江西省鉛山縣二疊紀(jì)海相火山巖鋯石U-Pb年齡及Lu-Hf同位素組成*

孫建東，駱學(xué)全，張雪輝，李 胤，呂勁松，康叢軒，駱 丁

(1 南京地質(zhì)礦產(chǎn)研究所 南京 210016)(2 江蘇省地質(zhì)調(diào)查研究院 南京 210018)

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江西省鉛山縣二疊紀(jì)海相火山巖鋯石U-Pb年齡及Lu-Hf同位素組成*

孫建東1，駱學(xué)全1，張雪輝1，李 胤2，呂勁松1，康叢軒1，駱 丁2

(1 南京地質(zhì)礦產(chǎn)研究所 南京 210016)(2 江蘇省地質(zhì)調(diào)查研究院 南京 210018)

江西省鉛山縣中二疊統(tǒng)車頭組硅質(zhì)巖內(nèi)見夾多層凝灰?guī)r。通過研究該凝灰?guī)r鋯石U-Pb年齡及Lu-Hf同位素組成特征，探討該區(qū)海底火山噴流活動(dòng)的時(shí)間、成巖環(huán)境及成巖物源。凝灰?guī)r的LA-ICP-MS鋯石U-Pb加權(quán)平均年齡為264.8±4.4 Ma，表明其形成環(huán)境為大陸邊緣拉張性臺(tái)盆環(huán)境，作為直接地質(zhì)證據(jù)說明這一時(shí)期存在海底火山噴發(fā)活動(dòng)。凝灰?guī)r的Lu-Hf同位素二階段模式年齡為1170～1670Ma(平均值1320 Ma)，為中元古代，代表了成巖物源可能與區(qū)域性地殼重熔增生有關(guān)。

海相火山巖；鋯石U-Pb年齡；Lu-Hf同位素；二疊紀(jì)

華南地區(qū)在晚古生代已成為一獨(dú)立陸塊并進(jìn)入較穩(wěn)定發(fā)展時(shí)期[1]，二疊紀(jì)處于華南最大的海侵時(shí)期，伴隨海侵在華南諸多地方形成了一套分布較穩(wěn)定的硅質(zhì)巖[2]。在蘇、浙、皖和湖北東南部地區(qū)統(tǒng)稱孤峰組，福建為文筆山組，湖南和廣東稱當(dāng)沖組，廣西分布于四大寨組內(nèi)，江西則稱之為鳴山組/車頭組/孤峰組。對(duì)于這套硅質(zhì)巖的分布規(guī)律、地球化學(xué)特征、穩(wěn)定同位素、沉積環(huán)境、硅的來源、金的成礦效應(yīng)等已有大量研究報(bào)道，多認(rèn)為與海底熱水噴流作用有關(guān)[3-7]，但尚缺乏直接地質(zhì)證據(jù)。對(duì)于硅質(zhì)巖中所夾多層火山巖，鮮有研究報(bào)道，已見有廣西百色市陽圩—那鈹基性玄武巖、凝灰?guī)r[8]、大廠凝灰質(zhì)硅質(zhì)巖[9]、下?lián)P子地區(qū)孤峰組內(nèi)的基性熔巖及中酸性凝灰?guī)r[10]，這些火山巖夾層是硅質(zhì)巖來自海底熱水噴流的直接地質(zhì)證據(jù)，也是系統(tǒng)研究這一時(shí)期古地理環(huán)境、構(gòu)造背景的一個(gè)窗口。

筆者對(duì)江西鉛山縣車

頭組硅質(zhì)巖所夾凝灰?guī)r巖石學(xué)特征、鋯石U-Pb年齡、Lu-Hf同位素特征進(jìn)行研究，探討這一海底火山噴流活動(dòng)的時(shí)間、成巖環(huán)境及成巖物源，為研究華南這一時(shí)期火山活動(dòng)提供直接地質(zhì)證據(jù)，為探討峨眉山地幔柱影響范圍提供間接思路。

1 地質(zhì)背景

研究區(qū)位于欽杭結(jié)合帶萍鄉(xiāng)—紹興斷裂帶南側(cè)，硅質(zhì)建造出露區(qū)(圖1a)。早石炭—中二疊世早期，沉積了黃龍組、馬平組/船山組、棲霞組厚大的淺海臺(tái)地相碳酸鹽巖，局部發(fā)育碎屑巖與灰?guī)r互層的藕塘底組；中二疊世茅口期—晚二疊世沉積的臺(tái)地相茅口組、吳家坪組、長興組碳酸鹽層位，以橫向相變的形式產(chǎn)出了鳴山組/車頭組/孤峰組的硅質(zhì)巖和小江邊組、南港組等黑色鎂質(zhì)泥巖(表1)。

2 巖石學(xué)特征

車頭組硅質(zhì)巖：淺灰白色，角礫狀結(jié)構(gòu)，角礫為硅質(zhì)巖角礫及少量灰?guī)r角礫，呈棱角狀—次棱角狀(圖2)，礫徑0.5～4 cm，填隙物為微晶石英膠結(jié)，硅質(zhì)含量>90%，偶見少量生物化石。

圖1 研究區(qū)區(qū)域地質(zhì)圖(a)、地質(zhì)略圖(b)、地質(zhì)剖面圖(c)Fig.1 Regional geological map (a), sketch geological map (b) and geological section map (c) of the study area1-第四系；2-白堊系鵝湖嶺組；3-三疊系鐵石口組；4-二疊系樂平組；5-二疊系車頭組；6-二疊組小江邊組；7-二疊系棲霞組；8-石炭系藕塘底組；9-近元古界周潭巖組；10-燕山期花崗巖體；11-實(shí)測(cè)/推測(cè)斷層；12-實(shí)測(cè)正/逆斷層；13-推覆構(gòu)造；14-泥巖；15-炭質(zhì)泥巖；16-硅質(zhì)巖夾凝灰層；17-砂巖；18-黑云斜長片麻巖；19-采樣位置。

流紋質(zhì)凝灰?guī)r：以較穩(wěn)定夾層的形式整合于硅質(zhì)巖內(nèi)，地表風(fēng)化層已深度泥化，露頭呈紫紅、灰黃色，凝灰結(jié)構(gòu)(圖3)，中—薄層狀構(gòu)造，晶屑礦物為石英、斜長石等，巖屑主要為長英質(zhì)礦物集合體，玻屑均脫?；烧惩恋V物，副礦物可見鋯石、磷灰石等。

3 分析測(cè)試

所測(cè)鋯石挑選自A-A′實(shí)測(cè)剖面車頭組凝灰?guī)r夾層(圖1c)，鋯石U-Pb同位素年齡及Hf同位素分析均在中國地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)調(diào)查中心完成。前期經(jīng)過淘選、磁選、雙目鏡挑選、制靶、CL照相等處理后，選出無裂紋且包裹體不發(fā)育的鋯石晶體進(jìn)行測(cè)試。

圖2 硅質(zhì)巖露頭(a)鏡下角礫狀結(jié)構(gòu)(b)(25+)Fig.2 Outcrop (a) of the siliceous rock and photomicrograph (b) of brecciated structure (25+)

圖3 深度泥化凝灰?guī)r露頭(a)及鏡下凝灰結(jié)構(gòu)(b)(斜長石、石英晶屑)(50+)Fig.3 Outcrop (a) of intensive mud tuff and the microscopic structure (b) of tuff(plagioclase and quartz crystal pyroclast) (50+)

測(cè)試儀器為Finnigan Neptune型MC-ICP-MS及與之配套的Newwave UP 193激光剝蝕系統(tǒng)。儀器設(shè)定激光剝蝕束斑直徑為35μm，激光剝蝕樣品的深度為20～40μm，能量密度為13～14J/cm2，頻率為8～10Hz。采用同位素質(zhì)量分餾校正，用國際標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500作外標(biāo)，元素含量采用人工合成硅酸鹽玻璃NIST SR610作外標(biāo)，29Si作內(nèi)標(biāo)元素進(jìn)行校正。數(shù)據(jù)處理采用ICPMSDataCal 4.3程序[11]，采用軟件對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行普通鉛校正[12]，年齡計(jì)算及諧和圖繪制采用ISOPLOT(3.0)[13]軟件完成。

對(duì)已進(jìn)行過U-Pb同位素分析的部分鋯石進(jìn)行Lu-Hf同位素分析，激光剝蝕的束斑直徑為50μm，能量密度為10～11 J/cm2，頻率為8～10Hz。在實(shí)驗(yàn)過程中，標(biāo)準(zhǔn)鋯石GJ-1的176Hf/177Hf加權(quán)平均值均與已報(bào)道值相一致[14]。詳細(xì)的分析方法和流程見文獻(xiàn)[15]和文獻(xiàn)[16]。

4 分析結(jié)果4.1 LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡

樣品鋯石的陰極發(fā)光CL圖像(圖4)顯示，鋯石無色透明，晶體自形—半自形，呈長柱狀，粒徑90～210μm，晶面簡單，晶棱較鋒銳、清晰，具典型的巖漿鋯石韻律環(huán)帶，Th/U為0.33～0.73，平均值為0.52(>0.4)，屬巖漿鋯石[17]。

對(duì)樣品鋯石的29顆鋯石U-Pb年齡數(shù)據(jù)(表2)進(jìn)行普通鉛校正。在鋯石206Pb/238U -207Pb/235U諧和圖上均投影在諧和線上或諧和線附近，206Pb/238U年齡值為238～279Ma，獲得206Pb/238U加權(quán)平均年齡為264.8±4.4Ma(MSWD=2.6，2σ)，代表凝灰?guī)r的沉積年齡。

4.2 鋯石Lu-Hf同位素組成

Lu-Hf同位素測(cè)試數(shù)據(jù)(表3)表明鋯石的176Lu/177Hf均遠(yuǎn)<0.002，說明鋯石在形成之后具有較低的放射成因Hf積累，fLu/Hf為-0.96～-0.98，平均值-0.97，明顯小于鎂鐵質(zhì)地殼的fLu/Hf(-0.34)[18]和硅鋁質(zhì)地殼的fLu/Hf(-0.72)[19]，故二階段模式年齡更能反映其源區(qū)物質(zhì)從虧損地幔被抽取的時(shí)間。根據(jù)Hf同位素相關(guān)計(jì)算公式[20]，計(jì)算εHf(0)、εHf(t)、THf1(Ma)、THf2(Ma)和fLu/Hf，結(jié)果見表3。176Hf/177Hf為0.282441～0.282665(平均值0.282600)，εHf(t)為-6.20～1.65(平均值-0.78)，二階段模式年齡(THf2(Ma))為1170～1670Ma(平均值1320Ma)。

圖4 凝灰?guī)r內(nèi)鋯石陰極發(fā)光CL圖像及U-Pb年齡諧和圖Fig.4 CL images and U-Pb concordia diagram of zircons from the tuff

點(diǎn)號(hào)Pb/10-6U/10-6232Th/238U同位素比值/%年齡/Ma207Pb/206Pb±1σ207Pb/235U±1σ206Pb/238U±1σ208Pb/232Th±1σ207Pb/206Pb±1σ207Pb/235U±1σ206Pb/238U±1σ114．0675300．38030．58150．0527±0．00110．3182±0．00680．0438±0．00040．0136±0．0002313．74±46．18280．50±5．99276．52±2．80231．9473702．82160．47920．0536±0．00080．3198±0．00490．0433±0．00040．0142±0．0002352．70±31．92281．77±4．35273．29±2．80340．5510903．86270．46740．0585±0．00080．3418±0．00530．0424±0．00040．0147±0．0002546．89±30．67298．54±4．63267．74±2．73414．2248301．99900．58960．0541±0．00110．3258±0．00710．0437±0．00040．0140±0．0003373．53±47．07286．36±6．24275．79±2．76512．0983259．07560．56960．0537±0．00120．3183±0．00730．0430±0．00040．0150±0．0003357．70±48．81280．58±6．40271．42±2．77644．48181138．89190．32850．0617±0．00080．3198±0．00470．0376±0．00040．0156±0．0003662．39±28．09281．72±4．11238．00±2．38727．8726617．19820．44820．0578±0．00090．3436±0．00550．0431±0．00040．0146±0．0002523．84±32．60299．86±4．80271．87±2．71814．1400302．87530．61260．0687±0．00130．3952±0．00810．0417±0．00040．0151±0．0003889．72±39．82338．17±6．95263．51±2．63917．0822381．65080．45640．0576±0．00110．3393±0．00670．0427±0．00040．0141±0．0003514．73±41．50296．65±5．88269．68±2．701013．2839281．10210．61800．0588±0．00120．3508±0．00760．0433±0．00040．0141±0．0003560．64±44．43305．34±6．58272．97±2．751110．2399215．92810．55470．0573±0．00180．3509±0．01140．0444±0．00050．0140±0．0003504．25±69．69305．39±9．94279．99±2．89124．9591106．10500．58160．0591±0．00250．3551±0．01550．0435±0．00050．0134±0．0003572．27±92．85308．53±13．45274．76±2．851319．8350504．81830．6280．0586±0．00130．3398±0．00760．0421±0．00040．0134±0．0003551．68±46．58297．05±6．66265．66±2．651444．7343948．27340．63770．0568±0．00100．3407±0．00680．0435±0．00040．0132±0．0003482．47±38．90297．71±5．90274．68±2．761519．5567438．75290．45010．0523±0．00090．3139±0．00560．0435±0．00040．0126±0．0003300．05±37．71277．16±4．95274．46±2．741641．1232908．89680．54850．0528±0．00070．3144±0．00480．0432±0．00040．0122±0．0003318．52±31．04277．56±4．24272．72±2．731727．5300614．66060．56100．0541±0．00080．3184±0．00520．0427±0．00040．0118±0．0003373．23±33．50280．70±4．58269．72±2．711822．3632502．74330．63570．0541±0．00120．3122±0．00710．0419±0．00040．0113±0．0002374．71±48．65275．89±6．28264．37±2．66199．8022209．90490．72400．0622±0．00160．3666±0．01020．0427±0．00040．0117±0．0003681．45±56．42317．10±8．80269．75±2．732030．7330748．70290．47100．0618±0．00090．3338±0．00510．0391±0．00040．0123±0．0003668．73±29．92292．48±4．50247．56±2．502123．2653511．87730．54180．0590±0．00100．3462±0．00640．0426±0．00040．0135±0．0003565．66±37．04301．83±5．55268．81±2．702225．9171621．47950．42890．0732±0．00110．3827±0．00610．0379±0．00040．0172±0．00041018．38±30．31329．04±5．26240．06±2．632332．1422738．76880．51890．0624±0．00090．3442±0．00570．0400±0．00040．0148±0．0004687．41±31．91300．36±4．99252．93±2．562410．5518222．32670．65620．0712±0．00150．3999±0．00900．0407±0．00040．0169±0．0005963．77±44．31341．60±7．69257．33±2．65259．6191200．27760．57110．0586±0．00190．3489±0．01220．0431±0．00050．0170±0．0005553．99±68．95303．87±10．59272．30±2．88269．8938209．19390．73090．0512±0．00220．2955±0．01290．0419±0．00040．0144±0．0004249．80±98．84262．89±11．45264．37±2．732723．8903549．76030．48260．0575±0．00180．3254±0．01060．0411±0．00040．0139±0．0003510．04±68．59286．05±9．31259．38±2．62287．7922169．88740．53030．0579±0．00350．3405±0．02060．0426±0．00040．0147±0．0004526．77±130．89297．54±17．98269．14±2．832921．9874489．32320．40990．0574±0．00090．3394±0．00570．0429±0．00040．0159±0．0004507．94±34．05296．74±5．02270．59±2．69測(cè)試單位：中國地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)調(diào)查中心；測(cè)試儀器：FinniganNeptune型MC?ICP?MS及與之配套的NewwaveUP193激光剝蝕系統(tǒng)。

5 討論

5.1 成巖環(huán)境

海底熱水噴流是發(fā)生在海底的高溫?zé)崴畤姲l(fā)和

表3 凝灰?guī)rLA-ICP-MS鋯石Lu-Hf同位素分析結(jié)果

溢流的活動(dòng)?，F(xiàn)代海底熱水活動(dòng)區(qū)主要分布在大洋中脊地帶，但不限于大洋中脊，在弧后和弧間盆地、陸內(nèi)裂谷盆地、板內(nèi)火山中心或斷陷盆地等具有張裂性質(zhì)的構(gòu)造環(huán)境中都有可能發(fā)生熱水噴流活動(dòng)[21-22[23]，主體沉積了淺水臺(tái)地相碳酸鹽巖(茅口組、棲霞組)，層狀硅質(zhì)巖及凝灰?guī)r整體呈一厚度不大的板狀體夾于臺(tái)地中，橫向相變小，縱向相變大，地球化學(xué)研究數(shù)據(jù)表明[24]，區(qū)內(nèi)層狀硅質(zhì)巖形成于大陸邊緣環(huán)境，處于拉張的大地構(gòu)造背景下[22,25]。這與瓦爾特相定律的分析結(jié)論一致，所夾凝灰?guī)r代表了二疊紀(jì)這一時(shí)期海底火山噴發(fā)活動(dòng)，作為直接地質(zhì)證據(jù)說明硅質(zhì)巖成因?qū)儆诤５谉崴畤娏鞒练e活動(dòng)。

綜上所述，區(qū)內(nèi)晚古生代陸內(nèi)蓋層沉積時(shí)期，發(fā)生了陸內(nèi)拉張活動(dòng)，262Ma左右發(fā)生的海底火山噴流沉積活動(dòng)，與峨眉山玄武巖噴溢主期相當(dāng)[26]。

5.2 成巖物源

Lu-Hf同位素二階段模式反映了巖漿源區(qū)物質(zhì)的年齡。凝灰?guī)r鋯石Lu-Hf同位素二階段模式年齡值為1170～1670Ma(平均值1320Ma)，為中元古代。這一時(shí)期，揚(yáng)子、華夏地塊中間由華南洋相隔，是華南前寒武紀(jì)地殼形成時(shí)期，1.8Ga是華南地殼的主要形成時(shí)期，且存在1.4Ga晚中元古代的區(qū)域地殼重熔增生[27]。區(qū)內(nèi)εHf(t)分為-1.11～-6.20和0.72～1.65兩組(圖5)，正負(fù)值均存在，說明成巖物源可能與區(qū)域性地殼重熔增生有關(guān)。

圖5 凝灰?guī)r鋯石εHf(t)與U-Pb年齡圖Fig.5 εHf(t)vs.U-Pb ages of zircons from the tuff

6 結(jié)論

(1)中二疊統(tǒng)車頭組硅質(zhì)巖內(nèi)發(fā)現(xiàn)的多層凝灰?guī)r夾層，LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為264.8±4.4Ma，形成環(huán)境為大陸邊緣拉張性臺(tái)盆環(huán)境，作為直接地質(zhì)證據(jù)說明這一時(shí)期存在海底火山噴發(fā)活動(dòng)。

(2)凝灰?guī)r內(nèi)鋯石Lu-Hf同位素二階段模式代表了成巖物源可能與區(qū)域性地殼重熔增生有關(guān)。

致謝：鋯石挑選工作得到了賈郵珍女士的幫助，鏡下鑒定工作得到了黃光昭研究員的悉心指導(dǎo)，在此致以誠摯的謝意！

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Zircon U-Pb age and Lu-Hf isotopic compositions of the Permian marine volcanic rocks in Qianshan County, Jiangxi Province

SUN Jian-dong1, LUO Xue-quan1,ZHANG Xue-hui1, LI Yin2,Lü Jin-song1,KANG Cong-xuan1,LUO Ding2

(1NanjingInstituteofGeologyandMineralResources,Nanjing210016,China) (2GeologoicalsurveyofJiangsuProvince，Nanjing210018,China)

Siliceous rocks of the Middle Permian Chetou Formation in Qianshan County, Jiangxi Province, are found to host several layers of tuff. By studying the zircon U-Pb age and Lu-Hf isotopic compositions of tuff, this paper discussed the time of submarine volcanic eruption, and diagenetic environment and diagenetic provenance. LA-ICP-MS zircon U-Pb weighted average age of tuff is 264.8±4.4Ma, indicating that it formed in the extensional platform-basin environment of continental margin. This can serve as the direct proof to illustrate the occurrence of submarine volcanic eruption during this period. Two-phase Lu-Hf isotopic model age of tuff is 1170～1670 Ma (average 1320 Ma), suggesting the Proterozoic age and representing that the diagenetic source may be associated with regional crustal remelting hyperplasia.

Marine volcanic rocks; zircon U-Pb age; Lu-Hf isotope; Permian

2016-05-09 改回日期：2016-06-17 責(zé)任編輯：譚桂麗

中國地質(zhì)調(diào)查局項(xiàng)目“萍鄉(xiāng)—紹興結(jié)合帶銅多金屬成礦規(guī)律研究”(項(xiàng)目編碼：12120113065500)和“欽杭成礦帶東段重點(diǎn)勘區(qū)攻關(guān)示范”(項(xiàng)目編碼：1212011120846)資助。

孫建東，1987年生，男，助理研究員，從事礦床地質(zhì)研究工作。

10.16788/j.hddz.32-1865/P.2016.04.002

P534.46；P588.1

A

2096-1871(2016)04-246-06