浙東象山石浦生物礁灰?guī)r時(shí)代厘定及其層位歸屬

余明剛,洪文濤,錢邁平,段 政,姜 楊,陳 榮

(中國地質(zhì)調(diào)查局南京地質(zhì)調(diào)查中心,江蘇 南京 210016)

東南沿海中生代火山活動(dòng)強(qiáng)烈,形成大面積分布的鈣堿性火山巖,其中酸性-中酸性火山巖占總面積的90%以上,基性-中性巖類極少,它們沿海岸帶呈帶狀連續(xù)分布,組成長約2 000 km、寬300～500 km 的巨型火山巖帶[1]。其中在浙東象山、三門及新昌一帶零星出露一套罕見的疊層石-蟲管生物礁灰?guī)r,被稱為“石浦灰?guī)r”、“石浦群”或“石浦組”,本文用石浦組表述這套火山沉積地層[2-4]。關(guān)于石浦組的時(shí)代與成因爭議頗多,主要有:①新元古代構(gòu)造“天窗”出露的變質(zhì)雜巖[5];②古生代地層[6-7];③早白堊世海陸過渡相沉積地層,相當(dāng)于館頭組和朝川組[4,8-9];④古新世—始新世地層[2]。近年來,對石浦灰?guī)r時(shí)代和成因研究取得了新進(jìn)展,認(rèn)為石浦灰?guī)r形成于深入陸地的峽灣潮坪環(huán)境[10]和海侵沉積碳酸鹽巖環(huán)境[11];石浦灰?guī)r下部砂礫巖碎屑鋯石年齡為120～112 Ma[12],凝灰質(zhì)砂巖碎屑鋯石年齡為114 Ma,確定了該地層的下限年齡[11],但這些年齡研究對象集中于碎屑巖,缺少對其層位形成時(shí)代的準(zhǔn)確限定。本文對石浦組上段流紋巖和下段沉積巖中玄武巖夾層進(jìn)行LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年,對石浦組時(shí)代及層位進(jìn)行準(zhǔn)確厘定并與區(qū)域地層進(jìn)行對比,這對探討華南中生代構(gòu)造演化、巖相古地理及環(huán)境變遷具有重要意義。

1 地質(zhì)背景

浙東是中國東南沿海晚中生代火山巖漿活動(dòng)最強(qiáng)烈的地區(qū)之一,火山巖可劃分為上火山巖系和下火山巖系,其中下火山巖系呈面式展布,出露面積>40 000 km2,稱為磨石山群,自下而上進(jìn)一步劃分為大爽組、高塢組、西山頭組、茶灣組和九里坪組。上火山巖系零星出露于數(shù)十個(gè)火山盆地(包括永康群、天臺群、泰順組、小雄組等)中。永康群自下而上劃分為館頭組、朝川組(小平田組)和方巖組,主要分布于永康、新昌、諸暨、武義、水口、丁家畈和寧波等盆地。天臺、金華等盆地中上火山巖系稱為天臺群,包括塘上組、兩頭塘組和赤城山組[13]。上火山巖系最晚期地層為浙東濱海地區(qū)臨海、三門東部小雄盆地小雄組[14-15]。

在浙江象山縣石浦鎮(zhèn)附近出露一套火山-沉積巖系,主要由火山角礫巖、熔巖、砂巖、砂礫巖、泥巖、硅質(zhì)巖夾薄層及透鏡狀灰?guī)r組成,稱為石浦組[10],其分為上、下兩段:下段主要為海陸交互相的碎屑沉積巖與疊層石-蟲管生物礁灰?guī)r互層,夾薄層玄武巖;上段主要為流紋質(zhì)火山碎屑巖。沉積巖系走向總體呈近EW向,傾角由南向北逐漸變緩。由于其三面為斷層和石英斑巖侵人接觸,東面延伸入東海,呈“天窗式”構(gòu)造[2](圖1)。

圖1 浙東石浦地區(qū)中生代火山巖分布圖Fig. 1 Distribution of Mesozoic volcanic rocks in Shipu area, Xiangshan County,eastern Zhejiang

本次研究選擇石浦鎮(zhèn)平巖村—沙塘灣石浦組剖面(圖2),分為上、下兩段:下段為正常沉積碎屑巖與灰?guī)r(1～6層),與下伏西山頭組呈不整合接觸,包括角巖化長石砂巖和灰黑色薄層狀硅質(zhì)泥巖、生物礁灰?guī)r。在生物礁灰?guī)r層之下的砂泥巖層中,普遍發(fā)育1～2層較新鮮的薄層氣孔狀玄武巖流,厚度<10 cm,局部可見玄武巖渣餅。上段為火山巖(7層),上部為灰黃色含集塊角礫流紋巖,集塊和角礫為氣孔狀玄武巖,一般大小2～30 cm,大者可達(dá)100 cm,定向排列,氣孔狀構(gòu)造;玄武巖巖塊形態(tài)既有塑性又有剛性(棱角狀),部分較大的巖塊被寄主巖穿插分割,部分玄武巖塊壓扁拉長等塑性變形特征,偶見烘烤邊和冷凝邊(圖3(a))。以上特征表明,玄武巖和流紋巖幾乎同時(shí)噴發(fā);下部為灰色流紋質(zhì)弱熔結(jié)角礫凝灰?guī)r,二者為噴發(fā)不整合接觸(圖2)。

圖2 象山石浦平巖村—沙塘灣村石浦組剖面(據(jù)文獻(xiàn)[10]修改)Fig. 2 Geological section of the Shipu Formation in Pingyan-Shatangwan, Shipu area, Xiangshan County

Px.輝石；Kfs.鉀長石;Pl.斜長石;Qtz.石英(a).雙峰式火山巖;(b).侵入沉積巖中的雙峰式巖墻;(c).沉積巖中玄武巖夾層;(d).沉積巖之上殘留的玄武巖餅;(e).雙峰式火山巖之玄武巖(正交偏光20+);(f). 雙峰式火山巖之流紋巖(正交偏光);(g).球泡流紋巖(巖墻)(正交偏光);(h).沉積巖之上玄武質(zhì)火山角礫巖(正交偏光);(i).砂巖(正交偏光)圖3 巖石露頭照片及巖相學(xué)顯微照片F(xiàn)ig. 3 Field photographs and photomicrographs of representative rocks

2 巖石學(xué)特征

(1)玄武巖。杏仁狀構(gòu)造,粒玄結(jié)構(gòu),主要由板條狀半自形斜長石(50%～55%)和粒狀普通輝石(30%)及少量半自形斜方輝石等組成,輝石普遍發(fā)生綠泥石化,杏仁體主要為硅質(zhì)、綠簾石和沸石(圖3(e))。

(2)流紋巖。流紋構(gòu)造,斑狀結(jié)構(gòu),斑晶較少(<5%),以石英和鉀長石為主,石英熔蝕現(xiàn)象明顯,鉀長石較自形,表面泥化?；|(zhì)為霏細(xì)結(jié)構(gòu)、隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu),不同的脫?；瘶?gòu)成明暗相間的條帶,局部發(fā)生弱綠簾石化(圖3(f))。

(3)流紋巖斑巖。少斑、疏斑結(jié)構(gòu),斑晶為條紋長石,出現(xiàn)較寬的反應(yīng)邊,由長英質(zhì)集合體構(gòu)成;基質(zhì)主要呈嵌晶包含結(jié)構(gòu),出現(xiàn)較多石英晶體;球粒較常見,由放射狀長英質(zhì)集合體構(gòu)成,呈十字消光;另有極少量細(xì)小黑云母(圖3(g))。

(4)沉積巖中玄武質(zhì)角礫巖夾層?；鹕浇堑[結(jié)構(gòu),由大量玄武巖巖屑和角礫、斜長石晶屑及膠結(jié)物組成,膠結(jié)物普遍強(qiáng)烈碳酸鹽化。玄武巖巖屑和角礫呈棱角狀,不同程度碳酸鹽化和硅化,部分仍較新鮮,多數(shù)由大量定向排列的針柱狀斜長石微晶及玻璃質(zhì)組成,部分為結(jié)晶較粗的斜長石與輝石及玻璃質(zhì)等構(gòu)成間隱結(jié)構(gòu)。斜長石晶屑粒徑小于玄武巖巖屑和角礫,發(fā)生碳酸鹽化和硅化(圖3(h))。

(5)硅化泥質(zhì)粉砂質(zhì)。局部顯紋層狀構(gòu)造,含較多粉砂級石英晶屑,泥質(zhì)含量低,普遍發(fā)生絹云母化,局部硅化較強(qiáng)烈,有次生石英和石英細(xì)脈(圖3(i))。

3 分析方法

本研究用于U-Pb定年的鋯石挑選自重約1 kg的新鮮巖石樣品,樣品的粉碎及鋯石的挑選均在河北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所完成。每個(gè)樣品在NiKon雙目顯微鏡下挑選出鋯石100多顆,樣品靶直徑為1.4 cm。在開始鋯石U-Pb分析前,對制靶后的鋯石樣品進(jìn)行顯微鏡下觀察和透、反射光照相,進(jìn)行陰極發(fā)光(CL)分析,確定鋯石顆粒內(nèi)部結(jié)構(gòu),然后進(jìn)行鋯石U-Pb定年和Hf同位素分析,鋯石顆粒的背散射電子圖像如圖4所示。鋯石制靶、CL分析、鋯石U-Pb定年均在南京大學(xué)內(nèi)生金屬礦床成礦機(jī)制研究國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。CL分析在JEOL JXA-8100電子探針儀上進(jìn)行,工作條件為加速電壓15 kV,束電流2×10-8A。

圖4 象山石浦組火山巖鋯石CL圖像Fig. 4 CL images of zircons from volcanic rocks in Shipu Formation, Xiangshan County

LA-ICP-MS鋯石U-Pb 定年采用的儀器型號為Agilent 7500 a,激光剝蝕系統(tǒng)為New Wave UP213激光器(λ=213 nm)。工作參數(shù)為:等離子氣體Ar為1.6 L/min,輔助氣體Ar為1 L/min,剝蝕物質(zhì)載氣He為 0.9～1.2 L/min,激光脈沖頻率5 Hz,激光束斑直徑為40 μm,剝蝕時(shí)間90 s,背景測量時(shí)間40 s,脈沖能量為10～20 J/cm2,用外標(biāo)鋯石GEMOC/GJ-1,其U-Pb年齡為601 Ma,對儀器和激光熔樣導(dǎo)致的質(zhì)量偏倚和U-Pb份異進(jìn)行校正,普通鉛按照方法[16]進(jìn)行校正,校正后的數(shù)值應(yīng)用Isoplot/Ex Version 3.23[17]完成鋯石U-Pb年齡諧和圖繪制及206Pb/238U年齡加權(quán)平均值計(jì)算。詳細(xì)的分析方法和流程見文獻(xiàn)[18-19]。

4 鋯石定年結(jié)果

本次對象山石浦組上段流紋巖和下段沉積巖中的玄武質(zhì)角礫巖進(jìn)行LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年,定年結(jié)果見表1。

表1 象山石浦組火山巖LA-CP-MS鋯石U-Pb定年結(jié)果

(1)流紋巖。樣品09XS1-6中的鋯石均自形,呈長柱狀,長120～250 μm。鋯石陰極發(fā)光圖像(圖4)顯示鋯石有清晰的振蕩環(huán)帶結(jié)構(gòu),Th/U值為1.10～2.52,均為典型的巖漿鋯石。鋯石20個(gè)測點(diǎn)集中落在諧和曲線上,206Pb/238U加權(quán)平均年齡為(117.8±2.2) Ma(MSWD=4.6),代表了石浦組上段火山巖年齡(圖5)。

(2)沉積巖中玄武巖夾層。樣品09XS7-3中鋯石均自形,呈長柱狀,長60～100 μm(圖4)。Th/U值為0.76～2.43,均為典型的巖漿鋯石。本次研究共對20個(gè)鋯石顆粒進(jìn)行了分析,所有測點(diǎn)都位于諧和線或附近,它們的206Pb/238U加權(quán)平均年齡為(116.1±1.0) Ma(MSWD=0.99),代表了玄武巖的形成年齡和石浦組下段生物礁灰?guī)r的年齡(圖5)。

圖5 象山石浦組火山巖鋯石U-Pb年齡諧和圖Fig. 5 Zircon U-Pb concordia diagrams of volcanic rocks in the Shipu Formation, Xiangshan County

以上年齡數(shù)據(jù)顯示,下段火山巖年齡較上段年輕,有年齡倒置現(xiàn)象,不能說明上、下段年齡存在明顯差別或地層倒轉(zhuǎn),因現(xiàn)有LA-ICP-MS分析檢測限為1%～2%,以上年齡差別在誤差范圍之內(nèi),表明石浦組上、下段火山巖極短時(shí)間內(nèi)近同時(shí)噴發(fā),其形成于早白堊世晚期。

5 石浦組歸屬及區(qū)域地層對比

浙東晚中生代火山活動(dòng)可分為早、晚兩期4個(gè)旋回。早期下火山巖系火山活動(dòng)時(shí)代主要為早白堊世早期,火山地層為磨石山群,包括第Ⅰ和第Ⅱ火山活動(dòng)旋回:第Ⅰ旋回包括大爽組和高塢組,形成時(shí)代為140～128 Ma。大爽組主要為一套以火山碎屑巖為主,夾中-酸性熔巖和火山碎屑沉積巖,與下伏中侏羅統(tǒng)及以下地層呈不整合接觸;高塢組主要為一套厚層塊狀中酸性熔結(jié)凝灰?guī)r,整合覆蓋于大爽組之上[1,20-25];第Ⅱ旋回包括西山頭組、茶灣組和九里坪組,形成時(shí)代為128～120 Ma。西山頭組為一套中酸性火山巖(少量玄武巖)夾火山碎屑沉積巖組合,茶灣組主要為一套火山碎屑沉積巖及少量火山巖,九里坪組主要為一套流紋巖[25-31]。本文獲得的石浦組火山巖年齡(117.8～116 Ma)明顯晚于磨石山群年齡,其雙峰式火山巖及沉積巖組合特征與磨石山群明顯不符,石浦組年齡在時(shí)代上與上火山巖系相近。

晚期上火山巖系火山活動(dòng)時(shí)代主要為早白堊世晚期—晚白堊世,包括第Ⅲ和第Ⅳ火山活動(dòng)旋回,與下火山巖系呈區(qū)域不整合接觸。第Ⅲ旋回為永康群、泰順組,形成時(shí)代為120～100 Ma,其中永康群分為館頭組、朝川組(小平田組)和方巖組。石浦組與館頭組、朝川組(小平田組)及泰順組(120～100 Ma)年齡一致。但泰順組僅分布于浙閩交界地區(qū),為一套深湖相沉積巖夾火山碎屑巖組合,整合于朝川組之上;小平田組以酸性、中酸性火山巖為主;方巖組為巨厚的礫巖層;第Ⅳ旋回小雄組巖性組合為堿長流紋巖、流紋質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r,為浙江白堊紀(jì)最晚期火山活動(dòng)產(chǎn)物,形成時(shí)代為94～88 Ma,它們與石浦組均相差較大[14-15,20-25,31-40]。

近年來,在浙江永康、東陽盆地白堊紀(jì)館頭組(113 Ma)和朝川組(110 Ma)均發(fā)現(xiàn)湖相碳酸鹽巖[10,41],館頭組中多為雜色沉積,多處見碳質(zhì)泥巖、頁巖及泥灰?guī)r。新昌盆地館頭組以雙峰式火山巖和雜色沉積巖組合為特征,形成環(huán)境為湖相、還原環(huán)境。朝川組總體上為一套紫紅色紅層間夾薄層火山巖,形成于河流相氧化環(huán)境,與象山石浦組雙峰式火山巖及雜色沉積巖組合為特征不符(圖6)。

圖6 浙東晚中生代火山活動(dòng)柱狀圖Fig. 6 Column of Late Mesozoic volcanic activities in the eastern Zhejiang Province

象山石浦組雙峰式火山巖以雜色沉積巖組合為特征,形成環(huán)境為陸地峽灣潮坪環(huán)境,沉積物以陸源碎屑為主,夾少量潮汐攜帶來的海相生物碎屑,與館頭組巖性組合及形成環(huán)境類似,為同期異相地層[10]。鑒于象山石浦及鄰區(qū)新昌蘇秦、三門里金、寧海南灣村和臨海小嶺等地區(qū)也出現(xiàn)疊層石-蟲管生物礁灰?guī)r等獨(dú)特特征,區(qū)別于東南沿海中生代火山巖其他火山-沉積地層,建議這套疊層石-蟲管生物礁灰?guī)r地層稱為石浦組,與同期館頭組等相區(qū)別。

6 結(jié)論

(1)浙東象山石浦組為雙峰式玄武巖-流紋巖與雜色含生物碎屑沉積巖組合,劃分為上、下兩段:下段為正常沉積碎屑巖與含疊層石灰?guī)r,夾薄層玄武巖,主要巖石類型為砂礫巖、砂巖、硅質(zhì)巖及灰黑色薄層狀泥巖及疊層石-蟲管生物礁灰?guī)r和玄武巖;上段為含玄武巖集塊角礫流紋質(zhì)熔巖、流紋質(zhì)弱熔結(jié)角礫凝灰?guī)r。

(2)石浦組下段灰?guī)r中玄武巖夾層和上段流紋質(zhì)集塊角礫熔巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡分別為(117.8±2.2) Ma和(116.1±1.0) Ma,表明石浦組形成于早白堊世晚期。

(3)根據(jù)時(shí)代、巖石組合及沉積環(huán)境等綜合對比結(jié)果,確定象山盆地石浦組與永康盆地、新昌盆地館頭組層位相當(dāng),為同期異相地層,鑒于石浦組含疊層石灰?guī)r的獨(dú)特特征,區(qū)別于東南沿海中生代火山巖其他火山-沉積地層。