表壳岩的同位素年代学

发布网友 发布时间：2022-04-27 04:37

我来回答

共1个回答

热心网友 时间：2022-06-26 08:12

本区表壳岩的定年研究，曾采用Rb-Sr全岩等时线法、单颗粒锆石蒸发法和Sm-Nd全岩等时线法等。山东第八地质队首先进行了开拓性工作，对羊圈地区的黑云二辉斜长片麻岩用Rb-Sr全岩等时线测得2760Ma的年龄，同时分别测得三个镁铁质—超镁铁质岩Sm-Nd模式年龄均稍大于3000Ma。稍后，徐惠芬（1998）对采自羊圈村东300m沟中的黑云二辉斜长片麻岩，用单颗粒锆石U-Pb蒸发法获得最大年龄值为2761Ma，最小为2572Ma。本次研究中主要对沂水岩群中原称林家官庄岩组中的变基性岩进行了全岩Sm-Nd同位素年龄测定。

一、采样位置和周围的地质情况

本区变质表壳岩总称为沂水岩群，可分为三个岩组。其中两个岩组大致相当于原称的石山官庄岩组和林家官庄岩组。另一岩组可称为北下庄岩组。岩组之间未见直接的上下叠置关系。岩群的总体产状为NE向，倾向SE，倾角46°～60°，褶皱变形强烈。

测定Sm-Nd同位素年龄的样品主要采自林家官庄村南约1km的林家官庄岩组中（图1-1），岩石主要为二辉斜长角闪岩（五个）和透辉斜长角闪岩（一个）。该区地表第四系覆盖较广，露头不连续。样品均采自相距不远的采石坑，岩石均比较新鲜。

二、样品的岩相学特点

用于年龄测定的六个样品，按岩性可分为两种岩石类型。

1.透辉斜长角闪岩（YS-28）

岩石呈黑绿色，细粒，块状构造。镜下呈花岗粒状变晶结构，粒度0.3～0.5mm，主要由斜长石、浅闪石质角闪石和次透辉石组成，副矿物有柱状磷灰石、锆石和极少量磁铁矿。斜长石（An＝55±）呈多边形粒状，部分具细而密的聚片双晶，但有的很不完整，少量具有肖钠长石双晶。浅闪石质角闪石呈柱一粒状，与斜长石共生，两者均为岩石的主要成分。前者具多色性：N_p呈黄绿色，N_g呈棕绿色，N_g∧c＝20°。另见有少量呈蓝绿色较大长柱状的角闪石，具密集的（010）双晶纹，形成较晚。次透辉石呈粒状，黄绿色，具弱多色性，含量相对较少。

2.二辉斜长角闪岩（YS-24a,YS-24b,YS-25a,YS-26,YS-27）

手标本特征与透辉斜长角闪岩相似。镜下呈花岗柱粒状变晶结构，组成矿物主要有斜长石、普通角闪石、次透辉石和紫苏辉石，副矿物主要为磁铁矿（YS-24b样品中含量较多是一例外，可能还有钛磁铁矿）。

斜长石有两类：一类斜长石〔P₁₁,An＝67～70）为细粒状，大部分具发育不好的聚片双晶，个别双晶纹略显弯曲（YS-26），这是组成岩石的主体矿物；另一类斜长石（Pl₂,An＝40±）呈微粒状，略显聚片双晶，与Hb₂共生。

普通角闪石也有两种，且先后生成。第一期普通角闪石（Hb₁）呈不规则柱状，N_p＝黄绿，N_m＝绿，属浅闪石质角闪石。第二期普通角闪石（Hb₂）呈细粒状，产于较大紫苏辉石和次透辉石晶体的边部以及裂隙中，具多色性：N_p呈浅黄，N_g呈蓝绿，属镁角闪石。紫苏辉石（X_Mg＝0.51～0.56）为较大的不规则柱状体，以具有多色性（N_p呈粉色，N_g呈浅绿色）和平行消光为特征，少数显示斑块状的波状消光和模糊的环状消光。常见角闪石的（110）柱面平行片理排列，呈连续或不连续的条带。透辉石（X_Mg＝0.65～0.82）呈粒状，浅灰绿色，大量被包于普通角闪石晶体中，成分相当于次透辉石。

三、样品的岩石化学和稀土地球化学特征

样品的岩石化学和稀土地球化学分析结果以及AFM图和稀土模式图详见第二章第二节，这里只简要地描述其总体情况。

六个样品的w（SiO₂）均小于50%（48.25%～49.98%），多属基性岩类。大部分样品的w（TiO₂）为1%左右，YS-28中则稍低（0.68%）。样品YS-24b在镜下所见磁铁矿含量较多，因此化学成分中w（Fe₂O₃）也较高，可达6.32%,w（TiO₂）也高达2.48%，换算的标准矿物中存在钛磁铁矿，这个样品中的磁铁矿也较其它样品高出一倍以上。w（MgO）为4.22%～9.52%，大部分介于6%与7%之间。w（Na₂O）比较稳定，一般为2.46%～3.27%，绝大部分小于3%。w（K₂O）最大的仅为0.62%，一般介于0.39%与0.59%之间，属于低钾类型，也可能与亏损有关。w（K₂O/Na₂O）＝0.15～0.25。w（CaO/Al₂O₃）＝0.66～0.88，比世界其它地区太古宙同类岩石偏高。在AFM图上，它们都落于拉斑玄武岩区，但多数样品接近钙碱性岩界线。

六个样品中，YS-24b的w（∑REE）最高（89.76×10^-6），可能与伴生较多的钛磁铁矿有关；其余样品则较低，为27.55×10^-6～44.96×10^-6。用益田（A.Masuda）值标准化的稀土模式有两类，一为平坦型（YS-24a,YS-25,YS-26,YS-27,YS-28），另一为轻稀土富集型（YS-24b）。部分样品（YS-25a,YS-28）略显Eu异常，大部分样品Eu异常不明显。在w（La/Yb）—w（La）的相关图中，它们落在*拉斑玄武岩与钙碱性玄武岩的过渡区，与在A-F-M图上显示的情况基本一致。w（Rb）为7×10^-6～12×10^-6，与Jahn等统计的太古宙玄武岩的w（Rb）（平均值为6×10^-6～9×10^-6）基本一致。部分岩石的w（Rb/Sr）值为0.06～0.07,w（Sr/Ba）值为3.7,w（Cr/Ni）值为1.6～2。

四、Sm-Nd同位素年龄测定方法和测定结果

Sm-Nd同位素年龄在原地质矿产部同位素年代开放研究实验室测定。样品粉碎至200目，称取一定重量用HF+HNO₃溶解。溶液分成两部分，一份加稀释剂用于w（Sm）,w（Nd）的测定，另一份用于w（¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd）的测定。用AG50W×8（H⁺）阳离子交换柱和HDEHP交换柱分离纯净Sm和Nd。同位素测定采用MAT-261固体同位素质谱计，双（Re）带，M⁺离子形式，多法拉第接收器接收。质量分馏用w（146Nd/¹⁴⁴Nd）＝0.7219改正。用J.M Nd₂O₃标定的w（¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd）＝0.511125±8（2σ），w（Sm/Nd）值测定精度达0.1%。Sm,Nd流程空白近似5×10^-11g。年龄用York（1969）回归分析法计算，ε_Nd（t）值误差用Fletcher和Rosman（1982）方法计算。测定的结果见表6-1。由六个全岩样品根据表6-1计算出的Sm-Nd等时线年龄为2997±78Ma（见图6-1），w（¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd）的初始值为0.510894±9（2σ），ε_Nd（t）＝+3.8±0.3。

表6-1　变基性岩Sm-Nd同位素年龄数据

注：表中w（¹⁴⁷Sm/¹⁴⁴Nd）和w（¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd）个别重行计算结果与沈其韩等（1992,1993）数据稍有出入。

图6-1　山东沂水变基性岩Sm-Nd同位素等时线年龄图

五、讨论

1.本区用于Sm-Nd定年的样品，按岩性分为透辉斜长角闪岩（一个）和二辉斜长角闪岩（5个）两类，每类岩石由于矿物含量有一定的变化，故其岩石化学和稀土特征也有一些差异。这种差异是由原始岩浆分异造成的，后来的变质作用未产生明显的影响。这些岩石多位于AFM图的钙碱性玄武岩和拉斑玄武岩过渡的拉斑玄武岩区。样品的w（¹⁴⁷Sm/¹⁴⁴Nd）值比较均一，表明原岩的原始岩浆是比较均一的，适于Sm-Nd全岩等时线年龄的测定。

2.如前所述，沂水幅羊圈地区的黑云二辉斜长片麻岩曾做过两种方法的定年，一是山东第八地质队用全岩Rb-Sr等时线测得年龄为2760Ma，二是徐惠芬曾采取羊圈东300m处的同类岩石，利用其中的单颗粒锆石做了U-Pb蒸发法定年，获得最大年龄值为2761Ma，最小年龄值为2572Ma。同一地区侵位于这套岩石中的紫苏花岗岩类的锆石U-Pb一致线年龄为2770Ma和2706Ma。Rb-Sr年龄一般属变质年龄，因此2760Ma和2770Ma应代表黑云二辉斜长片麻岩和紫苏花岗岩类的变质年龄。而作为黑云二辉片麻岩和二辉斜长麻粒岩的形成年龄显然应大于2770Ma。笔者等曾在果房村—东院公路之南采石场采得黑云二辉花岗闪长岩（YS9573），从中选取紫红色锆石，其三组晶体用蒸发法测定的年龄十分一致，均为2531Ma。另一种锆石特征与上述锆石相近，但测得的年龄为2910Ma，推断为表壳岩中的残余锆石。这个数值与本次获得的变基性岩的Sm-Nd等时线年龄（2997Ma）十分相近，由此可推知2997Ma这一年龄值应代表本区表壳岩的形成时代，相当于中太古代。中国地质大学（北京）顾德林等（1997）在沂水北进行1∶5万高桥幅地质填图时，在图幅南部胡家庄村附近采取了二辉斜长角闪岩、紫苏斜长角闪岩等六个样品进行Sm-Nd全岩同位素等时线定年，获得了2986±136Ma的数据。该数据与笔者在林家官庄所采标本测得的数据完全一致；进一步证明，本区表壳岩确属中太古代，并填补了山东缺少这一时代岩石记录的空白。它与晚太古代紫苏花岗质岩石共同组成汞丹山地块，是山东目前已知的最古老地体之一。

3.由于山东中、东部中太古代表壳岩系的相继发现，使以往中太古代岩系仅限于华北陆台北缘的认识得到更新，为华北陆台古老地层的分布和古老构造格局的探索提供了新的思路。

4.本区中太古代表壳岩被晚太古代（2700～2500Ma）的紫苏花岗闪长岩和紫苏花岗岩系列所侵入，花岗质岩石中常见有许多麻粒岩相岩石（例如黑云二辉斜长片麻岩、二辉斜长麻粒岩等）呈捕虏体出现，而这些花岗质岩石已经受到麻粒岩相变质改造，但这些表壳岩的变质特征与花岗质岩石的变质特点并不一致。由此可见，在花岗质杂岩侵入之前，已存在一次更早的麻粒岩相变质；而表壳岩的形成年龄如前述为2997Ma，即为3000Ma，其变质作用的发生应在此年龄之后。至于表壳岩的Rb-Sr年龄为2776Ma，似为变质年龄的上限，它又与紫苏花岗岩的锆石U-Pb年龄2770Ma相近；因此第一期的麻粒岩相的变质作用时间应早于2770Ma，至少在2800Ma以前。前面曾提到花岗质岩石中的继承性残余锆石的蒸发年龄为2910Ma，由此推知第一期的麻粒岩相变质作用发生的时间大致为2900～2800Ma，也许2900Ma是早期麻粒岩相变质作用的主要时期。

5.用于Sm-Nd同位素等时线定年的岩石均为遭受麻粒岩相变质的基性岩石，相当于拉斑玄武岩成分，大离子亲石元素的含量十分相近，它们的稀土元素分布模式具有平坦型和轻稀土富集两种。岩石的ε_Nd（t）值为3.8±0.3，说明物源来自亏损地幔。但值得注意的是六个样品中只有两个样品的t_DM值接近2997Ma（2942Ma和2968Ma），其它四个样品则均小于2900Ma，与一般情况下t_DM值应大于或等于等时线年龄存在矛盾。模式年龄大小与很多因素有关，这包括物质源区的假设，岩石组成物质由源区分异的时间、计算方法，实验分析误差等以及样品稀土分馏的程度。如果样品w（¹⁴⁷Sm/¹⁴⁴Nd）值接近假设亏损地幔源区的该值时，小的分析误差将使误差无限放大。本区样品t_DM值偏小的原因尚待进一步深入研究，但目前的状况并不影响Sm-Nd同位素年龄的测试精度。