鋯石陰極發(fā)光和Ｕ－Ｐｂ年齡特征研究

吳榮新

(安徽理工大學(xué)地球與環(huán)境學(xué)院，安徽 淮南 232001)

摘 要：根據(jù)鋯石陰極發(fā)光和微區(qū)U-Pb定年的年齡結(jié)果，表明 皖南新元古代花崗閃長巖中包含三類不同成因的鋯石，即：同巖漿鋯石、簡單結(jié)構(gòu)繼承鋯石 和繼承鋯石核。同巖漿鋯石能夠反映巖體的形成時代與侵位條件，繼承鋯石反映巖漿巖的物 質(zhì)源區(qū)和巖漿形成條件。通過各巖體鋯石樣品的不同成因鋯石分析研究，得出皖南新元古代 各花崗閃長巖體具有相似的形成過程，但來自于不同的巖漿房，巖漿形成深度和侵位條件不 同，與其形成于弧陸碰撞帶的構(gòu)造環(huán)境是一致的。

關(guān)鍵詞：新元古代；花崗閃長巖；鋯石；陰極發(fā)光；地球化學(xué)

中圖分類號：P597

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

[WT]文章編號：1672-1098(2008)04-0001-07

Neoproterozoic Granodiorites in South Anhui

WU Rong-xin

(School of Earth Science and Environmental Engineering, Anhui Univers ity of Science and Technology, Huainan Anhui 232001, China)

Abstract:On the basis of cathodoluminescence images and U-Pb dat ing, the analysed zircons

embodied in Neoproterozoic granodiorites in South Anh ui can be divided into three groups: synmagmatic zircon, simple-structured inhe r ited zircon and inherited zircon core. The formation age and emplaced tectonic s etting of plutons can be acquired from Synmagmatic zircon, the information about

its protolith and magma formation can be inferred from inherited zircon. On the

basis of studies of different kinds of zircon in the plutons, it is inferred th at the three plutons of granodiorite in South Anhui derive from similar source r ocks, but from different magma chambers, which were produced at different depths

of crust and also emplaced into different depths of crust, coincident with the

tectonic setting of arc-continent collision.

Key words: Neoproterozoic age; granodiorite; zircon; cathodo luminescence; geochemistry

由于鋯石廣泛存在于 各類巖石中，富含U和Th，低普通Pb，以及非常高的地球化學(xué)穩(wěn)定性，使其成為U-Pb同位素 定年最常用的礦物之一。不同來源不同成因的鋯石常具有不同的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，這些內(nèi)部結(jié)構(gòu)可 以通過陰極發(fā)光電子（CL）圖像和背散射電子（BSE）圖像等揭示出來，尤其是CL圖像反映 鋯石的內(nèi)部結(jié)構(gòu)最清楚。近年來興起的激光剝蝕等離子體質(zhì)譜(LA-ICP-MS)和SHRIMP離子 探針技術(shù)可以對鋯石進(jìn)行微區(qū)定年，將鋯石U-Pb微區(qū)定年和CL結(jié)構(gòu)分析相結(jié)合是鋯石年代 學(xué)的發(fā)展趨勢，可以示蹤地殼物質(zhì)的形成與演化歷史［1］。

皖南花崗閃長巖包括許村、休寧和歙縣巖體，其形成時代及成因研究對了解華南新元古代大 地構(gòu)造演化具有非常重要的意義。隨著Rodinia超大陸拼合與裂解的研究 以及華南地幔超柱的提出［2-4］，對華南新元古代巖漿巖的研究成為國際關(guān)注的熱 點之一。前人對皖南花崗閃長巖已進(jìn)行了系統(tǒng)的鋯石U-Pb年代學(xué)、元素和同位素地球化學(xué) 研究，表明皖南新元古代花崗閃長巖含有同巖漿成因鋯石和繼承鋯石，皖南許村巖體SHRIMP 鋯石U-Pb年齡(823±8） Ma為巖體形成年齡［4］45，對皖南許村、歙 縣和休寧巖體分別進(jìn)行鋯石CL和LA-ICP-MS微區(qū) U-Pb定年，得出二階段年齡，(824±6)

Ma代表皖南新元古代花崗閃長巖體的形成時代，(882±16) Ma為 繼 承年齡［5］。但對于皖南三巖體間鋯石的CL形態(tài)和U-Pb年齡的含義尚未作詳細(xì) 分析研究，對三個巖體是否為同源巖漿產(chǎn)物、形成條件是否相同、其形成與演化機制等問題 均未予以分析。本文將根據(jù)鋯石的CL形態(tài)和U-Pb年齡來探討各巖體的鋯石特征與巖石成因 聯(lián)系。

1 地質(zhì)概況與樣品分析

1.1 地質(zhì)概況ネ钅閑略古代花崗閃長巖主要包括許村、歙縣和休寧巖體，出露總面積約200 k m²。它們侵入于中元古代至早新元古代上溪群淺變質(zhì)沉積巖，被震旦系休寧組砂巖不整合 覆蓋。三個巖體均為含堇青石的黑云母花崗閃長巖，并具有相似的礦物組成，主要礦物包括 石英、鉀長石、斜長石、黑云母、堇青石及少量的次生白云母，副礦物包括鋯石、石榴石、 磷灰石、鈦鐵礦及獨居石等［6-7］。

1.2 樣品分析ケ疚乃分析的樣品，03WN19和03WN29采自許村巖體，03WN05和03WN10采自歙縣巖體，03HN49 和03HN51采自休寧巖體。鋯石U-Pb年齡和Th、U和Pb含量在西北大學(xué)地質(zhì)系大陸動力學(xué)實驗 室用LA-ICP-MS激光等離子質(zhì)譜法測定［8］。鋯石CL照相在中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資 源研究所用JXA-8800R電子探針完成。

2 鋯石分析結(jié)果

鋯石CL照相結(jié)果如圖1~圖6所示，圖中標(biāo)出多數(shù)分析點序號和206Pb/238U 表面 年齡，少量分析點未在所示的CL圖中，因而未標(biāo)出。各樣品分析點測定的206Pb/ 238U 表面年齡見表1，LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年詳細(xì)分析見文獻(xiàn)［5］183-186 。

根據(jù)CL形態(tài)特征和206Pb/238U定年結(jié)果，可以將所分析鋯石分為三類(見表1) 。

（1） 第一類，同巖漿鋯石，與花崗閃長巖體同期形成，為簡單結(jié)構(gòu)鋯石或具有核邊結(jié)構(gòu)的 復(fù)雜鋯石邊緣區(qū)，206Pb/238U年齡多為810~840 Ma，為總 體數(shù)量最多的一類鋯石，尤其是休寧巖體樣品03HN51，同巖漿鋯石占絕大多數(shù)。這類鋯石多 為自形晶體，呈棱柱狀、長柱狀，長/寬比約為3∶1，多數(shù)顆粒長約100~200 μm，CL圖像多具有清晰的震蕩環(huán)帶 (見圖1中的S4、S14，圖2中的S2、S3、S16 等)。

（2） 第二類，簡單結(jié)構(gòu)繼承鋯石，為巖漿鋯石，無核-邊結(jié)構(gòu)，206Pb/238U 年齡多為860~910 Ma，在許村巖體和歙縣巖體樣品中較多出現(xiàn)。這類鋯石也為 自形晶體，晶形及大小與同巖漿鋯石類似，常具有清晰的巖漿震蕩環(huán)帶(見圖1中的S7，圖2 中的S1、S6等)，有些巖漿震蕩環(huán)帶有所模糊(圖1中的S5，圖2中的S14)。

（3） 第三類，繼承鋯石核，多位于鋯石的中部，呈渾圓狀或港灣狀，有些已重結(jié)晶呈白色

(圖1中S2、S3等)，有些發(fā)生蛻晶化作用呈黑色無分帶(圖2中的S4、S11等), 鋯石U-Pb體系 有些已完全重置而給出巖體的形成年齡(圖2中的S4, 圖4中S1等)，也可能未被重置而保留原 有年齡的信息(圖1中的S2, 圖3中S7、S11、S12等)。

許村巖體典型的同巖漿鋯石分析點有14點，簡單結(jié)構(gòu)繼承鋯石分析點有19點, 繼承鋯石核7 點。結(jié)合CL圖像（圖1～圖2），約824 Ma的同巖漿鋯石與約882 Ma 單顆粒鋯石普遍存在，為多數(shù)鋯石分析點；繼承鋯石核定年結(jié)果變化范圍大，與繼承鋯石核 經(jīng)歷的多期地質(zhì)作用有關(guān)。レㄏ匱姨宓湫偷耐巖漿鋯石分析點有22點，簡單結(jié)構(gòu)繼承鋯石分析點有9點, 繼承鋯石核9點 。結(jié)合CL圖像（圖3～圖4），約824 Ma的同巖漿鋯石數(shù)量最多，占優(yōu)勢 地位，約882Ma簡單結(jié)構(gòu)繼承鋯石與繼承鋯石核數(shù)量相當(dāng)，為少數(shù)鋯石分析點。

休寧巖體典型的同巖漿鋯石分析點有31點，簡單結(jié)構(gòu)繼承鋯石分析點僅在03HN49樣 品中發(fā) 現(xiàn)1點, 繼承鋯石核8點。 結(jié)合CL圖像（圖5～圖6），約824 Ma的同巖漿 鋯石占絕大多數(shù)，也清楚地反映休寧巖體的形成時代。

3 討論

3．1 鋯石成因及年代學(xué)意義ネ钅匣ǜ諫臉ぱ已品中含有不同特征的鋯石，這些鋯石經(jīng)歷不同的演化歷史。同巖漿鋯石常 具有自形晶體和清晰的巖漿震蕩環(huán)帶。 因為鋯石為巖漿中早期結(jié)晶出的礦物， 并且具有非 常高的礦物穩(wěn)定性， 因而巖漿鋯石具有非常自形的結(jié)構(gòu)。 巖漿震蕩環(huán)帶主要是由于鋯石結(jié) 晶過程中其周圍環(huán)境的化學(xué)成分特別是Th、 U、 Pb等微量元素不斷變化， 因而常具有環(huán)帶 形的周期變化， 這種內(nèi)部變化特征尤其在陰極發(fā)光（CL）圖像上表現(xiàn)清晰， 通常相對高Th 和U含量的環(huán)帶表現(xiàn)為暗色或黑色，而低Th和U含量的環(huán)帶表現(xiàn)為淺色或白色［9］。

由于同巖漿鋯石在巖漿結(jié)晶成巖過程的早期晶出，其形成時代可以代表巖漿巖體的形成時代 。對于簡單結(jié)構(gòu)的同巖漿鋯石，其定年時代既代表其所屬巖漿巖形成時代，可采用TIMS單顆 粒鋯石U-Pb定年或采用SHRIMP或LA-ICP-MS微區(qū)U-Pb定年；對于具有復(fù)雜內(nèi)部結(jié)構(gòu)的鋯 石，同巖漿鋯石往往以繼承鋯石為晶核，生長在復(fù)雜結(jié)構(gòu)鋯石的邊緣，因此，只有在其邊緣 區(qū)域采用微區(qū)定年方法才能反映巖漿巖體的形成時代［10］。

繼承鋯石在多數(shù)花崗巖類巖石或變質(zhì)巖中都普遍存在， 因為巖漿結(jié)晶鋯石礦物穩(wěn)定性高而 又特別難熔， 在圍巖壓力作用下其分解熔融溫度可達(dá)1 600 ℃［11］， 因此，可在巖漿房中長期存在，但在繼承鋯石邊部存在熔蝕形態(tài)，如渾圓狀、港灣狀等。由 于鋯石U-Pb體系封閉溫度可達(dá)900 ℃［12-13］，繼承鋯石?？杀４嫫?原有的年齡信息，部分結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差的繼承鋯石則可能發(fā)生重結(jié)晶或蛻晶化作用，而使得 其U-Pb體系被完全重置而表現(xiàn)為巖漿事件年齡，也可能部分重置U-Pb體系而改變其年齡信 息。繼承鋯石的年齡通常大于巖漿巖體形成年齡，所測的年齡反映了源巖的下限年齡，不同 的繼承鋯石年齡反映不同時代的源區(qū)物質(zhì)。通常，繼承鋯石以核的形態(tài)存在，邊緣部分為新 結(jié)晶的同巖漿鋯石，從而表現(xiàn)為復(fù)雜的核-邊結(jié)構(gòu)鋯石。簡單結(jié)構(gòu)繼承鋯石的存在通常有二 種情況：一是巖漿形成后，存留于地殼中的時間很短；二是在巖漿侵位過程中捕獲自圍巖的 鋯石。這二種情況下，由于處于高溫熔體中的時間短，繼承鋯石均未受到明顯的熔蝕作用， 隨后快速地侵位冷卻形成巖漿巖，結(jié)晶的時間較短，導(dǎo)致繼承鋯石邊部的同巖漿鋯石環(huán)帶很 窄而不明顯；同時，一些繼承鋯石可能被石英等相對難熔礦物包裹因而能夠保留完好的晶形 ，表現(xiàn)為簡單結(jié)構(gòu)的繼承鋯石。對于皖南地區(qū)，由于上溪群地層厚達(dá)13 354 m 以上，并且已有的地球化學(xué)資料也表明，三巖體的源巖與圍巖組分相似，因此無論是上述的 源巖熔融還是圍巖混染所保留的簡單結(jié)構(gòu)繼承鋯石都具有相同的年代信息。

通過對三類鋯石的成因分析， 可知不同的研究目標(biāo)應(yīng)關(guān)注的巖漿鋯石類型不同。 對于巖漿 巖 體形成時代的厘定， 應(yīng)通過鋯石CL分析， 定年主要選擇簡單結(jié)構(gòu)的巖漿鋯石和復(fù)雜結(jié)構(gòu)鋯 石 的邊部，以發(fā)現(xiàn)哪些為同巖漿鋯石，從而給出準(zhǔn)確的年代信息。如皖南許村巖體SHRIMP鋯石 U-Pb年齡（823±8) Ma為巖體形成年齡［4］62-64，對皖南許村、歙 縣和休寧巖體進(jìn)行分別進(jìn)行LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年，得出（824±6) Ma為 皖南新元古代花崗閃長巖體的形成時代［5］183-188。對于巖漿巖源區(qū)性質(zhì) 的研究 則著眼點為繼承鋯石，應(yīng)通過鋯石CL分析，定年主要選擇復(fù)雜結(jié)構(gòu)鋯石的核部和簡單結(jié)構(gòu)的 巖漿鋯石，以發(fā)現(xiàn)哪些為繼承鋯石核和單結(jié)構(gòu)繼承鋯石，從而分析源巖的年代信息，追蹤巖 漿巖的形成與演化歷史。在許村巖體樣品中曾得到較老的鋯石年齡如（873±20) Ma，但未結(jié)合鋯石CL進(jìn)行深入研究［4］53-54；而后來將鋯石CL與U-Pb微區(qū)定年 結(jié)合起來研究，則發(fā)現(xiàn)了繼承年齡為(882±16) Ma的鋯石普遍存在，并提出了 皖南還廣泛存在約900~880 Ma的巖漿活動［5］183-189。

3．2 鋯石特征與巖石成因ゾ」芡钅閑澩濉㈧ㄏ睪托菽花崗閃長巖體為相同的巖性，具有相似的礦物組成、微量元素、 Sm-Nd和Rb-Sr同位素特征，表明三個巖體為同期巖漿事件的產(chǎn)物，具有相同的形成與演化 歷史，主要來自約882 Ma弧-陸碰撞再造后的島弧巖漿巖風(fēng)化沉積物［5］1 97-204。但是三巖體的產(chǎn)出邊界在平面上相距僅幾千米，并且都沿深大斷裂分布，因此 ，這三個巖體是否為同一巖漿房所形成，侵位形成條件是否相同，是引人關(guān)注的問題。

根據(jù)富鋁礦物和長石族礦物特點，皖南休寧、許村和歙縣巖體是過鋁的中深成(8~24 km)侵入的花崗閃長巖，并且得出堇青石、鐵鋁榴石、黑云母、斜長石和石英礦物平衡 溫度為780~820 ℃［7］40。根據(jù)樣品元素化學(xué)特征［14］估算出 休寧、許村和歙縣花崗閃長巖熔體的“鋯飽和溫度”為803~833 ℃、838~847

℃和 829~848 ℃［5］190。休寧巖體基本上為同巖漿鋯石，只含有較少量的 繼承鋯石，其“鋯飽和溫度”803~833 ℃(平均814.5 ℃)更好地反 映了熔體溫度，與礦物平衡溫度780~820 ℃是一致的；許村和歙縣巖體“鋯飽 和溫度”略高于休寧巖體，可能受較多繼承鋯石存在的影響。由巖石礦物學(xué)特征分析，堇青 石、鐵鋁榴石、黑云母、斜長石和石英等礦物為早期開始結(jié)晶的礦物［6］38-39， 因此所計算的礦物平衡溫度780~820 ℃反映了巖漿開始冷卻結(jié)晶時的溫度范圍 ，而“鋯飽和溫度”由巖漿中元素豐度計算所得，直接反映熔體的溫度，兩者綜合起來，說 明皖南三個巖體的巖漿溫度基本一致，約為800~830 ℃。

各巖體不同的鋯石CL特征主要與巖漿存留地殼的時間和巖漿侵位深度有關(guān)。 通過對西班 牙東南部新第三紀(jì)(Neogene)火成巖省S型英安巖中鋯石的SHRIMP法U-Pb定年研究， 推測從 部分熔融到火山噴發(fā)的巖漿作用時間長度約為2~3 Ma， 并在這些新第三紀(jì)英安 巖中測定約210 Ma全巖Rb-Sr等時線年齡解釋為巖漿保存了源區(qū)物質(zhì)內(nèi)部的化 學(xué)和同位素不均一性［15］。對這些新第三紀(jì)S型英安巖中鋯石的進(jìn)一步U-Pb定年研 究［16］，巖漿在地殼深部的存留時間取決于部分熔融發(fā)生的深度，深部熔體(約25

km)在地殼內(nèi)部的存留時間可達(dá)3 Ma，而淺部熔體(約15 km)在地殼內(nèi)部的存留時間則在1 Ma以內(nèi)。

許村巖體中同巖漿鋯石與單結(jié)構(gòu)繼承鋯石數(shù)量相當(dāng)，為多數(shù)鋯石。繼承鋯石核較少，在繼承 鋯石核分析點中，除只有一個點近882 Ma外（圖1a中S9點），其余較老的繼承 核年齡均大于980 Ma，指示了許村巖體中含有少量更老年齡的源區(qū)物質(zhì)。簡單 結(jié)構(gòu)繼承鋯石的普遍存在，表明繼承鋯石在巖漿房中的停留時間很短，在高溫熔體中沒有發(fā) 生顯著的熔蝕作用。許村巖體樣品為中細(xì)粒巖石，表明其侵位深度相對較淺，新生鋯石結(jié)晶 時間相對較短，因而新生的同巖漿鋯石顆粒普遍較小，并且在繼承鋯石邊緣難以發(fā)現(xiàn)明顯的 同巖漿鋯石環(huán)帶。許村巖漿形成的深度可能相對較淺，在地殼中的存留時間短，巖漿形成后 不久便侵位至地殼較淺部。

休寧巖體中同巖漿鋯石占絕大多數(shù)，反映了巖體的形成時代。繼承鋯石年齡絕大多數(shù)為約88 2 Ma繼承鋯石，并且多以繼承核的形式出現(xiàn)，表明巖體主要來源于約882 Ma地殼物質(zhì)。與許村巖體相比，休寧巖體可能處于巖漿房中的時間較長，不同來源的 鋯石均受到熔蝕，其形成于下地殼(約24 km) 深度。同巖漿鋯石的顆粒較大， 環(huán)帶較寬，表明鋯石的結(jié)晶生長時間較充分，分析樣品為粗粒花崗閃長巖，也表明巖體的侵 位深度可能較深，巖漿的冷卻結(jié)晶成巖過程較長，礦物結(jié)晶顆粒較大。

歙縣巖體的鋯石類型和特征介于許村巖體和休寧巖體之間，同巖漿鋯石占大多數(shù)，單結(jié)構(gòu)繼 承鋯石和繼承鋯石核數(shù)量相當(dāng)。繼承鋯石年齡除882 Ma年齡外，還有少量的1 0 00 Ma鋯石和一個2 444 Ma鋯石，表明其源巖含有少量的中元古代 的物質(zhì)。一些約882 Ma鋯石已明顯受后期地質(zhì)作用影響，表現(xiàn)為亮CL的重結(jié)晶 鋯石，繼承鋯石核邊緣存在明顯的熔蝕現(xiàn)象，邊緣為薄層的同巖漿鋯石所環(huán)繞，整個鋯石表 現(xiàn)為自形晶體；部分約882 Ma鋯石為單結(jié)構(gòu)繼承鋯石，也具有良好的晶 形 。歙縣巖體的巖漿形成條件介于許村巖體與休寧巖體之間，源巖能夠完全熔融，并使鋯石也 發(fā)生熔蝕，但處于巖漿房的時間可能較短，部分鋯石能夠以單顆粒鋯石形態(tài)保存，也可能混 染了少量繼承鋯石。分析樣品為中細(xì)粒巖石，表明其形成深度相對較淺，新生鋯石結(jié)晶時間 相對較短，因而新生的同巖漿鋯石顆粒普遍較小，繼承鋯石邊緣的同巖漿鋯石環(huán)帶較窄。

由上述三巖體巖石成因分析，可知皖南三個新元古代花崗閃長巖體具有相似的形成過程，但 三個巖體來自于不同的巖漿房，巖漿的形成深度不同，許村巖漿的形成深度最小，休寧巖漿 形成深度最大，歙縣巖漿的形成深度介于兩者之間。在巖漿侵位成巖的過程中，許村巖體和 歙縣巖體的侵位較淺，同巖漿鋯石結(jié)晶生長時間較短，顆粒較?。恍輰帋r體侵位較深，同巖 漿鋯石結(jié)晶生長時間較長，顆粒較大。這些特征與其形成與演化的構(gòu)造環(huán)境是一致的，在弧 陸碰撞帶，島弧物質(zhì)及其風(fēng)化沉積物可以進(jìn)入到中下部地殼，并且弧陸磁撞帶是巖漿活動強 烈區(qū)，深部的幔源巖漿常沿深大斷裂上涌，帶來巨大的熱能，在不同的地殼深度會熔融島弧 物質(zhì)及其風(fēng)化沉積物而形成巖漿。在弧陸碰撞帶，由于風(fēng)化沉積物相對富水，易于熔融，因 而在中下地殼深度的條件下，不同深度的花崗巖漿溫度差異不明顯，但不同深度的巖漿存留 地殼的時間有明顯差異，在不同的地殼深度侵位形成巖漿巖。

4 結(jié)論

ザ醞钅閑略古代花崗閃長巖三個巖體間鋯石CL特征和微區(qū)定年結(jié)果分析研究，得

出如下 結(jié)論：

（1） 皖南三個新元古代花崗閃長巖體都具有不同成因類型的鋯石，包括同巖漿鋯石、簡單 結(jié)構(gòu)繼承鋯石和繼承鋯石核，具有不同的年代學(xué)意義，同巖漿鋯石記錄了巖體的形成時代， 繼承鋯石核揭示了巖體的物質(zhì)來源；

（2） 皖南三個新元古代花崗閃長巖體中同巖漿鋯石與繼承鋯石的CL特征不同，反映各巖體 來自不同的巖漿房，其巖漿形成深度和侵位條件不同，與其形成于弧陸碰撞帶的構(gòu)造環(huán)境是 一致的。

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(責(zé)任編輯：宋曉梅)第4期