上海南部齊賢橋輝石閃長巖體的鋯石U-Pb定年及其地質意義

謝建磊

（1. 中國地質大學（武漢）地球科學學院，武漢 430074；2. 上海市地質調查研究院，上海 200072）

上海地區位于揚子地塊和華夏地塊之間的欽杭結合帶東端，斷裂構造比較發育。基巖除在西南部呈零星剝蝕殘丘出露外，廣為松散層覆蓋。現有主要地質構造特征認識主要是基于全市800多個基巖鉆孔、區域重磁場特征解釋和反演、MT等深部地球物理勘查資料，通過區域地質條件對比獲得的。除局部為前震旦系—下古生界和上白堊統—古近系外，火山碎屑巖類、火山巖類和不同產狀的侵入巖類分布較為廣泛，多為燕山—喜馬拉雅山期建造。侵入巖多呈巖株、巖脈產出，尤其是在中、南部地區。20世紀90年代前，通過單礦物或全巖K-Ar法測年，獲得了一批119.6～40.7Ma間的年齡，并劃分了上海地區的侵入巖期次[1]。

K-Ar法測年自1950年首次被運用以來，逐漸成為地質學中一種常規定年方法，但該方法具有很大局限性，受封閉溫度較低、K易丟失、過剩Ar和礦物多期性等問題的制約，后期熱事件的干擾會使該方法獲得的年齡偏小[2]。而鋯石由于性質穩定，U-Pb同位素體系封閉溫度極高，單顆粒鋯石原位定年已成為現代固體地球科學研究的關鍵技術之一[3]。

區內構造、巖漿熱事件較多，中新世仍形成廣布的玄武巖類[1]。張堰地區侵入巖的K-Ar法測年結果差別較大[1]，除測年對象影響外，也表明后期熱事件的干擾作用，如石英閃長巖119.6Ma（黑云母）、102.2Ma（金云母）、95.7Ma（全巖），角閃輝綠巖102Ma（角閃石）、112.7Ma（全巖），輝綠巖106Ma（全巖）和花崗斑巖88.1Ma（黑云母）。自2003年始，鄰區在早期K-Ar法測年基礎上，開始有相關巖體的鋯石U-Pb年齡報道，近幾年來明顯增多[4-～8]。基于此，本文對上海南部齊賢橋輝石閃長巖體進行了LA-ΙCP-MS鋯石U-Pb定年，獲取了巖體的侵位年齡，并對其地質構造指示意義進行了討論。

1 地質特征概況

該巖體為隱伏巖體，主要由區域重力、航磁異常特征圈定，沿布格重力異常梯度帶分布，且航磁異常特征明顯，并為齊CK1、齊CK4、齊CK5、齊CK7等鉆孔驗證。埋深在220～240m左右，規模較小，近圓形，直徑約4km，面積至少約2.8km2，呈小型巖株（圖1），侵位于上侏羅統火山碎屑巖類和下古生界碳酸鹽巖類之中。

構造位置上處于朱涇—南匯復背斜和查山—大團復向斜之間、松江—北橋斷陷盆地南緣。北東向張堰—南匯斷裂、北西向太倉—奉賢斷裂和北西西向馬橋—金匯斷裂在巖體附近交匯。其中，張堰—南匯斷裂帶是區內的一條重要北東向斷裂構造，沿線分布有多個呈串珠狀的中酸性侵入體，主要巖性為石英閃長巖、輝石閃長巖、花崗閃長巖和花崗斑巖。此外，鉆孔顯示還發育有輝綠巖類、煌斑巖等。齊賢橋輝石閃長巖體位于該斷裂帶中部。

圖1 上海地區地質簡圖及研究巖體位置Fig.1 Regional geological sketch map of Shanghai area and position of the research pluton

2 巖石學特征

巖體巖石類型較多，以黑云母輝石閃長巖為主，多見輝石閃長巖、黑云母閃長巖，偶見石英閃長巖，穿插有花崗斑巖、沸石和長石脈體，鉆孔顯示539m以下過渡為似斑狀花崗巖。在齊CK1孔401m和齊CK4孔464m處采集兩塊樣品進行了巖石學特征研究和定年。

輝石閃長巖巖石呈黑灰色，節理中方解石和黃鐵礦細脈充填，塊狀構造，不等粒輝長結構，板狀和柱狀礦物微定向排列。斜長石約70～80%，板狀，聚片雙晶極發育，偶見微弱環帶結構。具有至少兩個世代，被早期斜長石和黑云母包含。鉀長石含量約5%，以正長石為主。部分長石表面絹云母化。黑云母，片狀，約占5%，多分布在輝石和角閃石周圍。普通輝石，短柱狀，約占10%。角閃石偶見。暗色礦物蝕變較為明顯，多綠泥石化。此外，見有鋯石、磁鐵礦、磷灰石等副礦物。

3 分析方法

巖石碎樣和鋯石分選在河北省廊坊市科大巖石礦物分選技術服務有限公司完成，樣品量2.5kg。經過清洗、粗碎和細碎，使礦物單體最大限度分離，使用一次性網布層層過篩后，采用手工淘洗獲取重砂，再經電磁選、重液（三溴甲烷和二碘甲烷）分離后，在雙目顯微鏡和偏光顯微鏡下挑出無裂痕、連晶及包體類型的鋯石。共挑選鋯石200粒，透明度較差，自形—半自形，晶形良好，短柱狀或長柱狀，以短柱狀為主，部分呈不規則狀。

鋯石陰極發光和LA-ΙCPMS原位年齡測定在中國地質大學（武漢）地質過程與礦產資源國家重點實驗室完成。通過鋯石陰極發光圖像分析，選擇測點位置，然后采用激光剝蝕等離子體分析技術進行微區原位單點U-Pb定年。

測試前，將挑選的鋯石置于環氧樹脂澆鑄的圓形靶上，磨蝕和拋光至約一半使鋯石內部暴露，在JXA-8100電子探針配備的MonoCL3系統上進行陰極發光照相。加速電壓為15Kv，工作電流為20nA，束斑直徑為1μm。鋯石激光測年使用的ΙCP-MS型號為Agilent 7500a，激光剝蝕為德國Lamda Physik公司的GeoLas 200M深紫外（DUV）193nm的ArF準分子（excimer）系統。以哈佛大學標準鋯石91500作外標校正，用美國國家標準技術研究院研制的人工合成硅酸鹽玻璃標準參考物質NΙST610中的Si29作為內標校正和儀器最佳化。測試的剝蝕激光直徑為32μm，普通鉛含量利用204Pb的計數來估算。同位素比值數據處理采用Gliter軟件完成，年齡計算和校正采用Ludwig（2003）的ΙSOPLOT（3.0版）程序計算。鋯石單點數據誤差均為1σ，加權平均年齡具有95%的置信度。

4 分析結果

4.1 鋯石成因

鋯石陰極發光圖像見圖2，類型多樣，多呈自形—半自形，大多呈典型的長柱、短柱狀，個別不規則狀，多數晶形發育較差，長軸一般在120～240μm，長寬比多在1.3～3，晶面清晰可辯，光滑，晶棱平直，具有清晰的韻律狀環帶結構，屬于典型的巖漿結晶產物[3]。

圖2 樣品中鋯石顆粒的陰極發光圖像及激光剝蝕點位Fig.2 Zircon CL images and the dating position

部分鋯石顆粒晶棱和晶角已圓化，成港灣狀，表面大多見溶蝕坑，且大多數鋯石振蕩環帶的寬度較寬，這些特征都反映出此巖體的成巖溫度較高。

大量的研究結果表明，不同成因鋯石有不同的Th、U含量及Th/U比值，巖漿鋯石的Th、U含量較高，Th/U比值較大（一般大于0.4）[3]。該巖體中的Th、U含量分別在58.88～390.52ppm、74.98～688.45ppm，Th與U含量之間整體上呈較好的正相關關系，Th/U比值在1.24～2.43（表1）。同樣表明為巖漿結晶鋯石。

表1 鋯石LA-ΙCP-MS的U-Th-Pb同位素分析結果Table 1 The analysis result of Zircon U-Th-Pb isotope by LA-ΙCP-MS

4.2 鋯石U-Pb年齡

共測試了20個數據點，除3、6、19、20三個測點略偏離諧和曲線外，其余16個測點數據均落在了一致曲線上。206Pb/238U表面年齡比較集中，介于98.2±1.21 Ma～117.1±2.15Ma，加權平均年齡為99.5±1.2Ma，MSWD為4.8（圖3）。作為平行樣，在該巖體的齊CK4孔中采集了另外一塊樣品同時進行定年，獲得的年齡值在100.56±0.57Ma，進一步驗證了本次測年的可靠性。因此，該巖體的侵位年齡應在98.3～101.3Ma。

圖3 鋯石U-Pb年齡諧和圖Fig.3 U-Pb concordia plots for zircons from pluton sample

5 討論

5.1 區內燕山晚期巖漿作用的年代學約束

本次研究獲得的齊賢橋輝石閃長巖體98.3～101.3Ma的侵位年齡及其鋯石、巖石學特征進一步對區內巖漿作用提供了約束。鋯石晶形、晶體表面熔蝕形貌的形成，表明鋯石及其寄主巖石結晶后又曾受到熔蝕。一般地，巖漿溫度的升高與巖漿結晶作用釋放的潛熱有關，或與深部巖漿上升補給提供的熱量有關，或者是深部巖漿上升侵位減壓升溫所致[9]。花崗斑巖巖脈穿插、似斑狀花崗巖、兩個世代的斜長石等特征的發育，都表明本次侵入事件后，區內仍有明顯的巖漿侵入作用。

傳統觀點將區內燕山晚期的巖漿作用劃分有四次，有從基性—中性—酸性的演化規律，并以楓涇—川沙斷裂為界，劃分為北部酸性巖區和南部中性巖區[1]。第一次基性侵入巖K-Ar年齡在102～112.7Ma，第二次基性—中性侵入巖K-Ar年齡在119.6～120.1Ma、102.2Ma、95.7Ma，第三次酸性侵入巖K-Ar年齡在107.1～112.2Ma，第四次酸性侵入脈巖K-Ar年齡在81～88.1Ma。從現有資料看，獲得102～112.7Ma的基性巖體都發生過明顯的熱變質作用，甚至角巖化，接觸變質作用的溫度變化范圍在多在30～900℃，因此，該年齡應代表該期巖體以后的熱事件年代。基性—中性巖中獲得的102.2Ma、95.7Ma年齡與本研究獲得的巖漿侵位年齡相當，應該為該次巖漿熱事件的記錄。

區域上，170Ma之后至白堊紀結束是中國東南部巖漿活動的活躍期，在約100百萬年內形成了巨量的火成巖。大量資料顯示，欽杭結合帶是一條構造一巖漿活動帶[10]，部分學者認為浙西北地區的侵入作用大致在160～140Ma，浙東南地區在130～70Ma[11]；但近幾年，在杭州、臨安、安吉、紹興、富陽等地報道了大量小于140Ma的年齡，如安吉塢山關雜巖體133.9±13Ma～141±1.4Ma、安吉石英二長斑巖137.3±1.6Ma、臨安夏色嶺花崗巖體126.9±1.7Ma、臨安順溪花崗巖巖體125.5±1.1Ma～123.5±2.3Ma、富陽神功村二長花崗斑巖脈117.7±2.7Ma、杭州泗嶺花崗巖89.8～93.4Ma等[4～8,12]，表明巖漿侵入時期可以持續到早晚白堊世之交。此外，贛杭構造帶中基性巖多形成于180Ma左右、145～150Ma、120～140Ma、95～110Ma和65～80Ma幾個階段，其中，120～140Ma和95～110Ma的峰值最為集中，為巖漿活動最為強烈的期次[13]。

綜合區域巖漿侵入活動和已有年齡數據特征，區內燕山晚期侵入作用至少可限定有三次，約在119.6～120.1Ma、98.3～112.7Ma和81～88.1Ma左右，其他期次的識別還需要更多資料證實。該侵入巖階段的劃分也與浙西、浙東地區的火山作用階段基本一致。陶奎元等指出浙江中生代火山活動時代為132～83Ma。浙西為130～117Ma，其中勞村組為130～128Ma、黃尖組129～127Ma、壽昌組124～121Ma、橫山組117Ma。浙東為130～83Ma，其中磨石山群為132～101Ma、永康群101～83Ma，110～100Ma是兩個構造巖漿事件轉折的時期。大面積分布的浙西勞村組、黃尖組和浙東高塢組、西山頭組火山巖時代均集中在130～121Ma之間[14]。這表明，大面積分布的火山巖時代與本文劃定的第一階段巖漿侵入事件和浙西北地區報道的大量侵入巖年齡相當。

5.2 欽杭成礦帶北部燕山晚期成巖成礦時間約束

欽杭成礦帶為一重要的區域成礦帶[10]，張堰地區發育上海地區唯一的矽卡巖型銅礦床，伴生Ag、Zn和Fe[15]，與成礦關系密切的石英閃長巖為本次劃分的119.6～120.1Ma左右的巖漿侵入產物。已有成果證實中部德興地區往東部浙西一皖南一帶，成巖成礦時代具有逐漸變新的規律，浙江和江西一帶成巖成礦時代從170Ma到134Ma[8]，至上海境內可至120Ma左右。

5.3 構造意義

燕山晚期，中國大陸，乃至東亞大陸邊緣處于持續伸展階段，尤其是110Ma左右伸展作用趨于強烈[16]。鄰區的研究表明，本區141～137Ma前后已處于伸展體制背景之下[8]。煌斑巖脈和A型花崗巖通常是構造運動后期松弛階段張性環境的產物。位于張堰—南匯斷裂帶西部的張堰地區在早期石英閃長巖侵位形成后，有煌斑巖呈巖脈產出[15]，杭州A型花崗巖發育[12]，北橋—松江斷陷盆地發育，這些都指示燕山晚期區內的伸展體制和該斷裂帶張性特征。

張堰—南匯斷裂帶形成歷史較早，在MT剖面上呈縱深低阻帶特征，與楓涇—川沙斷裂之間的軟流圈明顯上涌，反映斷裂切割較深[17]。據對鄰近坦直地區輝石閃長巖的地球化學研究，輝石閃長巖類的里特曼指數δ為3.62～3.83，呈堿性巖，且該類巖體含有較多的幔源組分[1,17]，可能與燕山晚期伸展體制下張堰—南匯斷裂帶的深切活動相關。巖體形態規則、成近圓狀，顯示在伸展體制下，巖體的順斷裂被動侵入特征，且稍長軸向呈NE向，可能與北東向斷裂構造關系密切。此外，由于太倉—奉賢斷裂深切至上地幔，對中新統玄武巖的分布具有明顯控制作用[18]，可能對巖體具有一定的控制作用。

區內侵入作用主要發生在119.6～120.1Ma之后，尤其是98.3～112.7Ma和81～88.1Ma左右，缺少之前中晚侏羅世以來的巖漿記錄，明顯比通常用于對比的浙西北地區火成巖年齡偏年輕，反而與溫州—鎮海斷裂帶、江山—紹興斷裂帶之間的浙東南地區火成巖年齡相似，可能指示燕山晚期以來浙東南和上海地區構造體制的一致性。

6 結論

（1）奉賢齊賢橋輝石閃長巖體形成于早晚白堊世之交，巖體侵位年齡在99.5±1.2Ma～100.56±0.57Ma。

（2）結合區域地質資料綜合分析，將區內燕山晚期侵入作用劃分為三次，分別約在119.6～120.1Ma、98.3～112.7Ma和81～88.1Ma左右，以后兩者為主。進一步證實欽杭成礦帶從中部德興地區往東部一帶成巖成礦時代逐漸變新的規律，至上海境內可至120Ma左右。

（3）奉賢齊賢橋輝石閃長巖體形成于燕山晚期的伸展拉伸體制背景下，主要受張堰—南匯斷裂帶控制呈被動侵位特征，可能受太倉—奉賢斷裂影響。

（4）燕山晚期以來，上海地區的巖漿作用年代與江山—紹興斷裂、溫州—鎮海斷裂帶間的浙東南地區具有很大相似性，可能指示該階段浙東南和上海地區構造體制的一致性。

致謝：上海市地質調查研究院徐明德高級工程師在樣品采集、中國地質大學（武漢）地球科學學院湯華云副教授在鋯石陰極發光和U-Pb年齡數據的解釋中給予了幫助，在此一并表示感謝。

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