全吉地块钾长石浅粒岩锆石u-pb年代学研究

全吉地块钾长石浅粒岩锆石u-pb年代学研究

达肯-大坂岩群最初指的是柴达木盆地北缘的一组中等和高级变质岩系。近期研究在柴达木盆地北缘识别出一条超高压变质岩带,卷入该带的基底变质岩来自柴达木地块北缘的基底岩系,这些基底岩系不属于原达肯大坂岩群的组成部分,真正的达肯大坂岩群为仅分布在柴达木盆地北缘超高压变质带北侧的一套变质表壳岩系,它是全吉地块元古代基底的重要组成部分之一。达肯大坂岩群至今未能发现中酸性火山岩夹层,因此目前只能用一些中间性构造事件年龄来约束其可能的沉积年龄下限和上限。结果,迄今对该岩群形成年龄的认识存在古元古代中—晚期和古元古代早期2种观点。达肯大坂岩群形成年龄的不确定性不利于全吉地块乃至中国西北部前寒武纪地壳演化、构造演化等科学问题的深入探讨。大家知道,锆石作为一种最重要的U-Pb年代学研究对象,不仅是中酸性岩浆岩的重要的副矿物之一,而且因其极高的物理和化学稳定性而广泛出现在陆源碎屑沉积岩中,并能完整地保存在中深变质砂岩(副片麻岩岩性之一种)中。陆源碎屑沉积岩或其对应的变质岩中的继承性碎屑锆石的U-Pb年龄谱、Hf同位素和O同位素组成已被广泛用来约束其原岩的最大沉积年龄、碎屑物质源区、源区重要热事件(如岩浆作用事件和变质作用事件)和性质,探讨地壳的增生史和再造史。本文报道达肯大坂岩群钾长石浅粒岩中继承性碎屑锆石U-Pb年龄测定结果,约束其寄主岩石和达肯大坂岩群的最大沉积年龄或沉积年龄范围。1德令哈上的成岩年龄全吉地块分布在柴北缘超高压变质岩带与南祁连构造带之间(图1),其基底岩系主要由达肯大坂岩群和德令哈杂岩组成。德令哈杂岩由变质变形花岗岩类侵入体和变质火山-沉积岩系构成,与达肯大坂岩群呈构造接触关系。在德令哈地区,达肯大坂岩群的岩性主要有云母片麻岩、云母片岩、石英岩、变粒岩和浅粒岩,夹少量角闪岩透镜体。云母片岩和云母片麻岩受深熔作用而普遍发育长英质浅色体,但角闪岩类岩石基本未发育浅色体。浅色体中深熔成因锆石的LA-ICP-MSU-Pb年龄为1924Ma+14/-15Ma,继承性碎屑锆石U-Pb年龄为2471Ma+18/-16Ma。在德令哈市北,与达肯大坂岩群构造并置的德令哈二长花岗片麻岩锆石的LA-ICP-MSU-Pb年龄为2367Ma+13/-11Ma,花岗片麻岩中的镁铁质岩石包体发育多个变质矿物世代,其峰期变质年龄为1913Ma+38Ma。侵入达肯大坂岩群的花岗伟晶岩脉中的锆石的LA-ICP-MS年龄为2427Ma+44/-38Ma。乌兰地区主要发育德令哈杂岩,主要由变质火山-沉积岩和花岗片麻岩组成。变质火山-沉积岩的主要岩性有黑云母片麻岩、变粒岩、角闪岩等。云母片麻岩和角闪岩都发育浅色体。云母片麻岩中浅色体的锆石U-Pb年龄为1939Ma±21Ma和1946.8Ma+7.8/-7.3Ma;角闪岩中浅色体的锆石U-Pb年龄为1960Ma+19/-15Ma。呼德生花岗片麻岩的锆石U-Pb年龄为2202Ma±26Ma,莫河花岗片麻岩为2366Ma±10Ma和2470Ma+19/-18Ma。2锆石u-pb年龄及岩石学特征钾长石浅粒岩样品(CN07-27-1)采自德令哈市城北的达肯大坂岩群。钾长石浅粒岩呈条带状,条带宽度在2~30cm之间,与长石石英岩或石英岩共生(图2)。邻近的长石石英岩被具有2427Ma+44/-38Ma和2471Ma+18/-16Ma两组锆石U-Pb年龄的花岗伟晶岩脉侵入。钾长石浅粒岩岩石具弱定向构造,中细粒鳞片花岗变晶结构,主要矿物为石英(约占15%),次要矿物有黑云母和白云母(约占3%)、钾长石(约占80%)、石墨(约占2%),副矿物有锆石和磷灰石。据石墨存在可判断其原岩为钾长石砂岩。钾长石浅粒岩中的石英与白云母稳定共生,指示其变质作用程度没有达到高角闪岩相条件。用常规流程和分离方法将锆石从钾长石浅粒岩中分离出来,制成树脂靶,磨切到近锆石中心后抛光,拍摄阴极发光(CL)图像。锆石粒径在50~100μm之间,虽然破碎,仍显示原本的自形柱状晶体特征。CL图像显示,锆石全部发育典型的振荡环带(图3),指示为继承性岩浆成因的锆石。少量锆石具有弱的阴极发光边,图像呈深灰色乃至黑灰色,可能是后期变质重结晶或流体作用的结果。3年代学及年龄分布锆石的U-Pb同位素用中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室的LA-ICP-MS测定。该仪器的激光剥蚀系统为GeoLas2005,ICP-MS为Agilent7500a。测定的激光束径为24μm,频率为6Hz,能量为75mJ,外标和内标分别采用国际标准锆石91500和锆石GJ-1。数据采用实验室软件ICPMSDataCal进行离线处理。年龄谐和图绘制和年龄加权平均计算均采用Isoplot/Ex_ver3完成。36个测点的U-Pb同位素分析结果列于表1,年龄谐和图和年龄相对概率密度分布曲线图分别见图4-a和图4-b。这36个测点的Th/U=0.41~1.07,均高于0.40(表1)。在年龄谐和图上,大部分分析点落在一致线上,少数落在一致线下方,拟合的不一致线上交点年龄为2216Ma±18Ma(2σ,MSWD=1.7),下交点年龄的不确定性大(图4-a)。年龄谐和度高于90%的30个207Pb/206Pb年龄的相对概率密度分布曲线的峰值年龄约为2190Ma(图4-b),加权平均年龄为2191Ma±16Ma(MSWD=0.87)。4讨论4.1岩浆成因的年龄钾长石浅粒岩中含有较多的石墨矿物,推断其原岩为近源的陆源碎屑岩类的钾长石砂岩,其中的锆石为继承性碎屑锆石。这些锆石具振荡环带,其年龄谐和度高于90%的30个测点的继承性碎屑锆石的Th/U比值为0.41~1.07,显示岩浆成因锆石的特征,因此为继承性岩浆成因的锆石。这30个测点的207Pb/206Pb年龄相对概率密度分布曲线显示的单一岩浆事件的年龄约为2.19Ga(图4-b)。据该岩浆事件曾见于德令哈杂岩的花岗片麻岩中和钾长石石英砂岩的近源性,推测德令哈杂岩的某一花岗岩类蚀源区,是达肯大坂岩群钾长石石英岩原岩———钾长石石英砂岩———碎屑物质的可能源区。4.2达肯大坂岩群的年龄约束基于达肯大坂岩群与德令哈杂岩中的花岗片麻岩原岩为侵入接触关系和侵入于达肯大坂岩群的钾长石花岗伟晶岩结晶年龄为2427Ma+44/-38Ma的认识,结合碎屑锆石U-Pb年龄为2471Ma+18/-16Ma,达肯大坂岩群的沉积年龄曾被约束在2.43~2.47Ga范围内。本文研究表明,达肯大坂岩群钾长石浅粒岩的原岩长石石英砂岩的碎屑物来自约2.19Ga的花岗片麻岩,该年龄可以视为达肯大坂岩群的最大沉积年龄。由于钾长石石英砂岩中的碎屑锆石都是继承性岩浆成因的锆石,当这些锆石被侵入的伟晶岩脉捕获,其继承性不容易被识别出来而被顺理成章地解读为伟晶岩结晶成因的锆石,其年龄也被当作了岩脉本身的侵入结晶年龄。现在看来,伟晶岩脉中约2.43Ga的岩浆成因锆石与副片麻岩中约2.47Ga的岩浆成因锆石都是继承性锆石,其年龄值不可以用来约束寄主碎屑原岩的最小沉积年龄。另外,本研究同时表明钾长石浅粒岩及其所在达肯大坂岩群的年龄(约2.19Ga)小于德令哈花岗片麻岩的年龄(约2.37Ga),这不支持达肯大坂岩群与德令哈杂岩呈侵入接触关系的判断。达肯大坂岩群的形成年龄曾推断为2.0~2.2Ga。沉积作用的最小年龄可以用云母片麻岩和云母片岩深熔浅色体锆石的U-Pb年龄、花岗片麻岩镁铁质包体变质结晶锆石的U-Pb年龄和德令哈杂岩的黑云斜长片麻岩中深熔成因锆石U-Pb年龄来约束。研究表明,德令哈地区达肯大坂岩群的深熔作用或花岗片麻岩镁铁质包体的早期变质作用发生在1.91~1.92Ga期间,而乌兰地区德令哈杂岩的深熔作用发生在1.94~1.96Ga期间。2个地区深熔作用事件年龄的差异反映该事件在空间上结束时间早晚的差异。这样一来,达肯大坂岩群的最小沉积年龄应大于深熔作用事件的最大年龄,即大于1.96Ga。因此,达肯大坂岩群的沉积年龄范围可以约束在1.96~2.19Ga之间,在时代上属于古元古代中晚期。5达肯大坂岩群形成时代变质砂岩中的碎屑锆石年龄谱可以用来提取源区的热事件(岩浆作用事件和变质作用事件)信息,为揭示原岩碎屑的可能物源区提供线索,同时也可以用来甄别一些中间性构造事件,尤其是岩浆岩脉中的一些岩浆锆石的实际成因及其年龄的地质意义。达肯大坂岩群钾长石砂岩中的碎屑锆石主体为继承性岩浆成因的锆石,这些锆石和它们的寄主岩石的碎屑沉积物可能来自德令哈杂岩中的花岗片麻岩的风化物。碎屑锆石的年龄谱具单峰分布的特征,其年龄峰值将达肯大坂岩群的最大沉积年龄约束在2