地质通报  2019, Vol. 38 Issue (10): 1711-1717  
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温德娟. 华北地台北缘鞍山白家坟奥长花岗岩地球化学特征、锆石U-Pb年龄及意义[J]. 地质通报, 2019, 38(10): 1711-1717.
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Wen D J. Geochemical characteristics and zircon U-Pb geochronology of the Baijiafen augamite granite in Anshan of the North China platform and its significance[J]. Geological Bulletin of China, 2019, 38(10): 1711-1717.
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基金项目

中国地质调查局项目《鞍山-本溪铁矿整装勘查区矿产调查与找矿预测》(编号:121201004000150017-29)

作者简介

温德娟(1981-), 女, 硕士, 高级工程师, 从事固体矿产勘查、基础地质调查等工作。E-mail:wendejuan@126.com

文章历史

收稿日期: 2018-07-15
修订日期: 2018-09-16
华北地台北缘鞍山白家坟奥长花岗岩地球化学特征、锆石U-Pb年龄及意义
温德娟     
辽宁省地质矿产调查院, 辽宁 沈阳 110031
摘要: 太古宙TTG岩石的成因及年代学研究是理解前板块构造和板块构造开始及其演化过程的关键,是陆壳增生的重要标志,为太古宙地质体研究的热点和难点之一。对鞍山地区的白家坟岩体进行了地球化学研究和锆石U-Pb测年。数据结果显示,该岩体具有正片麻岩特征,Si、Na含量高,TFeO、MgO、CaO含量低,轻、重稀土元素分异程度低,且具有一定变化。稀土元素总量偏低(12.6×10-6~119.34×10-6),LREE/HREE值为8.98~13.11。微量元素富集K、Rb、Ba,亏损Nb、Ce、Zr、Sm、Ti、Y、Yb;K/Rb平均值为229.37,Rb/Sr平均值为0.58,Ba/Sr平均值为3.28,Y/Nb平均值为3.36。表明该岩体为岩浆作用的产物,也有部分为壳内再循环的产物或受到陆壳物质影响。测得207Pb/206Pb年龄加权平均值为3816±14Ma,锆石具有清晰的振荡环带结构,所有核部锆石分析点的Th/U值在0.05~0.54之间,具有岩浆锆石的特点,代表了白家坟奥长花岗质岩石的结晶时代。3613~3651Ma和3331Ma两组年龄数据代表早太古代的一次岩浆事件及重要的陆壳增生时期的热事件。
关键词: 奥长花岗岩    TTG岩石    锆石U-Pb测年    白家坟    鞍山    
Geochemical characteristics and zircon U-Pb geochronology of the Baijiafen augamite granite in Anshan of the North China platform and its significance
WEN Dejuan     
Liaoning Survey Academy of Geology and Mineral Resources, Shenyang 110031, Liaoning, China
Abstract: The genesis and chronology of Archaean TTG rocks is the key to understanding the problems concerning the beginning of the pre-plate tectonics and plate tectonics and their evolution process. It is an important sign of continental crust accretion and one of the hotspots and difficulties in the study of Archaean geologic bodies. Geochemical characteristics and zircon U-Pb dating of Baijiafen intrusion were studied in Anshan area. The data show that the rock mass has the characteristics of orthogneiss, with high Si, Na content, low TFeO, MgO, CaO content, low light and heavy REE content and some changes. The REE content of rocks is low, REE is 12.6×10-6~119.34×10-6 and LREE/HREE ratio is 8.98~13.11. Trace elements of rocks are characterized by enrichment of K, Rb and Ba and depletion of Nb, Ce, Zr, Sm, Ti, Y and Yb; K/Rb mean ratio is 229.37, Rb/Sr mean ratio is 0.58, Ba/Sr mean ratio is 3.28, and Y/Nb mean ratio is 3.36, suggesting that the rock mass is the product of magmatism, with a part being the product of intracrustal recycling or being affected by continental crustal materials. The weighted average age of 207Pb/206Pb is 3816±14Ma. The zircon has clear oscillating zonal structure. Th/U ratios of all core zircon analytical points range from 0.05 to 0.54. It has the characteristics of magmatic zircon and represents the crystallization age of Baijiafen trondhjemite. The age data of 3613~3651Ma and 3331Ma represent a magmatic event in the early Archaean and a thermal event in the important period of continental crust accretion.
Key words: trondhjemite    TTG rock    zircon U-Pb dating    Baijiafen    Anshan    

辽宁鞍山是全球已发现岩体锆石年龄大于3.8Ga的仅有的几个地区之一。白家坟奥长花岗岩位于鞍山市城东白家坟村,是国内研究华北克拉通太古宙岩浆演化和早期地壳演化的热点之一, 万渝生等对白家坟奥长花岗岩的锆石U-Pb年龄、地球化学特征、区域对比和Nd、Sr同位素组成及其地质意义进行了较系统的研究[1-3],为研究早期地壳演化提供了重要线索和依据。在前人工作的基础上,本次对鞍山地区白家坟奥长花岗质岩石的地球化学特征、锆石年龄及其地质意义进行讨论。

1 区域地质背景

鞍山地区地层区划属华北地层区,是太古宙变质表壳岩发育的典型地区。区域上出露地层自下而上有太古宇变质表壳岩茨沟岩组、大峪沟岩组、樱桃园岩组(“鞍山式”铁矿赋矿层位)、古元古界辽河岩群及新元古界青白口系,其中以樱桃园岩组变质岩系为主,其余岩组不发育,变质建造为磁铁石英岩、绢云二长变粒岩、石英片岩、绢云石英片岩的岩石组合。前台岩组与下伏太古宇表壳岩或变质深成岩之间为韧性剪切滑脱关系,与上覆新元古界为角度不整合或韧性剪切滑脱关系(图 1)。

图 1 研究区地质简图 Fig.1 Simplified geological map of the study area Ar1g—前台岩组;ηγAr0—糜棱岩化二长花岗岩;ηγAr1—奥长花岗岩;ηγAr2—中细粒二长花岗岩;ηγAr3—片麻状二长花岗岩;ωψ—蛇纹岩脉;1—地球化学样品采样位置;2—锆石U-Pb样品采集位置
2 岩相特征

白家坟奥长花岗质侵入体分布在鞍山市东部白家坟一带,呈北西—南东向展布,长约500m,宽约50m,岩体出露面积约0.02km2,为一规模不大的无根残片[3]。西南侧与陈台沟花岗岩(3.3Ga)呈断层接触,东北侧与前台表壳岩(3.3Ga)呈断层接触,由于后期构造热液作用的强烈改造,岩石具较明显的糜棱构造,糜棱岩化后又遭受了帘石化、绢云母化等轻微蚀变[4],呈均匀分布(图 2-a、b)。

图 2 白家坟奥长花岗岩野外(a、b)和(c、d)镜下照片 Fig.2 Field(a, b)and microscopic(c, d)photographs characteristics of Baijiafen trondhjemites Qz—石英;Pl—斜长石;Pth—条纹长石;Bi—黑云母;Mu—白云母

奥长花岗岩具有变余半自形粒状结构、变余似斑状结构,片麻状构造,岩石主要由斜长石(64%,发育聚片双晶,具绢云母化及黝帘石化)、石英(21%)、条纹长石(10%,发育条纹双晶)、黑云母(5%,部分蚀变为白云母)等矿物组成;见良好的糜棱岩结构,主要由定向钾长石、斜长石碎斑组成;变形拉长的石英颗粒呈条纹状平行排列,构成平行构造,斜长石及少量钾长石相间出现于石英颗粒条纹间;岩石经强烈的糜棱岩化作用后,又叠加较强烈的纳黝帘石和绢云母化,几乎所有的斜长石均为微粒纳黝帘石和绢云母微片包围,仅保留原斜长石晶形(图 2-c、d)。岩石副矿物含量不高,主要为磷灰石,锆石很少。

3 岩石地球化学特征

白家坟奥长花岗岩以相对高SiO2、Na2O,低TFeO、MgO、CaO为特征(表 1)。K2O/Na2O值主要在0.48~0.84之间。经CIPW标准矿物计算结果,DI变化在86.46~95.96之间,说明了该岩体的分异程度较高,SI变化在0.2~6.74之间,A/CNK在1.04~ 1.25之间,属于铝饱和型,σ在1.24~2.73之间,属于钙碱性系列。在An-Ab-Or(图 3)图解中,多数样品投入奥长花岗岩区,个别K2O含量较高的样品投入花岗岩区,具有明显的正片麻岩性质。前人推断,该岩石是由更早期的TTG花岗质岩石部分熔融形成的[3]。从野外产状和矿物组合看,K2O含量增高与微斜长石增多有关,是后期钾交代作用的结果。

表 1 白家坟奥长质花岗岩元素组成 Table 1 Element composition of Baijiafen trondhjemites
图 3 白家坟奥长花岗质岩石An-Ab-Or图解 Fig.3 An-Ab-Or diagram of Baijiafen trondhjemites

岩石稀土元素含量偏低(表 1),稀土元素总量(∑REE)为12.6×10-6~119.34×10-6,LREE/HREE值为8.98~13.11,LaN/YbN值为9.57~16.04;稀土元素配分曲线(图 4-a)呈较缓右倾型,轻、重稀土元素分异程度较低。稀土元素总量低、轻重稀土元素分离不强但有一定变化的稀土元素模式反映了岩石自身的组成特征[6]。岩石微量元素(表 1)N-MORB标准化蛛网图(图 4-b)显示,富集K、Rb、Ba,亏损Nb、Ce、Zr、Sm、Ti、Y、Yb的特点;K/Rb平均值为229.37,Rb/Sr平均值为0.58,Ba/Sr平均值为3.28,Y/Nb平均值为3.36。与万渝生等的研究成果进行对比,认为岩石主要为新生地壳,也有部分为壳内再循环的产物或受到陆壳物质影响[7-9]

图 4 白家坟奥长花岗质岩石稀土元素配分模式图(a)和微量元素蛛网图(b) Fig.4 REE patterns (a) and trace elements spider diagrams (b) of Baijiafen trondhjemies
4 锆石U-Pb年龄

样品D3104TW1的锆石U-Pb同位素定年利用中国科学院地质与地球物理研究所的SIMS 1280 U-Pb定年方法完成。U、Th、Pb的测定在法国生产的CAMECA SIMS 1280二次离子质谱仪上完成。

结合前人研究成果及经验,本次测得数据分为以下几组。

(1)形成于3.8Ga的古老锆石共10个点(图 5),锆石晶形多为长柱状,长度110~240μm、长宽比为2:1~3:1,部分核部锆石具有清晰的振荡环带结构,少量锆石核部结构模糊。所有核部锆石分析点的Th/U值为0.05~0.54,大部分大于0.2,具有岩浆锆石的特点。第一组数据剔除5个点,主要原因为铅丢失,在图上偏离谐和线。其余5个点的207Pb/206Pb年龄加权平均值为3816±14Ma(MSWD=2.7,图 7),与前人研究结果相近[4],代表了白家坟奥长花岗质岩石的结晶时代。

图 5 锆石阴极发光图像及同位素年龄 Fig.5 Zircon cathodoluminescence photos and isotopic ages
图 6 白家坟奥长花岗岩锆石U-Pb谐和图 Fig.6 U-Pb concordia diagram of the zircons from Baijiafen trondhjemite

(2)形成于3.6Ga左右的锆石(4个点),锆石晶形为短柱状或粒状,长度110~180μm、长宽比为1:1~ 2:1,局部发育环带,可见变质增生边,其年龄介于3613~3651Ma之间(样品TW1-4、TW1-7、TW1- 8、TW1-17),与前人研究结果对比发现,与万渝生等[3]提到白家坟杂岩中有3.6Ga左右的地质体吻合。同时,从野外调查看,奥长花岗质岩石呈捕虏体形态存在,围岩为早太古代陈台沟二长花岗岩,因此笔者推测,这4颗锆石的形成可能与陈台沟岩体的侵入相关,代表了早太古代一次岩浆事件。

(3)形成于330Ma左右的锆石(1个点),对比前人的研究成果可知,张家辉等[10]认为存在3.36~ 3.30Ga的混合杂岩体。已有研究表明, 3.3Ga是鞍山地区一重要的陆壳增生时期[11-12]。因此,判断此类锆石的形成很可能与此次热事件相关。后两次热事件造成锆石铅丢失。

5 结论

(1)早期形成的岩石经强烈的糜棱岩化作用后,显微镜下见糜棱岩结构,主要由定向的钾长石和斜长石碎斑组成。后期又叠加较强烈的纳黝帘石和绢云母化,几乎所有的斜长石均被微粒纳黝帘石和绢云母微片包围,仅保留原斜长石晶形。表明岩石为深层次环境下变质-深熔作用的产物,具有残留包体特征。

表 2 白家坟奥长花岗岩锆石U-Th-Pb测年数据 Table 2 U-Th-Pb dating data of zircons from Baijiafen trondhjemites

(2)地球化学数据显示,白家坟奥长质花岗岩具有正片麻岩的特征,Si、Na含量高,TFeO、MgO、CaO含量低,轻、重稀土元素分异程度低,且有一定变化;锆石中可见密集环带结构,表明该岩体为岩浆作用的产物,也有部分为壳内再循环的产物或受到陆壳物质影响。

(3)白家坟奥长质花岗岩的成岩年龄为3823± 18Ma,是目前研究区岩石最老的成岩年龄;岩石至少存在2次铅丢失热事件,分别为3.6Ga和3.3Ga左右,表明早太古代至少存在3.6Ga和3.3Ga两个期次的构造-岩浆热事件,其中3.3Ga年龄代表了陈台沟岩体的侵位时间。

致谢: 野外工作得到中国地质调查局发展研究中心于晓飞主任、辽宁省地矿集团付海涛总工程师及辽宁省地质矿产调查院田义、彭游博、杨仲杰等同事的指导,审稿专家提出了宝贵修改意见,实验测试过程得到中国科学院地质与地球物理研究离子探针实验室王长乐博士的指导,在此一并致谢。

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