通化地區(qū)古元古代花崗巖的鋯石U-Pb定年及其地質(zhì)意義

李修亮（中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所，北京　100037）

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通化地區(qū)古元古代花崗巖的鋯石U-Pb定年及其地質(zhì)意義

李修亮（中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所，北京100037）

對(duì)膠-遼-吉活動(dòng)帶北部通化地區(qū)古元古代花崗巖開展LA-ICPMS鋯石U-Pb定年結(jié)果顯示，片麻狀花崗巖形成年齡為2114±17Ma，并遭受了晚期1889±53Ma構(gòu)造熱事件的改造，斑狀花崗巖形成于1888±8Ma，與區(qū)域變質(zhì)作用時(shí)代基本相同，反映該區(qū)曾經(jīng)歷一個(gè)陸內(nèi)拉伸盆地的發(fā)育、閉合和造山的構(gòu)造演化過程。

片麻狀花崗巖；斑狀花崗；通化地區(qū)；膠-遼-吉活動(dòng)帶

1　引言

膠-遼-吉活動(dòng)帶是我國(guó)華北克拉通東部最重要的一條古元古代活動(dòng)帶，其北起吉林南部的通化、白山地區(qū)，向西南經(jīng)遼寧東部、膠東半島，最后止于安徽蚌埠，綿延上千公里（圖1a）［1］。其主要由古元古代花崗質(zhì)巖石、鎂鐵質(zhì)侵入體和綠片巖相至麻粒巖相變質(zhì)的火山-沉積巖系組成。帶內(nèi)變質(zhì)火山-沉積巖系包括膠東地區(qū)的荊山群和粉子山群，遼東地區(qū)的南、北遼河群，吉南通化地區(qū)的集安群和老嶺群等。膠-遼-吉活動(dòng)帶盡管研究多年，但有關(guān)它的變質(zhì)演化與大地構(gòu)造屬性卻一直存在爭(zhēng)論。一種觀點(diǎn)認(rèn)為該活動(dòng)帶屬于陸內(nèi)閉合裂谷［2］，另一種觀點(diǎn)認(rèn)為其屬于陸－弧或陸－陸碰撞帶［3］。目前看來，碰撞模式的證據(jù)主要來自于該帶南部，由于膠東地區(qū)高壓麻粒巖的存在［4～5］，對(duì)其成因的爭(zhēng)議相對(duì)較小。但是，對(duì)于北部的遼吉地區(qū)，由于變質(zhì)程度普遍較低，且廣泛發(fā)育非造山的A型花崗巖（遼吉花崗巖），難以用碰撞模式解釋［1］。最近，在對(duì)通化地區(qū)條痕狀與斑狀兩類古元古代花崗巖開展鋯石U-Pb定年過程中，發(fā)現(xiàn)二者巖石組成與形成時(shí)代存在明顯差異，反映了截然不同的大地構(gòu)造演化環(huán)境。

2　區(qū)域地質(zhì)概況

圖1　華北克拉通構(gòu)造分區(qū)（a）［1］與通化地區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖（b）

通化地區(qū)是吉林南部早前寒武紀(jì)基底出露最為廣泛的地區(qū)（圖1b），巖石種類齊全，既有古老的太古宙TTG巖套，也有古元古代的變質(zhì)表殼巖（集安群和老嶺群）、基性侵入巖，還有一系列同造山和非造山的花崗質(zhì)侵入體，包括古元古代片麻狀花崗巖、淡色花崗巖和斑狀花崗巖等。其中，片麻狀花崗巖主要分布于研究區(qū)中部，巖性以黑云母鉀長(zhǎng)-二長(zhǎng)花崗巖為主。斑狀花崗巖主要分布于南部，未變形，以發(fā)育石榴石和鉀長(zhǎng)石斑晶為特點(diǎn)，侵入了古元古代集安群變質(zhì)巖系。集安群變質(zhì)沉積巖系主要分布于中部，包含了螞蟻河、荒岔溝和大東岔三個(gè)巖性組，分別以含硼、含墨和含夕線榴為代表，變質(zhì)程度較深，局部達(dá)到了麻粒巖相。古元古代老嶺群主要分布于北部，主要由石英巖、片巖、千枚巖、變粒巖和大理巖組成，變質(zhì)較淺，僅達(dá)綠片巖相-低角閃巖相。同時(shí)，還發(fā)育一系列新元古代-中新生代沉積蓋層和花崗巖。

3　測(cè)試方法

鋯石制靶和LA-ICPMS鋯石U-Pb原位分析在中國(guó)地質(zhì)大學(xué) （北京）地學(xué)實(shí)驗(yàn)中心完成，激光剝蝕系統(tǒng)為美國(guó)NewWave貿(mào)易有限公司UP193SS型深紫外（DUV）193nm、ArF準(zhǔn)分子激光剝蝕系統(tǒng)；所使用ICP-MS為美國(guó)Agilent科技有限公司的7500a型。激光束斑直徑為36μm，實(shí)驗(yàn)中采用載氣He，流速0.88L/min，激光頻率為10Hz，預(yù)剝蝕時(shí)間5s，剝蝕時(shí)間45s，元素積分時(shí)間Si和Zr為6ms，U、Th和Pb為20ms，其它元素為10ms。年齡計(jì)算時(shí)以標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500為外標(biāo)進(jìn)行同位素比值校正，標(biāo)準(zhǔn)鋯石TEMORA，QINGHU為監(jiān)控盲樣。

4　樣品描述與測(cè)試結(jié)果

4.1片麻狀花崗巖（樣品TH1106-1）

圖2　通化地區(qū)古元古代花崗巖手標(biāo)本與顯微巖相圖片

樣品TH1106-1取自紅石村附近（圖1b），外表呈黃或淺粉色調(diào)（圖2a），中細(xì)粒花崗結(jié)構(gòu)，片麻狀構(gòu)造。主要礦物組成包括：黑云母5～10%，石英25～30%，斜長(zhǎng)石25～30%，微斜長(zhǎng)石40～45%，長(zhǎng)石均不同程度蝕變（圖2b）。該樣品中的鋯石以柱狀為主，晶形較好，粒度介于150～350μm之間，長(zhǎng)寬比在2～4之間，屬典型巖漿鋯石。利用LA-ICPMS共分析了32顆鋯石，結(jié)果顯示，Th含量 （ppm）介于66.9～996之間，U含量（ppm）介于168～1273之間，Th/U比值介于0.23～0.93之間。年齡最大值為2137±14Ma，最小為1410±17Ma。在鋯石U-Pb年齡諧和圖上（圖3），多數(shù)數(shù)據(jù)點(diǎn)偏離了諧和線，表明存在較嚴(yán)重的Pb丟失。但仍有一些數(shù)據(jù)點(diǎn)位于諧和線上或其附近，并集中在2100Ma附近，15個(gè)點(diǎn)的加權(quán)平均年齡為2114±17Ma，反映了該花崗巖體的侵位時(shí)代。另有四個(gè)點(diǎn)的不一致下線上交點(diǎn)年齡為1889±53Ma，反映其曾遭受后期熱事件改造。

圖3　片麻狀花崗巖（樣品TH1106-1）鋯石U-Pb年齡諧和圖

4.2斑狀花崗巖（樣品TH1118-1）

樣品TH1118-1取自臺(tái)上鎮(zhèn)附近（圖1b），主要礦物組成為：石榴石3～5%，黑云母5～10%，斜長(zhǎng)石15～20%，堿長(zhǎng)石45～50%，石英20～25%。其中，石榴石斑晶一般1～10mm，鉀長(zhǎng)石斑晶可達(dá)15～30mm（圖2c，d）。該樣品中的鋯石以柱狀為主，粒度介于100～350μm之間，長(zhǎng)寬比多在2～4之間。陰極發(fā)光圖像顯示內(nèi)部發(fā)育不規(guī)則的韻律環(huán)帶，類似變質(zhì)成因鋯石。利用LA-ICPMS分析技術(shù)，該樣品共測(cè)試了33顆鋯石，結(jié)果顯示，Th含量（ppm）介于33～158之間，U含量（ppm）介于135～553之間，Th/U比值介于0.07～0.58之間，表觀年齡則集中在1841～1935Ma之間。在鋯石U-Pb年齡諧和圖上，所有數(shù)據(jù)點(diǎn)都位于諧和線上 （圖 4），其中最老一個(gè)點(diǎn)的年齡為2159± 22Ma，與上述片麻狀花崗巖的侵位年齡大體相同，很可能為繼承或捕獲鋯石。其余數(shù)據(jù)點(diǎn)都集中在1850～1900Ma之間，加權(quán)平均年齡為1888±8Ma，反映了該花崗質(zhì)巖石最后侵位年齡。

圖4　斑狀花崗巖（樣品TH1118-1）鋯石U-Pb年齡諧和圖

5　地質(zhì)意義討論

花崗巖作為地球殼幔物質(zhì)分異的重要產(chǎn)物，往往具有非常重要的構(gòu)造指示意義。對(duì)于通化地區(qū)的片麻狀花崗巖，路效平等（2004）利用離子探針SHRIMP鋯石U-Pb定年技術(shù)獲得區(qū)內(nèi)條痕狀花崗巖的成巖年齡為2.16Ga，并依據(jù)地球化學(xué)數(shù)據(jù)認(rèn)為其為鋁質(zhì)A型花崗巖，形成于拉張環(huán)境［6］。本文對(duì)片麻狀花崗巖（樣品TH1106-1）的鋯石U-Pb定年結(jié)果表明，其侵位年齡為2114±17Ma，同時(shí)存在一組1889±53Ma的改造年齡，說明其與集安群一道經(jīng)歷了變質(zhì)改造。對(duì)于區(qū)內(nèi)廣泛分布的斑狀花崗巖，由于富含石榴石、矽線石和堇青石等富鋁礦物，顯示與泥質(zhì)片麻巖的同源特征，且本身未遭受變形，很可能為后造山環(huán)境下變質(zhì)巖石發(fā)生深熔產(chǎn)物。鋯石U-Pb定年結(jié)果顯示，其鋯石具有巖漿和變質(zhì)鋯石的混合特征，年齡集中，加權(quán)平均年齡為1888±8Ma，該值既反映了巖漿侵位時(shí)代，也限制了變質(zhì)時(shí)代。斑狀花崗巖中保留了一顆2.16Ga的繼承鋯石，說明片麻狀花崗巖為集安群變質(zhì)表殼巖提供了部分物源。可見，片麻狀花崗巖與斑狀花崗巖之間既有區(qū)別、又有聯(lián)系，二者對(duì)應(yīng)了不同的構(gòu)造演化階段。前者很可能形成于2.1Ga發(fā)育的陸內(nèi)拉伸盆地，由于地幔物質(zhì)上侵，導(dǎo)致太古宙TTG發(fā)生部分熔融。隨著盆地?cái)U(kuò)張，海水侵入，形成集安群和老齡群陸源碎屑沉積建造，其物質(zhì)來源既有太古宙物質(zhì)，也有新侵位的A型花崗巖。后期碰撞造山，盆地閉合，發(fā)生區(qū)域高級(jí)變質(zhì)作用。變質(zhì)作用晚期，在1.89Ga左右，變質(zhì)表殼巖發(fā)生深熔作用并形成S型斑狀花崗巖。

［1］趙國(guó)春.華北克拉通基底主要構(gòu)造單元變質(zhì)作用演化及其若干問題討論［J］.巖石學(xué)報(bào)，2009，25：1772～1792.

［2］盧良兆，徐學(xué)純，劉福來.中國(guó)北方早前寒武紀(jì)孔茲巖系［M］.長(zhǎng)春：長(zhǎng)春出版社，1996.

［3］賀高品，葉慧文.遼東-吉南地區(qū)早元古代兩種類型變質(zhì)作用及其構(gòu)造意義［J］.巖石學(xué)報(bào)，1998，14：152～162.

［4］周喜文，魏春景，耿元生，張立飛.膠北棲霞地區(qū)泥質(zhì)高壓麻粒巖的發(fā)現(xiàn)及其地質(zhì)意義［J］.科學(xué)通報(bào)，2004，49：1424～1430.

［5］翟明國(guó).華北克拉通兩類早前寒武紀(jì)麻粒巖（HT-HP和HT-UHT）及其相關(guān)問題［J］.巖石學(xué)報(bào)，2009，25：1753～1771.

［6］路孝平，吳福元，張艷斌，等.吉林南部通化地區(qū)古元古代遼吉花崗巖的侵位年代與形成構(gòu)造背景［J］.巖石學(xué)報(bào)，2004，20：381～392.

李修亮（1990-），男，碩士研究生，主要從事前寒武紀(jì)地質(zhì)與變質(zhì)巖石方面研究。

P534.5

A

2095-2066（2016）13-0091-02

2016-4-10