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楊傳等-GRL:華南陸塊與岡瓦納北緣匯聚始于埃迪卡拉紀末期
2020-10-30 | 作者: | 【 】【打印】【關閉

  岡瓦納是新元古代-古生代過渡時期的一個古大陸,主要分布于南半球,又被稱為南方大陸。奧地利地質學家Eduard Suess1885年在《The Face of the Earth》一書中提出“岡瓦納大陸”一詞,根據印度中部岡瓦納地區石炭紀到侏羅紀的地層——“岡瓦納系”而命名。大致以東非造山帶為界,岡瓦納大陸被分為東岡瓦納和西岡瓦納兩部分。 

  岡瓦納大陸的基本框架及主要板塊的相對位置已得到很好約束,爭議主要集中于其邊緣眾多陸塊的古地理位置。作為東亞陸塊群的重要組成部分,華南陸塊一般被認為曾位于東岡瓦納的北側。由于“泛非期”變質作用和巖漿作用的嚴重缺乏,一些學者主張華南陸塊不是岡瓦納大陸的一部分。但大量沉積記錄顯示華南陸塊內部發育寒武紀-奧陶紀前陸盆地沉積,暗示存在更早或同期的“擠壓”驅動力;此外,這些沉積巖中存在大量具岡瓦納親緣性,年齡為埃迪卡拉紀-寒武紀時期的碎屑鋯石以及化石記錄。因此,華南陸塊曾是東岡瓦納的一部分已被普遍接受。然而,華南何時,以何種方式與岡瓦納拼合仍存在爭議。 

  基于碎屑鋯石U-Pb年齡和Hf-O同位素的沉積物源分析是追溯沉積盆地演化歷史的有效途徑。圍繞上述問題,已經開展了較多的華南陸塊沉積盆地的研究,但這些研究主要集中于中東部內陸盆地地區,樣品空間覆蓋范圍不全面;而且采樣的地層層位缺乏準確的沉積時間限定,難以精細對比。華南陸塊西部埃迪卡拉紀-寒武紀過渡時期沉積地層發育良好(圖1),且這套地層的沉積時代已通過化學地層、生物地層和放射性同位素年代學等多種方法交叉校準,是開展高時間分辨率地層框架下碎屑物源分析、重建華南陸塊與岡瓦納的古地理格局的理想地區?;诖?,中國科學院地質與地球物理研究所李獻華院士團隊與科廷大學李正祥教授、中國科學院南京地質古生物研究所朱茂炎研究員合作,綜合運用微區原位分析技術,對上述地層開展詳細的碎屑物源分析,在華南陸塊與岡瓦納大陸碰撞的拼貼時間和過程研究中取得重要進展。 

1 云南省東部區域地質,埃迪卡拉紀-寒武紀過渡時期地層,以及樣品位置

  結果顯示,華南陸塊西部-云南省東部地區0.55-0.52 Ga地層中碎屑鋯石年齡峰值主要為:2.51 Ga,1.85Ga,1.20 Ga,0.80 Ga0.52 Ga(圖2)。該研究首次在這一地區該時期地層中識別出1.20 Ga的碎屑鋯石峰。在東岡瓦納重建中,1.20 Ga的碎屑鋯石峰被經常解釋為有澳大利亞碎屑物質的輸入。然而,本研究中云南省東部地區1.20 Ga的碎屑鋯石普遍具有較低的氧同位素特征,明顯區別于澳大利亞同時期地層中1.20 Ga的碎屑鋯石的氧同位素特征(圖3),因此它們由澳大利亞物源輸入的可能性較小。進一步的分析顯示,這些1.20 Ga碎屑鋯石主要源自于鄰區古老昆陽群的再循環和中元古代晚期巖漿巖。該1.20 Ga碎屑鋯石峰具有隨時間演化的特征,即在古元古代-新元古代過渡時期地層中廣泛存在、早中新元古代地層中缺失、而在0.55-0.52 Ga地層中再次出現(圖2)。這種變化特征反映了該區域在埃迪卡拉紀-寒武紀過渡時期經歷了強烈構造隆升,導致古老物質的抬升、剝蝕、再沉積。這一過程很可能受控于華南陸塊與岡瓦納大陸的碰撞拼貼。 

2 云南省東部地區中元古代晚期-寒武紀早期(a)和鄰區陸塊埃迪卡拉紀-寒武紀地層(b)中碎屑鋯石年齡頻譜圖

圖3 華南-澳大利亞1.20 Ga碎屑鋯石Hf-O同位素特征

  此外,沿著岡瓦納大陸的北緣(圖4),埃迪卡拉紀-寒武紀巖漿活動廣泛發育,而華南陸塊缺乏相應的巖漿巖記錄,卻含有同時期地層中同時代的碎屑鋯石和大量火山灰夾層(個別厚度可達數米),這表明該時期華南陸塊和鄰近的岡瓦納北緣陸塊靠近。各陸塊碎屑鋯石年齡譜特征對比分析進一步表明(圖2),華南陸塊與印度板塊相鄰。綜上,研究者們提出,華南陸塊在ca. 0.55 Ga開始與印度板塊西北緣碰撞,隨后沿著順時針方向于早古生代拼貼到東岡瓦納的北緣(圖4)。

4 東岡瓦納在埃迪卡拉紀晚期(a)和古生代早期(b)古地理重建圖

  這項研究厘定了華南陸塊與岡瓦納大陸拼貼的時間和過程,為在高時間分辨率地層框架下開展沉積物源解析、古地理重建提供了良好范例。 

  研究成果發表于國際權威學術期刊GRL。Yang C*, Li X H*, Li Z X, Zhu M Y, Lu K. Provenance evolution of agecalibrated strata reveals when and how South China Block collided with Gondwana[J]. Geophysical Research Letters, 2020, 47(19): e2020GL090282. DOI:10.1029/2020GL090282)(原文鏈接)。本研究得到中國科學院戰略性先導科技專項B類(XBD18030300)、中國國家自然科學基金(41802029)以及澳大利亞研究協會(FL150100133)聯合資助。

 
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