江西省铅山县二叠纪海相火山岩锆石U-Pb年龄及Lu-Hf同位素组成*

孙建东，骆学全，张雪辉，李 胤，吕劲松，康丛轩，骆 丁

(1 南京地质矿产研究所 南京 210016)(2 江苏省地质调查研究院 南京 210018)



江西省铅山县二叠纪海相火山岩锆石U-Pb年龄及Lu-Hf同位素组成*

孙建东1，骆学全1，张雪辉1，李 胤2，吕劲松1，康丛轩1，骆 丁2

(1 南京地质矿产研究所 南京 210016)(2 江苏省地质调查研究院 南京 210018)

江西省铅山县中二叠统车头组硅质岩内见夹多层凝灰岩。通过研究该凝灰岩锆石U-Pb年龄及Lu-Hf同位素组成特征，探讨该区海底火山喷流活动的时间、成岩环境及成岩物源。凝灰岩的LA-ICP-MS锆石U-Pb加权平均年龄为264.8±4.4 Ma，表明其形成环境为大陆边缘拉张性台盆环境，作为直接地质证据说明这一时期存在海底火山喷发活动。凝灰岩的Lu-Hf同位素二阶段模式年龄为1170～1670Ma(平均值1320 Ma)，为中元古代，代表了成岩物源可能与区域性地壳重熔增生有关。

海相火山岩；锆石U-Pb年龄；Lu-Hf同位素；二叠纪

华南地区在晚古生代已成为一独立陆块并进入较稳定发展时期[1]，二叠纪处于华南最大的海侵时期，伴随海侵在华南诸多地方形成了一套分布较稳定的硅质岩[2]。在苏、浙、皖和湖北东南部地区统称孤峰组，福建为文笔山组，湖南和广东称当冲组，广西分布于四大寨组内，江西则称之为鸣山组/车头组/孤峰组。对于这套硅质岩的分布规律、地球化学特征、稳定同位素、沉积环境、硅的来源、金的成矿效应等已有大量研究报道，多认为与海底热水喷流作用有关[3-7]，但尚缺乏直接地质证据。对于硅质岩中所夹多层火山岩，鲜有研究报道，已见有广西百色市阳圩—那铍基性玄武岩、凝灰岩[8]、大厂凝灰质硅质岩[9]、下扬子地区孤峰组内的基性熔岩及中酸性凝灰岩[10]，这些火山岩夹层是硅质岩来自海底热水喷流的直接地质证据，也是系统研究这一时期古地理环境、构造背景的一个窗口。

笔者对江西铅山县车

头组硅质岩所夹凝灰岩岩石学特征、锆石U-Pb年龄、Lu-Hf同位素特征进行研究，探讨这一海底火山喷流活动的时间、成岩环境及成岩物源，为研究华南这一时期火山活动提供直接地质证据，为探讨峨眉山地幔柱影响范围提供间接思路。

1 地质背景

研究区位于钦杭结合带萍乡—绍兴断裂带南侧，硅质建造出露区(图1a)。早石炭—中二叠世早期，沉积了黄龙组、马平组/船山组、栖霞组厚大的浅海台地相碳酸盐岩，局部发育碎屑岩与灰岩互层的藕塘底组；中二叠世茅口期—晚二叠世沉积的台地相茅口组、吴家坪组、长兴组碳酸盐层位，以横向相变的形式产出了鸣山组/车头组/孤峰组的硅质岩和小江边组、南港组等黑色镁质泥岩(表1)。

2 岩石学特征

车头组硅质岩：浅灰白色，角砾状结构，角砾为硅质岩角砾及少量灰岩角砾，呈棱角状—次棱角状(图2)，砾径0.5～4 cm，填隙物为微晶石英胶结，硅质含量>90%，偶见少量生物化石。

图1 研究区区域地质图(a)、地质略图(b)、地质剖面图(c)Fig.1 Regional geological map (a), sketch geological map (b) and geological section map (c) of the study area1-第四系；2-白垩系鹅湖岭组；3-三叠系铁石口组；4-二叠系乐平组；5-二叠系车头组；6-二叠组小江边组；7-二叠系栖霞组；8-石炭系藕塘底组；9-近元古界周潭岩组；10-燕山期花岗岩体；11-实测/推测断层；12-实测正/逆断层；13-推覆构造；14-泥岩；15-炭质泥岩；16-硅质岩夹凝灰层；17-砂岩；18-黑云斜长片麻岩；19-采样位置。

流纹质凝灰岩：以较稳定夹层的形式整合于硅质岩内，地表风化层已深度泥化，露头呈紫红、灰黄色，凝灰结构(图3)，中—薄层状构造，晶屑矿物为石英、斜长石等，岩屑主要为长英质矿物集合体，玻屑均脱玻化成粘土矿物，副矿物可见锆石、磷灰石等。

3 分析测试

所测锆石挑选自A-A′实测剖面车头组凝灰岩夹层(图1c)，锆石U-Pb同位素年龄及Hf同位素分析均在中国地质调查局天津地质调查中心完成。前期经过淘选、磁选、双目镜挑选、制靶、CL照相等处理后，选出无裂纹且包裹体不发育的锆石晶体进行测试。

图2 硅质岩露头(a)镜下角砾状结构(b)(25+)Fig.2 Outcrop (a) of the siliceous rock and photomicrograph (b) of brecciated structure (25+)

图3 深度泥化凝灰岩露头(a)及镜下凝灰结构(b)(斜长石、石英晶屑)(50+)Fig.3 Outcrop (a) of intensive mud tuff and the microscopic structure (b) of tuff(plagioclase and quartz crystal pyroclast) (50+)

测试仪器为Finnigan Neptune型MC-ICP-MS及与之配套的Newwave UP 193激光剥蚀系统。仪器设定激光剥蚀束斑直径为35μm，激光剥蚀样品的深度为20～40μm，能量密度为13～14J/cm2，频率为8～10Hz。采用同位素质量分馏校正，用国际标准锆石91500作外标，元素含量采用人工合成硅酸盐玻璃NIST SR610作外标，29Si作内标元素进行校正。数据处理采用ICPMSDataCal 4.3程序[11]，采用软件对测试数据进行普通铅校正[12]，年龄计算及谐和图绘制采用ISOPLOT(3.0)[13]软件完成。

对已进行过U-Pb同位素分析的部分锆石进行Lu-Hf同位素分析，激光剥蚀的束斑直径为50μm，能量密度为10～11 J/cm2，频率为8～10Hz。在实验过程中，标准锆石GJ-1的176Hf/177Hf加权平均值均与已报道值相一致[14]。详细的分析方法和流程见文献[15]和文献[16]。

4 分析结果4.1 LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄

样品锆石的阴极发光CL图像(图4)显示，锆石无色透明，晶体自形—半自形，呈长柱状，粒径90～210μm，晶面简单，晶棱较锋锐、清晰，具典型的岩浆锆石韵律环带，Th/U为0.33～0.73，平均值为0.52(>0.4)，属岩浆锆石[17]。

对样品锆石的29颗锆石U-Pb年龄数据(表2)进行普通铅校正。在锆石206Pb/238U -207Pb/235U谐和图上均投影在谐和线上或谐和线附近，206Pb/238U年龄值为238～279Ma，获得206Pb/238U加权平均年龄为264.8±4.4Ma(MSWD=2.6，2σ)，代表凝灰岩的沉积年龄。

4.2 锆石Lu-Hf同位素组成

Lu-Hf同位素测试数据(表3)表明锆石的176Lu/177Hf均远<0.002，说明锆石在形成之后具有较低的放射成因Hf积累，fLu/Hf为-0.96～-0.98，平均值-0.97，明显小于镁铁质地壳的fLu/Hf(-0.34)[18]和硅铝质地壳的fLu/Hf(-0.72)[19]，故二阶段模式年龄更能反映其源区物质从亏损地幔被抽取的时间。根据Hf同位素相关计算公式[20]，计算εHf(0)、εHf(t)、THf1(Ma)、THf2(Ma)和fLu/Hf，结果见表3。176Hf/177Hf为0.282441～0.282665(平均值0.282600)，εHf(t)为-6.20～1.65(平均值-0.78)，二阶段模式年龄(THf2(Ma))为1170～1670Ma(平均值1320Ma)。

图4 凝灰岩内锆石阴极发光CL图像及U-Pb年龄谐和图Fig.4 CL images and U-Pb concordia diagram of zircons from the tuff

点号Pb/10-6U/10-6232Th/238U同位素比值/%年龄/Ma207Pb/206Pb±1σ207Pb/235U±1σ206Pb/238U±1σ208Pb/232Th±1σ207Pb/206Pb±1σ207Pb/235U±1σ206Pb/238U±1σ114．0675300．38030．58150．0527±0．00110．3182±0．00680．0438±0．00040．0136±0．0002313．74±46．18280．50±5．99276．52±2．80231．9473702．82160．47920．0536±0．00080．3198±0．00490．0433±0．00040．0142±0．0002352．70±31．92281．77±4．35273．29±2．80340．5510903．86270．46740．0585±0．00080．3418±0．00530．0424±0．00040．0147±0．0002546．89±30．67298．54±4．63267．74±2．73414．2248301．99900．58960．0541±0．00110．3258±0．00710．0437±0．00040．0140±0．0003373．53±47．07286．36±6．24275．79±2．76512．0983259．07560．56960．0537±0．00120．3183±0．00730．0430±0．00040．0150±0．0003357．70±48．81280．58±6．40271．42±2．77644．48181138．89190．32850．0617±0．00080．3198±0．00470．0376±0．00040．0156±0．0003662．39±28．09281．72±4．11238．00±2．38727．8726617．19820．44820．0578±0．00090．3436±0．00550．0431±0．00040．0146±0．0002523．84±32．60299．86±4．80271．87±2．71814．1400302．87530．61260．0687±0．00130．3952±0．00810．0417±0．00040．0151±0．0003889．72±39．82338．17±6．95263．51±2．63917．0822381．65080．45640．0576±0．00110．3393±0．00670．0427±0．00040．0141±0．0003514．73±41．50296．65±5．88269．68±2．701013．2839281．10210．61800．0588±0．00120．3508±0．00760．0433±0．00040．0141±0．0003560．64±44．43305．34±6．58272．97±2．751110．2399215．92810．55470．0573±0．00180．3509±0．01140．0444±0．00050．0140±0．0003504．25±69．69305．39±9．94279．99±2．89124．9591106．10500．58160．0591±0．00250．3551±0．01550．0435±0．00050．0134±0．0003572．27±92．85308．53±13．45274．76±2．851319．8350504．81830．6280．0586±0．00130．3398±0．00760．0421±0．00040．0134±0．0003551．68±46．58297．05±6．66265．66±2．651444．7343948．27340．63770．0568±0．00100．3407±0．00680．0435±0．00040．0132±0．0003482．47±38．90297．71±5．90274．68±2．761519．5567438．75290．45010．0523±0．00090．3139±0．00560．0435±0．00040．0126±0．0003300．05±37．71277．16±4．95274．46±2．741641．1232908．89680．54850．0528±0．00070．3144±0．00480．0432±0．00040．0122±0．0003318．52±31．04277．56±4．24272．72±2．731727．5300614．66060．56100．0541±0．00080．3184±0．00520．0427±0．00040．0118±0．0003373．23±33．50280．70±4．58269．72±2．711822．3632502．74330．63570．0541±0．00120．3122±0．00710．0419±0．00040．0113±0．0002374．71±48．65275．89±6．28264．37±2．66199．8022209．90490．72400．0622±0．00160．3666±0．01020．0427±0．00040．0117±0．0003681．45±56．42317．10±8．80269．75±2．732030．7330748．70290．47100．0618±0．00090．3338±0．00510．0391±0．00040．0123±0．0003668．73±29．92292．48±4．50247．56±2．502123．2653511．87730．54180．0590±0．00100．3462±0．00640．0426±0．00040．0135±0．0003565．66±37．04301．83±5．55268．81±2．702225．9171621．47950．42890．0732±0．00110．3827±0．00610．0379±0．00040．0172±0．00041018．38±30．31329．04±5．26240．06±2．632332．1422738．76880．51890．0624±0．00090．3442±0．00570．0400±0．00040．0148±0．0004687．41±31．91300．36±4．99252．93±2．562410．5518222．32670．65620．0712±0．00150．3999±0．00900．0407±0．00040．0169±0．0005963．77±44．31341．60±7．69257．33±2．65259．6191200．27760．57110．0586±0．00190．3489±0．01220．0431±0．00050．0170±0．0005553．99±68．95303．87±10．59272．30±2．88269．8938209．19390．73090．0512±0．00220．2955±0．01290．0419±0．00040．0144±0．0004249．80±98．84262．89±11．45264．37±2．732723．8903549．76030．48260．0575±0．00180．3254±0．01060．0411±0．00040．0139±0．0003510．04±68．59286．05±9．31259．38±2．62287．7922169．88740．53030．0579±0．00350．3405±0．02060．0426±0．00040．0147±0．0004526．77±130．89297．54±17．98269．14±2．832921．9874489．32320．40990．0574±0．00090．3394±0．00570．0429±0．00040．0159±0．0004507．94±34．05296．74±5．02270．59±2．69测试单位：中国地质调查局天津地质调查中心；测试仪器：FinniganNeptune型MC⁃ICP⁃MS及与之配套的NewwaveUP193激光剥蚀系统。

5 讨论

5.1 成岩环境

海底热水喷流是发生在海底的高温热水喷发和

表3 凝灰岩LA-ICP-MS锆石Lu-Hf同位素分析结果

溢流的活动。现代海底热水活动区主要分布在大洋中脊地带，但不限于大洋中脊，在弧后和弧间盆地、陆内裂谷盆地、板内火山中心或断陷盆地等具有张裂性质的构造环境中都有可能发生热水喷流活动[21-22[23]，主体沉积了浅水台地相碳酸盐岩(茅口组、栖霞组)，层状硅质岩及凝灰岩整体呈一厚度不大的板状体夹于台地中，横向相变小，纵向相变大，地球化学研究数据表明[24]，区内层状硅质岩形成于大陆边缘环境，处于拉张的大地构造背景下[22,25]。这与瓦尔特相定律的分析结论一致，所夹凝灰岩代表了二叠纪这一时期海底火山喷发活动，作为直接地质证据说明硅质岩成因属于海底热水喷流沉积活动。

综上所述，区内晚古生代陆内盖层沉积时期，发生了陆内拉张活动，262Ma左右发生的海底火山喷流沉积活动，与峨眉山玄武岩喷溢主期相当[26]。

5.2 成岩物源

Lu-Hf同位素二阶段模式反映了岩浆源区物质的年龄。凝灰岩锆石Lu-Hf同位素二阶段模式年龄值为1170～1670Ma(平均值1320Ma)，为中元古代。这一时期，扬子、华夏地块中间由华南洋相隔，是华南前寒武纪地壳形成时期，1.8Ga是华南地壳的主要形成时期，且存在1.4Ga晚中元古代的区域地壳重熔增生[27]。区内εHf(t)分为-1.11～-6.20和0.72～1.65两组(图5)，正负值均存在，说明成岩物源可能与区域性地壳重熔增生有关。

图5 凝灰岩锆石εHf(t)与U-Pb年龄图Fig.5 εHf(t)vs.U-Pb ages of zircons from the tuff

6 结论

(1)中二叠统车头组硅质岩内发现的多层凝灰岩夹层，LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为264.8±4.4Ma，形成环境为大陆边缘拉张性台盆环境，作为直接地质证据说明这一时期存在海底火山喷发活动。

(2)凝灰岩内锆石Lu-Hf同位素二阶段模式代表了成岩物源可能与区域性地壳重熔增生有关。

致谢：锆石挑选工作得到了贾邮珍女士的帮助，镜下鉴定工作得到了黄光昭研究员的悉心指导，在此致以诚挚的谢意！

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Zircon U-Pb age and Lu-Hf isotopic compositions of the Permian marine volcanic rocks in Qianshan County, Jiangxi Province

SUN Jian-dong1, LUO Xue-quan1,ZHANG Xue-hui1, LI Yin2,LÜ Jin-song1,KANG Cong-xuan1,LUO Ding2

(1NanjingInstituteofGeologyandMineralResources,Nanjing210016,China) (2GeologoicalsurveyofJiangsuProvince，Nanjing210018,China)

Siliceous rocks of the Middle Permian Chetou Formation in Qianshan County, Jiangxi Province, are found to host several layers of tuff. By studying the zircon U-Pb age and Lu-Hf isotopic compositions of tuff, this paper discussed the time of submarine volcanic eruption, and diagenetic environment and diagenetic provenance. LA-ICP-MS zircon U-Pb weighted average age of tuff is 264.8±4.4Ma, indicating that it formed in the extensional platform-basin environment of continental margin. This can serve as the direct proof to illustrate the occurrence of submarine volcanic eruption during this period. Two-phase Lu-Hf isotopic model age of tuff is 1170～1670 Ma (average 1320 Ma), suggesting the Proterozoic age and representing that the diagenetic source may be associated with regional crustal remelting hyperplasia.

Marine volcanic rocks; zircon U-Pb age; Lu-Hf isotope; Permian

2016-05-09 改回日期：2016-06-17 责任编辑：谭桂丽

中国地质调查局项目“萍乡—绍兴结合带铜多金属成矿规律研究”(项目编码：12120113065500)和“钦杭成矿带东段重点勘区攻关示范”(项目编码：1212011120846)资助。

孙建东，1987年生，男，助理研究员，从事矿床地质研究工作。

10.16788/j.hddz.32-1865/P.2016.04.002

P534.46；P588.1

A

2096-1871(2016)04-246-06