浙东象山石浦生物礁灰岩时代厘定及其层位归属

余明刚,洪文涛,钱迈平,段 政,姜 杨,陈 荣

(中国地质调查局南京地质调查中心,江苏 南京 210016)

东南沿海中生代火山活动强烈,形成大面积分布的钙碱性火山岩,其中酸性-中酸性火山岩占总面积的90%以上,基性-中性岩类极少,它们沿海岸带呈带状连续分布,组成长约2 000 km、宽300～500 km 的巨型火山岩带[1]。其中在浙东象山、三门及新昌一带零星出露一套罕见的叠层石-虫管生物礁灰岩,被称为“石浦灰岩”、“石浦群”或“石浦组”,本文用石浦组表述这套火山沉积地层[2-4]。关于石浦组的时代与成因争议颇多,主要有:①新元古代构造“天窗”出露的变质杂岩[5];②古生代地层[6-7];③早白垩世海陆过渡相沉积地层,相当于馆头组和朝川组[4,8-9];④古新世—始新世地层[2]。近年来,对石浦灰岩时代和成因研究取得了新进展,认为石浦灰岩形成于深入陆地的峡湾潮坪环境[10]和海侵沉积碳酸盐岩环境[11];石浦灰岩下部砂砾岩碎屑锆石年龄为120～112 Ma[12],凝灰质砂岩碎屑锆石年龄为114 Ma,确定了该地层的下限年龄[11],但这些年龄研究对象集中于碎屑岩,缺少对其层位形成时代的准确限定。本文对石浦组上段流纹岩和下段沉积岩中玄武岩夹层进行LA-ICP-MS锆石U-Pb定年,对石浦组时代及层位进行准确厘定并与区域地层进行对比,这对探讨华南中生代构造演化、岩相古地理及环境变迁具有重要意义。

1 地质背景

浙东是中国东南沿海晚中生代火山岩浆活动最强烈的地区之一,火山岩可划分为上火山岩系和下火山岩系,其中下火山岩系呈面式展布,出露面积>40 000 km2,称为磨石山群,自下而上进一步划分为大爽组、高坞组、西山头组、茶湾组和九里坪组。上火山岩系零星出露于数十个火山盆地(包括永康群、天台群、泰顺组、小雄组等)中。永康群自下而上划分为馆头组、朝川组(小平田组)和方岩组,主要分布于永康、新昌、诸暨、武义、水口、丁家畈和宁波等盆地。天台、金华等盆地中上火山岩系称为天台群,包括塘上组、两头塘组和赤城山组[13]。上火山岩系最晚期地层为浙东滨海地区临海、三门东部小雄盆地小雄组[14-15]。

在浙江象山县石浦镇附近出露一套火山-沉积岩系,主要由火山角砾岩、熔岩、砂岩、砂砾岩、泥岩、硅质岩夹薄层及透镜状灰岩组成,称为石浦组[10],其分为上、下两段:下段主要为海陆交互相的碎屑沉积岩与叠层石-虫管生物礁灰岩互层,夹薄层玄武岩;上段主要为流纹质火山碎屑岩。沉积岩系走向总体呈近EW向,倾角由南向北逐渐变缓。由于其三面为断层和石英斑岩侵人接触,东面延伸入东海,呈“天窗式”构造[2](图1)。

图1 浙东石浦地区中生代火山岩分布图Fig. 1 Distribution of Mesozoic volcanic rocks in Shipu area, Xiangshan County,eastern Zhejiang

本次研究选择石浦镇平岩村—沙塘湾石浦组剖面(图2),分为上、下两段:下段为正常沉积碎屑岩与灰岩(1～6层),与下伏西山头组呈不整合接触,包括角岩化长石砂岩和灰黑色薄层状硅质泥岩、生物礁灰岩。在生物礁灰岩层之下的砂泥岩层中,普遍发育1～2层较新鲜的薄层气孔状玄武岩流,厚度<10 cm,局部可见玄武岩渣饼。上段为火山岩(7层),上部为灰黄色含集块角砾流纹岩,集块和角砾为气孔状玄武岩,一般大小2～30 cm,大者可达100 cm,定向排列,气孔状构造;玄武岩岩块形态既有塑性又有刚性(棱角状),部分较大的岩块被寄主岩穿插分割,部分玄武岩块压扁拉长等塑性变形特征,偶见烘烤边和冷凝边(图3(a))。以上特征表明,玄武岩和流纹岩几乎同时喷发;下部为灰色流纹质弱熔结角砾凝灰岩,二者为喷发不整合接触(图2)。

图2 象山石浦平岩村—沙塘湾村石浦组剖面(据文献[10]修改)Fig. 2 Geological section of the Shipu Formation in Pingyan-Shatangwan, Shipu area, Xiangshan County

Px.辉石；Kfs.钾长石;Pl.斜长石;Qtz.石英(a).双峰式火山岩;(b).侵入沉积岩中的双峰式岩墙;(c).沉积岩中玄武岩夹层;(d).沉积岩之上残留的玄武岩饼;(e).双峰式火山岩之玄武岩(正交偏光20+);(f). 双峰式火山岩之流纹岩(正交偏光);(g).球泡流纹岩(岩墙)(正交偏光);(h).沉积岩之上玄武质火山角砾岩(正交偏光);(i).砂岩(正交偏光)图3 岩石露头照片及岩相学显微照片Fig. 3 Field photographs and photomicrographs of representative rocks

2 岩石学特征

(1)玄武岩。杏仁状构造,粒玄结构,主要由板条状半自形斜长石(50%～55%)和粒状普通辉石(30%)及少量半自形斜方辉石等组成,辉石普遍发生绿泥石化,杏仁体主要为硅质、绿帘石和沸石(图3(e))。

(2)流纹岩。流纹构造,斑状结构,斑晶较少(<5%),以石英和钾长石为主,石英熔蚀现象明显,钾长石较自形,表面泥化。基质为霏细结构、隐晶质结构,不同的脱玻化构成明暗相间的条带,局部发生弱绿帘石化(图3(f))。

(3)流纹岩斑岩。少斑、疏斑结构,斑晶为条纹长石,出现较宽的反应边,由长英质集合体构成;基质主要呈嵌晶包含结构,出现较多石英晶体;球粒较常见,由放射状长英质集合体构成,呈十字消光;另有极少量细小黑云母(图3(g))。

(4)沉积岩中玄武质角砾岩夹层。火山角砾结构,由大量玄武岩岩屑和角砾、斜长石晶屑及胶结物组成,胶结物普遍强烈碳酸盐化。玄武岩岩屑和角砾呈棱角状,不同程度碳酸盐化和硅化,部分仍较新鲜,多数由大量定向排列的针柱状斜长石微晶及玻璃质组成,部分为结晶较粗的斜长石与辉石及玻璃质等构成间隐结构。斜长石晶屑粒径小于玄武岩岩屑和角砾,发生碳酸盐化和硅化(图3(h))。

(5)硅化泥质粉砂质。局部显纹层状构造,含较多粉砂级石英晶屑,泥质含量低,普遍发生绢云母化,局部硅化较强烈,有次生石英和石英细脉(图3(i))。

3 分析方法

本研究用于U-Pb定年的锆石挑选自重约1 kg的新鲜岩石样品,样品的粉碎及锆石的挑选均在河北省区域地质矿产调查研究所完成。每个样品在NiKon双目显微镜下挑选出锆石100多颗,样品靶直径为1.4 cm。在开始锆石U-Pb分析前,对制靶后的锆石样品进行显微镜下观察和透、反射光照相,进行阴极发光(CL)分析,确定锆石颗粒内部结构,然后进行锆石U-Pb定年和Hf同位素分析,锆石颗粒的背散射电子图像如图4所示。锆石制靶、CL分析、锆石U-Pb定年均在南京大学内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室进行。CL分析在JEOL JXA-8100电子探针仪上进行,工作条件为加速电压15 kV,束电流2×10-8A。

图4 象山石浦组火山岩锆石CL图像Fig. 4 CL images of zircons from volcanic rocks in Shipu Formation, Xiangshan County

LA-ICP-MS锆石U-Pb 定年采用的仪器型号为Agilent 7500 a,激光剥蚀系统为New Wave UP213激光器(λ=213 nm)。工作参数为:等离子气体Ar为1.6 L/min,辅助气体Ar为1 L/min,剥蚀物质载气He为 0.9～1.2 L/min,激光脉冲频率5 Hz,激光束斑直径为40 μm,剥蚀时间90 s,背景测量时间40 s,脉冲能量为10～20 J/cm2,用外标锆石GEMOC/GJ-1,其U-Pb年龄为601 Ma,对仪器和激光熔样导致的质量偏倚和U-Pb份异进行校正,普通铅按照方法[16]进行校正,校正后的数值应用Isoplot/Ex Version 3.23[17]完成锆石U-Pb年龄谐和图绘制及206Pb/238U年龄加权平均值计算。详细的分析方法和流程见文献[18-19]。

4 锆石定年结果

本次对象山石浦组上段流纹岩和下段沉积岩中的玄武质角砾岩进行LA-ICP-MS锆石U-Pb定年,定年结果见表1。

表1 象山石浦组火山岩LA-CP-MS锆石U-Pb定年结果

(1)流纹岩。样品09XS1-6中的锆石均自形,呈长柱状,长120～250 μm。锆石阴极发光图像(图4)显示锆石有清晰的振荡环带结构,Th/U值为1.10～2.52,均为典型的岩浆锆石。锆石20个测点集中落在谐和曲线上,206Pb/238U加权平均年龄为(117.8±2.2) Ma(MSWD=4.6),代表了石浦组上段火山岩年龄(图5)。

(2)沉积岩中玄武岩夹层。样品09XS7-3中锆石均自形,呈长柱状,长60～100 μm(图4)。Th/U值为0.76～2.43,均为典型的岩浆锆石。本次研究共对20个锆石颗粒进行了分析,所有测点都位于谐和线或附近,它们的206Pb/238U加权平均年龄为(116.1±1.0) Ma(MSWD=0.99),代表了玄武岩的形成年龄和石浦组下段生物礁灰岩的年龄(图5)。

图5 象山石浦组火山岩锆石U-Pb年龄谐和图Fig. 5 Zircon U-Pb concordia diagrams of volcanic rocks in the Shipu Formation, Xiangshan County

以上年龄数据显示,下段火山岩年龄较上段年轻,有年龄倒置现象,不能说明上、下段年龄存在明显差别或地层倒转,因现有LA-ICP-MS分析检测限为1%～2%,以上年龄差别在误差范围之内,表明石浦组上、下段火山岩极短时间内近同时喷发,其形成于早白垩世晚期。

5 石浦组归属及区域地层对比

浙东晚中生代火山活动可分为早、晚两期4个旋回。早期下火山岩系火山活动时代主要为早白垩世早期,火山地层为磨石山群,包括第Ⅰ和第Ⅱ火山活动旋回:第Ⅰ旋回包括大爽组和高坞组,形成时代为140～128 Ma。大爽组主要为一套以火山碎屑岩为主,夹中-酸性熔岩和火山碎屑沉积岩,与下伏中侏罗统及以下地层呈不整合接触;高坞组主要为一套厚层块状中酸性熔结凝灰岩,整合覆盖于大爽组之上[1,20-25];第Ⅱ旋回包括西山头组、茶湾组和九里坪组,形成时代为128～120 Ma。西山头组为一套中酸性火山岩(少量玄武岩)夹火山碎屑沉积岩组合,茶湾组主要为一套火山碎屑沉积岩及少量火山岩,九里坪组主要为一套流纹岩[25-31]。本文获得的石浦组火山岩年龄(117.8～116 Ma)明显晚于磨石山群年龄,其双峰式火山岩及沉积岩组合特征与磨石山群明显不符,石浦组年龄在时代上与上火山岩系相近。

晚期上火山岩系火山活动时代主要为早白垩世晚期—晚白垩世,包括第Ⅲ和第Ⅳ火山活动旋回,与下火山岩系呈区域不整合接触。第Ⅲ旋回为永康群、泰顺组,形成时代为120～100 Ma,其中永康群分为馆头组、朝川组(小平田组)和方岩组。石浦组与馆头组、朝川组(小平田组)及泰顺组(120～100 Ma)年龄一致。但泰顺组仅分布于浙闽交界地区,为一套深湖相沉积岩夹火山碎屑岩组合,整合于朝川组之上;小平田组以酸性、中酸性火山岩为主;方岩组为巨厚的砾岩层;第Ⅳ旋回小雄组岩性组合为碱长流纹岩、流纹质熔结凝灰岩,为浙江白垩纪最晚期火山活动产物,形成时代为94～88 Ma,它们与石浦组均相差较大[14-15,20-25,31-40]。

近年来,在浙江永康、东阳盆地白垩纪馆头组(113 Ma)和朝川组(110 Ma)均发现湖相碳酸盐岩[10,41],馆头组中多为杂色沉积,多处见碳质泥岩、页岩及泥灰岩。新昌盆地馆头组以双峰式火山岩和杂色沉积岩组合为特征,形成环境为湖相、还原环境。朝川组总体上为一套紫红色红层间夹薄层火山岩,形成于河流相氧化环境,与象山石浦组双峰式火山岩及杂色沉积岩组合为特征不符(图6)。

图6 浙东晚中生代火山活动柱状图Fig. 6 Column of Late Mesozoic volcanic activities in the eastern Zhejiang Province

象山石浦组双峰式火山岩以杂色沉积岩组合为特征,形成环境为陆地峡湾潮坪环境,沉积物以陆源碎屑为主,夹少量潮汐携带来的海相生物碎屑,与馆头组岩性组合及形成环境类似,为同期异相地层[10]。鉴于象山石浦及邻区新昌苏秦、三门里金、宁海南湾村和临海小岭等地区也出现叠层石-虫管生物礁灰岩等独特特征,区别于东南沿海中生代火山岩其他火山-沉积地层,建议这套叠层石-虫管生物礁灰岩地层称为石浦组,与同期馆头组等相区别。

6 结论

(1)浙东象山石浦组为双峰式玄武岩-流纹岩与杂色含生物碎屑沉积岩组合,划分为上、下两段:下段为正常沉积碎屑岩与含叠层石灰岩,夹薄层玄武岩,主要岩石类型为砂砾岩、砂岩、硅质岩及灰黑色薄层状泥岩及叠层石-虫管生物礁灰岩和玄武岩;上段为含玄武岩集块角砾流纹质熔岩、流纹质弱熔结角砾凝灰岩。

(2)石浦组下段灰岩中玄武岩夹层和上段流纹质集块角砾熔岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄分别为(117.8±2.2) Ma和(116.1±1.0) Ma,表明石浦组形成于早白垩世晚期。

(3)根据时代、岩石组合及沉积环境等综合对比结果,确定象山盆地石浦组与永康盆地、新昌盆地馆头组层位相当,为同期异相地层,鉴于石浦组含叠层石灰岩的独特特征,区别于东南沿海中生代火山岩其他火山-沉积地层。