锆石SHRIMP U-Pb 年代学

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锆石SHRIMP定年~

5.1.1 定年方法
分别采集白芒山(AJGS6)、舒家店(SYSZK03)、鸡冠山(JGZ1)、大团山(ADTS1)、胡村(钻孔岩心,HCZK683)、湖城涧(钻孔岩心,HCJZK1)、凤凰山(钻孔岩心,FHZ2)、瑶山(钻孔岩心,YSZ3)、南洪冲(07CL505)、铜官山(07CL507)、天鹅抱蛋(07CL512)、新桥头(07CL516)、沙滩脚(07CL519)、缪家(07CL521)等岩体样品各约2 kg,破碎至40~80目,用水淘洗粉尘后,先用磁铁除去磁铁矿等磁性矿物,再用重液选出锆石,最后在双目镜下人工挑出锆石。锆石的分选由河北省地调院完成。将锆石和标样一起粘在玻璃板上,用环氧树胶浇铸,制成薄片、抛光,并拍照反射光和阴极发光照片,最后在离子探针SHRIMP-RG上测定锆石的U、Th、Pb同位素含量及定年。样品制备、反射光和阴极发光照像以及SHRIMP定年均由作者在美国斯坦福大学离子探针实验室完成。实验选择的标样为R33[(419.0±1.1)Ma](Black et al.,2004),数据的误差范围±1σ,数据处理使用美国Berkeley地质年代学中心Kenneth R.Ludwig编制的计算程序(Ludwig,2001;2003)。
5.1.2 锆石SHRIMP定年结果
橄榄安粗岩系列侵入岩的白芒山、舒家店辉石二长闪长岩,高钾钙碱性系列的湖城涧辉长闪长岩,鸡冠山、大团山、铜官山、天鹅抱蛋石英二长闪长岩,缪家石英二长闪长玢岩,胡村、南洪冲、凤凰山、沙滩脚花岗闪长岩,瑶山、新桥头花岗闪长斑岩的锆石SHRIMP定年结果见表5.2,各测点的定年数据见附表1,各岩体地质特征见第3章。
表5.2 铜陵地区中酸性侵入岩锆石SHRIMP U-Pb定年结果


注:MSWD—平均重量离差平方;n—参加计算的测点数。
Note:MSWD—Meansquare weighted deviation;n—Number of calculated measure points.
各定年样品锆石特征及SHRIMP U-Pb定年结果分述如下:
(1)样品AJGS6(白芒山辉石二长闪长岩)
锆石为浅黄色,呈短柱状、粒状,粒度大小为0.04~0.20 mm,大多数锆石柱面(110)比(100)发育,锥面(101)比(211)发育,主要为Pupin(1980)的J4、J5、S24、S25、D、P5晶型,碱度指数(I.A)和温度指数(I.T)分别为458和643(吴才来等,1994)。锆石具有明显的振荡环带(图5.1),部分锆石含有细小的矿物包裹体,显然,这是典型的岩浆结晶锆石(Pidgeon et al.,1998)。12颗锆石的测定结果表明,除10号锆石的U、Th含量较低外(分别为83×10-6和53×10-6),其余锆石的U、Th含量较高,且变化范围也较大 [U:(600~2345)×10-6,Th:(1167~7588)×10-6],表现在CL图像上颜色较深。206Pb/237U年龄变化于142.9±0.8 Ma~133.2±0.7 Ma,平均年龄为138.21±0.82 Ma(MSWD=0.6,n=5)(图5.2)。

图5.1 橄榄安粗岩系列侵入岩的锆石阴极发光图像

(2)样品SYSZK03(舒家店辉石二长闪长岩)
该样品取自橄榄安粗岩系列舒家店辉石二长闪长岩的钻孔岩心(ZK03)。该岩体呈北东向不规则状岩墙产出,岩体中间出露面积约2500 m2石榴子石矽卡岩。岩体中含有丰富的、大小为1 ~3 cm的辉石和角闪石斑晶,其围岩是志留纪粉砂岩,具有细脉浸染状铜矿化现象。岩石呈灰黑色,自形—半自形粒状结构,主要矿物为斜长石(An =45~55,70%~75%)、透辉石(13%~15%),其次为黑云母(7% ~8%)、钾长石(3% ~4%)以及少量的石英(2%~3%)。该样品锆石为柱状,长宽比为1:1~2:1之间,大多数锆石的CL图像为均匀的灰色,部分锆石具有振荡环带结构(如6号锆石)或条带状结构(如7号和11号锆石)(图5.1)。锆石的U、Th含量分别为(189~1086)×10-6和(133~1705)×10-6,Th/U比值为0.73~1.84(附表1),Th、U之间的相关系数为0.71。11颗锆石的U-Pb年龄变化于145.8±1.2 Ma~138.1±1.0 Ma之间,除去高U的锆石测点,得出平均年龄为142.4±0.7 Ma(MSWD=0.6,n=6),该年龄为岩浆结晶的时代(图5.2)。

图5.2 橄榄安粗岩系列侵入岩的锆石238U/206Pb-207Pb/206Pb谐和曲线和平均年龄

(3)样品HCJZK1(湖城涧辉长闪长岩)
该样品取自高钾钙碱性系列湖城涧辉长闪长岩的钻孔岩心(ZK1)。岩石为灰黑色,具似斑状结构,斑晶为辉石和斜长石,两者粒度相近;基质由长条状斜长岩和细粒填隙状的辉石和磁铁矿组成。该样品锆石的长宽比为1:1和2:1,阴极发光图像(CL图像)表现为均匀的灰色(图5.3)。锆石U的含量变化于(524~1545)×10-6之间,Th变化于(661~2752)×10-6之间,U、Th之间具有较好的相关性(相关系数为0.81)。Th/U比值一般>1,变化于1.3~2.66之间(附表1)。所有锆石年龄变化范围较窄,在146.4±0.6 Ma~139.5±0.7 Ma之间,平均年龄为142.7±0.6 Ma(MSWD=1.8,n=8)(图5.4)。
(4)样品JGZ1(鸡冠山石英二长闪长岩)
锆石为短柱状,一般长宽比为1.5:1,个别为2:1。锆石晶形统计结果表明,锥面(211)和(101)发育程度相近,但柱面(110)比(100)发育(吴才来等,1994)。从锆石的阴极发光图像可以看出,大多数锆石具有较宽的振荡环带(图5.3),但部分锆石含有不规则的核(如2号,8号和10号锆石)。根据其形状特征推测,它们可能是后来流体改造所致。12颗锆石的SHRIMP U-Pb测定结果表明,锆石的U、Th含量变化不大,分别为(136~676)×10-6、(101~777)× 10-6;Th/U比值变化于0.77~1.41之间,且大多数都>1;206Pb/238U年龄的变化范围也不大,为143.0±0.9 Ma~131.3±1.6 Ma。其中,1号、8号和11号锆石的年龄偏小,结合阴极发光图像特征可以看出,这些锆石可能受到了后期流体的改造,发生了Pb的丢失,测点的位置跨入了Pb丢失的部位。因此,在计算平均年龄时予以舍去,其余锆石的平均年龄为139.9±1.1 Ma(MSWD=0.9,n =8),与238U/206Pb-207Pb/206Pb得出的谐和年龄(138.5±2.6 Ma)在误差范围内一致(图5.4)。
(5)样品ADTS1(大团山石英二长闪长岩)
锆石为长柱状,长宽比为2:1~3:1,锥面(101)稍比(211)发育,而柱面(100)比(110)发育,平均温度指数(I.T)和平均碱度指数(I.A)分别为359、426(吴才来等,1994)。CL图像显示,锆石具有明显的环带结构,且环带的条纹非常细(图5.3)。测定结果表明,该样品的锆石U、Th含量分别为(119~462)×10-6和(48~435)×10-,Th/U比值变化于0.36~1.19之间(大多数>0.5),206Pb/238U年龄变化于227.1±1.4 Ma~136.4±1.2 Ma之间,平均年龄为139.3±1.2 Ma(MSWD=1.2,n=8),与238U/206Pb-207Pb/206Pb得出的谐和年龄(139.7±2.4 Ma)几乎一致(图5.4)。

图5.3 高钾钙碱性系列侵入岩的锆石阴极发光图像


图5.4 铜陵高钾钙碱性系列侵入岩的锆石238U/206Pb-207Pb/206Pb谐和曲线和平均年龄

(6)样品07CL507(铜官山石英二长闪长岩)
锆石为柱状,长宽比在2:1~4:1之间。大多数锆石的CL图像显示振荡环带结构(图5.3),这是典型的岩浆结晶锆石(Pidgeon et al.,1998)。部分锆石含有老的继承性核,如5号和7号锆石。锆石的U、Th含量分别为(57~737)×10-6和(40~569)×10-6,Th/U比值为0.35~1.32(附表1),其中1号、8.1号和8.2号锆石分别为0.35、0.41和0.41,其余锆石均>0.5。Th、U之间的相关系数为0.83。12颗锆石14个测点的U-Pb年龄变化于2461±15Ma~133.0±1.2 Ma之间,除去老的继承性锆石测点,其余测点得出的年龄平均为141.7±1.4 Ma(MSWD =1.0,n =9),代表岩浆结晶的年龄(图5.4)。锆石的238U/206Pb -207Pb/206Pb比值得出谐和线上交点年龄为2467±120 Ma,下交点年龄为143.1±3.9 Ma(图5.4)。上交点年龄可解释为继承性锆石的时代,而下交点年龄可解释为岩浆的结晶时代,并与平均年龄(141.7±1.4 Ma)在误差范围内基本一致(图5.4)。
(7)样品07CL512(天鹅抱蛋石英二长闪长岩)
锆石具有较好的柱面和锥面,长宽比为2:1~3:1,具有明显的振荡环带,部分锆石具有老的继承性核,如3号、8号和11号锆石(图5.5)。12颗锆石14个测点结果表明,锆石的U、Th含量分别为(75~284)×10-6和(29~603)×10-6,锆石的Th/U比值变化于0.41 ~2.19之间(附表1),Th、U之间的相关系数为0.58。14个测点得出的206Pb/238U年龄变化于2606±7 Ma~134.3±2.7 Ma之间,除3号、4号、8.1号和11.1号锆石外,其余锆石得出平均年龄为141.3±1.3 Ma(MSWD =1.8,n=8)(图5.4)。锆石3号、8.1号、11.1号测点为老的继承性锆石核,年龄分别为837.6±6.3 Ma、2606±7 Ma和936.6±6.2 Ma;4号测点横跨在老的核和幔部之间,年龄为778.7±4.7 Ma。锆石的238U/206Pb -207Pb/206Pb比值得出谐和线上交点年龄为2612±75 Ma,下交点年龄为139.5±2.8 Ma(图5.4)。上交点年龄可解释为老的继承性锆石的时代,而下交点年龄可解释为岩浆的结晶时代,并与平均年龄(141.3±1.3 Ma)在误差范围内基本一致(图5.4)。
(8)样品07CL521(缪家石英二长闪长玢岩)
锆石为短柱状,长宽比为1:1~1.5:1,具有较好的振荡环带(图5.5)。10颗锆石的定年结果表明,锆石的U、Th含量分别为(88~457)×10-6和(50~588)×10-6,锆石的Th/U比值变化于0.56~1.33之间(附表1),Th、U之间的相关性较好,相关系数为0.91 ,206Pb/238U年龄变化于164.1±1.1 Ma~133.7±1.8 Ma之间,除去不谐和的测点后,得出平均年龄为142.8±1.6 Ma(MSWD=1.8,n=8)。锆石的238U/206Pb-207Pb/206Pb比值得出谐和线年龄为146.0±3.0 Ma(MSWD =0.99)(图5.4),与平均年龄(142.8±1.6 Ma)在误差范围内基本一致(图5.4)。
(9)样品HCZK683(胡村花岗闪长岩)
锆石为自形柱状,长宽比为2:1 ~3:1,晶形特征与大团山岩体中的类似,但平均温度指数(I.T)和平均碱度指数(I.A)略高于大团山岩体,分别为418和440,反映岩浆的温度和碱度略高于大团山岩体(吴才来等,1994)。CL图像显示,锆石内部具有明显的环带结构(图5.5),部分锆石含有针状的矿物包裹体,如6号锆石。测定结果表明,锆石的U、Th含量分别为(161~614)×10-6和(86~813)×10-6,Th/U比值变化于0.37~1.52之间,除8号锆石为0.37外,其余锆石均>0.60(附表1)。Pb/U年龄变化于142.8±1.3 Ma~133.6±1.5 Ma,平均年龄为140.9±1.2 Ma(MSWD =0.6,n =6),与238U/206 Pb-207Pb/206Pb得出的谐和年龄(141.6±3.5 Ma)在误差范围内一致(图5.6)。

图5.5 高钾钙碱性系列侵入岩的锆石阴极发光图像

(10)样品07CL505(南洪冲花岗闪长岩)
该样品锆石的长宽比变化较大,为1:1和4:1,阴极发光图像显示出明显的环带结构(图5.5)。锆石U的含量变化于(79~521)×10-6之间,Th变化于(50~397)×10-6之间,U、Th之间具有较好的相关性(相关系数为0.97)。Th/U比值一般>0.5,变化于0.57~0.99之间(附表1)。锆石年龄变化范围为722.7±4.8 Ma~123.3±2.1 Ma,其中,2号和6号锆石的年龄分别为577.9±5.8 Ma和722.7±4.8 Ma,2号锆石可能为一捕获的老的锆石,核部似乎发生了不完全熔融,6号锆石核部与幔部之间以及中间部位均有黑色的CL影像,放射性206Pb的含量(20×10-6)远远高于其他锆石[(1.5~9.9)×10-6],可能反映该锆石受到了后期流体的改造,有Pb的加入或带出(Cherniak et al.,2000)。去除这两颗锆石,其余锆石的平均年龄为138.8±1.3 Ma(MSWD=1.1,n =12)(图5.6)。锆石的238U/206Pb-207Pb/206Pb比值得出谐和线上交点年龄为841±74 Ma,下交点年龄为137±13 Ma(MSWD =1.5)(图5.6)。上交点年龄可解释为花岗闪长岩的继承性锆石时代,而下交点年龄可解释为岩浆的结晶时代,但误差较大,与平均年龄(138.8±1.3 Ma)基本一致(图5.6)。
(11)样品FHS2(凤凰山花岗闪长岩)
锆石呈长柱状,长宽比为2:1~3:1,具有较好的振荡环带,部分含有矿物包裹体(图5.7)。这些锆石的U、Th含量分别为(225~573)×10-6和(79~481)×10-6,除1号锆石的Th/U比值为0.27外,其余的均>0.5(变化于0.59~1.13之间)(附表1),Th、U之间具有较好的相关性(相关系数为0.83)。11颗锆石定年得出的206Pb/238U年龄变化于690.8±4.1 Ma~140.0±1.2 Ma之间,除1号、3号和11号锆石外,其余锆石得出平均年龄为142.0±0.8 Ma(MSWD=1.0,n=8)。1号和3号锆石具有老的继承性核,测点位置横跨了核部和幔部,产生的混合年龄分别为531.4±2.8 Ma和690.8±4.1 Ma,与1号和3号锆石不同,11号锆石的核部与幔部之间具有一圈形状不规则的黑圈(图5.7),表明锆石受后期流体的改造发生了Pb的加入或带出(Cheriak et al.,2000),核部年龄为234.8±1.9 Ma。锆石的238U/206Pb-207Pb/206Pb比值得出谐和线上交点年龄为837±53 Ma,下交点年龄为148.5±9.5 Ma(图5.6)。上交点年龄可解释为花岗闪长岩继承性锆石的时代,而下交点年龄可解释为岩浆的结晶时代,并与平均年龄(142.0±0.8 Ma)在误差范围内基本一致(图5.6)。
(12)样品07CL519(沙滩脚花岗闪长岩)
锆石为柱状,长宽比为2:1 ~3:1,具有较好的振荡环带,部分锆石具有老的继承性核,如5号、8号、9号和10号锆石(图5.7)。14颗锆石定年结果表明,锆石的U、Th含量分别为(85~408)×10-6和(42~203)×10-6,锆石的232Th/238U比值变化于0.22~0.72之间(附表1),Th、U之间的相关系数为0.52。除5号、8号、9号和10号锆石的年龄分别为844±4 Ma、1994±14 Ma、1801±11 Ma和2403±8 Ma外,其余锆石年龄变化于147.2±1.5 Ma~135.3±1.1 Ma之间,平均年龄为144.1±1.2 Ma(MSWD=0.92,n=9)。锆石的238U/206Pb-207Pb/206Pb比值得出谐和线上交点年龄为1995±29 Ma,下交点年龄为144.3±2.3 Ma(MSWD=0.9,n=9)(图5.6)。上交点年龄可解释为花岗闪长岩的继承性锆石的时代,而下交点年龄可解释为岩浆的结晶时代,并与平均年龄(144.1±1.2Ma)非常一致(图5.6)。

图5.6 铜陵高钾钙碱性系列侵入岩的锆石238U/206Pb-207Pb/206Pb谐和曲线和平均年龄


图5.7 高钾钙碱性系列侵入岩的锆石阴极发光图像

(13)样品YSZ3(瑶山花岗闪长斑岩)
锆石为自形的长柱状,长宽比值为2:1 ~4:1。CL图像显示,锆石具有非常好的振荡环带,并含有矿物包裹体(图5.7),如锆石1、5和7。锆石的U和Th含量较低,分别为(242~386)×10-6和(18~93)×10-6,Th/U比值较低,为0.06~0.53(附表1),Th和U之间的相关系数较低(仅为0.48)。5号和7号锆石含有老的继承性核,测得年龄分别为2330±12 Ma和2104±13 Ma。其余锆石得出206Pb/238U年龄变化于155.6±1.3 Ma~143.6±1.1 Ma之间,平均年龄为146.0±0.9 Ma(MSWD =0.8,n=8)。238U/206Pb-207Pb/206Pb比值得出谐和线上交点年龄为2476±12 Ma,下交点年龄为148.1±1.9 Ma(图5.6)。上交点年龄反映了花岗闪长斑岩继承性锆石的时代,而下交点年龄代表岩浆结晶的时代,且在误差范围内与平均年龄(146.0±0.9 Ma)一致。
(14)样品07CL516(新桥头花岗闪长斑岩)
锆石为自形的长柱状,长宽比为2:1 ~5:1。CL图像显示,锆石具有非常好的振荡环带(图5.7)。锆石U的含量为(137~497)×10-6,Th的含量非常低,为(5~85)×10-6,Th/U比值较低,除12号锆石为0.64以外,其余的变化于0.03~0.10之间(附表1),Th和U之间的相关系数为0.63。除12号锆石为老的继承性核(年龄为2484±10 Ma)外,其余锆石的年龄变化范围不大(206Pb/238U年龄变化于152.3±1.0 Ma~144.0±1.1 Ma之间),平均年龄为147.2±1.5 Ma(MSWD =0.7,n=6)。238U/206Pb-207Pb/206Pb比值得出谐和线上交点年龄为2483±65 Ma,下交点年龄为147.9±2.3 Ma(MSWD =2.5)(图5.6)。上交点年龄反映了花岗闪长斑岩继承性锆石的时代,而下交点年龄代表岩浆结晶的时代,这一年龄在误差范围内与平均年龄(147.2±1.5 Ma)一致。

SHRIMP的最大技术优势是矿物(锆石,独居石、榍石、磷钇矿和磷灰石等)的微区原位(in situ)定年,不需化学处理,可对一个矿物的不同部位直接定年,一般束斑直径是20~30mm左右,1-2mm深。
可以测定非常年轻形成的锆石年龄(<2 Ma).
此外,SHRIMP还可以进行固体物质微区的S、Pb、Ti、Hf和Mg同位素,以及REE含量的测定.


锆石LA-ICP-MS U-Pb定年
原位(in situ), 束斑直径40~50 mm; 深度30 mm±
廉价(100-120元/点)
准确(能满足大多数地质上的定年需要)
快速(5-6分钟/点),同步检测分析结果
投入少
但是, LA- ICP-MS分析数据的精度低于TIMS和SHRIMP, 更重要的缺陷是它无法准确测定204Pb, 因为此峰被Ar气中普遍存在的Hg(202Hg)干扰了. 这样就无法按传统的方法对测得的Pb同位素进行普通Pb的校正.

对九岭花岗岩系统的年代学研究对建立华南构造-岩浆事件的年代学框架具有重要意义。前人曾对该岩体进行了一些地质学、地质年代学的初步研究,认为该复式岩基由晋宁、海西、燕山三个不同时代的花岗岩组成。但总体而言,对年龄测定还不系统,不同人在不同地点取样、采用不同方法测年,得出的结果也有明显差别,如晋宁期的九岭岩体,胡世玲(1985)测得黑云母40Ar-39Ar年龄为(936±15)Ma;高安县下观乡测得九岭岩体的黑云母K-Ar年龄为805Ma。甘坊岩体的白云母K-Ar年龄为257Ma;古阳寨岩体的黑云母K-Ar年龄为177Ma。因而,尚未建立起九岭地区花岗岩类形成的构造-岩浆年代学骨架。

锆石是各类岩石中常见的副矿物,其物理、化学性质稳定,抗高温扩散能力强,具有较强的抵抗化学反应的能力并且耐熔,因而在风化和淋滤过程以及高温变质和深熔作用中都可得以保存下来,同时,锆石具有富含U和Th、普通铅含量低及封闭温度高的特征,是U-Pb法确定地质事件时代最理想的矿物。随着离子探针开发以来,人们逐渐认识到同一地质体的不同锆石颗粒以及同一锆石颗粒内部的不同区域,均可能具有不同的成因,因此对锆石的不同部位进行微区原位分析方可揭示锆石复杂的发展历史。

近十几年发展起来的高精度、高灵敏度离子探针质谱法(SHRIMP)已被证实为锆石U-Pb定年的最有效的手段,分辨率可高达8μm,快速、简便,可在较短的时间内提供精度可达1%~2%的U/Pb和207Pb/206Pb值,该方法最大优点在于可对单颗粒锆石进行原位微区定年,从而揭示出复杂的锆石内部年龄信息。

前人测年中采用的部分方法存在一些问题,如K-Ar法一般不适于测定年龄较老的花岗岩,甘坊岩体用于测年的白云母有可能不是岩浆成因的,单颗粒锆石TIMS法有可能给出没有地质意义的混合年龄等等。因此,在本研究中,采用先进的SHRIMP方法对九岭不同类型的花岗岩中的锆石进行定年,就显得非常必要。

(一)锆石阴极荧光成像(CL)观察

1.样品描述及分析方法

在详细的野外工作、显微镜观察的基础上,选择了原来认为分别代表晋宁期的一个样品、海西期甘坊(上富)岩体的两个样品挑选锆石,岩性和采样点位置及样品特征见表1-2。每个样品破碎后过60目的筛,经淘洗及电磁选分选出锆石,并在双目显微镜下挑选出晶形较完好,纯净透明的颗粒用于测试。

表1-2 采样位置及锆石形态特征

将待测的锆石置于环氧树脂样品座中,然后磨光至一半,抛光,暴露出颗粒内部并镀金,然后在北京地质矿床所先进行阴极发光(CL)照相,以确定锆石颗粒的内部结构,供SHRIMP测定。锆石的U、Th和Pb同位素组成分析在北京离子探针中心SHRIMPⅡ离子探针上进行,详细的实验流程参见宋彪等(2002)的文章。所用的标准锆石是SL13和TEM,前者用于标定铀和钍的含量,后者用于年龄校正。年龄计算中,采用Steiger和Jger(1977)给出的衰变常数,普通铅校正采用204Pb直接测定法,年龄置信度为1δ(95%置信水平)。数据处理采用Squid和Isoplot程序。

2.锆石的CL图像特征

在阴极荧光相中,锆石具有清晰的振荡环带,部分锆石中间具有核,核部较圆,透明度差,边部具有环带的部分应为岩浆结晶形成的锆石,中间的核为继承锆石。少量锆石具有薄的增生边(图1-3)。

(二)锆石SHRIMP测定结果及地质意义

1.J39号样

对该样中的16颗锆石进行了20次分析,结果见表1-3。其中的14次分析均在环带状岩浆锆石上进行,U的含量为(167~693)×10-6,Th的含量为(30~183)×10-6,Th/U比为0.09~0.68,U、Th含量变化较大,它们在谐和线上构成一致的年龄组(图1-4b),其206Pb/238U加权平均年龄为(828.8±8)Ma(95%置信水平),该年龄应代表岩体主体的形成年龄。这与LiX.H. et al.(2003)发表的年龄数据(819±9Ma)是非常接近的。

图1-3 九岭新元古代花岗岩锆石背散射及阴极发光图像及年龄测点位置

表1-3 J39锆石SHRIMPU-Pb年龄测定结果

续表

图1-4 J39锆石SHRIMPU-Pb一致线图解

6.2、10.1和14.1分析点在形态自形的锆石的环带部位进行,给出近一致的206Pb/238U年龄分别为(910±16)Ma,(881±16)Ma,(869±15)Ma。这三颗锆石可能是捕虏晶,也可能是先形成的岩浆锆石。

6.1、8.1、11.1在锆石的核部上进行分析,分别给出了(1654±6)Ma、(1459±11)Ma和(1719±6)Ma近一致的Pb-Pb谐和年龄值(图1-4a)。这些继承核毫无疑问是花岗岩形成过程中的熔融残余,它们的Th/U比较高,其年龄值为继承锆石核形成的年龄。

2.J52分析结果

J52号样取自甘坊岩体,对其进行了14颗锆石的共17次分析(表1-4)。其中14个分析点打在具有环带构造的岩浆锆石上,U的含量为(140~346)×10-6,Th的含量为(32~249)×10-6,Th/U比为0.11~0.73,普遍比J39高,它们的一致、近一致的年龄的加权平均值为(831±8)Ma(图1-5b),代表岩石形成的年龄,这一结果与原来的研究结果有很大的差别。前人认为岩性为浅灰色粗粒二云母或含黑云母花岗岩形成于海西期,从而单独划分出海西期的甘坊花岗岩体。由于原来定年时用的是白云母K-Ar法,该方法不适于测定年龄较老的岩石,因此所得年龄并不能代表花岗岩的形成年龄。

表1-4 J52锆石SHRIMPU-Pb年龄测定结果

此外,分析点14.1、5.2和13.1打在锆石的继承核上,给出(1056±21)Ma(Th/U=0.43)、(1474±18)Ma(Th/U=0.71)两个Pb-Pb谐和年龄和一个(1927±16)Ma(Th/U=0.47)近一致Pb-Pb年龄(图1-5a)。这些继承锆石与J39中的继承锆石的成因后面再进行讨论。

3.JX03-13号样

对JX03-13号样共进行了13颗锆石的13次分析。分析点均打在具有环带构造的岩浆锆石上,大部分锆石的U的含量为(258~376)×10-6,Th的含量为(40~587)×10-6,有一颗锆石的U的含量高达2492×10-6,其Th的含量为1139×10-6,12个分析点的Th/U比为0.09~0.98,普遍比J39高(见表1-5),它们的一致、近一致的年龄的加权平均值为(831±8)Ma(图1-6)。分析点4.1的Th/U比为0.52,明显低于其他的分析点,其对应的U-Th年龄为(955±20)Ma,这一颗锆石可能为捕虏晶。

图1-5 J52锆石SHRIMPU-Pb一致线图解

表1-5 JX03-13锆石SHRIMPU-Pb年龄测定结果

由于原定年时所用的矿物是白云母,而本次研究发现有相当一部分白云母是非岩浆成因的,而且K-Ar法不适于测定较老岩石的年龄。由此看来,原来在九岭地区的花岗岩中划分出的海西期甘坊岩体实际上是新元古代岩浆活动的产物。在上富以西见二者呈截然的接触关系;在古阳寨西面见到岩性与甘坊岩体粗粒的花岗闪长岩一致的岩脉穿插于石花尖岩体中,说明粗粒的花岗闪长岩体(甘坊岩体)形成于石花尖岩体之后,但它与前人认为的九岭岩体第三次侵入的岩体之间的先后关系无法判断,因为如果都进行测年的话,它们的年龄可能在同位素年龄误差范围内是一致的,而且它们之间不直接接触,无野外相互接触关系的证据。

图1-6 Jx03-13锆石U-Pb一致线图

通过以上研究,认为九岭晋宁期岩体是一个多次侵入的岩体,是由4次岩浆脉动侵入形成。

本次研究在九岭新元古代花岗岩中获得了869~910Ma的锆石年龄,LiXH et al.(2003)也在九岭花岗岩中获得了206Pb/238U年龄为891Ma和896Ma的年龄,并在安徽许村花岗岩中获得了206Pb/238U年龄为864Ma和873Ma的锆石年龄,LiXH et al.把这些锆石解释为捕虏晶。吴荣新等(2004)对皖南新元古代的花岗岩的锆石年代学研究中获得了年龄为877~892Ma的继承锆石,与周新民等(1992)报道的浙北双溪坞火山岩单颗粒锆石U-Pb年龄(904±4)~(875±4)Ma一致。此外,在李献华等(2004)在扬子板块的西北缘金川超镁铁岩中也获得了3颗Th/U比为1.1~3.3,U/Pb年龄集中在880Ma的锆石。扬子板块东南缘和西北缘出现的860~910Ma的锆石年龄,表明在约825Ma大规模岩浆活动之前,这些地区曾出现小规模的岩浆活动。

江西西湾一带从蛇绿岩套中识别出了年龄为(968±23)Ma的埃达克质花岗岩,LiWX(2003)解释为俯冲洋壳低度熔融的产物,并认为该年龄代表俯冲洋壳的年龄,而被认为是蛇绿岩的一部分的樟树墩堆晶辉长岩的矿物内部Sm-Nd等时年龄为(1034±24)Ma,该年龄可能代表蛇绿岩的形成年龄。在湖南九嶷山至广西十万大山一带,均发现有约900~1000Ma的继承锆石。扬子板块东南缘锆石年龄为900~1000Ma(付建民,2002)沿皖南—九岭—湖南郴州—广西一线的分布,可能暗示该带为新元古代扬子和华夏板块的拼合带。一些同位素年代学资料表明华夏和扬子间的碰撞变质高峰发生于约870Ma(舒良树等,1993;徐备等,1992;ZhaoandCawood,1999)。但扬子板块和华夏板块碰撞的具体时间目前仍需进一步研究。因此,860~910Ma这一时段的岩浆活动与扬子板块和华夏板块的拼合有关还是地幔柱引起的Rodinia裂解的前奏?这一问题有待于进一步探讨。

新元古代花岗岩中的残余锆石年龄集中在1.4~1.9Ga,这些继承锆石的Th/U比较高,其年龄可代表锆石结晶的年龄,可能代表晋宁期九岭岩体源岩的年龄。

虽然甘坊岩体与传统的九岭岩体形成于同一时期,但二者在岩石矿物特征上有较大差别,由于地质工作者长期以来已习惯把该区过去认为是新元古代形成的花岗岩(包括九岭Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ期)统称为九岭岩体,尽管本次研究结果表明甘坊岩体也形成于新元古代,但为了论述的方便,并不把甘坊岩体归入九岭岩体中,以下在提及该岩体时仍用甘坊岩体这一称谓。




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