江西南部蔡坊盆地火山岩系层序与地质时代

徐勋胜, 巫建华

(东华理工大学地球科学与测绘工程学院,江西抚州 344000)

江西南部蔡坊盆地火山岩系层序与地质时代

徐勋胜, 巫建华

(东华理工大学地球科学与测绘工程学院,江西抚州 344000)

江西中生代晚期火山岩系发育,形成了北部的峡江 -广丰火山岩带和南部的三南 -寻乌火山岩带。峡江 -广丰火山岩带的火山岩系为一个火山旋回的产物,称为武夷群,并进一步划分为双峰岭、鹅湖岭和石溪组三个组。三南 -寻乌火山岩带蔡坊盆地火山岩系也为一个火山旋回的产物,包括上、下两个岩性岩相单元:下单元以沉积岩为主夹火山岩,属火山喷发 -沉积相,代表火山活动初始期的产物;上单元以火山岩为主,属火山喷发相,代表火山喷发期的产物。上单元顶部流纹岩 SHR I MP锆石U-Pb年龄为(130.79±0.73)Ma,根据新的国际地层表,晚侏罗世与早白垩世之间的界线限定为(145.5±4)Ma,蔡坊盆地火山岩系的地质时代属早白垩世早期。通过岩性岩相对比,结合地层层位,蔡坊盆地火山岩系可归入峡江 -广丰火山岩带的武夷群,其中下单元可归入双峰岭组、上单元可归入鹅湖岭组。蔡坊盆地火山岩系层序和地质时代的确定,可为三南 -寻乌火山岩带火山系的研究提供参照标准。

蔡坊盆地;SHR I MP锆石U-Pb年龄;早白垩世早期;江西南部

江西横跨扬子地块、华夏地块两个一级大地构造单元,中生代晚期火山岩系发育,在空间上形成北部的峡江 -广丰火山岩带和南部的三南 (龙南、全南、定南)-寻乌火山岩带 (江西省地质矿产局,1984;江西省地质矿产厅,1997)。多年来,许多单位和个人对这两个火山岩带火山岩系的岩石地层划分和地质时代归属进行了研究 (江西省地质矿产厅,1997;刘继顺,1982;张利民,1990,1991;赖章忠等,1996;李坤英等,1989;巫建华等,1994,1999a,1999b,1999c,2000,2002;巫建华,1996a,1996b;李清龙等,1999;左跃明等,1999a,1999b,2001)。研究表明,峡江 -广丰火山岩带中生代晚期火山岩系为一个火山旋回的产物,以“英安岩 -流纹岩”组合为特征,称为武夷群。三南 -寻乌火山岩带中生代晚期存在下、中、上三个不同时期、不同岩石组合的火山岩系:下火山岩系以“流纹岩 -玄武岩”构成的双峰式火山岩组合为特征,分布在龙南、白面石、菖蒲等盆地中;中火山岩系以“英安岩 -流纹岩”组合为特征,分布在蔡坊、三百山、寻乌、南迳、河口、黄竹等盆地中;上火山岩系以“大量流纹岩 -少量玄武岩”构成的不对称双峰式火山岩组合为特征,分布在长塘、仁居等盆地中(巫建华等,1999a;李清龙等,1999)。巫建华等(1999b,1999c,2000,2002)、左跃明等 (1999b,2001)分别对三南 -寻乌火山岩带下火山岩系和上火山岩系的岩石组合与岩石地层划分、区域延伸与地质时代进行了讨论;巫建华等 (2002)根据岩石组合特征将三南 -寻乌火山岩带的中火山岩系归入峡江 -广丰火山岩带的武夷群,但未对中火山岩系的地层层序进行具体的分析,且层位归属中所依据的同位素年龄取自赖章忠等(1996)的 Rb-Sr等时线年龄,而后者既没有提供分析数据也没有给出等时线图,难以判断其可信度。笔者选择地层层序清楚、出露较完整的蔡坊盆地进行了深入研究,并对该盆地火山岩系上部的流纹岩进行了 SHRI MP锆石U-Pb年龄测定,希望能对三南 -寻乌火山岩带中火山岩系的深入研究有所帮助。

1 盆地概况与剖面简介

蔡坊盆地位于三南 -寻乌火山岩带北东部,主要分布在安远县车头圩—版石镇—蔡坊乡一带,南西狭窄,北东浑圆,盆地呈似反“,”形的字符,呈NE走向,与同方向断裂延伸一致(图 1)①江西地质矿产勘查开发局赣南地质调查大队.1995.中华人民共和国 1∶5万版石幅地质图说明书.。盆地基底震旦系、寒武系浅变质岩地层发育。盆地内的火山岩系自下而上由两个岩性岩相单元组成:下部为杂色砾岩、砂岩、粉砂岩夹凝灰角砾岩杂碎屑沉积组合,属喷发 -沉积相,厚约 630 m;上部为流纹质凝灰岩、熔结凝灰岩夹流纹岩组合,属喷发相,厚度大于690 m。盆地火山机构发育,至少由蔡坊层火山、石仔头层火山、车头乡莲花寨锥火山 3座古火山构成,其中莲花寨锥火山火山岩系出露较完整、层序清楚,锥火山锥体底盘为杂色砾岩、砂岩、粉砂岩夹凝灰角砾岩,主体为流纹质凝灰岩、熔结凝灰岩夹流纹岩。现以莲花寨锥火山上丁 -莲花寨剖面为代表简介如下 (图 2)②江西省地质局区域地质调查大队.1973.1/20万《寻乌幅》区域地质调查报告(内部印刷).:

图1 蔡坊盆地地质简图Fig.1 Geological sketch m ap of Caifang basin

图 2 安远县车头乡上丁 -莲花寨火山岩系剖面图Fig.2 Stratigraphic section of Shangding-Lianhuazhai in Chetou township,Anyuan county

可见,上丁 -莲花寨火山岩系剖面明显分为上、下两部分:下部 (1～8层)为紫红色粗碎屑岩、细碎屑岩、灰白—灰绿色凝灰质细碎屑岩,砾级由粗变细,火山物质由少渐多,属火山岩喷发 -沉积相,代表火山活动初始期的产物;上部 (9～14层)为以熔结凝灰岩为主,自下而上为浅灰色流纹质晶屑凝灰岩、灰绿或灰白色流纹质含角砾(角砾)熔结凝灰岩、灰白—灰绿色流纹质含角砾晶屑凝灰熔岩和流纹岩、集块岩,属火山岩喷发相,代表火山喷发期的产物。

2 地质时代

赖章忠等 (1996)曾报道蔡坊盆地中酸性火山岩Rb-Sr等时线年龄为 154 Ma,但未提供原始分析数据也没有公布等时线图,难以判断其可信度。锆石作为岩石中普遍的副矿物,具有较高的封闭温度(大约 900℃)、较强的耐磨性和抗风化能力 (肖媛媛,2009),因此具有较好保存成岩信息的潜力,且锆石中较高的 Th,U含量和较低的普通 Pb含量,为岩石的U-Pb年代学研究提供了良好的测试媒介。随着离子探针技术成功应用于锆石U-Pb定年,高精度测定单颗粒锆石微区U-Pb年龄成为可能。锆石 U-Pb高灵敏度高精度离子探针质谱法(SHR I MP)就是通过高精度锆石微区分析来获得精确的锆石U-Pb年龄。因此,笔者对蔡坊盆地火山岩系上单元顶部流纹岩 (样号 CF102)进行了SHR I MP锆石U-Pb定年。

2.1 分析方法

将样品 (取样 10 kg,样品 CF102)破碎至 200目,洗去粉尘,经淘洗除去轻矿物,保留重矿物,再用永久磁铁除去磁铁矿等强磁性矿物,经重液分选除去比重小于锆石的矿物,最后在双目镜下人工精选出锆石晶体。将挑选好的待测锆石颗粒与 RSES标准锆石(TEM,其年龄为 417 Ma)一起粘贴,制成环氧树脂样品靶,打磨抛光使锆石内部暴露,然后进行反射光、透射光和阴极发光显微照相及SHR I MP U-Pb分析。反射光、透射光和阴极发光显微照相研究在中国地质科学院矿床地质研究所电子探针研究室完成,锆石的 SHR I MP U-Pb分析在中国地质科学院北京离子探针中心 SHR I MP-Ⅱ上完成。

试验过程中,选择的是晶体干净、内部结构完整,无裂纹,无包裹体及杂质、晶形以柱状为主、具有明显环带结构的锆石 (图 3),均为岩浆成因,避开了重结晶、重吸收锆石,从而获得了较准确的火山岩成岩年龄。因所测样品为年轻锆石,故采用206Pb/238U年龄。单个测试点的误差均为 1σ,206Pb/238U年龄的加权平均值为 95%置信度。详细的分析流程和原理参见 Compston等 (1992)、万俞生等 (2004)。数据处理、年龄计算采用 Ludwig博士编写的 SQU I D 1.0及 ISOPLOT程序。

2.2 分析结果及讨论

蔡坊盆地流纹岩 (样号 CF102)SHR I MP锆石U-Pb分析结果列于表 1。分析数据显示:普通铅含量为0.02%～2.23%,铀含量为126×10-6～786×10-6,钍含量为 71×10-6～973×10-6,Th/U比值在 0.51～2.45之间,均大于 0.4,在酸性岩浆成因的锆石范畴内 (Belousova et al.,2002;吴元保等,2004)。14个单颗粒锆石年龄相当一致,为 129～133 Ma,基本都位于谐和线附近,数据点成群分布在一致曲线之上 (图 4),加权平均值为 (130.79±0.73)Ma(N=14,MS WD=1.3)。可见,蔡坊盆地流纹岩 (样号 CF102)SHR I MP锆石 U-Pb年龄为(130.79±0.73)Ma,根据新的国际地层表 (Gradsrein et al.,2004),蔡坊盆地火山岩系地质时代应属早白垩世早期(晚侏罗世与早白垩世之间的界线限定为 (145.5±4)Ma)。

图 3 蔡坊盆地流纹岩部分锆石的高清阴极发光图像、测点和年龄结果Fig.3 Cathode Lum inescence photom icrographs,m easured points and age dates(206Pb/238U)of zircons from the rhyo lite in Caifang basin

表1 蔡坊盆地流纹岩 SHR I MP锆石U-Pb定年数据Tab.1 Zircons SHR I MP U-Pb dating of rhyolite in Caifang basin

蔡坊盆地流纹岩 (样号 CF102)SHR I MP锆石U-Pb年龄 (130.79±0.73Ma)明显小于赖章忠等(1996)获得的 Rb-Sr等时线年龄 (154 Ma),这可能是由于全岩 Rb-Sr等时线法本身存在的误差引起的。众所周知,SHR I MP锆石 U-Pb年龄代表锆石U-Pb同位素体系的封闭年龄,全岩 Rb-Sr等时线年龄代表岩石 Rb-Sr同位素体系的封闭年龄。有的学者根据锆石结晶温度较主要造岩矿物结晶温度高的特点,认为锆石U-Pb体系的封闭温度也高(>850℃,付建明等,2004;>900℃,Hourigan et al.,2004;>1 000℃,Flowers et al.,2005),而全岩 Rb-Sr同位素封闭温度 (600℃左右,章邦桐等,2008)明显低于锆石U-Pb体系的封闭温度。因此,在花岗岩同位素年代学研究中,许多学者提出花岗岩锆石 U-Pb年龄代表花岗岩侵位年龄 (付建明等,2004;吴福元等,2005;杨德明等,2005;丁昕等,2005;路孝平等,2005;隋振民等,2006;顾晟彦等,2006),而花岗岩全岩 Rb-Sr等时线年龄代表花岗岩的结晶年龄 (Harrison et al.,1979;郑永飞等,1997)。但章邦桐等 (2008)通过花岗岩体 64对锆石U-Pb年龄与全岩 Rb-Sr等时线年龄的频数统计分析表明,花岗岩体的锆石U-Pb定年测定结果与全岩Rb-Sr等时线定年测定结果是一致的。笔者认为,长英质火山岩是长英质岩浆上升并喷出地表的产物,即使不同同位素体系封闭温度的差别对同位素定年有影响,其影响也应该小于花岗岩,只要没有后期地质事件的影响而处于平衡状态,长英质火山岩的各种同位素体系的定年结果应该是一致的。由于 Rb-Sr同位素定年测试过程中存在一系列影响的因素,如测试样品的代表性、仪器测量误差等。测试样品要求严格,同一组样品要尽可能选择 Rb/Sr比值变化均匀及总变化范围较大的样品,否则,保证不了 Rb/Sr比值在等时线上的合理分布,无法控制 (87Rb/86Sr)i,也就无法精确测定年龄;测得分析技术要求很高,要求在超纯的分析试剂和极低空气污染本底试验环境下试验。另一方面,Rb-Sr同位素体系易受后期热事件如热液蚀变、变质作用等干扰,所以对测试样品要求严格而且其误差也较大 5%～7%(章邦桐等,2008)。更何况赖章忠等 (1996)报道的中酸性火山岩 154 Ma的Rb-Sr等时线年龄,未提供原始分析数据和等时线图,其可信度本身就难以判断。可见,蔡坊盆地流纹岩 SHR I MP锆石U-Pb年龄明显小于 Rb-Sr等时线年龄的现象,可能是全岩 Rb-Sr等时线法本身存在的误差造成的。因此,笔者认为,赖章忠等(1996)获得的中酸性火山岩 154 Ma的 Rb-Sr等时线年龄不能代表蔡坊盆地火山岩系的形成年龄,而笔者获得的 (130.79±0.73)Ma的流纹岩 (样号CF102)SHR I MP锆石U-Pb年龄才是蔡坊盆地火山岩系的形成年龄。

图4 蔡坊盆地流纹岩 SHR I MP锆石U-Pb年龄一致曲线图Fig.4 The concordance diagram s show ing SHR I MP U-Pb dating of zircons from the rhyolite in Caifang basin

3 岩石地层单位划分与命名

1973年,江西区测队①开展 1∶20万寻乌幅地质调查时,将蔡坊盆地火山岩系划归于上侏罗统菖蒲群上亚群;嗣后,该队重新研究三南 -寻乌火山岩带的中生代火山岩系时,将原菖蒲群下亚群称为上侏罗统菖蒲组,中、上亚群称为上侏罗统鸡笼嶂组,并将蔡坊盆地火山岩系归入鸡笼嶂组③江西省地质局区域地质调查大队.1980.江西省侏罗系及其矿产(内部印刷).;江西地矿局赣南地调队根据岩性岩相特征,将原鸡笼嶂组划分为上侏罗统上丁组和鸡笼嶂组两部分,其中上丁组的层型剖面就在蔡坊盆地内;江西省地质矿产厅 (1997)将三南 -寻乌火山岩带的火山岩系统称上侏罗统余田群,并根据岩石组合特征将余田群自下而上进一步划分为龙潭坑、菖蒲和鸡笼嶂三个组,蔡坊盆地火山岩系被归入鸡笼嶂组;巫建华等(1999b)以蔡坊盆地莲花寨剖面为层型剖面创建莲花寨群,代表三南 -寻乌火山岩带的中火山岩系,并进一步划分为上丁和鸡笼嶂两个组;巫建华等(2002)又将原莲花寨群所代表的地层归入峡江 -广丰火山岩带的武夷群。

本文将蔡坊盆地的火山岩系划归峡江 -广丰火山岩带的武夷群,并进一步划分为双峰岭和鹅湖岭两个组,主要理由如下:

(1)以龙南县临江乡余田 -田螺篆剖面为代表创建的余田群,以“玄武岩 -流纹岩”双峰式火山岩组合为特征,地质时代属早—中侏罗世 (巫建华等,1999a);而蔡坊盆地的火山岩系以长英质火山岩组合为特征,地质时代属早白垩世早期。因此,无论是岩石组合还是地质时代,都说明蔡坊盆地的火山岩系不应归入余田群。而峡江 -广丰火山岩带石溪盆地武夷群石溪组粗面岩 SHR I MP锆石U-Pb年龄为(137.00±0.94)Ma(刘飞宇等,2009),相山盆地武夷群双峰岭组英安岩的 SHR I MP锆石U-Pb年龄为(136.6±2.7)Ma(何观生等,2009),与蔡坊盆地流纹岩的时代一致,说明将蔡坊盆地火山岩系归入武夷群是合理的。

(3)巫建华等 (1999b)曾根据蔡坊盆地的火山岩系特征,以安远县车头乡上丁 -莲花寨剖面为代表创建“莲花寨群”,并进一步划分为上丁和鸡笼嶂两个组;嗣后 (巫建华等,2002),考虑到“莲花寨群”所代表的火山岩系与峡江 -广丰火山岩带武夷群火山岩系的岩石组合一致,建议将“莲花寨群”所代表的火山岩系归入武夷群。应该承认,岩石地层单位属区域性地层单位,虽然建立“莲花寨群”代表三南 -寻乌火山岩带与峡江 -广丰火山岩带武夷群相当的火山岩系符合岩石地层单位的要求,但是若建立“莲花寨群”,根据地层单位命名的优先律原则,三南 -寻乌火山岩带长期使用的“鸡笼嶂组”一名就应该被沿用代表“莲花寨群”内的“组”级岩石地层单位。然而,前人所称的“鸡笼嶂组”实际上包含了不同时代、不同岩石组合中的长英质火山岩(巫建华等,1999b,1999c,2002;左跃明等,1999a),为避免混乱就应该终止使用“鸡笼嶂组”一名。为了解决这个问题,将蔡坊盆地的火山岩系归入峡江-广丰火山岩带武夷群是一个理想的办法。

(3)峡江 -广丰火山岩带武夷群双峰岭组为紫红色含砾砂岩、砂岩为主,夹中、酸性火山岩及凝灰质砂岩,属沉积喷发相,代表火山活动初始期的产物 (巫建华等,1996b,2002)。蔡坊盆地火山岩系下部(相当莲花寨剖面 1～8层)为砂砾岩、凝灰质砂岩、页岩夹流纹质凝灰岩组合,属沉积喷发相,与峡江 -广丰火山岩带双峰岭组岩石岩性岩相特征一致,可归于双峰岭组。

(4)峡江 -广丰火山岩带武夷群鹅湖岭组为流纹质凝灰岩、熔结凝灰岩、碎斑熔岩为主,夹角砾凝灰岩、流纹岩,偶夹凝灰质砂岩,属喷发相,代表火山活动喷发期的产物 (巫建华,1996b,2002)。蔡坊盆地火山岩系上部(相当莲花寨剖面 9～14层)为流纹质熔结凝灰岩、凝灰岩、流纹岩,属火山喷发相,与峡江 -广丰火山岩带鹅湖岭组岩性岩相特征一致,可归于鹅湖岭组。

4 结论

综上所述,可得出以下结论:

(1)蔡坊盆地火山岩系包括上、下两个岩性岩相单元:下单元为紫红色粗碎屑岩、细碎屑岩、灰白—灰绿色凝灰质细碎屑岩,属火山岩喷发 -沉积相,代表火山活动初始期的产物;上单元以熔结凝灰岩为主,属火山岩喷发相,代表火山喷发期的产物。

(2)蔡坊盆地火山岩系上部流纹岩的 SHR I MP锆石 U-Pb年龄为(130.79±0.73)Ma,根据新的国际地层表(Gradsrein et al.,2004),晚侏罗世与早白垩世之间的界线限定为 (145.5±4)Ma,蔡坊盆地火山岩系的地质时代归属为早白垩世早期。

(3)通过与峡江 -广丰火山岩带武夷群对比,蔡坊盆地火山岩系与武夷群的岩性特征一致,层位也相当,可归入武夷群,其中下单元、上单元分别与武夷群下部双峰岭组、中部鹅湖岭组的岩性岩相特征一致,可分别归入双峰岭组和鹅湖岭组。

致谢:参加野外工作的还有张敏、王保峰、刘飞宇等硕士研究生,SHR I MP U-Pb年龄测定过程中中国地质科学院北京离子探针中心杜利林博士、翟庆国博士给予了大力支持和帮助,邓平研究员、祝禧艳博士为测试的准备工作给予了指导,在此一并感谢。

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Stratigraphical Sequence and Geochronology of the Volcanic Rock Series in Caifang Basin,South Jiangxi

XU Xun-sheng, WU Jian-hua
(Faculty of Geoscience and Survey Engineering,East China Institute of Technology,Fuzhou,JX 344000,China)

The late Mesozoic volcanic rocks in Jiangxi constitute two volcanic belts:the northern is Xiajiang-Guangfeng volcanic belt,the volcanic rocks series belong to one volcano cycle and named Wuyi group which is subdivided into three for mations(Shuangfengling formation,Ehuling for mation and Shixi formation);the southern is Sannan-Xunwu volcanic belt,the volcanic rocks series in Caifang basinwhich locateson Sannan-Xunwu volcanic belt also belong to only one volcano cycle.It can be subdivided into two lithology and lithofacies units(upper and lower):the lower unit consists of sedimentary rocks and associated with a subordinate amount of volcanic rocks,it belongs to erupt-deposit facieswhich is the productof early volcanic stage;the upper unit ismostly composed of volcanic rocks,it belongs to erupt facies that is the volcanic eruption product.SHR I MP zircon U-Pb age of rhyolite?which locates at the top of the upper unit is(130.79±0.73)Ma.According to the new International Stratigraphic Chart,the boundary ofJurassic and Cretaceous is(145.4±4.0)Ma,so the age shows that the geologic period of Caifang volcanic rocks series is early Early Cretaceous epoch.On the basis of lithological correlation,lithofacies and stratigraphic horizon analysis,the volcanic rock series in Caifang basin fall underWuyi group,and the lower unit could be incorporated into Shuangfengling formation,the upper unit could be incorporated into Ehuling for mation.The subdivision of sequence and the deter mination of geochronology of the volcanic rock series in Caifang basin provide some references for the study of the late Mesozoic volcanic rocks series of the Sannan-Xunwu volcanic belt.

Caifang basin;SHR I MP Zircon U-Pb dating;early Early Cretaceous;South Jiangxi

P588.14

A

1674-3504(2010)03-211-08

10.3969/j.issn.1674-3504.2010.03.02

2010-04-12

中国核工业地质项目“中国中新生代铀成矿作用”

徐勋胜 (1986—),男,硕士研究生,主要从事岩石地球化学方面研究。E-mail:xuxunsheng@163.com ＊

巫建华(1960—),男,博士,教授,主要从事火山地质与铀矿地质方面的研究。E-mail:jhwu@ecit.edu.cn