遼南莊河斜哨巖體LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡及巖石地球化學(xué)特征

劉文彬

(遼寧省地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院，沈陽(yáng) 110031)

0 引言

研究區(qū)位于華北克拉通北緣東段，膠遼吉活動(dòng)帶內(nèi)(趙國(guó)春, 2009)，關(guān)于其構(gòu)造環(huán)境、巖體年代學(xué)等問(wèn)題，存在很多爭(zhēng)論[1-2]，本次工作在詳細(xì)分析前人資料的前提下，通過(guò)1∶5萬(wàn)區(qū)域地質(zhì)填圖的野外實(shí)際觀察，對(duì)出露于研究區(qū)斜哨一帶的斜哨巖體進(jìn)行了深入研究。斜哨巖體最早由遼寧區(qū)調(diào)隊(duì)(1992)在榜式堡等4幅1∶5萬(wàn)區(qū)調(diào)中建立，認(rèn)為其時(shí)代為三疊紀(jì)①。1∶25萬(wàn)營(yíng)口市幅區(qū)調(diào)(2001)中認(rèn)為控制其就位的構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)為中三疊世自東向西的水平剪切滑脫應(yīng)力，且侵入其中的臥龍泉巖體時(shí)限為晚三疊世早期，因此將該單元限定于中三疊世②。該巖體缺乏高精度測(cè)年資料，且年代學(xué)資料的不準(zhǔn)確，直接影響了該巖體甚至該研究區(qū)在中生代所處的構(gòu)造意義。如果其為中三疊世巖體，則其應(yīng)受印支期構(gòu)造旋回影響；而如果為晚三疊世以后則應(yīng)受燕山期構(gòu)造旋回影響，相應(yīng)的其構(gòu)造意義也會(huì)發(fā)生改變。因此，本次對(duì)斜哨巖體巖石學(xué)、地球化學(xué)和年代學(xué)進(jìn)行研究，旨在確定巖體的準(zhǔn)確年代、分布范圍，并結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料建立巖漿演化序列，探討巖石成因和構(gòu)造環(huán)境等。

1 地質(zhì)背景

工作區(qū)位于華北陸塊北緣東段，出露地層主要為古元古代遼河巖群，其上由中元古代的榆樹砬子組構(gòu)成似蓋層，似蓋層之上由新元古界永寧組的淺變質(zhì)和未變質(zhì)沉積巖系構(gòu)成蓋層。區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)烈的拉伸應(yīng)變和收縮作用，導(dǎo)致不同地質(zhì)體中產(chǎn)生多級(jí)組合的韌性-韌-脆性剪切滑脫變形、褶皺變形，并最終導(dǎo)致脆性斷裂系統(tǒng)的形成，同時(shí)伴生頻繁的三疊紀(jì)及白堊紀(jì)巖漿侵入活動(dòng)。斜哨巖體出露面積約23.13 km2，呈不規(guī)則團(tuán)塊狀巖株或巖瘤產(chǎn)出，空間上侵入中元古代榆樹砬子組、新元古代永寧組和晚三疊世似斑狀黑云母二長(zhǎng)花崗巖、中粒黑云母二長(zhǎng)花崗巖，被早白堊世中細(xì)粒黑云母二長(zhǎng)花崗巖侵入。

2 樣品采集和測(cè)試方法

(1)樣品采集及巖石特征

本次共采集4件巖石地球化學(xué)樣品和1件測(cè)年樣品(RZ35)，巖性均為中細(xì)粒石英閃長(zhǎng)巖，巖石新鮮，蝕變微弱，具有代表性。4件巖石地球化學(xué)樣品分別采自巖體不同部位(圖1)，測(cè)年樣品(RZ35)采自斜哨巖體中心(圖1)，地理坐標(biāo)為N40°7′31″、E122°55′58″。

圖1 研究區(qū)地質(zhì)略圖Fig.1 Geological sketch of the study area1.古元古代蓋縣巖組片巖；2.中元古代榆樹砬子巖組；3.新元古代永寧組；4.早白堊系小嶺組；5.古元古代似斑狀黑云母二長(zhǎng)花崗巖(臥龍泉巖體)；6.古元古代角閃正長(zhǎng)巖(梁屯巖體)；7.晚三疊世似斑狀黑云母二長(zhǎng)花崗巖(前豹溝巖體)；8.晚三疊世中粒黑云母二長(zhǎng)花崗巖(東屯巖體)；9.晚三疊世中細(xì)粒似斑狀黑云母二長(zhǎng)花崗巖(同順屯巖體)；10.晚三疊世中粗粒二長(zhǎng)花崗巖(廟嶺巖體)；11.早白堊世中細(xì)粒石英閃長(zhǎng)巖(斜哨巖體)；12.早白堊世中細(xì)?；◢忛W長(zhǎng)巖(步云山巖體)；13.早白堊世花崗閃長(zhǎng)斑巖(同江峪巖體)；14.早白堊世中細(xì)粒黑云母二長(zhǎng)花崗巖(龍?zhí)稖蠋r體)；15.測(cè)年樣采樣位置；16.地球化學(xué)樣品采樣位置

中細(xì)粒石英閃長(zhǎng)巖呈灰白色，中細(xì)粒半自形粒狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造(圖2)。巖石主要由斜長(zhǎng)石、石英、黑云母、角閃石組成。斜長(zhǎng)石呈半自形板狀，粒度0.4～2 mm，少部分為2～2.8 mm，其含量60%±，斜長(zhǎng)石多表面較干凈，局部輕微絹云母化，有時(shí)可見環(huán)帶構(gòu)造，偶見鉀長(zhǎng)石呈填隙狀分布于斜長(zhǎng)石粒間。石英呈它形粒狀，粒度一般0.2～2 mm，含量10%±，單晶或集合體填隙狀分布于斜長(zhǎng)石粒間。黑云母呈鱗片狀、葉片狀，粒度一般0.2～2 mm，含量15%。角閃石呈半自形柱粒狀，粒度一般0.2～2 mm，少部分黑云母粒度2～4.5 mm，含量15%，雜亂或集合體聚集似堆狀分布。副礦物主要為鋯石、磷灰石、磁鐵礦等。

(2)測(cè)試方法

地球化學(xué)樣品測(cè)試分析由國(guó)土資源部沈陽(yáng)礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測(cè)中心完成，單礦物的分選由河北省廊坊區(qū)域地質(zhì)調(diào)查研究院地質(zhì)實(shí)驗(yàn)室完成，鋯石樣品靶制備和陰極發(fā)光圖像的拍攝由南京宏創(chuàng)地質(zhì)勘查技術(shù)服務(wù)公司完成，LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素測(cè)試分析在北京燕都中實(shí)測(cè)試技術(shù)公司完成[3]。

激光剝蝕系統(tǒng)為New Wave UP213，ICP-MS為布魯克M90。激光剝蝕過(guò)程中采用氦氣作載氣、氬氣為補(bǔ)償氣以調(diào)節(jié)靈敏度，二者在進(jìn)入ICP之前通過(guò)一個(gè)勻化混合器混合。每個(gè)樣品點(diǎn)分辨包括大約20～30 s的空白信號(hào)和50 s的樣品信號(hào)。U-Pb同位素定年中采用鋯石標(biāo)準(zhǔn)91500和Plesovice作為外標(biāo)進(jìn)行同位素分餾校正, 對(duì)分析數(shù)據(jù)的離線處理(包括對(duì)樣品和空白信號(hào)的選擇、儀器靈敏度漂移校正、元素含量及U-Th-Pb同位素比值和年齡計(jì)算)采用軟件ICPMSDataCal完成[4-5]。

圖2 斜哨中細(xì)粒石英閃長(zhǎng)巖照片F(xiàn)ig.2 Micro-photo of medium-fine grained quartz diorite in Xieshao intrusive bodya.野外巖貌；b.顯微照片

圖3 RZ35樣品鋯石陰極發(fā)光(CL)圖像及LA-ICP-MS測(cè)點(diǎn)位置Fig.3 Zircon CL image and U-Pb measuring pints at sample RZ35

RZ35樣品鋯石透明，呈黃粉色、金剛光澤，個(gè)別可見固相包體，粒徑0.08～0.30 mm為主、少數(shù)0.30～0.80 mm，長(zhǎng)寬比多為2～4.5，自形半自形斷柱狀 柱狀、棱角塊狀，可見凹坑溝槽等溶蝕痕跡，常見錐柱不對(duì)稱的歪晶，部分可見鐵染，顏色單一，晶群集中，改造程度相近，為同源產(chǎn)物(圖3)。

本次工作測(cè)試的是鋯石邊部，代表后期巖漿作用的產(chǎn)物，并沒有選擇對(duì)鋯石核部處進(jìn)行測(cè)定，因?yàn)楹瞬總€(gè)別會(huì)存在早期巖漿鋯石殘留，可能會(huì)對(duì)分析結(jié)果造成一定的影響[6]。

3 樣品測(cè)試結(jié)果

3.1 巖石地球化學(xué)特征

斜哨中細(xì)粒石英閃長(zhǎng)巖共分析4件地球化學(xué)樣品，分析結(jié)果見表1。w(SiO2)=52.3%～58.1%，w(Na2O+K2O)=4.3%～5.6%，w(Na2O)/w(K2O)=1.1～1.7。里特曼指數(shù)σ平均值為1.75，屬鈣堿系列，鋁飽和指數(shù)A/CNK平均值為0.84，A/NK平均值為2.24，反映出其屬準(zhǔn)鋁類型巖石；在w(SiO2)—w(K2O)圖解(圖4)中落于高鉀鈣堿性系列。

圖4 斜哨中細(xì)粒石英閃長(zhǎng)巖w(SiO2)—w(K2O)圖解Fig.4 w(SiO2)-w(K2O) diagram of Xieshao intrusive body

斜哨中細(xì)粒石英閃長(zhǎng)巖富集大離子親石元素K、Rb、Ba、Th、U，虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素P(圖5)。與陸殼元素豐度(黎彤, 1962)相比，巖石Ba、Ce、Hf、Sr含量較高，其余元素較低。w(Rb)/w(Sr)=0.07，低于地殼值高于上地幔值。w(Nb)/w(Ta)=18.78，介于陸殼與洋殼值之間。w(Ba)/w(Sr)=0.69，w(K)/w(Rb)=266.74，表明其巖漿來(lái)源可能為上地幔與下地殼。

表1 斜哨中細(xì)粒石英閃長(zhǎng)巖常量元素、微量元素、稀土元素分析結(jié)果Table 1 Analysis of major, trace elements and REE of the medium-fine grained quartz diorite

圖5 斜哨中細(xì)粒石英閃長(zhǎng)巖微量元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖解Fig.5 Chondrite-normalized spider diagram of trace elements of the medium-fine grained quartz diorite

圖6 斜哨中細(xì)粒石英閃長(zhǎng)巖稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化分布型式圖Fig.6 REE pattern of the medium-grained quartz diorite

巖石平均w(ΣREE)=151.01×10-6，w(LREE)/w(HREE)=11.7，w(La)N/w(Yb)N=15.64，表明其輕稀土相對(duì)較富集，重稀土相對(duì)虧損。w(La)N/w(Sm)N=4.88，w(Gd)N/w(Yb)N=2.05，說(shuō)明其輕稀土分餾較強(qiáng)，而重稀土分餾較弱。δEu=0.95，說(shuō)明其成因可能與板塊運(yùn)動(dòng)相關(guān)，巖漿來(lái)源可能為下地殼或太古宙沉積巖的部分熔融。w(Sm)/w(Nd)=0.17，也顯示出中細(xì)粒石英閃長(zhǎng)巖具有殼源性質(zhì)。稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分模式曲線呈右傾(圖6)，銪異常不明顯，為具不明顯銪異常的輕稀土富重稀土虧損集型[7]。

3.2 年代學(xué)特征

巖石樣品20顆鋯石測(cè)試結(jié)果如表2所述。鋯石w(U)=119×10-6～622×10-6,w(Th)=148×10-6～1345×10-6，w(Th)/w(U)值為0.96～2.22。

表2 RZ35鋯石LA-ICP-MS U-Th-Pb同位素分析結(jié)果Table 2 Zircon LA-ICP-MS U-Th-Pb isotopic analysis of the medium-fine grained quartz diorite

圖7 RZ35樣品鋯石U-Pb諧和圖Fig.7 Zircon U-Pb concordia of sample RZ35

圖7a為樣品的鋯石U-Pb諧和圖，20個(gè)測(cè)試點(diǎn)數(shù)據(jù)均落在U-Pb一致線上或附近的很小范圍內(nèi)，數(shù)據(jù)點(diǎn)分布集中。206Pb/238U年齡為126 Ma—128.6 Ma，圖7b為樣品鋯石U-Pb加權(quán)平均年齡125.54 Ma±0.39 Ma(MSWD=0.0019,n=20)。上述年齡值，代表斜哨中細(xì)粒石英閃長(zhǎng)巖的巖漿侵位結(jié)晶年齡，為早白堊世。

4 討論

4.1 巖體形成時(shí)代

1∶5萬(wàn)榜式堡等四幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告①引用遼寧省區(qū)域地質(zhì)志資料進(jìn)行論述，認(rèn)為斜哨巖體侵入永寧組，被晚三疊世的花崗巖侵入，因此將其置于中三疊世。

1∶25萬(wàn)營(yíng)口幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告②認(rèn)為斜哨巖體由遼寧區(qū)調(diào)隊(duì)(1992)在榜式堡等四幅1∶5萬(wàn)區(qū)調(diào)中建立，區(qū)域上同期同類巖石呈大范圍席狀產(chǎn)出，控制其就位的構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)為中三疊世自東向西的水平剪切滑脫應(yīng)力，且侵入其中的其他巖體(北陽(yáng)巖體)時(shí)限為晚三疊世早期，因此將該單元限定于中三疊世。

本次工作采集測(cè)試斜哨中細(xì)粒石英閃長(zhǎng)巖的同位素鋯石U-Pb年齡為125.54 Ma±0.39 Ma。年齡樣品中的鋯石顏色單一，晶群集中，改造程度相近，應(yīng)為同源產(chǎn)物。測(cè)試點(diǎn)位均為鋯石核部，測(cè)試點(diǎn)數(shù)據(jù)均落在U-Pb一致線上或附近很小范圍內(nèi)，所測(cè)得的數(shù)據(jù)應(yīng)代表了巖漿侵位結(jié)晶的時(shí)代。分析結(jié)果表明，斜哨中細(xì)粒石英閃長(zhǎng)巖的形成時(shí)代應(yīng)為早白堊世。

4.2 巖體成因及構(gòu)造環(huán)境

斜哨中細(xì)粒石英閃長(zhǎng)巖在A/NK—A/CNK圖解(圖8)中顯示其屬于準(zhǔn)鋁質(zhì)巖石，在FAM圖解(圖9)中樣品主要落于2區(qū)附近，所以認(rèn)為其為活動(dòng)陸緣科迪勒拉型Ⅰ型花崗巖[8]。這與野外多見有閃長(zhǎng)質(zhì)暗色殘留體呈團(tuán)塊狀出現(xiàn)在巖石中，大小不同，呈現(xiàn)次棱角狀相吻合，結(jié)合巖石學(xué)特征(巖漿分異程度較低)，也間接證實(shí)了斜哨巖體形成位置較深，推斷為下地殼加厚與上地幔巖漿部分熔融所成[9-10]。

圖8 斜哨中細(xì)粒石英閃長(zhǎng)巖A/NK—A/CNK圖解Fig.8 A/NK-A/CNK diagram of the medium-fine grained diorite

圖9 斜哨中細(xì)粒石英閃長(zhǎng)巖FAM圖解Fig.9 FAM diagram of the diorite1.浦路斯、阿曼大洋堿性花崗巖(幔源)；2.Ⅰ型科迪勒拉花崗巖(活動(dòng)陸緣)；3.Ⅰ型加里東花崗巖(碰撞隆起)；4.澳大利亞二云母堇青石S型花崗巖(殼源同碰撞)；5.澳大利亞?wèn)|南褶皺帶造山后A型花崗巖；6.尼日利亞非造山A型花崗巖

圖10 斜哨中細(xì)粒石英閃長(zhǎng)巖Rb-(Y+Nb)圖解Fig.10 Rb-(Y+Nb) diagram of the dioriteVAG.火山弧花崗巖；WPG.板內(nèi)花崗巖；ORG.洋脊花崗巖；syn-COLG.同碰撞花崗巖

圖12 斜哨中細(xì)粒石英閃長(zhǎng)巖R1-R2圖解Fig.12 R1-R2 diagram of the diorite①地幔斜長(zhǎng)花崗巖；②破壞性活動(dòng)板塊邊緣(板塊碰撞前)花崗巖；③板塊碰撞后隆起期花崗巖；④晚造山期花崗巖；⑤非造山區(qū)A型花崗巖；⑥同碰撞花崗巖；⑦造山期后花崗巖

在(Y+Nb)-Rb(圖10)及Yb-Ta(圖11)圖解中，樣品全部落于火山弧花崗巖區(qū)。在R1-R2圖解上(圖12)，樣品落入破壞性活動(dòng)板塊邊緣(板塊碰撞前)花崗巖。這與區(qū)域上構(gòu)造背景相吻合，也就是研究區(qū)在早白堊世，受太平洋板塊向歐亞板塊俯沖，伸展垮塌，巖石圈拆沉導(dǎo)致軟流圈上涌[11-15]，最終形成了碰撞前的巖石學(xué)上表現(xiàn)為準(zhǔn)鋁鈣堿性的Ⅰ型花崗巖。

5 結(jié)論

(1)遼南莊河斜哨中細(xì)粒石英閃長(zhǎng)巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為125.54 Ma±0.39 Ma，時(shí)代歸屬于早白堊紀(jì)。

(2)遼南莊河斜哨中細(xì)粒石英閃長(zhǎng)巖形成于板塊碰撞前，巖漿來(lái)源可能為下地殼或太古宙沉積巖的部分熔融。

致謝：野外工作得到沈陽(yáng)地質(zhì)調(diào)查中心教授級(jí)高級(jí)工程師李東濤主任、遼寧省地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院各位領(lǐng)導(dǎo)的指導(dǎo)；在野外采樣、數(shù)據(jù)處理和論文編寫中，得到了遼寧省地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院同事的協(xié)助。國(guó)土資源部沈陽(yáng)礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測(cè)中心、北京燕都中實(shí)公司實(shí)驗(yàn)測(cè)試人員在巖石樣品地球化學(xué)分析、鋯石測(cè)年工作中預(yù)以幫助，在此一并表示誠(chéng)摯感謝。

注釋：

① 遼寧省地質(zhì)礦產(chǎn)局. 1∶5萬(wàn)榜式堡等四幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告, 1992.

② 遼寧省地質(zhì)礦產(chǎn)局. 1∶25萬(wàn)營(yíng)口市幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告, 2001.