黑龍江東部地區(qū)花崗巖鋯石u-pb年代學(xué)研究

黑龍江東部地區(qū)花崗巖鋯石u-pb年代學(xué)研究

近年來，該地區(qū)的基礎(chǔ)地質(zhì)研究取得了一些重要進(jìn)展（曹朱子等人，1992年；趙春景等人，1996年、1997年；李金英等人，1999年）?！皬?fù)合搜索概念”的提出，為進(jìn)一步探索該結(jié)構(gòu)單元的形成和發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。與此同時(shí),關(guān)于佳木斯地塊組成巖石的年代學(xué)研究也進(jìn)入一個(gè)新的階段,特別是最近幾年佳木斯地塊麻山群早古生代變質(zhì)年齡的報(bào)道(Dorsett-Bainetal.,1996;宋彪等,1997;Wildeetal.,2000,2001),使得有必要重新認(rèn)識(shí)組成該地塊的其它類型巖石的時(shí)代。本文依據(jù)最近幾年原長春科技大學(xué)(現(xiàn)吉林大學(xué))與澳大利亞科庭技術(shù)大學(xué)地學(xué)合作研究的成果,著重報(bào)道組成佳木斯地塊的花崗質(zhì)巖石的鋯石離子探針年齡。研究顯示,這些花崗質(zhì)巖石的形成時(shí)代比原先認(rèn)為的要年輕得多。1構(gòu)造混雜巖系佳木斯地塊位于黑龍江省東部,由位于雞西-牡丹江、樺南和蘿北等三個(gè)地區(qū)出露面積不等的麻山群和黑龍江群組成(黑龍江省地礦局,1993,圖1)。麻山群主體為經(jīng)歷低壓高溫角閃巖相-麻粒巖相變質(zhì)作用的變質(zhì)巖系,其主要巖石類型有長英質(zhì)片麻巖、石墨片巖、矽線石榴片麻巖、大理巖等,其原巖相當(dāng)于孔茲巖系(曹熹等,1992;姜繼圣,1992;盧良兆等,1996)。部分地區(qū)麻山群變質(zhì)程度較低,又被稱之為興東群(黑龍江省地礦局,1993;盧良兆等,1996)。黑龍江群為經(jīng)歷藍(lán)片巖相-綠片巖相變質(zhì)的構(gòu)造巖系(曹熹等,1992),主要巖石類型有藍(lán)片巖、云母鈉長片巖、大理巖、變玄武巖、變輝長巖、蛇蚊石化橄欖巖及相應(yīng)成分的糜棱巖,其原巖基本上與蛇綠混雜巖相當(dāng)(曹熹等,1992;張興洲,1992)。長期以來,關(guān)于兩群的時(shí)代及其間的關(guān)系一直存在激烈的爭論(曹熹等,1992,及其參考文獻(xiàn))。但目前傾向性認(rèn)為,麻山群為佳木斯地塊的基底,其原巖形成時(shí)代不早于古元古代,其麻粒巖相變質(zhì)作用發(fā)生在早古生代(Dorsett-Bainetal.,1996;宋彪等,1997;Wildeetal.,2000,2001)。而黑龍江群為佳木斯地塊與周圍塊體拼合而形成的構(gòu)造混雜巖系,其原巖和變質(zhì)變形時(shí)代可能為古生代(曹熹等,1992;李錦軼等,1999)。除上述兩群及部分地區(qū)出現(xiàn)晚中生代的沉積蓋層外,佳木斯地塊中還存在大量的花崗巖,占整個(gè)基巖出露面積的70%左右。詳細(xì)的野外觀察發(fā)現(xiàn),這些花崗巖可分為兩個(gè)大的類型,其一為花崗片麻巖類,巖石曾經(jīng)歷過麻粒巖相變質(zhì)作用的改造,并具有與麻山群變質(zhì)巖系相同或一致的片麻理構(gòu)造,此類巖石應(yīng)為佳木斯地塊結(jié)晶基底的組成部分。其二為片麻狀花崗巖類,片麻理發(fā)育程度不等,巖石顯示明顯的巖漿結(jié)晶結(jié)構(gòu),不具有任何后期變質(zhì)作用疊加的痕跡。該類巖石以出露在林口縣的楚山巖體最為典型,主體巖性為片麻狀石英閃長巖和花崗閃長巖,部分地段為弱片麻狀的二長花崗巖。主要礦物組成為石英(10%～25%)、斜長石(30%～50%),鉀長石(10%～30%)、角閃石(5%)、黑云母(15%～30%),其中斜長石晶形良好,構(gòu)成半自形粒狀結(jié)構(gòu),而角閃石的出現(xiàn)表明這些巖石應(yīng)為I型花崗巖(ChappellandWhite,1992)。2研究地質(zhì)成果對我國年齡文化的反映佳木斯地塊中的片麻狀花崗巖多與麻山群相伴生,由于缺乏古生代沉積蓋層的約束,且由于以前將麻山群的變質(zhì)時(shí)代確定為古元古代甚至太古代,致使人們認(rèn)為這些花崗巖應(yīng)形成于前寒武紀(jì)的新元古代(孫白云,1983;黑龍江省地礦局,1993;黨延松和李德榮,1993;趙春荊等,1996,1997)。其中一個(gè)重要的證據(jù)來自于李之彤和趙春荊(1987)發(fā)表的Rb/Sr全巖等時(shí)線年齡數(shù)據(jù)。然而,仔細(xì)考察上述發(fā)表的等時(shí)線不難發(fā)現(xiàn),5個(gè)樣品的87Rb/86Sr比值具有較小的變化范圍,且等時(shí)線的線性關(guān)系較差,致使報(bào)道的年齡存在較大的誤差(626±64Ma)。如果采用國際通用的ISOPLOT程序重新計(jì)算,并輸入2%和0.05%的87Rb/86Sr和87Sr/86Sr實(shí)驗(yàn)誤差,其年齡為630±124Ma。很顯然,這是一條誤差等時(shí)線,建議以后不再予以引用。除此以外,黑龍江省地質(zhì)礦產(chǎn)局還曾對胡鐵嶺巖體、柴河巖體等進(jìn)行過Rb/Sr同位素的測定工作(黑龍江省地質(zhì)礦產(chǎn)局,1993),但均由于所測巖石巖性變化較小、測定數(shù)據(jù)線性關(guān)系較差而未能給出確切的巖體侵位年齡。對上述花崗巖進(jìn)行詳細(xì)年代研究的是宋彪等(1994)利用單顆粒鋯石蒸發(fā)技術(shù)獲得的結(jié)果。他們對牡丹江-雞西一帶花崗巖的研究顯示,這些花崗巖形成于312～250Ma的晚古生代(少部分可能形成于488～409Ma的早古生代)。代表性巖體的具體測定結(jié)果是,柴河巖體:312～268Ma,石場巖體:306±10Ma,金廠巖體:347～271Ma,光復(fù)屯巖體:279±40Ma。從測試數(shù)據(jù)的報(bào)道結(jié)果來看,不同溫度情形下蒸發(fā)得出的年齡存在一定的差異,且多具有較大的統(tǒng)計(jì)誤差,反映這些花崗巖中的鋯石極為復(fù)雜,鋯石礦物學(xué)的研究也表明了這一點(diǎn)(孫白云,1983)。因此,開展鋯石微區(qū)的離子探針分析是獲得該巖體準(zhǔn)確侵位年齡的唯一選擇。3樣品與分析方法本文所測定的樣品分別屬于青山、楚山、柴河和石場巖體。它們分別位于勃利縣南、林口縣楚山、牡丹江北和雞西市南石場(三道溝),其地理坐標(biāo)分別為45°28′52″N/130°34′26″E、45°07′27″N/130°02′30″E、44°41′40″N/129°41′39″E、45°09′46″N/130°41′14″E。其中青山、楚山和石場巖體為片麻狀花崗閃長巖,主要礦物組成為黑云母、角閃石、斜長石、石英和鉀長石,副礦物組合為磷灰石+鋯石+榍石+不透明礦物;柴河巖體為弱片麻狀二長花崗巖,礦物組合與前者相似,只是鉀長石含量較高。盡管楚山和柴河巖體的巖貌和礦物組成有所不同,但前人多將其歸為統(tǒng)一的廣義的楚山巖體(孫白云,1983),形成面積達(dá)數(shù)千平方公里的巨型巖基(圖1)。實(shí)際上,該巨型巖基至少應(yīng)包括柴河、楚山、湖水、大百順、胡鐵嶺、八十八等巖體(李之彤和趙春荊,1987;黑龍江省地礦局,1993),只是由于植被覆蓋嚴(yán)重而難以作詳細(xì)的巖體劃分。本文所測樣品的化學(xué)成分如表1所示,其稀土元素配分和微量元素珠網(wǎng)圖見圖2。需要說明的是,本文化學(xué)分析的樣品與在澳大利亞進(jìn)行鋯石分析的樣品采自同一露頭點(diǎn),但各自編號(hào)不同;同時(shí),所采集的石場巖體樣品(M9)的首批測試結(jié)果已經(jīng)發(fā)表(Wildeetal.,1997),但因資料所限,本文未能提供其稀土元素配分型式和微量元素蛛網(wǎng)圖。從圖2可以看出,所研究的花崗巖為輕稀土富集、重稀土虧損型式,微弱Eu負(fù)異常。其明顯的Nb、Ta、Ti、P虧損不僅表明巖石的殼源成因,還表明巖漿在結(jié)晶過程中存在角閃石、黑云母、鈦鐵礦、磷灰石等礦物的結(jié)晶分異作用。但值得注意的是,所提供的三個(gè)樣品均具有清楚的Ba、Sr正異常,其中尤以柴河巖體的Sr正異常最為明顯,暗示巖漿的源區(qū)應(yīng)為較基性的火成巖。將待測的巖石樣品破碎,用重液和磁選方法粗選出鋯石,然后將在雙目鏡下精選出的鋯石顆粒和標(biāo)準(zhǔn)樣[CZ3,其206Pb/238U協(xié)和年齡為562Ma(Pidgeonetal.,1994)]一起安裝在雙面膠帶上,然后用環(huán)氧樹脂包裹成餅狀,最后將該餅拋光而露出鋯石顆粒,并渡金以備測試。鋯石U-Th-Pb分析在科庭技術(shù)大學(xué)的SHRIMPII型離子探針儀器上完成,其標(biāo)準(zhǔn)測定程序參見有關(guān)描述(Williams,1998)。束斑大小為20～30μm,但為防止鋯石表面上普通鉛和鍍金過程中的污染,測定過程中先將束斑在120μm的范圍內(nèi)掃描5分鐘。Pb/Pb、U/Pb同位素比值測定過程中的質(zhì)量分辨率約為4800,U/Pb比值測定按標(biāo)準(zhǔn)樣(CZ3)測定值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化,以防止離子化過程中產(chǎn)生的元素分餾(Kinnyetal.,1993)。在1σ水平上,每次標(biāo)準(zhǔn)樣U/Pb同位素比值的測定誤差約為2%。未知樣品的204Pb值與標(biāo)準(zhǔn)樣相同,并用假設(shè)普通鉛只來源于樣品渡金過程中的污染來對普通鉛測定值進(jìn)行校正。對于顯生宙鋯石,一般認(rèn)為206Pb/238U年齡較為可靠(Compstonetal.,1992),因?yàn)榈偷?07Pb記數(shù)速度會(huì)引起較大的207Pb測定誤差,并使207Pb/206Pb和207Pb/235U比值的可信度降低。數(shù)據(jù)處理過程中采用WAllead(AustralianNationalUniversity)和Krill007(P.D.Kinny,科庭技術(shù)大學(xué))程序,并采用208Pb校正的辦法,因?yàn)閷δ贻p的鋯石而言,還沒有什么證據(jù)表明其U-Th-Pb體系在結(jié)晶后曾遭受到干擾(Compstonetal.,1992)。每次記數(shù)統(tǒng)計(jì)過程的分析誤差為1σ,但每組數(shù)據(jù)的誤差為2σ,置信度為95%。具體測定結(jié)果如表2所示,其在U/Pb協(xié)和圖上的投影見圖3。4巖石學(xué)和年代學(xué)青山巖體(98SAW119):此樣品中的鋯石多為無色透明狀,顆粒柱面晶形良好,雙錐發(fā)育完整,反映屬巖漿結(jié)晶產(chǎn)物,但大多數(shù)顆粒含有細(xì)小的圓狀-針狀磷灰石包裹體。其離子探針分析結(jié)果如表2所示,其在協(xié)和圖上的投影見圖3a。分析過程中13次標(biāo)準(zhǔn)樣測試結(jié)果給出的誤差為1.44%,12個(gè)顆粒的13次分析給出的結(jié)果較為一致,未發(fā)現(xiàn)較老的鋯石顆粒或其核部殘留,僅有一個(gè)顆粒的206Pb/238U值較低,給出255±6Ma的206Pb/238U年齡,其余11個(gè)顆粒的12次分析得出的206Pb/238U年齡為271±4Ma。如果將上述13個(gè)分析值一同進(jìn)行處理,則獲得的206Pb/238U年齡為270±4Ma,與前述年齡一致。石場巖體(M9):該樣所含鋯石為透明-淺褐色,自形為主,多數(shù)顆粒具有良好的多邊晶形,顯示巖漿結(jié)晶成因特點(diǎn),部分顆粒含有磷灰石包裹體。將這些鋯石顆粒按大小分為兩個(gè)粒級(jí),>132μm和<105μm。>132μm粒度鋯石測試過程中12次標(biāo)準(zhǔn)樣分析給出的誤差為2.3%,21次測試數(shù)據(jù)見表2。大部分?jǐn)?shù)據(jù)點(diǎn)的206Pb/238U年齡為217～276Ma(表2和圖3b),其中數(shù)據(jù)點(diǎn)密集部分的12分析值給出258±9Ma的平均權(quán)重年齡。部分顆粒給出的206Pb/238U年齡分別為302和481Ma,其中后一組年齡與麻山群的變質(zhì)年齡在誤差范圍內(nèi)基本一致(Wildeetal.,2001)。<105μm粒度的鋯石測定結(jié)果與上述基本相同(14次標(biāo)準(zhǔn)樣的分析誤差為1.67%),有5顆鋯石出現(xiàn)較老的年齡(346～688Ma),與以前麻山群中變質(zhì)巖的分析結(jié)果一致(Wildeetal.,2001),反映該花崗巖的形成演化與麻山群有著密切的聯(lián)系。但較為一致的10顆鋯石的12次分析結(jié)果給出206Pb/238U的平均權(quán)重年齡為267±2Ma(表2和圖3c,其中一個(gè)分析值偏離數(shù)據(jù)集中范圍),該年齡應(yīng)代表了巖漿的結(jié)晶年齡。同時(shí),該值與前一個(gè)年齡值以及青山巖體的年齡值在誤差范圍內(nèi)一致。楚山巖體(98SAW028):盡管部分顆粒含有細(xì)小磷灰石包裹體,但本樣品中的鋯石幾乎為無色或淺粉紅色的透明晶體,柱面及兩端的雙錐發(fā)育完整,晶體形態(tài)為等軸狀-長板狀,長寬比集中在4:1左右,部分顆粒顯示明顯的巖漿結(jié)晶成因振蕩性環(huán)帶,反映其典型的火成結(jié)晶成因特點(diǎn),少數(shù)顆粒有微裂隙通過。分析過程中12次標(biāo)準(zhǔn)樣測試結(jié)果給出的誤差為1.54%,10個(gè)顆粒的11次分析結(jié)果極為一致(表2),其206Pb/238U平均權(quán)重年齡為256±5Ma(圖3d)。與石場巖體不同的是,本樣品中未發(fā)現(xiàn)較老的鋯石顆?；蜾喪瞬?表明巖漿較強(qiáng)烈的分異結(jié)晶作用。柴河巖體(98SAW027):此樣中的鋯石鋯石幾乎為無色或淺粉紅色,晶形良好,柱面及兩端的雙錐發(fā)育完整,長寬比集中在3:1左右,多數(shù)顆粒含有細(xì)小磷灰石包裹體,部分顆粒顯示巖漿結(jié)晶成因的振蕩性環(huán)帶,反映其典型的火成結(jié)晶成因特點(diǎn)。一共對11個(gè)顆粒進(jìn)行了12次分析,結(jié)果見表2,分析過程中12次標(biāo)準(zhǔn)樣的分析誤差為1.54%。12個(gè)分析結(jié)果中有兩個(gè)顆粒的兩個(gè)分析數(shù)據(jù)年齡較老,分別為550Ma和950Ma左右。其余9個(gè)顆粒10次分析數(shù)據(jù)給出的206Pb/238U年齡為254±4Ma(圖3e和f),這一年齡與楚山巖體的年齡極為一致,表明它們是同時(shí)侵位的。獲得的較老的550Ma和950Ma的年齡在麻山群變質(zhì)巖中均有體現(xiàn)(Wildeetal.,2001),表明麻山群與該花崗巖體在成因上存在密切的聯(lián)系。5晚古生代巖石學(xué)特征高精度的鋯石離子探針U-Pb測年結(jié)果顯示,在這些花崗巖中,部分巖體含有較老的鋯石顆粒和(或)殘留,反映單顆粒測定方法在這些巖體定年上的局限性。同時(shí)也表明,基底巖石參與了這些花崗巖的形成,這與由Sr、Nd同位素示蹤得出的結(jié)果一致(Wuetal.,2000)。但從所獲得的年齡結(jié)果來看,佳木斯地塊上的楚山型花崗巖侵位于270～254Ma的晚古生代,四個(gè)所測定的巖體的具體時(shí)代為270±4Ma(青山)、267±2Ma(石場)、256±5Ma(楚山)、254±4Ma(柴河),與原來認(rèn)為形成于元古代的認(rèn)識(shí)相去甚遠(yuǎn)。同時(shí)青山巖