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江西南部余田群长英质火山岩SHRIMP锆石U-Pb年龄及其地质意义

2010-12-19冀春雨巫建华

关键词:双峰火山岩锆石

冀春雨, 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)

江西南部余田群长英质火山岩SHRIMP锆石U-Pb年龄及其地质意义

冀春雨, 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)

江西南部龙南、菖蒲盆地余田群“流纹岩-玄武岩”双峰式火山岩酸性端元的Rb-Sr等时线年龄为175~148 Ma,不仅变化幅度较大,而且多与基性端元的Rb-Sr等时线年龄(179~173 Ma)不匹配。笔者采用精度较高的SHIRMP锆石UPb定年法,获得菖蒲双峰式火山岩组合最下部的流纹岩和龙南盆地双峰式火山岩最上部的英安岩SHIRMP锆石U-Pb年龄分别为(195.2±2.8)Ma和(191±1.7)Ma,两者在误差范围内基本一致。这不仅说明两盆地的双峰式火山岩是同期岩浆活动的产物,而且它们是在喷发间隔很短的时间内形成的。根据国际地层表,菖蒲盆地和龙南盆地双峰式火山岩的地质时代属早侏罗世早期。SHRIMP锆石U-Pb年龄明显大于全岩Rb-Sr等时线年龄可能是全岩Rb-Sr等时线定年法存在误差造成的。江西南部双峰式火山岩195~191 Ma的SHIRMP锆石年龄,说明江西南部在早侏罗世早期就进入了拉张构造环境;结合双峰式火山活动之后,长英质火山岩145~130 Ma的SHIRMP锆石年龄的获得,说明江西南部在190~145 Ma期间为长达45 Ma的火山活动宁静期,这个现象难以用太平洋板块向欧亚板块俯冲的单一模式进行合理地解释。

长英质火山岩;SHRIMP;锆石U-Pb年龄;早侏罗世;江西南部

中国东南部中生代晚期最重要的地质事件是强烈的构造 岩浆活动,形成了以中酸性火山 侵入岩为主体的构造 岩浆岩带。江西位于该构造 岩浆带的西部,中生代晚期火山岩系发育,形成了大小不一的十几个火山盆地,并在空间上构成了北部的峡江 广丰火山岩带和南部的三南(龙南、全南、定南)寻乌火山岩带。无论是峡江 广丰火山岩带还是三南 寻乌火山岩带,火山岩系的岩石地层划分和地质时代归属一直都是地质工作者研究的热点(张利民,1979,1990;许玩宏等,1994;赖章忠等,1996;巫建华等,1994,1999a,1999b,1999c,2000;巫建华,1996a,1996b,2002;孔兴功等,1999,2000;章邦桐等,2002),并取得了丰硕的成果。现有研究表明,位于三南 寻乌火山岩带的龙南、白面石和菖蒲等盆地(图1)的火山岩系由“流纹岩 玄武岩”构成双峰式火山岩组合(巫建华等,1999a,1999b,1999c,2000;巫建华,2002;陈培荣等,1999;孔兴功等,1999,2000;章邦桐等,2002),且形成于拉张的构造环境(陈培荣等,1999;孔兴功等,1999,2000)。前人对该双峰式火山岩开展了大量的同位素年代学研究,取得了一批Rb-Sr等时线年龄数据。赖章忠等(1996)测得东坑盆地(龙南盆地北部)玄武岩Rb-Sr等时线年龄为176 Ma、长英质火山岩Rb-Sr等时线年龄为148 Ma,菖蒲盆地玄武岩Rb-Sr等时线年龄为176 Ma;巫建华等(1998a,1998b,1999c)测得东坑盆地长英质火山岩Rb-Sr等时线年龄为(165.97±7.23)Ma,菖蒲盆地长英质火山岩Rb-Sr等时线年龄为(150±17)Ma;陈培荣等(1999)测得东坑盆地玄武岩Rb-Sr等时线年龄为176 Ma;孔兴功等(2000)测得白面石盆地玄武岩的Rb-Sr等时线年龄为(173±5.5)Ma,流纹岩的Rb-Sr等时线年龄为(165±2.3)Ma;章邦桐等(2002)测得临江盆地(龙南盆地南部)玄武岩Rb-Sr等时线年龄为(173.7±2.7)Ma,英安岩Rb-Sr等时线年龄为(174.9±3.9)Ma。这些同位素年龄数据的取得,为三南 寻乌火山岩带双峰式火山岩组合的地质时代归于早侏罗世晚期 中侏罗世(早侏罗世的上限为(199.6±0.6)Ma,早侏罗世与中侏罗世的界限为(175.6±2.0)Ma,中侏罗世与晚侏罗世的界限为(161.2±4.0)Ma,章森桂等(2009),提供了依据。但是,仔细分析这些同位素年龄数据不难发现,赖章忠等(1996)提供的年龄数据未给出原始分析数据及等时线图,难以判断其可信度;巫建华等(1998a,1999c)测得的东坑盆地长英质火山岩的年龄数据与陈培荣等(1999)测得的玄武岩年龄数据不匹配(两者相差10 Ma);巫建华等(1998b,1999c)测得的菖蒲盆地长英质火山岩的年龄数据误差较大(±17 Ma),且与赖章忠等(1996)测得的玄武岩年龄数据不匹配;孔兴功等(2000)测得白面石盆地玄武岩年龄数据与流纹岩年龄数据也相差近10 Ma。而且,不同学者在不同盆地获得的长英质火山岩Rb-Sr等时线年龄变化于175~148 Ma之间,跨度达近30 Ma。为了准确确定该双峰式火山岩酸性端元的同位素年龄,笔者选择菖蒲盆地火山岩系最底部的流纹岩和东坑盆地火山岩系最上部的英安岩,采用目前公认较精确的SHRIMP锆石UPb法进行定年。

图1江西南部余田群双峰式火山 沉积盆地分布地质略图(据章邦桐等,2002年修改)Fig.1 Geological sketch map of the bimodal volcanic-sedimentary basins of Yutian Group in Southern Jiangxi

1 盆地概况及样品信息

菖蒲盆地位于寻乌县西南方向约30 km,处于近EW向三南-寻乌断裂带的东部,盆地内火山岩系包括上、下两个不同时期的火山岩系。其中下火山岩系为余田群,包括以沉积岩为主夹少量火山碎屑岩的水头迳组和由双峰式火山岩组成的菖蒲组;上火山岩系为版石群,包括下部合水组巨厚层状砾岩和上部优胜组长英质火山岩 (巫建华等,1998a)。菖蒲组火山岩由互层状产出的流纹岩和玄武岩组成(图2),本次SHIRMP锆石U-Pb测试的样品(CP12)为双峰式火山岩组合最下部的流纹岩,岩石呈灰白色,斑状结构,斑晶主要由石英(8%~13%),斜长石(2%),粒径0.5~1.5 mm,钾长石(5%),具格状双晶,粒径0.5~2.0 mm,基质主要为霏细长英质和玻璃质。

龙南盆地的形成受控于EW向三南-寻乌断裂带(南岭构造带的一部分)和NNE向龙南 新丰深断裂带的影响,呈NNE向展布于信丰小江、龙南南亨之间,长约55 km,宽约10~12 km;由于后期寨背等火山岩体的大面积侵入破坏,使原本统一的盆地被分隔成二个盆地,即北部东坑盆地和南部临江盆地。盆地形成之初,可能控制盆地的NNE向断裂,受EW向断裂的牵制,使盆地略呈“S”形。火山岩盆地基底主要为古生代和少量三叠系地层。盆地内的火山岩系呈NNE—SN向延伸,倾向E—SEE,倾角40°左右,呈单斜状产出。出露宽度不一,总的趋势从北向南出露厚度逐渐变大。火山岩系称为余田群,可分为两个组,下部为沉积岩夹玄武岩的水头迳组,上部为菖蒲组(巫建华等,1998b),岩性为互层状产出的玄武岩和长英质火山岩。南部临江盆地火山岩系的底部因后期断层的影响被白垩系红层覆盖而出露不全;北部的东坑盆地火山岩系的底部出露较全,横穿盆地中部的里仁翰岗剖面,长约6 km;剖面西端火山岩系不整合于石炭系之上,火山岩系下部为砾岩、砂岩夹四层玄武岩,上部为互层状产出的玄武岩、长英质火山岩,顶部被震旦 寒武系推覆体覆盖(图3)。本次SHIRMP锆石U-Pb测试的样品(N403)为双峰式火山岩最上部的英安岩,岩石呈灰紫色,具斑状结构,斑晶主要为斜长石(7%~10%),自形板状,粒径0.1~2 mm,少见溶蚀港湾,双晶较发育,常见有钠长石双晶、卡纳复合双晶;钾长石(2%±),半自形-它形,部分被强烈熔蚀,粒径0.3~1.5 mm;石英(2%),它形粒状,粒径0.5~1.0 mm;黑云母(2%)片状,普遍具暗化边。基质主要为玻璃质(30%)(多已脱玻呈霏细状)和长英质微晶(50%)(呈细小板条状定向)组成(刘帅等,2007)。

2 分析方法

菖蒲盆地流纹岩(CP12)和龙南盆地英安岩(N403)均为新鲜的,几乎没有蚀变的岩石。通过人工重砂法从新鲜的样品中分选出锆石。锆石按常规浮选和电磁选方法分选,最后在双目显微镜下挑出晶形好、裂纹和包裹体少及透明度较高的锆石颗粒,将其与数粒RSES参考样TEM置于环氧树脂靶上,凝固后磨至近一半并抛光,使锆石颗粒的内部暴露,然后进行透射光、反射光照相,并用阴极发光(CL)扫描电镜进行图像分析(在中国科学院地质及地球物理研究所电子探针研究室完成)以检查锆石的内部结构。锆石U-Pb同位素分析在中国地质科学院地质研究所,离子探针中心SHRIMPⅡ型离子探针上完成,详细的分析流程和原理参考Williams等(1987)、宋彪等(2002)。分析时采用跳峰扫描,记录 Zr2O+,204Pb+背景值,206Pb+,207Pb+,208Pb+,U+,Th+,ThO+和UO+9个离子束峰,每7次扫描记录一次平均值。一次离子为4.5 nA,10 kV的O-2,束斑25~30 μm。质量分辨率约5 000(1%峰高)(简平等,2003)。应用RSES参考锆石TEM(417 Ma)进行元素间的分馏校正,Pb/U校正公式采用Pb/U=A*(UO/U)2。在分析过程中,应用置于调试(test)靶上的另一标准锆石SL13(年龄为572 Ma;w(U)为238×10-6)标定样品的U,Th和Pb含量(Compston et al.,1992)。数据处理采用LudwigSQUID 1.0及ISOPLOT程序。应用实测204Pb校正锆石中的普通铅。因年轻锆石(<1 000 Ma)中放射成因207Pb量较少,分析中容易产生较大的误差,因此对年轻锆石(<1 000 Ma)均使用其206Pb/238U年龄(Compston et al.,1984),其加权平均值具95%的置信度。

3 分析结果与讨论

菖蒲盆地流纹岩(CP12)和龙南盆地英安岩(N403)的锆石多数为浅黄色,呈自形短柱状或双锥状,粒度较粗,一般长轴在200~300 μm之间,长宽比1.5~3.0。背散射电子图像显示锆石多具有清晰的韵律环带结构(图4),显示岩浆成因的特征。SHRIMP锆石U-Pb分析结果列于表1,从该表中可以看出,CP12样品的U含量相对较低、Th含量相对较高,w(U)=47×10-6~132×10-6,w(Th)=100×10-6~310×10-6,Th/U=2.12~2.55;N403样品的U含量相对较高、Th含量相对较低,w(U)=127×10-6~182×10-6,w(Th)=63×10-6~119×10-6,Th/U=0.49~0.65。CP12样品和N403样品的U,Th含量虽有差异,但均位于岩浆成因的锆石范围(吴元保等,2004),进一步说明它们都是岩浆成因锆石。CP12样品11个分析点的206Pb/238U年龄为205~182 Ma,在一致曲线图中(图5)这11个分析点的数据成群分布加权平均值为(195.2±2.8)Ma(n=12,MSWD=0.41,置信度98%);N403样品14个分析点的206Pb/238U年龄为188~194 Ma,变化范围小,在误差范围内一致,在一致曲线图中这14个分析点的数据成群分布(图5),加权平均值为(191±1.7)Ma(n=14,MSWD=0.41,置信度97%)。可见,CP12样品和N403样品的 SHRIMP锆石 U-Pb年龄分别为(195.2±2.8)Ma和(191±1.7)Ma,根据国际地层表(Gradsrein et al.,2004),两者均形成于早侏罗世早期。

菖蒲盆地双峰式火山岩最底部的流纹岩和龙南盆地双峰式火山岩组合最顶部的英安岩SHRIMP锆石U-Pb年龄分别为(195.2±2.8)Ma和(191±1.7)Ma,前者略大于后者,但两者年龄基本一致,这不仅说明两盆地的双峰式火山岩层位一致,而且说明两盆地的双峰式火山岩是在喷发间隔很短的时间内形成的。

菖蒲盆地流纹岩和龙南盆地英安岩获得的锆石U-Pb年龄(195~191)Ma明显大于前人(赖章忠等,1996;巫建华等,1998a,1998b,1999c;孔兴功等,2000;章邦桐等,2002)获得的Rb-Sr等时线年龄(175~148)Ma,这可能主要与不同方法本身存在的误差不同有关。众所周知,SHRIMP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,例如,付建明等(2004)认为锆石U-Pb同位素体系的封闭温度高于850℃;Hourigan等(2004)认为锆石 U-Pb体系的封闭温度高于900℃;Flowers等(2005)认为锆石U-Pb同位素体系的封闭温度高于1 000℃。而全岩Rb-Sr同位素封闭温度明显低于锆石U-Pb体系的封闭温度,一般为600℃左右(章邦桐等,2008)。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;石玉若等,2004;路孝平等,2005;葛文春等,2005;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,1979;Faure,1986;郑永飞等,1997;Faure et a1.,2005)。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,不同同位素体系封闭温度的差别对同位素定年的影响应该小于花岗岩,只要没有后期地质事件的影响而处于平衡状态,各种同位素体系的定年结果应该是一致的。如果长英质火山岩各种同位素体系的定年结果确实差别不大,那么菖蒲、龙南盆地长英质火山岩SHRIMP锆石U-Pb年龄明显大于Rb-Sr等时线年龄的现象可能是不同方法存在的误差不同造成的。锆石是长英质火山岩中普遍存在的副矿物之一,它具有良好的物理化学稳定性,硬度高,耐磨性和抗风化能力强,富含铀、钍放射性元素,结晶温度高等特征(章邦桐等,2008;肖媛媛,2009)。正是由于锆石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,对岩石的U-Pb年代学研究提供了良好的测试媒介。而Rb-Sr同位素定年测试过程中存在一系列影响的因素,如仪器测量误差、测试样品的代表性、同位素体系封闭温度等多种因素,而且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)。因此,菖蒲、龙南盆地长英质火山岩的SHRIMP锆石U-Pb年龄可能更接近长英质火山岩的形成年龄。

图4 余田群长英质火山岩锆石CL图及SHRIMP U-Pb分析点图Fig.4 Cathodoluminescence photos and dating spots of zircons from felsic volcanic rock of Yutian Group

表1 余田群长英质火山岩的锆石SHRIMP U-Pb年龄分析结果Tab.1 SHRIMP U-Pb data of zircons from felsic volcanic rock of Yutian Group

图5 江西南部余田群长英质火山岩锆石U-Pb年龄谐和图Fig.5 U-Pb Concordia diagram of zircons from felsic volcanic rock of Yutian Group

4 地质意义

4.1 江西南部195~191 Ma就进入了拉张构造环境

江西南部早 中侏罗世不仅发育有双峰式火山岩,还发育有双峰式侵入岩。如全南黄埠正长岩LA-ICPMS锆石U-Pb年龄为(179.3±1.0)Ma,车步辉长岩LA-ICPMS锆石U-Pb法的年龄(175.5±1.9)Ma(贺振宇等,2007)。双峰式侵入岩的锆石U-Pb年龄略小于笔者获得的双峰式火山岩的锆石U-Pb年龄,这与野外观察的双峰式侵入岩晚于双峰式火山岩的现象相吻合。中国东南部早-中侏罗世双峰式火山岩和侵入岩产生的动力学机制虽然还有不同的认识,但产于拉张构造环境已逐渐成为共识(陈培荣等,1999,2002;Xie et al.,2005;Li et al.,2007;贺振宇等,2007),笔者获得江西南部余田群双峰式火山岩SHRIMP锆石U-Pb年龄为195~191 Ma,说明江西南部在早侏罗世早期就进入了拉张构造环境。

4.2 江西南部190~145 Ma为火山活动宁静期

江西南部195~191 Ma的双峰式火山活动之后,145~130 Ma又发生了大规模的长英质火山岩活动。例如,三百山盆地粗面岩SHRIMP锆石U-Pb年龄为(137±0.94)Ma,版石盆地凝灰岩、流纹岩SHRIMP锆石U-Pb年龄分别为(142.5±1.3)Ma、(131.4±1.3)Ma,蔡坊盆地流纹岩SHRIMP锆石U-Pb年龄为(130.79±0.73)Ma,大长沙盆地粗面岩SHRIMP锆石U-Pb年龄为(135.4±1.5)Ma。可见,在190~145 Ma期间,江西南部处于火山活动沉寂期。江西南部195~191 Ma和145~130 Ma的火山岩组合明显不同,以及期间存在长达45 Ma的宁静期,难以用太平洋板块向欧亚板块俯冲的单一模式(李武显等,1999;Zhou et al.,2000)进行合理地解释。

5 结论

综上所述,可以得出以下结论:

(1)江西南部菖蒲盆地双峰式火山岩最底部的流纹岩和龙南盆地双峰式火山岩最顶部的英安岩的SHRIMP锆石U-Pb年龄分别为(191±1.7)Ma和(195.2±2.8)Ma,两者在误差范围内基本一致。这不仅说明两盆地的双峰式火山岩是同期岩浆活动的产物,而且说明它们是在喷发间隔很短的时间内形成的。SHRIMP锆石U-Pb年龄比已获得的全岩Rb-Sr等时线年龄大约近20 Ma,可能主要是由于全岩Rb-Sr等时线定年法存在的误差造成的。

(2)根据新的国际地层表(Gradsrein et al.,2004),菖蒲盆地双峰式火山岩和龙南盆地双峰式火山岩的地质时代属早侏罗世早期。

(3)江西南部菖蒲龙南盆地双峰式火山岩形成于195~191 Ma,说明该区早侏罗世早期就进入了拉张构造环境。

(4)侏罗纪—早白垩世早期,江西南部存在两期不同岩石组合的火山活动。195~191 Ma之间形成双峰式火山岩组合,145~130 Ma之间形成长英质火山岩,190~145 Ma之间为长达45 Ma的火山活动沉寂期,这个现象难以用太平洋板块向欧亚板块俯冲的单一模式进行合理地解释。

致谢:参加部分野外工作的还有刘飞宇、王保峰、徐勋胜等硕士研究生;在锆石测试过程中,中国地质科学院北京离子探针中心的杜利林博士、翟庆国博士给予了耐心指导,邓平研究员、刘平华博士以及中国科学院祝禧艳博士大力支持和热心的帮助,在此一并感谢。

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The SHRIMP Zircon U-Pb Dating of Felsic Volcanic Rocks and Its
Geological Significance from Yutian Group in Southern Jiangxi

JI Chun-yu, WU Jian-hua
(Collage of earth science and mapping,East China Institute of Technology,Fuzhou,JX 344000,China)

Past researches have showed that the Rb-Sr isochron ages of felsic end member for“rhyolite-basalt”bimodal volcanic rocks of Yutian Group in the Changpu and Longnan Basin in Southern Jiangxi Province are 175~148 Ma,not only does its amplitude change more significantly,but it does not match with the Rb-Sr isochron ages(179~173 Ma)of basic end member.As a result,I choose a method of zircon U-Pb dating with a higher accuracy,to obtain the rhyolite in the bottom of bimodal volcanic rocks in the Changpu Basin and the dacite in the top of of bimodal volcanic rocks in the Longnan Basin,whose zircon SHIRMP U-Pb age are respectively(195.2±2.8)Ma and(191±1.7)Ma.What’s more,they are both almost the same in the error limit.It shows that the bimodal volcanic rocks in these both two basins are the product of the same session of magma movement.Simultaneously,it explains they form in a flash during the eruption intervals.According to the the newest International Stratigraphic Chart(Gradsrein et al.,2004),in terms of geological age,the bimodal volcanic rocks in Changpu Basin and Longnan Basin,belonging to the early Early Jurassic.The zircon SHIRMP U-Pb age are distinctly older than the whole-rock Rb-Sr isochron age,it is probably because of the deviation of the dating method for the wholerock Rb-Sr isochron age.The zircon SHIRMP U-Pb age of bimodal volcanic rocks are 191~195 Ma in Southern Jiangxi Province,which indicates that there had been an extensional environment.And after the bimodal volcanic activity,The zircon SHIRMP U-Pb age of felsic volcanic rocks are 145~130 Ma.Both of the ages shows a as long as 45 Ma quiet period between 190 Ma and 145 Ma.It is unreasonable possible to interpreted by the single pattern of pacific plate subducting to eurasian plate.

felsic volcanic rocks;SHRIMP;zircon dating of U-Pb;Jurassic;southern Jiangxi

P588.14

A

1674-3504(2010)02-131-08

10.3969/j.issn.1674-3504.2010.02.003

2010-03-11

中国核工业地质项目“中国中新生代铀成矿作用”

冀春雨(1982—),男,硕士研究生,主要从事岩石地球化学研究工作。E-mail:jch6513@163.com;*

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

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