羅 華, 何仁亮, 潘龍克, 楊 成, 余國飛

(1.湖北省地質(zhì)調(diào)查院,湖北 武漢 430034; 2.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢) 資源學(xué)院,湖北 武漢 430074)

湖北宣恩縣麻陽寨晚奧陶—早志留世龍馬溪組斑脫巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡及其地質(zhì)意義

羅 華1, 何仁亮1, 潘龍克1, 楊 成1, 余國飛2

(1.湖北省地質(zhì)調(diào)查院,湖北 武漢 430034; 2.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢) 資源學(xué)院,湖北 武漢 430074)

研究區(qū)內(nèi)奧陶紀(jì)龍馬溪組中下部(即相當(dāng)于原五峰組上部—頂部層位)發(fā)育多個因火山凝灰質(zhì)物質(zhì)沉積、蝕變形成的粘土巖層,為了進(jìn)一步認(rèn)識上揚(yáng)子地區(qū)奧陶紀(jì)—志留紀(jì)之交的火山事件年齡,對湖北高羅麻陽寨地區(qū)晚奧陶—早志留世龍馬溪組剖面的斑脫巖進(jìn)行了LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年,獲得加權(quán)平均年齡為(450.0±3.6)Ma,與國際地層委員會發(fā)布的奧陶系—志留系界線年齡(443.7±1.5)Ma近似,同屬晚奧陶世。相較研究區(qū)北部和南部獲得的同地層單位中的斑脫巖鋯石年齡均較早,對探討該時期火山活動開始的時限具有重要意義。

斑脫巖;龍馬溪組;LA-ICP-MS鋯石;U-Pb年齡;火山活動;麻陽寨

上揚(yáng)子地層區(qū)晚奧陶—早志留世龍馬溪組發(fā)育多個粘土巖層,前人有研究結(jié)果表明其為鉀質(zhì)斑脫巖,是火山凝灰物質(zhì)在海相環(huán)境經(jīng)沉積成巖及蝕變作用的產(chǎn)物[1-2],對應(yīng)中奧陶世以來,頻繁的火山活動[3-6]。近年來,有國內(nèi)外學(xué)者認(rèn)為奧陶紀(jì)—志留紀(jì)之交的火山活動對晚奧陶世生物滅絕有直接影響[7]。

因此,對這些廣泛分布于揚(yáng)子地臺周緣的粘土巖開展同位素定年工作有助于補(bǔ)充上揚(yáng)子地臺區(qū)晚奧陶世的火山運(yùn)動和奧陶系—志留系界線處年齡資料。本文對采自上揚(yáng)子地臺區(qū)湖北恩施宣恩縣晚奧陶—早志留世龍馬溪組粘土巖層進(jìn)行U-Pb鋯石測年,以豐富揚(yáng)子地臺區(qū)奧陶紀(jì)—志留紀(jì)鉀質(zhì)斑脫巖的研究,同時對該時期火山活動時限規(guī)律討論提供基礎(chǔ)資料。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

揚(yáng)子地臺在奧陶紀(jì)時位于岡瓦納大陸西北緣[8],受“華夏”和“揚(yáng)子”兩個地塊碰撞擠壓作用影響,研究區(qū)處于構(gòu)造隆升階段。晚奧陶世上揚(yáng)子地區(qū)處于深水陸棚的構(gòu)造—沉積環(huán)境[9],早期沉積黑色含碳硅質(zhì)巖、硅質(zhì)巖系,晚期碎屑含量增加,區(qū)域上厚度變化很大。

2 樣品采集與分析

本文樣品均采自麻陽寨地區(qū)龍馬溪組斑脫巖,野外露頭是一套灰白色泥狀物質(zhì),少量呈灰黃色調(diào),手感較為柔軟、光滑,符合Huff(2008)總結(jié)的鉀質(zhì)斑脫巖的野外判別標(biāo)準(zhǔn)[10]。筆者采集了位于湖北省宣恩縣麻陽寨地區(qū)的一組斑脫巖樣品,編號B002,GPS坐標(biāo)為N29°47′50″,E109°26′11″(圖1)。該剖面龍馬溪組分為兩個巖性段:下段以黑色含碳硅質(zhì)巖為主體,富含筆石化石,即相當(dāng)于原五峰組;上段以深灰色—灰黑色含粉砂質(zhì)頁巖、含碳硅粉砂質(zhì)頁巖為主體。樣品采自龍馬溪組下段上部,為灰黃色凝灰?guī)r,近觀似黃泥,手感較為細(xì)膩。厚約0.1 m。

樣品采集過程先對斑脫巖進(jìn)行野外識別,后將已風(fēng)化的部分和明顯不屬于斑脫巖的雜質(zhì)剝除,以保證樣品的新鮮、純凈,共計采集兩組各重約3 kg樣品,裝入干凈的樣品袋中。室內(nèi)將其自然風(fēng)干,研磨后用60目樣品篩進(jìn)行篩選,將樣品成品送至廊坊市誠信地質(zhì)服務(wù)有限公司進(jìn)行顆粒鋯石挑選,將其粘貼在環(huán)氧樹脂表面并拋光制成樣品靶。收到樣品靶后將待測鋯石送至北京地時科技有限公司進(jìn)行陰極發(fā)光顯微照相,通過圖像分析選擇合適的鋯石顆粒及區(qū)域進(jìn)行U-Pb同位素年齡測試。鋯石U-Pb同位素測年在中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室利用準(zhǔn)分子激光剝蝕系統(tǒng)與電感耦合等離子體質(zhì)譜儀的聯(lián)用完成,ICP-MS為Agilent 7500a,激光剝蝕系統(tǒng)為GeoLas2005。分析中采用32 μm激光斑束,激光能量70 MJ,頻率8 Hz。同位素組成以標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500和GJ-1進(jìn)行校正。鋯石測定點(diǎn)Pb同位素比值、U-Pb表面年齡以及微量元素的含量均采用ICPMS DataCal9.0程序計算。利用Isoplot 3.23程序計算鋯石加權(quán)平均年齡及繪制諧和圖。具體分析條件、流程、儀器參數(shù)以及數(shù)據(jù)處理詳見Liu el al(2008,2009)[11-13]。

圖1 采樣點(diǎn)位置及巖性柱狀圖Fig.1 Location of the sampling sites and the lithological column

3 206Pb/238U加權(quán)平均年齡

對麻陽寨地區(qū)B002號樣品共計24顆鋯石進(jìn)行了陰極發(fā)光圖像的分析及LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年分析,單個分析值誤差為1 σ,年齡平均值誤差為98%置信度。

被測鋯石多為透明—半透明,柱狀—長柱狀,自形程度較好;顆粒粒徑相對較小,多為50～120 μm,少數(shù)長軸可達(dá)150 μm,長寬比約在1.5∶1～2∶1之間;鋯石晶型形態(tài)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)相似,陰極發(fā)光照片顯示大部分鋯石發(fā)育規(guī)則的振蕩生長環(huán)帶(圖2)巖漿鋯石特征明顯[14]。

圖2 龍馬溪組斑脫巖樣品鋯石CL圖像及分析點(diǎn)位Fig.2 Cathodoluminescence images of the zircons from the samples and location of the analysed spots

測點(diǎn)鋯石的Th/U比值均>0.1,且大部分>0.4(表1),平均值0.45,顯示出巖漿鋯石Th/U值的特點(diǎn)[15];少量位于0.1～0.3之間的鋯石樣品,可能為受變質(zhì)作用后的巖漿鋯石。

本次鋯石定年分析結(jié)果顯示,第8號點(diǎn)、16號點(diǎn)鋯石均表現(xiàn)出核部年齡值偏大的特點(diǎn),其中B002-8號點(diǎn)諧和度過低;B002-16點(diǎn)年齡值為(1 142.9±9.9)Ma,可能為火山噴發(fā)過程中捕獲的老基底鋯石。除此之外,測點(diǎn)B002-1、B002-19號點(diǎn)年齡值均明顯過高,可能是由于測試的鋯石為殘余鋯石的原因,均不宜利用。其余測點(diǎn)均集中于(430—469)±6 Ma,其諧和年齡值為(450.0±3.6)Ma(圖3)。

筆者將該年齡作為該套斑脫巖原巖沉積的事件年齡,與國際地層委員會2004年發(fā)布的奧陶系—志留系界線年齡((443.7±1.5)Ma)在誤差范圍內(nèi)較為接近,此年齡可作為奧陶系—志留系界線附近火山噴發(fā)事件的年齡。

4 討論與結(jié)論

斑脫巖被認(rèn)為是地質(zhì)歷史時期火山噴發(fā)產(chǎn)生的凝灰物質(zhì)在海相環(huán)境中沉積成巖及蝕變作用形成的一類粘土巖,其原巖多為中酸性火山巖,在揚(yáng)子地臺周緣分布廣泛[16],此類巖石不僅記錄著地質(zhì)歷史時期的火山活動,也可以作為一種等時性標(biāo)志層,對研究區(qū)域上該沉積期巖相古地理特征及討論該時期火山活動時限規(guī)律均具有重要意義。胡艷華等對研究區(qū)北部宜昌王家灣地區(qū)觀音橋段頂部斑脫巖,謝尚克對研究區(qū)南部湖南桃園郝坪地區(qū)原五峰組頂部斑脫巖均進(jìn)行過鋯石年齡測定,其采樣層位略高于研究區(qū),其年齡值亦略晚于研究區(qū)(王家灣(443.2±1.6)Ma[17]、郝坪(442.2±8.1)Ma[18]),與本次所取得的年齡數(shù)據(jù)相呼應(yīng)。

表1 樣品B001和B002 LA-ICP-MS鋯石U-Pb數(shù)據(jù)

圖3 樣品B002的LA-ICP-MS 鋯石U-Pb年齡諧和圖Fig.3 Concordia plots of LA-ICP-MS zircon U-Pb ages for the samples B002

文中麻陽寨B002樣品的LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡((450.0±3.6)Ma)是奧陶系頂部火山活動一個可靠的同位素年齡,為研究奧陶紀(jì)末火山事件時限規(guī)律提供了可靠的參考依據(jù)。同時,易立文等[19](2014)總結(jié)華南早古生代巖漿巖年齡發(fā)現(xiàn)靠近華夏地塊的區(qū)域巖漿巖活動集中在450 Ma,向北西方向至諸廣山、雪峰山區(qū)域?yàn)橹饾u變小的趨勢特點(diǎn),與本文獲得的年齡數(shù)據(jù)極為相似,這對追溯鄂西地區(qū)該套斑脫巖的物源特征具有一定的指導(dǎo)意義。

[1] Su WB,He LQ,Wang YB et al. K-bentonite beds and high-resolution integrated stratigraphy of the uppermost Ordovician Wufeng and the lowest Silurrian Longmaxi Formation in South China[J]. Science in China(Series D),2003,46(11):1121-1133.

[2] 胡艷華,劉健,周明忠,等.奧陶紀(jì)與志留紀(jì)鉀質(zhì)斑脫巖研究評述[J].地球化學(xué),2009,38(4):393-404.

[3] 劉寶珺,許效松,潘杏南,等.中國南方古大陸沉積地殼演化與成礦[M].北京:科學(xué)出版社,1993:31-34.

[4] 謝尚克,汪正江,王劍,等.繤江觀音橋中上奧陶統(tǒng)微量元素地球化學(xué)特征[J].沉積與特提斯地質(zhì),2010,30(4):60-65.

[5] QING H R,BARNES C R,BUHL D et al. The strontium isotopic composition of Ordovician and Silurian brachiopods and conodonts:relationships to geological events and implications for coeval seawater[J]. Geochin Cosmochim Acta,1998,62(10):1721-1733.

[6] Shields G A,Carden G A F,Veizer J et al. Sr,C,and O isotope geochemisty of Ordovician brachiopods:a major isotopic event around the Middle-Late Ordovician transition[J]. Geochim Cosmochim Acta,2003,67(11):2005-2025.

[7] Werner Buggisch,Michael M.,Joachimski,Oliver Lehnert et al. Did intense volcanism volcanism trigger the first Late Ordovician icehouse[J]. Geological Society of America,2010,38(4):327-330.

[8] Fortey R A,Cocks L R M. Palaeontological evidence bearing on global Ordovician-Ailurian continental reconstructions[J]. Earth-Sci. Rev.,2003,61:245-307.

[9] 許效松,徐強(qiáng),潘桂堂,等.中國南大陸演化與全球古地理對比[M].北京:地質(zhì)出版社,1996:1-64.

[10] Huff WD.Ordovician K-bentonites:Issues in interpreting and correlating ancient tephras[J]. Quatern Int.,2008,178:276-287.

[11] Yongsheng Liu,Zhaochu Hu,Shan Gao,Detlef Günther,Juan Xu,Changgui Gao,Haihong Chen.In situ analysis of major and trace elements of anhydrous minerals by LA-ICP-MS without applying an internal standard[J].Chem.Geol.,2008,257:34-43.

[12] Yongsheng Liu,Zhaochu Hu,Keqing Zong,Changgui Gao,Shan Gao,Juan Xu,Haihong Chen.Reappraisement and refinement of zircon U-Pb isotope and trace element analyses by LA-ICP-MS[J]. Chinese Sci.Bull.,2010,55(15):1535.

[13] Yongsheng Liu,Shan Gao,Zhaochu Hu,Changgui Gao,Keqing Zong,Dongbing Wang.Continental and oceanic crust recycling-induced melt-peridotite interactions in the Trans-North China Orogen:U-Pb dating,Hf isotopes and trace elements in zircons from mantle xenoliths[J].Journal of Petrology,2010,51(1/2):537-571.

[14] 吳元保,鄭永飛.鋯石成因礦物學(xué)研究及其對U-Pb年齡解釋的制約[J].科學(xué)通報,2004,49(16):1589-1604.

[15] Moeller A,O Brien P J,Kennedy A et al.Linking growth episodes of zircon from the ultrahigh-temperature granulites of Rogaland(SW Norway)[J].Notes in Mineralogy,2003,220(5):65-81.

[16] 吳若浩.贛東北蛇綠巖帶相關(guān)地質(zhì)問題的構(gòu)造古地理分析[J].古地理學(xué)報,2003,5(3):328-342.

[17] 胡艷華,孫衛(wèi)東,丁興,等.奧陶紀(jì)—志留紀(jì)邊界附近火山活動記錄:來自華南周緣鉀質(zhì)斑脫巖的信息[J].巖石學(xué)報,2009,25(12):3298-3308.

[18] 謝尚克,汪正江,王劍,等.湖南桃源郝坪奧陶系五峰組頂部斑脫巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡[J].沉積與特提斯地質(zhì),2012,32(4):65-69.

[19] 易立文,馬昌前,王連訓(xùn),等.華南晚奧陶世次火山巖的發(fā)現(xiàn):早古生代與俯沖有關(guān)的英安巖？[J].地球科學(xué)——中國地質(zhì)大學(xué)學(xué)報,2014,39(6):637-652.

(責(zé)任編輯：于繼紅)

LA-ICP-MS Zircon U-Pb Age and Its Significance of LateOrdovician-Early Silurian Longmaxi Bentonite

LUO Hua1, HE Renliang1, PAN Longke1, YANG Cheng1, YU Guofei2

(1.HubeiGeologicalSurvey,Wuhan,Hubei430034; 2.ChinaUniversityofGeosciences,Wuhan,Hubei430074)

There are several clay beds recognized from in the lower part of the Longmaxi Formation as the top of the Wufeng Formation in the sduty area.They are deposited from volcanic tuffaceous material,and then rock formation for alteration. In order to further understand the Yangtze region Ordovician-Silurian volcanic event at the turn of the age,the authors are LA-ICP-MS zircon U-Pb dating for the clay beds recognized from the two Late Ordovician-Early silurian LongMaxi Creek Group sectional. The results show LA-ICP-MS zircon U-Pb dating of the clay beds recognized(450.0±3.6)Ma,published by the International Commission on Stratigraphy Ordovician-Silurian boundary consistent Age(443.7±1.5)Ma,belong to the Late Ordovician. Compared with the stratigraphic units in the study area in the north and south in the obtained bentonite zircon ages are earlier time limit on the period,it has important significance to begin to explore the volcanic activity.

bentonite; Longmaxi Formation; LA-ICP-MS zircon; U-Pb dating; volcanic activity; Mayangzhai

2016-02-25;改回日期:2016-04-20

中國地調(diào)局湖北省1∶5萬宣恩縣、洗馬坪、高羅、沙道溝區(qū)域地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目(編號:12120113062000)資助。

羅華(1987-),男,工程師,成礦規(guī)律與成礦預(yù)測專業(yè),從事區(qū)域地質(zhì)調(diào)查和礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查工作。E-mail:luohua_p@163.com

P534.42; P534.43

A

1671-1211(2016)04-0547-04

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2016.04.001

數(shù)字出版網(wǎng)址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20160707.1135.010.html 數(shù)字出版日期:2016-07-07 11:35