地质通报  2019, Vol. 38 Issue (5): 824-833  
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马建军, 何川, 王璐, 王珩, 王勤燕, 陈能松. 青海海西州乌北地体晋宁期柯柯沙花岗片麻岩锆石U-Pb年龄证据[J]. 地质通报, 2019, 38(5): 824-833.
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Ma J J, He C, Wang L, Wang H, Wang Q Y, Chen N S. Zircon U-Pb age evidence of Jinning period Kekesha granite in North Wulan terrane, western Qinghai Province[J]. Geological Bulletin of China, 2019, 38(5): 824-833.
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基金项目

国家自然科学基金项目《全吉地块北缘变质地体中—新元古代岩石成因和构造演化研究》(批准号:41372075)

作者简介

马建军(1991-), 男, 硕士, 矿物学、岩石学、矿床学专业。E-mail:1620001680@qq.com

通讯作者

陈能松(1956-), 男, 博士, 教授, 从事岩石学教学和变质作用过程研究。E-mail:chennengsong@163.com

文章历史

收稿日期: 2017-11-28
修订日期: 2018-01-17
青海海西州乌北地体晋宁期柯柯沙花岗片麻岩锆石U-Pb年龄证据
马建军1 , 何川1 , 王璐1 , 王珩1 , 王勤燕2 , 陈能松1     
1. 中国地质大学(武汉), 地球科学学院, 湖北 武汉 430074;
2. 浙江大学地球科学学院, 浙江 杭州 310008
摘要: 在前人认为的震旦纪末期青海西部乌北地体柯柯沙花岗片麻岩中采集了2件同位素年龄样品,用LA-ICP-MS法测得其中锆石的206Pb/238U年龄加权平均值分别为826±6Ma(MSWD=0.84,n=12)和810±7Ma(MSWD=0.93,n=10)。这2个年龄值表明,柯柯沙花岗片麻岩属于晋宁运动早期的岩浆作用产物,与中国众多的晋宁期花岗岩一起响应了全球罗迪尼亚(Rodinia)超大陆在中国西北部的汇聚或离散演化。
关键词: 柯柯沙花岗岩    LA-ICP-MS锆石U-Pb定年    乌北地体    罗迪尼亚超大陆    
Zircon U-Pb age evidence of Jinning period Kekesha granite in North Wulan terrane, western Qinghai Province
MA Jianjun1, HE Chuan1, WANG Lu1, WANG Heng1, WANG Qinyan2, CHEN Nengsong1     
1. School of Earth Sciences, China University of Geosciences, Wuhan 430074, Hubei, China;
2. School of Earth Sciences, Zhejiang University, Hangzhou 310008, Zhejiang, China
Abstract: The Kekesha granite in North Wulan terrane of western Qinghai Province has been constrained to be formed at the end of Sinian period (543±13Ma) with thermal ionization mass spectrometer (TIMS) in the previous regional geological survey. In this study, the authors reported two U-Pb ages of 826±6Ma and 810±7Ma by in situ LA-ICP-MS dating method, which reveals that the intrusion of Kekesha granite was related to early Jinning Movement. The new result in conjunction with the other Jinning period granitoids documented information provides evidence for the assembly or breakup of the Rodinia supercontinent in Northwest China.
Key words: Kekesha granite    LA-ICP-MS zircon U-Pb dating    North Wulan terrane    Rodinia supercontinent    

呈近东—西向横贯的秦岭-祁连-昆仑复合造山带是中国中央造山带的重要组成部分[1-2]。自原地质矿产部于20世纪80年代组织开展的秦巴重大攻关项目[3-5]和国家自然科学基金委重大项目, 以及众多的新一轮区域地质大调查项目的30多年来,该复合造山带的基础地质认识取得了长足进展。在花岗岩研究方面,借助于更加详细的野外地质调查和原位高精度锆石U-Pb定年技术,如SHRIMP、LA-ICP-MS技术的跨越性进步,鉴别出大量与全球罗迪尼亚(Rodinia)超大陆演化(1100~700Ma)相关的区域性花岗岩[6-27],为探讨新元古代中国古大陆与全球古大陆的演化关系提供了重要资料。然而,由于开始时期原位定年技术并未能全面使用,使部分数据仍然是通过锆石颗粒的TIMS法U-Pb定年获得的。对于一些经受了多重构造热事件改造的前寒武纪花岗岩,其锆石因受强烈改造或重结晶作用使TIMS法测定的年龄值不同程度的年轻化;对于源于蚀源区成分复杂的沉积岩和组成复杂岩浆岩的花岗岩,其锆石晶体内部普遍存在更早年龄的锆石核而使其测定年龄相对变老[28-29]。因此,针对性地采用原位高精度定年技术对此类花岗岩体进行定年,进一步证实或更正其年龄数据,对于深化花岗岩的成因和构造意义的认识大有益处。

近年依托基金项目“全吉地块北缘变质地体中—新元古代岩石成因和构造演化研究”,采用LA-ICP-MS技术对海西乌北地体中的早前寒武纪变质花岗岩-花岗片麻岩开展了针对性的重新定年,分别鉴别出约1.5Ga的变质钠质花岗岩(灰色片麻岩)[30]、约1.1Ga的眼球状角闪花岗闪长片麻岩和眼球状黑云母花岗闪长片麻岩,以及约1.0Ga的斑状二长花岗片麻岩[31]等多期侵入体。这些数据部分证实和更正了前人在区域地质调查中获得的年龄值。前人用TIMS方法测得乌北地体东北部柯柯沙花岗质片麻岩的锆石U-Pb年龄为543±13Ma,本文报道了采用LA-ICP-MS方法新获得与前人不同的锆石U-Pb年龄值。

1 地质概况和样品特征

乌北地体处于青海省海西州乌兰县城北部,呈透镜状产在祁连地块南缘,南与全吉地块北缘之间以断裂为界,面积约2000km2,主要由中–高级变质的表壳岩和岩浆侵入岩组成(图 1-a)。青海地质矿产勘查局先后将其变质表壳岩归于达肯达坂岩群和金水口岩群,时代划归古元古代。近年来,李秀财等[33-34]在乌北二郎洞地区达肯达坂岩群中识别出一套早古生代混合岩化黑云斜长片麻岩,锆石SHRIMP年龄为504~494Ma,认为乌北地体的达肯大坂岩群可能为一套涵盖了前寒武纪变质基底岩系和早古生代变质火山岩系的混杂表壳岩组合。侵入岩包括中—新元古代、古生代、中生代等岩体(图 1-b)。中—新元古代侵入体包括约1.5Ga的变质钠质花岗岩(灰色片麻岩)、约1.1Ga的眼球状角闪花岗闪长片麻岩和眼球状黑云母花岗闪长片麻岩,以及约1.0Ga斑状二长花岗片麻岩;古生代侵入岩包含辉长岩、闪长岩-石英闪长岩,英云闪长岩;中生代侵入岩包含二长花岗岩和正长花岗岩。此外,区域上在早古生代(约420Ma)发生了强烈的变质作用和构造变形。

图 1 乌北地体地质简图及邻区构造单元(a,据参考文献[32]修改)和乌北地体区域地质图(b,据参考文献[30]修改) Fig.1 Geological sketch map of the North Wulan terrane and its adjacent micro-continental blocks(a) and geological map of the North Wulan terrane(b)

柯柯沙花岗片麻岩位于乌北地体的东北部,呈北西—南东向不规则条带状展布,与区域构造线方向一致,面积约20km2图 1-b)。岩体南侧与变质表壳岩的接触关系因强烈构造变形而模糊不清,北侧与变质表壳岩呈断层接触,强烈的变质变形作用使岩石片麻理构造发育。岩体中发育斜长角闪岩、石英岩、变粒岩等岩石类型的包体,这些包体均呈透镜体产出。此外,岩体局部还发育一些外貌与柯柯沙花岗质片麻岩极其相似的岩石,其岩浆成因的锆石年龄约为420Ma,显然是变质的早古生代花岗岩脉(未刊资料)。

用于锆石U-Pb定年的2件花岗质片麻岩样品MJ15-1和MJ15-9分别采自柯柯沙岩体西侧沟北部(北纬37°10′50.67″、东经98°39′15.44″)与南部(北纬37°9′41.9″、东经98°40′0.6″)。样品MJ15-1呈灰白色-浅灰红色,片麻状构造,中粒变晶结构(图 2-a);岩石组成矿物较单一,主要由斜长石(30%~35%)、钾长石(25%~35%)、石英(22%~28%)、黑云母(5%~8%)、少量石榴子石(3%~5%)等组成,副矿物有锆石、磷灰石、榍石和不透明矿物。斜长石多为半自形-他形板状晶体,发育聚片双晶。钾长石包括微斜长石和条纹长石,微斜长石呈他形板状晶体,发育格子双晶,条纹长石呈半自形-他形板状,发育条纹构造。石英呈他形粒状分布于长石等矿物颗粒之间,发育波状消光。黑云母呈片状定向断续分布构成岩石片麻理,具浅黄色-绿棕色多色性。石榴子石呈半自形-他形晶体,多发生破碎和变形,裂隙间常发育退变的黑云母和绿泥石。样品MJ15-9呈灰色-灰黑色,片麻状构造,中-细粒变晶结构(图 2-b),主要组成矿物为斜长石、钾长石、石英、黑云母和少量石榴子石,副矿物有榍石、锆石和不透明矿物。钾长石含量25%~30%,晶体局部高岭土化。斜长石含量35%~45%,呈半自形板状,发育细密的聚片双晶。石英含量18%~24%,呈他形,发育波状消光。黑云母含量12%~18%,多呈红褐色片状,部分绿泥石化。石榴子石含量约3%,呈半自形晶体,具有较多裂隙,部分黑云母沿其裂隙生长并发生绿泥石化。样品MJ15-9较MJ15-1矿物颗粒细,基性程度高,二者可能是岩浆先后涌动侵位的产物,其接触边界受后期强烈的变质变形作用的改造而模糊不清。

图 2 样品MJ15-1(a)和MJ15-9(b)野外露头照片 Fig.2 Outcrop photos of sample MJ15-1 (a) and MJ15-9 (b)
2 分析方法

采集全岩样2kg左右,将其破碎、过筛、淘洗,经电磁分离后进一步淘洗,然后在双目镜下挑选出晶形和透明度较好的锆石颗粒,用无色透明的环氧树脂制成样品靶,在样品靶固结后打磨和抛光至锆石中心暴露。锆石单矿物分选和制靶工作由河北省廊坊市诚信地质有限公司完成,锆石阴极发光(CL)图像在武汉上谱分析科技有限责任公司采用高真空扫描电子显微镜(JSM-IT100)拍摄。

锆石U-Pb同位素定年和微量元素由武汉上谱分析科技有限责任公司利用LA-ICP-MS分析完成。GeolasPro激光剥蚀系统由COMPexPro 102 ArF 193 nm准分子激光器和MicroLas光学系统组成,ICP-MS型号为Agilent 7700e。激光束斑和频率分别为32μm和6Hz。U-Pb同位素和微量元素含量分别采用锆石标准91500和玻璃标准物质NIST610作外标,进行相应的分馏校正。原始数据处理采用软件ICPMSDataCal[35-36]完成,U-Pb谐和图绘制和加权平均计算均采用Isoplot/Ex_ver3[37]完成。

3 分析结果

样品MJ15-1中的锆石晶体多为柱状自形晶,长宽比为2~3,CL图像显示,锆石具核-边结构,核部呈现较典型的韵律生长环带,为典型的岩浆锆石形貌特征[38],部分锆石晶体的振荡环带显示轻微的模糊化,可能是后期变质变形引起的重结晶所致;锆石边部多呈亮灰色,无环带,可能为变质增生或重结晶作用形成的变质边(图 3-a)。为研究岩体的侵位年龄,选择振荡环带保存较好的部位测定了17个点(表 1),各测点的Th/U值介于0.10~0.64之间,进一步显示出锆石岩浆成因的特点[39-40]。在锆石U-Pb谐和图上(图 4-a),其中10个数据点集中分布于谐和线附近且靠近上交点,另外7个数据点位于谐和线下方,可能是不同程度的铅丢失所致,上交点年龄为805±36Ma(MSWD=0.35),误差较大,位于谐和线上的10个测点的206Pb/238U表面年龄介于830±13~791±13Ma之间,年龄加权平均值为810±7Ma(MSWD=0.93),与上交点年龄在误差范围内一致,该年龄代表了锆石的结晶年龄。

图 3 样品MJ15-1(a)和MJ15-9(b)锆石阴极发光(CL)图像及206Pb/238U年龄 Fig.3 CL images and 206Pb/238U ages of zircon grains from sample MJ15-1 (a)and MJ15-9 (b) (圆圈数字代表分析点位,编号同表 1
图 4 样品MJ15-1(a)和MJ15-9(b)锆石U-Pb谐和图 Fig.4 Zircon U-Pb concordia diagrams of sample MJ15-1 (a)and MJ15-9 (b)
表 1 柯柯沙岩体LA-ICP-MS锆石U-Th-Pb同位素测试结果 Table 1 LA-ICP-MS zircon U-Th-Pb isotopic data of Kekesha pluton

样品MJ15-9中的锆石晶体多为半自形-自形柱状,普遍发育核-边结构。锆石核占晶体的绝大部分,振荡环带发育,为典型的岩浆结晶成因锆石[38];锆石边部较窄,部分呈残缺不全的镶边状,无环带,应是变质变形或流体改造的产物(图 3-b)。该样品共进行了26个点的测定,各测点同位素数据和表面年龄值列于表 1。26个测点的Th/U值介于0.18~0.69之间,显示岩浆成因特征[39-40]。从锆石UPb谐和图可以看出,其中12个数据点位于谐和线上或其附近,且接近上交点,另外14个数据点则因发生不同程度的铅丢失位于谐和线下方,这26个数据给出的不一致线与谐和线的上交点年龄为845± 14Ma(MSWD=1.08)(图 4-b)。位于谐和线附近的12个点的206Pb/238U年龄加权平均值为826±6Ma(MSWD=0.84),本文采用此年龄值作为锆石的结晶年龄。

4 讨论

本文2件样品的LA-ICP-MS锆石U-Pb定年结果表明,样品MJ15-9的锆石结晶年龄为826± 6Ma,略早于样品MJ15-1的锆石结晶年龄810± 7Ma;2件样品的锆石具有典型的振荡环带,且Th/U值普遍大于0.1,对应于岩浆结晶相关的锆石[38-40],因此其年龄分别代表 2件样品所在花岗质片麻岩原岩的侵位年龄。样品MJ15-9的矿物颗粒较细,可能为岩浆侵位早期与围岩温差较大发生快速结晶的产物;样品MJ15-1的矿物颗粒较粗,可能为稍晚涌入岩浆与围岩温差较小缓慢结晶形成,表明柯柯沙岩体为晋宁期构造作用期间岩浆多次涌动侵位的产物。本文应用原位高精度锆石U-Pb法测定的结晶年龄(826~810Ma)明显老于前人报道的TIMS锆石U-Pb年龄(543±13Ma)。543±13Ma的锆石U-Pb年龄与区域上514~491Ma的岩浆作用时代相近[33-34, 41-45],因而认为该年龄可能是侵入于晋宁期花岗岩中脉岩结晶的年龄,而该脉岩与柯柯沙岩体在加里东期构造变质事件中一起遭受了强烈的变质变形作用。

近年来,区域上不断厘定和识别出晋宁期花岗质岩浆活动(图 5表 2),如柴北缘发育的新元古代巨型花岗片麻岩带[6, 13, 18, 23, 48-53],祁连地块广泛发育的约900Ma形成于岛弧环境下的花岗质岩浆活动和约800Ma形成于拉张背景下的花岗质岩浆活动[15-17, 19, 23, 54-59],以及秦岭造山带形成于同碰撞(979~911Ma)、后碰撞(894~815Ma)等不同造山阶段的花岗质岩浆活动[7, 11, 14, 20, 60-68]。这些花岗质岩浆活动是全球罗迪尼亚(Rodinia)超大陆汇聚和裂解演化在中国西北部的具体响应。柯柯沙花岗岩属于晋宁运动早期花岗岩浆作用的产物,与区域上的同期花岗质岩浆活动共同记录了Rodinia超大陆在中国西北部的聚散演化过程。

图 5 中国地质简图(a)及祁连造山带(b)、秦岭造山带(c)晋宁期花岗质岩体分布 Fig.5 Simplified geological map of China(a), the distribution of Jinning period granitoids in the Qilian orogenic belt(b)and Qinling orogenic belt (c) (a、b、c分别据参考文献[46][47][22]修改;图中各岩体年龄资料来源和测试方法见表 2
表 2 中央造山带中-西段晋宁期花岗岩类锆石U-Pb年龄统计 Table 2 Zircon U-Pb ages of the Jinning period granitoids in the middle and western segments of the Central orogenic belt
5 结论

柯柯沙花岗质片麻岩原岩的侵位年龄介于830~810Ma之间,可能是岩浆多次涌动侵入的花岗岩体。该岩体是晋宁运动早期岩浆作用的产物,其形成与中国西北部响应全球Rodinia超大陆的聚散的地质事件相关。

致谢: 审稿专家认真细致地审阅了本文,并提出了宝贵的修改建议,实验测试过程中得到课题组王璐和何川博士的热情帮助,在此一并表示衷心的感谢。

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