孫 杰，劉 磊，李 響，趙增霞，趙 陽(yáng)

(1.桂林理工大學(xué) a.廣西隱伏金屬礦產(chǎn)勘查重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；b.有色金屬礦產(chǎn)勘查與資源高效利用省部共建協(xié)同創(chuàng)新中心，廣西 桂林 541006；2.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局武漢地質(zhì)調(diào)查中心，武漢 430205)

板塊構(gòu)造理論是20世紀(jì)自然科學(xué)的重大成就之一, 也是目前統(tǒng)領(lǐng)固體地球科學(xué)的重要科學(xué)理論[1]。板塊構(gòu)造理論的核心是大洋的生成與消亡, 但促使大洋消亡的俯沖帶是如何啟動(dòng)的, 是板塊構(gòu)造理論尚未解決的重要科學(xué)問(wèn)題之一[2-4]。明確俯沖作用早階段的地質(zhì)響應(yīng)有助于解決上述問(wèn)題, 這需要對(duì)保存較好的顯生宙俯沖帶和俯沖作用產(chǎn)物開(kāi)展研究。

普遍認(rèn)為, 華南板塊于早中生代受控于古特提斯洋閉合[5-8], 晚中生代則與古太平洋板塊的俯沖密切相關(guān)[5, 9-12], 因此經(jīng)歷了由特提斯構(gòu)造域向太平洋構(gòu)造域的構(gòu)造體制轉(zhuǎn)變[5]。然而, 對(duì)上述構(gòu)造域轉(zhuǎn)變的時(shí)限一直存在不同的認(rèn)識(shí), 如: 晚二疊世[11, 13-15]、 晚三疊世[16-18]、 早侏羅世[5, 19-21]以及晚侏羅世[6, 22]等。這些分歧體現(xiàn)了對(duì)古太平洋洋殼俯沖起始時(shí)間和地質(zhì)響應(yīng)的認(rèn)識(shí)存在不足。

近年來(lái), 學(xué)術(shù)界普遍認(rèn)識(shí)到華南大規(guī)模分布的晚中生代火山巖-侵入巖明顯受控于古太平洋洋殼俯沖作用[5, 9, 11], 尤其是對(duì)其中大面積連續(xù)分布、 形成時(shí)代連續(xù)的火山巖系列的系統(tǒng)研究, 可以反映古太平洋洋殼俯沖的具體形式[12, 23-26], 對(duì)早侏羅世火山巖的研究結(jié)果則顯示其受控于古太平洋洋殼俯沖早階段的影響[21, 23, 27]。以往認(rèn)為, 華南三疊紀(jì)火山巖零星分布[28], 僅在桂西和欽州灣地區(qū)出露有少量早-中三疊世火山巖[29-30], 其他地區(qū)未見(jiàn)報(bào)道。本研究在粵東地區(qū)識(shí)別出與晚中生代火山巖連續(xù)產(chǎn)出的晚三疊世火山巖, 并進(jìn)行了年代學(xué)和巖石成因研究, 得出的相關(guān)結(jié)論有助于深入認(rèn)識(shí)古太平洋洋殼俯沖早階段的地質(zhì)響應(yīng), 并對(duì)俯沖起始時(shí)間作進(jìn)一步限定。

1 地質(zhì)背景和樣品特征

華南板塊由華夏地塊和揚(yáng)子地塊組成, 二者以江紹斷裂和萍鄉(xiāng)-玉山斷裂為界[31]。華夏地塊和揚(yáng)子地塊具有不同的前寒武紀(jì)地質(zhì)演化歷史, 由不同的地殼基底物質(zhì)組成。華夏地塊的基底成分主要為古元古代變質(zhì)巖, 大多數(shù)出露于浙-閩西北地區(qū), 在其余地方零星分布; 揚(yáng)子地塊內(nèi)部則出露大量的新太古代基底地層, 最古老的基底為位于湖北省宜昌市三峽地區(qū)的中太古代崆嶺雜巖[5, 32]。

華南板塊中生代火成巖90%以上是花崗巖和對(duì)應(yīng)的中酸性火山巖, 主要分布在華夏地塊范圍, 按時(shí)代可以劃分為早中生代印支期和晚中生代燕山期。其中, 早中生代火成巖主要分布在廣西, 以及湘、 粵、贛、 閩部分地區(qū), 主要是面式分布的花崗質(zhì)侵入巖, 以小、 少、 分散為特點(diǎn)[5]; 同時(shí)期火山巖在華南分布有限, 僅限于廣西南部的憑祥-大黎近東西向斷裂帶附近, 以及十萬(wàn)大山西南側(cè)的臺(tái)馬-板八一帶, 其時(shí)代為早-中三疊世[29, 30, 33-35]。晚中生代火山活動(dòng)活躍、 噴發(fā)強(qiáng)烈, 形成了一套大面積分布的陸相火山-沉積巖地層, 在浙東南、 閩東、 粵東等地呈帶狀連續(xù)分布, 而在贛、 浙西北、 閩西、 桂東南主要以盆地形式分散分布[17, 19, 23, 36-39](圖1)。在中國(guó)東南部以火山巖分布為主體的浙閩粵沿海地帶, 以往認(rèn)為未發(fā)育三疊紀(jì)火山巖[28]。

圖1 中國(guó)東南部晚中生代花崗巖-火山巖分布簡(jiǎn)圖及采樣位置(據(jù)文獻(xiàn)[5]修改)Fig.1 Distribution of Late Mesozoic granite-volcanic rocks in southeastern China and locations of the studied volcanic stratigraphic sections

粵東地區(qū)侏羅紀(jì)火山巖在地層劃分上主要分為早侏羅世嵩靈組、 中侏羅世吉嶺灣組(或稱漳平組)和晚侏羅世高基坪群[35]。嵩靈組由一套碎屑巖和火山巖組成, 包括砂巖、 凝灰質(zhì)砂巖、 粉砂巖、 粉砂質(zhì)頁(yè)巖、 沉凝灰?guī)r、 火山角礫巖、 安山巖、 安山質(zhì)凝灰?guī)r、 英安質(zhì)凝灰?guī)r、 流紋質(zhì)凝灰?guī)r等[35]。吉嶺灣組火山巖巖性以安山巖為主, 夾玄武巖、 英安質(zhì)-安山質(zhì)凝灰熔巖, 分布范圍比嵩靈組大。高基坪群為一套中酸性、 酸性火山巖, 主要由流紋質(zhì)-英安質(zhì)火山碎屑巖夾少量火山碎屑沉積巖和熔巖組成[35]。

本次工作在具有區(qū)域巖石代表性的廣東梅州市嵩靈剖面采集了3件嵩靈組下部火山巖樣品(圖2),作為控制及對(duì)比研究, 在揭西縣中心村剖面采集了1件高基坪群火山巖樣品。嵩靈組火山巖樣品分別為凝灰?guī)r、 流紋質(zhì)凝灰?guī)r和巖屑凝灰?guī)r: 凝灰?guī)r(SL01, N24°31′50″、 E116°16′03″), 幾乎全部由細(xì)小的火山灰組成, 火山凝灰結(jié)構(gòu), 不含明顯晶屑(圖3a); 流紋質(zhì)凝灰?guī)r(SL02, N24°32′06″、 E116°16′43″), 含鉀長(zhǎng)石、 石英等晶屑約10%, 石英巖巖屑約5%(圖3b); 巖屑凝灰?guī)r(SL03, N24°32′27″、 E116°19′14″), 火山凝灰結(jié)構(gòu), 火山碎屑主要包括巖屑和晶屑, 巖屑含量約為25%(成分主要為石英巖), 晶屑含量約占3%(主要為石英), 多呈熔蝕港灣狀(圖3c)。高基坪群火山巖樣品為晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r(GJP01, N23°36′06″、 E115°52′45″), 弱熔結(jié)凝灰結(jié)構(gòu), 含較多晶屑和少量巖屑, 晶屑主要為石英, 多數(shù)為自形-半自形, 部分呈熔蝕港灣狀, 含量約為30%, 巖屑成分主要為石英巖, 含量約5%(圖3d)。所采集火山巖樣品均有一定程度的蝕變。

圖2 梅州市嵩靈侏羅系嵩靈組-漳平組-高基坪群剖面圖(據(jù)文獻(xiàn)[35]修改)Fig.2 Profile of Songling section in Meizhou showing the Jurassic volcanic sedimentary strata

圖3 火山巖樣品顯微照片(+)Fig.3 Micrographs of the studied volcanic rocksa—嵩靈組凝灰?guī)r; b—嵩靈組流紋質(zhì)凝灰?guī)r; c—嵩靈組巖屑凝灰?guī)r; d—高基坪群晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r

2 分析方法

鋯石分選采用傳統(tǒng)的重砂法完成。首先將樣品破碎至60目(250 μm)左右, 分選出無(wú)磁性重礦物顆粒, 并在雙目顯微鏡下隨機(jī)挑選出短柱狀或長(zhǎng)柱狀自形程度較好的鋯石顆粒; 制作完成的鋯石樣品在顯微鏡下進(jìn)行透射光和反射光觀察和照相, 用于分析鋯石晶體的晶型、 裂隙和包裹體等外觀特征。然后進(jìn)行陰極發(fā)光(CL)圖像分析, 進(jìn)一步研究鋯石的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征, 尋找適合測(cè)試鋯石U-Pb定年和Lu-Hf同位素分析的點(diǎn)位。樣品處理與鋯石分選委托廊坊市宇恒礦巖技術(shù)服務(wù)有限公司完成, 鋯石制靶和CL圖像拍照在重慶宇勁科技有限公司完成。

LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年測(cè)試在桂林理工大學(xué)廣西隱伏金屬礦產(chǎn)勘查重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行, 測(cè)試儀器為搭載193 nm ArF準(zhǔn)分子激光器GeoLas HD激光系統(tǒng)的Agilent 7500型ICP-MS。工作參數(shù): 激光脈沖頻率6 Hz, 脈沖能量密度10 J/cm2, 溶蝕微區(qū)直徑為32 μm, 儀器設(shè)置及分析流程參照Liu等[40]。ICP-MS分析數(shù)據(jù)通過(guò)ICPMSDataCal軟件計(jì)算獲得同位素比值、 年齡和誤差。為了驗(yàn)證年齡數(shù)據(jù)的可靠性, 對(duì)新識(shí)別出的3件晚三疊世火山巖樣品在南京大學(xué)內(nèi)生金屬礦床成礦機(jī)制研究國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行檢驗(yàn)性測(cè)試。ICP-MS儀器型號(hào)為Agilent 7500a型, 激光系統(tǒng)為NewWave公司生產(chǎn)的UP213固體激光系統(tǒng), 儀器參數(shù)設(shè)置與桂林理工大學(xué)實(shí)驗(yàn)室儀器分析系統(tǒng)一致。質(zhì)量分流校正采用GEMOC/GJ-1(609 Ma)[41]。ICP-MS的分析數(shù)據(jù)通過(guò)即時(shí)分析軟件GLITTER[42]計(jì)算獲得同位素比值、 年齡和誤差, 并假定標(biāo)樣的分析誤差為1%。

鋯石Lu-Hf 同位素分析在桂林理工大學(xué)廣西隱伏金屬礦產(chǎn)勘查重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行, 所用儀器為193 nm ArF激光器GeoLas HD激光剝蝕系統(tǒng)和Neptune Plus MC-ICPMS。具體工作參數(shù): 激光脈沖頻率6 Hz, 脈沖能量10 J/cm2, 溶蝕孔徑24 μm。在計(jì)算(176Hf/177Hf)i和εHf值時(shí),176Lu的衰變常數(shù)采用1.867×10-11a-1[43],εHf的計(jì)算采用Bouvier等[44]推薦的球粒隕石Hf同位素值, 即176Lu/177Hf=0.033 6,176Hf/177Hf=0.282 785。Hf模式年齡計(jì)算中, 虧損地幔176Hf/177Hf現(xiàn)在值采用0.283 25,176Lu/177Hf為0.038 4[45], 兩階段模式年齡采用平均地殼(176Lu/177Hf)C=0.015[46]進(jìn)行計(jì)算。

3 分析結(jié)果

火山巖樣品的鋯石呈自形-半自形, 長(zhǎng)度為100～150 μm, 甚至更大, 長(zhǎng)寬比為3∶2～3∶1, 具有清晰的振蕩環(huán)帶(圖4), 表現(xiàn)出巖漿結(jié)晶鋯石的內(nèi)部特征。所有鋯石具有較高的Th/U值(絕大多數(shù)>0.4), 同樣表現(xiàn)出巖漿鋯石的典型特征[47]。

圖4 火山巖代表性鋯石CL圖像、 分析點(diǎn)位和結(jié)果Fig.4 CL images，analyses spots and results of representative zircon grains實(shí)線圓圈代表U-Pb年代學(xué)分析點(diǎn)位, 虛線圓圈代表Lu-Hf同位素分析點(diǎn)位; 各標(biāo)尺均代表100 μm; *點(diǎn)在南京大學(xué)測(cè)試

3.1 年代學(xué)結(jié)果

統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明, 對(duì)年齡較老(>1 Ga)的鋯石使用207Pb/206Pb年齡更加準(zhǔn)確, 而對(duì)于年齡較小(<1 Ga)的鋯石使用206Pb/238U年齡更加準(zhǔn)確[48]。因此,本文選取鋯石206Pb/238U年齡進(jìn)行加權(quán)平均計(jì)算。樣品年齡諧和曲線圖解和加權(quán)平均計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖5, 詳細(xì)的年齡數(shù)據(jù)結(jié)果列于表1。

表1 粵東地區(qū)晚三疊世火山巖 LA-ICP-MS 鋯石定年結(jié)果Table 1 Zircon LA-ICP-MS dating results of the Late Triassic volcanic rocks in eastern Guangdong

圖5 火山巖鋯石U-Pb年齡諧和圖Fig.5 Zircon U-Pb age concordance diagram of volcanic rocks紅色表示在桂林理工大學(xué)測(cè)試，藍(lán)色表示在南京大學(xué)測(cè)試

嵩靈組下部凝灰?guī)r樣品中16顆鋯石的年齡結(jié)果集中且諧和,206Pb/238U加權(quán)平均年齡為203±2 Ma(圖5a), 作為對(duì)照組在南京大學(xué)測(cè)試的另外20顆鋯石的年齡結(jié)果同樣集中且諧和,206Pb/238U加權(quán)平均年齡為202±2 Ma(圖5a), 不同實(shí)驗(yàn)室不同環(huán)境下測(cè)得的年齡結(jié)果在誤差范圍內(nèi)吻合一致。嵩靈組下部流紋質(zhì)凝灰?guī)r樣品在兩個(gè)實(shí)驗(yàn)室測(cè)得的206Pb/238U加權(quán)平均年齡(圖5b)分別為204±1 Ma和202±2 Ma, 在誤差范圍內(nèi)一致。嵩靈組下部巖屑凝灰?guī)r樣品在兩個(gè)實(shí)驗(yàn)室測(cè)得的206Pb/238U加權(quán)平均年齡(圖5c)分別為200±1 Ma和199±2 Ma, 同樣在誤差范圍內(nèi)一致。此外, 高基坪群晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r樣品中21顆鋯石的206Pb/238U加權(quán)平均年齡為154±1 Ma(圖5d), 與前人測(cè)得的高基坪群火山巖時(shí)代一致[21], 同樣說(shuō)明了本研究分析結(jié)果的可靠性。

3.2 鋯石Lu-Hf同位素分析結(jié)果

鋯石Lu-Hf同位素分析與U-Pb同位素定年在相同顆粒上進(jìn)行, 選取CL圖像特征完全一致的臨近或?qū)?yīng)區(qū)域進(jìn)行測(cè)試(圖4), 分析結(jié)果見(jiàn)圖6, 詳細(xì)的Hf同位素?cái)?shù)據(jù)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 粵東地區(qū)晚三疊世火山巖鋯石 Hf 同位素分析結(jié)果Table 2 Zircon Lu-Hf isotopic compositions of the Late Triassic volcanic rocks in eastern Guangdong

圖6 火山巖鋯石εHf(t)分布直方圖Fig.6 εHf(t) distribution histograms of zircon in volcanic rocks

嵩靈組下部凝灰?guī)r樣品εHf(t)為+9.2～+5.7(主要集中于+7.9～+6.0), 對(duì)應(yīng)的兩階段Hf模式年齡為0.85～0.63 Ga; 嵩靈組下部流紋質(zhì)凝灰?guī)r樣品的εHf(t)為+5.7～+2.2, 對(duì)應(yīng)的兩階段Hf模式年齡為1.08～0.85 Ga; 嵩靈組下部巖屑凝灰?guī)r樣品的εHf(t)為+10.0～+2.9, 對(duì)應(yīng)的兩階段Hf模式年齡為1.03～0.58 Ga?？傮w上, 每件火山巖樣品的鋯石Hf同位素組成基本均一, 大致呈現(xiàn)鐘形對(duì)稱特征, 并且鋯石Hf同位素組成表現(xiàn)出虧損的特點(diǎn)。

4 討 論

4.1 華南晚三疊世火山巖的識(shí)別

華南中生代的顯著特征之一是大面積分布的陸相火山巖, 相關(guān)火山作用過(guò)程被普遍認(rèn)為與古太平洋洋殼的俯沖作用密切相關(guān)[5, 9, 11], 甚至可以反映古太平洋洋殼俯沖的具體形式[12, 23-26]。因此, 對(duì)這些火山-沉積地層開(kāi)展系統(tǒng)年代學(xué)研究是為了建立火山巖的精確時(shí)空分布格局, 以便于進(jìn)一步討論其形成構(gòu)造背景和地球動(dòng)力學(xué)機(jī)制。

近年來(lái), 高精度定年技術(shù)在華南晚中生代火山巖形成時(shí)代方面的廣泛應(yīng)用, 為確定相關(guān)火山巖的時(shí)空分布格局提供了豐富的資料。研究表明, 華南晚中生代火山作用呈現(xiàn)多期次噴發(fā)的特點(diǎn), 并且總體上表現(xiàn)出從內(nèi)陸向沿海呈現(xiàn)年輕化的趨勢(shì)[5, 24, 26], 如: 江山-紹興斷裂以西的浙西北地區(qū)火山巖形成于140～130、 130～127和123～118 Ma等3個(gè)階段, 而浙東南地區(qū)除早侏羅世毛弄組外, 晚中生代火山巖形成于140～130、 130～128、 122～120和110～88 Ma等4個(gè)階段[25]。而同樣作為華南晚中生代火山巖廣泛且連續(xù)分布的區(qū)域,政和-大埔斷裂以東的閩東地區(qū)火山巖形成于160～148、145～130、130～127和110～88 Ma等4個(gè)階段[12,23],粵東地區(qū)火山巖則形成于192～183、177～163和162～139 Ma等3個(gè)階段[21,23]。因此,華南晚中生代火山巖在沿海地區(qū)還呈現(xiàn)出由粵東向閩東再向浙東南的北東向年輕化的趨勢(shì)[12, 21]。

上述研究結(jié)果表明, 華南晚中生代火山活動(dòng)在古太平洋洋殼俯沖作用的影響下持續(xù)發(fā)生, 其活動(dòng)過(guò)程可能伴隨了洋殼俯沖的開(kāi)啟和發(fā)展的整個(gè)過(guò)程[5], 因此對(duì)華南晚中生代最早期火山活動(dòng)的識(shí)別, 有助于判定洋殼俯沖的開(kāi)啟時(shí)限。目前, 關(guān)于華南晚中生代時(shí)代較早的火山巖已有不少報(bào)道, 如: 上述粵東地區(qū)早侏羅世嵩靈組中上部火山巖形成于192～183 Ma[21]; 湘南道縣玄武巖的K-Ar等時(shí)線年齡和40Ar-39Ar年齡集中在198～175 Ma[49-50]; 贛南臨江地區(qū)雙峰式火山巖組合的鋯石U-Pb年齡為195～191 Ma[51-54]; 閩西南地區(qū)藩坑組拉斑玄武巖-流紋質(zhì)火山巖雙峰式組合中拉斑玄武巖鋯石U-Pb年齡為183～178 Ma[53, 55], 全巖Re-Os等時(shí)線年齡為175 Ma[56]; 浙江松陽(yáng)地區(qū)零星出露有180～177 Ma的毛弄組火山巖[25, 27, 57]。相比之下, 本研究在華南識(shí)別出的晚三疊世火山巖, 將區(qū)域內(nèi)連續(xù)活動(dòng)的火山作用時(shí)代前推至約204 Ma。

結(jié)合前人所報(bào)道的區(qū)域內(nèi)零星形成的同時(shí)代侵入巖[5, 11, 20, 58-59], 基本可以確定華南地區(qū)晚中生代巖漿活動(dòng)大致始于約204 Ma。比之更早的火山作用則零星發(fā)生于250～230 Ma的欽州灣地區(qū), 如廣西憑祥北泗組英安巖的結(jié)晶年齡為231.7±2.3 Ma[30], 甚至更早的有246±2 Ma[29], 相鄰的板八組流紋巖的SHIRIMP鋯石U-Pb年齡為250±2 Ma[29]。明顯的時(shí)代間隔表明, 本研究識(shí)別的晚三疊世火山巖與欽州灣早-中三疊世火山巖形成于不同的構(gòu)造環(huán)境。 晚三疊世火山活動(dòng)揭開(kāi)了華南晚中生代大規(guī)模巖漿作用的序幕。

4.2 巖石成因中幔源物質(zhì)貢獻(xiàn)

中酸性巖形成過(guò)程中地殼物質(zhì)的重熔主要受控于地殼基底的成分。Xu等[32]對(duì)廣東北江和浙江甌江中的碎屑鋯石進(jìn)行了系統(tǒng)的原位U-Pb年代學(xué)分析及Lu-Hf同位素分析, 并構(gòu)建了地殼基底演化域(圖7), 基本可以代表研究區(qū)的地殼成分。3件晚三疊世火山巖鋯石Hf同位素均較地殼基底明顯虧損, 表明在古元古代地殼基底物質(zhì)重熔的基礎(chǔ)上, 本文火山巖巖石組分中有明顯的新生物質(zhì)貢獻(xiàn), 這也與相鄰地區(qū)時(shí)代相近火山巖的巖石成因特點(diǎn)基本一致[12, 21]。

圖7 粵東地區(qū)晚三疊世及鄰區(qū)[12, 21]晚中生代火山巖鋯石Hf同位素與基底成分[32]對(duì)比Fig.7 Comparison of zircon Hf isotopic compositions between Late Triassic, adjacent Late Mesozoic volcanic rocks and basement materials

實(shí)際上, 目前學(xué)術(shù)界普遍認(rèn)識(shí)到華南晚中生代火成巖的成因過(guò)程受控于殼幔相互作用, 幔源巖漿不僅作為熱源誘發(fā)了上覆地殼物質(zhì)的部分熔融, 還作為端元物質(zhì)直接參與導(dǎo)致了巖漿混合[23, 31, 60-61]。然而值得注意的是, 虧損幔源物質(zhì)在火山巖巖石成因中的貢獻(xiàn)程度, 在不同地區(qū)不同時(shí)代的火山巖中存在比較明顯的差異。浙江和福建地區(qū)晚中生代火山巖巖石成因研究表明, 這些火山巖由早到晚(160～88 Ma)表現(xiàn)出鋯石Hf同位素組成由富集向虧損的變化趨勢(shì), 富集端元的鋯石Hf同位素組成與地殼基底的成分基本一致, 反映早期火山巖主要源于古元古代地殼基底物質(zhì)的部分熔融, 而在中晚期逐漸出現(xiàn)越來(lái)越多的虧損幔源物質(zhì)貢獻(xiàn)[12, 23-25]。但是, 在靠近南嶺的粵東地區(qū)和閩東地區(qū), 盡管晚侏羅世以來(lái)的火山巖中仍表現(xiàn)出隨時(shí)間由早到晚鋯石Hf同位素組成由富集向虧損的變化趨勢(shì), 但在早-中侏羅世火山巖中該規(guī)律恰恰相反, 由早侏羅世向中晚侏羅世, 火山巖中鋯石Hf同位素由虧損轉(zhuǎn)為富集, 暗示巖石成因中虧損幔源物質(zhì)貢獻(xiàn)比例由高變低[12, 21, 23]。本研究識(shí)別出的晚三疊世火山巖的鋯石Hf同位素組成特征則進(jìn)一步驗(yàn)證并拓展了上述巖石成因規(guī)律(圖7), 即華南晚中生代連續(xù)形成的中酸性火山巖中, 由晚三疊世向中晚侏羅世, 巖石組分中虧損幔源物質(zhì)貢獻(xiàn)的比例逐漸降低, 在約160 Ma之后虧損幔源物質(zhì)貢獻(xiàn)比例才重新逐漸升高。

需要說(shuō)明的是, 上述反轉(zhuǎn)式巖石成因變化規(guī)律可能只出現(xiàn)在靠近南嶺的粵東地區(qū)和閩東地區(qū), 因?yàn)樵谡銝|南地區(qū)早侏羅世毛弄組火山巖中, 鋯石Hf同位素表現(xiàn)出典型的富集特征, 暗示該套英安質(zhì)火山巖完全源于古元古代地殼基底物質(zhì)的重熔[25, 57]。這種現(xiàn)象可能與晚中生代南嶺造山帶特征的地質(zhì)背景有關(guān), 該時(shí)期南嶺地區(qū)發(fā)育大規(guī)模的雙峰式火山巖, 呈現(xiàn)板內(nèi)裂谷型構(gòu)造環(huán)境[5, 62-63]。板內(nèi)伸展環(huán)境誘發(fā)的幔源巖漿底侵可能導(dǎo)致了晚三疊世—中侏羅世火山巖中有較高比例的虧損幔源物質(zhì)貢獻(xiàn)。

4.3 對(duì)古太平洋洋殼俯沖起始時(shí)間的限定

洋殼在多種驅(qū)動(dòng)力共同作用下發(fā)生俯沖, 例如洋中脊因新洋殼擴(kuò)張而產(chǎn)生的推力, 但目前更廣泛的認(rèn)識(shí)是冷卻后的, 尤其是洋殼內(nèi)隨深度增加而出現(xiàn)高密度物質(zhì)導(dǎo)致的向下拖曳力, 它是板塊運(yùn)動(dòng)的主要驅(qū)動(dòng)力[61, 64-68]。通常, 隨著俯沖作用的進(jìn)行, 重力導(dǎo)致的拖曳效果越來(lái)越明顯, 會(huì)導(dǎo)致洋殼俯沖的角度越來(lái)越大以及海溝后撤, 也就是所謂的俯沖洋殼后撤[66-67]。俯沖洋殼后撤則會(huì)在吸力作用下導(dǎo)致上覆大陸地殼被動(dòng)地隨海溝同步向洋運(yùn)動(dòng), 受此影響被俯沖的大陸地殼總體處于伸展環(huán)境。華南晚中生代尤其是晚侏羅世以來(lái)的中酸性火山巖, 其向洋年輕化遷移規(guī)律, 以及巖石組分中逐漸升高的虧損幔源物質(zhì)貢獻(xiàn)比例所反映的逐漸增強(qiáng)的伸展應(yīng)力環(huán)境, 已被廣泛證實(shí)是古太平洋俯沖洋殼后撤機(jī)制產(chǎn)生的結(jié)果[5, 11-12, 24-25, 62]。

可以推斷的是, 作為板塊作用的主要驅(qū)動(dòng)力, 高密度物質(zhì)俯沖洋殼的拖曳力, 在俯沖作用過(guò)程中并不是始終占據(jù)主導(dǎo)地位的。在俯沖作用的起始階段, 該拖曳力應(yīng)是由無(wú)到有并逐漸增大的。因此, 在俯沖作用的最初階段, 洋脊推力將起主導(dǎo)作用, 理論上會(huì)使上覆巖石圈處于擠壓的應(yīng)力環(huán)境, 并且這種擠壓應(yīng)力可能是逐漸增強(qiáng)然后才又趨于減弱的[3, 67], 逐漸增強(qiáng)的地殼擠壓應(yīng)力環(huán)境, 則會(huì)顯著阻礙幔源巖漿的上升。據(jù)此, 本研究所揭示的粵東地區(qū)晚三疊世至中侏羅世中酸性火山巖巖石組分中虧損幔源物質(zhì)貢獻(xiàn)比例逐漸降低的規(guī)律(圖7), 暗示了該時(shí)期的地殼應(yīng)力環(huán)境在南嶺地區(qū)受古太平洋洋殼俯沖遠(yuǎn)程效應(yīng)導(dǎo)致的板內(nèi)伸展環(huán)境基礎(chǔ)上逐漸趨于擠壓, 并且可以作為洋殼前進(jìn)式俯沖階段地質(zhì)響應(yīng)的證據(jù)。因此, 華南晚侏羅世以來(lái)的火山巖是古太平洋洋殼俯沖晚階段(后撤式俯沖)的地質(zhì)響應(yīng), 而中侏羅世之前的火山巖則是古太平洋洋殼俯沖早階段(前進(jìn)式俯沖)的地質(zhì)響應(yīng)。本研究結(jié)果認(rèn)為, 華南晚中生代連續(xù)的火山活動(dòng)可前推至晚三疊世(約204 Ma), 表明至少在晚三疊世末期古太平洋洋殼俯沖已經(jīng)開(kāi)始, 且俯沖開(kāi)啟的時(shí)間只略早于204 Ma。

5 結(jié) 論

(1)粵東地區(qū)嵩靈組下部火山巖的形成時(shí)代為204～200 Ma, 表明華南晚中生代連續(xù)的火山活動(dòng)開(kāi)始于晚三疊世, 該期火山活動(dòng)揭開(kāi)了華南晚中生代大規(guī)模巖漿作用的序幕。

(2)粵東地區(qū)晚三疊世火山巖主要源于古元古代地殼基底物質(zhì)的重熔, 并有明顯的虧損幔源物質(zhì)貢獻(xiàn), 且?guī)r石組分中幔源物質(zhì)貢獻(xiàn)的程度隨時(shí)間向中侏羅世逐漸減弱。

(3)粵東地區(qū)晚三疊世火山巖記錄了古太平洋洋殼俯沖早階段的地質(zhì)信息, 對(duì)該套火山巖的識(shí)別暗示古太平洋洋殼俯沖作用的起始時(shí)間不晚于晚三疊世。

致謝: 李政林和余紅霞在實(shí)驗(yàn)測(cè)試工作中給予了幫助, 岳曉涵和覃貽鋼協(xié)助完成了野外工作, 在此表示感謝!