通化地区古元古代花岗岩的锆石U-Pb定年及其地质意义

李修亮（中国地质科学院地质研究所，北京　100037）



通化地区古元古代花岗岩的锆石U-Pb定年及其地质意义

李修亮（中国地质科学院地质研究所，北京100037）

对胶-辽-吉活动带北部通化地区古元古代花岗岩开展LA-ICPMS锆石U-Pb定年结果显示，片麻状花岗岩形成年龄为2114±17Ma，并遭受了晚期1889±53Ma构造热事件的改造，斑状花岗岩形成于1888±8Ma，与区域变质作用时代基本相同，反映该区曾经历一个陆内拉伸盆地的发育、闭合和造山的构造演化过程。

片麻状花岗岩；斑状花岗；通化地区；胶-辽-吉活动带

1　引言

胶-辽-吉活动带是我国华北克拉通东部最重要的一条古元古代活动带，其北起吉林南部的通化、白山地区，向西南经辽宁东部、胶东半岛，最后止于安徽蚌埠，绵延上千公里（图1a）［1］。其主要由古元古代花岗质岩石、镁铁质侵入体和绿片岩相至麻粒岩相变质的火山-沉积岩系组成。带内变质火山-沉积岩系包括胶东地区的荆山群和粉子山群，辽东地区的南、北辽河群，吉南通化地区的集安群和老岭群等。胶-辽-吉活动带尽管研究多年，但有关它的变质演化与大地构造属性却一直存在争论。一种观点认为该活动带属于陆内闭合裂谷［2］，另一种观点认为其属于陆－弧或陆－陆碰撞带［3］。目前看来，碰撞模式的证据主要来自于该带南部，由于胶东地区高压麻粒岩的存在［4～5］，对其成因的争议相对较小。但是，对于北部的辽吉地区，由于变质程度普遍较低，且广泛发育非造山的A型花岗岩（辽吉花岗岩），难以用碰撞模式解释［1］。最近，在对通化地区条痕状与斑状两类古元古代花岗岩开展锆石U-Pb定年过程中，发现二者岩石组成与形成时代存在明显差异，反映了截然不同的大地构造演化环境。

2　区域地质概况

图1　华北克拉通构造分区（a）［1］与通化地区地质简图（b）

通化地区是吉林南部早前寒武纪基底出露最为广泛的地区（图1b），岩石种类齐全，既有古老的太古宙TTG岩套，也有古元古代的变质表壳岩（集安群和老岭群）、基性侵入岩，还有一系列同造山和非造山的花岗质侵入体，包括古元古代片麻状花岗岩、淡色花岗岩和斑状花岗岩等。其中，片麻状花岗岩主要分布于研究区中部，岩性以黑云母钾长-二长花岗岩为主。斑状花岗岩主要分布于南部，未变形，以发育石榴石和钾长石斑晶为特点，侵入了古元古代集安群变质岩系。集安群变质沉积岩系主要分布于中部，包含了蚂蚁河、荒岔沟和大东岔三个岩性组，分别以含硼、含墨和含夕线榴为代表，变质程度较深，局部达到了麻粒岩相。古元古代老岭群主要分布于北部，主要由石英岩、片岩、千枚岩、变粒岩和大理岩组成，变质较浅，仅达绿片岩相-低角闪岩相。同时，还发育一系列新元古代-中新生代沉积盖层和花岗岩。

3　测试方法

锆石制靶和LA-ICPMS锆石U-Pb原位分析在中国地质大学 （北京）地学实验中心完成，激光剥蚀系统为美国NewWave贸易有限公司UP193SS型深紫外（DUV）193nm、ArF准分子激光剥蚀系统；所使用ICP-MS为美国Agilent科技有限公司的7500a型。激光束斑直径为36μm，实验中采用载气He，流速0.88L/min，激光频率为10Hz，预剥蚀时间5s，剥蚀时间45s，元素积分时间Si和Zr为6ms，U、Th和Pb为20ms，其它元素为10ms。年龄计算时以标准锆石91500为外标进行同位素比值校正，标准锆石TEMORA，QINGHU为监控盲样。

4　样品描述与测试结果

4.1片麻状花岗岩（样品TH1106-1）

图2　通化地区古元古代花岗岩手标本与显微岩相图片

样品TH1106-1取自红石村附近（图1b），外表呈黄或浅粉色调（图2a），中细粒花岗结构，片麻状构造。主要矿物组成包括：黑云母5～10%，石英25～30%，斜长石25～30%，微斜长石40～45%，长石均不同程度蚀变（图2b）。该样品中的锆石以柱状为主，晶形较好，粒度介于150～350μm之间，长宽比在2～4之间，属典型岩浆锆石。利用LA-ICPMS共分析了32颗锆石，结果显示，Th含量 （ppm）介于66.9～996之间，U含量（ppm）介于168～1273之间，Th/U比值介于0.23～0.93之间。年龄最大值为2137±14Ma，最小为1410±17Ma。在锆石U-Pb年龄谐和图上（图3），多数数据点偏离了谐和线，表明存在较严重的Pb丢失。但仍有一些数据点位于谐和线上或其附近，并集中在2100Ma附近，15个点的加权平均年龄为2114±17Ma，反映了该花岗岩体的侵位时代。另有四个点的不一致下线上交点年龄为1889±53Ma，反映其曾遭受后期热事件改造。

图3　片麻状花岗岩（样品TH1106-1）锆石U-Pb年龄谐和图

4.2斑状花岗岩（样品TH1118-1）

样品TH1118-1取自台上镇附近（图1b），主要矿物组成为：石榴石3～5%，黑云母5～10%，斜长石15～20%，碱长石45～50%，石英20～25%。其中，石榴石斑晶一般1～10mm，钾长石斑晶可达15～30mm（图2c，d）。该样品中的锆石以柱状为主，粒度介于100～350μm之间，长宽比多在2～4之间。阴极发光图像显示内部发育不规则的韵律环带，类似变质成因锆石。利用LA-ICPMS分析技术，该样品共测试了33颗锆石，结果显示，Th含量（ppm）介于33～158之间，U含量（ppm）介于135～553之间，Th/U比值介于0.07～0.58之间，表观年龄则集中在1841～1935Ma之间。在锆石U-Pb年龄谐和图上，所有数据点都位于谐和线上 （图 4），其中最老一个点的年龄为2159± 22Ma，与上述片麻状花岗岩的侵位年龄大体相同，很可能为继承或捕获锆石。其余数据点都集中在1850～1900Ma之间，加权平均年龄为1888±8Ma，反映了该花岗质岩石最后侵位年龄。

图4　斑状花岗岩（样品TH1118-1）锆石U-Pb年龄谐和图

5　地质意义讨论

花岗岩作为地球壳幔物质分异的重要产物，往往具有非常重要的构造指示意义。对于通化地区的片麻状花岗岩，路效平等（2004）利用离子探针SHRIMP锆石U-Pb定年技术获得区内条痕状花岗岩的成岩年龄为2.16Ga，并依据地球化学数据认为其为铝质A型花岗岩，形成于拉张环境［6］。本文对片麻状花岗岩（样品TH1106-1）的锆石U-Pb定年结果表明，其侵位年龄为2114±17Ma，同时存在一组1889±53Ma的改造年龄，说明其与集安群一道经历了变质改造。对于区内广泛分布的斑状花岗岩，由于富含石榴石、矽线石和堇青石等富铝矿物，显示与泥质片麻岩的同源特征，且本身未遭受变形，很可能为后造山环境下变质岩石发生深熔产物。锆石U-Pb定年结果显示，其锆石具有岩浆和变质锆石的混合特征，年龄集中，加权平均年龄为1888±8Ma，该值既反映了岩浆侵位时代，也限制了变质时代。斑状花岗岩中保留了一颗2.16Ga的继承锆石，说明片麻状花岗岩为集安群变质表壳岩提供了部分物源。可见，片麻状花岗岩与斑状花岗岩之间既有区别、又有联系，二者对应了不同的构造演化阶段。前者很可能形成于2.1Ga发育的陆内拉伸盆地，由于地幔物质上侵，导致太古宙TTG发生部分熔融。随着盆地扩张，海水侵入，形成集安群和老龄群陆源碎屑沉积建造，其物质来源既有太古宙物质，也有新侵位的A型花岗岩。后期碰撞造山，盆地闭合，发生区域高级变质作用。变质作用晚期，在1.89Ga左右，变质表壳岩发生深熔作用并形成S型斑状花岗岩。

［1］赵国春.华北克拉通基底主要构造单元变质作用演化及其若干问题讨论［J］.岩石学报，2009，25：1772～1792.

［2］卢良兆，徐学纯，刘福来.中国北方早前寒武纪孔兹岩系［M］.长春：长春出版社，1996.

［3］贺高品，叶慧文.辽东-吉南地区早元古代两种类型变质作用及其构造意义［J］.岩石学报，1998，14：152～162.

［4］周喜文，魏春景，耿元生，张立飞.胶北栖霞地区泥质高压麻粒岩的发现及其地质意义［J］.科学通报，2004，49：1424～1430.

［5］翟明国.华北克拉通两类早前寒武纪麻粒岩（HT-HP和HT-UHT）及其相关问题［J］.岩石学报，2009，25：1753～1771.

［6］路孝平，吴福元，张艳斌，等.吉林南部通化地区古元古代辽吉花岗岩的侵位年代与形成构造背景［J］.岩石学报，2004，20：381～392.

李修亮（1990-），男，硕士研究生，主要从事前寒武纪地质与变质岩石方面研究。

P534.5

A

2095-2066（2016）13-0091-02

2016-4-10