ICPMS U-Pb定年与示踪

ICPMS U-Pb定年与示踪 ICPMS U-Pb定年与示踪 第34卷第5期 2005年9月 f GE0CHIMICA VO1.34,No.5 Sept.,2005 文章编号:0379—1726(2005)05—0443—12 蚌埠隆起区花岗岩形成时代及岩浆源区性质: 锆石LA.ICPMSU.Pb定年与示踪 杨德彬,许文良,裴福萍,王清海,柳小明2 (1.吉林大学地球科学学院,吉林长春130061;2.西北大学大陆动力学教育部重点实验室,陕西西安610076) 摘要:蚌埠隆起区西庐山及女山花岗岩中岩浆锆石Pb/238U加权平均年龄分别为(129.3-4-4.8)Ma(n=7)和 (130.1?3.2)Ma(n=9),这表明岩体的形成时代为早白垩世早期;曹山二长花岗岩和蚂蚁山花岗岩中岩浆锆石 .Pb/."u加权平均年龄分别为(110.34-2.8)Ma(n=17)和(115.84-3.1)Ma(n=18),其形成时代为早白垩世晚 期.岩体的岩相学和具有震荡环带岩浆锆石的存在表明该类花岗岩均为岩浆结晶的产物,而非混合岩化成因.西庐 山和女山花岗岩中新元古代岩浆锆石和印支期变质锆石的存在以及太古宙和古元古代继承锆石的存在暗示岩浆源 区既有扬子地块基底物质又有华北地块基底物质,其中某些遭受了超高压变质作用的改造.蚌埠隆起区深部地壳中 扬子地块基底物质的存在与扬子地块沿郯庐断裂带于北西方向俯冲于华北地块之下的地质事实相吻合.' 关键词:花岗岩;锆石;U.Pb定年;示踪;岩石成因论;蚌埠;安徽省 中图分类号:P597;P581文献标识码:A 0引言 蚌埠隆起区内花岗质岩石出露广泛,其形成时 代与成因一直是人们争论的问题之一.安徽省区域 地质志[1和1:20万区域地质调查报告"将其划归 为新太古代,且认为花岗岩为混合岩化成因;而近年 对荆山"混合"花岗岩和淮光"混合"花岗闪长岩的岩 相学研究和锆石SHRIMPU—Pb定年结果表明,它们 分别形成于中生代的160Ma和130Ma,且为岩浆 结晶的产物呛,3】.那么,位于蚌埠隆起区的二长花岗 岩的形成时代如何?其他花岗岩是否与荆山花岗岩 体的形成时代一样?岩浆源区性质如何?这正是本 文利用岩浆锆石和继承锆石LA.ICPMSU.Pb定年 和示踪所要回答的问题. l地质背景及岩体地质 蚌埠隆起位于华北地块东南部边缘,东临郯庐 断裂带,南距秦岭.大别造山带200km,总体呈东西 向带状展布.蚌埠隆起主要由太古宙五河杂岩组 成,包括变质镁铁质岩系,表壳岩系和变质变形花岗 质侵入体.隆起区内花岗质岩石出露广泛,主要有 花岗岩,二长花岗岩和花岗闪长岩.本文研究的曹 山二长花岗岩和蚂蚁山,西庐山及女山花岗岩是其 典型代表(图1). 曹山岩体位于蚌埠市东郊,隆起区的中部,平面 上呈不规则椭圆状,岩体侵入的围岩为太古宙五河 杂岩.岩体原定为"混合二长花岗岩"…,具弱片麻状 构造.岩体与围岩之间具有明显的侵入接触关系, 岩体中见有围岩捕虏体.岩体中不同类型花岗质岩 石之间的穿切关系明显,晚期相中有双锥状高温石 英的存在,并具有熔蚀现象.上述特征暗示花岗岩 的形成为岩浆结晶作用的产物. 蚂蚁山岩体位于蚌埠隆起东南部,呈不规则椭 圆状出露,岩体侵入的围岩为太古宙五河杂岩.岩 体主要由"混合花岗岩"即含石榴子石的中粒花岗岩 组成,岩石中暗色矿物含量较少,糜棱岩化较强,主 要表现为后期构造的改造. 西庐山岩体位于蚌埠隆起的中南部,岩体侵入 收稿日期:2005—02—05;改回日期:2005一o3—29;接受日期:2005—04—08 基金项目:国家自然科学基金(40472033,40133020);西北大学大陆动力学教育部重点实验室开放基金 作者简介:杨德彬(1979一),男,硕士研究生,岩石学专业.通讯作者:许文良,E.mail:xuw1261@sina.tom 1)安徽省地质局区域地质调查队,1:20万蚌埠幅区域地质调查报告,1979. 444膨砧fe弓2005年 117~ =二二==118",呈 /,蚌埠隆起女山岩//l为斜长石和钾长石,其中斜长石含量略一一ll 【/\一l带Z嘉山=J32:40'藿薰l 晋圣藿囊霎[,:訾喜盖L篡 图1蚌埠隆起区地质略图程度均匀和形态上明显不同的区域进行 Fig?G.01.出alk咖hap0fth.B."gbuuplift锆石II — Pb同付素分析存西大学 的围岩为太古宙五河杂岩.岩体原定为"混合花岗 岩"…,而根据结构和矿物成分应为巨斑黑云母花岗 岩,斑晶为钾长石,斑状结构,块状构造.但岩体内 部穿切关系明显,晚期的花岗细晶岩脉发育,局部见 有闪长斑岩脉穿切花岗细晶岩脉,可能是最晚期的 产物.这些都表明该花岗岩的岩浆成因特征. 女山岩体位于蚌埠隆起东部边缘的郯庐断裂带 内,岩体侵入的围岩为太古宙五河杂岩.岩体原定 为"混合花岗岩"…,但该岩体主要由巨斑黑云母花 岗岩组成,斑状结构,块状构造.斑晶为钾长石和斜 长石,大小约5—8cm.岩体中晚期石英脉发育.其 结构显示了该类岩石的岩浆成因特征. 2样品描述和分析方法 曹山二长花岗岩(BB2)呈中粗粒花岗结构,弱 片麻状构造.主要组成矿物为钾长石,斜长石,石英 和少量的黑云母,其中斜长石发育环带结构.岩石 中的副矿物有磁铁矿,锆石和电气石. 蚂蚁山含石榴石花岗岩(BB6)呈中粒花岗结 构,岩石变形较强,局部具有糜棱构造.主要由钾长 石,石英和斜长石组成,含有少量的黑云母和石榴子 石.副矿物为磁铁矿和锆石. 西庐山巨斑黑云母花岗岩(BB7)呈斑状结构, 块状构造.主要组成矿物为斜长石,石英,钾长石和 少量的黑云母.斑晶为钾长石.岩石中的副矿物有 磁铁矿,榍石和锆石. 女山巨斑黑云母花岗岩(BB9)呈斑状结构,块 教育部大陆动力学重点实验室的LA—ICPMS仪器上 用测定程序进行,并采用国际标准锆石91500 作为外标校正,以保证标准和样品的仪器条件完全 一 致.激光束的束斑为40Ixm.实验获得的数据采用 Andersent的方法进行同位素比值的校正,以扣除 普通Pb的影响.所给定的同位素比值和年龄的误 差(标准偏差)在1盯水平.详细的实验原理和 见文献[5】. 3分析结果 部分测定锆石的阴极发光(CL)图像如图2所 示.从图2中可以看出曹山二长花岗岩(图2a一 ,蚂蚁山花岗岩(图2e一2h),西庐山巨斑黑云母 2d) 花岗岩(图2i一21)和女山巨斑黑云母花岗岩中的锆 石(图2广2t)晶形完好,内部结构清晰,其中曹山 二长花岗岩(图2_2d)和蚂蚁山花岗岩(图2 2h)中的锆石生长震荡环带明显,虽然具有核边结 构,但均以生长环带为特征;而西庐山(图2i_21)和 女山巨斑黑云母花岗岩中的锆石(图2广2t)发育 的核边结构更为清晰,在eL图像上核边往往以不 同的吸收程度和边部生长震荡环带明显为特征.上 述锆石普遍发育的生长震荡环带表明了典型岩浆锆 石的特征[61,由此可以进一步该区花岗质岩石 的形成为岩浆结晶作用的产物,而非混合岩化成 因.蚌埠地区曹山,蚂蚁山,西庐山和女山花岗质岩 石中部分锆石的LA—ICPMsU—Pb分析结果见表1和 图3. 第5期杨德彬等:蚌埠隆起区花岗岩形成时代及岩浆源区性质:锆石 LA.ICPMSU.Pb定年与示踪445 曹山二长花岗岩(BB2) 国蚂蚁山花岗岩(BB6) 西庐山巨斑黑云母花岗岩(BB7) 女山巨斑黑云母花岗岩(BB9) 图2蚌埠花岗岩中锆石的阴极发光(CL)图像 Fig.2Cathodoluminescence(CL)imagesofselectedzirconsfromtheBengbugranites — d.曹山;e—h.蚂蚁山;i一1.西庐山;m—t.女山. a—d.Caoshan;e—h.Mayishan;i—1.Xilushan;m—t.Nfishan. 膨钳fe?2005生 从表1和图2,图3中可以看出,曹山二长花岗 岩中锆石的Th/U比值介于0.30—0.67之间,表明 了岩浆成因锆石的特征,锆石的LAICPMSUPb定 年结果嘶Pb/...U年龄值介于(101?2)一(121?3) Ma之间.从所测定的锆石部位和年龄对比可以看 出,不同颗粒锆石之间的核部或边部年龄存在一定 差异,这可能与其结晶的时间早晚有关.但是,就单 一 颗粒锆石来说,其核部的年龄均比边部的年龄偏 老,这可能反映了岩浆结晶作用过程.由于不同颗 粒锆石之间核部和边部的年龄存在一定差异,所以 在确定曹山二长花岗岩的形成时代时,利用所测点 (包括核部和边部)的年龄值进行加权平均可以反映 岩体的形成时代.曹山二长花岗岩中锆石17个测点 的2O6pb/238U加权平均年龄为(110.3?2.8)Ma(图 3a),这表明该岩体的侵位结晶时代为早白垩世晚 期. 蚂蚁山花岗岩中锆石的Th/U比值介于 0.17—0.37之间,表明了岩浆成因锆石的特征,但 Th/U比值偏低.从锆石CL图像可以看出,该岩体 中的锆石受后期构造改造明显,这与该类岩石普遍 遭受强烈的糜棱岩化特点相吻合.锆石LA-ICPMS U—Pb分析结果2O6pb/23.U年龄值介于(106?2)一 (123?3)Ma之间,18个点的嘶Pb/瑚U加权平均年 龄为(115.8?3.1)Ma(图3b),这代表了该岩体的侵 位结晶年龄——早白垩世晚期. 西庐山巨斑黑云母花岗岩中大多数锆石环带生 长边LAICPMSU—Pb测定结果嘶Pb/..U年龄值介 于(119?3)一(136?3)Ma之间,其中7个点的 嘶Pb/..U加权平均年龄为(129.3?4.8)Ma(图 3c),这代表了西庐山花岗岩的形成年龄.个别继承 锆石边部和核部2O6pb/3sU年龄为168Ma,179Ma, 188Ma,3个点的加权平均年龄为(184~24)Ma,这 与华北地块另一期岩浆事件相吻合口】.而继承锆石 核部.6pb/23.U年龄介于206—246Ma之间,5个点 的嘶Pb/..U加权平均年龄为(219?22)Ma,这与大 别苏鲁超高压变质事件的年龄相一致聃.此外, 本区还存在157Ma,287Ma,352:Ma,488Ma,528 Ma的谐和年龄(图3c),结合锆石的Th/U比值和 CL图像分析以及相邻地区岩浆作用的历史,除352 Ma的锆石具有变质特征外(CL图像显示该测点处 锆石具有蜕变现象,见图2j),其余均具有岩浆锆石 的特征,可以认为它们是岩浆上升过程中捕获的不 同期次岩浆作用形成的锆石【2,挖】. 女山巨斑黑云母花岗岩具震荡环带特征锆石边 部的LAICPMSUPb定年结果Pb/..U的年龄值 介于(122?3)一(135?2)Ma之间,其中9个点的 嘶Pb/23sU加权平均年龄为(130.1?3.2)Ma(图 3d),这代表了女山花岗岩的形成年龄.此外,除含有 盯Pb/嘶Pb年龄为2395Ma的捕获锆石外,继承锆 石核部.Pb/..U的谐和年龄主要为167Ma,173 Ma,179Ma,214Ma,217Ma,657Ma,759Ma和 盯Pb/2O6pb年龄为2829Ma,其中前3个点嘶Pb/ ..u加权平均年龄为(176.1?8.4)Ma,结合其较高 的Th/U比值(0.40—1.16,表1)和相邻地区的岩 浆作用,可以认为它们代表了华北地块另一期岩浆 事件.核部嘶Pb/..U年龄为214Ma,217Ma的锆 石,其Th/U比值分别为0.09和0.05,反映了变质 锆石的成因特征,该年龄值与大别一苏鲁超高压变 质事件的年龄相一致n.而核部.6pb/..U年龄为 657Ma,759Ma的锆石,其较高的Th/U比值(0.72 和0.48)反映了岩浆锆石的成因特征,同时与扬子 地块及其与华北地块相邻地区广泛存在的新元古代 岩浆作用相吻合3引.样品中存在的盯Pb/蜥Pb年 龄——1718Ma,2282Ma和2366Ma均不在谐和 线上,这说明该类锆石有Pb的丢失,部分可与岩浆 锆石的年龄(下交点)构成不一致线,这也证明晚期 的岩浆作用是造成锆石中Pb丢失的主要原因.而 2395Ma的捕获锆石(边部没有代表岩浆结晶作用 形成的震荡环带生长边)和2829Ma年龄的继承锆 石则代表了本区古元古代和太古宙基底物质的存 在. 4讨论 4.1蚌埠花岗岩的形成时代 曹山二长花岗岩,蚂蚁山花岗岩和西庐山,女山 巨斑黑云母花岗岩的锆石阴极发光图像(图2)已清 楚地表明具有岩浆成因的细微震荡生长环带的存 在,这进一步说明该类花岗岩是岩浆结晶作用的产 物,而非混合岩化成因,这与岩体的野外地质产状和 岩相学特征相吻合.其LA—ICPMSUPb年龄主要集 中在两个区域,即曹山二长花岗岩的(110.3?2.8) Ma,蚂蚁山花岗岩的(115.8?3.1)Ma年龄和西庐 山,女山巨斑黑云母花岗岩的(129.3?4.8)Ma, (130.1?3.2)Ma年龄,这些年龄代表了岩浆的侵位 结晶年龄——早白垩世,而并非前人所认为的新太 古代的产物. 第5期杨德彬等:蚌埠隆起区花岗岩形成时代及岩浆源区性质:锆石LA.ICPMSU-Pb定年与示踪 辎辎辎辎辎蜒辎辎辎 2=g=8g,.--488g葛譬,--4,--4,--4,--4,--4,--4',--4,--4,--4,--4,--4,--4,--4,--4,--4,--4 nln,--4,--4卜,--4?卜,--4n寸0 00H00 一,--4,--4,--4,--4,--4,--4,--4,--4,--4,--4,--4,--4,--4,--4,--4,--4 ,--4,--4n,--4n,--4寸,--4,--4,--4,--4,--4n 8888888888888888800000000000000000 00000000000000000 辎辎蜒辎辎辎 葛;昌罄器,--4,--4,--4,--4,--4n,--4 0_【_【寸000.0 0_【_【0_【00.0 _【寸000.0 _【_【000.0 _【_【00(一.0 _【000.0 n_【_【_【000.0 _【卜000.0 _【_【000.0 _【_【000.0 _【00.0 ?寸00.0 ?00|0 ?00|0 ,,n00|0 000.0 00|0 ?00.0 00|0 卜00|0 0n0.0 卜0.0 ??0.0 ?00.0 ,,_【_【0.0 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(2)岩体的野外产状及岩相学和具有震荡环带 岩浆锆石的存在都表明该类花岗岩均为岩浆结晶的 产物,而非混合岩化成因. (3)继承锆石示踪研究揭示,岩浆源区既有扬子 地块基底物质又有华北地块基底物质.这与扬子地 块沿郯庐断裂带于北西方向俯冲于华北地块之下的 地质事实相吻合. 衷心感谢河北省廊坊区域地质调查研究所实验 室李林庆主任在样品分选过程中给予的帮助;同时 感谢西北大学大陆