遼東半島花崗巖鋯石u-pb年代學測定

遼東半島花崗巖鋯石u-pb年代學測定

遼東半島是中國東部中生代花崗巖巖相對發(fā)達的地區(qū)（圖1），面積約2.1萬公里。1區(qū)域地質(zhì)及構(gòu)造背景遼東半島位于華北地臺的東北部,其早前寒武系可劃分為北部鞍山-撫順太古宙雜巖(簡稱遼北地塊)、南部金州地區(qū)太古宙雜巖(遼南地塊)和位于其間的遼河群與遼吉花崗巖(遼吉古元古代造山帶)(圖1a)。其中金州太古宙雜巖向東可能與朝鮮的狼林地塊連為一體,而遼河群及遼吉花崗巖向東經(jīng)寬甸延入吉林省通化、白山地區(qū),繼而延入朝鮮北部,是我國,也是世界上少有的保存較完整的古元古代造山帶之一。北部鞍山—撫順太古宙雜巖以TTG巖系為主,并出現(xiàn)以3.8Ga為特征的古老地殼組分大約在1.90～1.85Ga期間,遼南與遼北地塊碰撞拼合(但進入中生代后,本區(qū)發(fā)生了強烈的巖漿活動,形成了大面積的花崗巖及相伴生的火山巖。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查總結(jié)(除上述具明顯侵位特點的巖體外,遼東半島還存在大量原劃為前震旦紀的混合巖,部分學者將其歸入早前寒武紀,或作為遼吉花崗巖的一部分。但本文介紹的資料將顯示,它們實際上也是中生代形成的花崗巖體。2巖體的u-pb同位素分析方法自從20世紀50年代開展區(qū)域地質(zhì)調(diào)查工作以來,關(guān)于該區(qū)花崗巖類型、組合、時代及成因方面有大量的研究成果,其中突出體現(xiàn)在1989年遼寧省地質(zhì)礦產(chǎn)局出版的《遼寧省區(qū)域地質(zhì)志》。根據(jù)這一總結(jié),遼東半島的中生代花崗巖除一些小規(guī)模的巖體外,絕大多數(shù)巖體形成于三疊紀(印支期)。這一論斷主要是通過K-Ar年代學數(shù)據(jù)確定的,部分巖體還有Rb-Sr或U-Pb年代學資料的支持。由于多種因素的影響,作者在工作的初期基本相信這一劃分方案。但隨著工作的進展,發(fā)現(xiàn)部分巖體的年代有誤,即所獲得的年代學數(shù)據(jù)與以前的數(shù)據(jù)有很大的出入。盡管對這種分歧的原因不甚明了,但對于具體的巖體而言,作者無法判定根據(jù)以前數(shù)據(jù)確定的時代是否正確。因此,決定對該區(qū)的重要巖體進行系統(tǒng)的年代學確定。為避免新一輪年代學工作造成的新的混亂,我們決定對部分巖體的不同巖石類型進行系統(tǒng)定年,并對同一巖石標本,運用多種方法定年,以消除部分學者對新的年代學數(shù)據(jù)的疑慮。在這一思路支配下,顯然需要考慮能夠準確確定巖體形成時代的同位素定年方法,鋯石U-Pb體系由于具有較高的封閉溫度成為研究工作的首選。就顯生宙鋯石而言,其U-Pb同位素分析目前可通過離子探針(如SHRIMP)、熱電離質(zhì)譜(TIMS)和激光等離子體質(zhì)譜(LA-ICPMS)3種方法實現(xiàn)。因此,作者與澳大利亞學者S.A.Wilde教授和張小鷗博士合作,運用SHRIMP方法對本區(qū)巖體進行工作,其全部原始數(shù)據(jù)參見張小鷗博士論文在實際工作中,作者特別注意運用了近幾年才發(fā)展起來的鋯石激光剝蝕等離子體分析技術(shù)(LA-ICPMS),采用微區(qū)原位單點定年。盡管該方法目前對顯生宙鋯石定年還存在一定的局限性(3遼東半島新生代花崗質(zhì)巖漿作用的初步年代學到目前為止,已獲得60余個樣品的鋯石U-Pb年齡結(jié)果。雖然更多、更詳細的年代學測定與研究仍在進行當中,但已獲得的數(shù)據(jù)已能夠大體勾畫出遼東半島中生代花崗質(zhì)巖漿作用的初步年代學格架。由于這些年代學結(jié)果大多已經(jīng)發(fā)表(3.1巖石形成時代盡管以前認為該區(qū)的花崗質(zhì)巖石主要形成于三疊紀,但所提供的年代學資料是有限的,也未被年代學數(shù)據(jù)所證實。比較可信的是出露在半島北部的賽馬—柏林川堿性正長巖,它的出露面積約280km區(qū)內(nèi)三疊紀巖漿巖出露的第二個地點是在岫巖地區(qū)。北部變形的老尖頂子閃長巖的鋯石年齡為220±1Ma(FW01-94),雙牙山似斑狀二長花崗巖的鋯石年齡為224±1Ma(FW01-92)。在岫巖縣城附近,佟家堡子閃長巖的鋯石年齡為214±2Ma(FW02-63)。該閃長巖實際上是岫巖巖體中與花崗巖呈巖漿混合特征的鎂鐵質(zhì)端元。在岫巖縣城以西,對這種具有明顯巖漿混合特征的巖石進行了系統(tǒng)定年,所獲得的花崗巖的鋯石年齡分別為213±1Ma(FW01-75,似斑狀花崗巖)、214±2Ma(FW04-324,似斑狀二長花崗巖)和214±1Ma(FW04-325,細粒二長花崗巖),其閃長質(zhì)包體的鋯石年齡為212±1Ma(FW04-326),兩者完全一致。這些年齡也與遼東半島以東通化地區(qū)的若干巖體形成時代相同(另一個三疊紀花崗質(zhì)巖石發(fā)育地點是大連—旅順地區(qū)。金洲大和尚山輝綠巖的鋯石年齡為212±2Ma(03JH011,3.2遼遼紀地層本次工作鑒定出大量侏羅紀巖體。首先是位于遼東半島南部的小黑山巖體,其主要巖性為石英閃長巖、英云閃長巖和花崗閃長巖,曾被當作太古宙TTG處理(特別值得指出的是,詳細的年代學資料顯示,遼東地區(qū)以前曾劃分的大量前寒武紀或震旦紀混合巖(3.3與飲馬灣山及麻黃地層的關(guān)系該期侵入體巖石類型繁多,既包括較基性的輝長巖、輝綠巖、閃長巖,也有較偏酸性的花崗巖甚至堿性花崗巖,它們常呈大規(guī)模的巖體出現(xiàn),如飲馬灣山巖體、古道嶺巖體、德興街巖體和五龍背巖體等。新的年代學數(shù)據(jù)顯示,它們均形成于早白堊世(表1)。飲馬灣山巖體位于遼東半島東南部,侵位于遼南變質(zhì)核雜巖之中。巖體主要由3種巖石組成,由外向里分別是片麻狀花崗巖、斑狀花崗巖和中細粒二長花崗巖類。其中片麻狀花崗巖類主要巖石類型為石英二長閃長巖和花崗閃長巖,具有明顯的片麻理構(gòu)造,部分巖石具有明顯的變形組構(gòu),其片麻理方向與變質(zhì)核雜巖中拆離斷層方向一致。似斑狀花崗巖僅顯示微弱片麻理,而細粒二長花崗巖則為明顯的塊狀構(gòu)造,從而表明該巖體為同伸展變形就位產(chǎn)物。U-Pb同位素測定顯示,該巖體邊部片麻狀巖石的鋯石年齡為122±2Ma(SK11-1,LA-ICPMS法,TIMS年齡為125±2Ma),而內(nèi)部細粒二長花崗巖的鋯石年齡為123±4Ma(SK11-4,LA-ICPMS法,TIMS年齡為120±4Ma)或122±6Ma(FW02-39)。上述資料表明,飲馬灣山巖體形成于120～125Ma的早白堊世,而不是以前認為的三疊紀,且不同巖相巖石具有大體一致的年齡。在該巖體的南側(cè),趙屯巖體(飲馬灣山巖體北側(cè)的萬家?guī)X、廟嶺和古道嶺組成一個大的復式巖基。其中萬家?guī)X和古道嶺被認為形成于印支期,廟嶺巖體形成于古元古代。它們的巖石組合特征與飲馬灣巖體類似,不同之處在于該巖體發(fā)育典型的巖漿混合現(xiàn)象。地球化學研究顯示,該巖體是由多種組分經(jīng)復雜的成巖過程而形成的(與飲馬灣山和古道嶺巖石組合基本相同的巖體還有德興街(包括石廟山和大房身閃長巖)和五龍背巖體,所獲得的年齡有127±2Ma(FW01-65,LA-ICPMS年齡,TIMS年齡為128±3Ma,德興街巖體)、120±2Ma(FW01-67,石廟山巖體)、124±3Ma(FW04-319,大房身巖體)、125±3Ma(FW01-127,五龍背巖體)、126±1Ma(FW01-109,五龍背巖體)。丹東附近的三股流巖體由于可能與五龍金礦關(guān)系密切,其研究積累較多(區(qū)內(nèi)酸性程度較高的巖體有丁歧山、鳳凰山、千山和四平街。其中前兩者為高分異花崗巖,所獲得的年齡為121±1Ma(FW01-110)和130±2Ma(FW01-108);后兩者為A型花崗巖,獲得的年齡為127±2Ma(FW01-162)和130±1Ma(FW01-139)。區(qū)內(nèi)含橄欖輝石巖包體的朝陽二長巖和石英二長巖的年齡為127±1Ma(FW02-70)和128±2Ma(FW02-79)。從上述年代學數(shù)據(jù)和討論可以看出,以前確定的該區(qū)中生代花崗質(zhì)巖漿作用的年代學格架明顯偏老。但并非所有巖體都是如此,如岫巖東部的臥龍泉巖體,該巖體以前被劃為印支期,但作者獲得的鋯石U-Pb年齡卻為1848±10Ma(但是,目前已有部分研究者在不同場合向作者表示出對上述年代學格架的疑慮,認為我們得出的結(jié)論與地質(zhì)事實有較大的出入,如在遼南金洲地區(qū),呈近南北向展布的小黑山和飲馬灣山等一系列巖體均被后期的韌性變形所改造(4巖石成因的地球動力學模型大量的年代學數(shù)據(jù)顯示,遼東地區(qū)中生代花崗質(zhì)巖漿作用明顯可分為幾個不同的時期,但如何理解這些巖石形成的地球動力學機制顯然是本文必須要回答的問題。由于篇幅所限,不可能在此討論上述巖石的詳細地質(zhì)與地球化學特點,進而分析它們的成因,但對比該區(qū)與華北其它地域巖漿作用的年代學格架(圖3,4),顯然對回答這一問題有很大的幫助。4.1中生代巖漿作用時代燕山—遼西(簡稱燕遼)是華北地臺中生代巖漿作用極為發(fā)育的另一個重要地域,也是我國中生代地質(zhì)研究較為詳細的地區(qū),特別是近年來遼西地區(qū)一系列珍奇化石的發(fā)現(xiàn)與研究極大地推動了該區(qū)中生代巖漿作用年代學格架研究的進展。但是,燕遼地區(qū)的中生代巖漿作用的年代學格架也顯示出與遼東地區(qū)存在一些差別。第一,對這些資料進行綜合分析發(fā)現(xiàn),該區(qū)東部的冀東與遼西地區(qū)出現(xiàn)大量三疊紀—侏羅紀的巖體,而西部的燕山地區(qū)則主要發(fā)育早白堊世巖體,顯示自東向西巖漿作用時代變新的趨勢。第二,該區(qū)在140～150Ma的晚侏羅世期間,形成有云蒙山和北岔溝門等一系列巖體(4.2花崗質(zhì)巖石的高精度年代學太行山是華北內(nèi)部中生代巖漿作用極為重要的地域,所發(fā)育的巖石類型各異,既有鎂鐵質(zhì)的輝長巖、輝綠巖(包括閃長巖),也有規(guī)模不等的花崗巖,同時出現(xiàn)較多偏堿性的正長巖和過堿性的霞石正長巖,但目前發(fā)表的該區(qū)中生代花崗質(zhì)巖石的高精度年代學數(shù)據(jù)并不多見。4.3地表面質(zhì)量魯西(包括徐淮)地區(qū)中生代花崗質(zhì)巖漿作用相對較弱,所形成的巖體規(guī)模也相對較小,且主要巖石類型以閃長巖、輝長巖和正長巖為主,部分巖體中還含有地幔橄欖巖包體(4.4榮城推動了晚代學的形成機制和巖石學特征膠東地區(qū)屬于華北—揚子的過渡部位,但中生代花崗巖形成時,兩塊體已完成拼合。該區(qū)的中生代花崗巖以北部的玲瓏—郭家?guī)X為代表,南部膠南地區(qū)的花崗巖主要分布在五蓮、日照和青島等地區(qū)。目前已有的年代學資料顯示,榮城甲子山巖體形成于三疊紀(從上述有限年代學資料分析可以看出,華北內(nèi)部不同地區(qū)中生代花崗質(zhì)巖石的年代學格架大致可以對比。其中三疊紀巖石出現(xiàn)在燕遼東部、遼東和膠東地區(qū);侏羅紀巖石的出露范圍與三疊紀巖石基本相當,有向西進一步擴展的趨勢,但在太行山還未發(fā)現(xiàn)有此期巖體;早白堊世巖體遍布全區(qū),但東西部地區(qū)的巖石類型存在系統(tǒng)差別,主要表現(xiàn)為東部以花崗巖為主,而西部出現(xiàn)較多的鎂鐵質(zhì)和堿性巖石,反映兩者形成機制上的差別。由于篇幅所限,本文不再從更大的空間范圍來討論上述年代學格架是否具有普遍意義。同時,關(guān)于不同時期花崗質(zhì)巖石形成機制和所反映的地球動力學背景,也容后再述。5建立中國東部中生代地質(zhì)研究的任重而道遠運用鋯石U-Pb同位素方法,對遼東地區(qū)的中生代花崗質(zhì)巖石進行了大量年代測定,所獲得的年代學數(shù)據(jù)非常令人振奮,因為它在很大程度上修改了前人關(guān)于該區(qū)巖漿活動時代的認識。但同時也必須指出,根據(jù)作者在東北地區(qū)工作的