地质力学学报  2013, Vol. 19 Issue (3): 267-274
引用本文
李孙雄, 魏昌欣, 汪焰华, 陈方颖. 海南东南部韧性剪切变形带锆石U-Pb年代学特征及其地质意义[J]. 地质力学学报, 2013, 19(3): 267-274.
LI Sun-xiong, WEI Chang-xin, WANG Yan-hua, CHEN Fang-ying. ACORITE U-Pb CHRONOLOGY CHARACTERISTICS AND ITS GEOLOGICAL SIGNIFICANCE OF DUCTILE SHEAR DEFORMABLE BELT IN SOUTHEASTERN HAINAN ISLAND, CHINA[J]. Journal of Geomechanics, 2013, 19(3): 267-274.
海南东南部韧性剪切变形带锆石U-Pb年代学特征及其地质意义
李孙雄 , 魏昌欣 , 汪焰华 , 陈方颖     
海南省地质调查院, 海口 570206
摘要:海南东南部韧性剪切变形带断续出露于芒三水库—吊罗山林场—兴隆一线,走向北东,岩石有构造片麻岩和糜棱岩化花岗岩,主要矿物组成为长石、石英、黑云母。岩石发育“S-C”组构、“δ”型旋转碎斑系、云母鱼等变形组构,指示具有右行剪切活动的特点。根据矿物组成及变形特征,认为其变形环境相当于低角闪岩相,属于沿剪切带侵位并发生同步变形的产物。在芒三水库、吊罗山林场两地测得岩石锆石激光ICP-MS法年龄分别为284.3±1.3 Ma、265.9±1.3 Ma,属二叠纪形成。剪切变形带的发现及其年代学的厘定,对深入研究海南岛构造-岩浆作用具有重要的地质意义。
关键词变形带    同构造期花岗岩    二叠纪    海南岛    
ACORITE U-Pb CHRONOLOGY CHARACTERISTICS AND ITS GEOLOGICAL SIGNIFICANCE OF DUCTILE SHEAR DEFORMABLE BELT IN SOUTHEASTERN HAINAN ISLAND, CHINA
LI Sun-xiong , WEI Chang-xin , WANG Yan-hua , CHEN Fang-ying     
Hainan Geological Survey, Haikou 570206, China
Abstract: The ductile shear belt exposures in Mangsan Reservoir-Diaoluoshan Tree Farm-Xinglong area successively with its strike being north-east. The lithology is tectonic gneiss and granite of mylonitization, and main minerals are composed of feldspar, quartz and biotite. The rock develops as "S-C" fabric, "δ" style gyral porphyroclast system, mica fish etc. The tectonic fabric indicates right handed shearing movement. According to mineral component and deforming feature, the deforming environment should be low amphibolite facies, which belongs to the product emplacing across the shear zone and transforming synchronously. This time we got 284.3±1.3 Ma and 265.9±1.3 Ma by laser ICP-MS for zircons from Mangsan Reservoir and Diaoluoshan Tree Farm. The founding of ductile shear belt and its geologic age plays an important role in the intensive study of construction-magma function of Hainan Island.
Key words: deformable belt    synkinematic granite    Permian    Hainan Island    
0 引言

海南岛在现代地理图上位于特提斯构造带和环太平洋构造带交接部位,这一特殊的地理位置历来被许多地学工作者所关注和涉足,从不同的角度对海南岛基础地质进行了详细研究,提高了海南岛基础地质的研究程度和认识水平。但海南岛具有重要变革性质的海西—印支造山运动的特征、表现方式与作用过程及其相伴随的变质变形、岩浆侵位作用等方面的研究依然比较薄弱。从宏观角度,构造对侵入岩浆的控制作用也依然不明了。

2000—2002年,在开展1:250000乐东县、陵水县幅区调工作时,于芒三水库一带发现一条宽达1.4 km的韧性变形带,张业明等[1]认为属于构造单元分野性断裂——东西向九所—陵水断裂带白垩纪的活动迹象。笔者在2007—2009年开展1:50000吊罗山、兴隆、什玲市、陵水县幅区调和2006—2010年进行的《海南省区域地质志》项目过程中,对芒三水库一带分布的韧性变形带进行了系统的观测和追索。尽管露头差,岩石以坡残积块形式产出,但经多处观测,认为其总体走向为北北东,大致介于15°—25°间。且沿东西走向追索,在芒三水库东面旁侧二叠纪花岗岩中再也没有韧性变形带的形迹;而沿北东向追索,先后在北东面吊罗山林场南东面河沟、兴隆镇大南泥村河沟等地二叠纪花岗岩分布区见到韧性变形迹象。因此,把韧性变形带走向重新厘定为北东向。

根据岩石的变形矿物组合(石英+长石+黑云母)和变形特征,认为其变形环境相当于低角闪岩相,属于花岗岩浆沿剪切带侵位并发生同步变形的产物。采用锆石激光ICP-MS法对其进行年代学测定,在芒三水库、吊罗山林场两地锆石U-Pb龄分别为284.3±1.3 Ma、265.9±1.3 Ma,两数据基本接近,属于二叠纪形成。琼东南韧性剪切带的发现及其年代学厘定,为上述海南岛基础地质问题研究打开一扇窗口,对深入研究海南岛构造-岩浆作用具有重要的地质意义,也将为研究花岗岩形成的构造环境带来新的思路和启发。

1 地质特征

海南东南部韧性变形带从芒三水库往北东向经吊罗山林场延伸至兴隆镇大南泥村一带,并可能一直延伸至万宁市长丰一带(以北东向三叠纪富碱侵入岩带和EMⅡ型镁铁质岩带显示),总长约63 km。由于受燕山期花岗岩侵蚀破坏,变形带呈断续状残存于二叠纪花岗岩中(见图 1)。

1—第四系;2—晚白垩世花岗斑岩;3—晚白垩世正长花岗岩;4—早白垩世二长花岗岩;5—早白垩世花岗闪长岩;6—晚侏罗世正长花岗岩;7—中三叠世二长花岗岩;8—晚二叠世正长花岗岩;9—晚二叠世二长花岗岩;10—地质界线;11—断裂;12—推测断裂;13—韧性变形带 图 1 韧性剪切带地质简图 Figure 1 Generalized geological map of ductile shear belt

在南西面芒三水库一带,韧性变形带发育于二叠纪花岗岩中,沿北东走向止于侏罗纪花岗岩。可见长约1.5 km,影响宽度约1.0 km,倾向120°,倾角68°。岩石多以坡残积块产出,岩性为糜棱岩化花岗岩、糜棱岩等。

中部吊罗山林场南东面河沟,韧性变形带也仅限于发育在二叠纪花岗岩中,旁侧白垩纪花岗岩中未见到韧性变形迹象。延伸长约1 km,可见影响宽度约1 km,走向30°,倾向北西,倾角约50°。变形带中心为构造片岩、构造片麻岩(?),两侧总体为糜棱岩化花岗岩(见图 2)。沿垂直于变形带走向进一步追索,则过渡至正常的二叠纪花岗岩。花岗岩普遍发育线理构造,以钾长石斑晶的定向排列显示,走向与韧性变形带基本一致,但矿物变形程度弱,石英为它形粒状,长石为半自形板柱状,黑云母为半自形—自形片状。

1—细粒黑云钾长花岗岩;2—煌斑岩;3—糜棱岩化花岗岩;4—构造片麻岩;5—构造片岩;6—掩盖;7—产状 图 2 吊罗山林业局河沟韧性剪切带剖面图 Figure 2 Profile of ductile shear belt in the area of Diaoluoshan Forestry Bureau

北东面大南泥村一带二叠纪花岗岩出露长约500 m,可见宽度约62 m。尽管岩石岀露差,以风化球状残块产出,但露头尺度中见多个小的韧性剪切带,单个剪切带宽度为10~50 cm,中心岩石为构造片麻岩(?)或糜棱岩,往两侧逐渐演变为糜棱岩化花岗岩、花岗岩。花岗岩体中的钾长石斑晶定向排列,走向与韧性变形带基本一致。

2 岩石学特征

糜棱岩化花岗岩具糜棱结构,弱定向构造。碎斑和基质的含量分别约占60%和40%,石英和云母类等弱能干性矿物普遍经受韧性变形的改造,其中石英的拉伸比一般在4:1以上,出现多晶条带构造,黑云母可见云母鱼变形组构;斜长石等能干性矿物除发生旋转变形外,主要发育了剪切阶步和晶内裂隙等脆性变形现象。变形环境相当于低角闪岩相。

构造片岩为糜棱结构,片状构造,由石英(50%)、斜长石(20%)和黑云母(30%)组成。石英为粒状变晶,变晶粒度0.1~0.3 mm,一般被黑云母围绕而呈右旋“δ”型碎斑,定向分布,波状消光;黑云母为片状变晶,沿片轴方向均匀定向分布,显示岩石的片状构造,并因剪切作用而多呈云母鱼;斜长石为粒状变晶,变晶粒度0.1~0.2 mm,沿岩石片理方向均匀定向分布,边缘弱泥化,机械双晶发育,局部发生细颈化而呈透镜体状。

构造片麻岩(?)具糜棱结构,片麻状构造。碎斑成分为钾长石(8%)、斜长石(5%),大小为2.2~12.0 mm,蚀变不强,钾长石卡斯巴双晶发育,斜长石聚片双晶和机械双晶发育,聚片双晶纹发生强烈扭曲。岩石基质矿物成分为钾长石(34%)、斜长石(10%)、石英(30%)、黑云母(12%)及少量角闪石。钾长石为它形粒状,粒径大小为0.2~1.5 mm,蚀变不强,双晶不发育,分布具一定方向性;斜长石为半自形柱状,粒径大小为0.2~0.8 mm,未蚀变,聚片双晶发育,双晶纹发生扭曲且见尖灭现象,与钾长石接触定向分布,在它们接触处见蠕英结构;石英为它形粒状,粒径大小为0.2~2.0 mm,以多晶条带状分布在长石颗粒间,与长石一起定向分布;黑云母为片状,其片轴方向与石英的分布方向一致,具褐—黑多色性,解理见扭曲,局部见云母鱼。

3 运动学特征

剪切带变形组构发育(见图 3)。宏观尺度中有不规则褶皱、鞘褶皱、剪切褶皱和肿缩状石香肠构造以及长石“δ”型旋转碎斑系和右行书斜构造等。其中,不规则褶皱和鞘褶皱、肿缩状石香肠构造见于构造片岩中,而剪切褶皱和长石“δ”型右旋碎斑系则发育于构造片麻岩中。在变形带边部糜棱岩化花岗岩中,并见长石斑晶线理与基质矿物面理(剪切面理)呈锐角相交,指示平面右旋的运动学特点。微观尺度中,长石斑晶韧性变形强烈,呈眼球状、长条状、拖尾状、“δ”型旋转碎斑状。基质中,长石发育变形纹、剪切阶步、扭曲变形;石英基本上以多晶条带产出,晶体呈锯齿状接触,动态重结晶明显;黑云母可见云母鱼、沿解理面剪切活动及膝折等变形组构。

图 3 剪切带变形组构图 Figure 3 Fabric diagram of shear belt deformation

上述变形组构显示,韧性剪切带具有右旋压扭性质。韧性变形带沿走向(平面)方向矿物变形比较强烈,常见指示右旋活动的变形组构;但沿剖面(倾向)方向,岩石变形相对较弱,指向性构造不甚发育。反映了变形带以剪切作用为主,倾向面运动分量小。

4 年代学特征

该变形构造岩具有同构造期岩石侵位的特征。而目前普遍认为,Ar-Ar法测年仅适用于中生代以来地质构造事件测定,因此本文参照花岗岩的测年方法,采用激光ICP-MS法对变形带岩石中的锆石进行年代学测定。

首先采用对滚破碎过筛,洗去粉尘,经铝制淘沙盘富集重矿物,通过磁选、电磁选,剩下非电磁部分,再淘洗获得锆石精矿,然后进行人工挑纯,获取具代表性的定年锆石。锆石颗粒镶嵌在环氧树脂圆盘内并进行清洁、抛光和金镀膜。分析前采用透射和反射显微图及扫描电子显微镜阴极发光图(CL),详细了解锆石内部微区结构。双目镜下锆石大部分呈光亮的自形棱状。CL成像显示,大部分锆石内部结构较为简单,CL图像呈灰色、灰白色和白色,具振荡性或扇形环带,并包含非常薄的亮边,具有岩浆锆石的特点,个别锆石晶体含有清晰的核(见图 4)。

图 4 样品锆石阴极光图 Figure 4 Cathode luminescence map of zircons

测年实验在中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室完成,实验采用的ICP-MS为美国Aglient公司生产的Aglient7500a,激光剥蚀系统为德国MicroLas公司生产的GeoLas200M,该系统由德国Lambda Physik公司的ComPex102ArF准分子激光器(波长193nm)与MicroLas公司的光学系统组成。激光剥蚀斑束直径为30 μm,激光剥蚀样品的深度为20~40 μm。实验中采用He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NIST SRM610进行仪器最佳化,采样方式为单点剥蚀。数据采集选用一个质量峰一点的跳峰方式,每完成6个待测样品,插入测标样2次。在所测锆石样品18个点次前后各测2次NIST SRM610。锆石年龄采用标准锆石91500作为外部标准物质。元素含量采用NIST SRM610作为外标。由于SiO2在锆石中的含量较恒定,选择29Si作为内标来消除激光能量在点分析过程中以及分析点之间的漂移,对于大多数元素单点分析的相对标准偏差为5%~15%。采用Glitter程序(ver40,麦考瑞大学)对锆石的同位素比值及元素含量进行计算,并按照Andersen Tom的方法,用LAM-ICPMS Common Lead Correction(ver3.15)对其进行了普通铅校正。年龄计算及谐和图采用Isoplot(ver3.0)完成。

测量结果见表 1。其中,芒三水库D1111样品测点18个,206Pb/238U年龄介于(226±2)~(312±3)Ma间,其加权平均年龄为284.3±1.3 Ma;吊罗山林场D0994样品测点16个,206Pb/238U年龄基本介于(264±2)~(294±2)Ma间,加权平均年龄为265.9±1.3 Ma。二者均属于二叠纪形成(见图 5)。

表 1 样品锆石ICP-MS测年结果 Table 1 Dating results of ICP-MS zircon from samples

图 5 构造岩石锆石激光ICP-MS法U-Pb年龄谐和图 Figure 5 Age concordancy diagram of acorite laser ICP-MS method
5 地质意义

韧性变形带属于花岗岩浆沿剪切带侵位充填并发生同步变形的产物,变形岩石发育各种指向性变形组构,指示具有右行剪切活动的运动学特征。韧性变形呈北东向线状分布,与同期区域构造面理、线理展布方向基本一致,属于海南岛海西—印支期造山作用生成起来的弧状构造带的一部分[2]

谢才富[3]认为海南岛自距今约278~262 Ma,岩石圈厚度从>100 km减薄为约55~60 km;地壳厚度则从50~60 km减薄为约35 km。而在距今约287~278 Ma,海南岛的地壳厚度则是从<35 km逐渐增厚为50~60 km。一般认为同碰撞阶段,岩石圈往往产生缩短、堆叠而加厚;而在后碰撞和后造山阶段,岩石圈将显著减薄,亦即距今约278 Ma是海南岛海西—印支造山运动同碰撞往后碰撞构造环境演化的一个重要转折点。本文在同构造期韧性剪切变形花岗岩体中获得锆石激光ICP-MS法年龄为284.3±1.3 Ma、265.9±1.3 Ma,岩石线理、面理发育(以线理构造比较醒目),认为其构造环境属于同碰撞往后碰撞阶段转换的产物,与谢才富[3]的认识比较吻合。结合韧性剪切变形带南东面相继发育的北东走向的中三叠纪EMⅡ型基性—超基性镁铁质岩带和碱性岩带等花岗岩浆带分析,认为该地区自北西向南东,经历了由二叠纪剪切到三叠纪伸展、隆升的过程。

一直以来,基于海南岛南、北两端早古生代沉积作用、变质变形特征、古生物面貌和古地磁等方面的差异性,进而以东西向九所—陵水构造带为界进行构造单元划分[4],并认为南、北两地体拼合时间为白垩纪[5]。但缺乏碰撞作用的构造迹象证据,尤其是东西向构造分野的主张与南、北两侧地体白垩纪北东向的构造格局并不协调。谢才富等[6]基于三亚中三叠世石榴霓辉石正长岩的发现,认为属于海南岛南东面北东向碱性岩带的一部分,并可能延伸至广东罗定至福建明溪一带,提出海南岛南、北地体在晚二叠世拼合在一起。但缺乏南、北地体晚二叠纪拼合构造迹象的直接证据。因此,北东向韧性剪切变形带的厘定,将为海南岛构造单元划分提供新的启发。

致谢 岩石薄片由吕嫦艳、曾广策鉴定,年代学测定由周进波、魏昌欣在中国地质大学(武汉)完成,云平、胡在龙、周进波、汪焰华等参与了野外调查工作,在此一并表示感谢。

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