浙東南松陽縣楓坪組沉積巖碎屑鋯石年代學及地質(zhì)意義

金海飛，許朝衛(wèi)，戴春政，馬天壽，邢曉婭

(浙江省第三地質(zhì)大隊， 浙江 金華 322100)

鋯石作為巖石中最常見、應用最為廣泛的副礦物，廣泛存在于巖漿巖、變質(zhì)巖和沉積巖中，其物理化學性質(zhì)非常穩(wěn)定，在風化、搬運、剝蝕等地質(zhì)過程中不容易發(fā)生蝕變，因此可通過多種實驗手段對其進行研究，了解鋯石攜帶的地質(zhì)信息(雷瑋琰等， 2013)。沉積巖中碎屑鋯石以其U-Pb同位素體系封閉溫度高、受沉積作用和成巖作用影響小等特點，被廣泛應用于物源分析(蘭中伍等， 2006)。碎屑鋯石的U-Pb年齡譜系可直接反映沉積巖物源區(qū)巖石的年齡組成(Viola and Anczkiewicz， 2008)。近年來隨著原位微區(qū)分析技術(shù)的發(fā)展，結(jié)合陰極發(fā)光CL和背散射圖像，可精確識別出鋯石的繼承年齡、變質(zhì)年齡和結(jié)晶年齡，反映沉積巖形成過程中的多期不同地質(zhì)事件的發(fā)生時間。浙東南楓坪組系于1970年西安煤炭科學研究所浙南課題組創(chuàng)名沿用至今，前人雖對該地層巖性、沉積環(huán)境等方面進行了研究，但未深入了解其成巖年齡及物質(zhì)來源。本文依托于浙江省1∶5萬柳村、住龍區(qū)域地質(zhì)調(diào)查項目，利用激光剝蝕電感耦合等離子質(zhì)譜技術(shù)(LA-ICP-MS)對浙東南松陽縣楓坪組地層底部的細砂巖進行了碎屑鋯石U-Pb年代學研究，旨在確定巖石成巖年齡及物質(zhì)來源。

1 地質(zhì)背景及樣品信息

研究區(qū)位于華南褶皺系浙東南褶皺帶麗水-寧波隆起南西段龍泉-遂昌斷壟的中部地區(qū)，大地構(gòu)造位于歐亞大陸板塊與濱西太平洋板塊消減帶內(nèi)側(cè)華夏板塊西北部(王偉等， 2012)。出露的地層為八都巖群泗源巖組，磨石山群高塢組，大爽組三段，楓坪組一段、二段(圖1)。楓坪組與二長花崗斑巖巖體呈不整合接觸，與泗源巖組變質(zhì)巖呈斷裂接觸。區(qū)域內(nèi)斷裂以北東向為主。經(jīng)野外勘查，楓坪組一段巖性總體為淺灰色塊狀中粗粒巖屑石英砂巖、巖屑石英砂巖、巖屑砂巖等，厚度大于322.37 m。楓坪組二段巖性下部為塊狀深灰色中粒或中細粒巖屑砂巖，局部夾灰黑色薄層粉砂泥巖；上部為深灰色中粗粒巖屑石英砂巖夾灰黑色薄層泥巖。楓坪組一段與二段呈整合接觸。

本次實驗樣品采自松陽縣楓坪鄉(xiāng)洋莊源出露的楓坪組二段中細粒巖屑砂巖中，巖石呈中細粒砂狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造(圖2a)，礦物組成為石英(40%)、巖屑(50%)、泥質(zhì)膠結(jié)物(10%)。石英砂屑磨蝕搬運特征明顯，多呈次棱角狀-次圓狀，粒度0.05～0.6 mm，以0.06～0.25 mm的細砂為主，發(fā)育波狀消光。巖屑含量豐富，多呈磨圓的次圓狀，粒度0.05～0.5 mm，成分主要見有硅質(zhì)巖、泥質(zhì)硅質(zhì)巖、千枚狀泥巖、石英片巖、霏細巖和少量白云母碎片。以上砂屑之間由富含鐵塵的泥質(zhì)物充填和膠結(jié)(圖2b)。

2 測試方法

樣品質(zhì)量大約為3 kg，送至廊坊市河北區(qū)域地質(zhì)調(diào)查實驗室進行鋯石靶的制作。鋯石制靶完成后，根據(jù)鋯石光學圖像和CL圖像，避開裂紋和包裹體，確定合適的測點位置。鋯石U-Pb同位素定年和微量元素含量在武漢上譜分析科技有限責任公司利用LA-ICP-MS同時完成。激光剝蝕系統(tǒng)為GeoLasHd，等離子體質(zhì)譜儀為Agilent7900。激光能量80 mJ，頻率5 Hz，激光束斑直徑32 μm。激光剝蝕過程中采用氦氣作載氣、氬氣為補償氣以調(diào)節(jié)靈敏度。U-Pb同位素定年和微量元素處理中采用鋯石標準91500和玻璃標準物質(zhì)NIST610作外標分別進行同位素和微量元素分餾校正。每個時間分辨分析數(shù)據(jù)包括大約20～30 s空白信號和50 s樣品信號。對分析數(shù)據(jù)的離線處理(包括對樣品和空白信號的選擇、儀器靈敏度漂移校正、元素含量及U-Pb同位素比值和年齡計算) 采用軟件ICPMSDataCal完成。鋯石樣品的U-Pb年齡諧和圖繪制和年齡加權(quán)平均計算采用Isoplot/Ex_ver3完成(Ludwing，2003)。鋯石U-Th-Pb同位素比值、年齡數(shù)據(jù)及鋯石微量元素的單次測量的標準偏差為1σ，加權(quán)平均年齡采用1σ。

圖 1 研究區(qū)區(qū)域地質(zhì)圖Fig. 1 Tectonic geological map of the study area

圖 2 巖屑砂巖手標本(a)及顯微鏡下特征照片(b.TIF，+)Fig. 2 The hand specimen (a) and microscopic (b, +) photos of lithic sandstoneQ—石英； Dt—巖屑Q—quartz； Dt—detritus

3 測試結(jié)果及討論

3.1 鋯石U-Pb同位素年代學結(jié)果

鋯石陰極發(fā)光圖像(圖3)顯示鋯石形態(tài)以渾圓狀為主，少數(shù)呈棱柱狀或不規(guī)則多邊狀，且部分鋯石碎裂，粒徑為100～200 μm，顯示碎屑鋯石特征。大部分鋯石具有較好的振蕩環(huán)帶，表明其為巖漿成因。

樣品中鋯石Th、U和Th/U值變化區(qū)間較大(見表1)，鋯石中Th含量為2.95×10-6～504.98×10-6，U含量為80.02×10-6～1 051.15×10-6。大部分碎屑鋯石Th/U值大于0.1，顯示該部分鋯石為巖漿鋯石，另外存在小部分鋯石具有較低的Th含量和較高的U含量以及極低的Th/U值(小于0.1)，反映這些鋯石為變質(zhì)成因。

對楓坪組沉積巖樣品中80個碎屑鋯石進行LA-ICP-MS U-Pb同位素測定，為了數(shù)據(jù)的準確性剔除了諧和度小于90%的點號(40、45、54、66、74和80號)，同時對鋯石年齡大于1 000 Ma的數(shù)據(jù)采用207Pb/206Pb年齡，年齡小于1 000 Ma的數(shù)據(jù)采用206Pb/238U年齡使測試結(jié)果更具可靠性(Gehrelsetal., 1999)。通過對74個鋯石諧和年齡數(shù)據(jù)分析可知，鋯石年齡具有分組集中的特征，可將年齡分為兩組，其中一組年齡明顯較老，207Pb/206Pb年齡在2 461～1 743 Ma(表1)，這些年齡大部分諧和度較好，在U-Pb年齡諧和圖中分布在一致線上或附近(圖4)，這部分年齡的207Pb/206Pb加權(quán)平均年齡為 1 860±17 Ma，同時也有部分年齡諧和度較差，位于一致線下方，推測這是由于鋯石發(fā)生了Pb丟失造成的。另一組年齡明顯年輕，206Pb/238U表觀年齡在330～193 Ma之間，這組年齡諧和度較高，基本落在U-Pb諧和圖一致線上。所有的年齡在U-Pb年齡諧和圖上可以構(gòu)成一條很好的不一致線，并獲得243±57 Ma的下交點年齡和1 878±16 Ma的上交點年齡(圖4)。

圖 3 楓坪組沉積巖碎屑鋯石陰極發(fā)光圖像(CL)Fig. 3 CL images for detrital zircons from sedimentary rock of Fengping Formation

3.2 稀土元素特征

楓坪組粉砂巖樣品的碎屑鋯石LA-ICP-MS原位微區(qū)稀土元素含量結(jié)果見表2。由表2可知，鋯石ΣREE為29.15×10-6～1 924.66×10-6，LREE、HREE分別為0.89×10-6～383.82×10-6，27.13×10-6～1 875.53×10-6，鋯石稀土元素含量變化范圍較大。采用Taylor 等(1985)的球粒隕石平均值對原始測試結(jié)果進行標準化后可知，(La/Yb)N值為0～0.29，LREE/HREE值為0.003～0.977，表明樣品中鋯石的輕、重稀土元素分異程度較小且重稀土元素相對富集。

鋯石的稀土元素配分模式圖見圖5。由圖5可知，不同年齡段的鋯石均具有輕稀土元素含量低、重稀土元素含量高的左傾模式且具有適度的“谷”狀負Eu異常、“峰”狀正Ce異常，δEu值為0.006～0.749，δCe值為1.18～533.76。稀土元素越來越多地被應用于反映沉積環(huán)境的變化等研究中，一般Ce異?？捎糜谥甘境练e環(huán)境(雷開宇， 2015)，本樣品中δCe均大于1.05，反映了楓坪組砂巖沉積環(huán)境為缺氧的還原環(huán)境。

不同成因類型的鋯石，其稀土元素配分模式存在較大差別(Belousovaetal., 2002； 李小聰?shù)龋?2016)。典型的巖漿鋯石稀土元素配分模式特征為正Ce異常、負Eu異常、HREE富集，典型的變質(zhì)鋯石稀土元素配分模式特征為正Ce異常、負Eu異常、HREE相對平坦，典型的熱液鋯石相應特征為負Eu異常、LREE平坦，同時HREE富集。圖5顯示本樣品中絕大部分鋯石具有巖漿鋯石的典型特征，即富集HREE，虧損LREE，從LREE 到HREE元素的球粒隕石歸一化值呈逐步上升的趨勢，并且具有Ce的正異常和Eu的負異常。同時也存在少量的變質(zhì)鋯石，其稀土元素配分中HREE相對平坦，具正Ce異常和負Eu異常。因此，楓坪組細砂巖鋯石以為巖漿鋯石為主，同時存在少量的變質(zhì)鋯石。

圖 4 楓坪組細砂巖樣品碎屑鋯石U-Pb諧和圖(a)和年齡譜圖(b)Fig. 4 The U-Pb concordia plots(a) and age distribution patterns(b) of detrital zircons of fine sandstone from Fengping Formation

3.3 楓坪組沉積巖碎屑鋯石U-Pb年齡的地質(zhì)意義

本次測試中最年輕的碎屑鋯石年齡為193 Ma，顯示該樣品成巖年齡不晚于193 Ma。通過對楓坪組細砂巖中所獲得的諧和度較高(大于90%)的年齡進行統(tǒng)計，鋯石年齡可分為4組,分別為2 461 ～1 743 Ma、887 Ma、435和422 Ma、330～193 Ma。通過鋯石的形態(tài)、結(jié)構(gòu)和稀土元素特征分析，可確定樣品中鋯石多為巖漿成因的碎屑鋯石，因此每一個年齡區(qū)間的碎屑鋯石均代表了一次巖漿構(gòu)造事件。這些年齡區(qū)間的峰期年齡分別集中在1 961～1 743 Ma、887 Ma、435～422 Ma和254～193 Ma，在中國大地構(gòu)造期次上可分別對應呂梁期(2 500～1 800 Ma)、晉寧期(1 000～800 Ma)、加里東期(600～400 Ma)和印支-海西期(355～200 Ma)等構(gòu)造運動期次，表明本區(qū)的構(gòu)造巖漿活動與中國大地構(gòu)造運動相一致，并具有幕式發(fā)展的特征。通過統(tǒng)計4組年齡區(qū)間的碎屑鋯石顆數(shù)可知2 461～1 743 Ma年齡區(qū)間最多，為59顆，其他3組分別為1顆、2顆和12顆，可以推斷研究區(qū)在呂梁期巖漿構(gòu)造運動最為活躍，晉寧期和加里東期巖漿構(gòu)造運動微弱區(qū)域較穩(wěn)定，到印支期該區(qū)構(gòu)造活動又開始活躍。研究區(qū)位于浙江省東南部且?guī)r漿活動非常發(fā)育，按照構(gòu)造旋回和侵入時代，浙江省巖漿活動可劃分為中條期、晉寧期、加里東期、印支-海西期、燕山期及喜馬拉雅期。由碎屑鋯石U-Pb年齡分組集中特征顯示，樣品中年齡為1 961～1 743 Ma的一組碎屑鋯石數(shù)量最多占總數(shù)的54%，與已知的中條運動相對應。浙江省中條期巖漿巖僅分布在江紹拼接帶以南的華夏地塊中，主要侵位于八都巖群古老變質(zhì)巖中的花崗質(zhì)巖體。近年來有關中條期花崗質(zhì)巖體發(fā)表了大量的同位素測年資料，巖體形成時代在1 900～1 800 Ma之間，形成于古元古代。松陽里莊二長花崗巖年齡為1 870±36 Ma(甘曉春等， 1995)，黑云母花崗巖鋯石U-Pb同位素年齡為1 875±9 Ma(Yuetal.， 2009)，中粗粒鉀長花崗巖年齡為1 861±35 Ma(Xiaetal., 2012)。汪建國等(2013)[注]汪建國, 余盛強, 吳 鳴, 等. 2013. 1∶250 000衢州市區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告.報道松陽金竹巖體鋯石同位素定年結(jié)果為1 830+99/-54 Ma。該組碎屑鋯石年齡與中條期巖漿巖地質(zhì)年齡基本吻合且出露地理位置接近，推斷該組年齡段鋯石大部分來源于周邊出露的中條期侵入巖體。樣品中年齡為254～193 Ma的碎屑鋯石數(shù)量為9顆，占總數(shù)的12%，該組年齡段與已知的巖漿事件(印支運動)時間相對應。印支運動構(gòu)造表現(xiàn)在華南各處較為常見(毛建仁等， 2014)，近年來在浙江東南部也發(fā)現(xiàn)了較多的印支期花崗巖體，高萬里等(2014)對松陽縣靖居巖體石英正長巖進行鋯石U-Pb同位素定年可知年齡為245.7～241.2 Ma之間。李萬友等(2012)對靖居巖體正長花崗巖進行鋯石U-Pb同位素定年得到成巖年齡為215±2 Ma。遂昌翁山二長花崗巖巖的鋯石SHRIMP年齡為225±1 Ma(Yangetal.， 2011)。印支期花崗巖體在浙東南出露面積較小且分布不廣泛，僅限于江紹拼接帶以東、麗水-舟山斷裂帶以西的隆起帶上，空間分布上與古元古代變質(zhì)巖關系密切。因此推斷該組年齡段碎屑鋯石可能來自于浙東南出露的印支期花崗巖體。

圖 5 楓坪組細砂巖碎屑鋯石稀土元素球粒隕石標準化配分模式圖(標準值據(jù)Taylor and McLennan, 1985)Fig. 5 Chondrite-normalized REE patterns of detrital zircons of fine sandstone from Fengping Formation (normalization val-ues after Taylor and McLennan, 1985)

4 結(jié)論

(1) 鋯石U-Pb同位素定年分析結(jié)果可知，最年輕的鋯石年齡為193 Ma，顯示楓坪組沉積巖成巖年齡不晚于193 Ma。

(2) 樣品中鋯石稀土元素含量變化范圍較大，(La/Yb)N值、LREE/HREE值等表明樣品中鋯石的輕、重稀土元素分異程度較小且重稀土元素相對富集。不同年齡段的碎屑鋯石均具有輕稀土元素含量低、重稀土元素含量高的左傾模式且具有適度的負Eu異常、正Ce異常。鋯石稀土元素配分模式特征顯示，本樣品中鋯石主要以巖漿鋯石為主，同時存在少量的變質(zhì)鋯石。

(3) 鋯石年齡可分為4組，分別為2 461 ～1 743 Ma、887 Ma、435和422 Ma、330～193 Ma，在中國大地構(gòu)造期次上可分別對應呂梁期、晉寧期、加里東期和印支-海西期，表明本區(qū)的構(gòu)造巖漿活動與中國大地構(gòu)造運動相一致，并具有幕式發(fā)展的特征。通過對楓坪組沉積巖碎屑鋯石U-Pb年齡的系統(tǒng)分析并與可能物源區(qū)的年代學的對比研究顯示，楓坪組沉積巖物質(zhì)來源主要是周邊出露的中條期侵入巖體和浙東南出露的印支期花崗巖體。