地质通报  2019, Vol. 38 Issue (7): 1183-1190  
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刘昊岗, 张恒, 张传恒, 高林志, 刘燕学, 张继彪. 滇中北部昆阳群凝灰岩SHRIMP锆石U-Pb年龄及其地层学意义[J]. 地质通报, 2019, 38(7): 1183-1190.
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Liu H G, Zhang H, Zhang C H, Gao L Z, Liu Y X, Zhang J B. SHRIMP zircon U-Pb age of the Kunyang Group in northern Central Yunnan Province and its stratigraphic significance[J]. Geological Bulletin of China, 2019, 38(7): 1183-1190.
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基金项目

中国地质调查局项目《全国地质构造区划与区域地质调查综合集成》(编号:DD20160345)、《中国及邻区海陆大地构造研究和相关图件编制》(编号:DD20160343)和科技部基金项目《中国标准地层建立——中国地层表的完善》(编号:2015FY310100)

作者简介

刘昊岗(1994-), 男, 在读硕士生, 从事前寒武纪地层研究。E-mail:liu.h.g@foxmail.com

通讯作者

张恒(1985-), 男, 博士, 助理研究员, 从事前寒武纪地层与大地构造研究。E-mail:heng0520@126.com

文章历史

收稿日期: 2018-11-12
修订日期: 2019-01-29
滇中北部昆阳群凝灰岩SHRIMP锆石U-Pb年龄及其地层学意义
刘昊岗1,2 , 张恒2 , 张传恒1 , 高林志2 , 刘燕学2 , 张继彪2     
1. 中国地质大学(北京), 北京 100083;
2. 中国地质科学院地质研究所, 北京 100037
摘要: 滇中昆阳群一直是华南前寒武纪地质研究的热点之一,其地层序列、时代与区域对比长期存在争议。通过对滇中易门县小街乡普家村-岔河水库剖面禄表组2个凝灰岩样品进行SHRIMP锆石U-Pb定年,获得禄表组凝灰岩的锆石206Pb/238U年龄为878.5±4.7Ma和878.0±4.0Ma,首次证实禄表组的形成时代为新元古代中期。禄表组凝灰岩SHRIMP锆石U-Pb年龄的获得,有利于正确认识昆阳群的划属关系,并为西南地区青白口纪地层格架的建立和对比提供可靠的年代学依据。
关键词: 昆阳群    禄表组    SHRIMP锆石U-Pb年龄    新元古代    滇中    
SHRIMP zircon U-Pb age of the Kunyang Group in northern Central Yunnan Province and its stratigraphic significance
LIU Haogang1,2, ZHANG Heng2, ZHANG Chuanheng1, GAO Linzhi2, LIU Yanxue2, ZHANG Jibiao2     
1. China University of Geosciences, Beijing 100083, China;
2. Institute of Geology, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100037, China
Abstract: The Kunyang Group in the Central Yunnan Province, whose stratigraphic sequence and stratigraphic correlation are controversial, are always the research focus of Precambrian geology. Two zircon dating ages (878.5±4.7Ma and 878.0±4.0Ma) of tuff bedding from the Lubiao Formation in Yimen County are reported in this paper. Zircon dating of tuff bedding indicates that the formation occurred in Middle Neoproterozoic, which is the first report from the Lubiao Formation. Combined with a large number of high precision ages obtained from Kunyang Group, these stratigraphic ages provide important evidence for the acceptable division of Kunyang Group, and also offer reliable chronological data for the setting up of the Qingbaikou System in Southwest China.
Key words: Kunyang Group    Lubiao Formation    SHRIMP zircon U-Pb age    Neoproterozoic    Central Yunnan Province    

昆阳群是发育于滇中地区、角度不整合于澄江组之下的一套浅变质的陆源碎屑岩、碳酸盐岩及火山碎屑岩(朱庭祜于1927年提出[1-3]),大地构造上属扬子陆块的西南部[4]图 1)。1962年,全国地层委员会将易门、昆阳地区出露的浅变质岩系称为昆阳群,并提出可与东川地区角度不整合于澄江组之下的浅变质岩系对比,时代统一划归为前震旦系。1960年代末,通过滇中地区1:20万区域地质调查,将昆阳群进一步划分为9个组,自下而上为黄草岭组、黑山头组、大龙口组、美党组、因民组、落雪组、鹅头厂组、绿汁江组、柳坝塘组,并认为黄草岭组、黑山头组、大龙口组、美党组发育于铜厂-小街断裂以东地区,因民组、落雪组、鹅头厂组、绿汁江组发育于小街-铜厂断裂以西地区,柳坝塘组角度不整合于昆阳群不同层位之上。吴懋德等[5]对昆阳群层序进行分析讨论,认为“因民组、落雪组、鹅头厂组、绿汁江组”应置于“黄草岭组、黑山头组、大龙口组、美党组”之下。2009年,全国地层委员会组织召开昆阳群野外现场会议,建议将东川地区的昆阳群恢复最初的命名,即东川群,自下而上分为因民组、落雪组、黑山组和青龙山组;将昆阳群中亚群保留为昆阳群,自下而上为黄草岭组、黑山头组、大龙口组和美党组[6];并强调东川群与昆阳群在地域上没有直接的接触关系[1]。然而,除以上昆阳群8个组外,还有一套岩性组合与昆阳群有一定差异但密切相关的地层单元[5, 7-8],即邓家藩于1961—1962年在滇中东部发现的“柳坝塘组”及相关地层单元[9],其变质程度较昆阳群浅,叠层石组合和古生物植物化石组合与昆阳群也有所区别[7, 10]。吕世琨等[11]进一步将柳坝塘组划分为清水沟组、禄表组。吴懋德等[5, 12]对易门栗窝—禄丰罗茨一带的柳坝塘组及上、下地层的研究,认为柳坝塘组整合于美党组之上,不整合或整合于华家箐组之下,内部可进一步分为清水沟段和禄表段。鄢芸樵[7]则将柳坝塘组划属为“八街群”。与上述观点明显不同的是,云南1:20万地质图(昆明幅)及报告将滇中西部地区的“柳坝塘组”对比为昆阳群美党组,柳坝塘组则零星出露于军哨、安宁、华家箐地区。因此,柳坝塘组及相关地层单元的内涵、地层划分与对比、地质年代等存在争议。限于技术手段缺乏,地层划分与对比多以岩性组合特征为主要依据。高精度同位素测年数据是建立区域地层格架可靠的时间标尺,其在前寒武纪地层划分与对比研究中更具不可替代的重要作用。2009年,全国地层委员会组织召开的昆阳群野外现场会议的会后报告中提出,应加强样品采集与测年工作,强化对扬子陆块西缘昆阳群、东川群的岩石地层层序划分及对比研究[13]。通过野外剖面研究,结合前人工作成果,对比岩性组合特征,笔者认为吕世琨等[11]的划分方案(柳坝塘组划分为清水沟组和禄表组)更合理。本文采集禄表组可靠的测年样品,利用SHRIMP锆石定年技术,获得滇中北部禄表组凝灰岩高质量的年龄数据。

图 1 滇中前南华系及构造简要图(据参考文献[1]修改) Fig.1 Pre-Nanhua System in Central Yunnan Province and tectonic map
1 地质背景及地层序列

在约1.0Ga全球Rodinia超大陆聚合事件中,扬子陆块西南缘发生与格林威尔造山期相关的弧陆碰撞事件,昆阳群是在扬子陆块一侧的弧后前陆盆地形成的沉积组合[14-18]。昆阳群分布于东川、滇中和滇东地区,呈南北向展布在扬子板块西南缘,区域上处于扬子板块、华夏板块和三江造山带的结合部位[16, 19],以皎平-铜厂-扬武断裂为界,东部为昆阳群,西部为东川群[3]图 1)。2009年,全国地层委员会组织昆阳群野外现场会议,建议将原定义的昆阳群解体。然而,原属昆阳群的岔河组、柳坝塘组、华家箐组等的划属仍未达成共识。李希勣等[20-21]、孙家聪[22]、鄢芸樵[7, 10]、吴懋德等[5]、吕世琨等[11]先后对昆阳群的地质背景、形成时代做了深入研究,为昆阳群地层序列的厘定做出了卓越贡献。高林志等[1-3]在云南晋宁地区柳坝塘村、易门六街地区七贤村和易门铜矿北获得柳坝塘组清水沟段(本文清水沟组)多个凝灰岩样品,得到SHRIMP锆石U-Pb年龄为870~890Ma,属青白口纪(图 1),对清水沟组进行了精确的年代学限定。本文分析禄表组2组凝灰岩样品,标定禄表组的时限,为西南地区地层格架的建立和对比提供可靠的年代学依据。

2 地层序列和采样层位

研究区地层自下而上为美党组、岔河组、清水沟组、禄表组、澄江组。依据戴恒贵等[8]、吕世琨等[11]对昆阳群地层特征的总结,结合野外观测,对研究区地层特征简述如下(图 2)。

图 2 研究区地层柱状图(据参考文献[8]修改) Fig.2 Stratigraphic column of the study area

凝灰岩样品A20170408-5、A20170408-6均采自易门县普家村-岔河水库剖面,地理坐标分别为北纬24°51'38.09″、东经102°8'40.22″和北纬24°51' 38.24″、东经102°8'33.61″(图 1图 3)。剖面自东向西发育美党组、岔河组、清水沟组、禄表组。禄表组为灰黄色粉砂质板岩夹细砂岩,粉砂质泥岩偶有凝灰岩夹层,夹层呈土黄色-灰白色,厚1~10cm。镜下鉴定结果表明,凝灰岩样品均具有典型的凝灰结构,主要由粘土、石英、长石等矿物组成,矿物风化蚀变较强,普遍见定向排列的玻屑(图版Ⅰ)。

图 3 易门县普家村-岔河水库剖面 Fig.3 Pujiacun-Chahe reservoir section in Yimen County 1—细砂岩;2—灰岩;3—板岩;4—炭质板岩;5—钙质板岩;6—硅质板岩;7—凝灰岩;8—野外定点号;9—采样点;①—禄表组②—清水沟组;③—岔河组;④—美党组
图版Ⅰ   PlateⅠ   a、b.凝灰岩样品A20170408-5野外采样点及镜下照片;c、d.凝灰岩样品A20170408-6野外采样点及镜下照片
3 分析方法

锆石单矿物分选在河北廊坊区域地质调查研究所实验室进行。在无污染的条件下,将原岩样品粉碎至60目,淘洗岩石粉末,得到含锆石的重砂。再经重液和电磁分选后得到锆石样品,在双目镜下挑选出锆石颗粒。将待测锆石颗粒依照从大到小的顺序排列,与锆石标样(TEM)一起粘贴在玻璃板上,灌注环氧树脂后制成样品靶。待树脂固结变硬后,打磨和抛光至锆石中心部位暴露。然后拍摄锆石的透射光、反射光和阴极发光(CL)图像。测定时选取无裂隙和包裹体且CL图像灰度单一、发育岩浆环带的位置测定。SHRIMP锆石U-Pb同位素测定在中国地质科学院地质研究所北京离子探针中心SHRIMP-Ⅱ上完成。锆石样品靶制作、测试流程和数据处理见参考文献[23-26]。本次测试过程中,仪器质量分辨率约为5000(1%峰高),一次离子流O2-强度为4nA。一次离子流束斑的直径为25~ 30μm,每个数据点测定由5次扫描获得。测定质量峰为(90Zr216O)+204Pb +、背景值、206Pb+207Pb+208Pb+238U +、(232Th16O)+和(238U16O)+。采用标准锆石样TEM和M257分别进行元素间的分馏校正及U含量标定;其中TEM具有U- Pb谐和年龄,其206Pb/238U年龄为416.8±1.1Ma;M257的U含量为840 ×10-6。原始数据的处理和年龄计算采用Ludwig[27]的Squid和Isoplot程序。普通铅校正根据实测的204Pb进行,普通铅的组成根据Stacey等[28]给出的模式计算得到。表 1中年龄的误差为1σ绝对误差,同位素比值的误差为1σ相对误差,文中的206Pb/238U年龄加权平均值误差为95%的置信度误差。

表 1 凝灰岩SHRIMP锆石U-Th-Pb同位素测定结果 Table 1 SHRIMP U-Th-Pb isotopic compositions for zircons from tuff
4 测定结果

阴极发光(CL)图像显示,样品锆石晶形较好,为浅黄色-无色透明自形长柱状晶体,部分为短柱状,柱状长宽比为2~3,锆石粒度多在50~150μm之间,具典型的岩浆生长振荡环带和韵律结构,属于岩浆结晶的产物(图 4)。测年结果表明,岩浆锆石的U、Th含量较高,Th/U值较大(一般大于0.4,少量接近0.4),显示岩浆锆石的特征。

图 4 凝灰岩样品锆石阴极发光(CL)图像 Fig.4 The CL images of the tuff zircons in the tuff samples

(1)A20170408-5样品共测试18个数据点,其U含量为96×10-6~406×10-6,Th含量为48×10-6~ 390×10-6,Th/U值为0.32~1.22(表 1)。其中数据点1.1的206Pb/238U年龄为1635.5 ± 7.5Ma,数据点2.1的206Pb/238U年龄为1047±9Ma,明显老于其他数据点,可能为继承性锆石;数据点3.1、12.1、18.1的204Pb值偏高,可能是制样过程中锆石被污染,导致该数据的准确度降低,偏离主群,时代较年轻;4个数据点(4.1、9.1、15.1、16.1)可能受后期热事件影响,U、Pb有不同程度的丢失,206Pb/238U年龄较年轻;另9个数据点位于谐和线上(图 5),其206Pb/238U年龄加权平均值为878.5±4.7Ma(MSWD=1.7),代表了禄表组凝灰岩的形成时代。

图 5 凝灰岩样品锆石U-Pb谐和图 Fig.5 Zircon U-Pb concordia diagrams of tuff samples

(2)A20170408-6样品共测试18个数据点,其U含量为86×10-6~738×10-6,Th含量为69×10-6~ 908×10-6,Th/U值为0.48~2.69(表 1)。其中2个数据点(10.1、13.1)的207Pb/206Pb年龄分别为1459 ± 21Ma、1566±39Ma,明显老于其他数据点,可能为继承性锆石;数据点4.1的U值偏高,数据点12.1的204Pb值偏高,偏离主群;数据点5.1、8.1、5.1、16.1的U、Pb有不同程度的丢失,其206Pb/238U年龄较年轻;其余10个数据点位于谐和线上(图 5),其206Pb/238U年龄加权平均值为878.0 ± 4.0Ma(MSWD=1.3),也代表禄表组凝灰岩的形成时代。

5 讨论

2009年全国地层委员会野外现场会议纪要[13]提出,昆阳群指发育于滇中地区、角度不整合于澄江组之下的一套浅变质的陆源碎屑岩、碳酸盐岩及火山岩系,自下而上划分为黄草岭组、黑山头组、大龙口组、美党组。黄草岭组主要为板岩及粉砂质板岩、千枚岩[1-3, 29]。黑山头组是一套具正向粒级韵律的砂岩、板岩和凝灰岩[1-3, 5, 29]。大龙口组为一套厚达2000m以上的灰岩、白云质灰岩组合[1-3, 5, 9, 29]。美党组主要为板岩、灰岩[5, 29]。张传恒等[15]在黑山头组富良棚段上部安山质熔结凝灰岩(层凝灰岩)中获得的SHRIMP锆石U-Pb年龄加权平均值为1032±9Ma,指示传统意义上的昆阳群主体应属中元古界上部。

昆阳群之上还发育一套以清水沟组、禄表组为代表的砾岩、砂岩、粉砂岩、泥岩、白云岩及炭质板岩、硅质岩岩系,吴懋德等[5]、戴恒贵等[8]、吕世琨等[11]称之为上昆阳亚群,鄢芸樵等称之为“八街群”[7, 30]图 6)。高林志等[1-3]在柳坝塘组清水沟段(本文清水沟组)获得凝灰岩SHRIMP锆石U-Pb年龄870~890Ma,首次证实“八街群”属新元古界。本文在滇中北部禄表组获得凝灰岩SHRIMP锆石U-Pb年龄878.5±4.7Ma、878.0±4.0Ma,进一步确定滇中北部的禄表组在层位上位于清水沟组之上,而不能对比成美党组,进一步佐证了“八街群”应属青白口系的认识。

图 6 滇中地区中、新元古界主要地层划分沿革 Fig.6 Historical record of changes in major Meso-Neoproterozoic stratigraphic division of Central Yunnan Province

“八街群”自下而上为军哨组、柳坝塘组、鼠街组和牛头山组[7, 10]。鄢芸樵等[3-4, 30]认为,这套地层的时代与天津蓟县剖面的青白口系时代相当。高林志等采用鄢芸樵的划分方案[1],厘定了昆阳群在地层柱中的位置。然而,鄢芸樵所述的军哨组仅获得一组1022Ma的Rb-Sr同位素年龄[7, 10],鼠街组、牛头山组均缺乏可靠的年龄数据。吴懋德等[5, 12]所述岔河组、华家箐组均缺乏可靠的年龄数据。因此,是否采用“八街群”仍需更多的年代学证据论证。2009年全国地层委员会野外现场会议建议,把不同构造区的岩性地层柱的建立放在第一位,然后再建立年代构造格架;应注意构造地层学的研究,进行地层划分与对比,完善大地构造背景的研究。昆阳群的划分仍需多方协作,需要不同地区完善其年代地层格架,以解决扬子块体和华夏块体与全球古地理格局的关系。

6 结论

(1)本文获得滇中北部禄表组凝灰岩SHRIMP锆石U-Pb年龄为878.5±4.7Ma和878.0±4.0Ma,属新元古代青白口纪。

(2)确认滇中地区的禄表组之上发育一套新元古界碎屑岩系。

(3)本文获得的禄表组凝灰岩锆石U-Pb年龄,有利于正确认识滇中元古代地层的划属关系,有助于厘清其区域年代地层格架。

致谢: 国家科技基础条件平台北京离子探针中心杨淳、江南女士,车晓超博士在样品接收、制样、仪器调试监控和数据处理方面提供了帮助,宋彪研究员对本文进行了细致的审阅并提出了建设性意见,审稿专家对本文进行了细致的审阅,并提出宝贵的意见,在此一并致以衷心的感谢。

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