劉正陽，李翱鵬，閆冬，劉昊天

1.吉林省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)研究院，吉林 長春 130102;

2.吉林省地質(zhì)調(diào)查院，吉林 長春 130102;

3.吉林省地質(zhì)科學(xué)研究所，吉林 長春 130012

0 引言

超基性巖中，鋯石是微量礦物，超基性巖中缺少Zr元素并且Si不飽和，不利于鋯石生長[1]。然而，在超高壓石榴石橄欖巖[2]、含橄欖石輝石巖[3]、大洋蛇綠巖型超基性巖[4]以及幔源橄欖巖捕擄體[5]中都有鋯石發(fā)現(xiàn)，這些鋯石的研究成果，為超基性巖的年代學(xué)和巖石構(gòu)造演化提供了許多有意義的參考資料。雖然超基性巖因為巖石的特殊性，不易生成鋯石，并且許多研究發(fā)現(xiàn)很多超基性巖中的鋯石年齡數(shù)據(jù)較分散，從老到新的年齡均有存在[6,1-5]，這樣使得確定超基性形成時代和變質(zhì)時代帶來了較大困難。但是通過對超基性巖中的鋯石來源以及對其寄主巖石關(guān)系的研究，特別是對鋯石成因來源的有效判別，可以為寄主巖石的演化提供較多的有效信息[7]。所以基于超基性巖中的鋯石U-Pb年齡的多解性，將鋯石U-Pb年齡與鋯石微量元素特征相結(jié)合，合理確定不同年齡代表的地質(zhì)時代意義，本文選取了吉林省永吉縣大綏河鎮(zhèn)小綏河地區(qū)蛇紋巖為研究對象，進(jìn)行了LA-LCP-MS鋯石U-Pb測年，探討了鋯石年齡特征及其意義。

1 地質(zhì)背景

吉林省中部造山帶地區(qū)屬于全球中亞造山帶的東段，疊加中—新生代濱太平洋活動大陸邊緣構(gòu)造，特別是造山帶構(gòu)造巖漿巖帶發(fā)育，不同蛇綠混雜巖帶普遍被肢解，蛇綠巖及蛇綠混雜巖多呈一定規(guī)模的巖塊殘留在不同類型的中生代或古生代地質(zhì)體中。

吉林中部永吉縣小綏河一帶，大地構(gòu)造位置處于伊通—依蘭斷裂以南，張廣才嶺南段，華北地塊北緣以北。區(qū)域內(nèi)出露的地層較簡單，主要為上三疊統(tǒng)四合屯組(T3s) 流紋巖；下泥盆統(tǒng)二道溝組(D1e)變質(zhì)粉砂巖。研究區(qū)中部出露的蛇綠巖構(gòu)造巖片，被構(gòu)造肢解，在平面上表現(xiàn)為透鏡體狀，大致呈NE55°展布，長約180 m，寬約20～150 m，其東緣、北緣皆與以變質(zhì)粉砂巖為主的下泥盆統(tǒng)二道溝組 (D1e)呈斷層接觸；南西側(cè)被第四系覆蓋(圖1)。

圖1 研究區(qū)地質(zhì)簡圖(a)和大地構(gòu)造位置圖(b)

出露較好地段位于小綏河水庫一帶，巖性較復(fù)雜，蛇紋巖內(nèi)含鉻鐵礦，但工業(yè)意義不大。

2 研究區(qū)地質(zhì)特征及巖石組合

本次對小綏河地區(qū)蛇綠巖進(jìn)行系統(tǒng)剖面測制。根據(jù)剖面測制判斷，小綏河地區(qū)出露的為一套較典型的蛇綠巖組合。該剖面位于小綏河水庫北東，起點坐標(biāo)為X=0527597、Y=4858594，剖面由北西向南東測制，兩端均與變質(zhì)粉砂巖呈斷層接觸，后期構(gòu)造作用強烈，蛇綠巖各個巖性層均為構(gòu)造接觸，總體面理產(chǎn)狀北西傾(圖2)，由剖面可見，小綏河蛇綠巖以超基性蛇紋巖為主，此外見有透閃石巖、輝長巖、輝綠巖、滑石巖和閃長巖等，并伴生有豆莢狀鉻鐵礦和鈉長石英蝕變巖。與完整的蛇綠巖套層序比較，本區(qū)巖石組合完整度不高，且層序混亂。

圖2 吉林省永吉縣市小綏河地區(qū)蛇綠構(gòu)造混雜巖實測地質(zhì)剖面

3 測試方法與測試結(jié)果

3.1樣品采集及測試方法

樣品XSH-TW1采自吉林市小綏河村南東0.5 km處(126°19′53.2″E，43°51′41.0″N)，為蛇紋巖(巖塊)。新鮮面暗綠色(圖3F)，自形半自形結(jié)構(gòu)—他形粒狀結(jié)構(gòu)，片狀纖狀變晶結(jié)構(gòu)，稠密浸染狀構(gòu)造。巖石由鉻鐵礦，蛇紋石和菱鎂礦組成。鉻鐵礦自形半自形為主，少量他形粒度，粒度0.5～1.5 mm，碎裂紋發(fā)育，沿著裂紋填充交代磁鐵礦細(xì)脈，整體呈浸染狀構(gòu)造，體積分?jǐn)?shù)45%；蛇紋石：纖狀，片狀變晶結(jié)構(gòu)，集合體揉皺變形，分布于鉻鐵礦晶粒間，體積分?jǐn)?shù)50%；菱鎂礦：填隙粒狀變晶，分布于鉻鐵礦晶粒間，體積分?jǐn)?shù)5%。顯微結(jié)構(gòu)特征見圖4F。

圖3 小綏河蛇綠巖野外露頭照片

圖4 小綏河蛇綠巖鏡下照片特征

鋯石的分選工作在河北省廊坊區(qū)域地質(zhì)調(diào)查研究所實驗室完成。選樣之前，對樣品進(jìn)行剝皮并清洗干凈，并在整個選樣流程過程中，盡可能避免外界環(huán)境污染，以保證得到的鋯石真實可靠。樣品分選出9粒鋯石，見圖5。鋯石樣品的制靶、反射光、陰極發(fā)光圖像采集以及鋯石U-Pb年齡測定和鋯石微量元素分析均在武漢上譜分析科技有限責(zé)任公司完成。本次工作對分析數(shù)據(jù)的離線處理(包括對樣品和空白信號的選擇、儀器靈敏度漂移校正、元素含量、同位素比值和年齡計算等)采用軟件ICPMSDataCal完成。鋯石樣品的U-Pb年齡諧和圖繪制和年齡加權(quán)平均計算采用Isoplot[8]完成，普通鉛校正使用Anderson給出的程序計算。分析數(shù)據(jù)及鋯石U-Pb諧和圖給出誤差為1σ，表示95%的置信度。

3.2鋯石圖像特征及U-Pb定年結(jié)果

小綏河地區(qū)蛇綠巖樣品中共分選出9顆鋯石，測定了10個年齡點(圖5a，圖6)，U-Pb分析結(jié)果表見表1。對于年齡>1 000 Ma的數(shù)據(jù)采用207Pb/206Pb的值作為結(jié)果，年齡<1 000 Ma的數(shù)據(jù)采用206Pb/238U的值作為結(jié)果。10個鋯石U-Pb年齡介于136～2 787 Ma之間，其諧和年齡可以劃分為5個年齡段(圖6a)：早白堊世年齡(136±2) Ma；早侏羅世年齡(180～185 Ma)；中二疊世年齡(270±3) Ma；古元古代年齡(2 391～2 450 Ma)及新太古代年齡(2 719～2 787 Ma)。其中早白堊世鋯石(XSH-1-1)呈自形長柱狀，在CL圖像上顯示出較窄的震蕩環(huán)帶，Th/U比值為0.73(>0.2)，具有典型中酸性巖漿鋯石特征；早侏羅世鋯石(XSH-1-6、XSH-1-8、XSH-1-11)年齡為(180～185 Ma)，其206Pb/238U的加權(quán)平均年齡為(183±2)Ma(圖6b)，3顆鋯石呈自形-半自形柱狀，在CL圖像上顯示扇形震蕩環(huán)帶，Th/U比值介于0.76～0.91之間(>0.2)，為典型的中酸性巖漿鋯石，應(yīng)代表了超基性巖蛇紋石化的年齡；中二疊世鋯石(XSH-1-9)呈自形長板狀，在CL圖像上顯示出較寬的震蕩環(huán)帶，Th/U比值為0.93(>0.2)，具有典型基性巖漿鋯石特征；古元古代鋯石(XSH-1-4、XSH-1-5、XSH-1-7)，根據(jù)鋯石形態(tài)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征及Th/U比值，可以劃分為2組鋯石，分別為巖漿鋯石和變質(zhì)鋯石，編號XSH-1-5鋯石呈渾圓狀，在CL圖像上顯示無分帶，Th/U比值為0.08(<0.1)，具有典型變質(zhì)鋯石特征，編號XSH-1-4和XSH-1-7鋯石呈次圓狀，其中XSH-1-7鋯石具核邊結(jié)構(gòu)，在CL圖像上顯示弱的震蕩環(huán)帶，Th/U比值介于0.23～0.81之間(>0.2)，為典型的巖漿鋯石；新太古代鋯石呈不規(guī)則狀，在CL圖像上顯示弱的震蕩環(huán)帶，Th/U比值介于0.38～0.43之間(>0.2)，為典型的巖漿鋯石[9]。

圖5 小綏河地區(qū)蛇紋巖鋯石陰極發(fā)光圖像(a)和鋯石Th/U比值/U-Pb年齡變異圖(b)

圖6 小綏河地區(qū)蛇紋巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb諧和圖(a、b)和加權(quán)平均年齡(c)

表1 小綏河地區(qū)蛇紋巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb 同位素分析結(jié)果

4 討論

吉林省內(nèi)古老的結(jié)晶基底主要由新太古代花崗質(zhì)侵入巖、表殼巖和鐵鎂質(zhì)火山巖以及古元古代變質(zhì)火山—沉積巖和花崗質(zhì)侵入巖組成，小綏河地區(qū)蛇紋巖中的新太古代(2 719～2 387 Ma)鋯石年齡和古元古代(2 391～2 450 Ma)鋯石年齡的存在，暗示吉林省中部基底物質(zhì)熔融的熔體對巖石圈地幔的改造，其具體對應(yīng)地質(zhì)體不清，古元古代(2 435 Ma)變質(zhì)鋯石年齡與光華巖群同心巖組含榴巖系變質(zhì)峰期時間年齡相一致。

小綏河地區(qū)蛇紋巖中的中二疊世(270±3)Ma鋯石，根據(jù)鋯石形態(tài)、內(nèi)部特征及Th/U比值等判斷其為典型的基性巖漿鋯石，結(jié)合同時期吉林省中部地區(qū)發(fā)育有磨拉石建造[10]和含石榴石二長花崗巖[11]，本文認(rèn)為中二疊世(270±3)Ma鋯石U-Pb年齡，可以代表小綏河地區(qū)蛇紋巖巖塊的形成年齡。

小綏河地區(qū)蛇紋巖中早侏羅世(180～185 Ma)鋯石，發(fā)育有巖漿震蕩環(huán)帶和較高的Th/U比值(0.76～0.91)，暗示其為中酸性巖漿成因，該年齡與吉林中部地區(qū)廣泛發(fā)育的早侏羅世(170～190 Ma)雙峰式巖漿作用相一致，推測應(yīng)代表了超基性巖蛇紋石化的年齡或捕獲圍巖年齡。而早白堊世巖漿作用在吉林省中部廣泛發(fā)育，上文已述小綏河地區(qū)蛇紋巖中的早白堊世鋯石，具有典型的中酸性巖漿鋯石特征，該年齡推測為捕獲圍巖鋯石年齡。

5 結(jié)論

(1)小綏河地區(qū)出露一套較典型的蛇綠巖，該蛇綠巖組合以超基性蛇紋巖為主，此外見有透閃石巖、輝長巖、輝綠巖、滑石巖和閃長巖等組成，并伴生有豆莢狀鉻鐵礦和鈉長石英蝕變巖。與完整的蛇綠巖套層序比較，本區(qū)巖石組合完整度不高，且層序混亂。

(2)蛇紋巖存在新太古代(2 719～2 787 Ma)、古元古代(2 391～2 450 Ma)、中二疊世(270±3)Ma、早侏羅世(180～185 Ma)和早白堊世(136±2)Ma五組巖漿鋯石年齡以及古元古代 (2 435 Ma) 變質(zhì)鋯石年齡。

(3)小綏河蛇紋巖形成于(270.0±3)Ma，即中二疊世。

(4)小綏河蛇紋巖鋯石年齡記錄了吉林省中部基底物質(zhì)熔融的熔體對巖石圈地幔的改造，同時，也記錄了早侏羅世和早白堊巖漿作用的信息。吉林中部地區(qū)巖石圈地幔被改造的峰期發(fā)生在早侏羅世，與華北陸塊東部巖石圈發(fā)生大規(guī)模減薄的峰期時間一致。