吉林辽源西保安群花岗质糜棱岩SHRIMP U-Pb定年*

2014-04-10姜正龙彭玉鲸张为民梁爽曹元婷

岩石学报 2014年6期

姜正龙　彭玉鲸　张为民　梁爽　曹元婷

1. 中国地质大学海洋学院，北京　1000832. 吉林省区域地质矿产调查所，长春　1300123. 中国石油勘探开发研究院，北京　1000831.

吉林辽源西保安群是大面积花岗岩侵入体中的残留的构造岩片，传统认为属于华力西晚期或中侏罗世花岗闪长岩-二长花岗岩系。本文通过对接触界线附近花岗质糜棱岩样品采集和锆石SHRIMP U-Pb定年，获得多组锆石年龄值为236～231Ma、267.6～358.6Ma、416.3±6.8Ma、956±16Ma。认为该区花岗岩的侵入期次相当复杂，发育有早中三叠世岩体和发生了中、晚华力西期岩浆活动，西拉木伦河碰撞带可以东延至此，残留锆石的年龄与加里东期和Rodinia期拼合的构造岩浆活动相对应。

花岗质糜棱岩；锆石U-Pb年龄；西保安群；吉林辽源

1　引言

西保安群原称西保安组，由吉林地质矿产局(1988)、通化地质大队(1958*通化地质大队.1958.东丰县西保安铁矿普查报告)命名。命名地点曾划属东丰县二龙山乡西保安村，指分布于该区的以含沉积变质锰磷铁矿、磁铁石英岩为特征的一套火山-沉积变质岩系，面积不足2km2，时定地质年代为前寒武纪。大地构造位置划属巴尔汉图-温都尔庙弧盆系东延至吉林省地区(图1)(潘桂棠等，2009)。很多研究者对“西保安群”进行过调查，但因长期以来无生物地层学和同位素年代学资料，其时代说法不一(表1)。早期强调该套变质岩系含有“BIF”型铁矿，多主张其时代为前寒武纪；中期从区域地层发育特征分析，注意到其组成及变质作用有别于区内含志留纪生物化石的各组地层，主张划属寒武系或奥陶-寒武系(彭玉鲸等，1979；王东方等，1985；吉林地质矿产局，1988；贾大成，1988；吴水波，1994)，极少数确其认为早志留世(南润善等，1992)。20世纪末，依据四平龙王庙铁矿围岩角闪变粒岩获锆石单点U-Pb年龄(634.7Ma)和侵入其中莫家片麻状花岗岩获锆石U-Pb等时线年龄(534.297±39.5Ma)，故多认定其时代为震旦纪-早寒武世早期或新元古代(赵春荆等，1996；彭玉鲸和苏养正，1997；吉林地质矿产局，1997；王友勤等，1997；陈跃军等，2006)。广布于西保安群残留构造岩片四周的花岗岩，最初在缺少充分地质依据和同位素测年资料时，将其划属华力西期，之后在友谊农场获二长花岗岩Rb-Sr等时线年龄239Ma，确认区内有中三叠世花岗岩，称其为热闹街二长花岗岩体(方文昌，1992)。再后，又于该岩体西北部山湾子获二长花岗岩U-Pb SHRIMP年龄(171±6 Ma)，改将其划为中侏罗世二长花岗岩体(孙德有等，2005)(图2)。

本次野外考察发现吉林东丰县西保安村分布的西保安群(组)北部与花岗岩体的接触带为一近东西向的韧性剪切带，带宽近百余米，引起我们的重视，故采集西保安群接触界线附近花岗质糜棱岩样品(图2)进行研究。籍以探索该区构造-岩浆和热事件演化的信息。通过对花岗质糜棱岩进行锆石SHRIMP U-Pb定年，发现该区花岗岩的侵入作用非常复杂，但早中三叠世岩体的存在是确定无疑的。

图1　中国东北区古生代大地构造单元划分示意图(据潘桂棠等，2009修改)I-1大兴安岭湖盆系;I-2松辽地块;I-3小兴安岭-张广才岭岩浆弧;I-4佳木斯地块;I-5完达山(那达哈达)结合带;I-6兴凯地块;I-7索伦山-西拉木伦结合带;I-8包尔汉图-温都尔庙弧盆系Fig.1　The sketch map showing the division of Paleozoic geotectonic units of Northeast China (after Pan et al., 2009)

图2　西保安群锆石测年样品采集点Fig.2　Location of samples for zircon dating in Xibaoan Group

表1吉林东丰西保安群研究沿革表

Table 1Research history of Xibaoan Group in Jilin Province

河南学夫,1932李绍绕,1958李德威,1960彭玉鲸等,1979;彭玉鲸和苏养正.1997陈跃军等,2006元古界结晶片岩元古界变质岩系前寒武系含铁变质岩系下奥陶统西保安组西保安组王振中等,1987吉林地质矿产局,1988南润善等,1992吴水波,1994池永一等,1996彭玉鯨等,1997吉林地质矿产局,1997奥陶-寒武系西保安组奥陶-寒武系西保安组下志留统西保安组寒武系西保安组前寒武系

注：河南学夫(1932)转引自吉林地质矿产局(1997)，李绍绕(1958)、李德威(1960)转引自王振中等(1987)

2　样品采集及描述

图3　样品XBA1野外照片(a)和显微照片(b)Fig.3　Field picture (a) and micrograph (b) of sample XBA1

样品XBA1采于花岗岩与地层接触带近地层一侧的采矿坑道洞口(图3a)(GPS定位42°51′25″；125°31′50″)，花岗质糜棱岩呈暗绿色，叶片状，条带状构造，糜棱结构，但其中残留有斜长角闪岩，阳起石片岩，石榴绿泥片岩的构造凸镜体。镜下观察(图3b)，糜棱岩叶理主要由绿泥石、黑云母组成，夹有石英，长石残斑，或呈豆荚状，或压扁呈断续条带状，时见旋转残斑等糜棱岩的典型结构构造特征。构造凸镜体阳起石片岩：粒状，片状变晶结构，片状构造，片状矿物以阳起石、黑云母及少量绿泥石为主，呈明显定向排列，约占岩石总量的60%以上，其中阳起石约占45%，黑云母约占10%，绿泥石约为5%；粒状矿物以长石，石英为主，还可见少量透辉石及铁矿物，其中长石占10%左右，石英约为20%，透辉石约5%，铁矿物约5%。石榴绿泥片岩：粒状、片状变晶结构，片状构造；主要矿物成分为石榴子石、绿泥石、黑云母、石英、正长石以及铁矿物等，其中石榴子石约占15%左右，绿泥石含量较多约占30%，黑云母约10%，石英约20%，正长石含量约占15%左右，铁矿物含量较高，约占总量的10%，。

图4　样品XBA7野外照片(a)和显微照片(b)Fig.4　Field picture (a) and micrograph (b) of sample XBA1

样品XBA7采于坑道北百米左右的人工采石场近岩体侧(图4a)(GPS定位42°51′19″；125°32′50″)，岩石学特点为花岗质糜棱岩-糜棱岩化二长花岗岩。其结构构造及矿组成分与样品XBA1相似，但后者残留包体极少；样品XBA7在弱变形带区内，岩石风化面为灰白色，新鲜面呈浅肉红色，中粒(变余)花岗结构，局部为不等粒花岗结构，弱片麻状-块状构造，矿物颗粒粒径一般为2～4mm。斜长石含量20%～30%，半自形板柱状聚片双晶发育，时见环带构造，An23～25；碱长石含量30%～40%，他形粒状以微斜条纹长石为主，较大颗粒中常包嵌小颗粒斜长石、黑云母；石英含量35%左右，他形粒状具波状消光；黑云母含量2%～10%，半自形片状具绿泥石化；副矿物为磁铁矿-锆石-磷灰石-榍石型。表明该糜棱岩原岩为二长花岗岩(图4b)。受同侵位韧性剪切作用，在与西保安群近东西向展布的构造岩片接触带上形成一韧性变形带。

3　分析方法及结果

3.1　分析方法

岩石样品由河北省廊坊地质队按人工重砂操作规程进行碎样，后经浮选和磁选分离出样本中的锆石，在中国地质科学研究院开放实验室，用双目镜挑选出各类不同锆石颗粒，选出其中晶形和透明度较好的单颗粒锆石，一一将其粘贴在环氧树脂表面，抛光后将其进行透射光、反射光、阴极发光和背散射扫描电镜显微照相，通过对阴极发光图像分析，保证SHRIMP测点位于最佳部位。最后，将靶镀金，于北京离子探针中心SHRIMPII上对锆石样品进行U-Pb分析。在分析过程中采用标准SL13(U含量238×10-6)标定样品的U、Th、Pb含量，应用实测的204Pb进行普通铅校正，用标样TEM(年龄417Ma)进行元素间分馏校正，更详细的分析流程均严格地按照参考文献所介绍的程序进行(Leechetal., 2007；Gordonaetal., 2013；刘敦一和简平，2004；苗来成等，2010)。单个测点的分析误差为1σ，加权平均年龄误差为2σ。

3.2　分析结果

XBA1号样品，分离锆石百余粒，组成极其复杂，磨圆碎屑锆石，常具核边结构，生长环带模糊的约占总量的1/4～1/3，振荡环带结构清晰(图5)。一般岩浆成因的锆石Th/U比值通常较大(>0.1) 且发育韵律环带的内部结构(Rubatto，2002; Belousovaetal.，2002; Bingenetal.，2004; Zhengetal.，2005)，而该样品Th/U多数>0.4，极少数<0.1(表2)，即显示岩浆成因的锆石占主要地位。笔者挑选了18个颗粒进行了19点测定，大体可划分出六个年龄组：第一组有1颗锆石，编号XBA1-5.1，其206Pb/238U年龄为965±16Ma、、961±17Ma、997±19Ma，207Pb/206Pb年龄为1051±22Ma；该锆石外形呈浑圆状，具核幔结构、振荡环带结构模糊， Th/U比值为0.91，应为一碎屑变质岩捕获锆石。第二组有2颗锆石，测点编号分别为XBA1-10.1、XBA1-1.1，以XBA1-10.1为代表，其206Pb/238U年龄为416.3±6.8Ma、415.8±6.9Ma、411±13Ma，207Pb/206Pb年龄为457±42Ma，208Pb/232Th年龄为424.2±9.1Ma；该锆石晶形较完整，振荡环带结构仅在边缘出现退化现象，232Th/238U比值为2.79，为捕获岩浆成因锆石。第三组有1颗锆石，测点编号XBA1-13.1，其206Pb/238U年龄为364.1±6.0Ma、362.3±6.0Ma、356.2±7.1Ma，207Pb/206Pb年龄为524±93Ma，208Pb/232Th年龄为422±14Ma；该锆石晶形较完整，振荡环带结构仅在边部较为模糊，232Th/238U比值为0.82，亦偏残留的岩浆成因锆石。第四组有3颗锆石，测点编号XBA1-7.1、XBA1-8.2、XBA1-18.1，此3颗锆石晶形亦较完整，振荡环带结构亦显清晰，232Th/238U比值分别为1.81、1.47、1.58，偏捕获岩浆成因锆石。206Pb/238U年龄为315.0～292.7Ma。第五组有2颗锆石，测点编号XBA1-17.1、XBA1-14.1，206Pb/238U年龄分别为267.6±4.6Ma和258.6±4.7Ma，该2颗锆石晶形完整，振荡环带结构清晰，232Th/238U比值分别为1.83、1.21，同样为捕获岩浆锆石。其余8颗锆石属第六组，其206Pb/238U年龄在230～241Ma之间，加权平均年龄为236±3Ma(图6a)，该组锆石晶形完整，振荡环带结构清晰，但XBA1-2.1、XBA1-3.1、XBA1-6.1、XBA1-15.1测点232Th/238U比值较低，分别为0.07、0.05、0.01、0.22，是否表明岩浆侵位矿物结晶的同时受到韧性剪切高温变质流体的影响，有待进一步研究。

表2西保安群接触带花岗质糜棱岩(XBA1，XBA7)的锆石SHRIMP U-Pb分析结果

Table 2Zircon SHRIMP U-Pb age data for granitic mylonite (XBA1, XBA7) in contact zone of Xibaoan Group

SpotNo.206Pbc(%)U(×10-6)Th(×10-6)ThU206Pb*(×10-6)206Pb/238UAge(Ma)206Pb/238UAge(Ma)206Pb/238UAge(Ma)207Pb/206PbAge(Ma)208Pb/232ThAge(Ma)Discord.(%)XBA1-1.10.2899500.535.50402.8±8.3402.0±8.5401.6±9.1463±110417±1913XBA1-2.10.00192130.076.09234.1±4.4232.8±4.5233.5±4.5430±75297±2046XBA1-3.10.17313140.0510.2240.5±4.2240.5±4.3240.4±4.3234±79246±47-3XBA1-4.10.333531300.3811.6241.8±4.2242.8±4.3238.1±4.887±69304±21-179XBA1-5.10.078477440.91117965±16961±17997±191051±22727±158XBA1-6.10.4011110.013.53232.4±6.1232.2±6.1232.7±6.1251±1608XBA1-7.10.933035311.8113.2315.0±6.0315.6±6.0289±13248±130386±18-27XBA1-8.13.51681131.722.21231.8±7.2233.8±6.4247.4±9.4-107±780187±17316XBA1-8.20.7967310271.5827.8300.2±5.1300.6±5.2284.2±9.5251±96353±14-20XBA1-9.10.36352430.1311.1231.6±6.7232.4±6.8231.6±6.892±130230±32-151XBA1-10.10.2547112732.7927.1416.3±6.8415.8±6.9411±13457±42424.2±9.19XBA1-11.10.095381650.3216.9230.8±4.0230.8±4.0228.9±4.2227±59267.8±7.9-1XBA1-12.15.082681280.499.21239.9±5.6239.7±4.8220±13270±480490±11011XBA1-13.10.805154100.8225.9364.1±6.0362.3±6.0356.2±7.1524±93422±1430XBA1-14.10.282172551.217.66258.6±4.7258.7±4.8262.0±6.0231±85243.0±6.6-12XBA1-15.11.31144300.224.71238.2±4.9238.5±4.8239.4±5.0197±220203±39-21XBA1-16.10.0072110461.5022.7231.6±4.0230.4±4.0212±13412±51300±2744XBA1-17.12.553876871.8314.5267.6±4.8264.8±4.6269.0±7.4605±160263.8±9.356XBA1-18.11.494816841.4719.5292.7±5.0290.7±4.9268.8±7.7517±120378.2±9.043XBA7-10.225842310.4118.4232.0±3.8232.4±3.9232.8±4.1164±48218.9±5.5-41XBA7-20.144902920.6215.6234.2±3.9234.0±4.0234.1±4.4262±65235.3±6.311XBA7-30.363131150.389.65226.6±4.0226.7±4.0227.3±4.2200±73214.7±7.6-13XBA7-40.46140440.328.03416.0±7.8415.2±7.8416.3±8.2475±99409±2512

注：XBA1-6.1锆石Th值较低，仅1×10-6，导致208Pb/232Th年龄求不准

图5　代表性锆石的阴极发光(CL)图像及SHRIMP测点年龄Fig.5　zircon CL images and SHRIMP U-Pb ages of representative selections

图6　内带花岗质糜棱岩(XBA1)(a)和外带花岗质糜棱岩(XBA7)(b)的锆石SHRIMP U-Pb谐和图Fig.6　Concordia diagram of SHRIMP U-Pb zircons from granitic mylonite (XBA1) inside the contact zone (a) and from granitic mylonite (XBA7) outside the contact zone (b)

XBA7号样品，分离锆石含量与前者一样，但类型远不如前者复杂，绝大多数晶形完整，振荡环带清晰(图5)，所选4颗锆石Th/U比值均大于0.4(表2)，属典型石浆成因锆石，仅见两个年龄组：第一组有1颗锆石，测点编号XBA7-4，206Pb/238U年龄为416.0±7.8Ma、415.2±7.8Ma、416.3±8.2Ma、207Pb/206Pb年龄为475±99Ma，208Pb/232Th年龄为409±25Ma，第二组为其余3颗锆石，206Pb/238U年龄为226～232Ma，谐和图中(图6b)中加权平均年龄为231±5Ma。

4　讨论

4.1　XBA1样品第六组锆石和XBA7样品第二组锆石年龄表明该区存在早中三叠世岩体

XBA1样品第六组8颗锆石均具清晰环带，Th/U比值分为两组，一组5颗锆石为0.01～0.23，另一组3颗锆石为0.38～1.81，加权平均年龄236±3Ma；XBA7样品第二组锆石3颗晶形习性为典型岩浆成因锆石，Th/U比值为0.38～0.62，加权平均年龄231±5Ma；二者在误差范围内年龄一致，代表了中三叠世侵位的花岗岩，并在侵位时受到韧性剪切作用。由此表明最早将该处花岗岩划归辽源岩体定时代为晚华力西期(吉林省地质矿产局，1986*吉林省地质矿产局.1986. 1/20万磐石幅区域地质调查报告)欠妥；后将其划出称热闹街二长花岗岩，并据全岩Rb-Sr等时线年龄239.89Ma，定为早三叠世岩体(方文昌，1992)。再后，由于该年龄值受到怀疑，几乎不为人们引用。而现今通常将该区岩体称山湾子二长花岗岩，并根据热闹街(辽河源)西山湾子附近的二长花岗石所取锆石SHRIMP U-Pb年龄(171±6Ma)，定其为中侏罗世花岗岩。表明该区花岗岩的侵入期次相当复杂，其中早中三叠世岩体的存在是确证无疑的。并与大区域陆陆拼贴(碰撞)的构造环境相吻合。这已在该区辽源见含晚三叠世化石的煤系地层，沉积覆于该期岩体(锆石SHRIMP U-Pb年龄243±5Ma)之上所证实(吉林省地质调查院，2004*吉林省地质调查院.2004. 1/25万辽源市幅区域地质调查报告)。

中朝板块北缘从阿拉善地区、内蒙古东部到吉林省中部, 从中朝古陆北缘北京-呼和浩特一线向北到锡林浩特市,出露了大量三叠纪的侵入岩, 其同位素年龄介于200～248Ma之间, 其岩石类型包括闪长岩、富钾花岗岩、碱性岩和慢源杂岩(李锦轶等，2007), 总体上类似于后碰撞岩浆演化晚期的侵人岩(Liegeois，1998),是造山带区地壳演化晚期的产物。据此，认为中朝与西伯利亚两个古板块的碰撞发生在二叠纪中晚期(李锦轶等，2007；Li，2006；Miaoetal., 2009； Chenetal., 2009), 并且可能持续到三叠纪中期。在碰撞造山带动力学演化方面, 这一过程与西方学者的后碰撞阶段(Liegeois, 1998)大体相当。

该区西保安群边缘花岗质糜棱岩与内蒙古双井子中三叠世(两个样品的锆石SHRIMP U-Pb年龄分别为229.2士4.1Ma和237.5士2.7Ma)同碰撞壳源花岗岩有较好的对比性，后者被视为陆陆碰撞的标志(李锦轶等，2007)。彭玉鲸等(2012)认为吉黑复合造山带古亚洲洋构造体制结束的综合标志时间为250～230Ma。王五力等(2012)认为古亚洲构造域一部分的古亚洲洋开始于晚寒武世-奥陶纪，结束于中三叠世。结合该区锆石测年数据，说明吉林中部-延吉地区是西拉木伦河碰撞带东延的重要组成部分，也说明中朝与西伯利亚两个古板块的碰撞可能持续到三叠纪中期。

4.2　XBA1样品第三至第五组锆石为捕获岩浆锆石，测年表明该区早华力西期构造运动发生岩浆侵位活动

其中锆石年龄364±6.0Ma应为早石炭世地层底界下区域性角度不整合所发生的早华力西期构造运动岩浆侵位活动时间。捕获岩浆锆石年龄315.0～292.7Ma，和267.6～258.6Ma，分别反映本区中、晚华力西期岩浆活动曾有发生，如辽源友谊农场花岗闪长岩(曾称梨树岩体)就获得过锆石U-Pb等时线年龄312Ma、华北北缘的四子王旗活佛滩闪长岩体和西屹旦辉长岩体分别记录了331±5Ma和302±2Ma的侵位年龄(周广志等，2009)。XBA1-15.1所获206Pb/238U年龄258.6.0±4.7Ma与东邻磐石大玉的花岗岩锆石SHRIMP U-Pb年龄248±4Ma(孙德有等，2004；葛文春等，2007)非常接近。后者岩体呈北西-南东向展布的椭圆形，围岩由中-浅变质的古生代地层和未变质的中生代地层构成，岩浆来源于下地壳基性玄武质岩石的部分熔融作用，是由板块俯冲作用形成的同碰撞型花岗岩，视为西拉木伦河碰撞带的东延，并被认为是西拉木伦河-长春-延吉板块缝合带最终闭合时间。

4.3　XBA1样品第二组残留锆石和XBA7第一组捕获锆石年龄揭示该区加里东构造动动的岩浆侵入活动

XBA1样品第二组残留锆石的年龄416.3±6.8Ma和XBA7第一组捕获锆石的年龄416.0±7.8Ma非常一致，并非偶然。该数据与苏尼左旗标志弧-陆碰撞事件的富钾花岗岩锆石SHRIMP年龄426～424Ma(石玉若等，2005)之间非常接近，白云鄂博矿区和白乃庙矿区都有440～400Ma之间变质事件的记录(张华锋等，2009)、松辽盆地杨205井岩浆锆石206Pb/238U 谐和年龄也介于 424～465Ma之间(裴福萍等，2006)。揭示本区确实发生过晚-末志留世地层底界下的区域性角度不整合所代表的加里东构造动动形成的岩浆侵入活动。而可与内蒙中部加里东运动(张允平等，1986)所形成的花岗岩类(李之彤和赵春荆，1987)相比较。

4.4　XBA1样品第一组残留岩浆锆石年龄推测该区残存Rodinia超大陆的遗迹

XBA1样品第一组残留岩浆锆石的年龄956±16Ma，而古亚洲洋大约在900Ma前开始张开，大规模扩张在750～700Ma，700～600Ma达到扩张的高峰(Dobretsovetal., 1995)，联系整个东北地区，包括兴蒙-吉黑造山带的若干地块(微陆块或“中间地块”)的构造演化过程，有理由将其视为Rodinia超大陆聚合残存的遗迹。这对古吉黑造山带的演化与超大陆旋回已进行的探讨(彭玉鲸等，2003)提供了一个新的重要的可靠信息。西保安群很可能是对该超大陆的裂解的积极响应，早期形成的火山-沉积岩系，在一定程度上，可暂将其视为新元古代-早寒武世早期的一个间接证据。

5　结论

西保安群创建地区的侵位二长花岗岩，虽然在其接触带遭受了韧性剪切变形，但岩体形成时代确系早中三叠世，属西拉木伦河碰撞带东延的重要组成部分。

U-Pb锆石测年结果显示，侵位岩体中出现多组不同时代的残留岩浆锆石，说明西保安群创建地区经历了复杂的构造演化历史。

残留锆石年龄组中，显示加里东期和Rodinia拼合的构造岩浆活动迹象，为本区进行深入调查研究提供了新的线索。

致谢感谢“北京离子探针中心”的刘敦一研究员、颉颃强副研究员在锆石测年过程中给予的大力支持和帮助；感谢各位审稿人和编辑认真细致的评阅和宝贵建议。

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