黃陵野馬洞基性巖脈中鋯石的U-Pb年齡和Hf同位素組成

趙 敏，魏君奇*，王建雄

（1.西北大學地質學系，大陸動力學國家重點實驗室，西安710069；2.武漢地質調查中心，武漢430205）

黃陵野馬洞基性巖脈中鋯石的U-Pb年齡和Hf同位素組成

趙 敏1，魏君奇1*，王建雄2

（1.西北大學地質學系，大陸動力學國家重點實驗室，西安710069；2.武漢地質調查中心，武漢430205）

采用激光剝蝕-等離子質譜（LA-ICP-MS）分析技術測定野馬洞基性巖脈中鋯石的U-Pb年齡和Hf同位素組成，以探討黃陵地區TTG片麻巖原巖的形成及變質時間、是否存在比崆嶺群更古老的地殼等問題。野馬洞輝綠巖脈（1850 Ma）侵入TTG片麻巖，并從TTG片麻巖中捕獲了大量捕擄晶鋯石。捕擄晶鋯石巖漿結晶核部的U-Pb年齡分別為2842 Ma、2900 Ma和2949 Ma，指示TTG花崗巖體為復式巖體，其至少經歷了2949 Ma、2900 Ma和2842 Ma三期巖漿作用。捕擄晶鋯石變質邊部的U-Pb年齡為2557 Ma，指示TTG花崗巖體轉變為TTG片麻巖，是“水月寺運動”及其構造熱事件共同作用的結果，其變形變質的時間為2557～2511 Ma。捕擄晶鋯石的εHf(t)為-9.85～0.89、平均值為-4.07，虧損地幔模式年齡TDM為3.6～3.2 Ga，指示黃陵地區存在比崆嶺群（3.2 Ga）更古老的陸殼。

TTG片麻巖；基性巖脈；鋯石U-Pb年齡；Hf同位素；黃陵地區

鄂西黃陵地區的崆嶺雜巖和黃陵花崗巖巖基內，分布較多基性巖脈和基性巖墻群，記錄了重要的伸展構造事件和基性巖漿活動。侵入崆嶺雜巖的基性巖脈中原生巖漿鋯石的U-Pb年齡為1.85 Ga，指示約在1.85 Ga揚子板塊由碰撞擠壓向伸展作用的構造轉換[1]，可能是揚子板塊對Columbia超大陸從聚合轉換為裂解事件的響應。黃陵花崗巖巖基內的基性巖墻和巖墻群（770 Ma）的發育，可能與Rodinia超大陸裂解的構造背景相關[2-4]。然而，這些基性巖脈還從圍巖中捕獲了大量的捕擄晶鋯石，它們所記錄的重要信息還未見報道。此外，崆嶺雜巖中的TTG片麻巖，是其原巖TTG花崗巖[5]遭受角閃巖相變質作用改造后形成的[6-7]。雖然已從TTG片麻巖中獲得較多的年齡數據（3150～2838 Ma）[8-12]，但沒有明確區分TTG花崗巖體的形成時間及其變質為TTG片麻巖的時間。且導致TTG花崗巖發生變形、變質的角閃巖相熱變質事件時間及性質等問題，仍然沒有解決。因此，本文選擇明確侵入TTG片麻巖中的基性巖脈，通過其捕擄晶鋯石的U-Pb年齡測定，以揭示TTG花崗巖的形成時間及其變質為TTG片麻巖的時間，以及相關熱變質事件的時間和性質等。

1 區域地質與樣品的釆集、加工

黃陵地區的TTG片麻巖主要分布在黃陵背斜北部的霧渡河至水月寺一帶（圖1），基性巖脈侵入TTG片麻巖中，巖脈的總體走向切割TTG片麻巖的片麻理（圖2a），且巖脈捕擄并包裹有TTG片麻巖的碎塊（圖2b）。TTG片麻巖的變形、變質強烈，而侵入其中的基性巖脈較新鮮，未發生變形、變質。這些直觀的地質現象說明，基性巖脈形成于TTG古侵入體及其發生片麻巖化之后。興山縣水月寺鎮北東約2 km處野馬洞河床中，基性巖脈的出露情況良好，選作此次調查的重點區域，并將此處的巖脈稱為野馬洞基性巖脈。單個巖脈寬約1.5 m，產狀約為310°∠70°。巖脈巖性為輝綠巖，輝綠結構、塊狀構造，輝石約占40%、斜長石約占50%。本次選擇其中一條輝綠巖脈進行采樣，其GPS位置為：N31°14′48″，E111°01′55″，樣品編號為 YM2，樣品質量約30 kg。

鋯石樣由武漢地質礦產研究所巖礦測試實驗室用人工重砂的方法分離得到。首先將樣品按礦物解離粒度破碎至0.25 mm，過0.25 mm和0.10 mm的篩，經搖床分離出重礦物部分，經精淘后，再用磁選儀選出無磁性部分鋯石。然后將無磁性部分鋯石過篩，分出6個粒級。每一粒級都置于雙目鏡下，按其顏色、大小、晶形、包裹體、表面特征及有無增生等情況進行嚴格挑選，從中剔除含有雜質、包裹體、碎屑狀雙晶連生體的鋯石。經過以上逐步分選，最后選出合格鋯石80多顆。

圖1 黃陵地區地質略圖及采樣位置Fig.1 Simplified geological map ofthe Huanglingarea with sample locations

圖2 基性巖脈與TTG片麻巖的接觸關系Fig.2 The contact relation between mafic rock dikes and TTGgneiss

2 同位素測年

2.1 儀器設備與分析方法

本文所有同位素和微量元素分析均在西北大學大陸動力學國家重點實驗室完成。將鋯石顆粒用環氧樹脂固定并拋光、清洗，然后在掃描電鏡實驗室進行透射光和反射光照相，并在英國Gatan公司生產的Mono CL3+陰極發光裝置系統上進行陰極發光（CL）照相。將鋯石的反射光、透射光和CL照片反復對比選取同位素測試點，避開裂隙和包裹體，以獲得高精度年齡。鋯石定年釆用的ICP-MS為Agilient公司最新一代帶有Shield Torch的Ag－ilient 7500a。鋯石原位Lu-Hf同位素測定釆用Nu Plasma HR(Wrexham，UK)多接收電感耦合等離子體質普儀（MC-ICP-MS）。激光剝蝕系統為由德國Lambda Physik公司的ComPex102Excimer激光器（工作物質ArF，波長193 nm）和MicroLas公司的GeoLas 200 M光學系統組成。

鋯石U-Pb定年、鋯石原位Lu-Hf同位素分析和微量元素分析的ICP-MS使用同一臺激光剝蝕系統，對樣品進行一次性剝蝕后，分別由ICP-MS與MC-ICP-MS兩臺儀器同時釆集各自信號。激光斑束直徑 44 μm，頻率 10 Hz，激光能量 90 mJ，剝蝕樣品深度為20～40 μm。實驗中用氦氣作為剝蝕物的載氣，每個分析點的氣體背景釆集時間為30 s，信號釆集時間為40 s。

LA-ICP-MS激光剝蝕釆樣方式為單點剝蝕。數據分析前，釆用美國國家標準技術研究院研制的人工合成硅酸鹽玻璃標準參考物質NIST610進行儀器的最佳化，使儀器達到最大的靈敏度、最小的氧化物產率和最低的背景值。ICP-MS數據釆集選用一個質量峰釆集一點的跳峰方式。每測完5個樣品點，插入測定一次標樣91500；每測完15～20個樣品點，插入測定一次標樣91500和標樣NIST610。年齡計算以標準鋯石91500為外標進行同位素比值分餾校正；元素濃度計算釆用NIST610作外標，選擇29Si作為內標。Hf虧損地幔模式年齡（TDM）的計算，采用現今的虧損地幔176Hf/177Hf=0.28325和176Lu/177Hf=0.0384。數據處理釆用GLITTER（ver 4.0）程序，鋯石諧合圖釆用Isoplot程序（ver 4.0）。詳細分析步驟和數據處理方法見參考文獻[13,14]。

3 分析結果

3.1 鋯石特征

全部31顆鋯石中15顆代表性鋯石的CL圖像見圖3。鋯石均呈長柱狀，具明顯的核-邊結構，反映出捕虜晶鋯石的特征。從核部來看，第4、12、33號鋯石的核部呈灰黑色、無分帶，可能是蛻晶化作用導致巖漿環帶消失；第2、7、40號鋯石的核部呈灰白色，巖漿環帶較寬；其余鋯石的核部呈灰白色，巖漿環帶細密、清晰。其中第22號鋯石的核部內凹約1/4，可能是變質熱液的溶蝕所致。從邊部來看，所有鋯石的邊部呈灰黑色，無分帶，環繞著核部，仍保持鋯石的柱狀形態，顯示出角閃巖相變質改造鋯石的特征[15]。其中第 2、8、13、16、32、39 號鋯石的邊部較窄，明顯切割其核部的巖漿環帶；第33號鋯石的邊部較寬，包裹其核部。上述結構特征說明，鋯石的核部為巖漿結晶核，鋯石的邊部為變質改造邊。

30顆鋯石核部的Th/U=0.13～1.13、平均值0.59（表1）。其平均值在巖漿鋯石Th/U值（＞0.4）的范圍內，說明核部為巖漿結晶核。由于Th比U的離子半徑大，Th比U在鋯石晶格中更不穩定，變質過程中Th比U更容易被逐出鋯石晶格，導致變質鋯石的Th/U值相對較低[15-17]。第33號鋯石邊部的Th/U=0.55，略低于其余鋯石核部的Th/U平均值（0.59）。指示第33號鋯石為變質鋯石，其核部為巖漿鋯石的繼承核，邊部為變質改造作用形成的變質改造邊。

上述鋯石的結構特征和Th/U比值說明，所有鋯石為基性巖脈從TTG片麻巖圍巖中捕獲的捕擄晶鋯石，其巖漿結晶核的年齡代表TTG古侵入體形成的時間；其變質改造邊的年齡代表角閃巖相變質作用發生的時間，即TTG花崗巖轉變為TTG片麻巖的時間。

圖3 基性巖脈中鋯石的陰極發光圖像（圓圈和數字表示分析點和U-Pb年齡）Fig.3 CLimages for zircons frommafic dikes（The circles for datingspots and correspondingU-Pb ages）

3.2 鋯石U-Pb年齡

由于第33號鋯石的核部小而邊部寬，分析點選在邊部。其余鋯石的核部大而邊部窄，分析點選在核部。31顆鋯石的測年數據和年齡諧和圖解分別見表1和圖4。可見30顆鋯石核部的數據投影點可分為三組，一組位于諧和線上，其余兩組沿兩條不一致線分布（圖4a）。說明這些鋯石的年齡有三期，需分別進行數據處理。其中一組10顆鋯石（3、15、17、20、23、24、29、32、34、39） 沿不一致線分布，上交點年齡為2842±11 Ma，MSWD=0.96（圖4b）。另一組 8 顆鋯石（1、2、6、7、14、16、19、22）沿不一致線分布，上交點年齡為2949±7 Ma，MSWD=1.17（圖 4c）。第三組 12 顆鋯石（4、5、8、10、11、12、13、14、18、27、38、40）位于諧和線上，其諧和年齡為2900±10 Ma，MSWD=0.85（圖 4d）。這三組年齡均代表巖漿鋯石的結晶年齡，指示TTG古侵入體的形成時間可劃分為2842 Ma、2900 Ma和2949 Ma三期，說明TTG古侵入體為復式巖體。雖然鋯石邊部的分析點只有第33號鋯石上的一個點，但其2 0 7 Pb/206Pb、206Pb/238U、207Pb/235U 三個年齡值均為2557 Ma，完全重合在諧和線上（圖4a），可信度非常高?？蓪?557 Ma作為變質改造邊的形成年齡，代表角閃巖相變質作用發生的時間，即TTG花崗巖轉變為TTG片麻巖的時間。

表1 基性巖脈中鋯石的LA-ICP-MS U-Pb測年結果Table 1 LA-ICP-MS U-Pb dating results for zircons from mafic dikes

3.3 鋯石Hf同位素組成

圖4 鋯石的U-Pb同位素諧和圖Fig.4 Concordia diagrams ofzircons U-Pb dating

全部鋯石的Hf同位素分析結果見表2，其176Lu/177Hf比值（＜0.004）和其平均值（0.001）均非常低，說明鋯石在形成后具有極低量放射成因的Hf積累，其εHf(t)值可以代表鋯石形成時巖漿源區的Hf同位素組成。鋯石的εHf(t)為-9.58～0.89，平均值為-4.07。鋯石偏負的εHf(t)值，說明其可能是殼源物質熔融巖漿所結晶出的鋯石。鋯石Hf同位素虧損地幔模式年齡TDM，代表了鋯石寄主巖石源區物質脫離虧損地幔進入地殼的時間[17]。本次獲得鋯石 TDM1為 3463 ～ 3168 Ma，平均 3306 Ma；TDM2為3642～3226 Ma，平均3421 Ma。顯示鋯石的單階段和兩階段平均模式年齡，均遠大于其結晶年齡（2949～2842 Ma），時間間隔長達約500 Ma。說明鋯石寄主的TTG片麻巖，源于大量時代為3600～3200 Ma的早期陸殼物質、經長期部分熔融作用所形成的巖漿，指示黃陵地區存在年齡＞3.2 Ma的古老陸殼。

4 討論與結論

（1）圈椅埫A型花崗巖及其東邊的坦蕩河基性巖脈中，原生鋯石的U-Pb年齡均為1850 Ma，兩者均侵入崆嶺群的TTG片麻巖中，它們均形成于碰撞后板內伸展的構造背景[1,19]。野馬洞基性巖脈分布于圈椅埫A型花崗巖體西側約1 km處，侵入TTG片麻巖中，與坦蕩河基性巖脈的地質特征完全一致。據此可以推測，野馬洞基性巖脈同樣形成于1850 Ma左右，它與坦蕩河基性巖脈和圈椅埫A型花崗巖為同一期（1850 Ma）巖漿作用形成的侵入體。揚子板塊與Columbia超大陸聚合作用有關的造山事件發生在2.0 Ga[20-22]，其后于1850 Ma揚子板塊由碰撞擠壓向板內伸展轉換。因此充分說明，圈椅埫A型花崗巖、野馬洞基性巖脈和坦蕩河基性巖脈，均是在此時（1850 Ma）板內伸展的構造環境下侵入的，是揚子板塊對Columbia超大陸裂解前伸展作用的響應。

表2 基性巖脈中鋯石的Lu-Hf同位素數據Table 2 Lu-Hf isotope composition for zircons from mafic dikes

（2）野馬洞基性巖脈侵入TTG片麻巖中，巖脈切割TTG片麻巖的片麻理，巖脈本身未發生變形變質。這些直觀的地質現象表明，基性巖脈形成于TTG古侵入體形成及其轉變為TTG片麻巖之后。在已獲得的若干組TTG片麻巖年齡數據中，巖漿結晶鋯石的SHRIMP U-Pb年齡（2947～2903 Ma）為精度最高的一組，代表TTG古侵入體的侵入年齡[12]。本次野馬洞輝綠巖脈從TTG片麻巖圍巖中所捕擄的捕擄晶鋯石，其繼承核的U-Pb年齡分別為2842 Ma、2900 Ma和 2949 Ma，指示TTG 古花崗巖體至少經歷了2842 Ma、2900 Ma和 2949 Ma三期巖漿作用，為復式巖體，其形成年齡（2949～2842 Ma）與前者基本一致。

（3）全球太古代與元古代的分界時間為2500 Ma[22]。表征黃陵地區原始古不整合面的構造運動稱為“水月寺運動”，同位素年齡為2600～2500 Ma[24]。興山縣水月寺鎮南約5 km處的輝綠巖脈中，變質鋯石的U-Pb年齡為2511 Ma[25]。本次水月寺鎮北東約2 km的野馬洞輝綠巖脈中，變質鋯石的U-Pb年齡為2557 Ma。這些變質鋯石（2557～2511 Ma）的存在，正是與“水月寺運動”相伴隨的熱變質事件的反映。據此，本文首次提出，黃陵TTG古侵入體（2949～2842 Ma）轉變為TTG片麻巖，是“水月寺運動”及其構造熱變質事件共同作用的結果，其變形變質的時間為2557～2511 Ma。

（4）黃陵地區沉積巖、變沉積巖中大量碎屑鋯石的U-Pb年齡為3.8～3.2 Ga，說明黃陵地區存在比崆嶺群（3.2 Ga）更古老的陸殼[12,26-27]。本次獲得野馬洞輝綠巖脈中捕擄晶鋯石的平均εHf(t)為-4.07，TDM為3.6～3.2 Ga，同樣證實了黃陵地區存在比崆嶺群更古老（＞3.2 Ga）的陸殼。

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Abstract:The Yunshan granite is a calc-alkaline pluton composed of muscovite alkali granite,twomica alkali feldspar granite and biotite adamellite,in the northern of Jiuling uplift.It is rich in Si,alkali,aluminum,comparatively rich in light rare earth elements,and depleted in calcium,belonging to crust-source re-melting high-differentiated granitoids.The high content of Sn and Win Yunshan granite can be provided ore-forming materials,which transported and deposited by favorable magma and structure activity.The orebodies are usually found as akmolith and bosse in inner contact zone of Yunshan granite and secondary structures.On the basis of summing up the regional prospecting criteria,according to the geological,geophysical,geochemical and remote sensing information,eight prospecting potential areas are pointed out:Dengjiashan-Tongmukeng,Yubaitian-Honghuanao,Zhoutian-Wangjialing,Dayang-Liujiaping,Antang-Majing,Banjiatang-Banjiaao,Gengyuan,Fozushan-Jiaochong,etc.

Key words:tin deposits;geochemical characteristics;metallogenic prognosis;Yunshan pluton,Jiangxi province

Zircon U-Pb Age and Hf Isotope Composition from Yemadong Mafic Dikes in the Huangling Area

ZHAO Min1,WEI Jun-Qi1,WANG Jian-Xiong2
(1.Department of Geology,Northwest University,State Key Laboratory of Continental Dynamics,Xi’an 710069,Shanxi,China;2.Wuhan center of China Geological Survey,Wuhan 430205,Hubei,China)

By LA-ICP-MS methods,the U-Pb dating and Lu-Hf isotopic analysis were carried out for zircons from Yemadong mafic dikes in Huangling area,we can ascertain the forming and metamorphic age of TTG granites,and discuss whether there were some crustal remnants older than Kongling Group in the Huangling area.The Yemadong doleritic dikes intruded in the TTG gneisses,and captured many xenocrystic zircons from the country rocks.The xenocrystic zircons show the core-rim structure,the cores have magmatic oscillatory zoning,and the rims are not zoning,The thirty individual U-Pb spot analyses were done on magmatic cores of 30 xenocrystic zircon grains,and yielded three ages of 2949 Ma,2900 Ma and 2842 Ma,these indicate that the TTG granites is a complex intrusive which experiencing at least three stages of magmatism including 2949 Ma,2900 Ma and 2842 Ma.One U-Pb spot analysis was done on metamorphic rim of zircon grain,and yielded a concordant age of 2557 Ma,which is responsible for the timing of metamorphism.This provides the first demonstration for the occurrence of tectono-thermal event at about 2557 Ma,which has been connected to the Shuiyuesi movement.In the same time,the TTG granite has been metamorphism into the TTG gneisses during the tectono-thermal event resulted from the Shuiyuesi movement in the Huangling area.The xenocrystic zircons have the negative εHf(t)values of-9.85 ～ 0.89 with the average values of-4.07,and the Hf model age of 3.6～3.2 Ga,these reveals the existence of old crustal relicts with the age of 3.6～3.2 Ga rocks,which is older than the Kongling Group(3.2 Ga)in Huangling area.

TTG gneiss;mafic dike;zircon U-Pb age;Hf isotope;Huangling area

Geochemical Characteristics and Related to Sn Mineralization of Yunshan Granitic Pluton,Jiangxi Province

Mei Hui-Cheng，HUANG Shao-Chun,LIU Jiu-Jin
（N o.915 Geological brigade,Jiang xi Bureau of Geology and Mineral Resources,Nanchang 330002,China)

P597，P588.12+4

A

1007-3701(2012)02-124-08

2011-12-09；

2012-01-29

國家自然科學基金項目（編號：40972050）資助.

趙敏（1987—），女，碩士研究生，礦物學、巖石學、礦床學專業.

*通訊作者：魏君奇（1964—），男，研究員，博士生導師，從事巖石學研究，E-mail:weijunqi01@163.com.