浙东南松阳县枫坪组沉积岩碎屑锆石年代学及地质意义

金海飞，许朝卫，戴春政，马天寿，邢晓娅

(浙江省第三地质大队， 浙江 金华 322100)

锆石作为岩石中最常见、应用最为广泛的副矿物，广泛存在于岩浆岩、变质岩和沉积岩中，其物理化学性质非常稳定，在风化、搬运、剥蚀等地质过程中不容易发生蚀变，因此可通过多种实验手段对其进行研究，了解锆石携带的地质信息(雷玮琰等， 2013)。沉积岩中碎屑锆石以其U-Pb同位素体系封闭温度高、受沉积作用和成岩作用影响小等特点，被广泛应用于物源分析(兰中伍等， 2006)。碎屑锆石的U-Pb年龄谱系可直接反映沉积岩物源区岩石的年龄组成(Viola and Anczkiewicz， 2008)。近年来随着原位微区分析技术的发展，结合阴极发光CL和背散射图像，可精确识别出锆石的继承年龄、变质年龄和结晶年龄，反映沉积岩形成过程中的多期不同地质事件的发生时间。浙东南枫坪组系于1970年西安煤炭科学研究所浙南课题组创名沿用至今，前人虽对该地层岩性、沉积环境等方面进行了研究，但未深入了解其成岩年龄及物质来源。本文依托于浙江省1∶5万柳村、住龙区域地质调查项目，利用激光剥蚀电感耦合等离子质谱技术(LA-ICP-MS)对浙东南松阳县枫坪组地层底部的细砂岩进行了碎屑锆石U-Pb年代学研究，旨在确定岩石成岩年龄及物质来源。

1 地质背景及样品信息

研究区位于华南褶皱系浙东南褶皱带丽水-宁波隆起南西段龙泉-遂昌断垄的中部地区，大地构造位于欧亚大陆板块与滨西太平洋板块消减带内侧华夏板块西北部(王伟等， 2012)。出露的地层为八都岩群泗源岩组，磨石山群高坞组，大爽组三段，枫坪组一段、二段(图1)。枫坪组与二长花岗斑岩岩体呈不整合接触，与泗源岩组变质岩呈断裂接触。区域内断裂以北东向为主。经野外勘查，枫坪组一段岩性总体为浅灰色块状中粗粒岩屑石英砂岩、岩屑石英砂岩、岩屑砂岩等，厚度大于322.37 m。枫坪组二段岩性下部为块状深灰色中粒或中细粒岩屑砂岩，局部夹灰黑色薄层粉砂泥岩；上部为深灰色中粗粒岩屑石英砂岩夹灰黑色薄层泥岩。枫坪组一段与二段呈整合接触。

本次实验样品采自松阳县枫坪乡洋庄源出露的枫坪组二段中细粒岩屑砂岩中，岩石呈中细粒砂状结构，块状构造(图2a)，矿物组成为石英(40%)、岩屑(50%)、泥质胶结物(10%)。石英砂屑磨蚀搬运特征明显，多呈次棱角状-次圆状，粒度0.05～0.6 mm，以0.06～0.25 mm的细砂为主，发育波状消光。岩屑含量丰富，多呈磨圆的次圆状，粒度0.05～0.5 mm，成分主要见有硅质岩、泥质硅质岩、千枚状泥岩、石英片岩、霏细岩和少量白云母碎片。以上砂屑之间由富含铁尘的泥质物充填和胶结(图2b)。

2 测试方法

样品质量大约为3 kg，送至廊坊市河北区域地质调查实验室进行锆石靶的制作。锆石制靶完成后，根据锆石光学图像和CL图像，避开裂纹和包裹体，确定合适的测点位置。锆石U-Pb同位素定年和微量元素含量在武汉上谱分析科技有限责任公司利用LA-ICP-MS同时完成。激光剥蚀系统为GeoLasHd，等离子体质谱仪为Agilent7900。激光能量80 mJ，频率5 Hz，激光束斑直径32 μm。激光剥蚀过程中采用氦气作载气、氩气为补偿气以调节灵敏度。U-Pb同位素定年和微量元素处理中采用锆石标准91500和玻璃标准物质NIST610作外标分别进行同位素和微量元素分馏校正。每个时间分辨分析数据包括大约20～30 s空白信号和50 s样品信号。对分析数据的离线处理(包括对样品和空白信号的选择、仪器灵敏度漂移校正、元素含量及U-Pb同位素比值和年龄计算) 采用软件ICPMSDataCal完成。锆石样品的U-Pb年龄谐和图绘制和年龄加权平均计算采用Isoplot/Ex_ver3完成(Ludwing，2003)。锆石U-Th-Pb同位素比值、年龄数据及锆石微量元素的单次测量的标准偏差为1σ，加权平均年龄采用1σ。

图 1 研究区区域地质图Fig. 1 Tectonic geological map of the study area

图 2 岩屑砂岩手标本(a)及显微镜下特征照片(b.TIF，+)Fig. 2 The hand specimen (a) and microscopic (b, +) photos of lithic sandstoneQ—石英； Dt—岩屑Q—quartz； Dt—detritus

3 测试结果及讨论

3.1 锆石U-Pb同位素年代学结果

锆石阴极发光图像(图3)显示锆石形态以浑圆状为主，少数呈棱柱状或不规则多边状，且部分锆石碎裂，粒径为100～200 μm，显示碎屑锆石特征。大部分锆石具有较好的振荡环带，表明其为岩浆成因。

样品中锆石Th、U和Th/U值变化区间较大(见表1)，锆石中Th含量为2.95×10-6～504.98×10-6，U含量为80.02×10-6～1 051.15×10-6。大部分碎屑锆石Th/U值大于0.1，显示该部分锆石为岩浆锆石，另外存在小部分锆石具有较低的Th含量和较高的U含量以及极低的Th/U值(小于0.1)，反映这些锆石为变质成因。

对枫坪组沉积岩样品中80个碎屑锆石进行LA-ICP-MS U-Pb同位素测定，为了数据的准确性剔除了谐和度小于90%的点号(40、45、54、66、74和80号)，同时对锆石年龄大于1 000 Ma的数据采用207Pb/206Pb年龄，年龄小于1 000 Ma的数据采用206Pb/238U年龄使测试结果更具可靠性(Gehrelsetal., 1999)。通过对74个锆石谐和年龄数据分析可知，锆石年龄具有分组集中的特征，可将年龄分为两组，其中一组年龄明显较老，207Pb/206Pb年龄在2 461～1 743 Ma(表1)，这些年龄大部分谐和度较好，在U-Pb年龄谐和图中分布在一致线上或附近(图4)，这部分年龄的207Pb/206Pb加权平均年龄为 1 860±17 Ma，同时也有部分年龄谐和度较差，位于一致线下方，推测这是由于锆石发生了Pb丢失造成的。另一组年龄明显年轻，206Pb/238U表观年龄在330～193 Ma之间，这组年龄谐和度较高，基本落在U-Pb谐和图一致线上。所有的年龄在U-Pb年龄谐和图上可以构成一条很好的不一致线，并获得243±57 Ma的下交点年龄和1 878±16 Ma的上交点年龄(图4)。

图 3 枫坪组沉积岩碎屑锆石阴极发光图像(CL)Fig. 3 CL images for detrital zircons from sedimentary rock of Fengping Formation

3.2 稀土元素特征

枫坪组粉砂岩样品的碎屑锆石LA-ICP-MS原位微区稀土元素含量结果见表2。由表2可知，锆石ΣREE为29.15×10-6～1 924.66×10-6，LREE、HREE分别为0.89×10-6～383.82×10-6，27.13×10-6～1 875.53×10-6，锆石稀土元素含量变化范围较大。采用Taylor 等(1985)的球粒陨石平均值对原始测试结果进行标准化后可知，(La/Yb)N值为0～0.29，LREE/HREE值为0.003～0.977，表明样品中锆石的轻、重稀土元素分异程度较小且重稀土元素相对富集。

锆石的稀土元素配分模式图见图5。由图5可知，不同年龄段的锆石均具有轻稀土元素含量低、重稀土元素含量高的左倾模式且具有适度的“谷”状负Eu异常、“峰”状正Ce异常，δEu值为0.006～0.749，δCe值为1.18～533.76。稀土元素越来越多地被应用于反映沉积环境的变化等研究中，一般Ce异常可用于指示沉积环境(雷开宇， 2015)，本样品中δCe均大于1.05，反映了枫坪组砂岩沉积环境为缺氧的还原环境。

不同成因类型的锆石，其稀土元素配分模式存在较大差别(Belousovaetal., 2002； 李小聪等， 2016)。典型的岩浆锆石稀土元素配分模式特征为正Ce异常、负Eu异常、HREE富集，典型的变质锆石稀土元素配分模式特征为正Ce异常、负Eu异常、HREE相对平坦，典型的热液锆石相应特征为负Eu异常、LREE平坦，同时HREE富集。图5显示本样品中绝大部分锆石具有岩浆锆石的典型特征，即富集HREE，亏损LREE，从LREE 到HREE元素的球粒陨石归一化值呈逐步上升的趋势，并且具有Ce的正异常和Eu的负异常。同时也存在少量的变质锆石，其稀土元素配分中HREE相对平坦，具正Ce异常和负Eu异常。因此，枫坪组细砂岩锆石以为岩浆锆石为主，同时存在少量的变质锆石。

图 4 枫坪组细砂岩样品碎屑锆石U-Pb谐和图(a)和年龄谱图(b)Fig. 4 The U-Pb concordia plots(a) and age distribution patterns(b) of detrital zircons of fine sandstone from Fengping Formation

3.3 枫坪组沉积岩碎屑锆石U-Pb年龄的地质意义

本次测试中最年轻的碎屑锆石年龄为193 Ma，显示该样品成岩年龄不晚于193 Ma。通过对枫坪组细砂岩中所获得的谐和度较高(大于90%)的年龄进行统计，锆石年龄可分为4组,分别为2 461 ～1 743 Ma、887 Ma、435和422 Ma、330～193 Ma。通过锆石的形态、结构和稀土元素特征分析，可确定样品中锆石多为岩浆成因的碎屑锆石，因此每一个年龄区间的碎屑锆石均代表了一次岩浆构造事件。这些年龄区间的峰期年龄分别集中在1 961～1 743 Ma、887 Ma、435～422 Ma和254～193 Ma，在中国大地构造期次上可分别对应吕梁期(2 500～1 800 Ma)、晋宁期(1 000～800 Ma)、加里东期(600～400 Ma)和印支-海西期(355～200 Ma)等构造运动期次，表明本区的构造岩浆活动与中国大地构造运动相一致，并具有幕式发展的特征。通过统计4组年龄区间的碎屑锆石颗数可知2 461～1 743 Ma年龄区间最多，为59颗，其他3组分别为1颗、2颗和12颗，可以推断研究区在吕梁期岩浆构造运动最为活跃，晋宁期和加里东期岩浆构造运动微弱区域较稳定，到印支期该区构造活动又开始活跃。研究区位于浙江省东南部且岩浆活动非常发育，按照构造旋回和侵入时代，浙江省岩浆活动可划分为中条期、晋宁期、加里东期、印支-海西期、燕山期及喜马拉雅期。由碎屑锆石U-Pb年龄分组集中特征显示，样品中年龄为1 961～1 743 Ma的一组碎屑锆石数量最多占总数的54%，与已知的中条运动相对应。浙江省中条期岩浆岩仅分布在江绍拼接带以南的华夏地块中，主要侵位于八都岩群古老变质岩中的花岗质岩体。近年来有关中条期花岗质岩体发表了大量的同位素测年资料，岩体形成时代在1 900～1 800 Ma之间，形成于古元古代。松阳里庄二长花岗岩年龄为1 870±36 Ma(甘晓春等， 1995)，黑云母花岗岩锆石U-Pb同位素年龄为1 875±9 Ma(Yuetal.， 2009)，中粗粒钾长花岗岩年龄为1 861±35 Ma(Xiaetal., 2012)。汪建国等(2013)[注]汪建国, 余盛强, 吴 鸣, 等. 2013. 1∶250 000衢州市区域地质调查报告.报道松阳金竹岩体锆石同位素定年结果为1 830+99/-54 Ma。该组碎屑锆石年龄与中条期岩浆岩地质年龄基本吻合且出露地理位置接近，推断该组年龄段锆石大部分来源于周边出露的中条期侵入岩体。样品中年龄为254～193 Ma的碎屑锆石数量为9颗，占总数的12%，该组年龄段与已知的岩浆事件(印支运动)时间相对应。印支运动构造表现在华南各处较为常见(毛建仁等， 2014)，近年来在浙江东南部也发现了较多的印支期花岗岩体，高万里等(2014)对松阳县靖居岩体石英正长岩进行锆石U-Pb同位素定年可知年龄为245.7～241.2 Ma之间。李万友等(2012)对靖居岩体正长花岗岩进行锆石U-Pb同位素定年得到成岩年龄为215±2 Ma。遂昌翁山二长花岗岩岩的锆石SHRIMP年龄为225±1 Ma(Yangetal.， 2011)。印支期花岗岩体在浙东南出露面积较小且分布不广泛，仅限于江绍拼接带以东、丽水-舟山断裂带以西的隆起带上，空间分布上与古元古代变质岩关系密切。因此推断该组年龄段碎屑锆石可能来自于浙东南出露的印支期花岗岩体。

图 5 枫坪组细砂岩碎屑锆石稀土元素球粒陨石标准化配分模式图(标准值据Taylor and McLennan, 1985)Fig. 5 Chondrite-normalized REE patterns of detrital zircons of fine sandstone from Fengping Formation (normalization val-ues after Taylor and McLennan, 1985)

4 结论

(1) 锆石U-Pb同位素定年分析结果可知，最年轻的锆石年龄为193 Ma，显示枫坪组沉积岩成岩年龄不晚于193 Ma。

(2) 样品中锆石稀土元素含量变化范围较大，(La/Yb)N值、LREE/HREE值等表明样品中锆石的轻、重稀土元素分异程度较小且重稀土元素相对富集。不同年龄段的碎屑锆石均具有轻稀土元素含量低、重稀土元素含量高的左倾模式且具有适度的负Eu异常、正Ce异常。锆石稀土元素配分模式特征显示，本样品中锆石主要以岩浆锆石为主，同时存在少量的变质锆石。

(3) 锆石年龄可分为4组，分别为2 461 ～1 743 Ma、887 Ma、435和422 Ma、330～193 Ma，在中国大地构造期次上可分别对应吕梁期、晋宁期、加里东期和印支-海西期，表明本区的构造岩浆活动与中国大地构造运动相一致，并具有幕式发展的特征。通过对枫坪组沉积岩碎屑锆石U-Pb年龄的系统分析并与可能物源区的年代学的对比研究显示，枫坪组沉积岩物质来源主要是周边出露的中条期侵入岩体和浙东南出露的印支期花岗岩体。