黄陵野马洞基性岩脉中锆石的U-Pb年龄和Hf同位素组成

赵 敏，魏君奇*，王建雄

（1.西北大学地质学系，大陆动力学国家重点实验室，西安710069；2.武汉地质调查中心，武汉430205）

黄陵野马洞基性岩脉中锆石的U-Pb年龄和Hf同位素组成

赵 敏1，魏君奇1*，王建雄2

（1.西北大学地质学系，大陆动力学国家重点实验室，西安710069；2.武汉地质调查中心，武汉430205）

采用激光剥蚀-等离子质谱（LA-ICP-MS）分析技术测定野马洞基性岩脉中锆石的U-Pb年龄和Hf同位素组成，以探讨黄陵地区TTG片麻岩原岩的形成及变质时间、是否存在比崆岭群更古老的地壳等问题。野马洞辉绿岩脉（1850 Ma）侵入TTG片麻岩，并从TTG片麻岩中捕获了大量捕掳晶锆石。捕掳晶锆石岩浆结晶核部的U-Pb年龄分别为2842 Ma、2900 Ma和2949 Ma，指示TTG花岗岩体为复式岩体，其至少经历了2949 Ma、2900 Ma和2842 Ma三期岩浆作用。捕掳晶锆石变质边部的U-Pb年龄为2557 Ma，指示TTG花岗岩体转变为TTG片麻岩，是“水月寺运动”及其构造热事件共同作用的结果，其变形变质的时间为2557～2511 Ma。捕掳晶锆石的εHf(t)为-9.85～0.89、平均值为-4.07，亏损地幔模式年龄TDM为3.6～3.2 Ga，指示黄陵地区存在比崆岭群（3.2 Ga）更古老的陆壳。

TTG片麻岩；基性岩脉；锆石U-Pb年龄；Hf同位素；黄陵地区

鄂西黄陵地区的崆岭杂岩和黄陵花岗岩岩基内，分布较多基性岩脉和基性岩墙群，记录了重要的伸展构造事件和基性岩浆活动。侵入崆岭杂岩的基性岩脉中原生岩浆锆石的U-Pb年龄为1.85 Ga，指示约在1.85 Ga扬子板块由碰撞挤压向伸展作用的构造转换[1]，可能是扬子板块对Columbia超大陆从聚合转换为裂解事件的响应。黄陵花岗岩岩基内的基性岩墙和岩墙群（770 Ma）的发育，可能与Rodinia超大陆裂解的构造背景相关[2-4]。然而，这些基性岩脉还从围岩中捕获了大量的捕掳晶锆石，它们所记录的重要信息还未见报道。此外，崆岭杂岩中的TTG片麻岩，是其原岩TTG花岗岩[5]遭受角闪岩相变质作用改造后形成的[6-7]。虽然已从TTG片麻岩中获得较多的年龄数据（3150～2838 Ma）[8-12]，但没有明确区分TTG花岗岩体的形成时间及其变质为TTG片麻岩的时间。且导致TTG花岗岩发生变形、变质的角闪岩相热变质事件时间及性质等问题，仍然没有解决。因此，本文选择明确侵入TTG片麻岩中的基性岩脉，通过其捕掳晶锆石的U-Pb年龄测定，以揭示TTG花岗岩的形成时间及其变质为TTG片麻岩的时间，以及相关热变质事件的时间和性质等。

1 区域地质与样品的釆集、加工

黄陵地区的TTG片麻岩主要分布在黄陵背斜北部的雾渡河至水月寺一带（图1），基性岩脉侵入TTG片麻岩中，岩脉的总体走向切割TTG片麻岩的片麻理（图2a），且岩脉捕掳并包裹有TTG片麻岩的碎块（图2b）。TTG片麻岩的变形、变质强烈，而侵入其中的基性岩脉较新鲜，未发生变形、变质。这些直观的地质现象说明，基性岩脉形成于TTG古侵入体及其发生片麻岩化之后。兴山县水月寺镇北东约2 km处野马洞河床中，基性岩脉的出露情况良好，选作此次调查的重点区域，并将此处的岩脉称为野马洞基性岩脉。单个岩脉宽约1.5 m，产状约为310°∠70°。岩脉岩性为辉绿岩，辉绿结构、块状构造，辉石约占40%、斜长石约占50%。本次选择其中一条辉绿岩脉进行采样，其GPS位置为：N31°14′48″，E111°01′55″，样品编号为 YM2，样品质量约30 kg。

锆石样由武汉地质矿产研究所岩矿测试实验室用人工重砂的方法分离得到。首先将样品按矿物解离粒度破碎至0.25 mm，过0.25 mm和0.10 mm的筛，经摇床分离出重矿物部分，经精淘后，再用磁选仪选出无磁性部分锆石。然后将无磁性部分锆石过筛，分出6个粒级。每一粒级都置于双目镜下，按其颜色、大小、晶形、包裹体、表面特征及有无增生等情况进行严格挑选，从中剔除含有杂质、包裹体、碎屑状双晶连生体的锆石。经过以上逐步分选，最后选出合格锆石80多颗。

图1 黄陵地区地质略图及采样位置Fig.1 Simplified geological map ofthe Huanglingarea with sample locations

图2 基性岩脉与TTG片麻岩的接触关系Fig.2 The contact relation between mafic rock dikes and TTGgneiss

2 同位素测年

2.1 仪器设备与分析方法

本文所有同位素和微量元素分析均在西北大学大陆动力学国家重点实验室完成。将锆石颗粒用环氧树脂固定并抛光、清洗，然后在扫描电镜实验室进行透射光和反射光照相，并在英国Gatan公司生产的Mono CL3+阴极发光装置系统上进行阴极发光（CL）照相。将锆石的反射光、透射光和CL照片反复对比选取同位素测试点，避开裂隙和包裹体，以获得高精度年龄。锆石定年釆用的ICP-MS为Agilient公司最新一代带有Shield Torch的Ag－ilient 7500a。锆石原位Lu-Hf同位素测定釆用Nu Plasma HR(Wrexham，UK)多接收电感耦合等离子体质普仪（MC-ICP-MS）。激光剥蚀系统为由德国Lambda Physik公司的ComPex102Excimer激光器（工作物质ArF，波长193 nm）和MicroLas公司的GeoLas 200 M光学系统组成。

锆石U-Pb定年、锆石原位Lu-Hf同位素分析和微量元素分析的ICP-MS使用同一台激光剥蚀系统，对样品进行一次性剥蚀后，分别由ICP-MS与MC-ICP-MS两台仪器同时釆集各自信号。激光斑束直径 44 μm，频率 10 Hz，激光能量 90 mJ，剥蚀样品深度为20～40 μm。实验中用氦气作为剥蚀物的载气，每个分析点的气体背景釆集时间为30 s，信号釆集时间为40 s。

LA-ICP-MS激光剥蚀釆样方式为单点剥蚀。数据分析前，釆用美国国家标准技术研究院研制的人工合成硅酸盐玻璃标准参考物质NIST610进行仪器的最佳化，使仪器达到最大的灵敏度、最小的氧化物产率和最低的背景值。ICP-MS数据釆集选用一个质量峰釆集一点的跳峰方式。每测完5个样品点，插入测定一次标样91500；每测完15～20个样品点，插入测定一次标样91500和标样NIST610。年龄计算以标准锆石91500为外标进行同位素比值分馏校正；元素浓度计算釆用NIST610作外标，选择29Si作为内标。Hf亏损地幔模式年龄（TDM）的计算，采用现今的亏损地幔176Hf/177Hf=0.28325和176Lu/177Hf=0.0384。数据处理釆用GLITTER（ver 4.0）程序，锆石谐合图釆用Isoplot程序（ver 4.0）。详细分析步骤和数据处理方法见参考文献[13,14]。

3 分析结果

3.1 锆石特征

全部31颗锆石中15颗代表性锆石的CL图像见图3。锆石均呈长柱状，具明显的核-边结构，反映出捕虏晶锆石的特征。从核部来看，第4、12、33号锆石的核部呈灰黑色、无分带，可能是蜕晶化作用导致岩浆环带消失；第2、7、40号锆石的核部呈灰白色，岩浆环带较宽；其余锆石的核部呈灰白色，岩浆环带细密、清晰。其中第22号锆石的核部内凹约1/4，可能是变质热液的溶蚀所致。从边部来看，所有锆石的边部呈灰黑色，无分带，环绕着核部，仍保持锆石的柱状形态，显示出角闪岩相变质改造锆石的特征[15]。其中第 2、8、13、16、32、39 号锆石的边部较窄，明显切割其核部的岩浆环带；第33号锆石的边部较宽，包裹其核部。上述结构特征说明，锆石的核部为岩浆结晶核，锆石的边部为变质改造边。

30颗锆石核部的Th/U=0.13～1.13、平均值0.59（表1）。其平均值在岩浆锆石Th/U值（＞0.4）的范围内，说明核部为岩浆结晶核。由于Th比U的离子半径大，Th比U在锆石晶格中更不稳定，变质过程中Th比U更容易被逐出锆石晶格，导致变质锆石的Th/U值相对较低[15-17]。第33号锆石边部的Th/U=0.55，略低于其余锆石核部的Th/U平均值（0.59）。指示第33号锆石为变质锆石，其核部为岩浆锆石的继承核，边部为变质改造作用形成的变质改造边。

上述锆石的结构特征和Th/U比值说明，所有锆石为基性岩脉从TTG片麻岩围岩中捕获的捕掳晶锆石，其岩浆结晶核的年龄代表TTG古侵入体形成的时间；其变质改造边的年龄代表角闪岩相变质作用发生的时间，即TTG花岗岩转变为TTG片麻岩的时间。

图3 基性岩脉中锆石的阴极发光图像（圆圈和数字表示分析点和U-Pb年龄）Fig.3 CLimages for zircons frommafic dikes（The circles for datingspots and correspondingU-Pb ages）

3.2 锆石U-Pb年龄

由于第33号锆石的核部小而边部宽，分析点选在边部。其余锆石的核部大而边部窄，分析点选在核部。31颗锆石的测年数据和年龄谐和图解分别见表1和图4。可见30颗锆石核部的数据投影点可分为三组，一组位于谐和线上，其余两组沿两条不一致线分布（图4a）。说明这些锆石的年龄有三期，需分别进行数据处理。其中一组10颗锆石（3、15、17、20、23、24、29、32、34、39） 沿不一致线分布，上交点年龄为2842±11 Ma，MSWD=0.96（图4b）。另一组 8 颗锆石（1、2、6、7、14、16、19、22）沿不一致线分布，上交点年龄为2949±7 Ma，MSWD=1.17（图 4c）。第三组 12 颗锆石（4、5、8、10、11、12、13、14、18、27、38、40）位于谐和线上，其谐和年龄为2900±10 Ma，MSWD=0.85（图 4d）。这三组年龄均代表岩浆锆石的结晶年龄，指示TTG古侵入体的形成时间可划分为2842 Ma、2900 Ma和2949 Ma三期，说明TTG古侵入体为复式岩体。虽然锆石边部的分析点只有第33号锆石上的一个点，但其2 0 7 Pb/206Pb、206Pb/238U、207Pb/235U 三个年龄值均为2557 Ma，完全重合在谐和线上（图4a），可信度非常高。可将2557 Ma作为变质改造边的形成年龄，代表角闪岩相变质作用发生的时间，即TTG花岗岩转变为TTG片麻岩的时间。

表1 基性岩脉中锆石的LA-ICP-MS U-Pb测年结果Table 1 LA-ICP-MS U-Pb dating results for zircons from mafic dikes

3.3 锆石Hf同位素组成

图4 锆石的U-Pb同位素谐和图Fig.4 Concordia diagrams ofzircons U-Pb dating

全部锆石的Hf同位素分析结果见表2，其176Lu/177Hf比值（＜0.004）和其平均值（0.001）均非常低，说明锆石在形成后具有极低量放射成因的Hf积累，其εHf(t)值可以代表锆石形成时岩浆源区的Hf同位素组成。锆石的εHf(t)为-9.58～0.89，平均值为-4.07。锆石偏负的εHf(t)值，说明其可能是壳源物质熔融岩浆所结晶出的锆石。锆石Hf同位素亏损地幔模式年龄TDM，代表了锆石寄主岩石源区物质脱离亏损地幔进入地壳的时间[17]。本次获得锆石 TDM1为 3463 ～ 3168 Ma，平均 3306 Ma；TDM2为3642～3226 Ma，平均3421 Ma。显示锆石的单阶段和两阶段平均模式年龄，均远大于其结晶年龄（2949～2842 Ma），时间间隔长达约500 Ma。说明锆石寄主的TTG片麻岩，源于大量时代为3600～3200 Ma的早期陆壳物质、经长期部分熔融作用所形成的岩浆，指示黄陵地区存在年龄＞3.2 Ma的古老陆壳。

4 讨论与结论

（1）圈椅埫A型花岗岩及其东边的坦荡河基性岩脉中，原生锆石的U-Pb年龄均为1850 Ma，两者均侵入崆岭群的TTG片麻岩中，它们均形成于碰撞后板内伸展的构造背景[1,19]。野马洞基性岩脉分布于圈椅埫A型花岗岩体西侧约1 km处，侵入TTG片麻岩中，与坦荡河基性岩脉的地质特征完全一致。据此可以推测，野马洞基性岩脉同样形成于1850 Ma左右，它与坦荡河基性岩脉和圈椅埫A型花岗岩为同一期（1850 Ma）岩浆作用形成的侵入体。扬子板块与Columbia超大陆聚合作用有关的造山事件发生在2.0 Ga[20-22]，其后于1850 Ma扬子板块由碰撞挤压向板内伸展转换。因此充分说明，圈椅埫A型花岗岩、野马洞基性岩脉和坦荡河基性岩脉，均是在此时（1850 Ma）板内伸展的构造环境下侵入的，是扬子板块对Columbia超大陆裂解前伸展作用的响应。

表2 基性岩脉中锆石的Lu-Hf同位素数据Table 2 Lu-Hf isotope composition for zircons from mafic dikes

（2）野马洞基性岩脉侵入TTG片麻岩中，岩脉切割TTG片麻岩的片麻理，岩脉本身未发生变形变质。这些直观的地质现象表明，基性岩脉形成于TTG古侵入体形成及其转变为TTG片麻岩之后。在已获得的若干组TTG片麻岩年龄数据中，岩浆结晶锆石的SHRIMP U-Pb年龄（2947～2903 Ma）为精度最高的一组，代表TTG古侵入体的侵入年龄[12]。本次野马洞辉绿岩脉从TTG片麻岩围岩中所捕掳的捕掳晶锆石，其继承核的U-Pb年龄分别为2842 Ma、2900 Ma和 2949 Ma，指示TTG 古花岗岩体至少经历了2842 Ma、2900 Ma和 2949 Ma三期岩浆作用，为复式岩体，其形成年龄（2949～2842 Ma）与前者基本一致。

（3）全球太古代与元古代的分界时间为2500 Ma[22]。表征黄陵地区原始古不整合面的构造运动称为“水月寺运动”，同位素年龄为2600～2500 Ma[24]。兴山县水月寺镇南约5 km处的辉绿岩脉中，变质锆石的U-Pb年龄为2511 Ma[25]。本次水月寺镇北东约2 km的野马洞辉绿岩脉中，变质锆石的U-Pb年龄为2557 Ma。这些变质锆石（2557～2511 Ma）的存在，正是与“水月寺运动”相伴随的热变质事件的反映。据此，本文首次提出，黄陵TTG古侵入体（2949～2842 Ma）转变为TTG片麻岩，是“水月寺运动”及其构造热变质事件共同作用的结果，其变形变质的时间为2557～2511 Ma。

（4）黄陵地区沉积岩、变沉积岩中大量碎屑锆石的U-Pb年龄为3.8～3.2 Ga，说明黄陵地区存在比崆岭群（3.2 Ga）更古老的陆壳[12,26-27]。本次获得野马洞辉绿岩脉中捕掳晶锆石的平均εHf(t)为-4.07，TDM为3.6～3.2 Ga，同样证实了黄陵地区存在比崆岭群更古老（＞3.2 Ga）的陆壳。

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Abstract:The Yunshan granite is a calc-alkaline pluton composed of muscovite alkali granite,twomica alkali feldspar granite and biotite adamellite,in the northern of Jiuling uplift.It is rich in Si,alkali,aluminum,comparatively rich in light rare earth elements,and depleted in calcium,belonging to crust-source re-melting high-differentiated granitoids.The high content of Sn and Win Yunshan granite can be provided ore-forming materials,which transported and deposited by favorable magma and structure activity.The orebodies are usually found as akmolith and bosse in inner contact zone of Yunshan granite and secondary structures.On the basis of summing up the regional prospecting criteria,according to the geological,geophysical,geochemical and remote sensing information,eight prospecting potential areas are pointed out:Dengjiashan-Tongmukeng,Yubaitian-Honghuanao,Zhoutian-Wangjialing,Dayang-Liujiaping,Antang-Majing,Banjiatang-Banjiaao,Gengyuan,Fozushan-Jiaochong,etc.

Key words:tin deposits;geochemical characteristics;metallogenic prognosis;Yunshan pluton,Jiangxi province

Zircon U-Pb Age and Hf Isotope Composition from Yemadong Mafic Dikes in the Huangling Area

ZHAO Min1,WEI Jun-Qi1,WANG Jian-Xiong2
(1.Department of Geology,Northwest University,State Key Laboratory of Continental Dynamics,Xi’an 710069,Shanxi,China;2.Wuhan center of China Geological Survey,Wuhan 430205,Hubei,China)

By LA-ICP-MS methods,the U-Pb dating and Lu-Hf isotopic analysis were carried out for zircons from Yemadong mafic dikes in Huangling area,we can ascertain the forming and metamorphic age of TTG granites,and discuss whether there were some crustal remnants older than Kongling Group in the Huangling area.The Yemadong doleritic dikes intruded in the TTG gneisses,and captured many xenocrystic zircons from the country rocks.The xenocrystic zircons show the core-rim structure,the cores have magmatic oscillatory zoning,and the rims are not zoning,The thirty individual U-Pb spot analyses were done on magmatic cores of 30 xenocrystic zircon grains,and yielded three ages of 2949 Ma,2900 Ma and 2842 Ma,these indicate that the TTG granites is a complex intrusive which experiencing at least three stages of magmatism including 2949 Ma,2900 Ma and 2842 Ma.One U-Pb spot analysis was done on metamorphic rim of zircon grain,and yielded a concordant age of 2557 Ma,which is responsible for the timing of metamorphism.This provides the first demonstration for the occurrence of tectono-thermal event at about 2557 Ma,which has been connected to the Shuiyuesi movement.In the same time,the TTG granite has been metamorphism into the TTG gneisses during the tectono-thermal event resulted from the Shuiyuesi movement in the Huangling area.The xenocrystic zircons have the negative εHf(t)values of-9.85 ～ 0.89 with the average values of-4.07,and the Hf model age of 3.6～3.2 Ga,these reveals the existence of old crustal relicts with the age of 3.6～3.2 Ga rocks,which is older than the Kongling Group(3.2 Ga)in Huangling area.

TTG gneiss;mafic dike;zircon U-Pb age;Hf isotope;Huangling area

Geochemical Characteristics and Related to Sn Mineralization of Yunshan Granitic Pluton,Jiangxi Province

Mei Hui-Cheng，HUANG Shao-Chun,LIU Jiu-Jin
（N o.915 Geological brigade,Jiang xi Bureau of Geology and Mineral Resources,Nanchang 330002,China)

P597，P588.12+4

A

1007-3701(2012)02-124-08

2011-12-09；

2012-01-29

国家自然科学基金项目（编号：40972050）资助.

赵敏（1987—），女，硕士研究生，矿物学、岩石学、矿床学专业.

*通讯作者：魏君奇（1964—），男，研究员，博士生导师，从事岩石学研究，E-mail:weijunqi01@163.com.