地质通报  2019, Vol. 38 Issue (9): 1521-1528  
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张宗言, 柯学, 卜建军, 周进波, 何卫红. 前中生代海南岛与华夏、扬子陆块的关系——来自海南岛下二叠统峨查组碎屑锆石年龄的信息[J]. 地质通报, 2019, 38(9): 1521-1528.
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Zhang Z Y, Ke X, Bu J J, Zhou J B, He W H. The relationship between Hainan Island and Yangtze and Cathaysia Block: Evidence from the U-Pb age of detrital zircons of the Lower Permian Echa Formation in Hainan Island[J]. Geological Bulletin of China, 2019, 38(9): 1521-1528.
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基金项目

中国地质调查局项目《海南昌江—广东云浮地区区域地质调查》(编号:DD20190047)、《全国陆域及海区地质图件更新与共享》(编号:DD20190370)、《琼桂二叠纪疑难地层问题及其构造背景》(编号:1212011220529)

作者简介

张宗言(1985-), 男, 硕士, 助理研究员, 从事沉积学研究与区域地质调查。E-mail:conodonts@163.com

通讯作者

何卫红(1971-), 男, 教授, 博士生导师, 从事古生物地层学与沉积学研究。E-mail:whzhang@cug.edu.cn

文章历史

收稿日期: 2018-04-10
修订日期: 2018-08-20
前中生代海南岛与华夏、扬子陆块的关系——来自海南岛下二叠统峨查组碎屑锆石年龄的信息
张宗言1 , 柯学2 , 卜建军1 , 周进波3 , 何卫红4     
1. 中国地质调查局武汉地质调查中心, 湖北 武汉 430205;
2. 中国地质大学 (武汉) 地质调查研究院, 湖北 武汉 430074;
3. 海南省地质调查院, 海南 海口 570206;
4. 中国地质大学 (武汉) 地球科学学院, 湖北 武汉 430074
摘要: 海南地块的亲缘性质归属一直存在分歧。选择海南东方市江边乡白查村峨查组进行碎屑锆石LA-ICP-MS U-Pb测年, 获得年龄为635~1814Ma, 具4个年龄峰值, 分别为1700Ma、1580Ma、1073Ma和680Ma, 记录了哥伦比亚(1700Ma和1580Ma)、罗迪尼亚(1073Ma)和泛非(680Ma)三大地质事件。1700 Ma、1580Ma和1073Ma三个峰值可与南极洲、越南SongHien、华夏造山带和扬子陆块东南缘同期的碎屑锆石U-Pb年龄峰值对比, 说明海南地块在中元古代与南极洲、越南、华夏和扬子陆块东南缘共同经历了哥伦比亚和格林威尔(罗迪尼亚)造山事件。1700Ma和1580Ma的峰值虽然在扬子陆块东南缘有弱的显示, 但在扬子陆块内部基本没有该年龄峰值的报道, 680Ma峰值在扬子陆块未出现, 说明中—新元古代海南地块与扬子陆块之间相距较远, 而与华夏、越南和南极洲较近。
关键词: 碎屑锆石    U-Pb年龄    下二叠统    海南岛    华夏陆块    扬子陆块    
The relationship between Hainan Island and Yangtze and Cathaysia Block: Evidence from the U-Pb age of detrital zircons of the Lower Permian Echa Formation in Hainan Island
ZHANG Zongyan1, KE Xue2, BU Jianjun1, ZHOU Jinbo3, HE Weihong4     
1. Wuhan Center, China Geological Survey, Wuhan 430205, Hubei, China;
2. Institute of Geological Survey, China University of Geosciences, Wuhan 430074, Hubei, China;
3. Hainan Geological Survey, Haikou 570206, Hainan, China;
4. School of Earth Sciences, China University of Geosciences, Wuhan 430074, Hubei, China
Abstract: The relationship of Hainan Island with Yangtze and Cathaysia Block has been of considerable controversy. This paper presents a study of geochronology of detrital zircon from the Echa Formation, Baicha Village, Dongfang City, Hainan Island. The results show 4 major age peaks, i.e., ~1700Ma, ~1580Ma, 1073Ma and 680Ma, recording the events of Columbia (1700Ma and 1580 Ma), Rodinia (1073Ma) and Pan-African (680Ma). The presence of ~1700Ma, ~1580Ma and 1073Ma age peaks is similar to that of Antarctica, Song Hien in Vietnam, Cathaysia orogenic belt and southeast margin of Yangtze Block, revealing that they all experienced the Columbia and Grenville (Rodinia) orogenic activities. The ~1700Ma and ~1580Ma age peaks only appear on the southeast margin of Yangtze Block, but have not been reported inside the Yangtze Block. The 680 Ma age peak appears in the Hainan Island but not in the Yangtze Block, indicating that the Hainan Island was separated or far away from the Yangtze Block, but was adjacent to Cathaysia Block, Vietnam and Antarctica during the Meso-to Neoproterzoic period.
Key words: detrital zircon    U-Pb age    Lower Permian    Hainan Island    Cathaysia Block    Yangtze Block    

近年关于前中生代海南岛(地块)与华夏(造山带)和扬子(陆块)间的亲缘关系, 主要有如下论点:其一是海南岛(地块)在格林威尔造山事件(罗迪尼亚超大陆形成)中与华夏、扬子拼合成为统一的华南陆块[1-2]。其二是海南岛(地块)在志留纪以前与扬子陆块和华夏间有洋盆阻隔, 到志留纪时海南岛(地块)与华夏-扬子陆块拼合成统一的华南陆块[3]。其三是华夏由多个块体拼合而成的造山带[4-7], 以“北西福建断裂”为界, 将华夏分为“西部华夏”和“东部华夏”(含海南岛)[8], 在志留纪以前“西部华夏”和“东部华夏”间有洋盆阻隔, 到志留纪时它们拼合成统一的陆块, 晚古生代之初“西部华夏”与“东部华夏”(含海南岛)间又拉张成洋, 于中生代初最终拼合成统一的陆块[8]。其四是海南岛在二叠纪以前一直与扬子陆块间有洋盆阻隔, 与华夏造山带在元古宙—古生代一直相距不远, 直到二叠纪之后(约中三叠世)海南岛(地块)才与华夏和扬子陆块拼合成统一的陆块[6-9]

针对上述问题, 本文选择东方市江边乡白查村峨查组剖面(图 1)进行碎屑锆石年代学研究, 并综合前人的研究成果, 通过区域对比, 分析研究区下二叠统峨查组沉积时的主要物源, 反演前中生代海南地块与华夏、扬子陆块间的亲缘关系。

图 1 研究区实测剖面位置(a)、区域地质图(b)和峨查组实测剖面(c) Fig.1 Location (a), geological map (b) of the study area and cross-section of the Echa Formaiton(c)
1 地质背景

海南地块最老的地层称为抱板岩群(分为戈枕村岩组和峨文岭岩组), 是深变质的表壳岩, 时代为1800~1400Ma, 构成了海南地块的结晶基底[6, 10-11], 揭示海南地块的雏形形成于中元古代, 被称为琼中地块[12]。新元古代—古生代为沉积盖层发育阶段, 经历了板内多阶段裂解与造山作用[11]。海南岛晚古生代蜓类、珊瑚类、菊石类和植物化石组合与华夏-特提斯动物区和华夏植物区相近, 属于特提斯构造域[13]。海南地块二叠纪的沉积主要分布于海南岛西面石碌镇—东方市江边一线, 为弧后陆棚-陆坡沉积建造[14], 沉积了下二叠统峨查组、鹅顶组和上二叠统南龙组。峨查组主体为一套海相碎屑岩地层(图 1), 邻区的峨查组出现灰岩夹层, 产早二叠世牙形石Sweetognathus, Rabeignathus, 蜓类Parafusulina等化石[11]。根据所含化石, 峨查组地质时代为早二叠世。

2 分析方法

本文对海南省东方市江边乡白查村二叠系峨查组样品BC-2-1(图 1)中的54粒锆石采用LAICP-MS锆石原位微区U-Pb测年分析方法进行测定。该方法主要利用等离子体质谱计(ICP-MS)进行U-Th-Pb同位素分析。锆石分选采用人工重砂法从岩石样品中分选出锆石, 挑选晶形完好、有代表性的颗粒用环氧树脂固定并抛光使核部露出, 并对制成的锆石靶进行透射光、反射光照片和阴极发光图像(CL)拍摄。本次锆石挑选、制靶和照相均在武汉上谱分析科技有限责任公司完成。通过分析锆石的阴极发光图像及透射光、反射光照片, 挑选出合适的锆石颗粒, 同时注意避免锆石内部包裹体和裂痕区域, 进行锆石U-Pb定年测试。

样品BC-2-1的锆石LA-ICP-MS年龄测试在中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室完成, 采用的ICP-MS为美国Agilent公司生产的Agilent7500a, 激光剥蚀系统为德国Lamda Physik公司生产的GeoLas2005深紫外(DUV)193nm UArF准分子激光剥蚀系统。测试过程中采用氦气作为剥蚀物质的载气, 用美国国家标准技术研究院研制的人工合成硅酸盐玻璃标准参考物质NIST610进行仪器最佳化。锆石年龄测定采用哈佛大学标准锆石91500为外标。实验中采用的激光束斑直径为32μm。仪器参数和详细的分析流程参见文献[15-16], 同位素比值数据处理采用ICPMSDataCal (Ver3.0)软件[15-17], 年龄计算和谐和图绘制采用[18] Isoplot(ver3.23)程序完成。

3 测试分析结果

测试结果见表 1。该样品中锆石多呈半磨圆-半自形状, 大小多在50~100μm之间, 长宽比在1:1~1:3之间, CL图像(图 2)显示, 锆石发育清晰的振荡环带。在此定义锆石的谐和度为100%*(1- abs(Age206Pb/238U-Age207Pb/235U)/((Age206Pb/238U+ Age207Pb/235U)/2))。

表 1 海南东方县江边乡白查村二叠系峨查组剖面样品碎屑锆石LA-ICP MS U-Th-Pb年龄测试数据 Table 1 Zircon LA-ICP-MS U-Th-Pb data for samples from the Permian Echa Formation, Baicha Village, Jiangbian County, Dongfang City, Hainan
图 2 二叠系峨查组剖面样品(BC-2-1)部分碎屑锆石阴极发光图像 Fig.2 Cathodoluminescence images of representative detrital zircons from sample BC-2-1 of the Permian Echa Formation

分析结果显示, 71%的锆石颗粒Th/U值大于0.4, 27%的锆石颗粒Th/U值在0.2~0.4之间, 只有1颗锆石Th/U值小于0.1, 说明其主要为岩浆成因锆石。在分析锆石时, 年龄大于1000Ma采用206Pb/207Pb年龄, 年龄小于1000Ma锆石采用206Pb/238U年龄;谐和度小于80%的年龄数据由于误差较大, 均剔除。

样品BC-2-1中的碎屑锆石U-Pb年龄变化范围在635~1814Ma(图 2图 3)。从图 3可以看出, 峨查组52个碎屑锆石年龄频率直方图显示出4个峰值, 分别为约1700Ma、约1580Ma、1073Ma和680Ma, 主峰值是1073Ma, 次峰值是1580Ma, 分别记录了哥伦比亚(1700Ma和1580Ma)、罗迪尼亚(1073Ma)和泛非(680Ma)三大地质事件。

图 3 研究区二叠系峨查组剖面样品(BC-2-1)碎屑锆石U-Pb谐和图(a)及年龄谱图(b) Fig.3 U–Pb concordia diagrams (a) and probability density diagrams (b) of zircon U–Pb data for samples BC-2-1 from the Permian Echa Formation
4 讨论

图 4可以看出, BC-2-1碎屑锆石1700Ma峰值见于南极洲[19]、华夏造山带的武夷地块[20], 在扬子陆块东南缘的南宁-玉林[2]和整个华夏造山带[21]也有显示。1580Ma的峰值与南极洲[19]的同期峰值对比较好, 并在扬子陆块东南缘的南宁-玉林[2]和整个华夏造山带[21]也有较好显示。

图 4 研究区二叠系峨查组(BC-2-1)与其他地区年龄谱对比 Fig.4 Detrital zircon U-Pb age probability density diagrams for the Permian clastic sedimentary rocks from Ercha Formation compared with data from other areas

BC-2-1碎屑锆石的1073Ma主峰值是对罗迪尼亚造山事件的响应[8]。1000Ma左右的峰值在南极洲[19]、越南SongHien[22]、武夷地块[20]、扬子陆块东南缘[2]和华夏造山带[2123]均有良好显示(图 4)。

BC-2-1碎屑锆石1700Ma、1580Ma和1073Ma三个峰值可与南极洲、越南SongHien、华夏造山带和扬子陆块东南缘同期的碎屑锆石峰值对比, 说明海南地块在中元古代与南极洲、越南和华夏相距不远, 并与扬子陆块东南缘在物源上可以沟通, 它们共同经历了哥伦比亚和格林威尔(罗迪尼亚)造山事件。1700Ma和1580Ma的峰值虽然在扬子陆块东南缘[2](图 4)有弱的显示, 但基本没有在扬子陆块内部存在该年龄峰值的报道, 无法形成物源年龄峰值, 说明中元古代海南地块与扬子陆块之间相距较远, 而与华夏和南极洲相距较近。另外, BC-2-1碎屑锆石出现较弱的680Ma的泛非事件早期热事件年龄值, 该年龄值虽弱, 但在扬子陆块上不出现, 在华夏较常见。

上述研究结果表明, 中元古代—早二叠世, 海南岛与华夏和南极洲的物源交流较密切, 而与扬子陆块的物源交流极少, 海南岛与扬子陆块从元古宙—古生代长期处于分离状态。海南岛早古生代早期含磷、锰硅质和富含石英的杂砂岩建造与与澳大利亚塔斯曼同期建造相似, 寒武纪动物群澳大利亚昆士兰地区关系密切, 早古生代的古纬度近澳大利亚, 早古生代是亲澳大利亚的地块, 奥陶纪澳大利亚裂离, 于石炭纪—二叠纪向东部华夏靠拢[9]。前人在海南岛石炭纪和二叠纪地层中发现的双壳类、腕足类、蜓类等动物化石均表现出华夏-特提斯生物区系特征[35-37], 植物化石虽然具有华夏植物群的面貌, 但缺乏华夏植物群的典型代表, 说明海南岛在二叠纪与华夏块体相距不远, 但并未相连[37]。海西—印支运动导致海南岛北部古生代地层发生了区域绿片岩相变质和透入性变形, 并形成区域尺度上展布的褶皱带和断裂带, 塑造出一幅非常醒目的海南岛弧状构造带[11, 38]。另外, 海南地块约224Ma的印支期巨大花岗岩基的侵入, 说明与滇越特提斯带洋盆的关闭和东部华夏块体的碰撞拼合有密切关系[8, 11, 38]

5 结论

(1) 通过海南东方市江边乡白查村峨查组碎屑锆石测年的研究, 在BC-2-1样品中获得LA-ICPMS碎屑锆石U-Pb年龄为635~1814Ma。

(2) BC-2-1样品碎屑锆石U-Pb年龄谱显示出4个年龄峰值, 分别为1700Ma、1580Ma、1073Ma和680Ma, 记录了哥伦比亚(1700Ma和1580Ma)、罗迪尼亚(1073Ma)和泛非(680Ma)三大地质事件。

(3) 1700Ma、1580Ma和1073Ma三个峰值可与南极洲、越南SongHien、华夏造山带和扬子陆块东南缘同期的碎屑锆石峰值对比, 说明海南地块在中元古代与南极洲、越南、华夏和扬子陆块东南缘共同经历了哥伦比亚和格林威尔(罗迪尼亚)造山事件。

(4) 1700Ma和1580Ma的峰值虽然在扬子陆块东南缘有弱的显示, 但基本没有在扬子陆块内部存在该年龄峰值的报道, 680Ma峰值在扬子陆块上不出现, 说明中—新元古代海南地块与扬子陆块之间相距较远, 而与华夏、越南和南极洲相距较近。

致谢: 澳大利亚Deakin大学G.R.Shi(石光荣)教授和中国地质大学(武汉)张克信教授亲赴野外指导工作, 海南省地质调查院对野外工作开展给予大力帮助与指导, 在此一并致谢。

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