山东省烟台市牟平区宋家沟金矿区内莱阳群林寺山组砾岩碎屑锆石U-Pb年龄地质意义

杨庆，祝德成，张海瑞，吕大炜，刘泽群，许庆林，沈晓丽，薄军委

(1.山东科技大学地球科学与工程学院，山东 青岛 266590;2.山东省地质调查院，山东 济南 250013;3.山东省第四地质矿产勘查院，山东 潍坊 261021；4.山东省第三地质矿产勘查院，山东 烟台 264000)

0 引言

胶莱盆地与苏鲁造山带毗邻，其间存在着密不可分的联系，盆地的沉积产物作为盆地沉积和构造演化的直接证据和重要标志，同时也反映了造山作用过程的信息[1]。诸多学者对于胶莱盆地的形成与演化进行了研究，张岳桥等[2]将其演化划分了两个伸展-挤压旋回，胶莱盆地莱阳期发育沿牟即断裂构造带、沭河裂谷带和诸城凹陷两个独立的槽状断陷带[3]，中-新生代陆相火山-沉积岩为盆地主要沉积建造，莱阳群不整合覆盖在荆山群变质基底上[4]，唐华风等[5]认为胶莱盆地是经过莱阳期、青山期和王氏期三个发展阶段的走滑拉分盆地，不同阶段的构造运动使得盆地格局发生变化。由此可以看出，胶莱盆地物源研究对于确定盆地沉积演化及构造运动等基础问题具有重要作用。

前人已有部分学者开展过胶莱盆地沉积相、岩石学和岩石地球化学研究，认为其物质主要来自苏鲁造山带和扬子板块[6-9]，部分学者开展过莱阳群止凤庄组碎屑岩年代学和物源研究，认为莱阳群止凤庄组的物源可能也是来自于苏鲁造山带[1]，但是对止凤庄下伏地层林寺山组的物源及年代学研究少有涉及，这也影响到了本区的物源与构造转换关系研究[2-9]。为此，该文以宋家沟金矿区内莱阳群林寺山组的砾岩为研究对象，对其进行碎屑锆石年龄分析，通过锆石年龄频谱的分析，为胶莱盆地沉积物源区解释提供证据，并对源区性质、位置研究等做出贡献。

1 地质概况

宋家沟金矿位于胶莱盆地东北缘，区内出露的岩浆岩主要为弱片麻状细中粒含石榴二长花岗岩(玲珑花岗岩)，出露地层主要为早白垩世莱阳群林寺山组和少量第四系砂砾沉积。林寺山组岩性为灰白色、浅红色、灰色砾岩，间夹少量青灰色砂岩。区内的断裂主要有朱吴-店集断裂和谭家断裂，众多小型断裂分布研究区内，岩石较破碎(图1)。

宋家沟林寺山组砾岩颜色以灰白、紫红色居多，结构为颗粒支撑和杂基支撑，砾石分选差，粒径由几毫米至几十毫米不等，砾石成分较复杂，未见化石，砂砾填充(图2)。

1—第四系；2—莱阳群林寺山组灰白色砾岩；3—莱阳群林寺山组紫红色砾岩；4—弱片麻状细中粒含石榴二长花岗岩(玲珑花岗岩)；5—闪长玢岩；6—闪长岩；7—辉绿玢岩；8—煌斑岩；9—构造角砾岩带；10—断裂；11—石英脉；12—地质界线；13—黄铁矿化绢英岩化砾岩；14—绢英岩化砾岩；15—砾岩；16粗砂岩；17—中砂岩；18—粉砂岩；19—泥岩；20—取样层位图1 山东省烟台市牟平区宋家沟矿区地形地质图和胶莱盆地岩性柱状图(据矿山资料，2013，章鹏，2016，有修改)

2 测试方法

锆石单矿物挑选在廊坊宏信地质勘查技术服务有限责任公司完成，LA-ICP-MS锆石U-Pb定年在中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室矿床地球化学分室完成。激光剥蚀系统由瑞索公司制造，型号为Resonetics-S155。ArF准分子激光发生器产生193nm深紫外光束，经匀化光路聚焦于锆石表面。激光束斑直径为33μm，剥蚀频率10Hz，剥蚀30s，高纯He气作为载气，与Ar气和少量N2气混合后进入质谱仪。电感耦合等离子体质谱仪由热电公司制造，型号为iCAP Qc。实验结果通过ICPMSDataCal调试数据以后使用Isoplot/Ex_ver3软件进行分析。

a—林寺山组红色砾岩(有部分磨圆砾石)；b—林寺山组浅红色砾岩(磨圆较差)；c—灰白色砾岩(含硫化物)d—灰白色砾岩(分选磨圆差)图2 宋家沟金矿砾岩照片

3 实验结果

本次工作分别采取露天采场内莱阳群的砾岩(SJG-CC-B2)进行了锆石U-Pb定年工作。砾岩(SJG-CC-B2)样品LA-ICP-MS锆石U-Pb测年结果见表1。阴极发光图像显示(图3)，大部分锆石为长柱状，长宽比值较大，锆石晶体具均匀的内部结构和明显的韵律环带，为典型的岩浆锆石。锆石Th和U的含量变化范围较大，分别为(10.9～5146.9)×10-6和(59.7～3194.9)×10-6，Th/U比介于0.36～1.83之间，显示了岩浆锆石的特征。锆石点数据比较分散(图4)，大部分为捕获锆石。其中最小的7个测点比较集中，加权平均年龄在(228±4)Ma。该年龄代表了岩石至少在228Ma之后结晶。其余几组年龄主要集中在640～770Ma和540～570Ma，这反映了莱阳群林寺山组砾岩物源区组成的复杂性。

表1 宋家沟采场砾岩(JG-CC-B2)锆石U-Pb同位素定年结果

注：样品测试由中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室矿床地球化学分室完成。

续表1 宋家沟采场砾岩(JG-CC-B2)锆石U-Pb同位素定年结果

注：样品测试由中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室矿床地球化学分室完成。

图3 宋家沟金矿露天采场莱阳群砾岩(SJG-CC-B2)锆石阴极发光(CL)图像

4 讨论

莱阳群林寺山组的砾岩物源区组成比较复杂，这与其分选性差相对应，由于测量的锆石具有明显的核部和边部及其环带状，且Th/U比值主要介于0.26～1.93之间，得出碎屑锆石属岩浆结晶锆石[10]，说明锆石的年龄数据可以反映物源区地质体的成岩年龄。

锆石年龄中很多年龄分布与640～770Ma，与新元古代相对应，是新元古代活动大陆边缘事件在沉积中的体现[11-15]，与王来明测得的花岗质片麻岩U-Pb同位素年龄范围648～890Ma相吻合[16]，证明为莱阳群林寺山组砾岩物源应该有新元古代的地层。另外一组年龄数据集中在540～570Ma，属于震旦纪，但在这个时期胶东地区未有这个时段岩体的出露，有可能这个时段岩体在印支运动的作用下消失殆尽[16-17]。锆石中时代最近为(228±4)Ma，与苏鲁造山带的印支运动的时代相吻合，在胶南-威海隆起区内柳林庄序列喷出岩年龄约为200～235Ma，在宋家沟金矿附近未见该序列岩体的出露，可能由于印支运动使其出露很少或剥蚀殆尽，或该岩体经长距离搬运于盆地内沉积，这也可以对应区内砾岩部分磨圆较好的砾石，可以判定该序列岩体为砾岩母岩体之一。

图4 宋家沟金矿露天采场莱阳群砾岩(SJG-CC-B2)LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄谐和图

章朋[18]研究了胶莱盆地莱阳群林寺山组的物源特征，采用U-Pb测年方法发现林寺山组中部砂岩物源来源于苏鲁造山带北部隆起区和即墨-牟平隆起区，其底部砾岩根据沉积学特征推测可能来自于构造隆升造成的荆山群剥蚀。通过本次研究发现，林寺山组虽然沉积上表现为更粗的砾岩沉积，但是根据其U-Pb锆石测年结果，可以推测林寺山组砾岩中砾石来源区可能也为苏鲁造山带，与其上部砂岩来源一致。

前人[1，15,18]根据林寺山组(约130 Ma)砾岩中发育大量燕山期花岗岩砾石，推测出林寺山组沉积之前(160～130 Ma)，中侏罗世—早白垩世早期花岗侵入岩已剥露于地表，本次通过北缘锆石年龄研究印证了该结论，即胶莱盆地形成之初，物源可能有侏罗世—早白垩世早期花岗岩、新元古代侵入岩等。

5 结论

通过对不同期次锆石年龄研究，可以解释砾岩中分选性差，既有远距离搬运沉积又存在近源沉积。宋家沟金矿区内的莱阳群林寺山组砾岩形成于228Ma之后，其沉积年代在130Ma左右，符合地质沉积事件的表现。

莱阳群林寺山组砾岩中锆石年龄集中的640～770Ma，540～570Ma和(228±4)Ma时间段内，经过分析可以得知其物源区为苏鲁造山带，与沉积学、岩石学、岩石地球化学结果一致。胶莱盆地形成之初，存在侏罗世—早白垩世早期花岗岩、新元古代侵入岩的出露并被剥蚀。

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