赞比亚东北部Nsama组古元古代凝灰岩的锆石U-Pb测年与地球化学特征

《Journal of African Earth Sciences》：Zircon U-Pb Dating and Geochemistry of the Paleoproterozoic Tuffs from the Nsama Formation in Northeastern Zambia

本文通过LA-MC-ICP-MS对赞比亚Bangweulu地块Nsama Formation三个玄武质火山碎屑岩样品进行U-Pb-Hf同位素分析，确定其结晶年龄为1799±9至1784±8 Ma，揭示该层位形成于活跃陆缘环境，并存在古元夕罗纪基底。

　　

任俊平|顾爱蕾|孙宏伟|左立波|王杰|赵宝金|埃瓦里斯托·卡松巴|施行|刘子江|董金猛|张金瑞|陈继海

中国地质调查局天津中心，天津300170

摘要

本研究利用激光烧蚀多收集器电感耦合等离子体质谱（LA-MC-ICP-MS）技术，对赞比亚东北部Bangweulu地块Mporokoso群Nsama组中的古元古代凝灰岩进行了U-Pb地质年代学和地球化学分析。这些新的地质年代数据非常重要，因为此前该地层的精确年龄信息尚未获得。三个新鲜的凝灰岩样本的结晶年龄分别为1799 ± 9 Ma和1784 ± 8 Ma。从地球化学角度来看，这些凝灰岩富含轻稀土元素（LREE），同时表现出Ba、Nb、Sr、P和Ti的负异常。锆石的ε_Hf(t)值范围为-2.6至+4.7，T_DM2值范围为2618至2183 Ma。Lu–Hf同位素数据表明Bangweulu地块内部存在古元古代-新太古代基底，并暗示这些凝灰岩是由古老的古元古代地壳部分熔融形成的。结合地球化学特征，这些数据表明Nsama组的凝灰岩形成于活动的大陆边缘。

引言

Bangweulu地块周围环绕着古元古代的Ubendian造山带（Kazimoto等人，2015年）、中元古代的Irumide造山带（De Waele等人，2006a, b）、Kibaran带（Villeneuve等人，2019年）以及新元古代晚期的Pan–African Lufilian带（Kampunzu等人，1999年；Ren等人，2018年）（图1）。

该地块曾被称为“Bangweulu Block”（Drysdall等人，1972年）、Zambia Nucleus（Clifford等人，1970年）、Zambian Craton（Kr?ner等人，1977年）和Luwama Craton（Hunter，1981年）。有研究表明该地块可能存在太古代基底（Hunter，1981年）。Andersen和Unrug（1984年）对该地块的地质动力学演化进行了详细研究。最初对赞比亚北部Mporokoso群的层序研究将其年龄定为中元古代（Unrug，1984年；Andrews-Speed，1989年），后来南非地质科学委员会（CGS，2009年）将其基底重新解释为新太古代，而上覆沉积盖层为古元古代。Ren等人（2016年）在其关于Bangweulu地块地质动力学演化和矿产资源的综述中支持了沉积盖层的古元古代年龄。尽管之前的研究报道了Bangweulu地块内（元）沉积岩中的许多锆石年龄数据（Armstrong等人，2005年；Master等人，2005年；De Waele等人，2007年；Rainaud等人，2002年），但这些数据无法提供精确的地层约束。本研究利用锆石U-Pb-Hf同位素分析这一强大的工具（Li等人，2013年；Ren等人，2017年；Qiu等人，2019年），为Nsama组凝灰岩提供了可靠的年龄约束和来源信息。

锆石U–Pb–Hf同位素分析是确定地质演化的宝贵工具（Li等人，2013年；Ren等人，2017年；Qiu等人，2019年）。对火成岩的U-Pb分析特别有助于确定地质事件的时间。本研究对Mporokoso群Nsama组的凝灰岩进行了全面的U-Pb地质年代学和地球化学分析，以确定其年龄和可能的来源。

区域地质

Bangweulu地块由变质结晶基底和沉积盖层组成。结晶基底主要由花岗岩类和长英质火山岩构成，形成于18.8亿至18.2亿年前（De Waele等人，2006a；Schandelmeier等人，1981年，1983年；De Waele等人，2003年）。花岗岩类是基底的主要组成部分，占其岩性的50%以上（Ren等人，2019a；Zuo等人，2020年）。变质的上地壳序列主要为片岩等。

样品

Mporokoso群的Nsama组包含三种连续的凝灰岩类型（从下到上依次为）：白色玻璃质凝灰岩、浅棕色结晶凝灰岩和粉色凝灰岩。采集了六个细粒、厚层至块状的新鲜凝灰岩样本，以研究其成因和构造意义（图1b）。

三个白色玻璃质凝灰岩样本（D5083、D6647和D6648）采集自Kapatu地区（东经30°44′57″，南纬9°33′8″；东经30°22′15″，南纬9°37′54″；东经30°44′57″，南纬9°37′19″）。这些露头保存状况较差。

锆石U–Pb地质年代学

分析结果见表1和图5。用于U–Pb和Lu–Hf分析的锆石代表性CL图像见图4。

分析的白色玻璃质凝灰岩（D5083）中的锆石为自形短柱状，长宽比大多小于3。其中大多数样品显示出强烈且清晰的振荡分带现象（图4a），这被解释为原生火成分带。锆石晶体长度大多在50 μm至130 μm之间，仅有少数超过150 μm。

Nsama组凝灰岩的年龄

Bangweulu地块中Kasama群的粉砂岩样本（DPM01-18，N=32）的LA–MC–ICP–MS碎屑锆石U–Pb年龄范围为1540 Ma至2783 Ma（Ren等人，2019年）。Kabweluma组（MA6，N=28）和Kasama组（KAS，N=33）的两个砂岩样本的SHRIMP U–Pb年龄分别为1805 Ma至2710 Ma和1434 Ma至2593 Ma（De Waele等人，2007年）。两个石英砂岩样本（D2003，N=94）的LA–MC–ICP–MS碎屑锆石U–Pb年龄...

结论

LA–MC–ICP–MS锆石U–Pb测年结果显示，赞比亚东北部Mporokoso群Nsama组的三个凝灰岩样本形成于1799 ± 9 Ma至1784 ± 8 Ma之间。

这些凝灰岩样品富含轻稀土元素（LREEs），同时表现出Ba、Nb、Sr、P和Ti的特征性负异常。

Lu–Hf同位素数据表明Bangweulu地块内部存在古元古代及更古老的地壳。因此...

作者贡献声明

任俊平：方法学研究、数据整理

未引用的参考文献

Andrews-Speed, 1986; Blichert–Toft and Albarède, 1997; Boynton, 1984; Clifford, 1970; Daly and Unrug, 1982; De Waele and Fitzsimons, 2007; De Waele et al., 2006; Gorton and Schandl, 2000; Hoskin and Black, 2000; Kampunzu and Cailteux, 1999; Kr?ner, 1977; Li et al., 2022; Ludwig, 2003; Meert and Santosh, 2017; Pearce, 1982; Ren et al., 2019; Sun and Mcdonough, 1989.

利益冲突声明

作者声明与本研究无任何利益冲突。我们声明没有任何商业或关联利益。

致谢

本研究得到了“深地探测”和“矿产资源”勘探-“国家科技重大专项”（2025ZD1007002）、中国国家重点研发计划（2021YFC2901804）、中非航空地球物理调查及地球化学和地质测绘技术合作项目（2015–2019年）以及中国地质调查局的地质调查项目（DD20230125；DD20221801；DD20201150；1212011220910）的联合资助。我们感谢廊坊云能岩...