海南地块形成与拼合时限:来...砂岩中碎屑锆石年代学的约束_龙文国.pdf
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1、海南地块形成与拼合时限:来自早石炭世变质粉细砂岩中碎屑锆石年代学的约束龙文国1,2,王晶1,谭满堂1,2,王磊1,2,王祥东1,2,吴俊1,李岩1,2LONG Wen-Guo1,2,WANG Jing1,TAN Man-Tang1,2,WANG Lei1,2,WANG Xiang-Dong1,2,WU Jun1,LI Yan1,21.中国地质调查局武汉地质调查中心(中南地质科技创新中心),湖北 武汉 430205;2.中国地质调查局花岗岩成岩成矿地质研究中心,湖北 武汉 4302051.Wuhan Center,China Geological Survey(Geosciences Innov
2、ation Center of Central South China),Wuhan 430205,Hubei,China;2.Research Center for Petrogenesis and Mineralization of Granitoid Rocks,China Geological Survey,Wuhan 430205,Hubei,China摘要:原-古特提斯洋的闭合时限及其缝合带的具体位置对理解特提斯洋构造演化具有非常重要的意义。本文采用碎屑锆石年代学方法,分析了海南岛乐东-定安断裂两侧早石炭世沉积物源的特征,结合志留纪时沉积物源的特征,解译了其物源变化所指示的原-古特
3、提斯洋盆闭合时限。碎屑锆石年代学显示,乐东-定安断裂东侧志留纪兰多维列世保脚村组和足赛岭组中最年轻一组碎屑锆石年龄为420500 Ma,西侧志留纪兰多维列世陀烈组中碎屑锆石年龄均大于1100 Ma,二者显示出不同的年龄数据及谱系特征,应分属两个不同块体上沉积区的产物;不同于兰多维列世,乐东-定安断裂东西两侧早石炭世南好组中碎屑锆石年龄值分别为343 2465 Ma与365 2742 Ma,二者具相同的年龄数据及谱系特征,暗示接收相同的物源,应属同一块体上相同沉积区的产物,表明琼西北地块与琼东南地块在早石炭世已拼合成了统一的海南地块。综合区域上的其他地质资料,笔者认为琼东南地块与琼西北地块间的原
4、-古特提斯洋盆的最终闭合时限应该在晚泥盆世,乐东-定安断裂可能是琼东南地块与琼西北地块之间的原-古特提斯洋盆闭合的位置。关键词:南好组;早石炭世;碎屑锆石;原-古特提斯;乐东-定安断裂;海南地块中图分类号:P56;P534.45文献标识码:A文章编号:2097-0013(2023)02-0259-19Long W G,Wang J,Tan M T,Wang L,Wang X D,Wu J and Li Y.2023.Formation and Amalgamation Time of Hainan block:Constraints from the Detrital Zircons U-Pb
5、 Geochronology onEarly Carboniferous Metasiltstone.South China Geology,39(2):259-277.Abstract:The determination of the closure timing and the exact suture location of the Proto-to Paleo-Tethysis crucial for understanding the tectonic evolution of the Tethys.In this study,we used detrital zircon geoc
6、hro-nology to examine the features of Early Carboniferous sediment sources on both sides of the Ledong-Dinganfault in Hainan Island.Combined with the characteristics of Silurian sediment sources,we interpreted the clo-sure timing of the Proto-to Paleo-Tethys Ocean indicated by the change in sediment
7、 sources.Detrital zircongeochronology revealed that the youngest batch of detrital zircon ages in the Llandoverian Baojiaocun andZusailing Formation on the eastern side of the Ledong-Dingan fault ranged from 420 Ma to 500 Ma,while收稿日期:2023-2-7;修回日期:2023-5-31基金项目:中国地质调查局项目(DD20230226、DD12120113066400
8、、DD20160031、DD20190047)第一作者:龙文国(1967),男,研究员,从事区域地质与矿产地质调查与研究,Email:第39卷 第2期2023年6月华 南 地 质South China GeologyVol.39,No.2,259-277Jun.,2023doi:10.3969/j.issn.2097-0013.2023.02.006华 南 地 质2023 年海南地块(其范围包括海南岛及周缘陆架海域)位于华南板块、太平洋板块、印支地块、南海地块的交汇部位(李献华等,2000;Li X H et al.,2002)。长期以来,前人对海南地块大地构造单元划分的认识存在较大分歧(郭令
9、智等,1980;王鸿祯,1982;任纪舜,1984;杨树锋等,1989;Hs et al.,1990;Chen H H et al.,1993;Metcalfe et al.,1993;汪啸风等,1992;陈海泓等,1994;海南地质矿产局,1997;李献华等,2000;Li X H et al.,2002;龙文国等,2022a;刘晓春等,2022),主要分歧在于是以北东向白沙断裂为界(王鸿祯,1982;Metcalfe et al.,1993;龙文国等,2022a),还是以东西向的九所-陵水断裂或昌江-琼海断裂进行构造单元划分(郭令智等,1980;任纪舜,1984;杨树锋等,1989;Hs
10、et al.,1990;海南地质矿产局,1997;李献华等,2000;LiX H et al.,2002;刘晓春等,2022)。近年来越来越多的研究成果显示北东向乐东-定安断裂与王鸿祯(1982)和Metcalfe et al.(1993)所指白沙断裂位置大致相同,具体位置有调整与细化两侧前寒武纪基底组成、早古生代地层的沉积特征与古生物组合等方面具有明显的差异,且海南岛古生代构造形迹主体呈北东向,可以此为界将海南岛划分为两个构造单元,即南东侧的琼东南地块与西北侧的琼西北地块(龙文国等,2022a)。东西向的九所-陵水断裂和昌江-琼海断裂可能形成于燕山期(杨树锋等,1989;李孙雄等,2017)
11、,其导致强烈岩浆侵入活动,形成东西向的燕山期花岗岩带,后期叠加挤压构造,断裂带表现出压性或压扭性特征(广东省地质矿产局,1988)。琼西北地块与琼东南地块早志留世地层的沉积特征及其碎屑锆石年龄谱系特征(龙文国等,2022a,2023)存在较大差异,指示早志留世时二者分属不同块体,其拼合时间应晚于早志留世(龙文国等,2022b)。琼东南地块西北缘的屯昌黄竹岭一带分布一套杂岩(黄竹岭杂岩),以往多被划归前寒武纪抱板群(张仁杰等,1991;马大铨等,1997,1998;龙文国等,2002),现已重新解体为志留纪保脚村组和蒙花岭组,以及泥盆纪侵入岩类,志留纪蒙花岭组中夹中酸性火山岩(龙文国等,2022
12、a,2023)。黄竹岭地区志留纪-泥盆纪的岩浆活动应与志留纪-泥盆纪时期原-古特提斯洋的俯冲消亡有关,变质沉积岩系则是俯冲碰撞过程中的沉积-变质响应产物(龙文国等,2022a,2023)。可见,琼西北地块与琼东南地块应于志留纪-泥盆纪期间拼合成海南地块(龙文国等,2022b)。此次,笔者对乐东-定安断裂两侧早石炭世南好组变质粉细砂岩中的碎屑锆石进行 U-Pb年代学研究,并与海南岛及周边地区潜在的源区年龄信息进行对比分析,以期揭示断裂带两侧早石炭世不同地区沉积岩的物源,从而为海南地块的形成与拼合Llandoverian Tuolie Formation on the west were all
13、older than 1100 Ma.The different age data and lineagefeatures shown suggested that they would have been the products of sedimentation areas of two distinct tec-tonic blocks.In contrast to the Llandoverian,the detrital zircon age in the Early Carboniferous Nanhao For-mation on both sides of the Ledon
14、g-Dingan fault ranged from 343 Ma to 2465 Ma and 365 Ma to 2742 Ma re-spectively,showing similar age data and lineage features.This implied that they shared the same sedimentsource and could be the products of the same sedimentation area on a single tectonic block,indicating that theQiongxibei block
15、(Northwest Hainan Island)and Qiongdongnan(Southeast Hainan Island)block could havebeen amalgamated into a single Hainan block by Early Carboniferous.By combining with other geologicaldata,we propose that the final closure of the Proto-to Paleo-Tethys Ocean between the Qiongdongnan andQiongxibei bloc
16、k likely occurred during the end of the Late Devonian,and the Ledong-Dingan fault couldrepresent the suture marking the closure location of the Proto-to Paleo-Tethys basin between these twoblocks.Key words:Nanhao Formation;Early Carboniferous;detrital zircon;Proto-to Paleo-Tethys;Ledong-DinganFault;
17、Hainan block260第39卷 第2期时限提供制约。1 区域地质背景海南地块(其范围包括海南岛及周缘陆架海域)由琼东南地块与琼西北地块组成(图1),北东向的乐东-定安断裂具块体边界性质,总体而言海南岛北东向、东西向、南北向、北西向构造形迹均较发育,东西向的昌江-琼海、尖峰-吊罗、九所-陵水等断裂均为海南地块形成后发育的晚期板内断裂(广东省地质矿产局,1988;汪啸风等,1992;Metcalfeet al.,1993;Metcalfe,1996;李孙雄等,2017)。琼西北地块上出露的前寒武纪地质体主要分布于海南岛西部抱板、大蟹岭、冲卒岭、石碌等地,包括抱板群、石碌群和石灰顶组(中国科
18、学院华南富铁矿科学研究队,1986;张仁杰等,1991;张业明等,1997;马大铨等,1997;龙文国等,2005a)。抱板群形成于中元古代,石碌群形成于青白口纪(张仁杰等,1991),二者呈断层接触,而与上覆震旦纪石灰顶组呈不整合接触(Li Z X et al.,2002,2008;Yao W H et al.,2017;Zhang L M et al.,2019)。下古生界出露零星,出露的奥陶系无可靠的古生物化石证据或精确年代学数据,志留系分布广泛而零散,自东方往东至昌江、白沙、儋州均有分布,但除东方江边-广坝地区(汪啸风等,1992;龙文国等,2016)其余地区志留纪地层的划分及时代归属
19、大多据岩石组合特征或其中所含的微体化石。白沙、儋州等地区原划归志留纪的地层至少部分形成于晚古生代(张立敏等,2017)。上古生界相对发育,角度不整于下古生界之上,由海相砂岩、板岩、砂质板岩、灰岩组成,石炭系(图1b)划分为南好组、青天峡组,二叠系划分为峨查组、峨顶组、南龙组(海南地质矿产局,1997)。张仁杰等(2001,2010)认为昌江县石碌及白沙县金波老村一带发育泥盆纪地层,张仁杰等(2020)和赵小明等(2020)认为儋州兰洋一带原划归晚石炭世的地层(卢功一等,1993;龙文国等,2007)应为晚泥盆世地层。目前,琼东南地块上报道的有精确年代学依据的前寒武纪地质体较少,屯昌黄竹岭地区(
20、龙文国等,2002,2005a;李孙雄等,2017)及琼中上安地区(马大铨等,1997;张业明等,1997)原划归前寒武纪的地质体,近年来的研究成果显示其均为显生宙形成的地质体(Li X H et al.,2006;陈新跃等,2011;周岱等,2021;龙文国等,2022a,2023)。刘晓春等(2022)于琼北文昌木兰头一带发现了少量残留的前寒武纪地质体,认为其与琼西抱板群可对比,但其报道的岩石组合特征及年代学数据信息表明该地质体与琼西抱板群有明显区别。三亚-保亭一带出露早古生代浅海相碎屑岩、碳酸盐岩夹含磷硅质岩和笔石页岩建造,含丰富的三叶虫、腕足类及小壳类等化石(汪啸风等,1992;海南地
21、质矿产局,1997;曾庆銮等,2003)。寒武系含有以Xystridura、Galahetes和Pagetia为代表的生物组合和含磷沉积组合,它们可与澳大利亚昆士兰地区的寒武系进行对比(汪啸风等,1992)。屯昌黄竹岭地区厘定的志留系与乐东-保亭县地区志留系的岩石组合特征可大致对比(龙文国等,2023),它们同处于琼东南地块西北缘,二者碎屑锆石年龄频谱特征基本相同(龙文国等,2022a,2023),暗示二者的物源区大致相同。琼东南地块上古生界出露面积较小,角度不整于下古生界之上,主要分布于保亭南好及万宁东岭农场一带(海南地质矿产局,1997;李孙雄等,2017)(图1b),进一步划分为石炭系南
22、好组、青天峡组,其沉积特征与岩石组合特征与琼西北地块上出露的同时代地层大致相同。海南岛中生代地层形成于同一大地构造背景,多分布于断陷盆地中,为巨厚的陆相红色粗碎屑岩夹泥页岩、火山岩。新生界古近系-新近系出露或隐伏分布于琼北广大地区,琼南沿海地区则为隐伏分布,为粗碎屑岩系夹粉砂泥页岩,夹多层玄武岩。海南岛岩浆岩分布广泛,以酸性和中酸性岩为主。中元古代片麻状花岗岩侵入抱板群中,加里东期岩浆岩主要见于屯昌黄竹岭地区S型花岗岩(丁式江等,2005;龙文国等,2022b)和中酸性火山岩(丁式江等,2002;龙文国等,2005b)。海西-印支期岩浆作用非常强烈,呈面状分布于全岛,其成因与古特提斯洋的演化密
23、切相关,发育与俯冲、碰撞和后碰撞相关的系列岩浆岩(李孙雄等,2017)。燕山期岩浆活动也较发育,早燕山期侵入岩较少,主要发育晚燕山期岩浆岩(李孙雄等,2017)。新生代岩龙文国等:海南地块形成与拼合时限:来自早石炭世变质粉细砂岩中碎屑锆石年代学的约束261华 南 地 质2023 年浆活动以基性岩浆喷发为特征,广布于琼北地区,形成于大陆拉张构造背景。2 样品特征与测试方法2.1 样品特征本次研究的碎屑锆石定年样品1201和19WN-01均采自海南岛东部万宁东岭农场峰膏岭剖面(宜昌地质矿产研究所,1992)早石炭世南好组的变质粉细砂岩中(图 2a,N191212,E1102448;图 2b,N19
24、1159,E1102447)。碎屑锆石定年样品0704采自海南岛西部儋州八一农场309队早石炭世南好组变质粉细砂岩中(图2c,N1924 3,E10918 48),三个样品均为含泥质的粉细砂岩区域变质的产物,矿物成分主要为石英(约90),含少量绢云母(约5)和长石(约5)。2.2 测试方法样品的锆石分选在河北省廊坊市诚信地质服务公司完成。选取新鲜样品,去除风化面和表面污物,而后进行机械破碎,锆石经手工淘洗、强磁选、图 1 海南岛石炭纪地层分布图Fig.1 The spatial distribution of Carboniferous in Hainan Island据海南岛1 50万地质图
25、(李孙雄等,2017)简化262第39卷 第2期电磁选、重液分选和双目镜下手工挑选。南好组中碎屑锆石(0704,1201)U-Pb同位素分析在中国地质大学地质过程与矿产资源国家重点实验室(GPMR)利用激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪(LA-ICP-MS)分析完成。激光剥蚀系统为Geo-Las 2005,ICP-MS为Agilent 7500a。激光剥蚀过程中采用氦气作为载气以提高气溶胶运输到质谱仪的效率,并且减少气溶胶沉积在消融部位及运输管的周围。样品测试过程中采用束斑直径为32 m,每个分析点由2030 s空白和50 s采集信号组成。U-Pb同位素定年中U、Th和Pb含量采用29Si为内标,
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