胶莱盆地莱阳群杨家庄组沉凝灰岩SHRIMP U-Pb年代学特征及地质意义

2020-06-06张志刚宁振国许克民

山东国土资源 2020年6期

张志刚,宁振国，许克民

(山东省地质调查院，山东济南 250013)

1—第四系;2—红土崖组;3—石前庄组;4—八亩地组;5—曲格庄;6—杜村组;7—杨家庄组;8—地质界线;9—断裂;10—剖面位置及编号;11—取样位置图1 研究区地质简图(据任天龙等，2018)

0 引言

胶莱盆地位于华北克拉通东部，一直以来是国内外研究的热点。盆地以发育白垩纪陆相沉积地层为特征，由底至顶分别为莱阳群、青山群、王氏群。其中莱阳群为一套河湖相沉积，青山群为一套以火山爆发—溢流相为主夹有河流相碎屑沉积，王氏群为一套红色河湖相砂砾岩沉积，晚期有少量玄武岩喷发沉积。

前人对胶莱盆地的形成、演化及深部地质特征进行了详细的研究，认为胶莱盆地是发育于华北陆块东缘的断陷盆地，且靠近苏鲁造山带；受太平洋板块俯冲与后撤作用，华北克拉通东部岩石圈在白垩纪发生了减薄作用，导致了胶莱盆地巨量的碎屑—火山—碎屑沉积物[1-7]。同时对胶莱盆地的地层层序、构造演化、古生物及岩相古地理等方面做了一系列研究[8-15]，但对胶莱盆地碎屑岩地层的年代学研究开展的工作较少，一方面是由于当时的测试水平限制；另一方面由于陆相碎屑岩地层中很难获取可靠的年代学数据。近年来，国内地层工作者开始对碎屑岩地层中的沉凝灰岩层进行了大量的锆石U-Pb年代学研究，取得了较好的效果，并作为地层时代划分对比的依据[16-19]。该次工作利用在莱阳群杨家庄组中发现的沉凝灰岩夹层，对其进行了岩石学及年代学的研究，并对杨家庄组的沉积时代进行限制。

1 地质特征

1.1 沉凝灰岩层位特征

该次研究剖面位于高密市拒城河镇东侧潘家小庄村南(图1)，出露地层主要为莱阳群杨家庄组。构造位置上属于柴沟地垒，受控于南北2条EW向断裂，南侧为百尺河断裂，北侧为胶州断裂。杨家庄组凝灰岩层剖面位置如图1所示，地层剖面(部分)特征如图2所示。简述如下：

1—砾岩；2—粗粒砂岩；3—中粒砂岩；4—细粒砂岩；5—粉砂岩；6—沉凝灰岩；7—岩屑长石砂岩；8—煌斑岩；9—断裂；10—取样位置图2 含凝灰岩层地层剖面图

1.2 岩石特征

沉凝灰岩风化表面呈灰绿色，镜下显示其为粉砂泥质凝灰结构、块状构造，主要由石英、白云母砂屑及黏土矿物胶结而成。其中碎屑10%±，白云母5%±，黏土矿物85%±，黏土矿物部分保留了原始晶屑的棱角状晶体边界，结合其产出层位特征，综合定名为沉凝灰岩。

2 测试方法

样品的岩矿鉴定工作由国土资源部济南矿产资源监督检查中心完成，碎样工作由河北省区域地质研究所实验室完成，锆石U-Pb定年在北京离子探针中心SHRIMP II上完成[20]。

样品分析测试处理步骤如下：首先样品经机械破碎后，过100目筛，按常规重力和磁选方法从花岗伟晶岩样品中分选出锆石来，最后在双目镜下挑选。将待测样品锆石和数粒TEM标样置于环氧树脂制靶，然后磨至一半，使锆石内部结构暴露，再抛光镀上金膜，用于阴极发光图像分析及SHRIMP U-Pb分析。测试时，一般一次流O-2强度为3～5nA，束斑直径为25～30μm。标样M257 (U = 840×10-6[21])和TEM(年龄为417Ma[22])分别用于锆石U含量和年龄校正。每分析3～5个未知样品数据，分析1次标准锆石TEM。未知样品每个分析点采用5组扫描，同时标准锆石TEM为5组扫描。数据处理采用SQUID和ISOPLOT程序[23]。根据实测204Pb含量校正普通铅，采用207Pb /206Pb年龄为锆石年龄，同位素比值和单点年龄误差均为1σ。

3 沉凝灰岩锆石及年代学特征

3.1 锆石及其阴极发光(CL)影像特征

沉凝灰岩样品锆石在体视镜下分2种，一种为浅粉色，自形—半自形柱状，少量浑圆状、粒状。表面多光滑，伸长系数1.2～2.5，粒径0.1～0.2mm，约占锆石总量的90%以上，显示出该类锆石搬运特征不明显，可能有较近的火山作用物源区。一种为玫瑰色，次滚圆柱状、粒状。表面较粗糙，可见溶蚀特征，伸长系数1.0～1.5，粒径0.1～0.15mm，该类锆石具磨圆，应为搬运沉积产物。

第一类锆石的阴极发光图像(图3)显示，锆石发育清晰的岩浆振荡环带，且振荡环带较窄，反应锆石结晶时期温度较低，暗示其形成于浅部地壳。第二类锆石的阴极发光照片显示不完整的岩浆振荡环带，且振荡环带较宽，局部呈条状，与第一类锆石的CL图像略有不同。

3.2 锆石年代学特征

该次工作对沉凝灰岩中的17粒锆石进行了SHRIMP U-Pb测年(表1)，测年数据显示，所测17件样品中大部分U含量(130～321)×10-6，其中一件样品为73×10-6；Th含量(80～365)×10-6，其中一件样品为57×10-6；Th/U比值0.49～1.31，Th/U比值均大于0.4，反应了该组锆石均符合岩浆锆石成因。

表1 杨家庄组沉凝灰岩锆石SHRIMP U-Pb年龄

注：206Pb*为放射性成因铅。

图3 杨家庄组沉凝灰岩锆石CL图像和U-Pb年龄

图4 杨家庄组沉凝灰岩锆石206Pb/238U-207Pb/235U年龄谐和图及加权平均年龄图

在所测17点中有16点年龄分布范围一致，对其进行206Pb/238U-207Pb/235U年龄谐和图投图，所有测点基本均位于谐和线上，其加权平均年龄为131.1±1.7Ma，代表了该沉凝灰岩的形成年龄。而D0016-9.1测点具有较低的Th，U含量，其单颗锆石年龄为835±23Ma，为晋宁期岩浆热事件年龄。在华北陆块东缘未见相关热事件的报道，而南侧苏鲁造山带中残留了大量的具有扬子板块性质晋宁期片麻岩，暗示了杨家庄组沉积物有南侧苏鲁造山带的物质组分。