金滩和白马山印支期花岗岩体LA-ICPM S锆石U-Pb定年及其成岩启示

罗志高,王岳军,张菲菲,张爱梅,张玉芝

(1.中国科学院广州地球化学研究所同位素年代学与地球化学重点实验室,广东广州510640;2.中国科学院研究生院,北京100049)

金滩和白马山印支期花岗岩体LA-ICPM S锆石U-Pb定年及其成岩启示

罗志高1,2,王岳军1,张菲菲1,2,张爱梅1,2,张玉芝1,2

(1.中国科学院广州地球化学研究所同位素年代学与地球化学重点实验室,广东广州510640;2.中国科学院研究生院,北京100049)

对江西金滩和湖南白马山印支期花岗岩体高精度的LA-ICPM S锆石U-Pb年代学研究表明:金滩黑云母二长花岗岩体给出了(222.1±1.6)M a的谐和年龄,属印支中晚期,而不是以往所认为的形成于海西期;白马山印支期的黑云母二长花岗岩和黑云母花岗闪长岩分别给出了(223.3±1.4)M a、(204.5±2.2)M a的谐和年龄。融合其他年代学数据,湖南白马山印支期花岗质岩浆可能经历了三期侵入活动:其中第一次侵入在印支早期(240M a左右),其后又经历了220M a左右和204M a的另外两幕侵入活动。结合其他相关研究资料进一步表明220M a左右华南内陆地区可能存在一次广泛的构造-岩浆活动。

LA-ICPM S锆石U-Pb年代学;印支期花岗岩;金滩;白马山

0 引 言

华南花岗岩的地质时代归属存在多旋回性已成为地质界不争的事实,而其中中生代以来的印支运动(早中生代)和燕山运动(晚中生代)无疑又是对华南地质影响最为深刻的两大构造运动旋回(徐夕生等,2003;陈培荣等,2002)。华南印支期地质构造十分复杂,以至于长期以来令国内外地质学者困惑不解(郭令智等,1983;H süet al.,1990;任纪舜等,1990;李继亮,1993),甚至还有学者对华南是否存在印支运动提出了质疑(郭福祥,1998)。因此,深入研究华南内陆地区印支事件典型产物的花岗岩浆作用对理解华南早中生代构造演化有着重要意义(王岳军等,2005)。

自20世纪七十年代起,针对华南印支期花岗岩展开了较为广泛的研究,已认识到华南印支期花岗岩主要呈面状分布于湘、桂、粤、赣、闽等省区,岩性以过铝-准铝质高钾花岗岩、二长花岗岩以及花岗闪长岩为特征,并认为其形成与碰撞造山作用关系密切(郭令智等,1983;H süetal.,1990;邓晋福等,1995;Carter etal.,2001),但其与汇聚板块边缘形成的岩浆作用差异明显(王岳军等,2005)。近些年来对华南印支期花岗岩也开展了一定的年代学和地球化学研究(徐夕生等,2003;王岳军等,2005;邓希光等,2004;续海金等,2004;丁兴等,2005;陈卫锋等,2006、2007;陈志刚等,2003;姚军明等,2005;付建明等,2004;邱检生等,2004),但是对典型地区的复式岩体形成的精细时序,其是否具有多幕次性,开展的工作仍相对有限。如湖南白马山复式岩体在印支期是一次岩浆作用形成,还是具有多期次成岩作用,目前尚无精细资料。此外,江西省印支期花岗岩的年代学研究主要集中于出露面积相对较广的赣南地区(徐夕生等,2003;陈培荣等,2002;陈志刚等,2003),而赣西北地区以往认为印支期花岗岩较少发育。因此,本文选择白马山印支期花岗岩和赣西北的金滩岩体进行了锆石U-Pb年龄研究,以期厘定白马山印支期岩浆活动期次及金滩岩体的精细年龄,以便为深入理解华南印支期花岗岩时序格架和成因动力学机制提供新的年代学资料。

1 地质背景及岩石学特征

1.1 湖南白马山复式岩体

白马山复式岩体位于湖南省的溆浦、隆回、新化县境内(图1a),该岩体受北东东及北东向两组构造的复合控制,而表现出由三个膨大部分和两处狭窄地段构成的似金鱼形状,岩体出露面积约1600km2(湖南省地质矿产局,1988)。岩体呈北东东展布,岩性上主要由黑云母二长花岗岩、黑云母花岗闪长岩及二云母二长花岗岩构成。前人根据这些花岗岩的年代学、岩石学及野外地质特征,将白马山复式岩体划分为龙潭、水车、龙藏湾和小沙江4个超单元,其中水车超单元属于加里东-海西期,龙潭和小沙江超单元属于印支期,龙藏湾超单元则为燕山期(湖南省地质矿产厅区域地质调查所,1995)。此次采样位置如图1(a)所示,属印支期黑云母二长花岗岩和黑云母花岗闪长岩(06HG-69,06HG-81)。

1.2 江西金滩岩体

图1 湖南白马山(a)和江西金滩(b)岩体地质简图(据溆浦幅和宜春幅1∶20万地质图改编①②)Fig.1 Simplified geological map of Baimashan(a)and Jintan(b)granite plutons

金滩岩体位于江西省中西部,处于武功隆起以东,峡江县以西约十公里的城上-金滩一带(图1b),呈北西向椭圆形展布,侵入震旦纪及寒武纪(浅变质岩)地层中,出露面积约164km2(江西省地质矿产局,1984)。岩性以黑云母二长花岗岩为主,岩体的混染交代作用明显,以斑状、似斑状结构为主,少数为细粒结构,呈块状、片麻状构造。岩石主要由斜长石、钾长石、石英、黑云母及少量白云母组成,且斜长石以奥-中长石为主,部分为钠-奥长石,而钾长石以微斜长石为主,少数为正长石和条纹长石。

2 分析方法

选取新鲜的岩石样品依次经过手工破碎、淘洗、电磁选和重液分选分离出锆石,然后在双目镜下挑选出含包裹体少、无明显裂隙且晶形完好的代表性锆石制成样品靶,锆石样品靶的制备与SHR IM P定年的样品靶制备方法基本一致(宋彪等,2002)。在开始锆石U-Pb定年分析前,先进行阴极发光(CL)分析,以确定锆石颗粒的内部结构。本文的阴极发光照相和LA-ICPM S锆石U-Pb定年同位素测试分析均在西北大学大陆动力学教育部重点实验室完成。阴极发光在美国Gatan公司生产的阴极荧光光谱仪(型号Mono CL3+)上进行;锆石U-Pb定年同位素分析在该实验室的Perkin Elmer/SC IEX公司生产的四极杆ICP-M S Elan6100DRC仪器上进行,激光剥蚀系统由德国Lam bdaPhysik公司的ComPex 102A rF准分子激光器(波长193nm)以及德国MicroLas公司的GeoLas200M光学系统联机组成,分析采用的激光剥蚀束斑直径为30μm,剥蚀深度20～40μm,激光脉冲为10HZ。实验中采用He作为剥蚀物质的载气,用美国国家标准技术研究院研制的人工合成硅酸盐玻璃标准参考物质NISTSRM 610进行仪器最佳化校正。锆石年龄采用国际标准锆石91500进行外标校正,每隔5个样品分析点测1次标样,以保证标样和样品的仪器条件完全一致。在20次锆石的分析前后各测2次NISTSRM 610,以29Si作为内标来测定锆石中U、Th和Pb的含量。详细的实验流程和仪器参数可参见文献(袁洪林等,2003)。锆石微区原位测试点的同位素比值和U-Pb年龄计算采用GLITTER(ver 4.0,Macquarie University)软件,并整合207Pb/206Pb、207Pb/235U、206Pb/238U和208Pb/232Th进行了同位素比值校正,以扣除普通铅的影响(Andersen,2002)。加权平均年龄及谐和图的绘制采用Isop lot3.0(Ludwig,2003)完成。

图2 代表性锆石颗粒CL图像Fig.2 CL images of rep resentative zircons

3 样品描述及定年结果

3.1 样品描述

LA-ICPM S锆石U-Pb定年所选择的样品分别来自湖南白马山印支期花岗岩和江西金滩岩体。其中样品06HG-69采自溆浦葛竹坪芹江水电站附近的公路旁,岩性为灰白色中粒斑状黑云母二长花岗岩,斑晶为斜长石和钾长石;其矿物组成有钾长石(约24%)、斜长石(约37%)、石英(约33%)、黑云母(约6%)及锆石、磷灰石、磁铁矿等。样品06HG-81采自龙潭镇西往黄茂园公路旁,为灰色中粒-中粗粒斑状黑云母花岗闪长岩,斑晶为钾长石、斜长石;相应的矿物组成包括钾长石(约14%)、斜长石(约43%)、石英(约29%),黑云母(约12%)、角闪石(约2%)及副矿物锆石、榍石、磷灰石等。样品07HJ-113采自峡江罗田张家村东约2.5km的采石场,岩性为中细粒-中粒似斑状黑云母二长花岗岩,斑晶由钾长石和斜长石组成,主要矿物组成有钾长石(约43%)、斜长石(约21%)、石英(约29%)、黑云母(约7%),副矿物主要为锆石、磷灰石、磁铁矿、石榴石等。上述三个样品的具体采样位置见图1。

文中所选样品的锆石以浅棕、浅褐及褐色为特征,无色和紫色锆石少见,半透明至透明,以半透明为主,柱状或短柱状,长/宽变化范围为2～4,长度一般为150～350μm。在阴极发光图像上(图2):大部分锆石表现为一个小的核部和边缘具有强烈振荡韵律环带的结构面貌,显示典型岩浆成因锆石特征;少部分锆石核部呈不均匀斑点状或港湾状,其边缘为较弱的振荡环带结构,与经历重结晶作用而成的岩浆锆石特征类似(Vavra et al.,1996;Pidgeon,1992;吴元保等,2001)。

3.2 定年结果

岩石样品的LA-ICPM S锆石U-Pb定年同位素分析结果列于表1,根据这些数据所作的U-Pb年龄谐和图见图3。考虑到锆石中放射性成因207Pb和206Pb丰度差特征(徐夕生等,2003;袁洪林等,2003;Compston et al.,1992),文中取锆石206Pb/238U加权平均年龄。

表1 湖南白马山和江西金滩花岗岩LA-ICPM S锆石U-Pb定年同位素分析结果Table 1 Analytical results of LA-ICPMS zircon U-Pb dating for Hunan Baimashan and Jiangxi Jin tan Indosiniangranite plutons

样品06HG-69进行了18个锆石点的分析,测得其U含量变化于283～3791μg/g,Th含量为100～1791μg/g,Th/U比值变化范围为0.21～0.76。从U-Pb谐和图(图3a-b)中可以看到,绝大部分数据点均位于谐和线上或附近,表明这些锆石形成后U-Pb体系是封闭的,基本没有U或Pb同位素的丢失或加入,仅数据点06HG-69-20明显偏离谐和线,表现为207Pb/235U比值较大,这主要与207Pb难以测准有关(袁洪林等,2003)。数据点06HG-69-16给出(2019±16)M a的206Pb/238U谐和年龄,其Th、U含量相对较低(Th=100μg/g,U=283μg/g),对照锆石CL图像(图2a),该分析点位于残留核部位,应代表的是残留或捕掳锆石年龄;点06HG-69-11和-17分别给出(236±2)M a和(248±2)M a的206Pb/238U谐和年龄,其锆石CL图像核部呈不均匀斑点状或港湾状,其边缘为较弱的振荡环带结构,而分析点位于重结晶类型的岩浆锆石核部,可能代表了早阶段结晶锆石的形成时间。其余15个分析点位于岩浆韵律环带上,其表观年龄集中在219～228M a之间,给出了(223.3±1.4)M a的加权平均年龄(95%置信度,MSWD=1.7),代表该样品岩浆结晶年龄。

06HG-81号样品17个分析点的Th=229～3016μg/g,U=379～2498μg/g,Th/U=0.39～1.35。U-Pb年龄谐和图(图3c)上明显可分为两个年龄群组,且每个群组内的大部分数据点都位于谐和线上及附近。分析点06HG-81-01、02、03、06、08、10构成年龄值相对较大的一组,这6个分析点的206Pb/238U表观年龄变化于214～218M a,其加权平均值为(216.2±1.6)M a(95%置信度,M SWD=0.64),对照CL图像(图2b),应代表早阶段结晶锆石的年龄;其余11个分析点构成另一个相对较小年龄组,其206Pb/238U表观年龄变化范围为198～208M a,加权平均年龄为(204.5±2.2)M a(95%置信度,M SWD=2.7),应代表岩石的主体形成年龄。较老年龄组中的分析点06HG-81-02、08以及较年轻年龄组中的点06HG-81-09、11明显偏离谐和线,均表现为207Pb/235U比值偏大,应该是由207Pb难以测准造成。

对样品07HJ-113进行了16个点的分析,这些分析点的Th=77～1966,U=228～8194,Th/U=0.12～1.64。其U-Pb年龄谐和图(图3d)上,除了分析点07HJ-113-06可能由于207Pb难以测准而明显偏离谐和线外,其余15个点均位于谐和线上或附近,表明这些锆石形成后U-Pb体系是封闭的,基本没有U或Pb同位素的丢失或加入。所有16个分析点均采自典型岩浆锆石的韵律环带上(图2c),206Pb/238U表观年龄变化于215～226M a,加权平均年龄为(222.1±1.6)M a(95%置信度,M SWD=2.2),代表了该岩体的形成年龄。

4 讨论及结论

湖南白马山是多时代的复式花岗岩体(湖南省地质矿产局,1988;陈卫锋等,2007),当属华南花岗岩研究极具代表性的研究对象之一,特别是其中印支期花岗岩的精细厘定对全面认识华南印支期花岗岩的成因和大地构造演化具有重要意义。本次对白马山印支期花岗岩的代表性岩石黑云母二长花岗岩(06HG-69)和黑云母花岗闪长岩(06HG-81)的LAICPM S锆石U-Pb年代学研究显示,样品06HG-69测得的(223.3±1.4)M a的岩石主体年龄与陈卫锋等(2007)在该岩体同期岩石获得的(224.3±2.4)M a、(221.4±4.0)M a、(226.5±4.1)M a的早阶段结晶锆石年龄是一致的;而其中(236±2)M a和(248±2)M a的两颗继承锆石年龄与王岳军等(2005)在该岩体测得(243±3)M a的印支早期岩浆锆石年龄相协调;此外,测得(2019±16)M a的捕掳体古老锆石年龄暗示本区可能存在早元古代再循环地壳物质(范蔚茗等,2003;沈渭洲等,1999;Chen and Jahn,1998)。样品06HG-81获得的(216.2±1.6)M a的早阶段结晶锆石加权平均年龄组应该与本区可能存在220M a左右的一次岩浆活动峰期相对应;而(204.5±2.2)M a的加权平均年龄组与陈卫锋等(陈卫锋等,2007)测得的(203.2±4.5)～(209.2±3.8)M a的岩浆锆石年龄基本一致。综上所述,可厘定白马山印支期花岗质岩浆侵入活动的多期次性:第一次为印支早期的248～236M a间,峰期为240M a左右;第二次为226～216M a间,峰期年龄220M a左右;第三次则为印支晚期末的203～209M a间,峰期年龄在204M a左右。

以往的研究认为江西金滩岩体为海西期花岗岩(江西省地质矿产局,1984;孙涛,2006),但缺乏精细年代学限制,此次对金滩岩体的研究给出了(222.1±1.6)M a谐和年龄,属于印支期。结合其他年代学资料:湖南安化大神山岩体(锆石SHR IM P年龄为(218±3)M a)(续海金等,2004);湖南阳明山((218.0±10)M a、(218.9±3.4)M a)(陈卫锋等,2006);湖南歇马岩体((218±3)M a)(W ang et al.,2007);湘西南诸广山、越城岭岩体((220±2)M a)(王志成,2003);湘南道县基性岩体((225±2)M a)(郭锋等,1997);广东仁化长沙岩体获得的(224.8±4)M a年龄(孙涛等,2003);江西上饶张天堂岩体的(216±7)M a年龄值(孙涛等,2003)以及白马山印支期黑云母花岗闪长岩(06HG-81)的(216.2±1.6)M a结晶锆石年龄组和黑云母二长花岗岩(06HG-69)给出的(223.3±1.4)M a谐和年龄。这些高精度年代学研究表明,华南地区在印支中晚期的220M a左右应该存在一次广泛的构造-岩浆活动,其规模之大,至少涉及湘、粤、赣三省。

区域构造位置上,华南地块处在秦岭-大别和松马(越南北部)两条印支期缝合带之间,而关于华南印支期大地构造演化及印支期花岗岩的形成机制,长期以来看法不一:许靖华等(1987)、H su等(1988)认为华南为印支期陆内碰撞造山带,但后来的研究显示华南内陆并不存在早中生代的洋盆或洋陆俯冲事件(Row ley et al.,1997;Gilder et al.,1996);华南印支期花岗岩总体呈面状分布且区内缺乏同期火山岩的特征也不支持太平洋俯冲模式的成因观点(周新民,2003);王岳军等(2002)通过数值模拟,认为华南印支期花岗岩形成于变形加厚陆壳的部分熔融;周新民(2003)则认为华南印支期花岗岩应以早、晚期区分开来,其中印支早期的为同碰撞型花岗岩,而印支晚期的则属于后碰撞型花岗岩。近些年对华南早中生代构造演化的研究取得了重要进展,特别是对越南中部和北部(具体为:中部的Da Nang-Khe Sanh、Kontum地块及Truong Son带;北部的Song ChayM assif、Day NuiCon Voi地块)(Lepvrier etal.,1997;Lo and Lee,1999;Nam,1998;Nam and Sano,2001;Lan et al.,2000a、2000b;M aluski and Lepvrier,2001)及泰国北部(Singharajw arapan and Berry,2000)的40A r/39A r和U-Pb热年代学研究厘定了258～240M a期间印支陆块与华南陆块首先在越南北部拼合,并发生顺时针旋转碰撞,而后220M a左右在泰国北部完成与华南陆块的拼合。这为前述华南地区在印支中晚期的220M a左右存在一次颇具规模的构造-浆活动提供了有力的时间耦合证据,同时也为更好地理解华南印支事件及其岩浆活动响应开辟了陆缘碰撞作用动力学机制的新视野。

致谢:衷心感谢两位评审老师香港大学孙敏教授和吉林大学周建波教授给予的建设性评述和提出了宝贵的修改意见。

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Abstract:The Indosinian tectonic setting of the South China B lock is long-debated due to poor understanding of precise geochronology of the associated magmatism.Our studies of highly precise LA-ICPM S zircon U-Pb geochrono logy on Indosinian granitic plutons in the Baimashan(Hunan)and Jintan areas(Jiangxi)show that the biotite monzonitic granite from the Jintan area yielded a weighted mean206Pb/238U age of(222.1±1.6)M a,and biotite monzonitic granite and biotite granodiorite from the Baimashan area yielded the concordant ages of(223.3±1.4)M a and(204.5±2.2)M a,respectively.These ages rep resent the formation age of the granitic plutons.In conjunction with other geochronologicaldata,it is inferred that there may be three-episode magma activities for Hunan Baimashan intrusion during the Indosinian involving the first intrusion at about240M a,and subsequent intrusion activities of 220M a and 204M a,respectively.It is additionally showed an extensive tectono-magmatic activity at about220M a for the hinterland of the South China B lock.

Keywords:LA-ICPM S zircon U-Pb dating;Indosinian granite;Jintan;Baim ashan

“第三届构造地质与地球动力学学术研讨会(构造论坛)”成功召开

由中国地质学会构造地质与地球动力学专业委员会和国家自然科学基金委员会等25个单位发起、中国科学院广州地球化学研究所承办、广东省科学技术协会和广东省矿物岩石地球化学学会协办的“第三届构造地质与地球动力学学术研讨会(构造论坛)”于2010年3月25～28日在广州珠江宾馆成功召开。许志琴、钟大赉、张国伟、金振民、郑永飞等院士和国家自然科学基金委员会、中国科学院和广东省科协等单位主管领导以及来自47个科研、高校与企业单位的国内同行与澳大利亚、新西兰、香港、台湾等国家和地区的代表400多人参加了会议。

该次会议组织了朱光、林伟、Yanhua Zhang和赵振华四位教授针对构造地质学野外研究方法、构造地质学前沿研究动态及其与相关学科交叉等热点问题开展了会前讲座,有许志琴、张国伟、郑永飞、张培震、章军锋、刘少峰、刘静和张波八位老中青科学家就构造地质学的不同研究领域做了大会报告,另有180位专家分别就“克拉通破坏的构造-岩浆制约”、“华南大地构造与演变”、“中亚增生造山作用与燕辽构造带”、“青藏高原隆升及其构造岩浆作用”、“盆山耦合与油气构造”、“构造成矿与矿产资源”、“新构造与自然灾害”等汇报了其最新研究成果并进行了广泛热烈讨论。会议也就未来5～10年构造地质学的发展方向开展了卓有成效的研讨。最后经会议专家推选产生了13位优秀研究生学术报告以鼓励其出色研究。

第三届构造地质与地球动力学会议的成功召开为国内从事构造地质学研究的广大专家、学者,特别是年青人提供了一个很好的交流与学习机会,为更好“把握国内构造地质动态,增进专家学者之间的相互了解,提升我国构造研究水平”提供了良好机遇,将极大地促进我国构造地质学研究的发展。

会后,会议组织者与《大地构造与成矿学》编辑部将选取部分与会论文,结集出版。

(会务组报道)

LA-ICPM S Zircon U-Pb Dating for Baimashan and Jin tan Indosinian Granitic Plutonsand Its Petrogenetic Implications

LUO Zhigao1,2,WANG Yuejun1,ZHANG Feifei1,2,ZHANG Aimei1,2and ZHANG Yuzhi1,2
(1.CAS Key Laboratory of Isotope Geochronology and Geochemistry,Guangzhou Institute of Geo chemistry,Chinese A-cademy of Sciences,Guangzhou 510640,Guangdong,China;2.Graduate University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,China)

P597

A

1001-1552(2010)02-0282-09

2009-10-16;改回日期:2009-12-02

本文得到中国科学院创新项目(KZCZ2-YW-128,40830319,KZCX1-YW-15-1)和国家自然科学基金(40825009,40772129)资助。

罗志高(1983-),男,硕士研究生,构造地质学专业。Email:a2007581@126.com