江西庐山地区中生代飞来峰构造的厘定:同位素年代学和地质构造证据.pdf
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1、通过对庐山地区前寒武纪地层系统的同位素年代学测定,建立庐山地区前寒武纪地层年代学框架,结合详细野外地质构造研究和显微构造分析,本文厘定了庐山地区中生代大型飞来峰构造。该飞来峰外来系统为汉阳峰一带出露的庐山垄群火山岩系,2 个火山岩样品的锆石年龄分别为 8404 Ma 和 8284 Ma,大致限定了该火山岩系的形成年龄;原地系统为汉阳峰山下广泛分布的星子群和板溪群,6 个变沉积岩样品的碎屑锆石年代学数据指示原地系统地层的最大沉积年龄小于 810790 Ma,显示飞来峰外来系统和原地系统的层位关系已经发生倒置。庐山飞来峰下伏构造推覆面在其东南侧为韧性剪切带,发育糜棱岩和构造片岩,其中的矿物拉伸线理
2、和长石碎斑系等运动学标志显示其逆冲推覆方向为由 SW往NE。该飞来峰现今的长约 1215 km,宽约 36 km,面积约为 50 km2,最小推覆距离为 15 km。根据推覆构造韧性剪切带内单矿物年代学推测其推覆时间在 140 Ma 左右,这既为华南地区燕山运动 B 幕时间提供了关键证据,也佐证华北、华南地区燕山运动 B 幕的一致性。庐山中生代飞来峰构造的厘定对中国东部燕山运动性质和板内造山形成机制具有重要科学意义。关键词:庐山;中生代飞来峰;推覆构造;同位素定年;燕山运动 中图分类号:P542 文献标志码:A 文章编号:1001-1552(2023)03-0473-011 0 引 言 庐山不
3、仅是独特而绮丽的自然人文胜地,而且一直是华南地区构造研究的热点之一。对于庐山地区复杂地质构造的成因机制,学者们提出“变质核杂岩”(尹国胜和谢国刚,1996;张海祥等,2003;李学刚等,2010;朱清波等,2010;杨帆等,2017,2018),“变质岩浆核杂岩构造”或“变质核花岗岩底辟滑覆构造体系”(董树文等,2011)等多种解释模型,虽经长期研究但至今仍没有定论。早在 20 世纪八十年代末,许靖华(1987)和李继亮等(1989)提出庐山是来源于华夏古陆的中生代碰撞造山带残留的“飞来峰”;薛虎(1992)也曾认为庐山是一个飘置在上白垩统古近系之上的新生代“飞来峰”。上述关于庐山“飞来峰”构
4、造的认识缺失相关的地质学观察与分析,均为一种推测,因而并未被学术界认可。本研究利用 LA-ICP-MS锆石 U-Pb同位素定年,建立庐山地区前寒武纪地层年代学框架,结合庐山地区构造变形的几何学、岩石变形所代表的运动学及显微尺度的构造特征研究,厘定了庐山地区中生代大型飞来峰构造,为认识中国东部中生代燕山运动和板内造山提供了一个较好的实例。474 第 47 卷 1 庐山飞来峰的地质特征 庐山飞来峰构造位于中、下扬子交接部位,地处长江中下游中生代坳陷带南缘,北侧为大别造山带,南侧为江南隆起带。研究区出露的前寒武纪地层主要为庐山垄群(包括筲箕洼组和汉阳峰组)、星子群和板溪群以及莲沱组。飞来峰外来系统为
5、新元古界庐山垄群火山岩系;原地岩系为新元古界星子群和板溪群(图 1)。区内中生代花岗岩、伟晶岩、混合岩及变质岩同属四位一体,构成“星子混合杂岩体”(江西省区域地质志,1984)。1.1 外来系统 外来系统为新元古界庐山垄群火山岩系,分布在庐山西南麓的汉阳峰一带,整体呈 NE走向,延伸距离约 1215 km,宽约 36 km,出露面积约 50 km2(图 1)。庐山垄群自山顶至山腰进一步划分为汉阳峰组和筲箕洼组,构造上主要呈脆性破裂及弱片理化。岩性上,汉阳峰组主要由陆相喷发的变斑或少斑流纹岩组成,间夹基性熔岩和安山岩;筲箕洼组主要为一套海相喷溢的细碧岩角斑岩石英角斑岩组合,间夹少量沉凝灰岩(图
6、2;董树文等,2010;高林志等,2012;史志刚,2014)。本研究在汉阳峰顶和筲箕洼附近采集了 2 个火山岩样品,分别为变斑流纹岩(HYF21-01)和石英角斑岩(LSL19-03),对这 2 个样品进行 LA-ICP-MS 锆石 U-Pb 定年,分析数据见附表 1(具体见网络电子版http:/ 100250 m,发育典 型 的 振 荡 环 带(附 图 1;具 体 见 网 络 电 子 版http:/ 值大于 0.4,属于岩浆结晶的产物。LA-ICP-MS 锆石 U-Pb 定年结果呈现出良好的谐和性,锆石的206Pb/238U 加权平均年龄分别为 8404 Ma(MSWD=1.1,n=22)
7、和 8284 Ma(MSWD=0.9,n=24),大致限定了庐山垄群火山岩 的 形 成 年 龄(附 图2;具 体 见 网 络 电 子 版http:/ 840828 Ma(附图2;具体见网络电子版 http:/ 3a;筲箕洼组:840828 Ma;汉阳峰组:852838 Ma;董树文等,2010;高林志等,2012;Li et al.,2013;史志刚,2014),指示庐山垄群火山岩系应定位在“武陵运动(8205 Ma)”之下,层位大致相当于皖南地区的溪口群和湖南地区的冷家溪群(高林志等,2015)。1.2 原地系统 庐山飞来峰的原地系统为新元古界星子群和板溪群,因所处的地质环境不同,其岩石组合
8、及变质程度亦互有差异,岩性比较复杂(图 1、2)。星子群的出露范围东起鄱阳湖畔,西至归宗寺,南至枭木山,北东向延伸至海会,岩石类型主要为经受了复杂的变质作用而形成的片岩、片麻岩、变粒岩、混合岩和少量变基性岩,岩石成层性较好,大多呈中薄状或中厚层状,以片岩、变粒岩为主体夹有其他岩石产出,或以互层状出露;板溪群主要出露于横塘一带,主要为变质程度较浅的板岩、砂质板岩和千枚岩(江西省区域地质志,1984;叶瑛等,1996)。星子群地层面理发育,倾向多变,倾角大多为2545,总体表现为以东牯山为中心向四周倾伏的穹状构造(图 1、2),归宗寺秀峰观音桥一带可以清楚地观察到较平缓的 NE-SW 向矿物拉伸线
9、理构造,产状变化范围为 1972381020。板溪群发育水平层理、韵律层理和交错层理,局部呈宽缓的褶皱构造(图 2)。星子群变质作用具有较为明显的分带现象,大致可识别出了黑云母带石榴石带十字石带矽线石带,局部发育榴闪岩透镜体和蓝晶石(叶瑛等,1996;Lin et al.,2000)。区内混合岩主要赋存于矽线石带内,包括眼球状、条带状、条痕状及肠状混合岩,围绕穹隆中心花岗岩体呈不规则的弧形带状分布,由中心向外,混合岩化作用渐趋变弱。利用变沉积岩和变基性岩中的平衡变质矿物地质温压计,星子群的变质温度大约在 480700 之间,压力为0.320.75 Ga,指示了庐山地区的变质程度可达高角闪岩相(
10、张海祥等,2003;任升莲等,2014;杨帆等,2018)。本次研究对区内沉积岩开展了 LA-ICP-MS 碎屑锆石 U-Pb 定年工作,包括 4个星子群变沉积岩样品和 2 个板溪群变沉积岩样品。样品中的锆石大多为次棱角状浑圆状、短柱状,局部溶蚀,粒径为50250 m,部分颗粒具有核边结构,核部发育明显的振荡环带或扇形分带,应为岩浆成因的碎屑锆石(附图 1)。因变质边窄小,未能对其进行年龄测定,分析数据见附表 1。板溪群 2个样品(ZJS19-03和 LS19-02)中大部分锆石的 Th/U 值大于 0.4,所有碎屑锆石年龄散布于约 2700770 Ma 之间,840770 Ma 以及 950
11、850 Ma之间有主、次两个明显的峰值,在 27002400 Ma 之间也有少量锆石集中(附图 3;具体见网络电子版http:/ 840770 Ma 的分 第 3 期 莫佳君等:江西庐山地区中生代飞来峰构造的厘定:同位素年代学和地质构造证据 475 析点中,锆石年龄较为年轻且集中,206Pb/238U 加权平均年龄分别为 8135 Ma(MSWD=1.7,n=37)和7945 Ma(MSWD=1.8,n=37),该年龄可以较好地限定庐山地区板溪群的最大沉积年龄。星子群 4 个样品(GZS20-01、XF19-01、AK19-01和 SDQ19-01)中大部分锆石 Th/U 值大于 0.4,所有
12、碎屑锆石年龄散布于约 2600770 Ma 之间,在840770 Ma 以及 1000850 Ma 之间有主、次两个 U.锆石 U-Pb 定年;A.40Ar/39Ar 定年;白色为本文报道的定年数据;黄色为前人报道的定年数据:.Lin et al.,2000;.董树文等,2010;.朱清波等,2010;.高林志等,2012;.Li et al.,2013;.Wang et al.,2014;.史志刚,2014;.王继林等,2015;.杨帆等,2017。图 1 庐山飞来峰构造地质简图(据江西省地质矿产局,1984;Lin et al.,2000 修改)Fig.1 Geological map o
13、f the Lushan klippe structure 476 第 47 卷 剖面位置及地层符号见图 1。同位素定年数据来源:Lin et al.,2000;朱清波等,2010;侯莹玲等,2023;本文以及作者未发表数据。矿物代号:Mus.白云母;Amp.角闪石;Mnz.独居石;Zr.锆石。图 2 庐山地区地质剖面图 Fig.2 Geological profile of the Lushan area (a)外来系统庐山垄群(汉阳峰组和筲箕洼组)火山岩锆石 U-Pb 年龄(数据来源:本文;董树文等,2010;高林志等,2012;Li et al.,2013;史志刚,2014);(b)原地
14、系统(星子群和板溪群)变沉积岩碎屑锆石 U-Pb 年龄直方图(数据来源于本文)。图 3 庐山地区前寒武纪地层年代学 Fig.3 Isotopic chronological results of the Precambrian strata in the Lushan area 明显的峰值,在 21001900 Ma 以及 26002400 Ma之间也有少量锆石集中(附图 4;具体见网络电子版http:/ 840770 Ma 的分析点中,锆石年龄较为年轻且集中,206Pb/238U 加权平均年龄分别为7944 Ma(MSWD=1.5,n=32),8055 Ma(MSWD=2.2,n=39),8
15、094 Ma(MSWD=1.5,n=42)和8066 Ma(MSWD=2.5,n=33),该年龄可以较好地限定庐山地区星子群的最大沉积年龄。星子群和板溪群中总共 6 个变沉积岩样品的碎屑锆石均给出了在误差范围内近一致的峰值年龄。岩浆结晶核部或者无变质边结晶成因的碎屑锆石最年轻的峰值年龄为807 Ma(图 3b),这与史志刚(2014)和 Wang et al.(2014)报道的星子群年龄在误差范围内基本一致(816768 Ma)。依据本工作所获得的碎屑锆石年龄,庐山地区星子群和板溪群的最大沉积年龄应小于 810790 Ma。已有的研究表明,湘西北和黔东南一带的板溪群、赣东北地区的登山群、皖南地
16、区的历口群和浙北地区的河上镇群及其相当地层的沉积 第 3 期 莫佳君等:江西庐山地区中生代飞来峰构造的厘定:同位素年代学和地质构造证据 477 岩中碎屑锆石的峰值年龄基本上位于 820780 Ma 之间(高林志等,2015)。因此,庐山地区星子群和板溪群可能形成于新元古代广泛的820 Ma 花岗质岩浆活动之后,层位在“武陵运动(8205 Ma)”之上。综上所述,飞来峰外来系统和原地系统的层位关系已经发生倒置,显示相对较老的地质体掩覆在相对较新的地质体之上,并具有截然不同的岩性组合,明确了庐山外来系统与周围岩层具有“不同物质组成”,符合庐山“飞来峰构造”特征。1.3 韧性剪切带推覆面 庐山飞来峰
17、整体呈近 NE 向展布,在研究区内延伸约 15 km,指示最小推覆距离应大于 15 km(图 1)。飞来峰推覆体与西侧的板溪群以低角度脆性断层相接触,与北侧的莲沱组呈高角度断层接触;而与东南侧的星子群以韧性剪切带相接触,整体构成了非常复杂的飞来峰推覆面。韧性剪切带出露于飞来峰推覆体东南侧的隘口归宗寺秀峰一带,其产状与下伏星子群的面理近于平行,上盘岩层的产状在靠近剪切带附近也趋于平行。该剪切带总体表现出塑性变形特征,推覆体岩席和基底变质岩被强烈的面理化,构造置换强烈(尹国胜和谢国刚,1996)。剪切带内发育糜棱岩化流纹岩及构造片岩、构造片麻岩等糜棱化变质岩,发育一系列矿物拉伸线理,眼球状、透镜状
18、变斑晶,不对称布丁,长石碎斑系和石英脉褶皱(图 4a、b)。韧性剪切带内的拉伸线理主要由定向排列的长石颗粒和云母颗粒,以及拉长的石英颗粒构成,线理倾伏方向与剪切带延伸方向大致平行,介于 205246之间,倾伏角近水平,多为 1530(图 1、2)。韧性剪切带多发生塑性变形,根据矿物拉伸线理和长石碎斑系等标志物,可判断韧性剪切带的运动方向为上盘向 NE 运动。同时,蓝晶石作为典型的中高压变质矿物出现在太乙村附近的变沉积岩中(Lin et al.,2000),这有可能是上盘推覆体向 NE 方向逆冲,于飞来峰前缘产生最大挤压应力的结果。此外,李继亮等(1989)发现在接触界线附近发育轴面近于水平的平
19、卧褶皱,其轴面向南倾斜且倾角很小,反映了逆冲断层向北冲断的运动方向。根据本次对韧性剪切带内糜棱岩化流纹岩和二云母石英构造片岩的显微变形特征观察,二云母石英构造片岩中石英主要呈单晶颗粒的定向拉长,形成石英条带(图 4c);而糜棱化流纹岩内残斑以石英和长石为主,石英主要呈膨凸式重结晶(BLG)和亚颗粒旋转重结晶(SR),而长石晶粒较大,多表现为晶内显微破裂,双晶发育,局部边缘出现亚颗粒化(图4d),由此推断变形温度为300420(附表2;具体见网络电子版 http:/ et al.,2002;Passchier and Trouw,2005;向必伟等,2007)。1.4 强变形带 强变形带主要出露
20、在观音桥华林牛屎墩一带,广泛发育糜棱岩及构造片岩、构造片麻岩等糜棱状岩石及固态流变褶皱,且同构造脉体柔皱变形强烈,往往呈不规则透镜状或肠状褶皱,围岩与脉体共变形,形态复杂,这是强变形带的典型特征之一(王继林等,2015;杨帆等,2017)。岩石的剪切和韧性流变现象非常丰富,发育透入性面理和矿物拉伸线理,线理的倾伏向介于 195220之间,倾伏角为 1030(图 1、2)。野外观察到的矿物拉伸线理、擦痕/阶步、变斑晶眼球构造和长石碎斑系等运动学特征,一致指示了强变形带上盘向 NE 运动。根据本次对强变形带内糜棱岩的显微变形特征观察,糜棱岩内残斑以石英和长石为主,石英主要呈亚颗粒旋转重结晶(SR)
21、和颗粒边界迁移重结晶(GBM),而长石晶粒较大,多表现为晶内显微破裂和膨凸式重结晶(BLG),双晶发育,局部边缘出现亚颗粒化(图 4e、f),由此推断变形温度为 500620(附表 2;Stipp et al.,2002;Passchier and Trouw,2005;向必伟等,2007)。1.5 逆冲推覆时间 飞来峰下伏构造推覆面在东南侧的韧性剪切带中,发育较为稳定 NE-SW 向矿物拉伸线理。韧性剪切带内白云母和角闪石的40Ar/39Ar 年龄分别为140.41.7 Ma 和 140.52.9 Ma(Lin et al.,2000;朱清波等,2010)。据上文所述,韧性变形带属中低温变形
22、(300420 ),变 形 温 度 与 白 云 母 的 封 闭 温 度(35050;Harker and Wang,1995)相近,略低于角闪石的封闭温度(50050;Harrison,1981),因此所得到的单矿物40Ar/39Ar 年龄近似于变形年龄。该年龄应为一次中生代构造事件的记录,即140 Ma 代表了庐山飞来峰推覆运动的时间,属早白垩世。强变形带与韧性剪切带具有相似的运动学特征,一系列的矿物拉伸线理、长石碎斑系等各类运动学特征都指示逆冲推覆方向由 SW 往 NE。此外,强变形带内的同构造糜棱岩化伟晶岩脉的锆石 U-Pb 年龄为 140.51.7 Ma 和 139.11.6 Ma(王
23、继林等,2015;杨帆等,2017),这期伟晶岩脉发生了强烈的韧性变形,指示区内构造变形事件应不早于140 Ma,这与韧性剪切带的活动时间在误差范围内基本一致,暗示该强 478 第 47 卷 (a)秀峰黄岩寺附近,流纹岩层面上针状矿物定向排列,矿物拉伸线理产状为 20515;(b)秀峰黄岩寺附近,强烈变形脉体及流纹岩层面上长石碎斑系定向排列,碎斑呈透镜状、豆荚状或椭圆状;(c)韧性剪切带内二云母石英构造片岩(XF19-01),石英单晶颗粒定向拉长,呈多晶条带,当条带较细时为长矩形单晶颗粒;(d)韧性剪切带内糜棱岩化流纹岩(XF22-01),长石斑晶断裂呈布丁构造,白云母定向排列;(e)强变形带
24、内长英质糜棱岩样品(NSD22-01),斜长石书斜式构造,边缘发生膨凸型重结晶(BLG),石英多发生亚颗粒旋转动态重结晶(SR);(f)强变形带内长英质糜棱岩样品(NSD22-02),长石发生显微破裂与膨凸式动态重结晶(BLG),石英发生亚颗粒旋转动态重结晶及颗粒边界迁移重结晶(SR+GBM)。矿物代号:Pl.斜长石;Qtz.石英;Mus.白云母;Bt.黑云母。图 4 庐山飞来峰构造地质特征及显微照片 Fig.4 The structural characteristics of the Lushan klippe and photomicrographs 变形带可能是平行于逆冲推覆韧性剪切带
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