湖北宣恩縣麻陽寨晚奧陶—早志留世龍馬溪組斑脫巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡及其地質意義

羅 華, 何仁亮, 潘龍克, 楊 成, 余國飛

(1.湖北省地質調查院,湖北 武漢 430034; 2.中國地質大學(武漢) 資源學院,湖北 武漢 430074)

湖北宣恩縣麻陽寨晚奧陶—早志留世龍馬溪組斑脫巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡及其地質意義

羅 華1, 何仁亮1, 潘龍克1, 楊 成1, 余國飛2

(1.湖北省地質調查院,湖北 武漢 430034; 2.中國地質大學(武漢) 資源學院,湖北 武漢 430074)

研究區內奧陶紀龍馬溪組中下部(即相當于原五峰組上部—頂部層位)發育多個因火山凝灰質物質沉積、蝕變形成的粘土巖層,為了進一步認識上揚子地區奧陶紀—志留紀之交的火山事件年齡,對湖北高羅麻陽寨地區晚奧陶—早志留世龍馬溪組剖面的斑脫巖進行了LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年,獲得加權平均年齡為(450.0±3.6)Ma,與國際地層委員會發布的奧陶系—志留系界線年齡(443.7±1.5)Ma近似,同屬晚奧陶世。相較研究區北部和南部獲得的同地層單位中的斑脫巖鋯石年齡均較早,對探討該時期火山活動開始的時限具有重要意義。

斑脫巖;龍馬溪組;LA-ICP-MS鋯石;U-Pb年齡;火山活動;麻陽寨

上揚子地層區晚奧陶—早志留世龍馬溪組發育多個粘土巖層,前人有研究結果表明其為鉀質斑脫巖,是火山凝灰物質在海相環境經沉積成巖及蝕變作用的產物[1-2],對應中奧陶世以來,頻繁的火山活動[3-6]。近年來,有國內外學者認為奧陶紀—志留紀之交的火山活動對晚奧陶世生物滅絕有直接影響[7]。

因此,對這些廣泛分布于揚子地臺周緣的粘土巖開展同位素定年工作有助于補充上揚子地臺區晚奧陶世的火山運動和奧陶系—志留系界線處年齡資料。本文對采自上揚子地臺區湖北恩施宣恩縣晚奧陶—早志留世龍馬溪組粘土巖層進行U-Pb鋯石測年,以豐富揚子地臺區奧陶紀—志留紀鉀質斑脫巖的研究,同時對該時期火山活動時限規律討論提供基礎資料。

1 區域地質概況

揚子地臺在奧陶紀時位于岡瓦納大陸西北緣[8],受“華夏”和“揚子”兩個地塊碰撞擠壓作用影響,研究區處于構造隆升階段。晚奧陶世上揚子地區處于深水陸棚的構造—沉積環境[9],早期沉積黑色含碳硅質巖、硅質巖系,晚期碎屑含量增加,區域上厚度變化很大。

2 樣品采集與分析

本文樣品均采自麻陽寨地區龍馬溪組斑脫巖,野外露頭是一套灰白色泥狀物質,少量呈灰黃色調,手感較為柔軟、光滑,符合Huff(2008)總結的鉀質斑脫巖的野外判別標準[10]。筆者采集了位于湖北省宣恩縣麻陽寨地區的一組斑脫巖樣品,編號B002,GPS坐標為N29°47′50″,E109°26′11″(圖1)。該剖面龍馬溪組分為兩個巖性段:下段以黑色含碳硅質巖為主體,富含筆石化石,即相當于原五峰組;上段以深灰色—灰黑色含粉砂質頁巖、含碳硅粉砂質頁巖為主體。樣品采自龍馬溪組下段上部,為灰黃色凝灰巖,近觀似黃泥,手感較為細膩。厚約0.1 m。

樣品采集過程先對斑脫巖進行野外識別,后將已風化的部分和明顯不屬于斑脫巖的雜質剝除,以保證樣品的新鮮、純凈,共計采集兩組各重約3 kg樣品,裝入干凈的樣品袋中。室內將其自然風干,研磨后用60目樣品篩進行篩選,將樣品成品送至廊坊市誠信地質服務有限公司進行顆粒鋯石挑選,將其粘貼在環氧樹脂表面并拋光制成樣品靶。收到樣品靶后將待測鋯石送至北京地時科技有限公司進行陰極發光顯微照相,通過圖像分析選擇合適的鋯石顆粒及區域進行U-Pb同位素年齡測試。鋯石U-Pb同位素測年在中國地質大學(武漢)地質過程與礦產資源國家重點實驗室利用準分子激光剝蝕系統與電感耦合等離子體質譜儀的聯用完成,ICP-MS為Agilent 7500a,激光剝蝕系統為GeoLas2005。分析中采用32 μm激光斑束,激光能量70 MJ,頻率8 Hz。同位素組成以標準鋯石91500和GJ-1進行校正。鋯石測定點Pb同位素比值、U-Pb表面年齡以及微量元素的含量均采用ICPMS DataCal9.0程序計算。利用Isoplot 3.23程序計算鋯石加權平均年齡及繪制諧和圖。具體分析條件、流程、儀器參數以及數據處理詳見Liu el al(2008,2009)[11-13]。

圖1 采樣點位置及巖性柱狀圖Fig.1 Location of the sampling sites and the lithological column

3 206Pb/238U加權平均年齡

對麻陽寨地區B002號樣品共計24顆鋯石進行了陰極發光圖像的分析及LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年分析,單個分析值誤差為1 σ,年齡平均值誤差為98%置信度。

被測鋯石多為透明—半透明,柱狀—長柱狀,自形程度較好;顆粒粒徑相對較小,多為50～120 μm,少數長軸可達150 μm,長寬比約在1.5∶1～2∶1之間;鋯石晶型形態和內部結構相似,陰極發光照片顯示大部分鋯石發育規則的振蕩生長環帶(圖2)巖漿鋯石特征明顯[14]。

圖2 龍馬溪組斑脫巖樣品鋯石CL圖像及分析點位Fig.2 Cathodoluminescence images of the zircons from the samples and location of the analysed spots

測點鋯石的Th/U比值均>0.1,且大部分>0.4(表1),平均值0.45,顯示出巖漿鋯石Th/U值的特點[15];少量位于0.1～0.3之間的鋯石樣品,可能為受變質作用后的巖漿鋯石。

本次鋯石定年分析結果顯示,第8號點、16號點鋯石均表現出核部年齡值偏大的特點,其中B002-8號點諧和度過低;B002-16點年齡值為(1 142.9±9.9)Ma,可能為火山噴發過程中捕獲的老基底鋯石。除此之外,測點B002-1、B002-19號點年齡值均明顯過高,可能是由于測試的鋯石為殘余鋯石的原因,均不宜利用。其余測點均集中于(430—469)±6 Ma,其諧和年齡值為(450.0±3.6)Ma(圖3)。

筆者將該年齡作為該套斑脫巖原巖沉積的事件年齡,與國際地層委員會2004年發布的奧陶系—志留系界線年齡((443.7±1.5)Ma)在誤差范圍內較為接近,此年齡可作為奧陶系—志留系界線附近火山噴發事件的年齡。

4 討論與結論

斑脫巖被認為是地質歷史時期火山噴發產生的凝灰物質在海相環境中沉積成巖及蝕變作用形成的一類粘土巖,其原巖多為中酸性火山巖,在揚子地臺周緣分布廣泛[16],此類巖石不僅記錄著地質歷史時期的火山活動,也可以作為一種等時性標志層,對研究區域上該沉積期巖相古地理特征及討論該時期火山活動時限規律均具有重要意義。胡艷華等對研究區北部宜昌王家灣地區觀音橋段頂部斑脫巖,謝尚克對研究區南部湖南桃園郝坪地區原五峰組頂部斑脫巖均進行過鋯石年齡測定,其采樣層位略高于研究區,其年齡值亦略晚于研究區(王家灣(443.2±1.6)Ma[17]、郝坪(442.2±8.1)Ma[18]),與本次所取得的年齡數據相呼應。

表1 樣品B001和B002 LA-ICP-MS鋯石U-Pb數據

圖3 樣品B002的LA-ICP-MS 鋯石U-Pb年齡諧和圖Fig.3 Concordia plots of LA-ICP-MS zircon U-Pb ages for the samples B002

文中麻陽寨B002樣品的LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡((450.0±3.6)Ma)是奧陶系頂部火山活動一個可靠的同位素年齡,為研究奧陶紀末火山事件時限規律提供了可靠的參考依據。同時,易立文等[19](2014)總結華南早古生代巖漿巖年齡發現靠近華夏地塊的區域巖漿巖活動集中在450 Ma,向北西方向至諸廣山、雪峰山區域為逐漸變小的趨勢特點,與本文獲得的年齡數據極為相似,這對追溯鄂西地區該套斑脫巖的物源特征具有一定的指導意義。

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(責任編輯：于繼紅)

LA-ICP-MS Zircon U-Pb Age and Its Significance of LateOrdovician-Early Silurian Longmaxi Bentonite

LUO Hua1, HE Renliang1, PAN Longke1, YANG Cheng1, YU Guofei2

(1.HubeiGeologicalSurvey,Wuhan,Hubei430034; 2.ChinaUniversityofGeosciences,Wuhan,Hubei430074)

There are several clay beds recognized from in the lower part of the Longmaxi Formation as the top of the Wufeng Formation in the sduty area.They are deposited from volcanic tuffaceous material,and then rock formation for alteration. In order to further understand the Yangtze region Ordovician-Silurian volcanic event at the turn of the age,the authors are LA-ICP-MS zircon U-Pb dating for the clay beds recognized from the two Late Ordovician-Early silurian LongMaxi Creek Group sectional. The results show LA-ICP-MS zircon U-Pb dating of the clay beds recognized(450.0±3.6)Ma,published by the International Commission on Stratigraphy Ordovician-Silurian boundary consistent Age(443.7±1.5)Ma,belong to the Late Ordovician. Compared with the stratigraphic units in the study area in the north and south in the obtained bentonite zircon ages are earlier time limit on the period,it has important significance to begin to explore the volcanic activity.

bentonite; Longmaxi Formation; LA-ICP-MS zircon; U-Pb dating; volcanic activity; Mayangzhai

2016-02-25;改回日期:2016-04-20

中國地調局湖北省1∶5萬宣恩縣、洗馬坪、高羅、沙道溝區域地質調查項目(編號:12120113062000)資助。

羅華(1987-),男,工程師,成礦規律與成礦預測專業,從事區域地質調查和礦產地質調查工作。E-mail:luohua_p@163.com

P534.42; P534.43

A

1671-1211(2016)04-0547-04

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2016.04.001

數字出版網址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20160707.1135.010.html 數字出版日期:2016-07-07 11:35