小莱河地区斜长角闪岩的变质作用和原岩属性

小莱河地区斜长角闪岩的变质作用和原岩属性

清原花岗岩-绿岩的形成时代一直受到地质学者的关注。国内曾测得十余个同位素年龄数据,其范围是19—32亿年。由于数据多为视年龄及模式年龄,加之有些数据与地层层序相矛盾,致使对这套地质体的早期形成年龄未有定论。近年,法国江博明教授(1984)和笔者(1986)分别采用U-Pb法和40Ar/39Ar快中子活化定年技术,测定了侵入绿岩地层红透山组的英云闪长岩中的锆石和黑云母的年龄后,指出红透山组的年龄要大于25亿年,属太古代。为了进一步探讨本区绿岩地层早期形成时代,笔者采用40Ar/39Ar定年技术,对产于小莱河铁矿区榆树底组的斜长角闪岩中的角闪石进行了两次测定,得到了十分吻合的测试数据。依此,并结合其它地球化学资料,笔者讨论了该斜长角闪岩的变质年龄和清原绿岩地层的早期形成年龄。小莱河地区斜长角闪岩经历了近30亿年的地质历史,K-Ar体系却一直处于化学封闭状态。这一特征,在华北断块区是鲜见的。一、绿岩带的发育和发育研究区位于华北断块北缘,辽宁地块铁岭一靖宇古隆起中部。浑河断裂大致北东向穿过本区。断裂两侧的太古代变质火山-沉积岩和周围的古老花岗片麻岩形成一个保存尚好的花岗岩-绿岩地体。绿岩地层围绕线金厂和清原这两个英云闪长岩体呈环状分布,并被树基沟、线金厂等花岗质和英云闪长质岩石侵入切割,大体形成稗子沟-南天门和小莱河-红透山两个绿岩盆地。由穹窿向外,变质程度逐渐递减,反映了深部花岗岩以底辟上升。本区东部抬升幅度较西部大,所以绿岩地层在西部得以较大范围的保存。整个绿岩带为一复式向斜带,褶皱轴的方向基本上与绿岩地层展布方向一致。褶皱变形至少可以辨认出两期叠加的形迹。早期形成的轴向近于水平的大型复式向斜褶皱构造(F1),被晚期形成的轴向近于直立的小型褶皱(F2)叠加,其结果使整个绿岩带和各次级绿岩带都形成典型的S型紧闭同斜褶皱。角闪岩相的变质火山-沉积岩系自下而上分为榆树底组、红透山组和南天门组,构成一个较为完整的绿岩带。其原岩分属三个建造:榆树底组为超基性岩-基性岩建造,以厚层拉斑玄武岩为主,底部夹有少量薄层状或透镜体状镁绿岩(科马提岩),上部具拉斑玄武岩-长英质火山岩双峰式特征。红透山组为钙碱性火山岩建造,以拉斑玄武岩和英安质火山岩、凝灰岩互层为主,夹少量粘土质岩。南天门组为含薄层的大理岩的沉积建造。绿岩带底部为一套紫苏花岗岩-麻粒岩系,构成片麻状结晶基底。绿岩带和基底间被花岗岩充填。绿岩带内赋存有丰富的块状硫化物铜、锌矿床,以及金、铁和其它非金属矿产。二、斜长角闪岩岩石学特征WH-4斜长角闪岩样品采于小莱河铁矿区榆树底组地层。斜长角闪岩具中细粒柱状变晶结构,片麻状构造。普通角闪石和斜长石粒度相似,分布均匀,二者之含量比约为6:4。另可见少量单斜辉石,它与普通角闪石为同期共生变质矿物,二者无交代现象。角闪石黄绿色,偶而蚀变成黑云母。斜长石聚片双晶发育,有弱绢云母化,An35—40。斜长角闪岩的SiO2百分含量为49.69,且有高铁、低碱质的性质,TiO2、Na2O和K2O百分含量分别为0.75、1.38和0.75,岩石化学性质属拉斑玄武岩。它的稀土元素分布曲线平缓(见图1),轻稀土略有亏损,Eu略具负异常,YbN约为10,和现代大洋拉斑玄武岩相似,属太古代亏损型(DAT)拉斑玄武岩。斜长角闪岩呈中厚层状,它是小莱河矿区榆树底组的主要组成岩石。其下部出露的是透镜状角闪石岩,它以高镁钙和低铝为特征,原岩属玄武质科马提岩。斜长角闪岩之上为条带状石英磁铁矿,矿石中含有角闪石和另一种硅酸盐矿牧——莱河矿。条带状石英磁铁矿之上是变酸性火山岩和凝灰岩,它们有时与薄层斜长角闪岩成互层,形成典型的双峰式火山岩套。酸性火山岩重稀土强烈亏损,属太古代亏损型(DSV)长英质火山岩。三、实验和结果将WH-4斜长角闪岩破碎至0.15—0.31mm,选取其中角闪石分别进行K-Ar稀释法和40Ar/39Ar快中子活化定年。1.同位素测定钾的溶液制备采用离子交换技术;氩的测定采用38Ar稀释法,同位素测定在析氩仪-MS10质谱计联合装置上进行。年龄计算采用的常数是:λ40K=5.543×10-10a-1,40K/K=1.167×10-4(原子比)。实验结果如表1所示2.40微量元素测定WH-4角闪石作了重复测定,即R8424和R8517。作为中子监测的样品,第一次采用77-600角闪石和ZBJ角闪石,第二次采用T04白云母和ZBJ角闪石。每批照射后J值的相对误差均小于1%。同位素分析结果见表3和4,年龄谱如图2和3所示。经计算,两次测定的坪年龄分别是2986±10和2989±2Ma。四、确定了40a/33a的坪年龄WH-4角闪石两次实验给出的40Ar/39Ar年龄谱十分相似:谱线首尾阶段的视年龄明显偏高,中间部分呈平坦状。两条谱线个别部位出现的小差异,是由于两次实验加热阶段划分的不同而引起的,它不影响谱线本身的地质意义。取0.6克角闪石用铝箔包裹,在中国科学院原子能所49-2反应堆H4孔道连续照射两昼夜以上,用镉箔屏蔽热中子,快中子累积通量大于1.3×1018n/cm2。样品罐照射时旋转,并置于冷却水中。高频电炉熔样,每温度阶段持续20分钟。同位素比值做了质量歧视及记忆效应校正,37Ar做了衰变校正。钾钙诱发同位素校正因子是:(40Ar/39Ar)k=7.15×10-3,(36Ar/37Ar)Ca=2.64×10-4,(39Ar/37Ar)Ca=6.87×10-4。本实验室对国内外标准样测定结果见表2。1.样品照射过程中,39K(n,P)39Ar这一核反应的产物39Ar,由于核反冲作用而部分丢失,致使40Ar/39Ar这一比值变大,造成谱线初始阶段的视年龄异常高。谱线末端出现的异常值,与高温时仪器本底贡献大有关。上述两种情况,均不具地质意义(王松山,1982)。真正反映地质样品形成时代的是40Ar/39Ar坪年龄,它通常是由中—高温区间视年龄给出的。WH-4角闪石两次测定给出的坪年龄在误差范围内完全一致,即为29.9±0.1亿年。这两条谱线中—高温区间视年龄变化很小,谱线平坦,它们对应的39Ar析出量高达85%以上。这是很典型的坪年龄谱线。两条谱线这种特征表明:WH-4角闪石形成在29.9亿年前。2.有些矿物(如辉石),在结晶过程中可以从周围介质中捕获少量40Ar,这部分氩通常称为过剩氩。下述两个原因可以认为WH-4角闪石不含过剩氩。一是图2和图3谱线未显示出马鞍形特征,而马鞍形是含过剩氩的矿物通常具有的特征谱线;其二,WH-4角闪石的K-Ar年龄为29.8亿年,它与坪年龄基本一致,这种一致性不是含过剩氩的矿物能具有的。基于上述原因,有理由认为:清原小莱河矿区出露的榆树底组斜长角闪岩的变质年龄是29.9±0.1亿年。3.两条谱线在低—中温区间,视年龄不随加热温度的升高而单调上升。这种特征说明,WH-4角闪石形成之后,未受过明显的热扰动。既使曾有过热的作用,它对角闪石的影响温度不会高于角闪石对氩的封闭温度,即500±50℃。据统计,相当多的K-Ar年龄及40Ar/39Ar数据表明,华北断块区太古代地层经历过多次热扰动,它们主要集中在26—24亿年、19—16亿年,以及海西和燕山岩浆活动期。清原太古代花岗岩-绿岩地体经历过多期区域变质、岩浆侵入和混合岩化,热的扰动是存在的。值得注意的是,小菜河地区斜长角闪岩形成后却未受到上述热事件的明显作用,29.9亿年以来,K-Ar体系一直处于化学封闭状态。这一特征,在华北断块区是很少见到的。4.笔者根据侵入红透山组的树基沟英云闪长岩25.8亿年的坪年龄和稀土元素配分特征,曾指出清原绿岩地层形成时代属太古代(1986)。小菜河矿区的斜长角闪岩未发现二次变质现象,加之WH-4角闪石所具有的40Ar/39Ar平坦的年龄谱,使我们有理由推测:此斜长角闪岩原岩形成年龄与其变质年龄之间的时间间隔很小,清原绿岩地层的形成时代很可能是30亿年或稍早一些