吉林省小綏河地區蛇紋巖鋯石U-Pb年代學研究及地質意義

劉正陽，李翱鵬，閆冬，劉昊天

1.吉林省地質礦產勘查開發研究院，吉林 長春 130102;

2.吉林省地質調查院，吉林 長春 130102;

3.吉林省地質科學研究所，吉林 長春 130012

0 引言

超基性巖中，鋯石是微量礦物，超基性巖中缺少Zr元素并且Si不飽和，不利于鋯石生長[1]。然而，在超高壓石榴石橄欖巖[2]、含橄欖石輝石巖[3]、大洋蛇綠巖型超基性巖[4]以及幔源橄欖巖捕擄體[5]中都有鋯石發現，這些鋯石的研究成果，為超基性巖的年代學和巖石構造演化提供了許多有意義的參考資料。雖然超基性巖因為巖石的特殊性，不易生成鋯石，并且許多研究發現很多超基性巖中的鋯石年齡數據較分散，從老到新的年齡均有存在[6,1-5]，這樣使得確定超基性形成時代和變質時代帶來了較大困難。但是通過對超基性巖中的鋯石來源以及對其寄主巖石關系的研究，特別是對鋯石成因來源的有效判別，可以為寄主巖石的演化提供較多的有效信息[7]。所以基于超基性巖中的鋯石U-Pb年齡的多解性，將鋯石U-Pb年齡與鋯石微量元素特征相結合，合理確定不同年齡代表的地質時代意義，本文選取了吉林省永吉縣大綏河鎮小綏河地區蛇紋巖為研究對象，進行了LA-LCP-MS鋯石U-Pb測年，探討了鋯石年齡特征及其意義。

1 地質背景

吉林省中部造山帶地區屬于全球中亞造山帶的東段，疊加中—新生代濱太平洋活動大陸邊緣構造，特別是造山帶構造巖漿巖帶發育，不同蛇綠混雜巖帶普遍被肢解，蛇綠巖及蛇綠混雜巖多呈一定規模的巖塊殘留在不同類型的中生代或古生代地質體中。

吉林中部永吉縣小綏河一帶，大地構造位置處于伊通—依蘭斷裂以南，張廣才嶺南段，華北地塊北緣以北。區域內出露的地層較簡單，主要為上三疊統四合屯組(T3s) 流紋巖；下泥盆統二道溝組(D1e)變質粉砂巖。研究區中部出露的蛇綠巖構造巖片，被構造肢解，在平面上表現為透鏡體狀，大致呈NE55°展布，長約180 m，寬約20～150 m，其東緣、北緣皆與以變質粉砂巖為主的下泥盆統二道溝組 (D1e)呈斷層接觸；南西側被第四系覆蓋(圖1)。

圖1 研究區地質簡圖(a)和大地構造位置圖(b)

出露較好地段位于小綏河水庫一帶，巖性較復雜，蛇紋巖內含鉻鐵礦，但工業意義不大。

2 研究區地質特征及巖石組合

本次對小綏河地區蛇綠巖進行系統剖面測制。根據剖面測制判斷，小綏河地區出露的為一套較典型的蛇綠巖組合。該剖面位于小綏河水庫北東，起點坐標為X=0527597、Y=4858594，剖面由北西向南東測制，兩端均與變質粉砂巖呈斷層接觸，后期構造作用強烈，蛇綠巖各個巖性層均為構造接觸，總體面理產狀北西傾(圖2)，由剖面可見，小綏河蛇綠巖以超基性蛇紋巖為主，此外見有透閃石巖、輝長巖、輝綠巖、滑石巖和閃長巖等，并伴生有豆莢狀鉻鐵礦和鈉長石英蝕變巖。與完整的蛇綠巖套層序比較，本區巖石組合完整度不高，且層序混亂。

圖2 吉林省永吉縣市小綏河地區蛇綠構造混雜巖實測地質剖面

3 測試方法與測試結果

3.1樣品采集及測試方法

樣品XSH-TW1采自吉林市小綏河村南東0.5 km處(126°19′53.2″E，43°51′41.0″N)，為蛇紋巖(巖塊)。新鮮面暗綠色(圖3F)，自形半自形結構—他形粒狀結構，片狀纖狀變晶結構，稠密浸染狀構造。巖石由鉻鐵礦，蛇紋石和菱鎂礦組成。鉻鐵礦自形半自形為主，少量他形粒度，粒度0.5～1.5 mm，碎裂紋發育，沿著裂紋填充交代磁鐵礦細脈，整體呈浸染狀構造，體積分數45%；蛇紋石：纖狀，片狀變晶結構，集合體揉皺變形，分布于鉻鐵礦晶粒間，體積分數50%；菱鎂礦：填隙粒狀變晶，分布于鉻鐵礦晶粒間，體積分數5%。顯微結構特征見圖4F。

圖3 小綏河蛇綠巖野外露頭照片

圖4 小綏河蛇綠巖鏡下照片特征

鋯石的分選工作在河北省廊坊區域地質調查研究所實驗室完成。選樣之前，對樣品進行剝皮并清洗干凈，并在整個選樣流程過程中，盡可能避免外界環境污染，以保證得到的鋯石真實可靠。樣品分選出9粒鋯石，見圖5。鋯石樣品的制靶、反射光、陰極發光圖像采集以及鋯石U-Pb年齡測定和鋯石微量元素分析均在武漢上譜分析科技有限責任公司完成。本次工作對分析數據的離線處理(包括對樣品和空白信號的選擇、儀器靈敏度漂移校正、元素含量、同位素比值和年齡計算等)采用軟件ICPMSDataCal完成。鋯石樣品的U-Pb年齡諧和圖繪制和年齡加權平均計算采用Isoplot[8]完成，普通鉛校正使用Anderson給出的程序計算。分析數據及鋯石U-Pb諧和圖給出誤差為1σ，表示95%的置信度。

3.2鋯石圖像特征及U-Pb定年結果

小綏河地區蛇綠巖樣品中共分選出9顆鋯石，測定了10個年齡點(圖5a，圖6)，U-Pb分析結果表見表1。對于年齡>1 000 Ma的數據采用207Pb/206Pb的值作為結果，年齡<1 000 Ma的數據采用206Pb/238U的值作為結果。10個鋯石U-Pb年齡介于136～2 787 Ma之間，其諧和年齡可以劃分為5個年齡段(圖6a)：早白堊世年齡(136±2) Ma；早侏羅世年齡(180～185 Ma)；中二疊世年齡(270±3) Ma；古元古代年齡(2 391～2 450 Ma)及新太古代年齡(2 719～2 787 Ma)。其中早白堊世鋯石(XSH-1-1)呈自形長柱狀，在CL圖像上顯示出較窄的震蕩環帶，Th/U比值為0.73(>0.2)，具有典型中酸性巖漿鋯石特征；早侏羅世鋯石(XSH-1-6、XSH-1-8、XSH-1-11)年齡為(180～185 Ma)，其206Pb/238U的加權平均年齡為(183±2)Ma(圖6b)，3顆鋯石呈自形-半自形柱狀，在CL圖像上顯示扇形震蕩環帶，Th/U比值介于0.76～0.91之間(>0.2)，為典型的中酸性巖漿鋯石，應代表了超基性巖蛇紋石化的年齡；中二疊世鋯石(XSH-1-9)呈自形長板狀，在CL圖像上顯示出較寬的震蕩環帶，Th/U比值為0.93(>0.2)，具有典型基性巖漿鋯石特征；古元古代鋯石(XSH-1-4、XSH-1-5、XSH-1-7)，根據鋯石形態、內部結構特征及Th/U比值，可以劃分為2組鋯石，分別為巖漿鋯石和變質鋯石，編號XSH-1-5鋯石呈渾圓狀，在CL圖像上顯示無分帶，Th/U比值為0.08(<0.1)，具有典型變質鋯石特征，編號XSH-1-4和XSH-1-7鋯石呈次圓狀，其中XSH-1-7鋯石具核邊結構，在CL圖像上顯示弱的震蕩環帶，Th/U比值介于0.23～0.81之間(>0.2)，為典型的巖漿鋯石；新太古代鋯石呈不規則狀，在CL圖像上顯示弱的震蕩環帶，Th/U比值介于0.38～0.43之間(>0.2)，為典型的巖漿鋯石[9]。

圖5 小綏河地區蛇紋巖鋯石陰極發光圖像(a)和鋯石Th/U比值/U-Pb年齡變異圖(b)

圖6 小綏河地區蛇紋巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb諧和圖(a、b)和加權平均年齡(c)

表1 小綏河地區蛇紋巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb 同位素分析結果

4 討論

吉林省內古老的結晶基底主要由新太古代花崗質侵入巖、表殼巖和鐵鎂質火山巖以及古元古代變質火山—沉積巖和花崗質侵入巖組成，小綏河地區蛇紋巖中的新太古代(2 719～2 387 Ma)鋯石年齡和古元古代(2 391～2 450 Ma)鋯石年齡的存在，暗示吉林省中部基底物質熔融的熔體對巖石圈地幔的改造，其具體對應地質體不清，古元古代(2 435 Ma)變質鋯石年齡與光華巖群同心巖組含榴巖系變質峰期時間年齡相一致。

小綏河地區蛇紋巖中的中二疊世(270±3)Ma鋯石，根據鋯石形態、內部特征及Th/U比值等判斷其為典型的基性巖漿鋯石，結合同時期吉林省中部地區發育有磨拉石建造[10]和含石榴石二長花崗巖[11]，本文認為中二疊世(270±3)Ma鋯石U-Pb年齡，可以代表小綏河地區蛇紋巖巖塊的形成年齡。

小綏河地區蛇紋巖中早侏羅世(180～185 Ma)鋯石，發育有巖漿震蕩環帶和較高的Th/U比值(0.76～0.91)，暗示其為中酸性巖漿成因，該年齡與吉林中部地區廣泛發育的早侏羅世(170～190 Ma)雙峰式巖漿作用相一致，推測應代表了超基性巖蛇紋石化的年齡或捕獲圍巖年齡。而早白堊世巖漿作用在吉林省中部廣泛發育，上文已述小綏河地區蛇紋巖中的早白堊世鋯石，具有典型的中酸性巖漿鋯石特征，該年齡推測為捕獲圍巖鋯石年齡。

5 結論

(1)小綏河地區出露一套較典型的蛇綠巖，該蛇綠巖組合以超基性蛇紋巖為主，此外見有透閃石巖、輝長巖、輝綠巖、滑石巖和閃長巖等組成，并伴生有豆莢狀鉻鐵礦和鈉長石英蝕變巖。與完整的蛇綠巖套層序比較，本區巖石組合完整度不高，且層序混亂。

(2)蛇紋巖存在新太古代(2 719～2 787 Ma)、古元古代(2 391～2 450 Ma)、中二疊世(270±3)Ma、早侏羅世(180～185 Ma)和早白堊世(136±2)Ma五組巖漿鋯石年齡以及古元古代 (2 435 Ma) 變質鋯石年齡。

(3)小綏河蛇紋巖形成于(270.0±3)Ma，即中二疊世。

(4)小綏河蛇紋巖鋯石年齡記錄了吉林省中部基底物質熔融的熔體對巖石圈地幔的改造，同時，也記錄了早侏羅世和早白堊巖漿作用的信息。吉林中部地區巖石圈地幔被改造的峰期發生在早侏羅世，與華北陸塊東部巖石圈發生大規模減薄的峰期時間一致。