皖浙赣相邻区构造活动ESR测年、Ar-Ar测年及其构造年代学意义

杨鑫朋， 刘蓓蓓， 程洲， 郑宗平， 邓科， 侯德华， 张立国

（1.河北省区域地质调查院，河北 廊坊 065500； 2.河北省地矿局第二地质大队，河北 唐山 063004；3.西藏自治区第五地质大队，青海 格尔木 816300）

0 引言

皖浙赣相邻区构造地质活动较为复杂，先后经历了晋宁期、加里东期、印支期及燕山期等构造运动，并产生了与之相应的断裂带。研究区燕山期由近EW向的古特提斯构造域向NE—NNE向太平洋构造域的转换，主要表现为对早期形成的构造进行叠加改造，形成了以左行走滑为主的NNE向断裂带以及SE—NW向逆冲的推覆构造，且具有明显区域控岩控矿作用[1-2]。研究区发生了早燕山期（180～140 Ma）和晚燕山期（135～115 Ma）两期的大规模岩浆活动，其中晚燕山期以酸性花岗岩侵入体为主，主要形成于早白垩世[3-6]。张岳桥等[7-8]通过对华南地区褶皱构造识别、岩浆岩年代学数据及盆地应力分析,认为燕山早期太平洋板块的俯冲开始影响整个华南地区，早白垩世开始华南地区从挤压构造应力体制向伸展构造应力体制转变，并在晚白垩世发生了构造反转。

前人研究表明,研究区内主要构造变形时间为加里东期—印支期，燕山期的构造岩浆活动也非常强烈，表现为晚侏罗世—早白垩世有大量中酸性岩体侵入。侏罗纪以后的构造活动相对较弱，主要表现为对原有构造的继承，但缺乏直接的年代学数据及相应的构造分析。本文通过对皖南东源矿区以及浙西桐村断裂带石英脉ESR测年以及东源矿区基性岩斜长石Ar-Ar测年，进一步限定了研究区在晚燕山期的构造活动时间，从而为深入了解皖浙赣相邻区燕山晚期构造演化提供了重要的依据。

1 区域地质概况

浙皖赣相邻区位于扬子板块东南部、江南隆起带东段北缘，地处扬子板块和华夏板块碰撞拼合带附近，往北毗邻“沿江过渡带”，南部临近扬子板块与华夏板块碰撞拼合带（江山—绍兴断裂带），经历了从中元古代到新生代的各旋回构造运动，区内地质构造较为复杂（图1）[9]。研究区内青白口系浅变质岩基底广泛出露，构成了研究区的主体。根据基底地层沉积特征、变质变形程度、构造样式及岩浆活动等方面的差异，以近EW向的加里东期祁门—潜口断裂为界，断裂南侧基底地层变形强烈，构造置换较完全，呈扇状向西南方向展布，北侧基底地层变质变形微弱，原生组构保存完好，基本层序清楚，可恢复地层层序。南华系以后区内形成了相对稳定的沉积盖层，为海相沉积地层，主要分布在研究区北部及东部地区，以角度不整合超覆于新元古界浅变质基底及晋宁期花岗岩体之上。侏罗系―白垩系为陆相沉积盖层，以断层接触和角度不整合超覆于下伏变质基底和南华系—奥陶系盖层之上，主要分布在研究区中部的休宁―屯溪中生代盆地及研究区东部的部分地区。

研究区内岩浆岩较为发育，主要形成于晋宁期和燕山期。晋宁期侵入岩主要为花岗岩及花岗闪长岩，如休宁、许村花岗闪长岩体及石耳山花岗岩体； 燕山期侵入岩主要为花岗岩及花岗闪长岩，如黄山、伏岭、太平、东源等岩体。研究区内构造活动主要发生在晋宁期、加里东期和燕山期3个阶段，晋宁期及加里东期形成的早期NE向及近EW向构造形迹均受到后期燕山期构造活动不同程度的改造。研究区褶皱、断裂形迹以NE向为主，多与燕山期古太平洋板块由南东向北西俯冲至东亚大陆之下有关。

1.侏罗系―白垩系陆相沉积盖层； 2.南华系―奥陶系海相沉积盖层； 3.新元古代弱变形基底； 4.新元古代强变形基底； 5.白垩纪花岗岩； 6.白垩纪花岗闪长岩; 7.新元古代花岗斑岩; 8.新元古代花岗闪长岩； 9.蛇绿构造混杂岩； 10.区域性断层及其编号； 11.采样点； F1.绩溪―宁国断裂带； F2.三阳断裂带； F3.祁门―潜口断裂带； F4.西天目山断裂带； F5.皖浙边界断裂带； F6.马金―乌镇断裂带。

2 ESR测年

2.1 采样位置

本研究分别对皖南东源钨矿区及浙西桐村地区断裂带中的石英脉进行了ESR测试分析。

东源矿区内发育的重要断层F1切穿了成矿斑岩体（图2），该断层在岩体内表现为硅化带，宽约10～15 m，发育丰富的石英脉，宽度为1～10 cm。本次测试采集的样品有3种: ①断层面的石英滑抹晶体，如DDP01-y25、DD025等,由于它们记录了断层两盘相对运动的痕迹，这种石英无疑是断裂同期形成的;②硅化带内的同构造生长石英脉,石英晶体具有由两壁向中心生长的对称结构，如DDP02-B25等，其年龄可代表构造活动的时间;③花岗闪长斑岩体内的交代硅化带内的样品，由于硅化带与围岩中断层走向一致，可认为在断层活动过程中，热液交代了花岗闪长斑岩形成了硅化带，带内最晚一期石英脉应与断裂的最后活动时间一致，所采样品DD022、DD023为此种类型。

1.花岗闪长岩； 2.花岗斑岩； 3.角岩； 4.牛屋组粉砂质板岩； 5.花岗斑岩脉； 6.辉绿岩脉； 7.断层； 8.Ar-Ar测年采样位置； 9.ESR测年采样位置。

桐村岩体侵入奥陶纪长坞组中，后期断裂同时切过长坞组和岩体，石英脉充填裂隙。为了准确界定后期的构造热液活动，对地层及岩体断裂内的石英脉进行了系统采样用于ESR年龄测试（图3）。

1.白垩系； 2.石炭系； 3.泥盆系； 4.志留系； 5.奥陶系； 6.寒武系； 7.元古宇； 8.侏罗纪花岗岩； 9.白垩纪花岗岩； 10.断层； 11. ESR测年采样位置。图3 桐村地区地质概况及ESR测年采样位置示意图（据文献[11]修改）Fig.3 Geological sketch and sample location of ESR dating in Tongcun area（modified by reference [11]）

2.2 ESR测年原理及方法

ESR测年全称为电子自旋共振测年，是近几十年发展起来的一种物理测年方法[12]。石英颗粒的硅氧四面体结构在γ、β、α射线击打下能形成一些+2价的氧空位。由于岩石中存在大量自由电子，一个氧空位可以捕获一个自由电子，产生一个顺磁中心（E′心），石英脉年龄越古老，岩石中放射性越强，则顺磁中心浓度也越高，因而结晶固体所接受的天然辐射的总剂量与它所受辐照时间成正比，并可由顺磁中心的浓度来测定。根据已建立的年龄—顺磁中心浓度及岩石放射同位素含量的实验关系可确定石英脉的结晶年龄，ESR信号强度与顺磁中心的浓度成正比。样品中由辐射产生的电子或空穴陷阱中心含有未成对电子，ESR测年法就是利用电子顺磁共振技术直接测量样品中未成对电子的数量（ESR强度），进而计算出样品所接受的累积辐射剂量，最后计算出受辐射以来的年龄。

本次实验在成都理工大学自然资源部/四川省地学核技术重点实验室完成。样品的预处理及测试过程为: ①样品自然风干后，粉碎成0.45～0.125 mm 粒度，用KJD-2000N低本底伽马仪和RJF2微机数据采集系统测定α和γ天然放射性，得到样品的平衡铀摩尔值，同时进行含水量校正;②分选出0.2～0.45 mm粒度单矿物石英，每件样品分成等量4～5份，每份质量120 mg，然后在钴60双板源场中进行人工剂量辐照，同时用丙氨酸剂量计进行剂量监测;③经过热活化的样品需要冷却一周，然后用ER-200D-SRC型电子自旋共振仪在一定放大倍数下测定样品的热活化ESR波谱振幅，通过与标样的对比，计算出石英脉顺磁中心浓度，最后结合围岩的铀摩尔值来计算石英脉的形成年龄。

2.3 ESR测年结果及其可信度

石英ERS年龄数据见表1。顺磁中心的寿命长达数十亿年，但由于受仪器限制，ESR测年的可靠量程仅局限于印支期以来（约200 Ma）的年龄[13]。从样品测试结果来看，东源矿区11个样品及桐村地区8个样品的ESR年龄基本均小于200 Ma，参考前人结论，该数据是可信的。实验证明，石英ESR谱的振幅值与压力大小无关。热退火实验证明，在温度为100 ℃以下，温度对ESR谱的振幅值几乎没有影响，超过300 ℃时才有一定影响[14]。在东源矿区进行的流体包裹体研究显示主要成矿期的热液温度有2组，温度分别在500 ℃以上和200～300 ℃，在矿化岩体边部的断裂带内，石英脉的温度均低于300 ℃[15]。因此，断裂带石英滑抹晶体ESR年龄可代表成矿晚期—成矿后构造热液的活动时间。

表1 研究区石英ESR年龄结果

3 东源辉绿岩中基性斜长石Ar-Ar测年

3.1 东源辉绿岩特征

东源岩体北东侧出露的辉绿岩脉宽约5 m，蚀变强烈（图 4）。地表露头及钻孔804中，辉绿岩与岩体直接接触，接触面无破碎角砾，因此推测两者为侵入接触关系。东源辉绿岩变余斑状—基质半自形粒状结构，块状构造。斑晶主要为角闪石，粒径多为0.1～1.0 mm，个别大于1.0 mm。角闪石呈绿色，含量大于40 %，半自形柱粒状。角闪石多被次闪石、绿泥石、微晶黑云母等交代，大部分为假象，有残留，杂乱分布。 基质主要由斜长石、暗色矿物组成，粒度小于0.1 mm。斜长石约占基质含量的55%，多被粘土矿物、绢云母、硅质等交代呈假象产出，表面污浊，局部半自形板条状，斜长石假象清晰； 基质暗色矿物同斑晶。此外，辉绿岩内发育有石英脉，石英脉附近岩石蚀变强烈。石英脉宽1～2 cm，内含立方形黄铁矿、白钨矿、辉钼矿。在距离东源辉绿岩数百米的江家岩体内也发育基性岩脉，产状及矿物特征、蚀变程度均与东源辉绿岩类似，推测为同期岩浆作用的产物。

图4 东源辉绿岩野外及岩石学特征

3.2 测试方法

本次用于斜长石Ar-Ar测年样品DDP02-B23采自东源辉绿岩脉，采用磁选及重液分选技术选出基性斜长石单矿物，进行Ar-Ar测年。用纯铝铂纸将粒径0.18～0.28 mm的斜长石样品包装成直径约6 mm的球形，封闭于石英玻璃瓶中，置于中国原子能科学研究院49-2反应堆B4孔道进行中子照射，照射时间为24 h，中子通量为2.246 4×1018。用于中子通量监测的样品是我国周口店K-Ar标准黑云母（ZBH-25，年龄为132.7 Ma）。同时对纯物质CaF2和K2SO4进行同步照射，得出的校正因子为: （36Ar/37Ar）Ca=0.000 271, （39Ar/37Ar）Ca=0.000 652, （40Ar/39Ar）K=0.007 03。照射后的样品冷置后，装入圣诞树状的样品架中，密封去气之后装入系统。

样品测试由北京大学造山带与地壳演化教育部重点实验室的常规40Ar/39Ar定年系统完成。测定采用钽（Ta）熔样炉对样品进行阶步升温熔样，每个样品分为10～14步加热释气，温阶范围为800～1 500 ℃，每个加热点在恒温状态下保持20 min。系统分别采用海绵钛炉、活性炭冷井及锆钒铁吸气剂炉对气体进行纯化，海绵钛炉的纯化时间为20 min，活性炭冷井的纯化时间为10 min，锆钒铁吸气剂炉的纯化时间为15 min。使用RGA10型质谱仪记录5组Ar同位素信号，信号强度以毫伏（mV）为单位记录。质谱峰循环测定9次，用峰顶值减去前后基线的平均值来获得Ar同位素的数据。

数据处理时，采用北京大学造山带与地壳演化教育部重点实验室编写的40Ar/39Ar Dating 1.2数据处理程序对各组Ar同位素测试数据进行校正计算，再采用Isoplot 3.0计算坪年龄及等时线年龄[16]。

3.3 测试结果

测试数据详见表2。基性斜长石样品得到的40Ar/39Ar坪年龄为（113.5±1.1） Ma（39Ar积累析出量为8.67×10-15），在40Ar-39Ar坪年龄谱图中基本没有其他温度阶段的年龄显示，正反等时线年龄分别为（110.9±1.3） Ma和（110.7±1.3） Ma，坪年龄和等时线年龄差距不大（图 5）。40Ar/36Ar初始比值为300±33，略高于大气氩40Ar/36Ar初始比值的295.5，表明年龄坪对应释出的原生包裹体几乎不含明显的过程氩，说明测试结果有较好的可信度。

表2 东源矿区基性斜长石（标本DDP02-B23）40Ar-39Ar年龄分析结果

图5 东源矿区基性斜长石（标本DDP02-B23）40Ar-39Ar年龄谱和等时线

野外调查中发现，东源花岗闪长斑岩在与辉绿岩接触带附近发育有大颗粒的石英斑晶（6 mm×6 mm，图4（a））。辉绿岩边部晶体细小，似冷却边结构，因而辉绿岩侵入不早于东源花岗闪长斑岩。辉绿岩内石英脉非常发育，石英脉内含有黄铁矿、辉钼矿。对辉绿岩内石英脉研究得到的气液包裹体均一温度为160～301.8 ℃，已经超过斜长石40Ar-39Ar体系的封闭温度300 ℃[17]。这些热液活动已经使斜长石的40Ar-39Ar体系发生重置，所测斜长石40Ar-39Ar年龄为热液活动的时代而非辉绿岩的侵入或冷却时间。

4 讨论

4.1 构造年代学意义

本次2个地区的ESR测年及Ar-Ar测年结果均集中在120～100 Ma，其中年龄峰值约为110 Ma。东源矿区辉绿岩碱性斜长石Ar-Ar定年及石英脉ESR测年得到的数据显示，矿区内成矿热液活动的最晚时间为（113.5±1.1） Ma，这与东源花岗闪长斑岩内主要成矿期为（146±2） Ma[18]的观点相差甚远，说明本矿区的成矿过程较原先的认识更为复杂。

综合目前资料，最合理的解释是: 在东源花岗闪长岩侵入成矿及东源辉绿岩冷却结晶之后，矿区内F1断层持续活动，流体通过断裂空间活动萃取了花岗闪长岩内的钨钼元素，并且在辉绿岩内再次沉淀并导致了辉绿岩内斜长石40Ar-39Ar体系发生重置。由于辉绿岩的地球化学属性与围岩有较大差别，基性的地球化学障导致偏酸性的含矿热液流体在辉绿岩内高效沉淀，形成了辉绿岩内的高品位含矿石英脉。桐村地区6条石英脉ESR测年在120.2～100.4 Ma之间，考虑到石英脉充填裂隙的滞后性，在这个时间段或稍早一点的时间段是桐村地区的强烈构造变形期。

伴随着中国东南部由近EW向古特提斯构造域向NE向太平洋构造域的转换，一系列低角度逆冲断层（绩溪—宁国断裂、祁门—潜口断裂和三阳断裂）被重新活化，并伴随有一定的左旋剪切平移[1, 19-20]。东源矿区所见F1断裂与桐村地区断裂即为上述断裂所系统控制，其ESR年龄120～100 Ma代表了区域构造活动的一个高峰时段。此外，郑勇等[21]通过对皖南黄山的锆石裂变径迹研究认为，皖南地区在123～113 Ma发生了一次强烈的构造热事件。因此,综合前人资料及本次测试结果，笔者认为研究区在早白垩世（120～100 Ma）构造活动十分强烈。

4.2 区域构造体制

研究区内在120～100 Ma时段内发现了一系列的逆冲推覆构造，如在绩溪—宁国断裂带三十八号桥附近发育有中元古代浅变质岩系逆冲到早白垩世徽州组之上的逆冲推覆构造（图6（a））； 在安徽芦山湾—王家村东附近发育有晚寒武世华严寺组逆冲到早白垩世徽州组之上的逆冲推覆构造（图6（b））； 此外，在与研究区相邻的江西省篁碧矿区也发现了此期次的逆冲推覆构造，其中元古代地层和侏罗纪地层一起逆冲在早白垩世鹅湖岭组之上（图6（c））[11]。通过野外调查发现，晚侏罗世东源花岗闪长岩株被F1走滑断裂切穿，断裂带在侵入岩体内表现为硅化带。对东源花闪长岩岩株群及围岩（角岩）3个节理统计点上200条节理产状的测量结果显示，按其走向可以分为30°～50°、70°～90°、340°～350°、280°～300°等4组，其中以走向30°～50°、280°～310°为主，可能为共轭关系，另2组节理次之。但围岩中节理不甚发育，主要发育NE和NW两组，近SN和EW向节理不明显，地表可见围岩中裂隙明显受岩体制约，远离岩体裂隙明显减少并变窄，裂隙宽度一般在0.3～1 cm，个别可达3～6 cm。这些节理的方向显示了研究区NNE向的挤压应力[17]。对桐村岩体与奥陶纪长坞组接触带内角岩中的节理数据进行统计整理，结果反映出大致2组应力场方位: 一组近乎直立，可能为深部岩浆作用所致； 另一组NW至SE挤压，与区域褶皱断裂方向一致，呈近NE。综上所述，研究区在120～100 Ma时间段内整体构造体制以挤压为主。

1.早白垩世徽州组； 2.早白垩世鹅湖岭组； 3.早侏罗世水北组； 4.晚寒武世华严寺组； 5.中寒武世杨柳岗组； 6.早寒武世大陈岭组； 7.蓟县纪周潭组； 8.晚元古代浅变质岩； 9.中元古代浅变质岩。

对于皖浙赣地区白垩纪的构造体制学术界有不同的观点，多数学者认为皖浙赣相邻区白垩纪整体处于伸展构造环境。早白垩世早期，皖浙赣地区发育大量的代表伸展构造体制的玄武岩、流纹岩地层及A型侵入岩，如: 皖南上溪口清凉峰流纹岩锆石同位素测年结果为132.9 Ma，属早白垩世早期，在浙西陈塘坞村附近也发现此时段的玄武岩[11]；安徽蝌蚪山组流纹岩的年龄为130.8 Ma[23]，浙江黄尖组的中酸性火山岩形成时代为134.6 Ma[24]，安徽黄山A型花岗岩的年龄为125.7 Ma[25]，浙江大桥坞和杨梅湾的A型花岗岩年龄在136～133 Ma[26]。此外，皖浙赣地区在白垩纪早期发育有一系列由正断层控制的断陷盆地以及变质核杂岩，如安徽南部发育有燕山晚期屯溪盆地。上述火成岩组合及构造特征均进一步论证了研究区在早白垩纪早期处于伸展的构造环境。

张岳桥等[8]通过对沅麻盆地构造应力场的研究认为，华南地区在早白垩世早期构造体制以伸展作用为主，在早白垩纪晚期（约120～110 Ma）发生了构造反转，此时构造体制以挤压作用为主。郑勇等[21,27]通过对皖南黄山、伏岭岩体的锆石、磷灰石裂变径迹研究认为，约130 Ma前黄山、伏岭花岗质岩体开始挤压隆升，皖南区域在白垩纪经历了抬升剥蚀过程，古太平洋板块向欧亚板块俯冲引发驱动的区域旋转挤压应力场是引发黄山岩体断块差异隆升剥蚀的主要原因。通过综合前人资料及地质表象特征，笔者认为皖浙赣地区经历了早白垩世早期的伸展构造体制，在早白垩世中晚期发生了构造反转事件，在120～100 Ma研究区构造体制以挤压为主。这种反转事件同样也发生在华北和东北地区，华北东部的胶莱地区约发生在92～86 Ma,东北的松辽盆地及其以东地区大约发生在88～80 Ma[28-29]。上述观点也印证了邓晋福等[30]提出的中国东部晚中生代挤压与伸展构造多次交替出现，是一个典型的具反转构造的造山带的观点。

5 结论

通过对东源矿区及桐村地区构造带石英脉ESR测年及东原矿区辉绿岩Ar-Ar年代学研究认为: 皖浙赣地区在120～110 Ma发生了一次强烈的构造热事件，在此时段内研究区构造体制以挤压为主。此外，皖浙赣地区在早白垩世早期以伸展构造体制为主，因此认为研究区在早白垩世中晚期发生了构造体制反转事件。