黄陵地区g片麻岩成因的锆石u-pb年代学研究

黄陵地区g片麻岩成因的锆石u-pb年代学研究

黄陵地区的绵岭群是最古老的结晶基底，也是扬子板块地壳发育的最重要窗口。最初崆岭群被认为是一套以孔兹岩系为主的副变质岩,后来被分解为下部侵入起源的TTG片麻岩和上部的表壳岩系。目前,大量的研究结果一致认同,这套TTG片麻岩形成于晚太古代,称为东冲河片麻杂岩,其中包含原岩为玄武岩的斜长角闪岩包体,是扬子克拉通结晶基底的主体。由于该套TTG片麻岩形成早、又遭受了高角闪岩相至麻粒岩相变质作用和混合岩化作用等多期地质作用的影响。如此复杂的形成及演化过程,使其源岩的年龄及性质、奥长花岗岩(TTG片麻岩原岩)古侵入体的侵入时代、奥长花岗岩转化为TTG片麻岩变形变质的时代等的确定,存在一些分歧。如在年代学方面,常规锆石U-Pb法、锆石Pb-Pb蒸发法和全岩Sm-Nd法分析结果显示,3290Ma为形成斜长角闪岩原岩(玄武岩)的时间;3150Ma或更晚些形成奥长花岗岩;2900～2800Ma可能是奥长花岗岩的侵入年龄,也可能是该花岗岩转变为TTG片麻岩的年龄。锆石SHRIMPU-Pb法测年结果表明,3051Ma的为继承锆石的年龄;2947～2903Ma为TTG片麻岩的侵入年龄;2739～2729Ma为变质年龄。在岩石成因方面,则认为斜长角闪岩或其原岩(玄武岩)部分熔融形成奥长花岗岩的母岩浆。本文拟以崆岒群中的基性岩脉为突破口,通过其年代学及其与TTG片麻岩关系的研究,探讨TTG片麻岩的侵入时代、形成过程和形成机制。1岩脉的地质特征黄陵地区的崆岭群主要出露在黄陵背斜北部的雾渡河至水月寺一带,其中的基性岩脉主要分布于崆岭群的主体TTG片麻岩中(图1)。基性岩脉侵入TTG片麻岩中,两者界线分明,大多数岩脉的走向大致平行于TTG片麻岩的片麻理,少数岩脉小角度切割片麻理。这些直观的地质现象有两个方面的指示意义:①基性岩脉局部切割TTG片麻岩的片麻理,指示TTG片麻岩古侵入体的侵入和片麻理化作用,均发生在基性岩脉侵入之前;②基性岩脉的延伸方向与TTG片麻岩的片麻理整体吻合,说明TTG片麻岩片麻理的形成,与基性岩脉侵入,受同一构造运动控制。这也说明基性岩脉侵入的时间,与TTG古侵入体及其发生片麻理化的时间比较接近。据此可推测,TTG花岗质岩浆很可能来源于,由该期基性岩脉所代表的幔源玄武质岩浆的底侵作用,引起斜长角闪岩(现以包体形式存在于TTG片麻岩中)部分熔融所产生的初始岩浆。本次所采岩脉位于水月寺镇南约5km处的宜昌至水月寺的公路边,GPS位置为:N31°11′50″,E111°02′25″。岩脉的围岩为TTG片麻岩,岩脉的走向与TTG片麻岩片麻理的延伸方向一致,岩脉产状20°<80°,岩脉宽约1.5m。岩脉的岩性为辉绿岩,辉绿结构、块状构造,辉石约占40%、斜长石约占50%。样号为SY1,样品质量约30kg。锆石样由宜昌地质矿产研究所岩矿测试实验室用人工重砂的方法分离得到。首先将样品按矿物解离粒度破碎至0.25mm,过0.25mm和0.10mm的筛,经摇床分离出重矿物部分,经精淘后,再用磁选仪选出无磁性部分锆石。然后将无磁性部分锆石过筛,分出6个粒级。每一粒级都置于双目镜下,按其颜色、大小、晶形、包裹体、表面特征及有无增生等情况进行严格挑选,从中剔除含有杂质、包裹体、碎屑状双晶连生体的锆石。经过以上逐步分选,最后选出合格锆石70多颗。2仪器和数据分析本文所有同位素和微量元素分析均在西北大学大陆动力学国家重点实验室完成。将锆石颗粒用环氧树脂固定并抛光、清洗,然后在扫描电镜实验室进行透射光和反射光照相,并在英国Gatan公司生产的MonoCL3+阴极发光装置系统上进行阴极发光(CL)照相。将锆石反射光、透射光和CL照片反复对比选取同位素测试点,以避开裂隙和包裹体,获得高精度年龄。锆石定年釆用的ICP-MS为Agilient公司最新一代带有ShieldTorch的Agilient7500a。锆石原位Lu-Hf同位素测定釆用NuPlasmaHR(Wrexham,UK)多接收电感耦合等离子体质普仪(MC-ICP-MS)。激光剥蚀系统为由德国LambdaPhysik公司的ComPex102Excimer激光器(工作物质ArF,波长193nm)和MicroLas公司的GeoLas200M光学系统组成。锆石U-Pb定年和微量元素分析的ICP-MS使用同一台激光剥蚀系统,对样品进行一次性剥蚀后,分别由ICP-MS与MC-ICP-MS两台仪器同时釆集各自信号。激光斑束直径44μm,频率10Hz,激光能量90mJ,剥蚀样品深度为20～40μm。实验中用氦气作为剥蚀物的载气,每个分析点的气体背景釆集时间为30s,信号釆集时间为40s。LA-ICP-MS激光剥蚀釆样方式为单点剥蚀。数据分析前,釆用美国国家标准技术研究院研制的人工合成硅酸盐玻璃标准参考物质NIST610进行仪器的最佳化,使仪器达到最大的灵敏度、最小的氧化物产率和最低的背景值。ICP-MS数据釆集选用一个质量峰釆集一点的跳峰方式。每测完5个样品点,插入测定一次标样91500;每测完15～20个样品点,插入测定一次标样91500和标样NIST610。年龄计算以标准锆石91500为外标进行同位素比值分馏校正;元素浓度计算釆用NIST610作外标,选择29Si作为内标。数据处理釆用GLITTER(ver4.0)程序,锆石谐合图釆用Isoplot程序(ver4.0)。详细分析步骤和数据处理方法参见文献。古老锆石(>1000Ma)多存在着一定程度的铅丢失,而且207Pb和206Pb在相同的初始条件和共同的构造环境中具有同步变化的特征,两者保持相对稳定的比值,因此釆用207Pb/206Pb年龄来代表岩石的成岩年龄更为可靠。同时,结合206Pb/238U年龄来计算锆石年龄的合谐性,剔除206Pb/238U年龄相对于207Pb/206Pb年龄偏差大于10%的锆石年龄数据。另外,研究表明,如果普通Pb含量占锆石铅含量的1%,会带来很大的误差,导致207Pb/206Pb年龄与真实年龄相差数百个Ma。即使进行普通Pb的校正,校正又往往具有很大的不确定性和条件限制。因此,也剔除了普通Pb较高的锆石年龄数据。3分析的结果3.1锆石的斜长角闪岩70多颗锆石中部分锆石的CL图像见图2,按特征可分为3类。第Ⅰ类锆石(1、8号)为继承锆石,呈浑圆状和柱状碎屑,说明是经过搬运和磨蚀后被辉绿岩脉所捕获,可能源于崆岭群中现以残留体形式存在的斜长角闪岩。其中8号锆石岩浆环带清晰,说明其为岩浆锆石。第Ⅱ类锆石(第三排和15号)呈长50～100μm,宽20～50μm的短柱状。核部呈细长柱状,具岩浆环带,为辉绿岩脉自身结晶时形成的结晶锆石。边部环绕核部生长,为变质增生边。第Ⅲ类锆石(第一、二排)为变质锆石,可能是同一期变质作用形成的2种变质锆石。一种呈模糊不清的环带状,可能是第Ⅱ类锆石核部所代表的成岩锆石变质重结晶的结果;另一种与第Ⅱ类锆石的变质增生边相似,可能是在同一期变质作用中形成的。3.2岩浆形成年龄20颗锆石的测试数据和数据图解见于表1和图3。以上图、表的分析结果显示:第Ⅰ类2颗锆石的测试数据均位于谐和线上,其中8号锆石岩浆环带清晰,Th/U值(0.35)较高,显示为岩浆成因,所以将其3037Ma作为该类岩浆锆石的结晶年龄。第Ⅱ类锆石的测试点均选在代表岩浆成因的核部,12颗结晶锆石的测试数据沿不一致线分布。其上交点年龄为2914Ma,MSWD=1.4,Probability=0.15。上交点年龄的MSWD和Probability均接近1,所以将其2914Ma作为第Ⅱ类成岩锆石的形成年龄。第Ⅲ类6颗锆石类沿不一致线分布,其上交点年龄为2466Ma,MSWD值(5.6)偏高。其中的5号锆石位于谐和线上,且Th/U值(0.07)很低,显示为变质成因,所以将其2511Ma其作为第Ⅲ类变质锆石的变质年龄。4斜长角闪岩岩浆的性质和发育时代通过崆岒群中的基性岩脉的年代学及其与TTG片麻岩关系的研究,可以对TTG古侵入体的形成机制、侵入时代和片麻理的形成时代等作如下探讨。1)崆岭杂岩中灰色片麻岩与斜长角闪岩并非分异关系,而是源岩与熔融派生物的关系,这也正是现今普遍接受的太古宙奥长花岗岩成因模式。本次获得辉绿岩脉中可能源于斜长角闪岩的继承锆石的U-Pb和谐年龄为3037Ma±21Ma;TTG片麻岩中继承锆石的年龄为3051Ma±12Ma;斜长角闪岩在TTG片麻岩中呈岩饼状和包体状产出,其Sm-Nd等时线年龄为3150Ma±79Ma。三者在误差范围内基本一致,指示TTG花岗质岩浆可能源于斜长角闪岩的部分熔融,正是辉绿岩脉所代表的幔源玄武质岩浆的底侵作用,引起了斜长角闪岩部分熔融作用的发生。2)辉绿岩脉中结晶锆石的U-Pb不一致线的上交点年龄为2913Ma,与TTG片麻岩的侵入年龄(2947～2903Ma)基本一致,这与辉绿岩脉的走向与TTG片麻岩片麻理方向相一致的接触关系相符合。进一步而言,辉绿岩脉的走向与TTG片麻岩片麻理的延伸方向整体一致,局部切割。指示TTG片麻岩的侵入和片麻理化作用,均发生在基性岩脉侵入之前。所以,TTG片麻岩的侵入年龄和改造为片麻岩的年龄应为2947～2913Ma。同时,这说明TTG古侵入体在处于高温塑性状态下,紧接着受构造运动的影响发生塑性定向流动形成了片麻状构造,此时,辉绿岩脉侵入还处于塑性状态的TTG片麻岩中。这也说明,当时本区下方是热源,是当时地等温面的隆起处,使花岗岩浆活动持续的时间较长。3)崆岭群中黑云斜长变粒岩的锆石U-Pb年龄有2838,2850,2891Ma,而黑云斜长变粒岩的原岩恢复为酸性长英质凝灰岩,据此认为2900～2800Ma可能是奥长花岗岩的侵入年龄,也可能是该花岗岩转变为TTG片麻岩的年龄,这一认识存在逻辑推理上的缺陷。本次将TTG片麻岩的侵入年龄和改造为片麻岩的年龄限定为294