膠萊盆地萊陽群楊家莊組沉凝灰巖SHRIMP U-Pb年代學特征及地質意義

張志剛,寧振國，許克民

(山東省地質調查院，山東 濟南 250013)

1—第四系;2—紅土崖組;3—石前莊組;4—八畝地組;5—曲格莊;6—杜村組;7—楊家莊組;8—地質界線;9—斷裂;10—剖面位置及編號;11—取樣位置圖1 研究區地質簡圖(據任天龍等，2018)

0 引言

膠萊盆地位于華北克拉通東部，一直以來是國內外研究的熱點。盆地以發育白堊紀陸相沉積地層為特征，由底至頂分別為萊陽群、青山群、王氏群。其中萊陽群為一套河湖相沉積，青山群為一套以火山爆發—溢流相為主夾有河流相碎屑沉積，王氏群為一套紅色河湖相砂礫巖沉積，晚期有少量玄武巖噴發沉積。

前人對膠萊盆地的形成、演化及深部地質特征進行了詳細的研究，認為膠萊盆地是發育于華北陸塊東緣的斷陷盆地，且靠近蘇魯造山帶；受太平洋板塊俯沖與后撤作用，華北克拉通東部巖石圈在白堊紀發生了減薄作用，導致了膠萊盆地巨量的碎屑—火山—碎屑沉積物[1-7]。同時對膠萊盆地的地層層序、構造演化、古生物及巖相古地理等方面做了一系列研究[8-15]，但對膠萊盆地碎屑巖地層的年代學研究開展的工作較少，一方面是由于當時的測試水平限制；另一方面由于陸相碎屑巖地層中很難獲取可靠的年代學數據。近年來，國內地層工作者開始對碎屑巖地層中的沉凝灰巖層進行了大量的鋯石U-Pb年代學研究，取得了較好的效果，并作為地層時代劃分對比的依據[16-19]。該次工作利用在萊陽群楊家莊組中發現的沉凝灰巖夾層，對其進行了巖石學及年代學的研究，并對楊家莊組的沉積時代進行限制。

1 地質特征

1.1 沉凝灰巖層位特征

該次研究剖面位于高密市拒城河鎮東側潘家小莊村南(圖1)，出露地層主要為萊陽群楊家莊組。構造位置上屬于柴溝地壘，受控于南北2條EW向斷裂，南側為百尺河斷裂，北側為膠州斷裂。楊家莊組凝灰巖層剖面位置如圖1所示，地層剖面(部分)特征如圖2所示。簡述如下：

1—礫巖；2—粗粒砂巖；3—中粒砂巖；4—細粒砂巖；5—粉砂巖；6—沉凝灰巖；7—巖屑長石砂巖；8—煌斑巖；9—斷裂；10—取樣位置圖2 含凝灰巖層地層剖面圖

1.2 巖石特征

沉凝灰巖風化表面呈灰綠色，鏡下顯示其為粉砂泥質凝灰結構、塊狀構造，主要由石英、白云母砂屑及黏土礦物膠結而成。其中碎屑10%±，白云母5%±，黏土礦物85%±，黏土礦物部分保留了原始晶屑的棱角狀晶體邊界，結合其產出層位特征，綜合定名為沉凝灰巖。

2 測試方法

樣品的巖礦鑒定工作由國土資源部濟南礦產資源監督檢查中心完成，碎樣工作由河北省區域地質研究所實驗室完成，鋯石U-Pb定年在北京離子探針中心SHRIMP II上完成[20]。

樣品分析測試處理步驟如下：首先樣品經機械破碎后，過100目篩，按常規重力和磁選方法從花崗偉晶巖樣品中分選出鋯石來，最后在雙目鏡下挑選。將待測樣品鋯石和數粒TEM標樣置于環氧樹脂制靶，然后磨至一半，使鋯石內部結構暴露，再拋光鍍上金膜，用于陰極發光圖像分析及SHRIMP U-Pb分析。測試時，一般一次流O-2強度為3～5nA，束斑直徑為25～30μm。標樣M257 (U = 840×10-6[21])和TEM(年齡為417Ma[22])分別用于鋯石U含量和年齡校正。每分析3～5個未知樣品數據，分析1次標準鋯石TEM。未知樣品每個分析點采用5組掃描，同時標準鋯石TEM為5組掃描。數據處理采用SQUID和ISOPLOT程序[23]。根據實測204Pb含量校正普通鉛，采用207Pb /206Pb年齡為鋯石年齡，同位素比值和單點年齡誤差均為1σ。

3 沉凝灰巖鋯石及年代學特征

3.1 鋯石及其陰極發光(CL)影像特征

沉凝灰巖樣品鋯石在體視鏡下分2種，一種為淺粉色，自形—半自形柱狀，少量渾圓狀、粒狀。表面多光滑，伸長系數1.2～2.5，粒徑0.1～0.2mm，約占鋯石總量的90%以上，顯示出該類鋯石搬運特征不明顯，可能有較近的火山作用物源區。一種為玫瑰色，次滾圓柱狀、粒狀。表面較粗糙，可見溶蝕特征，伸長系數1.0～1.5，粒徑0.1～0.15mm，該類鋯石具磨圓，應為搬運沉積產物。

第一類鋯石的陰極發光圖像(圖3)顯示，鋯石發育清晰的巖漿振蕩環帶，且振蕩環帶較窄，反應鋯石結晶時期溫度較低，暗示其形成于淺部地殼。第二類鋯石的陰極發光照片顯示不完整的巖漿振蕩環帶，且振蕩環帶較寬，局部呈條狀，與第一類鋯石的CL圖像略有不同。

3.2 鋯石年代學特征

該次工作對沉凝灰巖中的17粒鋯石進行了SHRIMP U-Pb測年(表1)，測年數據顯示，所測17件樣品中大部分U含量(130～321)×10-6，其中一件樣品為73×10-6；Th含量(80～365)×10-6，其中一件樣品為57×10-6；Th/U比值0.49～1.31，Th/U比值均大于0.4，反應了該組鋯石均符合巖漿鋯石成因。

表1 楊家莊組沉凝灰巖鋯石SHRIMP U-Pb年齡

注：206Pb*為放射性成因鉛。

圖3 楊家莊組沉凝灰巖鋯石CL圖像和U-Pb年齡

圖4 楊家莊組沉凝灰巖鋯石206Pb/238U-207Pb/235U年齡諧和圖及加權平均年齡圖

在所測17點中有16點年齡分布范圍一致，對其進行206Pb/238U-207Pb/235U年齡諧和圖投圖，所有測點基本均位于諧和線上，其加權平均年齡為131.1±1.7Ma，代表了該沉凝灰巖的形成年齡。而D0016-9.1測點具有較低的Th，U含量，其單顆鋯石年齡為835±23Ma，為晉寧期巖漿熱事件年齡。在華北陸塊東緣未見相關熱事件的報道，而南側蘇魯造山帶中殘留了大量的具有揚子板塊性質晉寧期片麻巖，暗示了楊家莊組沉積物有南側蘇魯造山帶的物質組分。

4 結論

(1)在萊陽群楊家莊組地層中識別出了沉凝灰巖夾層，并獲得該夾層鋯石U-Pb加權平均年齡為131.1±1.7Ma，限制了楊家莊組的形成時代。

(2)沉凝灰巖夾層指示膠萊盆地萊陽期有火山活動發育，為膠萊盆地早期的形成與演化提供了新的年代學依據。

(3)沉凝灰巖中獲得的單顆碎屑鋯石年齡為835±23Ma，指示蘇魯造山帶為萊陽群沉積物提供了物質來源。