大別超高壓變質(zhì)帶榴輝巖中金紅石SHRIMP原位U—Pb定年及其年代學(xué)意義

侯晨陽(yáng)+楊天水+石玉若

摘要：對(duì)大別超高壓變質(zhì)帶榴輝巖中金紅石進(jìn)行了SHRIMP原位U-Pb定年，得到金紅石U-Pb年齡為（219±4）Ma， 與前人利用TIMS方法獲得的金紅石年齡結(jié)果在誤差范圍內(nèi)是一致的，驗(yàn)證了金紅石用于SHRIMP原位U-Pb定年的可行性。通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)，不同賦存狀態(tài)的金紅石U-Pb年齡無(wú)明顯差別。根據(jù)本次測(cè)得的年齡數(shù)據(jù)，結(jié)合前人的研究成果，金河橋榴輝巖中金紅石的U-Pb年齡為冷卻年齡，代表了大別超高壓變質(zhì)帶構(gòu)造折返階段的時(shí)代。

關(guān)鍵詞：年代學(xué)；榴輝巖；金紅石；SHRIMP；U-Pb年齡；封閉溫度；大別超高壓變質(zhì)帶

中圖分類號(hào)：P597 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Abstract： In-situ SHRIMP U-Pb dating of rutile in eclogite from Dabie ultra-high pressure （UHP） metamorphic belt was studied. The U-Pb age of rutile obtained is （219±4）Ma， consistent with the previous TIMS results of rutiles within the error range. This consistence points to the feasibility of in-situ SHRIMP U-Pb dating of rutile. The dating results indicate no obvious differences for the U-Pb ages of rutiles from different occurrences. Taking together with the previous dating results， it is suggested that the U-Pb age of rutile in Jinheqiao eclogite is the cooling age， representing the tectonic exhumation time of Dabie UHP metamorphic belt.

Key words： geochronology； eclogite； rutile； SHRIMP； U-Pb age； closure temperature； Dabie UHP metamorphic belt

0 引 言

隨著大別—蘇魯?shù)貐^(qū)榴輝巖中標(biāo)志性超高壓礦物（柯石英和金剛石）的相繼發(fā)現(xiàn)[1-5]，以及在榴輝巖圍巖中特別是各種類型正片麻巖和副片麻巖鋯石中柯石英包體的普遍發(fā)現(xiàn)[6-10]，證明了榴輝巖及其圍巖的原巖曾經(jīng)發(fā)生過深俯沖并經(jīng)歷了超高壓變質(zhì)作用。經(jīng)超高壓變質(zhì)作用而形成的超高壓變質(zhì)巖（包括榴輝巖、硬玉石英巖及超高壓片麻巖等）形成于100 km以上的深度，但現(xiàn)今已出露地表，說明超高壓變質(zhì)巖一定經(jīng)歷了快速的抬升折返過程[11]。準(zhǔn)確限定抬升折返階段的時(shí)代對(duì)于重塑大別超高壓變質(zhì)帶的快速俯沖-折返的動(dòng)力學(xué)模式有重要的科學(xué)意義。

金紅石是陸殼巖石中一種常見的副礦物，其主要化學(xué)成分為TiO2。在自然界中，金紅石以副礦物形式廣泛存在于各級(jí)變質(zhì)巖中。金紅石在成巖、風(fēng)化和各種不同程度的變質(zhì)過程中均能保持極大的穩(wěn)定性[12]，其作為穩(wěn)定的重礦物相保存了大量的地質(zhì)作用信息，如變質(zhì)溫度、變質(zhì)壓力、冷卻年齡和源巖性質(zhì)等[13]。金紅石中能夠容納一定量的U，部分U含量較高的樣品可用于Pb-Pb和U-Pb定年[14-17]。早期的金紅石U-Pb年代學(xué)研究主要是利用同位素稀釋-熱電離質(zhì)譜法（ID-TIMS）[18-20]，該方法的優(yōu)點(diǎn)在于精度很高，但是對(duì)樣品的消耗量大，流程繁瑣，而且當(dāng)樣品經(jīng)歷了復(fù)雜的生成過程時(shí)，使用該方法獲得的年齡可能會(huì)是毫無(wú)意義的混合年齡。近年來(lái)，二次離子探針質(zhì)譜法（SIMS）已成功應(yīng)用于金紅石的U-Pb年代學(xué)研究中[21-22]。目前，金紅石的U-Pb定年一般用于限定變質(zhì)巖的冷卻歷史和超高壓變質(zhì)巖折返速率的研究[17，19，22-28]。

本文主要對(duì)采自大別超高壓變質(zhì)帶的金河橋榴輝巖中金紅石進(jìn)行SHRIMP原位U-Pb定年，并對(duì)其年代學(xué)意義進(jìn)行探討。

1 地質(zhì)背景及樣品采集

大別—蘇魯超高壓變質(zhì)帶是由華北板塊與揚(yáng)子板塊碰撞而形成的，被郯廬斷裂所切錯(cuò)分成大別（西部）和蘇魯（東部）超高壓變質(zhì)帶兩部分（圖1）[29]。其中，大別超高壓變質(zhì)帶在東部以郯廬斷裂為界，向西延伸至桐柏—秦嶺造山帶。Wang等把大別超高壓變質(zhì)帶進(jìn)一步劃分為北大別地體和南大別地體[30]。在南大別榴輝巖中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了柯石英和金剛石等標(biāo)志性超高壓礦物[1，4-5，30]，在榴輝巖的圍巖片麻巖鋯石中也已識(shí)別出柯石英包體，這表明南大別榴輝巖及其圍巖的原巖均發(fā)生了深俯沖并經(jīng)歷了超高壓變質(zhì)作用[6，10]。

本次用于研究的榴輝巖樣品采自安徽省太湖縣花涼亭水庫(kù)東北部的金河橋地區(qū)（30°30′59.9″N， 116°15′56″E），構(gòu)造位置處于南大別超高壓變質(zhì)帶的南端，屬于超高壓榴輝巖（圖2）。金河橋榴輝巖為粗粒結(jié)構(gòu)，條帶狀構(gòu)造，紅色石榴石、綠色綠輝石以及白色石英互為條帶[圖3（a）]，副礦物有金紅石、角閃石、鋯石、磷灰石、白云母、柯石英等。通過對(duì)樣品進(jìn)行鏡下觀察，發(fā)現(xiàn)一部分金紅石以包體的形式存在于石榴石內(nèi)部，其余金紅石則存在于石榴石及其他礦物顆粒之間或完全被其他礦物包裹[圖3（b）]。

2 分析方法

選取新鮮的榴輝巖樣品，清洗干凈后將其破碎成毫米級(jí)的巖石顆粒，然后在顯微鏡下挑選出含金紅石較多且金紅石顆粒較大的巖石顆粒，制成符合SHRIMP測(cè)試要求的標(biāo)準(zhǔn)樣品靶。

李秋立等利用ID-TIMS方法獲得金河橋榴輝巖中金紅石U-Pb年齡為（218±1）Ma，并根據(jù)文獻(xiàn)[35]提出的封閉溫度方程和文獻(xiàn)[14]給出的參數(shù)條件計(jì)算出金紅石的U-Pb體系封閉溫度為（470±50）℃[19]。這一結(jié)果與Li等在大別超高壓變質(zhì)帶雙河地區(qū)獲得的榴輝巖中多硅白云母的Rb-Sr年齡結(jié)果（（219±5）Ma）和U-Pb體系封閉溫度（500 ℃）[36]相一致。陳振宇等計(jì)算得到金河橋榴輝巖中金紅石的Zr溫度為595 ℃～678 ℃，并指出該溫度要高于金紅石U-Pb年齡所對(duì)應(yīng)的封閉溫度[37]。Liu等對(duì)采自大別地區(qū)的2件榴輝巖樣品和1件正片麻巖樣品退變鋯石微區(qū)進(jìn)行了SHRIMP U-Pb定年，獲得的年齡為（220±1）Ma，并將該年齡結(jié)果解釋為大別地體構(gòu)造折返至石英穩(wěn)定域的退變質(zhì)年齡[38]。劉福來(lái)等對(duì)大別超高壓變質(zhì)帶雙河地區(qū)榴輝巖鋯石進(jìn)行了SHRIMP U-Pb定年，獲得了（216±6）Ma的退變質(zhì)年齡[39]。此外，已有的鋯石年齡數(shù)據(jù)顯示，大別超高壓變質(zhì)帶的峰期變質(zhì)時(shí)代在230 Ma左右[39-41]。在前人研究成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合本次金紅石SHRIMP U-Pb定年結(jié)果，金河橋榴輝巖中金紅石的U-Pb年齡（（219±4）Ma）應(yīng)為超高壓榴輝巖的冷卻年齡，代表了大別超高壓變質(zhì)帶在超高壓峰期變質(zhì)后構(gòu)造折返事件的時(shí)代。

4 結(jié) 語(yǔ)

通過對(duì)大別超高壓變質(zhì)帶金河橋榴輝巖中金紅石進(jìn)行SHRIMP原位U-Pb定年，測(cè)得金紅石U-Pb年齡為（219±4）Ma，榴輝巖中不同賦存狀態(tài)的金紅石U-Pb年齡未發(fā)現(xiàn)存在明顯的差異。本次獲得的金紅石U-Pb年齡為超高壓榴輝巖的冷卻年齡，代表了大別超高壓變質(zhì)帶構(gòu)造折返階段的時(shí)代。

中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所李琳琳參加了野外采樣，車曉超在樣品制備和儀器調(diào)試方面給予了幫助，李秋立研究員提供了金紅石標(biāo)樣，在此一并表示感謝。

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