锆石SHRIMP U-Pb 年代学
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发布时间：2022-04-26 02:39
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时间：2022-06-20 04:12
对九岭花岗岩系统的年代学研究对建立华南构造-岩浆事件的年代学框架具有重要意义。前人曾对该岩体进行了一些地质学、地质年代学的初步研究，认为该复式岩基由晋宁、海西、燕山三个不同时代的花岗岩组成。但总体而言，对年龄测定还不系统，不同人在不同地点取样、采用不同方法测年，得出的结果也有明显差别，如晋宁期的九岭岩体，胡世玲(1985)测得黑云母40Ar-39Ar年龄为(936±15)Ma;高安县下观乡测得九岭岩体的黑云母K-Ar年龄为805Ma。甘坊岩体的白云母K-Ar年龄为257Ma;古阳寨岩体的黑云母K-Ar年龄为177Ma。因而，尚未建立起九岭地区花岗岩类形成的构造-岩浆年代学骨架。
锆石是各类岩石中常见的副矿物，其物理、化学性质稳定，抗高温扩散能力强，具有较强的抵抗化学反应的能力并且耐熔，因而在风化和淋滤过程以及高温变质和深熔作用中都可得以保存下来，同时，锆石具有富含U和Th、普通铅含量低及封闭温度高的特征，是U-Pb法确定地质事件时代最理想的矿物。随着离子探针开发以来，人们逐渐认识到同一地质体的不同锆石颗粒以及同一锆石颗粒内部的不同区域，均可能具有不同的成因，因此对锆石的不同部位进行微区原位分析方可揭示锆石复杂的发展历史。
近十几年发展起来的高精度、高灵敏度离子探针质谱法(SHRIMP)已被证实为锆石U-Pb定年的最有效的手段，分辨率可高达8μm，快速、简便，可在较短的时间内提供精度可达1%～2%的U/Pb和207Pb/206Pb值，该方法最大优点在于可对单颗粒锆石进行原位微区定年，从而揭示出复杂的锆石内部年龄信息。
前人测年中采用的部分方法存在一些问题，如K-Ar法一般不适于测定年龄较老的花岗岩，甘坊岩体用于测年的白云母有可能不是岩浆成因的，单颗粒锆石TIMS法有可能给出没有地质意义的混合年龄等等。因此，在本研究中，采用先进的SHRIMP方法对九岭不同类型的花岗岩中的锆石进行定年，就显得非常必要。
(一)锆石阴极荧光成像(CL)观察
1.样品描述及分析方法
在详细的野外工作、显微镜观察的基础上，选择了原来认为分别代表晋宁期的一个样品、海西期甘坊(上富)岩体的两个样品挑选锆石，岩性和采样点位置及样品特征见表1-2。每个样品破碎后过60目的筛，经淘洗及电磁选分选出锆石，并在双目显微镜下挑选出晶形较完好，纯净透明的颗粒用于测试。
表1-2 采样位置及锆石形态特征
将待测的锆石置于环氧树脂样品座中，然后磨光至一半，抛光，暴露出颗粒内部并镀金，然后在北京地质矿床所先进行阴极发光(CL)照相，以确定锆石颗粒的内部结构，供SHRIMP测定。锆石的U、Th和Pb同位素组成分析在北京离子探针中心SHRIMPⅡ离子探针上进行，详细的实验流程参见宋彪等(2002)的文章。所用的标准锆石是SL13和TEM，前者用于标定铀和钍的含量，后者用于年龄校正。年龄计算中，采用Steiger和Jger(1977)给出的衰变常数，普通铅校正采用204Pb直接测定法，年龄置信度为1δ(95%置信水平)。数据处理采用Squid和Isoplot程序。
2.锆石的CL图像特征
在阴极荧光相中，锆石具有清晰的振荡环带，部分锆石中间具有核，核部较圆，透明度差，边部具有环带的部分应为岩浆结晶形成的锆石，中间的核为继承锆石。少量锆石具有薄的增生边(图1-3)。
(二)锆石SHRIMP测定结果及地质意义
1.J39号样
对该样中的16颗锆石进行了20次分析，结果见表1-3。其中的14次分析均在环带状岩浆锆石上进行，U的含量为(167～693)×10－6，Th的含量为(30～183)×10－6，Th/U比为0.09～0.68，U、Th含量变化较大，它们在谐和线上构成一致的年龄组(图1-4b)，其206Pb/238U加权平均年龄为(828.8±8)Ma(95%置信水平)，该年龄应代表岩体主体的形成年龄。这与LiX.H. et al.(2003)发表的年龄数据(819±9Ma)是非常接近的。
图1-3 九岭新元古代花岗岩锆石背散射及阴极发光图像及年龄测点位置
表1-3 J39锆石SHRIMPU-Pb年龄测定结果
续表
图1-4 J39锆石SHRIMPU-Pb一致线图解
6.2、10.1和14.1分析点在形态自形的锆石的环带部位进行，给出近一致的206Pb/238U年龄分别为(910±16)Ma，(881±16)Ma，(869±15)Ma。这三颗锆石可能是捕虏晶，也可能是先形成的岩浆锆石。
6.1、8.1、11.1在锆石的核部上进行分析，分别给出了(1654±6)Ma、(1459±11)Ma和(1719±6)Ma近一致的Pb-Pb谐和年龄值(图1-4a)。这些继承核毫无疑问是花岗岩形成过程中的熔融残余，它们的Th/U比较高，其年龄值为继承锆石核形成的年龄。
2.J52分析结果
J52号样取自甘坊岩体，对其进行了14颗锆石的共17次分析(表1-4)。其中14个分析点打在具有环带构造的岩浆锆石上，U的含量为(140～346)×10－6，Th的含量为(32～249)×10－6，Th/U比为0.11～0.73，普遍比J39高，它们的一致、近一致的年龄的加权平均值为(831±8)Ma(图1-5b)，代表岩石形成的年龄，这一结果与原来的研究结果有很大的差别。前人认为岩性为浅灰色粗粒二云母或含黑云母花岗岩形成于海西期，从而单独划分出海西期的甘坊花岗岩体。由于原来定年时用的是白云母K-Ar法，该方法不适于测定年龄较老的岩石，因此所得年龄并不能代表花岗岩的形成年龄。
表1-4 J52锆石SHRIMPU-Pb年龄测定结果
此外，分析点14.1、5.2和13.1打在锆石的继承核上，给出(1056±21)Ma(Th/U=0.43)、(1474±18)Ma(Th/U=0.71)两个Pb-Pb谐和年龄和一个(1927±16)Ma(Th/U=0.47)近一致Pb-Pb年龄(图1-5a)。这些继承锆石与J39中的继承锆石的成因后面再进行讨论。
3.JX03-13号样
对JX03-13号样共进行了13颗锆石的13次分析。分析点均打在具有环带构造的岩浆锆石上，大部分锆石的U的含量为(258～376)×10－6，Th的含量为(40～587)×10－6，有一颗锆石的U的含量高达2492×10－6，其Th的含量为1139×10－6，12个分析点的Th/U比为0.09～0.98，普遍比J39高(见表1-5)，它们的一致、近一致的年龄的加权平均值为(831±8)Ma(图1-6)。分析点4.1的Th/U比为0.52，明显低于其他的分析点，其对应的U-Th年龄为(955±20)Ma，这一颗锆石可能为捕虏晶。
图1-5 J52锆石SHRIMPU-Pb一致线图解
表1-5 JX03-13锆石SHRIMPU-Pb年龄测定结果
由于原定年时所用的矿物是白云母，而本次研究发现有相当一部分白云母是非岩浆成因的，而且K-Ar法不适于测定较老岩石的年龄。由此看来，原来在九岭地区的花岗岩中划分出的海西期甘坊岩体实际上是新元古代岩浆活动的产物。在上富以西见二者呈截然的接触关系;在古阳寨西面见到岩性与甘坊岩体粗粒的花岗闪长岩一致的岩脉穿插于石花尖岩体中，说明粗粒的花岗闪长岩体(甘坊岩体)形成于石花尖岩体之后，但它与前人认为的九岭岩体第三次侵入的岩体之间的先后关系无法判断，因为如果都进行测年的话，它们的年龄可能在同位素年龄误差范围内是一致的，而且它们之间不直接接触，无野外相互接触关系的证据。
图1-6 Jx03-13锆石U-Pb一致线图
通过以上研究，认为九岭晋宁期岩体是一个多次侵入的岩体，是由4次岩浆脉动侵入形成。
本次研究在九岭新元古代花岗岩中获得了869～910Ma的锆石年龄，LiXH et al.(2003)也在九岭花岗岩中获得了206Pb/238U年龄为891Ma和896Ma的年龄，并在安徽许村花岗岩中获得了206Pb/238U年龄为864Ma和873Ma的锆石年龄，LiXH et al.把这些锆石解释为捕虏晶。吴荣新等(2004)对皖南新元古代的花岗岩的锆石年代学研究中获得了年龄为877～892Ma的继承锆石，与周新民等(1992)报道的浙北双溪坞火山岩单颗粒锆石U-Pb年龄(904±4)～(875±4)Ma一致。此外，在李献华等(2004)在扬子板块的西北缘金川超镁铁岩中也获得了3颗Th/U比为1.1～3.3，U/Pb年龄集中在880Ma的锆石。扬子板块东南缘和西北缘出现的860～910Ma的锆石年龄，表明在约825Ma大规模岩浆活动之前，这些地区曾出现小规模的岩浆活动。
江西西湾一带从蛇绿岩套中识别出了年龄为(968±23)Ma的埃达克质花岗岩，LiWX(2003)解释为俯冲洋壳低度熔融的产物，并认为该年龄代表俯冲洋壳的年龄，而被认为是蛇绿岩的一部分的樟树墩堆晶辉长岩的矿物内部Sm-Nd等时年龄为(1034±24)Ma，该年龄可能代表蛇绿岩的形成年龄。在湖南九嶷山至广西十万大山一带，均发现有约900～1000Ma的继承锆石。扬子板块东南缘锆石年龄为900～1000Ma(付建民，2002)沿皖南—九岭—湖南郴州—广西一线的分布，可能暗示该带为新元古代扬子和华夏板块的拼合带。一些同位素年代学资料表明华夏和扬子间的碰撞变质高峰发生于约870Ma(舒良树等，1993;徐备等，1992;ZhaoandCawood，1999)。但扬子板块和华夏板块碰撞的具体时间目前仍需进一步研究。因此，860～910Ma这一时段的岩浆活动与扬子板块和华夏板块的拼合有关还是地幔柱引起的Rodinia裂解的前奏?这一问题有待于进一步探讨。
新元古代花岗岩中的残余锆石年龄集中在1.4～1.9Ga，这些继承锆石的Th/U比较高，其年龄可代表锆石结晶的年龄，可能代表晋宁期九岭岩体源岩的年龄。
虽然甘坊岩体与传统的九岭岩体形成于同一时期，但二者在岩石矿物特征上有较大差别，由于地质工作者长期以来已习惯把该区过去认为是新元古代形成的花岗岩(包括九岭Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ期)统称为九岭岩体，尽管本次研究结果表明甘坊岩体也形成于新元古代，但为了论述的方便，并不把甘坊岩体归入九岭岩体中，以下在提及该岩体时仍用甘坊岩体这一称谓。
