湖南桃源郝坪奥陶系五峰组顶部斑脱岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄

谢尚克，汪正江，王 剑，卓皆文

(成都地质矿产研究所，四川 成都 610081)

中国南方奥陶系分布广泛，出露良好，层序发育完整。中奥陶世以来，扬子地块构造运动加速，火山活动频繁［1-6］。奥陶纪末发生了地球历史上第二大规模的生物绝灭事件，引起国内外众多研究人员的关注［7-11］。Sheehan认为这次生物绝灭事件可能与南极冰盖扩张导致的气候变冷和全球海平面下降事件有关［7］;汪啸风等人认为在奥陶系-志留系的界线层中存在铱的正异常，这种正异常与地外事件有关，并认为是这次地外事件导致了奥陶纪末的生物大绝灭［8］;严德天认为冰期所影响的全球海平面和氧化还原环境的转变是造成这次生物绝灭的主要因素［9-10］。扬子地台内奥陶纪顶部的五峰组至志留纪底部的龙马溪组之间存在着多个粘土岩层，野外剖面观察和前人研究结果认为这些粘土岩层为钾质斑脱岩，是火山喷发的凝灰质物质在海相环境沉积、蚀变的产物［12-14］。这些斑脱岩广泛分布于扬子地台周缘，对理解晚奥陶世的火山运动和奥陶纪-志留纪界线处年龄及生物绝灭事件具有重要的意义。

1 区域地质概况

扬子地台在奥陶纪时位于冈瓦纳大陆西北缘，与波罗的板块、滇缅马板块和塔里木板块等同处中低纬度地区［15］。“华夏”和“扬子”两个地块在晚奥陶世发生了强烈的板内构造运动［1］，随着华南板块向北的俯冲，使得中国南方洋盆处于挤压状态，扬子地区向下挠曲，“构造掀斜”效应造就了晚奥陶世上扬子地区深水陆棚的构造-沉积空间［6，16］。

笔者于2010年6月采集了位于湖南省桃源县郝坪剖面的斑脱岩样品HP-1，奥陶系-志留系界线附近处的 GPS 坐标为 N29°17.831′，E111°12.398′(图1)，该剖面五峰组上部地层为灰黑色中厚层碳质硅质页岩，厚为10m 左右，产状为165°∠34°;龙马溪组底部为灰黑色中厚层粉砂质页岩，未见顶，产状为160°∠35°，界线附近处为灰白色凝灰岩，厚约0.2m。

2 样品采集与分析

图1 采样点位置及奥陶系-志留系界线剖面Fig.1 Location of the sampling sites and Ordovician-Silurian boundary section in Taoyuan，Hunan

对郝坪剖面奥陶系-志留系界线附近的斑脱岩进行认真采样，先把表面已风化的斑脱岩岩剥去，以保证样品新鲜、无污染，获得重量约4kg的样品，装入干净样品袋中。通过人工重砂分选获得了大量的颗粒锆石，然后在双目镜下挑选出晶形和透明度较好的锆石颗粒，将其粘贴在环氧树脂表面，抛光后将待测锆石进行阴极发光显微照相，通过图像分析选择合适的区域进行U-Pb同位素年龄分析。锆石U-Pb同位素分析在西北大学大陆动力学国家重点实验室的LA-ICP-MS仪器上用标准测定程序完成，ICP-MS为Agilent 7500a，激光剥蚀系统为配备有193nm ArF准分子(Excimer)激光器的GeoLas 2005。分析中采用的激光斑束直径为32 μm，以氦气作为剥蚀物质的载气，同位素组成用标准锆石91500作为外标进行校正，元素含量采用美国国家标准物质局人工合成硅酸盐玻璃NIST SRM610作外标、Zr作内标进行校正。锆石测定点的Pb同位素比值、U-Pb表面年龄和微量元素含量采用ICPMS DataCal3.5程序计算［17］。锆石加权平均年龄的计算及谐和图的绘制采用 ISOPLOT 3.0程序［18］。详细的实验原理、流程和仪器参数见Yuan等［19］的文献。

3 测试结果

对桃源郝坪地区样品HP-1的15颗锆石进行了阴极发光图像研究及LA-ICP-MS锆石U-Pb定年分析，结果见表1、图2，所有的U-Pb同位素分析数据均标定在图3中。样品锆石在晶体形态和内部结构特征上十分相似，大部分锆石为长柱状自形-半自形透明晶体，大小200～400μm。阴极发光图像显示大多数锆石均发育有很窄、很规则的振荡生长环带，具较典型的岩浆锆石特征［20，21］。锆石的 Th/U比值通常作为判断岩浆锆石与变质锆石的标志，即岩浆锆石Th/U比值一般大于0.4，变质锆石一般小于 0.1［22，23］。样品 HP-1 锆石中 15 个测点的 Th/U比值介于0.14 ～1.11 之间，平均值 0.5，该比值高于变质成因锆石而与岩浆成因锆石一致。

本次锆石测年结果表明，除两个测点(测点1-7和测点1-13)以外，所有测点均沿谐和曲线分布，集中在(434～457)±7Ma之间，其谐和年龄值为442.2 ±8.1Ma。测点1-7 的年龄为274 ±5Ma，其年龄偏低，可能与测点靠近锆石内部的裂纹，与铅丢失有关;而测点1-13年龄为899±14Ma，其年龄过高，则可能由于测试的锆石为残留锆石，且测点接近锆石核心。我们将442.2±8.1Ma作为样品HP-1的形成年龄，与国际地层委员会(ICS)2004年公布的地质年龄(443.7±1.5Ma)在误差范围内较为接近［24］，此年龄可作为奥陶系-志留系界线附近火山喷发事件的年龄。

图2 样品HP-1的锆石CL图像及其打点位置Fig.2 Cathodoluminescence images of the zircons from the sample HP-1 and location of the analysed spots

表1 样品HP-1 LA-ICP-MS锆石U-Pb数据Table 1 LA-ICP-MS zircon U-Pb ages for the sample HP-1

图3 样品HP-1的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄谐和图Fig.3 Concordia plots of LA-ICP-MS zircon U-Pb ages for the sample HP-1

4 讨论与结论

从晚奥陶世起，南方的板块构造运动就开始变得剧烈，扬子克拉通在晚奥陶世-早志留世时的构造古地理和沉积环境均发生了很大的变化。在广西运动过程中，“华夏”古陆不断向扬子克拉通靠近，位于二者间的华南洋逐渐闭合，成为残余海槽，使扬子克拉通上的水域也逐渐成为闭塞性盆地［6，25］。苏文博等于2002年在王家湾剖面五峰组顶部和龙马溪组底部发现了多层钾质斑脱岩，并与贵州桐梓的斑脱岩进行了生物地层、层序地层的综合对比，表明奥陶纪-志留纪之交，至少在上扬子地台附近曾经发生过大规模的火山喷发活动［12］。火山活动所形成的钾质斑脱岩在扬子地台周缘广泛分布［26］，斑脱岩原岩主要为中酸性火山岩，包括安山岩-英安岩-流纹岩等。笔者认为绝大多数斑脱岩原岩的产出背景为火山弧环境［27］，有可能与早古生代秦岭洋闭合过程中的板块俯冲有关［14］，也可能是“华夏”地块与“扬子”地块碰撞挤压的结果。因为从早古生代起，“华夏”地块与“扬子”地块构造挤压加速［6］，进一步加大“掀斜效应”。表现为川中隆起、黔中隆起等正地形单元的扩大，扬子海域为古隆起所包围的半局限-局限浅海环境，海域面积的明显缩小及局部地区表现为欠补偿的滞留盆地［1，6，28］，这都足以让生物的生存空间大大缩小。晚奥陶世的生物灭绝事件，不仅仅是由海平面变化导致的环境因素有关，还可能与盆地演化相联系的构造运动相关。此外，火山活动所喷发的挥发份物质和粉尘等也使生物生存环境更为恶劣，这可能是造成这次生物大绝灭的主要因素之一。

郝坪HP-1样品的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄(442.2±8.1Ma)是奥陶系顶部一个比较可靠的同位素年龄，该年龄是奥陶纪末火山喷发的活动年龄，还为奥陶系-志留系界线处年龄提供了可靠的参考依据。晚奥陶世末的火山事件是制约当时沉积环境和生物兴衰的关键因素之一。

致谢:在成文过程中，得到丘东洲研究员的耐心指导和热心帮助，野外工作得到了刘家洪助理工程师、杨平工程师的帮助。此外与张娣助理工程师对论文进行了有益的探讨，也感谢评审人提出的宝贵意见，在此一并致谢。

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