位于样品PMD01-30(JL-1)之下的上奥陶统榆红组碎屑锆石(PMD01-9)最年轻年龄为470Ma,这与古生物化石限定的沉积时代基本一致。这些数据表明,尖岭剖面紫红色碎屑岩不属于上奥陶统,这为海南岛“晚奥陶世”尖岭组代表性剖面的进一步修正提供了重要的年代学依据。

4.1.2 最小沉积年龄

尽管碎屑锆石不能直接用于确定地层沉积时代上限,但华南中生代大规模的持续性岩浆活动为利用碎屑锆石约束地层最小沉积年龄提供了良好基础。中生代火成岩普遍出露于华夏地块,可划分为3组:三叠纪(印支期)、侏罗纪(早燕山期)和白垩纪(晚燕山期)。其中,三叠纪花岗岩多呈岩基产出,主要为过铝质花岗岩;侏罗纪火成岩大部分出露于内陆地区,主要为钙碱性I型花岗岩和流纹岩,其次为A型、S型花岗岩和少量正长岩、辉长岩和玄武岩;白垩纪火成岩主要出露于沿海地区,主要包括I型、S型和A型花岗岩,以及少量碱性岩石[14-17]。这些中酸性岩浆岩的大规模产出会形成大量记录地质年代的岩浆锆石,其峰值年龄分别为93Ma、125Ma、158Ma、176Ma、220Ma和239Ma(图 6)。同样的,海南岛晚古生代—中生代岩浆作用十分强烈,火成岩形成时代分别为80~120Ma、150~200Ma和230~280Ma,对应峰值年龄为100Ma、160Ma、238Ma和260Ma[18-26],除缺少125Ma岩浆活动峰值外,中生代岩浆作用时代与华南内陆基本一致(图 6)。海南岛中生代区域岩浆作用也清晰记录于中—新生代沉积物中,如三亚亚龙湾第四系碎屑锆石峰值分别为100Ma、157Ma和240Ma[12]图 4);研究区白垩统鹿母湾组(D3031-2)和琼中白沙盆地下白垩统鹿母湾组碎屑锆石年龄峰值分别为120Ma、155Ma和235Ma[11]图 4)。尽管碎屑锆石与岩浆锆石结晶年龄谱在振幅上有所变化,但具有相似的峰-谷模式[27],这表明碎屑锆石中的峰值是区域岩浆事件的表现[28]

图 6 华南大陆与海南岛岩浆岩锆石U-Pb年龄分布 Fig.6 Distribution of magmatic zircon U-Pb ages from the south China continent and Hainan Island (华南大陆岩浆岩锆石U-Pb年龄数据图据参考文献[17]修改;海南岛火成岩锆石数据据参考文献[18-26]

值得注意的是,华南内陆与海南岛在侏罗纪均存在强烈的岩浆活动,岩浆锆石U-Pb年龄集中于155~160Ma,峰值为158Ma(图 6)。该期岩浆事件广泛记录于海南岛三亚亚龙湾第四系和白垩系中(图 4)。然而,该期岩浆锆石并未记录于PM01-30(JL- 1)和HL-1中(图 4),可能为约束PM01-30(JL-1)和HL-1的最小沉积年龄提供了依据。一般来说,沿板块边缘分布的盆地处于构造活动强烈带,同沉积岩浆活动较发育,其碎屑锆石最小年龄接近于沉积年龄[29]。华南侏罗纪火成岩出露总面积超过64100km2,为华南中生代最大规模的岩浆作用,可细分为170~190Ma和150~165Ma两期岩浆作用(图 6[30-31]。其中,第一期(170~190Ma)岩浆事件规模相对较小,分布范围有限;第二期(150~165Ma)岩浆事件规模较大,分布范围较广[32-36]。尽管华南侏罗纪第一期(170~190Ma)岩浆作用规模相对较小,但在广东东部—福建沿海一带的早—中侏罗统沉积岩中均记录了该期岩浆事件,其碎屑锆石最小U-Pb年龄(170~190Ma)与沉积时代基本一致[13, 37-38]。该期岩浆事件也清晰记录于PM01-30(JL-1)和HL-1中(图 4),这表明早—中侏罗世岩浆锆石能有效地进入同期沉积物中并保留下来。而华南侏罗纪第二期(150~165Ma)大规模岩浆活动在东南沿海地区广泛发育中-酸性火山岩[39-41],理论上,这些暴露于地表的岩浆锆石更易于保存于同时期沉积物中。因此,样品PM01-30(JL-1)和HL-1碎屑锆石中缺乏侏罗纪第二期岩浆活动记录,表明其沉积于该期岩浆事件之前,该期岩浆事件峰值年龄(158Ma)可用于限定其最小沉积年龄。

此外,不同构造背景下的盆地具有不同的碎屑锆石累计曲线。汇聚板块边缘沉积物通常有大比例(大于50%)碎屑锆石年龄接近于沉积年龄;而碰撞和伸展背景下形成的盆地中则包含大比例的老锆石[42]。研究区下白垩统鹿母湾组(D3031-2)与白沙盆地鹿母湾组具有基本相同的碎屑锆石累计曲线,以含大比例接近沉积年龄的碎屑锆石为特征落入汇聚边缘环境(图 7),与California大河谷弧前盆地碎屑锆石[42]类似。明显不同于下白垩统鹿母湾组的是,PM01-30(JL-1)和HL-1碎屑锆石年龄累计曲线与广东东部和福建沿海中侏罗统[13, 37]相似,均以含大比例老锆石为特征落入碰撞背景(图 7),这与华南中—晚侏罗世早期挤压导致明显的地壳缩短和加厚事件吻合[43-44]。因此,将PM01-30(JL-1)和HL-1沉积时代限定于早于158Ma是合理的。

图 7 碎屑锆石累计曲线 Fig.7 Cumulative proportion curve of detrital zircon
4.2 沉积物源

PM01-30(JL-1)和HL-1碎屑锆石年龄谱主要由170~200Ma、230~280Ma、420~470Ma和1700~ 1900Ma四个年龄段组成。其中,1700~1900Ma年龄段不同于海南岛西部中元古代结晶基底的岩石年龄(1400~1600Ma)[45],表明其并非来源于海南岛结晶基底岩石。尽管三亚地区下伏的奥陶系和寒武系中含有1750~1800Ma的碎屑锆石,但其更典型特征是含大量1100~1250Ma和1400~1600Ma碎屑锆石[46-47],而该年龄段碎屑锆石在样品PM01-30(JL- 1)和HL-1中缺乏,表明PM01-30(JL-1)和HL-1中1700~1900Ma碎屑锆石也并非来源于下伏奥陶系和寒武系。由于PM01- 30(JL- 1)和HL- 1中1700~1900Ma碎屑锆石磨圆度较好,表明其经历了长距离搬运,因此,可以考虑更远的源区——华夏地块古元古代结晶基底[48-51]。PM01-30(JL-1)中1700~1900Ma碎屑锆石初始εHf(t)值(-6.8~+2.4)和模式年龄(2.4~2.9Ga)与浙江西南地区出露的古元古代结晶基底基本一致[48, 51],表明这些古元古代结晶基底岩石最有可能是PM01-30(JL-1)和HL-1中1700~1900Ma碎屑锆石的源区,这与福建沿海地区早—中侏罗统的古元古代碎屑锆石似乎具有相似的源区[37]。420~470Ma年龄段锆石广泛存在于海南岛奥陶纪之后的地层中[47, 52],但海南岛缺少该期岩浆岩事件记录,仅在海南岛中部屯昌地区出露一个来源于亏损地幔的早古生代(440~514Ma)变基性火山岩[53-54]。然而,PM01-30(JL-1)中420~470Ma的锆石初始εHf(t)值为-7.9~+5.5,表明其并非完全来源于该亏损地幔源区的岩浆弧。尽管同期的华南地块广西期(武夷-云开)造山运动广泛发育结晶年龄为396~462Ma的S型花岗岩[55-56],其可能是PM01-30(JL-1)中420~470Ma锆石的另一部分来源,但也不排除这些锆石可能经历多个沉积旋回再沉积。PM01-30(JL-1)中230~280Ma和170~200Ma年龄段锆石普遍呈自形棱柱状,内部发育振荡岩浆环带,表明其为近源首次沉积碎屑。由于华南内陆缺乏二叠纪火成岩记录,而海南岛则广泛发育二叠纪岩浆岩,250~280Ma锆石初始εHf(t)值变化于-9.0~ +6.9,这与海南岛二叠纪强烈的壳幔混合岩浆作用一致[57],表明这些锆石最有可能来源于海南岛二叠纪岩浆岩。中生代(170~250Ma)碎屑锆石εHf(t)值相对分散,变化于-23.6~+12.2之间,这与华南内陆和海南岛三叠纪和侏罗纪广泛发育双峰式侵入岩吻合[17, 23, 26, 34]。这些碎屑锆石年龄峰值(174Ma和239Ma)也与海南岛和华南内陆三叠纪—侏罗纪岩浆活动高度一致(图 6),表明华南内陆和海南岛三叠纪—侏罗纪岩浆岩可能是这些锆石的源区。值得指出的是,海南岛中—上侏罗统碎屑物质组成和沉积构造背景与广东东部和福建沿海同时代沉积岩极相似,指示了华南东南沿海地区在中—晚侏罗世具有统一的大地构造背景。

5 结论

通过对海南三亚地区尖岭剖面和海螺岭剖面紫红色碎屑岩进行综合的碎屑锆石U-Pb年代学分析,限定该紫红色碎屑岩最大沉积年龄为172Ma,最小沉积年龄大于158Ma,其沉积时代为中—晚侏罗世。其意义主要体现在两个方面,一是填补了海南岛缺失侏罗纪沉积记录的空白;二是为海南岛晚奥陶世尖岭组代表性剖面进一步修正提供了年代学依据。此外,通过对该套紫红色碎屑锆石Hf同位素分析,确定了其沉积物物源、构造背景与广东东部和福建沿海地区同时代沉积的相似性,表明华南东南沿海地区在中—晚侏罗世具有统一的大地构造背景。

致谢: 武汉上谱分析对本文碎屑锆石U-Pb同位素和Hf同位素测试提供了技术支持与帮助,审稿专家及中国地质大学(武汉)地球科学学院申添毅博士和中国南海研究院林杞博士对本文提出了宝贵的修改意见,在此一并表示感谢。

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