膠北地塊古元古代花崗偉晶巖脈的鋯石SHRIMP U-Pb年代學(xué)特征及地質(zhì)意義

張志剛

(山東省地質(zhì)調(diào)查院，山東 濟(jì)南 250013)

0 引言

偉晶巖作為一種特殊的巖漿巖類，前人研究認(rèn)為其成因大致可以分為兩種，即與巖漿活動有關(guān)的巖漿成因偉晶巖類和與變質(zhì)活動有關(guān)的變質(zhì)成因偉晶巖類；巖漿成因偉晶巖類一般形成于造山運(yùn)動后的構(gòu)造轉(zhuǎn)換期，全球大型的偉晶巖礦床多發(fā)育于造山后地殼伸展環(huán)境，而發(fā)育于非造山環(huán)境的巖漿成因偉晶巖極少[1]；變質(zhì)成因類偉晶巖一般與沉積地層的變質(zhì)深熔作用有關(guān)，在國內(nèi)外前寒武紀(jì)地質(zhì)體中發(fā)育較為廣泛。

華北陸塊東部膠-遼-吉造山帶是目前國內(nèi)報(bào)道的最古老的造山帶之一。其作為華北克拉通內(nèi)3條古元古代造山帶之一，造山帶內(nèi)物質(zhì)組成豐富，以大面積分布的古元古代(火山)沉積巖系為主要特征。近年來，國內(nèi)外學(xué)者在膠-遼-吉古元古代造山帶開展了大量的研究工作，尤其在膠-遼-吉帶北部吉遼帶內(nèi)，大多學(xué)者多以巖石地層、花崗巖、變質(zhì)基性火山巖等為研究對象，在造山帶物質(zhì)來源、地層格架、巖漿作用、變質(zhì)作用性質(zhì)及演化過程等方面取得了很多重要的成果和進(jìn)展[2-5]。但是在偉晶巖這一特殊巖類方面的研究開展的工作不多，僅在膠-遼-吉造山帶北部見有花崗偉晶巖(～1.8Ga)鋯石U-Pb年齡及鋯石微量元素及Hf同位素的研究。認(rèn)為該期偉晶巖具有巖漿及變質(zhì)兩種成因，其發(fā)育時(shí)代跨度較大(1.74～1.87Ga)，為造山后期區(qū)域伸展環(huán)境下，大量造山帶殘余巖漿或深熔脈體上涌至淺部地層中形成偉晶巖脈(墻)或巖體[1]。而在膠-遼-吉造山帶南部膠北地塊一帶則未見同時(shí)代偉晶巖類相關(guān)報(bào)道，該次工作對膠東古元古代荊山群中的花崗偉晶巖脈進(jìn)行了同位素年代學(xué)的研究，運(yùn)用鋯石SHRIMP U-Pb高精度測年來約束其形成時(shí)代，進(jìn)一步探討了1.8Ga深熔作用在膠-遼-吉造山帶南段膠東地區(qū)與北段遼西地區(qū)聯(lián)系。

1 地質(zhì)背景

膠東地區(qū)受太平洋板塊向歐亞板塊的俯沖作用，古老的下部地殼物質(zhì)抬升遭受剝蝕，現(xiàn)今存留的前寒武紀(jì)地質(zhì)體包括新太古代中期至元古代巖漿巖和變質(zhì)地層[6]。該造山帶在膠東主要?dú)埩袅送谂鲎不◢弾r、基性巖脈及同期的火山-碎屑沉積物，殘留體之間的大地構(gòu)造屬性尚不明確。其中古元古代花崗巖以大柳行序列為代表，巖性為片麻狀中粒含角閃(黑云)二長花崗巖，多大面積出露；基性巖脈以萊州序列為代表，主要巖性為變純橄巖、變輝長巖基性巖墻群；而火山-碎屑沉積物則以荊山群、粉子山群為代表，其中荊山群主要為一套高鋁片巖、變粒巖、大理巖、含石墨巖系、片麻巖、透輝巖等為主的變質(zhì)巖，變質(zhì)程度達(dá)到角閃巖相-麻粒巖相，并在其中發(fā)現(xiàn)了高壓泥質(zhì)麻粒巖；粉子山群為一套含磁鐵巖系、變粒巖、高鋁片巖、長石石英巖、大理巖、含石墨巖系、透閃巖等，變質(zhì)程度為綠片巖相-角閃巖相[7-8]。其中荊山群變質(zhì)程度明顯高于粉子山群，可能反映了深熔作用過程中變質(zhì)相的深—淺層次的不同(圖1)。元古代后調(diào)查區(qū)進(jìn)入華北地塊演化階段，特別是進(jìn)入中生代受揚(yáng)子板塊的俯沖作用影響，華北陸塊東部巖石圈減薄，區(qū)內(nèi)主要發(fā)育中生代侵入巖及地層，對早期形成的前寒武紀(jì)地質(zhì)體破壞較大。

圖1 膠東地區(qū)地質(zhì)簡圖(據(jù)謝士穩(wěn)等，2014)

2 樣品采集及野外地質(zhì)特征

2件花崗偉晶巖樣品(CY04，CY08)取自萊西市西側(cè)及南側(cè)兩地(圖1)，萊西西側(cè)花崗偉晶巖呈不規(guī)則狀、網(wǎng)脈狀產(chǎn)出于古元古代荊山群長石石英巖中，二者界線截然(圖2)。偉晶巖一般為淺灰色、灰白色，花崗偉晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。偉晶巖脈總體走向近SW—NE，寬度一般約0.2～0.5m，局部為不規(guī)則瘤狀產(chǎn)出，順脈體走向局部寬度可達(dá)2m左右。萊西南側(cè)荊山群露頭較差，偉晶巖呈脈狀產(chǎn)于淺粒巖中，脈體寬約2m，二者接觸界面平直，受后期構(gòu)造影響，偉晶巖具輕度碎裂巖化。在對比了楊紅等[1]在遼寧寬甸地區(qū)的花崗偉晶巖野外產(chǎn)出時(shí)空特征，寬甸地區(qū)的花崗偉晶巖侵入于古元古代地層遼河群中，而遼河群與荊山群在巖石組合及變質(zhì)特征上具有可對比性[4]，推測可能與研究區(qū)的花崗偉晶巖具有可對比性，故在研究了調(diào)查區(qū)花崗偉晶巖的產(chǎn)出特征后，對其進(jìn)行了年代學(xué)研究，以期獲得其與寬甸地區(qū)古元古代花崗偉晶巖時(shí)間上的親緣性。

3 測試方法

樣品碎樣工作由河北省區(qū)域地質(zhì)研究所實(shí)驗(yàn)室完成，鋯石U-Pb定年在北京離子探針中心SHRIMP Ⅱ上完成[9]。首先樣品經(jīng)機(jī)械破碎后，過100目篩，按常規(guī)重力和磁選方法從花崗偉晶巖樣品中分選出鋯石來，最后在雙目鏡下挑選。將待測樣品鋯石和數(shù)粒TEM標(biāo)樣置于環(huán)氧樹脂制靶，然后磨至一半，使鋯石內(nèi)部結(jié)構(gòu)暴露，再拋光鍍上金膜，用于陰極發(fā)光圖像分析及SHRIMP U-Pb分析。測試時(shí)，一般一次流O-2強(qiáng)度為3～5nA，束斑直徑為25～30μm。標(biāo)樣M257(U=840×10-6[10])和TEM(年齡為417Ma[11])分別用于鋯石U含量和年齡校正。每分析3～5個(gè)未知樣品數(shù)據(jù)，分析1次標(biāo)準(zhǔn)鋯石TEM。未知樣品每個(gè)分析點(diǎn)采用5組掃描，同時(shí)標(biāo)準(zhǔn)鋯石TEM為5組掃描。數(shù)據(jù)處理采用SQUID和ISOPLOT程序[12]。根據(jù)實(shí)測204Pb含量校正普通鉛，采用207Pb/206Pb年齡為鋯石年齡，同位素比值和單點(diǎn)年齡誤差均為1σ。

圖2 膠東萊西地區(qū)古元古代荊山群長石石英巖及偉晶巖脈野外接觸關(guān)系照片

4 鋯石U-Pb同位素年代學(xué)特征

4.1 鋯石成因分析

鋯石在體視鏡下顯示為玫瑰色，其大小不一，一般50～200μm，少量大者可達(dá)250μm，半自形柱狀、斷柱狀、次渾圓粒狀，有裂紋，晶棱晶錐略顯鈍化，可見錐柱不對稱的歪晶，表面少見凹坑溝槽等溶蝕痕跡，兩件鋯石樣品顏色單一，顯示為同期次同成因鋯石。鋯石CL圖像顯示出清晰的震蕩環(huán)帶，未見明顯的變質(zhì)增生邊，應(yīng)為巖漿結(jié)晶鋯石，鋯石受后期變質(zhì)改造不顯著，鋯石表面未見明顯的溶蝕特征(圖3)。兩組樣品鋯石的Th/U比值介于0.34～1.48(表1)，顯示出巖漿鋯石的Th/U比值特征。說明兩件樣品的鋯石在形成后，保持了較好的U-Pb同位素封閉體系。

4.2 鋯石U-Pb測年結(jié)果

該次工作所獲得的偉晶巖鋯石U-Pb同位素加權(quán)平均年齡為1.83～1.84Ga，其核部與邊部年齡一致，與前人獲得的變質(zhì)深熔作用年齡在誤差范圍內(nèi)是一致的(圖4)。其中CY04樣品所測13點(diǎn)，其206Pb/207Pb加權(quán)平均年齡為1840±8Ma，CY08樣品所測14點(diǎn)，其206Pb/207Pb加權(quán)平均年齡為(1837±16)Ma，兩件樣品數(shù)據(jù)置信度極好，在誤差范圍內(nèi)完全一致，代表了花崗偉晶巖的結(jié)晶年齡。

5 花崗偉晶巖脈的地質(zhì)意義

前人的研究認(rèn)為膠北地塊的古元古代變質(zhì)巖組合，是華北克拉通東部陸塊古元古代膠-遼-吉造山帶在膠東半島的延伸[13-17]。其精細(xì)的構(gòu)造屬性尚需進(jìn)一步研究，但基本確定的膠東地區(qū)存在～1.8Ga的變質(zhì)深熔作用。

近年來，膠北地區(qū)古元古代大地構(gòu)造運(yùn)動的機(jī)制備受矚目，目前普遍認(rèn)為膠北地區(qū)主要由古元古代膠-遼-吉造山帶早期伸展作用所形成的裂解型花崗巖類及后期的火山-沉積建造，且有島弧性質(zhì)的高壓麻粒巖存在[18-22]，指示膠北隆起區(qū)在2.1Ga后期可能發(fā)育了一套相對較完整的弧盆體系。

而調(diào)查區(qū)發(fā)育的～1.8Ga變質(zhì)深熔作用指示了弧盆體系向碰撞造山體系轉(zhuǎn)變，其大地構(gòu)造演化模式與遼寧一帶的狼林地塊與龍崗地塊間的構(gòu)造演化具有時(shí)間一致性，但研究區(qū)陸陸碰撞模式兩側(cè)的塊體屬性尚不明確。隨后的碰撞造山作用導(dǎo)致了古元古代火山-沉積巖系(荊山群)發(fā)生了熔融作用。造山帶深部層次的荊山群變質(zhì)程度較高，變質(zhì)程度達(dá)到角閃巖相-麻粒巖相，而淺部層次的粉子山群變質(zhì)程度相對較低，僅達(dá)到綠片巖相。該期深熔作用過程中形成了研究區(qū)荊山群中大量發(fā)育的花崗質(zhì)巖脈，但規(guī)模較小。其后區(qū)域進(jìn)入(后造山)伸展環(huán)境，俯沖巖片發(fā)生折返作用抬升至地表，受強(qiáng)烈的減壓作用，大量分異較高的花崗質(zhì)巖漿上涌侵入上部地殼，形成了現(xiàn)今膠東地區(qū)的古元古代地質(zhì)體組合，進(jìn)入華北陸塊的演化階段。

圖3 萊西地區(qū)花崗偉晶中鋯石CL圖像和U-Pb年齡

表1 膠東萊西地區(qū)花崗偉晶巖鋯石SHRIMP U-Pb年齡

Pb*為放射性成因鉛

圖4 萊西地區(qū)花崗偉晶巖鋯石206Pb/238U-207Pb/235U年齡諧和圖

膠東地區(qū)的深熔作用多有變質(zhì)深熔脈體發(fā)育[23-28]，深熔脈體為花崗質(zhì)(脈)體，其規(guī)模一般較小，多為原地熔融產(chǎn)物，且形成時(shí)代為18.6～19Ga。而本次工作獲得的侵入荊山群的偉晶巖脈年齡較深熔作用晚約20～60Ma。一般認(rèn)為造山帶從陸陸碰撞的擠壓應(yīng)力場到造山后伸展應(yīng)力場所需時(shí)間約50～100Ma[29]，而深熔作用一般發(fā)生在陸陸碰撞中后期，研究區(qū)花崗偉晶巖從時(shí)間尺度上符合造山后期伸展作用成因，結(jié)合花崗偉晶巖的野外產(chǎn)出特征及規(guī)模，筆者認(rèn)為研究區(qū)花崗偉晶巖是膠-遼-吉造山帶晚期伸展作用產(chǎn)物，造山后期大量的殘余巖漿上涌侵入至古元古代地層中形成。

6 結(jié)論

(1)獲得了膠東地區(qū)荊山群內(nèi)的偉晶巖脈的精確結(jié)晶年齡為～1.84Ga，與楊紅等在遼寧寬甸一帶取得的偉晶巖年齡一致，代表了一次區(qū)域伸展事件。

(2)通過區(qū)域?qū)Ρ燃巴凰啬甏鷮W(xué)的研究，進(jìn)一步證實(shí)了1.84Ga的伸展事件在膠北地區(qū)的存在。

(3)研究區(qū)花崗偉晶巖成因與遼西地區(qū)可對比，暗示膠北地區(qū)～1.84Ga伸展作用與遼西地區(qū)同期花崗偉晶巖具有時(shí)空一致性。