地质学与同位素定年的相互约束
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发布时间：2022-05-05 13:48
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时间：2022-06-27 14:12
地质学与同位素定年的相互约束是建立造山带岩浆-构造事件时间序列的最佳途径。Davis et al. (2001) 采用这样的途径，建立了一个新的燕山造山带的构造变形年代学格架，是一个范例。我们基于这一途径，扩展到建立火成岩构造组合与岩浆-构造事件序列，有三点最为重要。
(1) 详细地野外观察构造变形 (褶曲和断裂) 与火成岩 (火山岩和侵入岩) 之间的相互交切—覆盖关系，在弄清楚地质体之间的相对时间序列的基础上，选取同位素定年样品 (Davis et al. ，2001) 。例如，按传统观点，火山岩层常常按岩性进行地层对比，本区以安山质为主的火山岩层均归于髫髻山组 (J2t) (例如: 河北省地矿局，1989) ，由此，十三陵与寿王坟盆地内的安山质火山岩层均归为髫髻山组。但是 Davis et al. (2001) 的研究提出，十三陵逆冲-推覆断层向 NNW 推覆在安山质火山岩层 (161. 1 ± 1. 9 Ma) 之上，位于该断层东边的同属于向 NNW 推覆的兴隆逆冲-推覆断层却被安山质火山岩(147. 6 ±1. 6 Ma) 不整合覆盖，因此，①十三陵-兴隆逆冲-推覆构造变形事件发生于 161Ma 之后，148 Ma 之前; ②原先归于髫髻山组安山质火山岩层应分属于二个地层单位，十三陵和寿王坟盆地内的安山质火山岩层应分别归于髫髻山组 (J2t) 和张家口组 J3zh) ，因此，只按岩性对陆相火山岩层进行地层对比是不可取的。另外，我们的野外观察表明，十三陵-兴隆逆冲推覆断层可由它们中间的长园杂岩体南侧的向 NNE 推覆的逆冲推覆断层连接起来，同时长轴呈 NEE 走向的同构造的长园闪长质片麻岩 (153 Ma、151 Ma) 位于十三陵-兴隆逆冲断层 (中段) 的下盘，它进一步支持了上述①的结论。
(2) 收集大量新的同位素定年数据，一大批老的同位素定年数据已被淘汰 (Davis et al. ，2001) 。近年来，同位素定年新技术的飞速发展，精度大大提高，不同同位素系统封闭温度不同，使不同系统的同位素年龄的确切地质含义进一步明确。例如，石城闪长质片麻岩和棋盘岩辉长岩老的的锆石U-Pb年龄分别为137.9Ma(1984测定)和(184.6±3.9)Ma(1987年测定)(鲍亦冈等，2001);新的锆石U-Pb年龄则分别为(155.8±1.5)Ma(SHRIMP)、(159±2)Ma(颗粒锆石)和(132.9±0.66)Ma(SHRIMP)。云蒙山花岗质片麻岩Bi的K-Ar年龄114～119Ma(1962和1985测定)，鲍亦冈等(2001)取为岩体形成年龄;但是，新的锆石U-Pb年龄为(144.7±2.7)Ma(SHRIMP)、(143±3)Ma和(142±2)Ma(颗粒锆石)。因此，结合地质学观察，Davis et al.(2001)和本次研究认为，云蒙山岩体形成于142～145Ma(J3)，114～119Ma(K21)为与变质核杂岩机制导致的岩体隆升后的冷却年龄。我们收集了研究区近年来发表的新的年龄数据，锆石SHRIMPU-Pb年龄27个(其中15个为本书提供)，单颗粒锆石U-Pb年龄27个，40Ar-39Ar年龄41个，K-Ar年龄10个，和Rb-Sr年龄1个。测年结果显示锆石SHRIMP和单颗粒锆石U-Pb年龄有好的一致性，表明这2种新技术提供的锆石U-Pb年龄可为侵入岩的形成提供比较可靠的年代学依据(邓晋福，2003)。
(3)一个侵入杂岩体中分解出多个侵入体，及其后的岩石构造组合的归并极为重要，是建立岩浆-构造事件序列的必需。例如，昌平薛家石梁侵入杂岩体包含5个侵入体(或单元)，鲍亦冈等(2001)采用单元一超单元的理论和方法，基于老的年龄数据和岩性对比，把它们归入4个超单元，上庄辉长岩与棋盘岩辉长岩(老的锆石U-Pb年龄184.6±3.9Ma)对比，归入J1s(195～176Ma)四干顶超单元，薛家石梁闪长岩(老的黑云母K-Ar年龄159.8Ma)和湖门正长岩归入J3x(160～150Ma)薛家石梁超单元，黑山寨二长岩(老的黑云母K-Ar年龄137.5Ma)归入J3F(150～140Ma)分水岭超单元，黑熊山花岗岩(老的黑云母K-Ar年龄120.9Ma)归入K1SQ(120～87Ma)四桥子超单元。从2001年开始到2003年，我们对薛家石梁杂岩体进行过5次野外地质调查，发现侵入体之间无冷凝边，岩浆混合作用的野外标记广泛发育，野外产状表明它们是呈现好的密度制约的带状岩浆杂岩体，上庄辉长岩在下，往上依次变为薛家梁闪长岩，黑山寨二长岩，湖门正长岩，顶部则为黑熊山花岗岩。各侵入体的新的年龄为129～124Ma，显然应归入同一个K11的侵入岩构造组合。并且，从辉长岩(128Ma)→闪长岩(127Ma)→二长岩(125Ma)→正长岩(124.2Ma)→花岗岩(123.7Ma)，锆石的结晶年龄依次减小，它与带状岩浆房双扩散对流理论和实验模型(Huppert at al.，1984)指出的完全一致，即下部的辉长岩岩浆先结晶，顶部的花岗岩岩浆结晶最晚，这是因为，①基性岩浆与围岩的温度差最大，最早结晶;②下部的基性岩浆结晶时会放出大量热量，使上部酸性岩浆较长时间内保持在高于液相线的温度，使之晚结晶。侵入杂岩体的另一种类型是云蒙山杂岩体，主体由花岗质片麻岩构成，其北东边缘为石城闪长质片麻岩。野外见到前者呈脉状贯入后者之中，鲍亦冈等(2001)根据老的年龄数据(花岗质片麻岩124～119Ma，闪长质片麻岩，137.9Ma)把它们均归K1D(139～125Ma)碓臼峪超单元。根据新的年龄数据，我们把石城闪长质片麻岩归入J2岩石构造组合，而云蒙山花岗质片麻岩归入J3岩石构造组合。
由上可以看出，野外地质观察和新的同位素定年数据的相互约束是建立地质事件序列的最佳途径。
