赣南地区寒武纪高滩组碎屑锆石U-Pb年龄和Hf同位素特征及地质意义

活动，该时期岩浆活动主要是古老地壳物质的再循环。

关键词：赣南;高滩组;锆石U-Pb测年;Hf同位素;物源分析;地殼生长

华南板块是由扬子地块和华夏地块在新元古代沿江南造山带汇聚拼合而成，拼合之后由于受全球Rodinia超大陆裂解作用影响，华夏板块被分解为若干区块[1，2]。裂解作用使扬子地块和华夏地块震旦纪—早古生代地层层序和岩石组合发生明显差异[3-5]。因此，将华南地层大区分为扬子地层区和华南地层区。赣南地区为华南东段重要组成部分，隶属华南地层区武功山-雩山地层分区。寒武纪高滩组在该区广泛出露，前人研究多为与之对应的扬子地层分区的杨柳岗组[6]，对高滩组少有研究，缺乏最新高质量年龄数据。本文对高滩组进行了详细的锆石年代学研究，并结合Hf同位素，对物源进行分析，为物源区地壳生长和构造演化提供约束，以期提供新的基础地质数据，促进区域构造演化研究。

1  地质概况

1.1  地质背景

研究区位于华南加里东造山带东段，钦杭结合带以南的赣南兴国地区（图1）[7]。区内发育燕山期和加里东期岩浆活动及NE向崇义-万安深大断裂。区内岩石地层单元包括：中泥盆纪开始的稳定沉积盖层、浅变质单元（奥陶系、寒武系、震旦系）和元古代变质基底[8]。区域上赣南地区缺失志留纪地层，且上奥陶统石口组（460 Ma）出现了山前垮塌堆积，导致直径3 m的石英砂岩混杂在泥质岩中，表明华南地区在晚奥陶世之初已开始隆升造山[9-11]，至中泥盆世才进入相对稳定的滨浅海相沉积环境。下面对与本文相关的晚古生代地层进行详细描述。

奥陶系主要为一套笔石相泥砂质沉积建造（图2），其上常被中—晚泥盆世地层不整合覆盖。自上而下可划分为花面垄组、石口组、对耳石组和爵山沟组。花面垄组为一套盆地边缘斜坡相硅质板岩、碳质板岩夹变砂岩之沉积，区域上由北向南硅质含量有所增高，出露厚度大于597 m;石口组为次深海盆地相变长石岩屑杂砂岩、粉砂质板岩偶夹绿泥绢云母千枚岩等组成的类复理石建造;耳石组为碳硅质板岩夹含碳绢云母板岩的次深海盆地相岩石组合，厚度由南至北变薄，为250～450 m;爵山沟组为一套厚约557 m的陆坡-次深海盆地相砂质板岩、绢云母板岩夹绢云母千枚岩、变长石石英杂砂岩组合，与下伏寒武系呈整合接触[12]。

寒武系出露范围广，发育良好，主要为一套浅变质浅海-次深海盆相砂、板岩组成的类复理石建造（图2）。自上而下分为水石组、高滩组和牛角河组。水石组为砂质板岩夹变长石石英砂岩，与下伏高滩组相比砂岩减少，板岩增多，区域上厚722～2 400 m。高滩组以巨厚层状变余长石石英杂砂岩为主，夹灰绿、灰黑色条纹条带状粉砂质板岩、板岩组成的复理石建造，厚280～2 200 m。本文样品（15XL-4）即采自于兴国西北地区高滩组变长石石英杂砂岩中（图3）。牛角河组由含碳绿泥绢云母千枚岩、砂质板岩及变质长石石英砂岩组成，底部常夹一套灰-灰黑色含碳硅质岩，与下伏震旦系呈整合接触关系[12]。

2  测试方法

2.1  锆石U-Pb测年

锆石通过人工重砂和电磁分选，在双目镜下挑选出锆石颗粒将其粘牢在环氧树脂表面，经打磨抛光后进行透、反射光和阴极发光（CL） 分析。CL 图像拍照在北京锆年领航科技有限公司完成。锆石U-Pb测年在合肥工业大学资源与环境工程学院，采用ICP-MS和激光剥蚀系统联机完成。ICP-MS为美国Agilent 公司生产的Agilent 7500a，激光剥蚀系统为美国Coherent Inc.公司生产的GeoLasPro。激光剥蚀斑束直径为32 μm，频率为6 Hz。据ICPMSDataCal 程序进行数据处理[13]，分析结果由Isoplot3.23软件完成加权平均年龄计算及谐和图的绘制[14]。

2.2  Hf同位素

Lu-Hf 同位素原位分析在南京大学内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室带有Merchantek/New Wave Research213nm激光溶蚀探针的Nu Plasma MC-ICP-MS机上进行。实验以He为载气，激光束斑直径为55 μm，溶蚀时间为60 s，溶蚀深度约40 μm，剥蚀频率为5 Hz。实验采用MT为外部标样，MT的176Hf/177Hf比值为0.282 530±30。εHf（t）及Hf模式年龄计算的相关参数见文献[15-17]。

3  测试结果

3.1  锆石U-Pb年龄特征

对采自赣南兴国地区寒武纪高滩组的一件变长石石英杂砂岩进行锆石U-Pb年代学研究。锆石呈无色透明，部分呈浅棕色，粒径50～150 μm（图4）。锆石CL图像显示，锆石多呈自形柱状，长短轴之比为1∶1～1∶2，部分锆石呈磨圆状，说明其经历一定距离的搬运。锆石颗粒均具明显震荡环带，且Th/U比值多大于0.4，表明其为岩浆成因锆石[18]。

高滩组55颗碎屑锆石U-Pb年代学研究显示（表1），锆石具很好的谐和性，大部分锆石数据落在谐和曲线上（图5-a），少数落在谐和曲线附近。碎屑锆石年龄数据频率直方图显示（图5-b），该组碎屑锆石数据共有3个年龄峰值区间：2 500 Ma、1100～900 Ma、900～700 Ma。第一组峰值年龄为2 500 Ma，共计9颗，碎屑锆石的Th/U比值为0.12～1.34，为岩浆锆石;第二组年龄峰值为1 100～900 Ma（峰值980 Ma），共16颗，其Th/U比值为0.15～2.17，为岩浆锆石;第三组年龄峰值区间为900～700 Ma（峰值800 Ma），共计12颗，其Th/U的比值为0.17～1.86，为岩浆锆石。此外，本次研究还捕获一颗年龄为3 003 Ma的碎屑锆石，这是本次高滩组碎屑锆石研究所获得的最古老锆石，其分析点位为15XL-4-56。

3.2  锆石Hf同位素特征

对高滩组54颗碎屑锆石进行Hf同位素分析结果显示（表2），Hf同位素组成变化范围很大。U-Pb年龄峰值为2 500 Ma的6顆碎屑锆石，εHf（t）值为-5.3～28.4，两阶段模式年龄在2.8～3.3 Ga;U-Pb年龄峰值为1 100～900 Ma的15颗碎屑锆石，εHf（t）值为-13.5～9.4，且碎屑锆石εHf（t）的值多为负，两阶段模式年龄变化为1.2～2.7 Ga;U-Pb年龄峰值为900～700 Ma的12颗碎屑锆石，εHf（t）的值为-46.2～6.1，除点号3和40的值为正外，其余均为负值，两阶段模式年龄为1.4～3.1 Ga。

4  讨论

4.1  物源分析

研究表明，碎屑锆石具有很高的封闭温度和较强的抗风化能力，在低级变质作用和搬运沉积过程中可保持稳定。因此，碎屑锆石U-Pb年代学研究可为沉积岩物源提供约束[19-20]。从样品碎屑锆石年龄数据频率直方图来看（图5-b），2 500 Ma的年龄峰值在研究区较显著，代表了新太古代末期—古元古代的古陆核生长事件[21-22]。碎屑锆石最显著年龄峰值为1 100～900 Ma，峰值为980 Ma。该年龄与Grenville期造山事件相对应[23]，揭示华南板块曾是全球Rodinia超大陆的一部分。另一显著年龄峰值区间为900～700 Ma，峰值年龄为800 Ma。该年龄峰值与Rodinia超大陆的裂解及一系列的构造-岩浆活动相对应[5]。李献华认为华夏与扬子板块在900 Ma左右聚合，形成统一的华南板块，聚合后不久即进入裂解期[24]。裂解成因可能与成冰纪地幔上涌有关。因此，全球Rodinia超大陆的聚合和裂解在华南地区的响应为高滩组提供了主要物源。

据前人研究成果[25-26]，本次捕获的3 003 Ma的碎屑锆石年龄说明，华夏地块可能存在太古宙地壳基底或接受过古老地体的物质供给。该结论对华南地区构造演化研究具一定意义。

4.2  地壳生长

一般认为锆石Hf同位素中εHf（t）值为负时，表明其来自古老地壳。若εHf（t） 值为正，则表明其源自新生地壳[27]。

本文对54颗锆石进行Lu-Hf同位素分析（图6），其中34颗锆石εHf（t）值为负，为-46.2～-0.9，说明源区锆石少数结晶于新生地壳物质组分熔融产生的岩浆，多数结晶于古老地壳组分部分熔融产生的岩浆。结合样品碎屑锆石年龄数据频率直方图，华南地区存在强烈的新元古代岩浆活动。这一岩浆活动产生的锆石εHf（t）值大多为负，说明Grenville时期研究区岩浆活动主要为古老地壳物质的再循环。

5  结论

（1） Rodinia超大陆的裂解聚合在华南地区的响应为研究区寒武纪地层提供了主要物源。新太古代古陆核生长事件对其物源具一定影响。

（2） 3 003 Ma锆石年龄的捕获说明，华夏地块可能存在太古宙地壳基底或该区曾接受过古老地体的物源供给。

（3） 华南地区存在强烈的新元古代岩浆活动。这一时期岩浆活动主要为古老地壳物质的再循环。

致谢：衷心感谢匿名审稿专家，你们的建议使本文增色不少。

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Abstract： The Cambrian Gaotan Formation is widely distributed in the Wugongshan-Yushan area of Gannan.It is mainly a set of flysch composed of low metamorphic sandstone and slate.The researchers have little research about it and lack of the latest data.In order to analyze its provenance and provide constraints on crustal growth and tectonic evolution in the source area， the LA-ICP-MS detrital zircon U-Pb geochronology and Hf isotope study were carried out on a sandstone from the Gaotan Formation.The U-Pb age data shows three peaks of 2 500 Ma， 1 100～900 Ma and 900～700 Ma.The age peak of 2 500 Ma represents crustal growth event in the late Neoarchean-Paleoproterozoic.The two peaks of 1 100～900 Ma and 900～700 Ma are the most significant，which indicates that the response of the amalgamation and breakup of the Rodinia supercontinent in southern China provides the main provenance for the Cambrian strata in study area.In addition，the capture of 3 003 Ma sugggets that the Cathysia block may have the Archean crustal base;Hf isotope data indicates that most of the zircon in the provenance region crystallized from the magma produced by partial melting of the ancient crustal materials.Combined with the analysis of zircon age data，there is a strong Neoproterozoic magmatism in South China，and the magmatism during this period is mainly the recycling of the magma produced by the melting of ancient crustal materials.

Key words： Ganan Area; Gaotan Formation; Zircon U-Pb Dating; Hf Isotope; Provenance Analysis; Crustal Growth

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