吉林夹皮沟地区低级变质岩锆石U-Pb定年及其地质意义

2024-05-28郭佳丽

大科技 2024年20期

郭佳丽

（中国地质科学院地质研究所，北京 100037）

0 引言

吉林夹皮沟地体作为华北克拉通东北部太古宙基底的重要组成部分，其是一个高级变质地体还是花岗绿岩带[1-3]，特别是太古代末期变质事件的构造属性一直存在争议[4-6]。早期学者依据区内变质岩所具有的岛弧地球化学特征，认为其形成于大陆边缘环境[1-2]，后来有学者认为区域内大规模的花岗质岩浆活动不可能由岛弧引起，很可能是地幔柱活动产物[4-5]，也有学者认为是弧-陆碰撞的结果[6]。由于以往研究多集中在区内花岗质片麻岩和高级变质岩石方面，难以对区域变质作用演化有个整体认识。为此，选择变质程度较低的两种变质表壳岩开展锆石U-Pb 定年工作，结果对于限定区内绿岩带的形成时代及其成因背景提供了很好的依据。

1 区域地质概况

吉南夹皮沟地区出露的早前寒武纪变质基底主要由太古宙TTG 片麻岩、新太古代钾质花岗岩和一系列包裹在TTG 片麻岩之中的变质表壳岩块体组成。其间夹杂一些浅变质的中-新元古代沉积盖层——色洛河群[7]。太古宙花岗质片麻岩在区内分布非常广泛，岩石类型以英云闪长岩、奥长花岗岩和花岗闪长岩为主，发育强烈的片麻理。区内变质岩石按变质程度可以分为高级和低级两类[1]。高级变质岩石主要分布在夹皮沟韧性剪切带以西老金厂附近，岩石类型包括：角闪黑云二辉麻粒岩和夕线（蓝晶）石榴黑云斜长/二长片麻岩等[2-3]。低级变质岩石主要分布在三道沟金矿附近的韧性剪切带上，岩石类型包括一些糜棱岩化的绿泥黑云片岩、黑云母石英片岩和黑云角闪片岩等。

2 样品产状与岩相学特征

本文所取两件低级变质岩石样品分别为黑云母石英片岩（DB03-1）和黑云角闪片岩（DB03-5），二者都采自夹皮沟北部板庙子铁矿露天采场，与磁铁石英岩交互共生，外围被大规模闪长质片麻岩包裹。其中黑云母石英片岩（DB03-1）的主要矿物组成为：黑云母（15%～20%）、斜长石（10%～15%）、石英（35%～40%）。其中黑云母呈鳞片状集合体，外表浅绿棕色，定向排列，图1a 为黑云母石英片岩。斜长石呈大板柱状，多数发生蚀变。石英呈脉状分布，内含少量细小黑云母鳞片。黑云角闪片岩（样品DB03-5）的主要矿物组成为：黑云母（25%～30%）、角闪石（35%～40%）、斜长石（10%～15%）、石英（10%～15%）。其中黑云母呈0.5～1.5mm 不等的鳞片状，外形不是很规则。角闪石普遍发生绿泥石化，仅保留部分残片，图1b 为角闪黑云片岩。斜长石呈细小颗粒，多数发生蚀变。

图1 夹皮沟地区中-低级变质岩石岩相结构

3 分析方法

锆石分选工作在河北省廊坊区域地质调查所矿物分选实验室进行。锆石的阴极荧光图像分析在中国地质科学院地质研究所大陆动力学实验室完成，阴极荧光为Carton 公司的MonoCL3+，加载到FEL 公司Quanta 200F 型场发射扫描电镜上。锆石靶制备和LA-ICPMS锆石U-Pb 分析在北京科荟测试技术公司完成，激光剥蚀系统为美国New Wave 贸易有限公司UP193SS 型深紫外（DUV）193nm、ArF 准分子激光剥蚀系统，所使用ICP-MS 为美国Agilent 科技有限公司的7500a 型。

4 锆石阴极发光图像与锆石U-Pb 定年结果

黑云母石英片岩样品（DB03-1）中的锆石以浑圆状或椭球状为主，粒径50～100μm。夹皮沟地区黑云母石英片岩锆石阴极发光图像如图2a 所示，可见有不规则韵律环带，无明显的增生边，基本保留岩浆碎屑锆石特征。LA-ICPMS 锆石分析结果显示，其Th、U、Pb 含量相差不大，多数在100～200ppm 以下。Th/U 比值介于0.09～1.78，多数大于0.5，说明物源以岩浆岩为主。夹皮沟地区黑云母石英片岩锆石207Pb/206Pb 表观年龄介于2580～2487Ma，多数集中在2510Ma 左右如图2b 所示。在夹皮沟地区黑云母石英片岩锆石U-Pb 年龄谐和图上（图2c），多数锆石数据都在谐和线上或其附近。加权平均年龄为（2517±14）Ma，反映物源主要来自新太古代末期某些岩体。少数变质锆石给出的谐和线上年龄为（2481～2413）Ma。黑云角闪片岩（样品DB03-5）中的锆石以浑圆状为主，粒径50～100μm。夹皮沟地区黑云角闪片岩锆石阴极发光图像（图3a）显示不规则韵律环带，外围普遍有一很窄的白色增生边，多呈现变质锆石特征。锆石成分中Th、U、Pb 含量较高，多数在200ppm以上。Th/U 比值介于0.27～0.52，多数在0.3 左右，显示来源比较单一。夹皮沟地区黑云角闪片岩锆石207Pb/206Pb表观年龄介于2521～2458Ma，变质锆石多数集中在2490 Ma 左右如图3b 所示。在夹皮沟地区黑云角闪片岩锆石U-Pb 年龄谐和图上（图3c），变质锆石数据都在谐和线上或其附近，加权平均年龄为（2497±11）Ma。少数残留岩浆锆石年龄介于2530～2505Ma，反映物源主要来自新太古代末期某一地质体，并遭受了强烈改造，导致岩浆锆石普遍发生变质重结晶作用。

图2 夹皮沟地区黑云母石英片岩锆石阴极发光图像与U-Pb 定年结果

图3 夹皮沟地区黑云角闪片岩锆石阴极发光图像与U-Pb定年结果

5 讨论

前人尽管在夹皮沟地区太古宙基底开展了一些定年工作，但多是针对区内的TTG 片麻岩和钾质花岗岩，有关变质表壳岩原岩与变质时代的记录并不多。并且多采用传统Sm-Nd、Rb-Sr 和锆石单颗粒蒸发法等[8-9]，难以有效限定区域变质作用发生的时代。近年，有学者对区内数件斜长角闪岩和长英质片麻岩开展锆石U-Pb 定年结果表明，前者物源集中在2.55Ga 左右，后者集中在2.6Ga 左右，说明长英质物质来源于更老的地质体，二者都记录了2.51～2.48Ga 变质改造年龄[6]。对于变质程度较高的夕线石榴片麻岩，获得的岩浆锆石核部年龄为2.53～2.5Ga，变质增生锆石年龄为2.49～2.44Ga[5]。

本文对两件低级变质的黑云母石英片岩（DB03-1）和黑云角闪片岩（DB03-5）开展的锆石U-Pb 定年结果显示，二者呈现出两种截然不同的特征。前者以碎屑岩浆锆石为主，变质锆石非常少，给出的原岩年龄为（2517±14）Ma，变质年龄为2481～2413Ma。后者则主体为变质锆石，碎屑岩浆锆石残留较少，给出的原岩年龄为2530～2505Ma，变质年龄为（2497±11）Ma。之所以如此，可能与黑云母石英片岩变质程度低，产生的变质流体较少有关。相对来说，黑云角闪片岩变质程度高，变质过程中流体较为发育，变质锆石更容易生长[10]。综合比较可靠的表观年龄信息，可以认为本区变质表壳岩的物源主要来自新太古代2533～2517Ma 的深成侵入体，变质年龄则在2497～2413Ma，这与前人获得的高级变质表壳岩的原岩与变质年龄大体相当。由于两种岩石没有记录任何显生宙锆石U-Pb 年龄信息，说明其受后期构造热事件改造较弱，因此可以认为夹皮沟地区低级变质岩石为太古宙绿岩带变质产物。对于夹皮沟地区新太古代末期构造热事件的构造属性，尽管存在地幔柱与大陆边缘岛弧的争论。但是，从区内变质岩石的不均匀分带和变质事件非常集中在某一阶段（～2.48Ga），以及广泛发育的穹隆构造判断，本文认为其源于大规模地幔柱活动的可能性更大。