吉林省小绥河地区蛇纹岩锆石U-Pb年代学研究及地质意义

2022-03-29刘正阳李翱鹏闫冬刘昊天

吉林地质 2022年4期

关键词：蛇绿岩基性岩锆石

刘正阳，李翱鹏，闫冬，刘昊天

1.吉林省地质矿产勘查开发研究院，吉林长春 130102;

2.吉林省地质调查院，吉林长春 130102;

3.吉林省地质科学研究所，吉林长春 130012

0 引言

超基性岩中，锆石是微量矿物，超基性岩中缺少Zr元素并且Si不饱和，不利于锆石生长[1]。然而，在超高压石榴石橄榄岩[2]、含橄榄石辉石岩[3]、大洋蛇绿岩型超基性岩[4]以及幔源橄榄岩捕掳体[5]中都有锆石发现，这些锆石的研究成果，为超基性岩的年代学和岩石构造演化提供了许多有意义的参考资料。虽然超基性岩因为岩石的特殊性，不易生成锆石，并且许多研究发现很多超基性岩中的锆石年龄数据较分散，从老到新的年龄均有存在[6,1-5]，这样使得确定超基性形成时代和变质时代带来了较大困难。但是通过对超基性岩中的锆石来源以及对其寄主岩石关系的研究，特别是对锆石成因来源的有效判别，可以为寄主岩石的演化提供较多的有效信息[7]。所以基于超基性岩中的锆石U-Pb年龄的多解性，将锆石U-Pb年龄与锆石微量元素特征相结合，合理确定不同年龄代表的地质时代意义，本文选取了吉林省永吉县大绥河镇小绥河地区蛇纹岩为研究对象，进行了LA-LCP-MS锆石U-Pb测年，探讨了锆石年龄特征及其意义。

1 地质背景

吉林省中部造山带地区属于全球中亚造山带的东段，叠加中—新生代滨太平洋活动大陆边缘构造，特别是造山带构造岩浆岩带发育，不同蛇绿混杂岩带普遍被肢解，蛇绿岩及蛇绿混杂岩多呈一定规模的岩块残留在不同类型的中生代或古生代地质体中。

吉林中部永吉县小绥河一带，大地构造位置处于伊通—依兰断裂以南，张广才岭南段，华北地块北缘以北。区域内出露的地层较简单，主要为上三叠统四合屯组(T3s) 流纹岩；下泥盆统二道沟组(D1e)变质粉砂岩。研究区中部出露的蛇绿岩构造岩片，被构造肢解，在平面上表现为透镜体状，大致呈NE55°展布，长约180 m，宽约20～150 m，其东缘、北缘皆与以变质粉砂岩为主的下泥盆统二道沟组 (D1e)呈断层接触；南西侧被第四系覆盖(图1)。

图1 研究区地质简图(a)和大地构造位置图(b)

出露较好地段位于小绥河水库一带，岩性较复杂，蛇纹岩内含铬铁矿，但工业意义不大。

2 研究区地质特征及岩石组合

本次对小绥河地区蛇绿岩进行系统剖面测制。根据剖面测制判断，小绥河地区出露的为一套较典型的蛇绿岩组合。该剖面位于小绥河水库北东，起点坐标为X=0527597、Y=4858594，剖面由北西向南东测制，两端均与变质粉砂岩呈断层接触，后期构造作用强烈，蛇绿岩各个岩性层均为构造接触，总体面理产状北西倾(图2)，由剖面可见，小绥河蛇绿岩以超基性蛇纹岩为主，此外见有透闪石岩、辉长岩、辉绿岩、滑石岩和闪长岩等，并伴生有豆荚状铬铁矿和钠长石英蚀变岩。与完整的蛇绿岩套层序比较，本区岩石组合完整度不高，且层序混乱。

图2 吉林省永吉县市小绥河地区蛇绿构造混杂岩实测地质剖面

3 测试方法与测试结果

3.1样品采集及测试方法

样品XSH-TW1采自吉林市小绥河村南东0.5 km处(126°19′53.2″E，43°51′41.0″N)，为蛇纹岩(岩块)。新鲜面暗绿色(图3F)，自形半自形结构—他形粒状结构，片状纤状变晶结构，稠密浸染状构造。岩石由铬铁矿，蛇纹石和菱镁矿组成。铬铁矿自形半自形为主，少量他形粒度，粒度0.5～1.5 mm，碎裂纹发育，沿着裂纹填充交代磁铁矿细脉，整体呈浸染状构造，体积分数45%；蛇纹石：纤状，片状变晶结构，集合体揉皱变形，分布于铬铁矿晶粒间，体积分数50%；菱镁矿：填隙粒状变晶，分布于铬铁矿晶粒间，体积分数5%。显微结构特征见图4F。

图3 小绥河蛇绿岩野外露头照片

图4 小绥河蛇绿岩镜下照片特征

锆石的分选工作在河北省廊坊区域地质调查研究所实验室完成。选样之前，对样品进行剥皮并清洗干净，并在整个选样流程过程中，尽可能避免外界环境污染，以保证得到的锆石真实可靠。样品分选出9粒锆石，见图5。锆石样品的制靶、反射光、阴极发光图像采集以及锆石U-Pb年龄测定和锆石微量元素分析均在武汉上谱分析科技有限责任公司完成。本次工作对分析数据的离线处理(包括对样品和空白信号的选择、仪器灵敏度漂移校正、元素含量、同位素比值和年龄计算等)采用软件ICPMSDataCal完成。锆石样品的U-Pb年龄谐和图绘制和年龄加权平均计算采用Isoplot[8]完成，普通铅校正使用Anderson给出的程序计算。分析数据及锆石U-Pb谐和图给出误差为1σ，表示95%的置信度。

3.2锆石图像特征及U-Pb定年结果

小绥河地区蛇绿岩样品中共分选出9颗锆石，测定了10个年龄点(图5a，图6)，U-Pb分析结果表见表1。对于年龄>1 000 Ma的数据采用207Pb/206Pb的值作为结果，年龄<1 000 Ma的数据采用206Pb/238U的值作为结果。10个锆石U-Pb年龄介于136～2 787 Ma之间，其谐和年龄可以划分为5个年龄段(图6a)：早白垩世年龄(136±2) Ma；早侏罗世年龄(180～185 Ma)；中二叠世年龄(270±3) Ma；古元古代年龄(2 391～2 450 Ma)及新太古代年龄(2 719～2 787 Ma)。其中早白垩世锆石(XSH-1-1)呈自形长柱状，在CL图像上显示出较窄的震荡环带，Th/U比值为0.73(>0.2)，具有典型中酸性岩浆锆石特征；早侏罗世锆石(XSH-1-6、XSH-1-8、XSH-1-11)年龄为(180～185 Ma)，其206Pb/238U的加权平均年龄为(183±2)Ma(图6b)，3颗锆石呈自形-半自形柱状，在CL图像上显示扇形震荡环带，Th/U比值介于0.76～0.91之间(>0.2)，为典型的中酸性岩浆锆石，应代表了超基性岩蛇纹石化的年龄；中二叠世锆石(XSH-1-9)呈自形长板状，在CL图像上显示出较宽的震荡环带，Th/U比值为0.93(>0.2)，具有典型基性岩浆锆石特征；古元古代锆石(XSH-1-4、XSH-1-5、XSH-1-7)，根据锆石形态、内部结构特征及Th/U比值，可以划分为2组锆石，分别为岩浆锆石和变质锆石，编号XSH-1-5锆石呈浑圆状，在CL图像上显示无分带，Th/U比值为0.08(<0.1)，具有典型变质锆石特征，编号XSH-1-4和XSH-1-7锆石呈次圆状，其中XSH-1-7锆石具核边结构，在CL图像上显示弱的震荡环带，Th/U比值介于0.23～0.81之间(>0.2)，为典型的岩浆锆石；新太古代锆石呈不规则状，在CL图像上显示弱的震荡环带，Th/U比值介于0.38～0.43之间(>0.2)，为典型的岩浆锆石[9]。

图5 小绥河地区蛇纹岩锆石阴极发光图像(a)和锆石Th/U比值/U-Pb年龄变异图(b)

图6 小绥河地区蛇纹岩LA-ICP-MS锆石U-Pb谐和图(a、b)和加权平均年龄(c)

表1 小绥河地区蛇纹岩LA-ICP-MS锆石U-Pb 同位素分析结果

4 讨论

吉林省内古老的结晶基底主要由新太古代花岗质侵入岩、表壳岩和铁镁质火山岩以及古元古代变质火山—沉积岩和花岗质侵入岩组成，小绥河地区蛇纹岩中的新太古代(2 719～2 387 Ma)锆石年龄和古元古代(2 391～2 450 Ma)锆石年龄的存在，暗示吉林省中部基底物质熔融的熔体对岩石圈地幔的改造，其具体对应地质体不清，古元古代(2 435 Ma)变质锆石年龄与光华岩群同心岩组含榴岩系变质峰期时间年龄相一致。

小绥河地区蛇纹岩中的中二叠世(270±3)Ma锆石，根据锆石形态、内部特征及Th/U比值等判断其为典型的基性岩浆锆石，结合同时期吉林省中部地区发育有磨拉石建造[10]和含石榴石二长花岗岩[11]，本文认为中二叠世(270±3)Ma锆石U-Pb年龄，可以代表小绥河地区蛇纹岩岩块的形成年龄。

小绥河地区蛇纹岩中早侏罗世(180～185 Ma)锆石，发育有岩浆震荡环带和较高的Th/U比值(0.76～0.91)，暗示其为中酸性岩浆成因，该年龄与吉林中部地区广泛发育的早侏罗世(170～190 Ma)双峰式岩浆作用相一致，推测应代表了超基性岩蛇纹石化的年龄或捕获围岩年龄。而早白垩世岩浆作用在吉林省中部广泛发育，上文已述小绥河地区蛇纹岩中的早白垩世锆石，具有典型的中酸性岩浆锆石特征，该年龄推测为捕获围岩锆石年龄。