海南岛位于欧亚板块、印度板块和太平洋板块的交接部位(图1a),其形成与演化既受特提斯构造域动力学系统的控制,也受太平洋构造域动力学系统的影响。有鉴于海南岛地质演化的复杂性,自20世纪80年代以来,不同学者或研究团队对海南岛开展了长期的基础地质调查和研究工作,基本上勾画出海南岛的大地构造框架、物质组成和地质发展轮廓(如汪潇风等, 1991a, 1991b, 1991c; 海南省地质调查院, 2017)。然而,有关海南岛详细的大地构造单元划分、各单元的构造属性以及构造演化过程等一直存在很大的争议(如杨树锋等, 1989; Hsü et al., 1990; Metcalfe et al., 1993; 李献华等, 2000; Li Xianhua et al., 2002; Liu Hailing et al., 2006),对海南岛与东古特提斯和古太平洋板块的构造演化关系也存在不同的看法(如Metcalfe et al., 1996, 2013; Li Xianhua et al., 2006, 2012; Cai Jianxin and Zhang Kaijun, 2009; Faure et al., 2016, 2017; He Huiying et al., 2018a, 2018b; Shen Linwei et al., 2018)。新的区域地质调查在海南岛东北部被第四系严重覆盖的木栏头地区识别出一套从前未知的中级变质杂岩。在详细的野外调研和系统取样的基础上,我们对这套变质杂岩开展了系统的岩石学及锆石和独居石U-Pb年代学测试,结果表明其物质组成比较复杂,其主体由二叠纪火山-沉积岩系及侵入体构成,但也含有前寒武纪锆石、沉积岩和侵入岩,经历了晚二叠世—中三叠世角闪岩相变质作用,并被同时期的基性、酸性岩脉所侵入。显然,这套变质杂岩以及新近在其东南约15km发现的石炭纪榴辉岩(夏蒙蒙等, 2019; Liu Xiaochun et al., 2021; 刘晓春等, 2021; Xia Mengmeng et al., 2022)对海南岛大地构造格局的划分以及晚古生代以来构造过程的重塑将会有重要的启示。

1 区域地质背景

海南岛地处南海西北部,北以琼州海峡与华南陆块相隔,西以北部湾与印支陆块相望。海南岛的前寒武纪结晶基底主要出露于西南部(图1b),由中元古代抱板群(也称抱板杂岩)、石碌群和石灰顶组构成,其中抱板群的主要岩性是经历角闪岩相变质的岩浆岩和沉积岩,时代约1.55~1.30Ga;石碌群是经历绿片岩相变质的沉积岩和火山岩,时代约为1.44~1.07Ga;石灰顶组由石英岩和石英片岩组成,时代约0.97Ga,角度不整合于石碌群之上(汪潇风等, 1991c; 马大铨等, 1998; Li Zhengxiang et al., 2002, 2008; Wang Zhilin et al., 2015; 海南省地质调查院, 2017; Yao Weihua et al., 2017; Zhang Limin et al., 2019; Xu Yajun et al., 2020)。古生代地层广泛分布于海南岛的中南部,其出露面积约占全岛的18%,主要由砂岩、粉砂岩、页岩和少量砾岩、硅质岩、灰岩、白云岩夹层组成,一般经历了低级变质作用(汪潇风等, 1991a; 海南省地质调查院, 2017; 张立敏等, 2017),其中出露于海南岛中部邦溪和晨星地区的石炭系中还含有丰富的变质玄武岩和流纹岩夹层(夏邦栋等, 1991a, 1991b),经地球化学研究确定基性成分者为大洋中脊玄武岩,并推测它们形成于一个狭窄的洋盆或弧后盆地环境(唐红峰, 1999; 李献华等, 2000; Li Xianhua et al., 2002; 许德如等2006; Xu Deru et al., 2008; 何慧莹等, 2016; He Huiying et al., 2018a, 2018b);中生代地层主要是出露于几个陆相盆地中的白垩纪红层,由河湖相碎屑沉积岩组成,夹有少量火山岩(汪潇风等, 1991a; Jiang Xiaoyan et al., 2015; 海南省地质调查院, 2017)。花岗质岩石在海南岛广泛出露,其面积约占全岛的40%,其中约60%为晚二叠世—三叠纪(约270~230Ma)花岗岩,其他为侏罗纪和白垩纪(约150~70Ma)花岗岩(汪潇风等, 1991b; Li Xianhua et al., 2006; 陈新跃等, 2011; Wang Qiang et al., 2012; 温淑女等, 2013; Jiang Xiaoyan and Li Xianhua, 2014; Yan Quanshu et al., 2017; Shen Linwei et al., 2018; He Huiying et al., 2020; 吕方等, 2022)。

海南岛发育东西向和北东向两组构造体系,东西向构造由北向南依次形成王五-文教、昌江-琼海、尖峰-吊罗和九所-陵水断裂,北东向构造由东向西则形成白沙和戈枕断裂(广东省地质矿产局, 1988; 汪潇风等, 1991c; Metcalfe et al., 1993; Metcalfe, 1996)。根据这些断裂的发育以及物质组成的差别,不同学者对海南岛进行了构造单元划分,比较有代表性的划分包括以九所-陵水断裂为界的南北两分,北部称琼中地体,南部称崖县地体(杨树锋等, 1989);以“石碌混杂岩”为界的南北两分,北部划归于华南陆块,南部划归东南亚陆块(Hsü et al., 1990; Chen Haihong et al., 1992; 陈海泓等, 1994);以王五-文教和九所-陵水断裂为界的南北三分,从北向南分别称琼北、琼中和三亚(琼南)地块,其中九所-陵水断裂被确定为古特提斯缝合带(Liu Hailing et al., 2006);以白沙断裂为界的东西两分,分别称琼西北和琼东南地体(Metcalfe et al., 1993; Metcalfe, 1996)。基于昌江-琼海断裂北侧邦溪和晨星一带石炭纪大洋中脊玄武岩(蛇绿岩残片)的厘定,李献华等(2000)和Li Xianhua et al.(2002)重提南北两分法,认为邦溪-晨星构造带属于金沙江-哀牢山-马江(Song Ma)古特提斯缝合带向东的延伸部分,其北侧属于华南陆块,南侧属于印支陆块,这一认识已被多数学者所接受(如许德如等, 2006; Xu Deru et al., 2008; Cai Jianxin and Zhang Kaijun, 2009; Zhang Feifei et al., 2011; Faure et al., 2016, 2017; He Huiying et al., 2018a, 2018b, 2020; Wang Yuejun et al., 2018)。

路径①、②、③、④、⑤代表古特提斯缝合带向东延伸的可能方向,其中路径①据Cai Jianxin and Zhang Kaijun (2009);路径②据Li Xianhua et al.(2002);路径③据Faure et al.(2016);路径④和⑤据Metcalfe (1996)

Paths ①,②,③,④ and ⑤ represent the predicted eastward extensional directions of the Paleo-Tethyan suture zones.Path ① is after Cai Jianxin and Zhang Kaijun (2009); path ② is after Li Xiaonhua et al.(2002); path ③ is after Faure et al.(2016); paths ④ and ⑤ are after Metcalfe (1996)

海南岛东北部木栏头地区主体被第四纪沉积物所覆盖,基岩除七星岭和大岭外,基本上沿潮滩鼻—木栏头—新埠海—铺前海岸出露(图2),且连续性较差。在基岩中可区分出古生代地层、石炭纪榴辉岩、晚二叠世—三叠纪变质杂岩和晚二叠世—白垩纪岩浆岩等四个岩石单元。古生代地层主要出露在大岭和锦山南部,为浅变质细砂岩和粉砂岩,其碎屑锆石的最小U-Pb年龄峰值约为430~420Ma(笔者未发表资料),限定的最大沉积时代为晚志留世。石炭纪榴辉岩仅出露于潮滩鼻潮间—潮下带,分布面积约1.8km²,在其周围10km以内未见其他岩石出露。研究表明,榴辉岩的原岩具有大洋属性,时代为364±2Ma;峰期变质条件达820~860℃、1.70~1.82GPa,变质时代约为340~300Ma(Liu Xiaochun et al., 2021; 刘晓春等, 2021; Xia Mengmeng et al., 2022)。晚二叠世—三叠纪变质岩分布较广,其主体是钙硅酸盐岩和正、副片麻岩,含有少量斜长角闪岩、石英岩和大理岩,并被大量花岗岩脉和伟晶岩脉所侵入。这些变质岩石成层性较好,片麻理发育,主体为北西和北东向,向西南和东南倾斜,局部出现反转,倾角一般较缓,多为10°~55°,少数较陡,可达70°~80°。岩石中常发育小型紧闭和宽缓褶皱,也偶见中等规模的开阔褶皱,但由于露头的不连续性,区域构造格架难以建立。晚二叠世—白垩纪岩浆岩主要有晚二叠世—三叠纪花岗岩、三叠纪辉绿岩、侏罗纪花岗岩和白垩纪花岗岩等。晚二叠世—三叠纪花岗岩出露于虎威岛和七星岭,时代分别为254±3Ma和248±2Ma;三叠纪辉绿岩主要侵入于潮滩鼻榴辉岩和林新片麻岩中,时代约为245~236Ma;侏罗纪花岗岩只出露在木栏头,时代约为150Ma;白垩纪花岗岩仅见于赤坡西岸边,时代为103±2Ma(夏蒙蒙, 2022)。

2 变质杂岩的分布和组成

木栏头变质杂岩主要沿林新—木栏头—虎威岭—赤坡—七星岭—新埠海—铺前海边沿岸呈基岩或大小不一的无根岩块出露,断续延伸超过25km,其中有相当一部分基岩出露于海中,陆地上的露头仅见于七星岭。出露于不同地区的岩性有所差别,我们将其划分为林新片麻岩-斜长角闪岩组合、木栏头变质火山岩-钙硅酸盐岩组合、虎威岭-七星岭片麻岩-钙硅酸盐岩-大理岩组合和新埠海-铺前片麻岩组合等四套岩石组合。

2.1 林新片麻岩-斜长角闪岩组合

该套片麻岩-斜长角闪岩组合出露于木栏头侏罗纪花岗岩体以南1.5km的海岸凸起处。主体岩性(MLT15露头)是由碎屑沉积岩变质而来、局部含有矽线石的(含石榴子石)黑云斜长片麻岩(图3a、b),夹有少量花岗质片麻岩、黑云角闪斜长片麻岩(图3c)和石英岩,浅色深熔条带沿片麻理发育,且局部糜棱岩化。该套杂岩被多条中细粒钾长花岗岩脉侵入(图3d),并在其西侧有辉绿岩脉侵入(图3d、e),岩脉本身经历了绿片岩相变质,并被网状钾长花岗岩和伟晶岩脉侵入(图3f)。在主体露头南侧只在退潮时出露的MLT16露头可见条带状透辉斜长片麻岩和斜长透辉石英岩,并有深熔脉体和伟晶岩贯入。在主体露头北部岸边(MLT14观察点)分布有大量几米至十余米规模的巨型正、副片麻岩岩块(图4a、b),其内含有斜长角闪岩条带或团块(图4c)。正片麻岩主要包括(含石榴子石)黑云二长花岗质片麻岩和(含石榴子石)黑云斜长花岗质片麻岩,副片麻岩主要是(含石榴子石)黑云斜长片麻岩,偶见含矽线石黑云斜长片麻岩。这些岩块局部发育细粒黑云二长花岗岩脉,其主体穿切围岩的片麻理,但有分支沿片麻理灌入(图4d),表明其形成于变形晚期。

2.2 木栏头变质火山岩-钙硅酸盐岩组合

该套变质火山岩-钙硅酸盐岩组合是木栏头变质杂岩出露最好的基岩露头(MLT08露头)之一,出露宽度约90m(图5)。主要岩性是相间分布的基性、中性和酸性变质火山岩,经角闪岩相变质后形成条带状斜长角闪岩、黑云角闪斜长片麻岩和角闪黑云斜长片麻岩(图6a、b),顺层发育以石英为主的浅色深熔条带。露头南部夹有厚层条带状钙硅酸盐岩,其主体是透辉斜长片麻岩,其内有大量的透辉石岩和石榴子石透辉石岩薄层、结核和团块(图6c、d),并局部可见角闪石岩团块。该套岩石变形强烈,局部可见变形前侵入的浅色二长花岗岩脉(图6d、e),变形之后又有大量花岗岩和伟晶岩脉侵入,其中一条贯穿整个露头的细粒二长花岗岩脉宽达4m(图6f)。

(a)—含石榴子石黑云斜长片麻岩中发育浅色深熔条带;(b)—糜棱岩化含石榴子石黑云斜长片麻岩(MLT15-1);(c)—黑云角闪斜长片麻岩(MLT15-4);(d)—黑云钾长花岗岩脉(MLT15-8)和辉绿岩脉侵入于(含石榴子石)黑云斜长片麻岩中;(e)—辉绿岩脉与黑云斜长片麻岩的侵入接触关系; (f)—钾长伟晶岩脉(MLT15-3)侵入于辉绿岩脉中

(a)—Leucocratic bands developed in garnet-bearing biotite-plagioclase gneiss; (b)—mylonitized garnet-bearing biotite-plagioclase gneiss(sample MLT15-1); (c)—biotite-amphibole-plagioclase gneiss(sample MLT15-4);(d)—a biotite-K-feldspar granite dyke(sample MLT15-8)and a diabase dyke intruded in (garnet-bearing)biotite-plagioclase gneiss;(e)—an intrusive relationship between diabase dyke and biotite-plagioclase gneiss; (f)—K-feldspar pegmatite dykes(sample MLT15-3)intruded in a diabase dyke

2.3 虎威岭-七星岭片麻岩-钙硅酸盐岩-大理岩组合

该套片麻岩-钙硅酸盐岩-大理岩组合构成了木栏头变质杂岩的主体部分,以钙硅酸盐岩占绝对优势,其次为副片麻岩和大理岩, 偶见斜长角闪岩和石英岩夹层。副片麻岩以由砂泥质岩和泥砂质岩变质而来的黑云斜长片麻岩、含矽线石黑云斜长片麻岩和含石榴子石黑云斜长片麻岩为主,其内可含少量钙硅酸盐岩条带、扁豆体或团块(图7a、b),也见由杂砂岩变质而来的角闪黑云斜长片麻岩(图7c)。副片麻岩中浅色深熔条带发育,并有顺层伟晶岩脉、透镜体以及晚期切割围岩片麻岩的花岗岩脉侵入。钙硅酸盐岩成分复杂,以层状透辉钾长片麻岩(图7d)、透辉二长片麻岩和透辉斜长片麻岩为主,夹有大量的透辉石岩、透辉透闪石岩、石榴子石透辉石岩(图7e)和石榴子石透辉透闪石岩以及少量的钾长透辉石岩、透辉钾长石岩条带、透镜体和团块。大理岩仅见于虎威岭(图7f),岩性包括金云橄榄大理岩、透辉大理岩和透辉透闪大理岩。与前一岩石组合类似,变形前侵入的浅色二长花岗岩脉发育(图7g、h),其内常含有大量的钙硅酸盐岩捕掳体,而后的强烈变形常使这些岩脉发生糜棱岩化。

(a)—层状含石榴子石黑云斜长片麻岩(MLT14-5);(b)—含石榴子石黑云二长花岗质片麻岩(MLT14-13);(c)—黑云二长花岗质片麻岩(MLT14-9)中的斜长角闪岩团块;(d)—黑云二长花岗岩脉(MLT14-15)侵入于斜长角闪岩中

(a)—Layered garnet-bearing biotite-plagioclase gneiss(sample MLT14-5);(b)—garnet-bearing biotite-tow-feldspar granitic gneiss(sample MLT14-13);(c)—amphibolite blocks in biotite-two-feldspar granitic gneiss(sample MLT14-9);(d)—a biotite-two-feldspar granite dyke(sample MLT14-15)intruded in amphibolite

(a)—角闪黑云斜长片麻岩(MLT08-4)夹斜长角闪岩条带;(b)—斜长角闪岩及浅色深熔条带;(c)—透辉斜长片麻岩与石榴子石透辉石岩被二长伟晶岩脉侵入;(d)—糜棱岩化二长花岗岩脉(MLT08-6)侵入于透辉斜长片麻岩中,可见石榴子石透辉石岩结核;(e)—糜棱岩化二长花岗岩脉(MLT08-3)侵入于斜长角闪岩中;(f)—黑云二长花岗岩脉(MLT08-21)侵入于黑云角闪斜长片麻岩中

(a)—Amphibole-biotite-plagioclase gneiss(sample MLT08-4)with interlayered amphibolite;(b)—amphibolite and leucocratic bands;(c)—diopside-plagioclase gneiss and garnet diopsidite intruded by two-feldspar pegmatite dykes;(d)—mylonitized two-feldspar granite dykes(sample MLT08-6)intruded in diopside-plagioclase gneiss with garnet diopsidite nodules;(e)—mylonitized two-feldspar granite dykes(sample MLT08-3)intruded in amphibolite;(f)—a biotite-two-feldspar granite dyke(sample MLT08-21)intruded in biotite-amphibole-plagioclase gneiss

(a)—含矽线石黑云斜长片麻岩(MLT04-2)中含有透辉透闪石岩团块,并被花岗岩脉侵入;(b)—含矽线石黑云斜长片麻岩(QXL02-1)中含有浅色深熔条带;(c)—角闪黑云斜长片麻岩(MLT04-2)中含有钾长伟晶岩透镜体(MLT04-3);(d)—透辉钾长片麻岩(MLT03-9);(e)—石榴子石透辉透闪石岩(MLT04-14);(f)—金云橄榄大理岩;(g)—糜棱岩化二长花岗岩脉(MLT04-12)侵入于斜长角闪岩(MLT04-13)中;(h)—糜棱岩化二长花岗岩脉(MLT03-4)中含有透辉石岩团块

(a)—Sillimanite-bearing biotite-plagioclase gneiss(sample MLT04-2)with diopside tremolitite blocks intruded by a granite dyke;(b)—sillimanite-bearing biotite-plagioclase gneiss(sample QXL02-1)with leucocratic bands;(c)—amphibole-biotite-plagioclase gneiss(sample MLT04-2)with a pegmatite lense(sample MLT04-3);(d)—diopside-K-feldspar gneiss(sample MLT03-9);(e)—garnet-diopside tremolitite(sample MLT04-14);(f)—phlogopite-olivine marble;(g)—a mylonitized two-feldspar granite dyke(sample MLT04-12)intruded in amphibolite(sample MLT04-13);(h)—a mylonitized two-feldspar granite dyke(sample MLT03-4)containing diopsidite blocks

(a)—片麻状钾长花岗岩(QXL08-1)中发育韧性剪切带;(b)—钾长花岗质片麻岩(QXL08-6); (c)—糜棱岩化黑云斜长片麻岩(QXL10-1);(d)—二长花岗质片麻岩岩芯(ZK13-12)

(a)—A ductile shear zone developed in gneissic K-feldspar granite(sample QXL08-1);(b)—K-feldspar granitic gneiss(sample QXL08-6); (c)—mylonitized biotite-plagioclase gneiss(sample QXL10-1);(d)—a drill core of two-feldspar granitic gneiss(sample ZK13-12)

2.4 新埠海-铺前片麻岩组合

该套片麻岩组合零星出露于新埠海—铺前一带的岸边和近岸海中,其中靠近海岸侧常有较大的无根岩块断续分布。北部新埠海(QXL08露头)所见主体岩石为片麻状钾长花岗岩(图8a)和钾长花岗质片麻岩(图8b),其内含有少量斜长角闪岩、钙硅酸盐岩和细粒变泥质岩等变质岩捕掳体,其面理与围岩的片麻理协调一致,局部发育韧性剪切带和伟晶岩脉。中部新埠以南的基岩(QXL09-1露头)主要出露在海中,岸边的无根岩块是由火成岩变质而来的黑云斜长片麻岩。南部铺前以北的基岩(QXL10露头)为由碎屑沉积岩变质而来的黑云斜长片麻岩(图8c),其内发育糜棱岩化和藕节状伟晶岩脉。在铺前东南渡头钻孔中所见岩性为条带状二长花岗质片麻岩(图8d),可能是这套片麻岩组合向南的延伸部分。

3 变质杂岩的时代

为了详细了解木栏头变质杂岩的原岩和变质时代信息,我们选取30件不同类型的岩石开展了LA-ICP-MS锆石U-Pb定年(表1),包括变质基性岩类3件(附表1),变质中酸性岩类8件(附表2),变质碎屑沉积岩类8件(附表3),钙硅酸盐岩类3件(附表4),花岗和伟晶岩脉8件(附表5)。同时,对3件变质碎屑沉积岩和3件花岗和伟晶岩脉开展了独居石U-Pb定年(附表6)。锆石和独居石U-Pb定年在武汉上谱分析科技有限责任公司完成,详细的仪器参数和分析流程参见Hu Zhaochu et al.(2008)和Zong Keqing et al.(2017)。分析的激光束斑和频率,锆石分别为32 μm或24 μm(取决于可分析部位的大小)和5Hz,独居石除样品MLT01-1为16 μm和2Hz外,其他为32 μm和5Hz。U-Pb同位素定年处理中采用锆石标准91500、独居石标准物质44069和玻璃标准物质NIST610作外标进行分馏校正。对分析数据的离线处理采用软件ICPMSDataCal (Liu Yongsheng et al., 2008, 2010)完成,加权平均或交点年龄的误差为95%置信度。需要说明的是,在碎屑锆石年龄的统计分析中,一般的规则是≥1000Ma使用²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb年龄,＜1000Ma使用²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄。然而,由于受后期变质作用过程中Pb丢失的影响,木栏头变质碎屑沉积岩中＞500Ma的锆石数据在谐和图上多向右偏离谐和曲线。在这种情况下,²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄可能已不能代表其真实的形成时代,所以我们将使用²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb和²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄的阈值大致限定在500Ma。

注: Bt—黑云母;Cal—方解石;Di—透辉石;Gr—石墨;Grt—石榴子石;Hbl—普通角闪石;Kfs—钾长石;Oq—不透明矿物;Pl—斜长石;Qtz—石英;Sil—矽线石;Tr—透闪石;Ttn—榍石;Tur—电气石; a据Hu Juan et al.(2022)。

3.1 锆石U-Pb定年

3.1.1 变质基性岩类

(1)样品MLT14-11(黑云斜长角闪岩)取自于林新,为一1.5×1.2m²大小的岩块。岩石中细粒,片麻理发育,由黑云母+普通角闪石+斜长石+不透明矿物组成,其中黑云母和普通角闪石局部分别发生绿泥石化和阳起石化。锆石多呈圆形或椭圆形,粒径30~100 μm。在阴极发光(CL)下(以下描述锆石的内部结构均指在阴极发光下,不再重复)一般具有冷杉叶状环带,少数显示扇形环带,属于典型的变质成因锆石。在24个测点中,除了击穿的1个测点和2个略显年轻的测点,其余21点的²⁰⁶Pb/²³⁸U加权平均年龄为240±2Ma(MSWD=2.2)(图9a),代表岩石的变质时代。

(2)样品MLT15-4(黑云角闪斜长片麻岩)取自于林新,为一2×1m²大小的岩块(图3c)。岩石细粒均质,矿物组成为黑云母+普通角闪石+斜长石+不透明矿物,其中黑云母局部被绿泥石取代,普通角闪石局部发生阳起石化。锆石呈柱状或椭圆形,长轴80~190 μm。具有明显的核-边结构,主要由具有板状环带或均匀发光的岩浆成因暗核和具有扇形环带或均匀发光的变质成因灰白边构成。此样品共分析50点,其中暗核30点(击穿2点),亮边20点。总体上看,虽然暗核的年龄略老于灰白边,但差别不大,二者给出的²⁰⁶Pb/²³⁸U加权平均年龄为235±2Ma(n=48,MSWD=3.2)(图9b)。如果单独计算,暗核去除7个年轻测点的加权平均年龄为240±1Ma(n=21,MSWD=1.08),灰白边去除1个较老测点的加权平均年龄为232±1Ma(n=19,MSWD=0.86)。鉴于岩浆锆石核的结构存在均一化现象,所以推测其已在变质过程中发生了固态重结晶,从而造成了相近的核、边年龄。

(3)样品MLT04-13(斜长角闪岩)取自于虎威岭,为大理岩中1m厚的夹层,顶部被糜棱岩化二长花岗岩脉侵入(图7g)。岩石细粒均质,矿物组合为黑云母+普通角闪石+斜长石+不透明矿物,其中不透明矿物的边缘具有榍石反应边。锆石大部分呈椭圆形,少数呈圆形或柱状,粒径30~170 μm。一般发育核-边结构,核部较暗,具有板状环带;边部呈灰-灰白色,均匀发光。有些颗粒不含板状环带核,但核部有时发光较暗。此样品共分析32点,其中板状环带核7点,均匀核/边25点,前者除1个年轻测点外的²⁰⁶Pb/²³⁸U加权平均年龄为276±2Ma(n=6,MSWD=0.20),后者为238±1Ma(n=25,MSWD=1.8)(图9c),分别被解释为岩浆和变质事件的年龄。

3.1.2 变质中酸性岩类

(1)样品MLT14-13(含石榴子石黑云二长花岗质片麻岩)取自于林新海边,为一7×6m²大小的岩块(图4b)。岩石中发育深熔条带,并被一条煌斑岩脉穿切。矿物组成为石榴子石+黑云母+斜长石+钾长石+石英,其中石榴子石的边缘和裂隙被绿泥石取代,黑云母的边缘也局部发生绿泥石化。锆石均呈自形柱状,柱长100~250 μm。发育完好的振荡环带,并多具有狭窄的灰白边。24个核部测点大致沿一条不一致线分布,其与谐和线的上交点年龄为1414±29Ma(MSWD=1.2)(图10a),代表原岩的侵位时代。

(2)样品MLT14-9(黑云二长花岗质片麻岩)取自于林新岸边,内含大量的5cm至1m规模的斜长角闪岩团块(图4c)。岩石由黑云母+斜长石+钾长石+石英组成,其中黑云母局部转变为绿泥石。锆石均呈自形柱状,柱长80~260 μm。发育完好的振荡环带,并具有宽窄不一的扇形或冷杉叶状环带灰白边。此样品共分析42点,其中振荡环带核24点,灰白边18点。核部年龄可分为三组,第一组18个测点的²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb年龄均大于1380Ma;第二组1个测点的²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄为292±2Ma;第三组5个测点的²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄范围为256±2Ma至248±2Ma,其中3个较老测点给出的加权平均年龄为256±3Ma(MSWD=0.020)。第一、三组和边部测点构成一条不一致线,其与谐和线的上、下交点年龄分别为1462±13Ma和244±6Ma(n=41,MSWD=1.7),而边部去除3个年轻测点后的加权平均年龄为249±2Ma(n=15,MSWD=1.7)(图10b)。对此有两种可能的解释:其一是1462±13Ma代表岩石的原岩年龄,249±2Ma代表变质年龄,而年轻的锆石核部是变质过程中Pb同位素重设的结果;其二是中元古代和早二叠世锆石均为继承锆石,而岩石的侵位年龄与变质时代接近。

(3)样品QXL08-1(片麻状钾长花岗岩)取自于新埠海海边基岩露头(图8a),其内含有少量钙硅酸盐岩和斜长角闪岩包体。岩石具中粒结构,片麻理不发育,主要矿物为钾长石+石英+不透明矿物,少量绿泥石集合体应是原生黑云母蚀变的结果。锆石多呈短柱状,少数呈椭圆形,长轴120~190 μm。锆石主体有两种,一种较明亮,发育完好的振荡环带,另一种色暗,具有不清晰的振荡环带或均匀发光,有时可见后者存在于前者的周围,两种锆石都发育狭窄且不连续的灰白色生长边。此样品共分析24点,其中亮核17点,其²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb年龄＞1090Ma,并大致落在一条不一致线上;暗核7点,其²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄介于265±3Ma和256±3Ma之间。两种锆石构建的上、下交点年龄分别为1176±28Ma和270±9Ma(n=24,MSWD=0.35),而暗核的加权平均年龄为261±2Ma(n=7,MSWD=1.01)(图10c)。对此也有两种可能的解释:其一是1176±28Ma代表岩石的原岩年龄,而261±2Ma代表锆石的重结晶年龄;其二是中元古代锆石为继承锆石,而晚二叠世锆石代表岩石的侵位年龄。

(4)样品QXL08-6(钾长花岗质片麻岩)采集自前一样品附近片麻理比较发育的部位(图8b),矿物组合也相似,为黑云母+钾长石+石英+不透明矿物,其中黑云母局部转变为绿泥石。锆石呈柱状至椭圆形,长轴110~230 μm,其内部结构与QXL08-1中的锆石完全相同,但暗色颗粒相对较少,并且围绕振荡环带核的暗色幔比较发育,由此判断锆石的形成顺序是从振荡环带核经暗色幔(有时形成单独颗粒)到灰白边。此样品共分析36点,其中亮核24点,暗核/幔12点。锆石的年代学图谱也与QXL08-1中的锆石相似,其上、下交点年龄分别为1184±23Ma和256±5Ma(n=36,MSWD=1.05),而暗核/幔的加权平均年龄为261±2Ma(n=9,MSWD=0.19)(图10d)。如此看来,第二种解释的可能性似乎更大。

(5)样品MLT07-4(角闪黑云斜长片麻岩)取自于木栏头岸边的一个巨岩块,属于变质中酸性火山岩类。岩石中细粒,由黑云母+普通角闪石+斜长石+钾长石+石英+不透明矿物组成,含有深熔成因的富石英条带。锆石呈柱状至椭圆形,柱长80~200 μm。多发育核-边结构,核部有两种结构,其一呈暗色,发育振荡环带,其二呈灰色,大部分均匀发光,有时具不清晰的振荡环带;边部亮白色,一般较窄且不连续,个别较宽。此样品共分析30点,其中核部24点,边部6点。核部有2个测点相对较老,其²⁰⁶Pb/²³⁸U加权平均年龄为282±5Ma(MSWD=0.050),其余22个测点的加权平均年龄为259±2Ma(MSWD=1.9);边部加权平均年龄为242±4Ma(MSWD=1.09)(图10e)。三组年龄分别被解释为继承锆石、火山喷发和变质作用年龄。

(6)样品MLT08-4(角闪黑云斜长片麻岩)是木栏头变质火山岩中酸性成分的典型代表(图6a)。岩石细粒,主要组成矿物是黑云母+普通角闪石+斜长石+钾长石+石英+不透明矿物,偶见绿帘石,含有深熔成因的石英细条带,部分黑云母发生绿泥石化。锆石呈柱状至椭圆形,柱长110~270 μm。多发育由振荡环带核和灰白边构成的核-边结构,但有时边部很窄且不连续。此样品共分析34点,其中振荡环带核24点,灰白边10点。总体上二者的²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄在误差范围内一致,给出的加权平均值为257±1Ma(n=34,MSWD=1.9)(图10f)。如果单独计算,前者加权平均年龄为257±1Ma(n=24,MSWD=1.6),后者为257±3Ma(n=10,MSWD=2.7)。推测前者代表原岩年龄,后者与变质作用有关,但可能由于少数测点部位太小而混入核部分析,从而导致年龄偏大。

(7)样品QXL09-1(黑云斜长片麻岩)取自于新埠海边一个1.2×0.8m²大小的岩块。中等粒结构,由黑云母+斜长石+石英+不透明矿物组成,其中相当一部分黑云母的边缘和裂隙被绿泥石取代。锆石呈柱状,个别呈椭圆形,柱长60~160 μm。一般发育具振荡环带的岩浆成因灰至暗灰色核和具有扇形环带或均匀的变质成因暗色边,并且最外部多发育非常狭窄的亮边。24个灰核中有1个测点被击穿,2个测点相对较老,其²⁰⁶Pb/²³⁸U加权平均年龄为293±7Ma(MSWD=0.20),其余21个测点的加权平均年龄为257±2Ma(MSWD=1.4);18个暗边的加权平均年龄为250±2Ma(MSWD=1.2)(图10g)。三组年龄分别被解释为继承、侵位和变质年龄。

(8)样品ZK13-12(黑云二长花岗质片麻岩)取自于渡头附近的一个钻孔岩芯(图8d)。岩石呈中细粒结构,条带状构造,矿物组合为黑云母+斜长石+钾长石+石英+榍石,其中黑云母多已绢云母化。锆石均呈自形柱状,柱长60~180 μm。一般发育完好的振荡环带,并多具有狭窄且不连续的暗边。在24个测点中, 1个测点给出较老年龄495±4Ma,其他除3个不谐和测点和2个较年轻分析点外,给出的²⁰⁶Pb/²³⁸U加权平均年龄为281±2Ma(n=18,MSWD=1.7)(图10h),代表原岩的侵位年龄,而前者可以解释为继承锆石年龄。

3.1.3 变质碎屑沉积岩类

(1)样品MLT14-5(含石榴子石黑云斜长片麻岩)取自于林新岸边一个2×1m²大小的岩块。岩石呈10cm厚的条带产于含矽线石黑云斜长片麻岩中(图4a),并发育不规则状深熔条带。原生矿物为石榴子石+黑云母+斜长石+石英+不透明矿物,其中石榴子石常沿裂隙被晚期黑云母取代而呈残留的斑块状。锆石多呈椭圆形至柱状,长轴70~150 μm。内部结构比较复杂,可见核-边或核-幔-边结构,核部多发育振荡环带,但也有相当一部分发育扇形环带,幔部则具有扇形环带,边部较窄且不连续,呈灰白色或暗灰色。此样品共分析129点,其中振荡/扇形环带核部120点,扇形环带幔部9点,边部因太窄而无法分析。在129个测点中,有5个测点因混合分析而导致谐和度＜90%,其余测点产生的年龄范围从1807±37Ma(²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb年龄)到258±2Ma(²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄)(图11a),其主要年组约为1530~1280Ma(n=59,峰值~1410Ma)和1130~960Ma(n=25,峰值~1060Ma),次要年组为450~390Ma(n=6,峰值~405Ma)和340~300Ma(n=3,峰值~305Ma)(图12a)。实际上,前2个年组的测点大致分别沿2条不一致线分布,其与谐和线构成的上交点年龄分别约为1450Ma和1100Ma。CL图像表明,第一组锆石均为具振荡环带的岩浆锆石,第二组锆石(包括核部和幔部)绝大部分为具扇形环带的变质锆石,第三、四组锆石发育不清晰的振荡/扇形环带或不均匀发光,表明受到变质重结晶的影响。所以,我们将~1450Ma和1100Ma分别解释为碎屑锆石源区发生的岩浆和变质事件年龄,而约305Ma可能代表岩石的最大沉积时代。

(2)样品MLT15-1(糜棱岩化含石榴子石黑云斜长片麻岩)采自于林新海边一个6×0.8m²大小的岩块。岩石呈条带状,发育糜棱岩化和伟晶岩条带(图3b)。原生矿物组合为石榴子石+黑云母+斜长石+石英+不透明矿物,其中石榴子石多被绿泥石取代而呈残留状,大量的绢云母和少量绿泥石条带可能分别是斜长石和黑云母蚀变的结果。锆石主要呈椭圆形至圆形,少数形状不规则,粒径70~150 μm。一般保留一个具振荡环带的岩浆核,变质边则具有扇形/冷杉叶状环带,个别颗粒具有由振荡环带核、灰色扇形/冷杉叶状环带幔和暗灰色扇形/冷杉叶状环带边构成的核-幔-边结构,或者由后二者构成的核-边结构。此样品共分析42点,其中振荡环带核部30点,扇形/冷杉叶状环带核或边12点。核部测点中有6点谐和度＜90%,其与2个和谐测点大致落在一条不一致线上,构成的上、下交点年龄分别为1819±51Ma和324±41Ma(n=8, MSWD=1.7)(图11b)。24个近谐和测点产生的²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb年龄范围从3096±41Ma到1420±57Ma,主要年组约为1660~1420Ma(n=19,峰值~1570Ma)(图12b),其与谐和线构成的上、下交点年龄分别为1683±110Ma和776±380Ma(n=19,MSWD=1.9)。在12个边部测点中,7个灰色核部点年龄偏老且谐和度低,去除2个谐和度＜70%测点后,其余5个暗灰色边部测点构成的上、下交点年龄分别为1673±84Ma和248±8Ma(n=10,MSWD=1.7),而后者给出的²⁰⁶Pb/²³⁸U加权平均年龄为246±6Ma(n=5,MSWD=2.3)。显然,该样品的物源区经历了古元古代晚期变质作用,成岩后又遭受到早三叠世变质作用的改造。

(3)样品MLT16-1( 石榴子石斜长透辉石英岩)取自于林新海边最南侧的扁平露头。岩石呈条带状,细粒粒状结构,主要由透辉石+斜长石+石英+榍石+不透明矿物组成,透辉石多已发生蚀变,转变为阳起石、绿泥石和绿帘石。锆石呈椭圆形至短柱状,长轴80~150 μm。一般具有核-边结构,核部多具震荡环带,少数呈均匀的灰色或暗色,边部呈灰-暗灰色,一般狭窄且不连续。此样品共分析124点,其中核部120点,暗色边部4点。核部测点中有15点谐和度＜90%,其与部分靠近谐和线的较老测点和3个最年轻的谐和测点构成2条不一致线,上、下交点年龄分别为2485±31Ma和244±83Ma(n=13, MSWD=2.2)以及1778±33Ma和261±66Ma(n=18, MSWD=1.9)(图11c)。105个近谐和测点产生的年龄范围从2824±41Ma(²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb年龄)到249±3Ma(²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄),其主要年组约为2530~2420Ma(n=5,峰值~2440Ma)、1810~1690Ma(n=8,峰值~1770Ma)、1460~1300Ma(n=7,峰值~1450Ma)、1150~820Ma(n=33,峰值~960Ma)和490~280Ma(n=32,峰值~450Ma、~410Ma、~345Ma和~280Ma)(图12c)。最年轻的3个测点主要来自于具有模糊环带或均匀的暗色核,推测其在变质作用过程中已发生完全重结晶。4个边部测点的²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄略显分散,其中2个较老者与3个最年轻核部测点的加权平均年龄为251±3Ma(n=5,MSWD=0.67),可近似代表变质作用的时代。

(4)样品MLT01-1(含矽线石黑云斜长片麻岩)取自于赤坡北海岸基岩露头,其内含有透辉透闪斜长片麻岩和透辉透闪石岩透镜体或团块(图7a)。岩石由矽线石+黑云母+斜长石+石英+石墨+不透明矿物组成,矽线石在黑云母条带中富集,可见黑云母转变成白云母的现象,并且局部形成白云母聚集体。锆石多呈椭圆形,少数短柱状,长轴80~150 μm。均发育由一定程度磨圆的核与灰色生长边构成的核-边结构,其中核部具有振荡环带,边部则具有扇形环带或均匀发光。此样品共分析144点,其中岩浆成因的碎屑锆石核部120点,变质生长边24点。核部测点中有18点谐和度＜90%,其中的11个测点大致沿一条不一致线分布,其与8个约430~400Ma年组构成的上、下交点年龄分别为2522±27Ma和409±6Ma(n=19, MSWD=1.4)(图11d)。102个近谐和测点产生的年龄范围从3189±46Ma(²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb年龄)到234±3Ma(²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄),其主要年组约为1750~1520Ma(n=12,峰值~1560Ma)、1320~1120Ma(n=12,峰值~1220Ma)、1070~860Ma(n=36,峰值~960Ma)、510~480Ma(n=6,峰值~500Ma)和430~400Ma(n=8,峰值~420Ma)(图12d),后者中7个测点的加权平均年龄为417±7Ma(MSWD=2.0)。24个边部测点中,去除1个不谐和测点和4个较老测点(因边窄混入核部分析所致)后的加权平均年龄为239±2Ma(n=19,MSWD=1.9)。我们将417±7Ma解释为最大沉积年龄,239±2Ma解释为变质年龄,核部测点中的个别年轻年龄是变质过程中同位素部分或完全重设的结果。

(5)样品QXL02-1(含矽线石黑云斜长片麻岩)采自七星岭北海角基岩露头,浅色深熔条带发育(图7b)。原生矿物组合为矽线石+黑云母+斜长石+石英+石墨+不透明矿物,其内大量的白云母集合体可能是原始斜长石和(或)石榴子石蚀变的结果。锆石多呈圆形至椭圆形,少数呈柱状,粒径30~100 μm。均发育核-边结构,核部一般较小,并有一定程度的磨圆,具振荡环带;边部呈灰-灰白色,发育扇形或冷杉叶状环带。此样品共分析132点,其中岩浆成因的碎屑锆石核部108点,变质生长边24点。核部测点中有9点谐和度＜90%,其中的8个测点大致落在一条不一致线上,其与10个约450~430Ma年组构成的上、下交点年龄分别为2546±33Ma和440±5Ma(n=18, MSWD=1.5)(图11e)。99个近谐和测点产生的年龄范围从2794±35Ma(²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb年龄)到239±3Ma(²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄),主要年组约为1700~1500Ma(n=5,峰值~1600Ma)、1370~1230Ma(n=7,峰值~1270Ma)、1120~700Ma(n=51,峰值~930Ma)、470~410Ma(n=12,峰值~440Ma)、350~340Ma(n=5,峰值~345Ma)和270~240Ma(N=5)(图12e),其中早、晚古生代两个年组的加权平均年龄分别为440±5Ma(n=10, MSWD=2.0)和345±3Ma(n=5, MSWD=0.63)。在24个边部测点中,去除1个不谐和测点和2个较老测点(可能因边窄混入核部分析所致)后的加权平均年龄为251±1Ma(n=21,MSWD=0.77)。我们将345±3Ma解释为最大沉积年龄,251±1Ma解释为变质年龄,核部测点中最年轻的年龄组是变质过程中同位素部分或完全重设的结果。

(6)样品QXL06-3(含石榴子石矽线石黑云斜长片麻岩)取自于七星岭一面积约15×5m²的基岩和岩块堆积露头,其与七星岭早三叠世(248±2Ma)花岗岩(夏蒙蒙, 2022)的关系不清。岩石的原生矿物为石榴子石+矽线石+黑云母+斜长石+石英+石墨+不透明矿物,但蚀变强烈,其中石榴子石沿边缘和裂隙转变为黑云母、绢云母和绿泥石,矽线石边缘转变为绢云母,黑云母局部转变为绿泥石,斜长石转变为绢云母,并且局部有成堆聚集的白云母集合体。锆石呈圆形、椭圆形至柱状,粒径40~150 μm。多发育核-边结构,核部较小,并有一定程度的磨圆,具振荡环带;边部呈暗灰色,发育扇形或冷杉叶状环带。此样品共分析78点,其中岩浆成因的碎屑锆石核部63点,变质生长边15点。核部测点中有9点谐和度＜90%,多为因核部太小而混入边部成分所致,其中的8个测点和2个较老的近谐和测点大致沿一条不一致线分布,其与22个约255Ma年组构成的上、下交点年龄分别为1851±42Ma和255±3Ma(n=32, MSWD=0.58)(图11f)。52个近谐和测点产生的年龄范围从2213±83Ma(²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb年龄)到254±4Ma(²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄),主要年组约为380~360Ma(n=16,峰值~365Ma)、350~290Ma(n=15,峰值~340Ma和~305Ma)和260~255Ma(n=7,峰值~256Ma)(图12f),其中晚泥盆世和晚二叠世两个年组的加权平均年龄分别为368±4Ma(MSWD=1.6)和257±2Ma(MSWD=0.40)。15个边部测点的加权平均年龄为253±2Ma(MSWD=0.83)。由于最年轻的核部测点可能会受到变质重结晶的影响,所以我们将257±2Ma解释为最小沉积年龄,而将253±2Ma解释为变质年龄。

(7)样品MLT04-2(角闪黑云斜长片麻岩)采自虎威岭岸边一风化露头,为钙硅酸盐岩中的较厚夹层,并被伟晶岩侵入(图7c)。组成矿物为黑云母+角闪石+斜长石+石英+不透明矿物/榍石,其中不透明矿物转变为榍石的现象非常普遍。锆石呈柱状至椭圆形,柱长60~160 μm。一般发育核-边结构,核部具振荡、板状或扇形环带,个别呈均匀的暗灰色,边部为均匀的灰-灰白色,有时形成单独的颗粒。此样品共分析48点,其中岩浆成因的碎屑锆石核部30点,变质生长边18点。核部除1个不谐和测点外产生的年龄范围从1421±51Ma(²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb年龄)到276±2Ma(²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄)(图11g),主要年组约为900~810Ma(n=6,峰值~840Ma)、380~365Ma(n=5,峰值~375Ma)和290~275Ma(n=8,峰值~280Ma)(图12g),三个年组的加权平均年龄分别为844±58Ma(MSWD=0.16)、373±4Ma(MSWD=1.2)和281±5Ma(MSWD=2.4)。18个边部测点的加权平均年龄为244±2Ma(MSWD=0.16)。我们将281±5Ma解释为最小沉积年龄,而将244±2Ma解释为变质年龄。

(8)样品QXL10-1(糜棱岩化黑云斜长片麻岩)取自于铺前海边基岩露头(图8c)。原生矿物为黑云母+斜长石+石英+不透明矿物,但岩石已强烈蚀变和糜棱岩化,形成大量绢云母条带,其中斑状的白云母+长英质矿物集合体应是原始斜长石蚀变的结果。锆石呈椭圆形至柱状,长轴30~110 μm。多呈现核-边内部结构,核部一般较小,有时呈残留状,发育振荡环带或均匀发光,边部呈灰-暗灰色,多发育扇形或冷杉叶状环带。此样品共分析44点,其中岩浆成因的碎屑锆石核部27点,变质生长边17点。由于核和边均较小,所以有4个测点(核和边各2个)因混合分析而导致谐和度＜90%。25个近谐和核部测点产生的年龄范围从2720±49Ma(²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb年龄)到243±3Ma(²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄)(图11h),主要年组约为420~380Ma(n=6,峰值~395Ma)和280~260Ma(n=6,峰值~275Ma)(图12h),两个年组各去除1个年轻测点的加权平均年龄分别为400±10Ma(n=5,MSWD=2.8)和275±6Ma(n=5,MSWD=2.2),3个更年轻测点可能是受变质重结晶的影响所致。在15个边部测点中,去除1个年轻测点后的加权平均年龄为245±2Ma(n=14,MSWD=0.54)。我们将275±6Ma解释为最小沉积年龄,而将245±2Ma解释为变质年龄。

3.1.4 钙硅酸盐岩类

(1)样品MLT02-2(透辉斜长片麻岩)取自于赤坡北岸边基岩露头。岩石呈层状,细粒粒状结构,条带状构造。主要组成矿物为透辉石+斜长石+石英,含少量钾长石+方解石+榍石,透辉石多转变为细小的透闪石集合体,方解石呈条带状聚集并与少量次生黝帘石共存,可能是后期碳酸盐化的结果。锆石呈短柱至长柱状,柱长90~230 μm。均发育核-边结构,核部具振荡环带,大部分不规则,边部呈均匀或不均匀的暗色。此样品共分析120点,其中核部102点,边部18点。核部测点中有6个不谐和点(未表示在图中);11个测点给出较老的离散年龄,范围从1169±58Ma(²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb年龄)到317±5Ma(²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄);其他85个测点的年龄介于298±5Ma和253±4Ma之间,其中73个测点(298~270Ma)给出的加权平均年龄为281±2Ma(MSWD=3.6)(图13a)。边部测点中去除2个最大和2个最小数据的加权平均年龄为249±2Ma(n=14,MSWD=1.9)。据此分析,该样品原岩的沉积时代为二叠纪,而变质时代为早三叠世。

(2)样品MLT03-9(透辉钾长片麻岩)采自虎威岭岸边基岩露头。岩石成层性好,呈条带状构造(图7d)。主要由透辉石+钾长石组成,含少量石英+榍石,后期有微量黝帘石和绿泥石生成。锆石多呈椭圆形,少数呈柱状,长轴30~110 μm。一般呈灰白色,并发育扇形环带,常含有一个暗色或明亮的残核。18个测点中含有2个不谐和数据(未表示在图中)和4个可能因残核混入分析而导致的相对较老年龄(487±10Ma至268±3Ma),其他12点去除1个年轻数据后的²⁰⁶Pb/²³⁸U加权平均年龄为245±2Ma(n=11,MSWD=0.70)(图13b),代表岩石的变质时代。

(3)样品MLT04-14(石榴子石透辉透闪石岩)取自于虎威岭岸边基岩露头,呈透镜状产于透辉斜长片麻岩中(图7e)。岩石呈特征的斑点状,因风化作用石榴子石、透辉石和少量榍石凸出于表面,放射状分布的透闪石构成基质。锆石主要呈圆形和椭圆形,少数呈柱状或不规则状,粒径50~240 μm。发育扇形或冷杉叶状环带,个别颗粒保存一个很小的残核。24个分析数据高度集中,给出的²⁰⁶Pb/²³⁸U加权平均年龄为245±1Ma(n=11,MSWD=1.8)(图13c),显然代表岩石的变质时代。

3.1.5 花岗与伟晶岩脉

(1)样品MLT14-15(黑云二长花岗岩脉)采自林新一条7~10cm宽、侵入于斜长角闪岩中的细粒岩脉(图4d)。矿物组成为黑云母+斜长石+钾长石+石英,其中黑云母局部发生绿泥石化,基质中也有少量绿泥石生成。锆石均呈自形长柱状,柱长120~240 μm,一般发育完好的振荡环带,个别颗粒含有一个较小的残核。24个分析中,1个测点给出270±3Ma的²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄,其他数据除一个稍年轻分析点外的加权平均年龄为241±2Ma(MSWD=2.8)(图14a)。前者代表继承锆石年龄,后者代表花岗岩脉的侵位年龄。

(2)样品MLT15-8(黑云钾长花岗岩脉)取自于林新海边基岩露头。岩脉约5m宽(厚约3m)侵位于(含石榴子石)黑云斜长片麻岩中,西侧与辉绿岩脉接触(图3d)。岩石中粒,矿物组成为黑云母+钾长石+石英+电气石+不透明矿物,其中黑云母局部发生绿泥石化。锆石呈柱状,柱长50~200 μm。均发育振荡环带,有时具有暗或亮色边缘。在24个核部测点中,有2个测点不谐和(未表示在图中);11个测点产生相对较老的年龄,从883±61Ma(²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb年龄)到267±2Ma(²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄),并以约480~390Ma居多;另11个年轻测点去除1个最老者给出的加权平均年龄为240±2Ma(n=10,MSWD=1.00)(图14b)。后者被解释为花岗岩脉的侵位年龄,而较老的数据代表继承锆石年龄。

(3)样品MLT15-3(钾长伟晶岩脉)取自于林新海边基岩露头。岩脉呈网状侵入于辉绿岩中(图3f),矿物组合为黑云母+斜长石+钾长石+石英+不透明矿物,其中局部黑云母转变为绿泥石。锆石均呈自形柱状,柱长90~200 μm。发育完好的振荡环带。24个分析数据给出的²⁰⁶Pb/²³⁸U加权平均年龄为239±1Ma(MSWD=1.6)(图14c),代表伟晶岩脉的侵位时代。

(4)样品MLT08-3(糜棱岩化二长花岗岩脉)取自于木栏头一条15cm宽、侵入于斜长角闪岩中的岩脉(图6e)。主要成分是斜长石+钾长石+石英+不透明矿物,含少量来自于围岩、已绿泥石化的普通角闪石,其中石英均呈拔丝状。锆石主要呈柱状,少数呈椭圆形,柱长80~240 μm。大部分锆石具有由暗色振荡环带核和灰白色边构成的核-边结构,也有一部分不含暗核的灰白色锆石。此样品共分析24点,其中环带核10点,灰白核/边14点。前者给出的²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄比较分散,介于399±4Ma和271±2Ma之间;后者比较集中,给出的加权平均年龄为243±2Ma(n=14,MSWD=1.9)(图14d)。二者分别被解释为继承锆石和岩石侵位年龄。

(5)样品MLT08-6(糜棱岩化二长花岗岩脉)采自木栏头10~20cm宽、侵入于透辉斜长片麻岩中的岩脉(图6d)。岩石呈特征的白色,由斜长石+钾长石+石英组成,其中斜长石和钾长石呈条带状富集,石英拔丝状。锆石呈柱状至椭圆形,长轴90~210 μm。具有明显的核-边结构,核部色暗,发育振荡或扇形环带,边部呈灰白色。此样品共分析45点,其中暗色环带核33点,灰白边12点。二者给出的²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄不可区分,去除3个年老测点和1个年轻测点后的加权平均年龄为251±1Ma(n=41,MSWD=2.5)(图14e),应代表花岗岩脉的侵位时代。

(6)样品MLT03-4(糜棱岩化二长花岗岩脉)取自于虎威岭一条不规则状岩脉,侵入于钙硅酸盐岩中,并含有透辉石岩团块(图7h)。矿物组成为斜长石+钾长石+石英,其中石英已全部拔丝状重结晶。锆石多呈长柱状,少数呈短柱状,柱长100~240 μm。发育较暗的振荡环带,一般具有一个狭窄的灰白色边缘,个别生长边较宽,并可见扇形环带。此样品共分析27点,其中暗色环带核24点,灰白边3点。除1个高度不谐和的数据外(未表现在图中),二者给出的²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄不可区分,去除1个年轻测点的加权平均年龄为244±1Ma(n=25,MSWD=1.6)(图14d),代表花岗岩脉的侵位时代。

(7)样品MLT04-12(糜棱岩化二长花岗岩脉)采自虎威岭,岩脉约2m厚夹于透辉斜长片麻岩和斜长角闪岩之间(图7g)。矿物组合为斜长石+钾长石+石英,其中石英拔丝状。锆石呈自形柱状,柱长100~260 μm。一般色暗,发育振荡或扇形环带,多数具有一个非常狭窄且不连续的灰白色生长边,少数生长边略宽。此样品共分析32点,其中暗色环带核24点,灰白边8点。二者给出的²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄高度集中且不可区分,其加权平均年龄为248±1Ma(n=32,MSWD=1.2)(图14g),代表花岗岩脉的侵位时代。

(8)样品MLT04-3(钾长伟晶岩)取自于虎威岭角闪黑云斜长片麻岩中一个约1m大小的透镜体(图7c)。岩石以钾长石为主,其次是石英,两种矿物的边界均亚颗粒化,说明后期有变形作用发生。锆石呈自形长柱或短柱状,柱长180~330 μm,具振荡/扇形环带或均匀发光。24个分析数据中除1个高度不谐和的分析点外(未表示在图中)给出的²⁰⁶Pb/²³⁸U加权平均年龄为240±1Ma(n=23,MSWD=0.89)(图14h),显然代表伟晶岩的侵位时代。

3.2 独居石U-Pb定年

3.2.1 变质碎屑沉积岩类

(1)样品MLT01-1(含矽线石黑云斜长片麻岩)中的独居石呈他形粒状,粒径40~150 μm。背散射(BSE)图像(以下描述独居石的内部结构均指在背散射下,不再重复)多显示核-边结构,核部呈均匀的暗灰色,边部呈亮白色,有时两种色调交织在一起呈云雾状。此样品共分析36点,其中暗灰核24点,亮白边12点。然而,两种部位给出的年龄数据不可区分,去除一个最年轻测点后的²⁰⁶Pb/²³⁸U加权平均年龄为238±1Ma(n=35,MSWD=1.6)(图15a)。

(2)样品QXL06-3(含石榴子石矽线石黑云斜长片麻岩)中的独居石呈半自形至他形粒状,粒径60~190 μm。主体呈暗灰色,边缘亮白色,个别环带相反或不规则。24个测点的²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄高度集中,给出的加权平均值为254±1Ma(MSWD=0.88)(图15b)。

(3)样品QXL10-1(糜棱岩化黑云斜长片麻岩)中的独居石主要呈他形粒状,常含有大量的矿物包体,少数不含包体矿物的颗粒自形程度较好。一般呈暗灰色,少数颗粒局部显示亮白色。在24个均匀暗灰色部位测点中,有2点分析失败,其他22个测点给出的²⁰⁶Pb/²³⁸U加权平均年龄为247±2Ma(MSWD=2.2)(图15c)。

3.2.2 花岗岩脉

(1)样品MLT14-15(黑云二长花岗岩脉)中的独居石多呈粒状,少数呈柱状,粒径70~250 μm。核部可发育明暗不均的环带,边部则为均匀的暗灰色。24个测点的²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄比较集中,给出的加权平均值为237±2Ma(MSWD=1.6)(图15d)。

(2)样品MLT15-8(黑云钾长花岗岩脉)中的独居石呈自形至半自形粒状或柱状,粒径40~110 μm。一般呈均匀的暗灰色,个别颗粒边部有亮白色斑点。24个测点中除1个打到包体和1个不谐和外,其他22个测点给出的²⁰⁶Pb/²³⁸U加权平均年龄为235±1Ma (MSWD=1.5)(图16e)。

(3)样品MLT08-21(二长花岗岩脉)取自于木栏头一条4m宽的岩脉,侵入于变质火山岩和钙硅酸盐岩中(图5和图6f)。岩石细粒均质,未变形,主要由斜长石+钾长石+石英组成,含微量针状黑云母。独居石呈自形至半自形粒状或柱状,粒径50~220 μm。发育明暗不均的环带状构造,或呈均匀的暗灰色。在24个测点中,1个测点因普通Pb含量太高而失败,其他23个测点给出的²⁰⁶Pb/²³⁸U加权平均年龄为159±1Ma(MSWD=0.97)(图15f)。

4 讨论

4.1 中元古代基底岩石(锆石)及物源分析

在木栏头地区识别出的最古老岩石分别为古元古代(注:按国际年代地层表)晚期碎屑沉积岩和中元古代早期的花岗质片麻岩,均来自于林新海边的巨型无根岩块。变质沉积岩样品MLT15-1中的碎屑锆石记录了两期岩浆事件和一期变质事件,时代分别约为1820Ma、1680Ma和1670Ma,未发现更年轻的、具有谐和年龄的碎屑锆石核,所以该样品的最大沉积时代应为古元古代。花岗质片麻岩样品MLT14-13给出的原岩侵位年龄为1414±29Ma,明确表明了中元古代早期基底岩石的存在。另一个花岗质片麻岩样品MLT14-9也给出了1462±13Ma的上交点年龄,但少量晚二叠世(256±3Ma)岩浆成因锆石核部的保留也有可能暗示该片麻岩的原岩是晚期侵位的,其中大量的中元古代早期锆石是岩浆侵位过程中从围岩捕获的继承锆石,该片麻岩中含有大量的斜长角闪岩团块(图4c)似乎支持这一推论。然而,即便如此,也可以间接证明中元古代早期基底的存在。附近的变质沉积岩样品MLT14-5中碎屑锆石的最大年龄峰值也约为1450Ma,其物源显然也来自于该基底。

在新埠海片麻状钾长花岗岩(样品QXL08-1)/钾长花岗质片麻岩(样品QXL08-6)中还识别出另一期中元古代晚期岩浆事件,2件样品锆石的上交点年龄分别为1176±28Ma和1184±23Ma。我们没有把约1180Ma的年龄直接解释为中元古代晚期的岩浆侵位年龄,而是解释为继承锆石年龄,主要是因为在该岩石中还含有一定数量的晚二叠世(261±2Ma)具不清晰震荡环带或均匀发光的岩浆成因锆石,而且这种锆石也可含有中元古代早期的锆石残核,所以将岩石的侵位年龄确定为晚二叠世似乎更为合理。不仅如此,该岩石中还可见少量斜长角闪岩、钙硅酸盐岩和细粒变泥质岩等原岩可能为二叠纪的变质围岩团块,与虎威岛晚二叠世钾长花岗岩(夏蒙蒙, 2022)的性状相似,进一步说明其晚期侵位的性质。大量且年龄单一的约1180Ma继承锆石的存在表明这种偏碱性的花岗岩可能源于中元古代晚期地壳物质在晚二叠世的部分熔融,也间接证明木栏头地区也存在中元古代晚期的结晶基底。

约1450Ma的岩浆事件是海南岛抱板群(抱板杂岩)的标志特征,所以林新中元古代早期结晶基底应属于抱板群向东北的延伸部分。不仅如此,变质沉积岩样品MLT14-5中还含有大量约1100Ma的变质锆石,这与抱板群中中元古代晚期(约1300~1000Ma)变质事件(Li Zhengxiang et al., 2002; Wang Zhilin et al., 2015; Yao Weihua et al., 2017; Zhang Limin et al., 2018; Xu Yajun et al., 2020; Zhang Hangchuan et al., 2022)的时代相吻合,进一步说明二者经历了相同的早期演化历史。约1670Ma的变质沉积岩(样品MLT15-1)可能是到目前为止在抱板群中识别出的最古老的沉积岩,略早于Xu Yajun et al.(2020)报道的沉积时代(约1550Ma)。实际上,在所分析的4件变质沉积岩(样品MLT16-1、MLT01-1、QXL02-1和QXL06-3)中,碎屑锆石记录的上交点年龄集中在约2550~2490Ma和1850~1780Ma,并有约1600~1560Ma的不明显年龄峰值,这与抱板群中变沉积岩中碎屑锆石记录的早期年龄峰值基本一致(Wang Zhilin et al., 2015; Yao Weihua et al., 2017; Zhang Limin et al., 2019; Xu Yajun et al., 2020; 吕方, 2022),说明抱板群也为晚期碎屑物质的沉积提供了物源。约1180Ma的岩浆岩在海南岛尚未见报道,但石碌群和石灰顶组石英岩中的碎屑锆石含有这期年龄的峰值(1170Ma; Wang Zhilin et al., 2015; Yao Weihua et al., 2017),所以与中元古代基底相连的推测并不矛盾。

4.2 二叠纪火山-沉积地层的物质来源及形成环境

除个别古、中元古代基底岩石外,木栏头变质杂岩的主要岩石组合是变质火山岩-变质碎屑沉积岩-钙硅酸盐岩-大理岩,含一定数量的变质酸性和基性侵入岩(即花岗质片麻岩和斜长角闪岩)。目前获得的最老侵入岩是281±2Ma的花岗质岩石(样品ZK13-12)和276±2Ma的基性岩(样品MLT04-13),在变质沉积岩样品MLT04-2和QXL10-1以及钙硅酸盐岩样品MLT02-2的碎屑锆石中也存在约280Ma的重要年龄峰值,表明在木栏头地区存在一期早二叠世岩浆事件。晚二叠世岩浆事件主要体现在新埠海钾长和斜长花岗质岩浆的侵入,时代分别为261±1Ma(样品QXL08-1和QXL08-6)和257±2Ma(样品QXL09-1),木栏头变质基性-中性-酸性火山岩也形成于这一时期,2件样品(MLT07-4和MLT08-4)给出的喷发年龄分别为259±2Ma和257±1Ma。在7件变质碎屑沉积岩和2件钙硅酸盐岩样品中(见表1),有6件样品(包括2件钙硅酸盐岩)的最小锆石年龄峰值为二叠纪(约280~260Ma),另3件样品的最小锆石年龄峰值虽然为晚志留世—石炭纪(约420~305Ma),但其内也含有个别二叠纪锆石颗粒,尽管这些锆石可能也受到了后期变质作用的影响。考虑到变质火山岩、变质碎屑沉积岩和钙硅酸盐岩的紧密共生关系(如碎屑锆石最小年龄峰值约为420Ma的变质沉积岩(以样品MLT01-1为代表)中即含有大量的钙硅酸盐岩透镜体(图7a),我们把这套变质火山-沉积岩系的原岩时代统一厘定为二叠纪(约280~260Ma)。

所分析的7件变质碎屑沉积岩(不包括古元古代样品MLT15-1)和1件钙硅酸盐岩的碎屑锆石大致给出3种不同的年代学谱图(图12,图13a),反映它们的物源区存在较大差别。其一以样品MLT14-5为代表,其主要年龄峰值约1450Ma和1100Ma,物源主要来自于抱板群结晶基底,如前所述。其二以样品MLT16-1、MLT01-1和QXL02-1为代表,含有约960~930Ma和450~410Ma两个重要年龄峰值,与前人在海南岛地区石炭纪—二叠纪地层报道的碎屑锆石年代学谱图相似(Hu Lisha et al., 2017; Zhang Limin et al., 2017; Zhang Xinchang et al., 2022)。目前在海南岛尚未发现可靠的新元古代基岩(岩浆岩或沉积岩;注:石灰顶组的沉积时代尚有争议)露头(Yao Weihua et al., 2017),仅有的早古生代岩石的报道来自于东方—昌化港西侧海域钻孔中的片麻状花岗岩,其侵位年龄为435±4Ma(王策等, 2015),虽然在邦溪—晨星地区的变质玄武岩和安山岩中也有这期年龄报道(446~430Ma)(Xu Deru et al., 2007; Zhou Yun et al., 2021),但因为其他继承锆石的存在尚难以确认该年龄是否真的代表岩石的喷发时代。考虑到海南岛早古生代地层中也含有这两个碎屑锆石年龄峰值(Zhou Yun et al., 2015; 龙文国等, 2022a),所以推测其来源于再循环的早古生代地层,而真正的源区可能位于海南岛之外,如有学者推测的武夷-云开造山带(Zhou Yun et al., 2015; Zhang Xinzhang et al., 2022)。其三以样品MLT04-2、MLT02-2、QXL06-3和QXL10-1为代表,其重要年龄峰值约为395~345Ma和280~256Ma,其中前一组年龄前人也有报道(Hu Lisha et al., 2017; Zhang Limin et al., 2017)。海南岛晚泥盆-早石炭世岩石主要产出在东部屯昌一带,包括黄竹岭地区的片麻状二长花岗岩和二长花岗质片麻岩(379±4Ma、370±4Ma和363±7Ma;丁式江等, 2005; 龙文国等, 2022b)以及晨星和邦溪地区的安山质和英安质火山岩(353±3Ma、351±7Ma和345±4Ma;陈新跃等, 2013; Li Shubo et al., 2018),潮滩鼻榴辉岩的母岩也形成于这一时期(364±2Ma;Xia Mengmeng et al., 2022),这些岩石均可为二叠纪沉积岩提供物源。二叠纪碎屑锆石以约280Ma峰值为主,其来源应为原地的早二叠世基性-酸性侵入岩。

我们尚未对木栏头地区早、晚二叠世(约280Ma和260Ma)侵入岩开展地球化学研究,但广泛出露于海南岛地区的近同期(272~254Ma)花岗质岩石均具有大陆弧的地球化学特征(Li Xianhua et al., 2006; 陈新跃等, 2011; 温淑女等, 2013; Yan Quanshu et al., 2017; Shen Linwei et al., 2018; He Huiying et al., 2020; 吕方等, 2022),所以我们推测这些侵入岩可能具有相同的地球化学属性。对木栏头中基性成分的变质火山岩的地球化学研究表明(夏蒙蒙, 2022),其原岩类似于富Nb的拉斑玄武质岩石,初始Nd值为-6.7~-3.2,Nd模式年龄为1.51~1.17Ga,是岛弧环境下的古老富集地幔部分熔融的产物。这套二叠纪火山-沉积岩系与海南岛中部可能形成于弧后或陆间盆地的二叠纪滨浅海陆棚相碎屑岩-碳酸盐岩建造(汪潇风等, 1991a; 海南省地质调查院, 2017)有所不同,其产出环境应更接近于活动大陆边缘的弧前盆地。距其东南约15km潮滩鼻榴辉岩的产出可能支持这一推测,该榴辉岩可能是晚泥盆世(364±2Ma)洋壳在石炭纪(340~300Ma)热俯冲的产物(刘晓春等, 2021; Xia Mengmeng et al., 2022),相当于弧前残留的增生杂岩,并进一步说明大洋俯冲作用可能从石炭纪一直持续到二叠纪。实际上,在木栏头变质杂岩中常观察到透辉斜长/钾长/二长片麻岩和变质沉积岩中含有透辉/透闪石岩团块,并局部有角闪石岩(超基性岩?)团块产出,似乎具有混杂堆积的特征(闫臻等, 2020),这也与弧前盆地的沉积环境相符。

4.3 晚二叠世—中三叠世中级变质作用与岩脉侵入

木栏头变质杂岩普遍经历了角闪岩相变质作用,变质沉积岩中矽线石的产出、大理岩中橄榄石+金云母组合的出现以及斜长角闪岩中绿帘石的缺失证明变质条件已达高角闪岩相,基于变质沉积岩中石榴石-黑云母-斜长石-石英地质温压计估算出的峰期P-T条件为720~770℃、0.44~0.58GPa(Hu Juan et al., 2022)。几乎所有岩石中的锆石都具有新生的变质锆石增生边,或者全部为变质锆石颗粒,只有少数样品中锆石的生长边太窄而无法测年,最终在16件不同类型的岩石样品中获得的变质时代为253~238Ma,而5件变质碎屑沉积岩中独居石的U-Pb年龄为254~237Ma。深熔作用始终与变质作用相伴,并在变质碎屑沉积岩和中酸性火山岩中形成大量的深熔条带,花岗岩和伟晶岩脉的侵入也很普遍。锆石U-Pb定年揭示,主期变形(糜棱岩化)前侵入的淡色二长花岗岩脉的时代为251~243Ma,而同变形至变形后侵入的花岗岩和伟晶岩脉的时代为241~239Ma,略老于独居石的时代(237~235Ma)。由此可以限定,木栏头变质杂岩的中级变质和深熔作用以及花岗和伟晶岩脉的侵入主要发生在晚二叠世—中三叠世(254~235Ma)。此外,独居石的U-Pb定年还揭示一条中侏罗世(159±1Ma)二长花岗岩脉侵入于木栏头变质火山岩-钙硅酸盐岩组合中,其时代略早于附近的花岗岩体(153~151Ma;夏蒙蒙, 2022)。

晚二叠世—中三叠世变质和变形事件在海南岛的主体部分也有记录。变质岩石主要发现于琼中吊罗山地区,那里中高级变质的片麻岩、变粒岩和麻粒岩呈孤岛状产出在二叠纪花岗岩中,早期在片麻岩和变粒岩中获得2个不精确的锆石U-Pb年龄,分别为255±9Ma和247±8Ma,并被解释为峰期变质年龄(李孙雄等, 2016),而新近对麻粒岩的锆石U-Pb定年获得了精确的原岩和变质作用时代,分别为238±2Ma和237±2Ma(高维等, 2022)。然而,这种三叠纪变质岩石产出在二叠纪花岗岩中的机制尚不清楚,或许围岩花岗岩的定年时代有误。变形作用主要表现为北西西向和北东向两组韧性剪切带的发育,其中顶部向北北东向斜向逆冲的北西西向韧性剪切带的白云母⁴⁰Ar/³⁹Ar年龄为250~242Ma,而顶部向南东向斜向逆冲的北东向韧性剪切带的白云母、黑云母和绢云母⁴⁰Ar/³⁹Ar年龄为230~190Ma(陈新跃等, 2006; Zhang Feifei et al., 2011)。显然,北西西向韧性剪切带的发育与木栏头变质作用的变质时间基本一致。我们最近对邦溪-晨星地区的浅变质岩石开展了初步的同位素年代学工作,在变玄武岩中获得的榍石U-Pb年龄为268~260Ma,在变泥质岩获得的独居石U-Pb年龄为252±1Ma,黑云母40Ar/39Ar年龄为230±2Ma(笔者未发表资料),表明邦溪—晨星地区石炭纪地层的绿片岩相变质作用也发生在二叠纪—三叠纪。

对潮滩鼻榴辉岩的研究表明,海南岛北部弧后洋盆的打开时间大致在364±2Ma之前,以洋壳热俯冲所反映的洋盆开始关闭的时间为340~300Ma(刘晓春等, 2021; Xia Mengmeng et al., 2022)。关于海南岛从大洋俯冲到陆-陆碰撞以及碰撞后伸展的构造转换时间问题,前人多基于岩浆岩的地球化学示踪来限定。统计结果表明,海南岛与俯冲/岛弧、汇聚和伸展相关的岩浆作用分别发生在272~252Ma、251~243Ma和242~225Ma(He Huiying et al., 2020)。木栏头地区变质火山岩、花岗岩和辉绿岩脉的地球化学研究结果基本上与上述推论相吻合,其中形成于岛弧环境的基性—中性—酸性火山岩的喷发时代为259Ma,形成于同碰撞环境的埃达克质I型花岗岩的侵入时代为254~248Ma,形成于碰撞后伸展环境的A型花岗岩和辉绿岩脉的侵入时代为242~232Ma(夏蒙蒙, 2022)。木栏头变质杂岩的变质和深熔作用时代(254~235Ma)与岩浆岩限定的碰撞至碰撞后伸展的时间一致,显然与华南-印支陆块的碰撞作用有关。而且,这期碰撞作用已影响到整个海南岛,从而导致了琼中麻粒岩和北西西向韧性剪切带的形成。邦溪-晨星地区变玄武岩的榍石U-Pb年龄(268~260Ma)偏老,与岛弧岩浆作用的时间一致,表明其可能形成于碰撞之前的大洋俯冲-增生时期。

4.4 区域大地构造重建及对东古特提斯构造演化的启示

关于海南岛的大地构造划分一直存在较大的分歧。海南岛最古老的岩石是中元古代(约1450Ma)的抱板群(抱板杂岩),主要分布在白沙断裂以西昌江—东方的抱板地区、大蟹岭地区和乐东的冲卒岭地区(马大铨等, 1998),白沙断裂以西原划归的抱板群,除五指山地区靠近白沙断裂的出露点被证实外(吕方, 2022),琼中的上安地区和屯昌—定安的黄竹岭地区的出露点已被否定(李孙雄等, 2016; 高维等, 2022; 龙文国等, 2022b),其他出露点还有待检验。如果白沙断裂以东确有抱板群基底存在,那么白沙断裂本身就不是重要的边界断裂,所以以其划分构造单元(如Metcalfe, 1996)将失去基础依据。木栏头地区中元古代(约1460~1410Ma)基底岩石和物源区的存在证明抱板群结晶基底已延伸到这一地区,若如此,则邦溪-晨星构造带或昌江-琼海断裂不能被视为华南和印支陆块间的构造边界(如Li Xianhua et al., 2002; Faure et al., 2016; He Huiying et al., 2020),但可以大致以昌江-琼海断裂为界解体出由中元古代结晶基底和早古生代盖层构成的琼南地体以及从这一地体的基础上演化而来的琼北构造混杂岩带两个次级构造单元。琼北构造混杂岩带中除残留有上述基底和盖层外,还包含晚古生代玄武质洋壳残片和深海—浅海相沉积岩,经历了石炭纪高温高压(榴辉岩相)变质作用、二叠纪弧岩浆作用和晚二叠世—中三叠世中低级(绿片岩相—角闪岩相)变质作用,是华南陆块与海南地块之间大洋向南俯冲/增生直至碰撞的产物。真正的板块缝合带应位于木栏头北部,大致相当于现今琼州海峡断裂的位置。

关于海南岛的大地构造属性也一直处于争论之中。基于地理和构造位置以及同位素年代学资料,海南岛以前多被认为是华夏地块向西南的延伸部分,或者至少九所-陵水断裂以北的主体部分归属于华夏地块(如广东省地质矿产局, 1988; Li Zhengxiang et al., 2002, 2008; Zhou Yun et al., 2015; 海南省地质调查院, 2017; Yao Weihua et al., 2017)。然而,近年的研究在扬子地块西缘发现了一定数量1530~1380Ma的岩浆岩,大量碎屑沉积岩中的碎屑锆石也含有约1450Ma的年龄峰值,所以推断海南岛中部(九所-陵水和昌江-琼海断裂之间)属于扬子地块的一部分(Cawood et al., 2020; Liu Huichuan et al., 2020)。若只以锆石的年代学谱图为依据,最近在越中造山带(Trans Vietnam Orogenic Belt;Osanai et al., 2008)的昆嵩地块(Kon Tum Massif)也识别出约1450Ma的岩浆岩以及变质沉积岩中类似的碎屑锆石年龄峰值(Nakano et al., 2021; Kawaguchi et al., 2021; Jiang Wei et al., 2022),似乎也可以将海南岛与印支地块关联起来。实际上,如果我们接受扬子、华夏、海南和印支等地(陆)块都来自于冈瓦纳古陆的北缘,那么其年代学框架必然有一定的相似性。本文以及前人在海南岛(变质)沉积岩中获得的980~930Ma和450~410Ma碎屑锆石年龄峰值不仅可以从华夏地块溯源(Hu Lisha et al., 2015; Zhou Yun et al., 2015; Xu Yajun et al., 2016; Zhang Xinzhang et al., 2022),在印支陆块以及哀牢山-马江缝合带的地质体中也可找到其明显的踪迹(Wang Ce et al., 2016; Xia Xiaoping et al., 2020; Wang Yuejun et al., 2021a; Li Qiuli et al., 2021),而且,印支陆块的早古生代岩浆作用较华夏地块更为显著(Jiang Wei et al., 2020; Wang Yuejun et al., 2020, 2021a, 2021b)。不仅如此,含有中元古代结晶基底的昆嵩地块及其北侧长山带(Truong Son Belt)的南端也经历了早古生代(约450~430Ma)中高级变质作用(Faure et al., 2018; Bui et al., 2020, 2022),与海南岛抱板群的变质时代(约460~440Ma;Zhang Hangchuan et al., 2022; 笔者未发表资料)基本一致。所以,海南地块的大地构造属性似乎与印支陆块更为接近,海南岛与华南陆块石炭纪岩相古地理与古生物方面的差别(陈耀钦等, 1991)为这一推论提供了佐证。需要特别指出的是,如果消除新生代红河断裂左行平移的影响,昆嵩地块距海南地块并不遥远。

HI—海南岛; ICB—印支陆块; NH—琼北构造混杂岩带; SCB—华南陆块; SH—琼南地体

HI—Hainan Island; ICB—Indochina Block; NH—North Hainan tectonic mélange zone; SCB—South China Block; SH—South Hainan terrane

对潮滩鼻榴辉岩的地球化学研究表明,其原岩形成于晚泥盆世成熟的弧后盆地环境,该弧后盆地属于金沙江-哀牢山-马江弧后洋盆系统的一部分(Xia Mengmeng et al., 2022),从而支持这条弧后洋盆向东延伸到海南岛北部。木栏头变质杂岩的变质时代与金沙江和马江产出的榴辉岩的时代(约245~230Ma; Nakano et al., 2010; Zhang Ruyuan et al., 2013; Tang Yuan et al., 2020)近于一致,进一步支持金沙江-哀牢山-马江缝合带东延到琼州海峡。海南地块大致可以与印支陆块中越中造山带的构造单元相对应(图16a),其中琼南地体对应于昆嵩地块,琼北构造混杂岩带相当于长山岩浆弧带和马江缝合带,区别在于邦溪—晨星地区发育一个石炭纪弧后盆地。据此,我们对早期提出的构造模型(Liu Xiaochun et al., 2021)修正如下(图16b):① 海南地块属于印支陆块的一部分,其西南部的龙木错-双湖-昌宁-孟连洋在约380Ma开始向北俯冲,因弧后扩张而在华南和印支陆块之间形成金沙江-哀牢山-马江洋(吴福元等, 2020);② 金沙江-哀牢山-马江洋在约340~300Ma向南俯冲,在海南岛北部形成邦溪-晨星弧后盆地,而俯冲洋壳本身在高温高压条件下变质而成榴辉岩;③ 大洋俯冲一直持续到约255Ma,使海南地块主体成为二叠纪大陆岛弧,并在木栏头弧前盆地接受沉积,此时邦溪-晨星弧后盆地已关闭;④ 在约255~230Ma金沙江-哀牢山-马江洋最后关闭,华南和印支陆块碰撞形成一个统一的大陆,在琼南地体中发育的三叠纪变质和变形作用可能是这一碰撞造山事件的远程响应。

5 结语

海南岛石炭纪洋壳型高温榴辉岩的发现为东南亚晚古生代以来大地构造演化的研究打开了一个新的窗口。本文对与榴辉岩伴生的一套中级变质杂岩开展了详细的野外调查和同位素年代学研究,确认在木栏头地区存在中元古代基底岩石和物源区,从而证明抱板群结晶基底已延伸到这一区域。结合二叠纪火山-沉积岩系及侵入体的形成环境和物源分析,推测华南与印支陆块间的金沙江-哀牢山-马江古特提斯缝合带向东延伸到海南岛北侧,可能与琼州海峡断裂相接。在此基础上,将海南岛大致以昌江-琼海断裂为界重新划分为南部由中元古代结晶基底和早古生代盖层构成的琼南地体和北部从该地体演化而来的琼北构造混杂岩带两个次级构造单元,并初步提出晚古生代以来构造演化的新模型。然而,现有研究资料尚存在很多不确定性,包括琼北构造混杂岩带中木栏头变质杂岩中基底的规模、潮滩鼻榴辉岩的成因、邦溪-晨星变质玄武岩和安山岩的时代、黄竹岭晚泥盆世花岗质岩石的属性以及上述这些形成于不同构造环境下的岩石之间的匹配关系等,从而制约了我们对东古特提斯构造域早期构造演化过程的重塑和动力学机制的探索。另一方面,部分学者始终坚持认为海南岛晚古生代—早中生代的构造演化与古太平洋的西向俯冲有关,我们虽不赞成这一假设,但以现有资料来否定它也存在很大的难度。显然,在海南岛及邻区针对晚古生代—早中生代岩石(包括岩浆岩、沉积岩和变质岩)开展进一步的深入调查和研究工作十分必要。

本文附件(附表1—附表6)详见http://www.geojournals.cn/dzxb/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=202200995&flag=1

致谢:感谢特邀主编万渝生研究员的约稿以及许亚军教授和闫臻研究员提出有价值的修改意见。研究工作中得益于与陈意研究员和李建华研究员的多次讨论,在此深表谢意。谨以此文纪念程裕淇先生诞辰110周年!

参考文献