锆石SHRIMP定年

发布网友 发布时间：2022-05-07 03:07

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5.1.1 定年方法

分别采集白芒山（AJGS6）、舒家店（SYSZK03）、鸡冠山（JGZ1）、大团山（ADTS1）、胡村（钻孔岩心，HCZK683）、湖城涧（钻孔岩心，HCJZK1）、凤凰山（钻孔岩心，FHZ2）、瑶山（钻孔岩心，YSZ3）、南洪冲（07CL505）、铜官山（07CL507）、天鹅抱蛋（07CL512）、新桥头（07CL516）、沙滩脚（07CL519）、缪家（07CL521）等岩体样品各约2 kg，破碎至40～80目，用水淘洗粉尘后，先用磁铁除去磁铁矿等磁性矿物，再用重液选出锆石，最后在双目镜下人工挑出锆石。锆石的分选由河北省地调院完成。将锆石和标样一起粘在玻璃板上，用环氧树胶浇铸，制成薄片、抛光，并拍照反射光和阴极发光照片，最后在离子探针SHRIMP-RG上测定锆石的U、Th、Pb同位素含量及定年。样品制备、反射光和阴极发光照像以及SHRIMP定年均由作者在美国斯坦福大学离子探针实验室完成。实验选择的标样为R33［（419.0±1.1）Ma］（Black et al.，2004），数据的误差范围±1σ，数据处理使用美国Berkeley地质年代学中心Kenneth R.Ludwig编制的计算程序（Ludwig，2001；2003）。

5.1.2 锆石SHRIMP定年结果

橄榄安粗岩系列侵入岩的白芒山、舒家店辉石二长闪长岩，高钾钙碱性系列的湖城涧辉长闪长岩，鸡冠山、大团山、铜官山、天鹅抱蛋石英二长闪长岩，缪家石英二长闪长玢岩，胡村、南洪冲、凤凰山、沙滩脚花岗闪长岩，瑶山、新桥头花岗闪长斑岩的锆石SHRIMP定年结果见表5.2，各测点的定年数据见附表1，各岩体地质特征见第3章。

表5.2 铜陵地区中酸性侵入岩锆石SHRIMP U-Pb定年结果

注：MSWD—平均重量离差平方；n—参加计算的测点数。

Note：MSWD—Meansquare weighted deviation；n—Number of calculated measure points.

各定年样品锆石特征及SHRIMP U-Pb定年结果分述如下：

（1）样品AJGS6（白芒山辉石二长闪长岩）

锆石为浅*，呈短柱状、粒状，粒度大小为0.04～0.20 mm，大多数锆石柱面（110）比（100）发育，锥面（101）比（211）发育，主要为Pupin（1980）的J₄、J₅、S₂₄、S₂₅、D、P₅晶型，碱度指数（I.A）和温度指数（I.T）分别为458和643（吴才来等，1994）。锆石具有明显的振荡环带（图5.1），部分锆石含有细小的矿物包裹体，显然，这是典型的岩浆结晶锆石（Pidgeon et al.，1998）。12颗锆石的测定结果表明，除10号锆石的U、Th含量较低外（分别为83×10^-6和53×10^-6），其余锆石的U、Th含量较高，且变化范围也较大 ［U：（600～2345）×10^-6，Th：（1167～7588）×10^-6］，表现在CL图像上颜色较深。²⁰⁶Pb/²³⁷U年龄变化于142.9±0.8 Ma～133.2±0.7 Ma，平均年龄为138.21±0.82 Ma（MSWD=0.6，n=5）（图5.2）。

图5.1 橄榄安粗岩系列侵入岩的锆石阴极发光图像

（2）样品SYSZK03（舒家店辉石二长闪长岩）

该样品取自橄榄安粗岩系列舒家店辉石二长闪长岩的钻孔岩心（ZK03）。该岩体呈北东向不规则状岩墙产出，岩体中间出露面积约2500 m²石榴子石矽卡岩。岩体中含有丰富的、大小为1 ～3 cm的辉石和角闪石斑晶，其围岩是志留纪粉砂岩，具有细脉浸染状铜矿化现象。岩石呈灰黑色，自形—半自形粒状结构，主要矿物为斜长石（An =45～55，70%～75%）、透辉石（13%～15%），其次为黑云母（7% ～8%）、钾长石（3% ～4%）以及少量的石英（2%～3%）。该样品锆石为柱状，长宽比为1：1～2：1之间，大多数锆石的CL图像为均匀的灰色，部分锆石具有振荡环带结构（如6号锆石）或条带状结构（如7号和11号锆石）（图5.1）。锆石的U、Th含量分别为（189～1086）×10^-6和（133～1705）×10^-6，Th/U比值为0.73～1.84（附表1），Th、U之间的相关系数为0.71。11颗锆石的U-Pb年龄变化于145.8±1.2 Ma～138.1±1.0 Ma之间，除去高U的锆石测点，得出平均年龄为142.4±0.7 Ma（MSWD=0.6，n=6），该年龄为岩浆结晶的时代（图5.2）。

图5.2 橄榄安粗岩系列侵入岩的锆石²³⁸U/²⁰⁶Pb-²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb谐和曲线和平均年龄

（3）样品HCJZK1（湖城涧辉长闪长岩）

该样品取自高钾钙碱性系列湖城涧辉长闪长岩的钻孔岩心（ZK1）。岩石为灰黑色，具似斑状结构，斑晶为辉石和斜长石，两者粒度相近；基质由长条状斜长岩和细粒填隙状的辉石和磁铁矿组成。该样品锆石的长宽比为1：1和2：1，阴极发光图像（CL图像）表现为均匀的灰色（图5.3）。锆石U的含量变化于（524～1545）×10^-6之间，Th变化于（661～2752）×10^-6之间，U、Th之间具有较好的相关性（相关系数为0.81）。Th/U比值一般>1，变化于1.3～2.66之间（附表1）。所有锆石年龄变化范围较窄，在146.4±0.6 Ma～139.5±0.7 Ma之间，平均年龄为142.7±0.6 Ma（MSWD=1.8，n=8）（图5.4）。

（4）样品JGZ1（鸡冠山石英二长闪长岩）

锆石为短柱状，一般长宽比为1.5：1，个别为2：1。锆石晶形统计结果表明，锥面（211）和（101）发育程度相近，但柱面（110）比（100）发育（吴才来等，1994）。从锆石的阴极发光图像可以看出，大多数锆石具有较宽的振荡环带（图5.3），但部分锆石含有不规则的核（如2号，8号和10号锆石）。根据其形状特征推测，它们可能是后来流体改造所致。12颗锆石的SHRIMP U-Pb测定结果表明，锆石的U、Th含量变化不大，分别为（136～676）×10^-6、（101～777）× 10^-6；Th/U比值变化于0.77～1.41之间，且大多数都>1；²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄的变化范围也不大，为143.0±0.9 Ma～131.3±1.6 Ma。其中，1号、8号和11号锆石的年龄偏小，结合阴极发光图像特征可以看出，这些锆石可能受到了后期流体的改造，发生了Pb的丢失，测点的位置跨入了Pb丢失的部位。因此，在计算平均年龄时予以舍去，其余锆石的平均年龄为139.9±1.1 Ma（MSWD=0.9，n =8），与²³⁸U/²⁰⁶Pb-²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb得出的谐和年龄（138.5±2.6 Ma）在误差范围内一致（图5.4）。

（5）样品ADTS1（大团山石英二长闪长岩）

锆石为长柱状，长宽比为2：1～3：1，锥面（101）稍比（211）发育，而柱面（100）比（110）发育，平均温度指数（I.T）和平均碱度指数（I.A）分别为359、426（吴才来等，1994）。CL图像显示，锆石具有明显的环带结构，且环带的条纹非常细（图5.3）。测定结果表明，该样品的锆石U、Th含量分别为（119～462）×10^-6和（48～435）×10-，Th/U比值变化于0.36～1.19之间（大多数>0.5），206Pb/238U年龄变化于227.1±1.4 Ma～136.4±1.2 Ma之间，平均年龄为139.3±1.2 Ma（MSWD=1.2，n=8），与238U/206Pb-207Pb/206Pb得出的谐和年龄（139.7±2.4 Ma）几乎一致（图5.4）。

图5.3 高钾钙碱性系列侵入岩的锆石阴极发光图像

图5.4 铜陵高钾钙碱性系列侵入岩的锆石²³⁸U/²⁰⁶Pb-²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb谐和曲线和平均年龄

（6）样品07CL507（铜官山石英二长闪长岩）

锆石为柱状，长宽比在2：1～4：1之间。大多数锆石的CL图像显示振荡环带结构（图5.3），这是典型的岩浆结晶锆石（Pidgeon et al.，1998）。部分锆石含有老的继承性核，如5号和7号锆石。锆石的U、Th含量分别为（57～737）×10^-6和（40～569）×10^-6，Th/U比值为0.35～1.32（附表1），其中1号、8.1号和8.2号锆石分别为0.35、0.41和0.41，其余锆石均>0.5。Th、U之间的相关系数为0.83。12颗锆石14个测点的U-Pb年龄变化于2461±15Ma～133.0±1.2 Ma之间，除去老的继承性锆石测点，其余测点得出的年龄平均为141.7±1.4 Ma（MSWD =1.0，n =9），代表岩浆结晶的年龄（图5.4）。锆石的²³⁸U/²⁰⁶Pb -²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb比值得出谐和线上交点年龄为2467±120 Ma，下交点年龄为143.1±3.9 Ma（图5.4）。上交点年龄可解释为继承性锆石的时代，而下交点年龄可解释为岩浆的结晶时代，并与平均年龄（141.7±1.4 Ma）在误差范围内基本一致（图5.4）。

（7）样品07CL512（天鹅抱蛋石英二长闪长岩）

锆石具有较好的柱面和锥面，长宽比为2：1～3：1，具有明显的振荡环带，部分锆石具有老的继承性核，如3号、8号和11号锆石（图5.5）。12颗锆石14个测点结果表明，锆石的U、Th含量分别为（75～284）×10^-6和（29～603）×10^-6，锆石的Th/U比值变化于0.41 ～2.19之间（附表1），Th、U之间的相关系数为0.58。14个测点得出的²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄变化于2606±7 Ma～134.3±2.7 Ma之间，除3号、4号、8.1号和11.1号锆石外，其余锆石得出平均年龄为141.3±1.3 Ma（MSWD =1.8，n=8）（图5.4）。锆石3号、8.1号、11.1号测点为老的继承性锆石核，年龄分别为837.6±6.3 Ma、2606±7 Ma和936.6±6.2 Ma；4号测点横跨在老的核和幔部之间，年龄为778.7±4.7 Ma。锆石的²³⁸U/²⁰⁶Pb -²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb比值得出谐和线上交点年龄为2612±75 Ma，下交点年龄为139.5±2.8 Ma（图5.4）。上交点年龄可解释为老的继承性锆石的时代，而下交点年龄可解释为岩浆的结晶时代，并与平均年龄（141.3±1.3 Ma）在误差范围内基本一致（图5.4）。

（8）样品07CL521（缪家石英二长闪长玢岩）

锆石为短柱状，长宽比为1：1～1.5：1，具有较好的振荡环带（图5.5）。10颗锆石的定年结果表明，锆石的U、Th含量分别为（88～457）×10^-6和（50～588）×10^-6，锆石的Th/U比值变化于0.56～1.33之间（附表1），Th、U之间的相关性较好，相关系数为0.91 ，²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄变化于164.1±1.1 Ma～133.7±1.8 Ma之间，除去不谐和的测点后，得出平均年龄为142.8±1.6 Ma（MSWD=1.8，n=8）。锆石的²³⁸U/²⁰⁶Pb-²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb比值得出谐和线年龄为146.0±3.0 Ma（MSWD =0.99）（图5.4），与平均年龄（142.8±1.6 Ma）在误差范围内基本一致（图5.4）。

（9）样品HCZK683（胡村花岗闪长岩）

锆石为自形柱状，长宽比为2：1 ～3：1，晶形特征与大团山岩体中的类似，但平均温度指数（I.T）和平均碱度指数（I.A）略高于大团山岩体，分别为418和440，反映岩浆的温度和碱度略高于大团山岩体（吴才来等，1994）。CL图像显示，锆石内部具有明显的环带结构（图5.5），部分锆石含有针状的矿物包裹体，如6号锆石。测定结果表明，锆石的U、Th含量分别为（161～614）×10^-6和（86～813）×10^-6，Th/U比值变化于0.37～1.52之间，除8号锆石为0.37外，其余锆石均>0.60（附表1）。Pb/U年龄变化于142.8±1.3 Ma～133.6±1.5 Ma，平均年龄为140.9±1.2 Ma（MSWD =0.6，n =6），与²³⁸U/²⁰⁶Pb-²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb得出的谐和年龄（141.6±3.5 Ma）在误差范围内一致（图5.6）。

图5.5 高钾钙碱性系列侵入岩的锆石阴极发光图像

（10）样品07CL505（南洪冲花岗闪长岩）

该样品锆石的长宽比变化较大，为1：1和4：1，阴极发光图像显示出明显的环带结构（图5.5）。锆石U的含量变化于（79～521）×10^-6之间，Th变化于（50～397）×10^-6之间，U、Th之间具有较好的相关性（相关系数为0.97）。Th/U比值一般>0.5，变化于0.57～0.99之间（附表1）。锆石年龄变化范围为722.7±4.8 Ma～123.3±2.1 Ma，其中，2号和6号锆石的年龄分别为577.9±5.8 Ma和722.7±4.8 Ma，2号锆石可能为一捕获的老的锆石，核部似乎发生了不完全熔融，6号锆石核部与幔部之间以及中间部位均有黑色的CL影像，放射性²⁰⁶Pb的含量（20×10^-6）远远高于其他锆石［（1.5～9.9）×10^-6］，可能反映该锆石受到了后期流体的改造，有Pb的加入或带出（Cherniak et al.，2000）。去除这两颗锆石，其余锆石的平均年龄为138.8±1.3 Ma（MSWD=1.1，n =12）（图5.6）。锆石的²³⁸U/²⁰⁶Pb-²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb比值得出谐和线上交点年龄为841±74 Ma，下交点年龄为137±13 Ma（MSWD =1.5）（图5.6）。上交点年龄可解释为花岗闪长岩的继承性锆石时代，而下交点年龄可解释为岩浆的结晶时代，但误差较大，与平均年龄（138.8±1.3 Ma）基本一致（图5.6）。

（11）样品FHS2（凤凰山花岗闪长岩）

锆石呈长柱状，长宽比为2：1～3：1，具有较好的振荡环带，部分含有矿物包裹体（图5.7）。这些锆石的U、Th含量分别为（225～573）×10^-6和（79～481）×10^-6，除1号锆石的Th/U比值为0.27外，其余的均>0.5（变化于0.59～1.13之间）（附表1），Th、U之间具有较好的相关性（相关系数为0.83）。11颗锆石定年得出的²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄变化于690.8±4.1 Ma～140.0±1.2 Ma之间，除1号、3号和11号锆石外，其余锆石得出平均年龄为142.0±0.8 Ma（MSWD=1.0，n=8）。1号和3号锆石具有老的继承性核，测点位置横跨了核部和幔部，产生的混合年龄分别为531.4±2.8 Ma和690.8±4.1 Ma，与1号和3号锆石不同，11号锆石的核部与幔部之间具有一圈形状不规则的黑圈（图5.7），表明锆石受后期流体的改造发生了Pb的加入或带出（Cheriak et al.，2000），核部年龄为234.8±1.9 Ma。锆石的²³⁸U/²⁰⁶Pb-²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb比值得出谐和线上交点年龄为837±53 Ma，下交点年龄为148.5±9.5 Ma（图5.6）。上交点年龄可解释为花岗闪长岩继承性锆石的时代，而下交点年龄可解释为岩浆的结晶时代，并与平均年龄（142.0±0.8 Ma）在误差范围内基本一致（图5.6）。

（12）样品07CL519（沙滩脚花岗闪长岩）

锆石为柱状，长宽比为2：1 ～3：1，具有较好的振荡环带，部分锆石具有老的继承性核，如5号、8号、9号和10号锆石（图5.7）。14颗锆石定年结果表明，锆石的U、Th含量分别为（85～408）×10^-6和（42～203）×10^-6，锆石的²³²Th/²³⁸U比值变化于0.22～0.72之间（附表1），Th、U之间的相关系数为0.52。除5号、8号、9号和10号锆石的年龄分别为844±4 Ma、1994±14 Ma、1801±11 Ma和2403±8 Ma外，其余锆石年龄变化于147.2±1.5 Ma～135.3±1.1 Ma之间，平均年龄为144.1±1.2 Ma（MSWD=0.92，n=9）。锆石的²³⁸U/²⁰⁶Pb-²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb比值得出谐和线上交点年龄为1995±29 Ma，下交点年龄为144.3±2.3 Ma（MSWD=0.9，n=9）（图5.6）。上交点年龄可解释为花岗闪长岩的继承性锆石的时代，而下交点年龄可解释为岩浆的结晶时代，并与平均年龄（144.1±1.2Ma）非常一致（图5.6）。

图5.6 铜陵高钾钙碱性系列侵入岩的锆石²³⁸U/²⁰⁶Pb-²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb谐和曲线和平均年龄

图5.7 高钾钙碱性系列侵入岩的锆石阴极发光图像

（13）样品YSZ3（瑶山花岗闪长斑岩）

锆石为自形的长柱状，长宽比值为2：1 ～4：1。CL图像显示，锆石具有非常好的振荡环带，并含有矿物包裹体（图5.7），如锆石1、5和7。锆石的U和Th含量较低，分别为（242～386）×10^-6和（18～93）×10^-6，Th/U比值较低，为0.06～0.53（附表1），Th和U之间的相关系数较低（仅为0.48）。5号和7号锆石含有老的继承性核，测得年龄分别为2330±12 Ma和2104±13 Ma。其余锆石得出²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄变化于155.6±1.3 Ma～143.6±1.1 Ma之间，平均年龄为146.0±0.9 Ma（MSWD =0.8，n=8）。²³⁸U/²⁰⁶Pb-²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb比值得出谐和线上交点年龄为2476±12 Ma，下交点年龄为148.1±1.9 Ma（图5.6）。上交点年龄反映了花岗闪长斑岩继承性锆石的时代，而下交点年龄代表岩浆结晶的时代，且在误差范围内与平均年龄（146.0±0.9 Ma）一致。

（14）样品07CL516（新桥头花岗闪长斑岩）

锆石为自形的长柱状，长宽比为2：1 ～5：1。CL图像显示，锆石具有非常好的振荡环带（图5.7）。锆石U的含量为（137～497）×10^-6，Th的含量非常低，为（5～85）×10^-6，Th/U比值较低，除12号锆石为0.64以外，其余的变化于0.03～0.10之间（附表1），Th和U之间的相关系数为0.63。除12号锆石为老的继承性核（年龄为2484±10 Ma）外，其余锆石的年龄变化范围不大（²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄变化于152.3±1.0 Ma～144.0±1.1 Ma之间），平均年龄为147.2±1.5 Ma（MSWD =0.7，n=6）。²³⁸U/²⁰⁶Pb-²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb比值得出谐和线上交点年龄为2483±65 Ma，下交点年龄为147.9±2.3 Ma（MSWD =2.5）（图5.6）。上交点年龄反映了花岗闪长斑岩继承性锆石的时代，而下交点年龄代表岩浆结晶的时代，这一年龄在误差范围内与平均年龄（147.2±1.5 Ma）一致。