街口地区井潭组火山岩锆石UU--PPbbb定年及地质意义

柯宏飙，王金泉，陈明

（安徽省地质矿产勘查局332地质队， 安徽黄山 245000）

0 引言

长期以来，对出露于扬子板块与华夏板块之间的地质构造单元即江南造山带[1]东段主要地质体之一的井潭组（Qbj）火山岩进行测龄与地球化学分析研究，进而分析与推断江南造山带的形成与演化，是地质研究的热点之一。

近年来，随着LA-ICP-MS 法和SHRIMP 法锆石U-Pb 同位素定年的兴起，总体来看是定年精度及可靠性越来越高，无一例外都将井潭组划归为新元古代这一比较宽泛的地质时代，对于井潭组火山岩详细而较精确的年代及其形成地质构造背景，前人的研究有不同表述，如：吴荣新等人（2007 年）认为井潭组火山岩存在大陆边缘前裂谷期和同裂谷期两期火山岩[2]，薛怀民等人（2010 年）认为是江南造山带东段形成后不久进入后造山阶段裂谷作用破坏下广泛的双峰式火山活动的产物[3]，王孝磊等人（2017 年）认为是造山作用结束进入板内裂谷阶段岩浆活动的产物[1]，等等。越来越多的研究成果倾向于井潭组火山岩是形成于造山作用结束后伸展环境（裂谷）下岩浆活动的产物，但总体来看还缺少较全面的定年数据来把井潭组形成过程与江南造山带的形成阶段有机地联系在一起。

本文根据采自于街口幅[4]井潭组各层位、主要岩性样品的定年数据、特别是不同地段样品定年数据的差异以及锆石矿物CL 影像的不同特征，来与前人的研究成果进行对比，在确定其形成地质年代的基础上，进一步分析推断井潭组火山岩形成的地质构造环境和演化过程，并尝试提出新的认识以供参考。

1 地质背景与样品

街口幅位于安徽省黄山市歙县和浙江省淳安县交界处，属西天目山山脉，钱塘江上游新安江水系。大地构造位置处于江南造山带东段（图1a），前人经过数十年的区域地质调查研究，将此区域划分为江南古隆起带、太平褶皱带和皖浙褶断带[5]，街口幅位于江南古隆起带与皖浙褶断带接合部位。区域上经历了自中—新元古代以来的多次造山作用，包括街口幅在内的皖赣相邻区呈现出多旋回的岩浆活动特征[1～6]。其中最大规模的岩浆事件是发生在晋宁期的与板块演化作用有关且以酸性岩为主的岩浆岩事件，以井潭组火山岩为代表[1～3]；其次是燕山期与古太平洋板块西向俯冲挤压—后撤伸展作用有关的花岗岩—花岗闪长岩类 。

街口幅内井潭组火山岩[4]呈北东50°长舌形延伸，出露面积占37%，达167km2，堆积厚度达3401m，岩石类型比较复杂，普遍发育片理构造和定向构造。共划分为如图1b 所示的Qbj1、Qbj2和Qbj3三个岩石组合特征不同的岩性段：一岩段主要为变质晶屑凝灰岩、变质含火山角砾晶屑凝灰岩，夹变质流纹岩和变玄武岩；二岩段主要为变质晶屑凝灰岩，夹变玄武安山岩;三岩段主要为变流纹岩、变流纹斑岩。井潭组沿街口脆韧性剪切带向东、东南逆冲推覆于南华纪—寒武纪沉积盖层之上，呈向东南弧形凸出形态，西北面则被倾向东南的小川左行—逆冲断裂切断（图1b）。

图1 街口地区构造位置（a）及地质简图（b）（据文献[4]整理）Figure 1. Structural location（a）and geological sketch（b）of the Jiekou area（made after reference[4]）

在3 个不同岩性段中采集了3 种岩性共5 个样品（见图1b和表1），其中第一岩性段主要岩性为变晶屑凝灰岩，分布面积大，共采了3 个样品。TW2 采自于第二岩性段中宽度为1.30m 的似层状变玄武安山岩中（在胡埠口附近井潭组第二岩性段中多处出现变玄武安山岩夹层，以0.30～1.30m 的薄层状夹层于变质晶屑凝灰岩中[4]），其余四件样品均是在基岩大面积出露区采集。显微镜下观察，这些岩石都受到了不同程度的变质作用。其中TW1 为变余斑状结构，斑晶主要为石英，定向构造，条带状构造，基质多已蚀变成石英、绢云母、绿泥石等；TW3、TW4、TW5 都为变余晶屑凝灰质结构，块状构造，略有定向构造，晶屑主要为石英，其次为绢云母化斜长石，胶结物（火山灰）多已蚀变成绢云母、绿泥石及石英并定向分布；TW2 为显微鳞片粒状变晶结构，略有定向构造。

表1 井潭组样品及锆石定年结果表Table 1. Samples and zircon dating results of the Jingtan Formation

2 测试方法

前人对火山岩的定年主要有Sm-Nd等时线定年法、Rb-Sr 等时线定年法、40Ar-39Ar 同位素定年法、锆石U-Pb 同位素定年法等多种不同的方法，各有各的优势和不同的局限性。由于锆石广泛存在于各类岩石中，富含U和Th，低普通Pb以及非常高的矿物稳定性，使得锆石U-Pb 定年成为同位素年代学研究中最常用和最有效的方法之一[8～9]。

所采样品在南京宏创地质勘查技术服务有限公司采用常规方法粉碎至0.180～0.154mm，经过淘洗、电磁选等将锆石和其他造岩矿物逐一分离，在双目镜下挑选出晶形完整的锆石颗粒制靶、对其表面进行抛光打磨至锆石内部暴露，然后进行锆石显微镜照相（透射光和反射光）、阴极发光扫描电镜显微照相（CL）图片研究。锆石U-Pb 同位素年龄分析在激光—电感耦合等离子质谱（LA-ICP-MS）仪器上用标准测定程序进行。测试数据经过ICPMSDataCal软件离线处理完成，采用Isoplot4.15 版软件对测试数据进行普通铅校正，年龄加权平均值计算及U-Pb 年龄谐和图绘制。

CL 图像在绝大多数情况下，反映锆石的内部结构最清楚，也是锆石内部结构研究中最常用和最有效的方法[8]；而锆石LA-ICP-MS 法能进行微区定年，这对于复杂结构的锆石具有非常重要的意义，可以得到多组U-Pb 年龄，通过对锆石不同的区域进行系统的内部结构、微量元素特征和包裹体成分的综合研究，能够给出不同锆石晶域的成因机制，也可以对这些年龄赋予更加合理的地质解释[8～9]。

3 分析结果

本次锆石U-Pb 同位素分析结果列于表2。由于篇幅所限，表中仅将采自于街口幅中部胡埠口井潭组剖面的 TW1、TW2 和 TW3 等 3 个样品分析结果中的主要内容列出，采于街口幅东北角的TW4 仅用锆石定年谐和图来表示并加以简述、TW5中所获得锆石少并且破损严重，难以挑选出符合定年测试要求的形态较好的锆石，所得定年值没有实际意义。

表2 井潭组火山岩LA-ICP-MS法锆石U-Pb年龄分析结果Table 2. LA-ICP-MS U-Pb age analysis of zircons from the Jingtan Formation volcanics

3.1 锆石矿物及CL图像特征

本次共获得了 690 颗锆石（TW1 为 184 颗，TW2为 44 颗，TW3 为 209 颗，TW4 为 228 颗，TW5 仅为 25颗），以上锆石中，长短轴比值较高的长柱状锆石常有断裂现象，而比值较小的也常有裂纹发育。在双目镜下从中挑选了晶形较完好的共计116 颗锆石（图2），其中 TW1 挑选出了 25 颗，TW2 为 25 颗，TW3 为 25颗，TW4为25颗，TW5仅16颗。

五组锆石CL 图像显示，获得的定年锆石多以亮灰色、深灰色为主，半透明到透明，自形晶形态较好。颗粒长轴粒径为40～180μm，集中于60～150μm，短轴粒径25～60μm，长短轴比值大多在1.5～3.0，较多达6.0以上，显示长柱状自形程度较高的晶体形态，其中有编号为 TW1-03、13、TW2-14、TW3-01、TW4-08、TW5-14 等众多已经断裂的长柱状锆石的长短轴比值依然达到6.0以上，表明这些锆石断裂之前的长短轴比值更高，显示了火山岩锆石形态特征[8]，与前人对井潭组火山岩锆石的研究成果相一致[2]，而与同处于江南造山带东段新元古代花岗岩中的锆石大多呈等轴状、长短轴比值大多小于1.5的形态特征显著不同[3～10]。

从阴极发光扫描电镜显微照相（CL）图像可以观察到（图2），除部分破碎、磨蚀有些模糊外，本次所挑选出的116颗锆石大多数内部发育有清晰、密集、且较均匀的振荡生长环带，环带多呈棱角状弯曲，为岩浆锆石的典型生长特征[8～9]。除个别锆石外，绝大多数没有明显的继承锆石核，表明是在火山活动过程中结晶生长成形。

图2 井潭组部分锆石CL点位图Figure 2. CL images of zircons from the Jingtan Formation

3.2 Th、U含量及Th/U比值

以往研究表明，不同成因锆石有不同的Th、U 含量及Th/U比值。从表1中可以看出，锆石富含U和Th，在包含TW4、TW5样品的所有116个分析点中，U含量为11.9～1799.6（×10-6），Th含量为12.5～1229.25（×10-6），Th/U比值大多在0.158～2.39 之间，有1 个为6.091，多数集中于0.3056～1.002 之间（占74%），比值偏大，属于岩浆成因的锆石[8～9]。

3.3 锆石U-Pb定年

分析点基本集中于谐和线上，表明这些锆石自形成以来，U-Pb同位素体系基本完全封闭，大多没有发生过Pb同位素丢失的情况。

采于井潭组火山岩主体部分的同位素样品定年结果有如下特征：TW1定年数据表明锆石分为晚期与早期两组，两组锆石比例为9∶11，早期锆石稍多，测年数据分别为（807.7±4.3）Ma（图3a）和（830.2±4.0）Ma（图3b），其中有1 颗具有明显的继承锆石核，其边缘发育有清晰且较宽厚的变质增生边，没有对其进行定年分析；TW3 锆石同样分为晚期与早期两组，两组比例为8∶11，早期锆石偏多，测年数据分别为（807.4±4.7）Ma（图3c）和（829.4±4.1）Ma（图3d），其中TW3-3分析点锆石具有清晰的继承核，变质增生边宽阔但不清晰，其测定年龄值偏大，与该样品两期锆石年龄都不谐和；TW4 锆石各分析点年龄相对集中（图3），在优选测定的25颗锆石中，竟然有18颗集中于809.5Ma附近，其谐和年龄为（809.5±3.1）Ma（图3e）；TW5样品采自于浅变质基底与盖层边界西侧、街口脆韧性剪切带向左旋转的构造叠加部位，压力、温度环境发生过较大变化，所获得的锆石大多破裂、晶形极不完整、磨蚀严重，样品分析点在同位素一致图解上所测年龄比较散乱（图略），但有9 颗相对集中在852～877Ma 之间，测定年龄值仅供参考。

TW2由于采自于薄层状玄武安山岩中，比前述酸性岩样品中的锆石含量少且颗粒细小，所测定年值为（769.2±3.3）Ma（图3f）。其中，TW2-02锆石具有继承核和变质增生边，继承核不具有生长环带且轮廓较模糊，变质增生边清晰（图2），其测定年龄值明显偏大，推断经历了久远的地质历史演化过程。

4 地质意义

依据上述分析结果，结合前人对周边区域井潭组的研究成果进行综合对比研究，能够得出以下一些认识：

图3 井潭组火山岩锆石LA-ICP-MS法U-Pb年龄谐和图Figure 3. LA-ICP-MS U-Pb age concordia plot of zircons from the Jingtan Formation volcanics

（1）本次分地段、按井潭组发育的主要岩石类型（变流纹岩、变晶屑凝灰岩、变玄武安山岩）系统地采集了样品，定年测试数据较多，代表性较强，除TW5由于所处构造强化部位破坏了锆石的完整性而影响了样品数据的代表性之外，TW1、TW3和TW4明显分成两组定年值。其中晚期定年值在误差范围内惊人一致，与前人在周边区域所获得的大多数定年数据出入不大，能比较真实客观地反映井潭组火山岩主体部分形成地质年代为807.4～809.5Ma，属于新元古代青白口纪，据此我们认为中国地质科学院地质研究所得出的井潭组主要形成于南华纪的结论仍值得商榷。

而TW1、TW3 早期锆石定年值可以代表捕获锆石的年龄，其矿物生长环带和Th、U含量及Th/U比值较高表示这些锆石仍属于岩浆成因，定年值在误差范围内一致，表明在此区域上深部有更早期（830Ma±）的岩浆活动。

（2）参照区域上相邻图幅对井潭组岩性段的划分方案，街口幅区调报告[4]同样把井潭组划分为第一、第二和第三岩性段。本次TW1采自于第三岩性段变流纹岩，其结构、构造特征明显。但其定年值与采自于第一岩性段TW3 和TW4 的定年值相当接近，几乎不分早晚，以上3个样品的定年值代表着成岩的年龄值[分别为（807.2±2.1）Ma、（807.1±2.3）Ma、（809.8±1.6）Ma]在误差范围内的一致性表明：在相当大区域范围内形成的井潭组火山岩主体部分是在比较短暂时间段内（集中）形成的，或者是在同一个岩浆活动峰期形成的，所谓第一、第二与第三仅仅是岩性段的划分，着重代表的是不同的岩石组合及其岩石特征，与常规沉积岩地层（组）的形成并不具有同样的时间跨度概念。

（3）TW4分析点所测定年值比较集中，点数多，其谐和年龄与TW1、TW3 晚期锆石定年数据在误差范围内基本一致，仅有个别的测试点与TW1、TW3相对应的早期锆石定年值相对应。从晚期锆石数量及分布范围可以推断，807.1～809.8Ma 岩浆活动更加猛烈，并且范围广的多；而早期锆石数量较少，分布范围也较小，所代表早期（830Ma±）深部岩浆作用范围较小、并且活动性较弱。

（4）本次TW2 采自于井潭组第二岩性段（变）玄武安山岩中，出露范围较小，所得定年值（769.2±3.3）Ma与歙县幅区调报告所引用的叶村幅数据（763±43）Ma相当。结合街口地区井潭组第一岩性段也多处出现了薄层似层状玄武岩[4]，可以推断，在井潭组火山岩主体基本形成之后，再次发生过一次短暂的拉张运动，但发生的地域范围较广，对井潭组主体部分岩石地层的影响较强。此时形成的中—基性火山岩夹层，与井潭组主体共同构成了时空上紧密伴生的、SO2含量存在一定间断的火山岩系，即具有典型（窄）双峰式岩浆活动特征[11]的新元古代火山岩。

（5）把上述事实与前人对江南造山带和井潭组的研究成果进行比对，可以进一步看出，从TW1、TW3中所获得的早期岩浆锆石形成所代表的岩浆活动时期（830Ma±）可以与王孝磊等人认为的造山带形成之洋陆俯冲阶段（860～825Ma）[1]以及薛怀民等人研究认为的晚造山阶段[3]基本吻合，其代表的岩浆活动与洋壳俯冲引起岩石圈物质的部分融熔作用有关（即并不广泛、并不剧烈的岩浆活动）；而晚期锆石所代表的岩浆活动时期大致可以与王孝磊等人阐述的在造山作用结束之后，造山带进入板内伸展（裂谷）阶段（825～810Ma）[1]以及薛怀民等研究认为的江南造山带后期受构造破坏、即后造山阶段遭受裂谷作用的破坏[3]产生了以双峰式火山岩为主的板内岩浆活动[1～3]时期基本吻合。从而据此推断在（807.4～809.5）Ma 火山作用达到峰值期，范围大，形成新元古代井潭组的主体部分，其中皖浙赣相邻区域的上墅组即为皖南所称的井潭组（通过“安徽1∶5万街口幅区域地质矿产调查”证实，井潭组向南即延入浙江省郭村幅[12]，改称为上墅组，该火山岩系发育范围广大）。

可以肯定的是，江南造山带的形成是一个漫长的过程，地质作用不可能是均匀递变的，而是随着时间的推移有强有弱。少部分与上述三组定年值并不谐和的分析点，如TW1-13（856.2Ma）、TW3-08（755.7Ma）等，锆石晶形相对较好，生长环带特征清晰，没有发生显著的变质作用，我们认为这些定年值仍然具有实际的地质意义，可能暗示着三期构造—岩浆作用之外发生的不显著的岩浆活动。

（6）在TW1、TW2 和TW3 所获得的锆石中，分别发现有1颗锆石具有明显的继承核，其外缘都发育有清楚的变质增生边。前者未参与测试，后两者的定年值分别为22.3 亿年和20.9 亿年。由于缺少更多古老锆石定年数据，但本次所获20多亿年的定年值，至少能暗示江南造山带东南缘具有更加久远的地质演化历史。

（7）以上5 组锆石，大多发育裂纹甚至破碎现象，特别是柱状锆石大多断裂，这应与井潭组普遍发育挤压片理化构造有关。在大致同等的样品重量中，从TW3、TW5 中获得的锆石要困难的多，这是由于靠近街口脆韧性大断裂所致。其中从TW3 中获得的209颗锆石中，破损的、裂纹发育的占比较高，达70%以上，所挑选出的25颗较好的锆石中也有少量有断口和裂纹。而从TW5中获得的锆石（见图2），大多呈断裂状、破碎状或呈磨蚀近圆—椭球体状，难以找到较完整自形的锆石晶体，粒径小，多数集中于30～60μm，仅能挑选出16颗晶体稍微好点但仍为破裂的锆石，代表性极差，这与TW5采样位置有关，紧靠在街口脆韧性剪切带受到左行剪切牵引而向西旋转的构造强化部位。因此锆石晶体形态也从侧面反映了大断裂引起的构造强化现象。

5 结论

（1）锆石的形态、CL 图像显示的震振生长环带、较高的Th、U 含量及较高的Th/U 比值可以确定属于火山岩锆石。

（2）井潭组第一岩性段和第三岩性段的锆石LAICP-MS 法U-Pb 同位素定年分析结果可分为早期和晚期两个地质年代，时间跨度相差22Ma±。早期锆石仅发育在部分地段，数量较少，表明洋陆俯冲引起的早期（830Ma±）岩浆活动范围较小、并不剧烈。晚期锆石代表着江南造山带基本形成后，发生的板内伸展作用（裂谷破坏）引起的强烈构造—岩浆活动在807.4～809.5Ma达到峰值期，井潭组主体是这一时期的产物。沉寂约40Ma后，在（769.2±3.3）Ma再次发生过一次短暂的但影响较广的拉张作用，形成了夹于井潭组第一、第二岩性段中的薄层玄武安山岩。

（3）井潭组火山岩是江南造山带基本形成之后大陆裂谷期至少两期岩浆活动形成的新元古代青白口纪典型的双峰式火山岩。

致谢：感谢中国地质调查局南京地质调查中心高天山教授的指导！