长江中下游地区怀宁盆地火山岩锆石.doc

精品论文长江中下游地区怀宁盆地火山岩锆石LA-ICPMS 定年史磊，闫峻，李全忠，刘建敏，刘晓强，姜子朝5（合肥工业大学资源与环境工程学院,合肥 230009） 摘要：怀宁盆地为长江中下游地区众多中生代火山岩盆地之一，自下而上发育彭家口组和江镇组火山岩， 岩性分别以安山质凝灰熔岩和玄武粗安岩为主。运用 LA-ICPMS 对彭家口组和江镇组火山岩进行了锆石 U-Pb 定年，获得了 206Pb/204Pb 加权平均谐和年龄分别为 130.0±1.7 Ma（MSWD=0.73）和 130.5±1.7 Ma10（MSWD=0.78），指示怀宁盆地火山岩为早白垩纪的产物，喷发持续时间较短。该年龄和长江中下游地区 其他盆地火山岩的年龄一致，表明长江中下游地区中生代火山岩的喷发时代集中在 135127 Ma 之间，是 在强烈拉张的背景下，岩石圈地幔部分熔融的产物。关键词：火山岩；锆石 U-Pb；定年；怀宁盆地；长江中下游中图分类号：P597+315Zircon LA-ICPMS Dating of the Volcanic Rocks fromHuaining Basin in the Middle and Lower Yangtze ValleySHI Lei, YAN Jun, LI Quanzhong, LIU Jianmin, LIU Xiaoqiang, JIANG Zizhao(School of Resources and Environmental Engineering, Hefei University of Technology, Hefei20230009)Abstract: Huaining basin is one of the many Mesozoic volcanic basins in the Middle and Lower Yangtze Valley, where from the bottom to up the volcanic rocks of Pengjiakou and Jiangzhen formations distributed. The rock types are dominantly andesitic tufflava and basaltic trachyandesit. Zircon LA-ICPMS U-Pb isotopic dating on the volcanic rocks from Pengjiakou and Jiangzhen25formations gives weighted mean 206Pb/204Pb ages of 130.0±1.7 Ma (MSWD=0.73) and 130.5±1.7Ma (MSWD=0.78), respectively. Indicating they erupted in the early Cretaceous and a briefly active duration. The ages of volcanic rocks in Huaining basin are consistent with that of other basindistributed in the Middle and Lower Yangtze Valley, suggesting that erupted ages of the Mesozoic volcanic rocks in the Middle and Lower Yangtze Valley concentrated in a period of 135 to 127 Ma and30the volcanic rocks were derived from partial melting of lithospheric mantle under a intense extended setting.Key words: volcanic rocks; zircon U-Pb; dating; Huaining basin; the Middle and Lower YangtzeValley350引言长江中下游地区中生代发育强烈的岩浆活动，其中包括多个陆相火山盆地，自西向东分 别是金牛、怀宁、庐枞、繁昌、宁芜、溧水和溧阳火山盆地。由于与大型铁矿成因密切相关， 宁芜和庐枞盆地火山岩的研究程度较高，关于年代学和岩石成因取得了大量的研究成果17。 同时，关于金牛、繁昌、溧阳和溧水盆地火山岩也有一定程度的研究710。由于怀宁盆地中40火山岩分布面积较小，且保留不完整，目前尚无有关研究成果的报道。为此，本此工作在详 细的野外地质的基础上，采集了怀宁盆地彭家口组和江镇组火山岩的代表性样品，对其进行 了 LA-ICPMS 锆石 U-Pb 定年，为深部理解长江中下游地区中生代火山岩的形成时代格架和 成因提供支持。基金项目：国家自然科学基金（编号 40972052）；教育部博士点基金（20090111110010）作者简介：史磊（1984-），男，硕士研究生，从事岩浆岩研究通信联系人：闫峻（1966-），男，教授，从事岩浆岩岩石学和地球化学教学和科研工作. E-mail:junyan- 9 -1地质背景45长江中下游地区位于扬子地块北缘，其北以襄樊-广济断裂和郯城-庐江断裂与大别造山 带分开，其东南以江山-绍兴断裂与华夏地块接壤。扬子克拉通建立在稳定的元古界基底之 上，区内最老的变质基底是崆岭群，出露在长江三峡段，其片麻岩锆石 U-Pb SHRIMP 年龄 为 3.3 Ga11。该区构造演化大致经历了三个主要阶段，分别为前震旦纪基底形成阶段、震旦 纪-早三叠世沉积盖层阶段和中三叠世以来的碰撞造山和造山后板内变形阶段12,13，其中最50后阶段以形成大量晚中生代岩浆岩和大规模成矿作用为特征。图 1 长江中下游地区中生代火山岩盆地分布及怀宁盆地盆地地质图。（a）长江中下游地区中生代火山岩 盆地分布图；（b）怀宁盆地地质简图（据 1：25 万地质图改绘）。55Fig. 1 Distribution of the volcanic basins in the Middle-Lower Yangtze River and geological map of the Huaining volcanic basin. (a) Distribution of the volcanic basins in the Middle-Lower Yangtze River. (b) Geological mapof the Huaining volcanic basin.长江中下游地区火山盆地主要沿长江两岸分布。自西向东，分布有金牛火山盆地、怀宁 火山盆地、庐枞火山盆地、繁昌火山盆地、宁芜火山盆地和溧水火山盆地（图 1a）。怀宁60盆地位于长江北岸，安庆以东约 30 km 处，总体呈北东向条带状分布，面积约 25 km2。盆 地内火山岩系厚度 1871445 m，划分为彭家口和江镇两个喷发旋回，其中彭家口组出露面积较大，而江镇组只在其东北端，靠近洪镇岩体附近才有少量出露（图 1b）。彭家口旋回早期以爆发作用为主，形成角砾凝灰岩；中期以爆发、喷溢混合作用为主，形成粗面质凝灰 熔岩；晚期为沉积作用，形成厚度较大的钙质砂泥质岩石（图 2）。江镇旋回发育爆发相和65喷溢相，以喷溢相熔岩为主，岩石组合为粗面玄武岩玄武粗安岩粗面岩（图 2），旋回 末期出现钾长流纹岩，整个江镇组火山岩表现为双峰式特征。图 2 怀宁盆地彭家口组和江镇组火山岩野外相片70Fig.2 Field photos of the volcanic rocks from Pengjiakou and Jiangzhen formations in Huaining basin2样品描述和分析方法2.1样品描述样品分别采自怀宁盆地彭家口组（10JZ001-1）和江镇组（10JZ011）。样品 10JZ001-1紫红色，晶屑凝灰结构，块状构造。晶屑含量约 30%，主要为条纹长石、斜长石和黑云母，75粒度 0.1-2.0 mm，三角形、不规则多边形。另外可见少量火焰状，鸡骨状玻屑。凝灰物质主 要为长石和少量石英（10%），有微弱的碳酸盐化，镜下定名为安山质晶屑凝灰熔岩。样品10JZ011 为灰黑色，斑状结构，块状构造。斑晶含量约为 30%，主要为斜长石和角闪石和少 量的辉石。基质为隐晶质，主要为长石和角闪石组成，有微弱的碳酸盐化，镜下定名为玄武 粗安岩。802.2测年方法用于锆石年代学测试的样品首先经过破碎、浮选和电磁选等方法挑选出单颗粒锆石，然 后在双目显微镜下挑纯。手工挑出晶形完好、透明度和色泽度好的锆石，粘于环氧树脂表面 制靶，抛磨至一半以后进行透射光和反射光照相，据此选择晶体特征良好的样品（避开锆石 包裹体以及锆石内部裂隙），进行阴极发光(CL)拍照（图 3）。最后根据阴极发光图像,，选85择典型的岩浆锆石进行 LA-ICP MS U-Pb 测年分析。9095100图 3 怀宁盆地火山岩锆石阴极发光（CL）图像及测试位置。（10JZ001-1）怀宁盆地彭家口组火山岩锆石 阴极发光（CL）图像及测试位置;（10JZ011）怀宁盆地江镇组火山岩锆石阴极发光（CL）图像及测试位置。Fig.3 CL images of zircons from the volcanic rocks in Huaining basin. (10JZ001-1) CL images of zircons from the volcanic rocks of Pengjiakou formation in Huaining basin, (10JZ011) CL images of zircons from the volcanic rocks of Jiangzhen formation in Huaining basin.阴极发光照相在中科院地质与地球物理研究所扫描电镜实验室进行。锆石激光原位U-Pb 同位素分析在合肥工业大学资源与环境工程学院质谱实验室开展，使用激光-电感耦合 等离子质谱仪（LA-ICPMS）完成，采用激光器为 GEOLAS, 激光剥蚀系统波长 193 nm，工 作参数为：剥蚀物质载 He 为 0.6 L/min，激光脉冲频率 5 Hz，剥蚀孔径 32 µm，剥蚀时间90 s，背景测量时间 25 s，脉冲能量密度为 10 mJ/cm2；测试质谱仪为 Agilent 7500a，工作 参数为：Rf 功率 1300 W，进样深度 5.5 mm，等离子气体 Ar 15 L/min,辅助气体 Ar 1 L/min， 补偿气体 Ar 0.8-0.9L/min。应用 nist610 玻璃作为元素外标，锆石标样 91500 进行同位素分 馏校正，锆石标样 Mud Tank 作为同位素监控样，本实验测定的锆石标样的结果与误差与推 荐值一致。数据处理采用中国地质大学（武汉）开发的 ICPMSDataCal 8.0 软件完成，选取 谐和度>90%的样品点进行数据分析，采用 Isoplot 软件绘制谐和图并计算加权平均年龄。105110115120125图 4 怀宁盆地彭家口组和江镇组火山岩锆石 U-Pb 谐和年龄图。（10JZ001-1）彭家口组）火山岩锆石 U-Pb谐和年龄图；（10JZ011）江镇组火山岩锆石 U-Pb 谐和年龄图。Fig.4 U-Pb isotopic concordant plots for zircons from the volcanic rocks of Pengjiakou formation and Jiangzhen formation in Huaining basin. (10JZ001-1) U-Pb isotopic concordant plots for zircons from the volcanic rocks of Pengjiakou formation, (10JZ011) U-Pb isotopic concordant plots for zircons from the volcanic rocks of Pengjiakou formation.3结果与讨论3.1锆石 U-Pb 定年测试分析结果见表 1，U-Pb 谐和图见图 4。彭家口组样品（10JZ001-1）的锆石均透明， 呈微黄色，短柱状，半自形到自形晶体，长 120 m220 m，宽 100 m200 m，在阴极 发光图像中显示清晰的震荡环带。Th/U 比为 0.92.0，为典型的岩浆锆石。206Pb/238U-207Pb/235U 谐和度>90%的样品点有 17 个，在谐和图上年龄点较为集中，206Pb/238U 加权平均年龄为 130.0±1.7 Ma（图 4）。江镇组样品（10JZ011）的锆石均透明，呈微黄色， 短柱状，半自形到自形晶体，长 100 m210 m，宽 80 m200 m，在阴极发光图像中 大多显示清晰的震荡环带。除了一个测点的 Th/U 比为 0.5，其他测点的 Th/U 比值为 1.12.3， 为典型的岩浆锆石。206Pb/238U-207Pb/235U 谐和度>90%的样品点有 17 个，在谐和图上年龄点 较为集中，206Pb/238U 加权平均年龄为 130.5±1.7 Ma（图 4）。两组火山岩的锆石 U-Pb 年龄 在误差范围内一致，均为早白垩纪时期喷发的产物。虽然两组火山岩在野外有清晰的上下层 位关系，且之间有喷发间断，但由于该间断持续时间可能小于锆石 U-Pb 定年的精度（3%）， 以至于测试结果上无法区别两者的新老关系。表 1 怀宁盆地彭家口组（10JZ001-1）和江镇组（10JZ011）火山岩锆石 LA-ICP-MS U-Pb 年代学分析结果Tab. 1 Data of zircon LA-ICP-MS U-Pb dating for samples of Pengjiakou formation (10JZ001-1) and Jiangzhen formation (10JZ011) in Huaining basin( g/g)( g/g)Ratio1Ratio1Ratio1Age (Ma)1Age (Ma)1226.7226.50.04870.00190.13580.00570.02060.0005129.35.1131.53.5496.1246.00.05090.00200.14490.00620.02070.0006137.45.5132.33.5206.5194.60.04510.00210.12610.00640.02040.0006120.65.7130.43.7441.7348.00.04960.00170.13770.00560.02020.0005131.05.0128.83.4136.8137.10.05040.00250.14400.00750.02090.0006136.66.6133.43.7ThU207Pb/206Pb207Pb/235U206Pb/238U207Pb/235U206Pb/238U点号10JZ011-0110JZ011-0210JZ011-0310JZ011-0410JZ011-0510JZ011-06260.0216.00.04730.00180.13490.00590.02080.0006128.55.3132.53.510JZ011-07232.9202.40.04770.00200.13390.00630.02050.0006127.65.6130.73.510JZ011-08319.0275.70.04790.00220.13150.00640.02010.0005125.45.8128.23.410JZ011-09157.9132.30.04970.00240.13350.00660.01980.0006127.35.9126.13.510JZ011-10455.1325.30.05120.00200.14480.00620.02060.0006137.35.5131.73.510JZ011-11214.1236.80.04930.00210.14210.00630.02100.0006134.95.6134.33.610JZ011-12330.2238.90.05100.00250.14040.00680.02050.0006133.46.1131.03.610JZ011-13191.3122.50.05250.00270.14160.00750.01970.0005134.56.7125.83.310JZ011-141860.01228.40.04900.00140.13360.00430.01990.0005127.43.8127.13.310JZ011-151490.1727.20.05490.00190.14870.00630.01960.0005140.85.5125.13.310JZ011-161610.91233.20.04920.00140.13640.00470.02020.0005129.94.2128.73.310JZ011-171049.01123.50.05050.00140.14610.00510.02110.0006138.54.5134.63.510JZ001-1-011172.7708.40.04730.00140.13150.00420.02020.0005125.43.8129.03.310JZ001-1-02442.6919.90.05170.00170.14740.00550.02060.0006139.64.9131.53.710JZ001-1-031654.0767.40.05260.00170.14670.00490.02030.0006139.04.3129.73.510JZ001-1-042040.91219.50.05040.00160.13600.00440.01960.0005129.54.0125.03.210JZ001-1-05215.8154.70.05330.00300.15230.00870.02060.0006144.07.7131.23.710JZ001-1-061245.9183.60.05440.00340.15050.00910.02040.0007142.48.0130.14.210JZ001-1-07705.6353.10.05180.00190.13950.00540.01960.0005132.64.8125.03.310JZ001-1-08532.4390.20.04780.00170.13350.00500.02040.0005127.24.5130.23.410JZ001-1-09336.3206.20.05060.00320.14010.00880.02040.0006133.17.8130.13.810JZ001-1-10724.8394.60.05100.00210.14240.00590.02030.0006135.25.2129.73.510JZ001-1-11502.9419.90.04890.00210.13730.00580.02040.0006130.65.2130.13.510JZ001-1-12126.4116.20.05550.00300.15210.00780.02040.0006143.86.9130.43.810JZ001-1-13343.8154.20.05210.00240.15100.00700.02120.0006142.86.2135.53.710JZ001-1-14165.797.40.05100.00310.14350.00880.02080.0006136.27.8132.43.710JZ001-1-15920.4405.90.04920.00180.14600.00550.02150.0006138.44.9137.13.610JZ001-1-161305.1594.30.04650.00150.13180.00450.02050.0005125.74.0130.83.410JZ001-1-17486.9259.60.04710.00190.13610.00570.02100.0006129.65.1133.83.51301351401453.2长江中下游地区中生代火山岩年代学格架三十多年的研究积累了许多长江中下游地区火山岩的年龄数据，其中多为早期 K-Ar 法 测得。这些数据指示庐枞盆地火山岩的年龄跨度为 113140 Ma，繁昌盆地火山岩为115125 Ma，而宁芜盆地火山岩为 91136 Ma。由于样品多遭受蚀变易造成 Ar 的丢失， 因此早期 K-Ar 法测定的年龄往往比实际年龄年轻，而产生了较大的年龄范围。近年来发表 了许多火山岩的高精度年代学数据（表 2）。结果表明，金牛盆地火山岩的喷发时代为132128 Ma10,14，庐枞盆地火山岩的喷发时代为 135127 Ma6，繁昌盆地火山岩的喷发 时代为 134129 Ma3,7,8，宁芜盆地火山岩的喷发时代为 135127 Ma13，溧水盆地龙王山 组火山岩的喷发时代 为 129 Ma9。总体上，长江中下游地区中生代火山岩的喷发时代集中 在 135127 Ma 之间，持续时间小于 8 Ma，相比于中国东部其他地区中生代火山岩，本地 区中生代火山活动时间上相对集中。本次测得的怀宁盆地火山岩喷发时代为 130 Ma，和长 江中下游地区其他盆地火山岩的形成时代一致。表 2 长江中下游地区中生代火山岩锆石 U-Pb 年龄Tab. 2 Zircon U-Pb ages of the Mesozoic volcanic rocks from the Middle and Lower Yangtze valley火山盆地层位岩性年龄/Ma定年方法参考文献金牛大寺组玄武岩128±1SHRIMP 锆石 U-Pb10灵乡组安山岩131.5±1.6LA-ICPMS 锆石 U-Pb本研究组未发表数据马家山组安山岩130SHRIMP 锆石 U-Pb14浮山组粗面岩127.1±1.2SHRIMP 锆石 U-Pb6双庙组粗面玄武岩130.5±0.8SHRIMP 锆石 U-Pb6庐枞砖桥组辉石粗安岩134.1±1.6SHRIMP 锆石 U-Pb6龙门院组角闪粗安岩 134.8±1.8 SHRIMP 锆石 U-Pb 6 娘娘山组黝方石响岩 130.6±1.1 LA-ICPMS 锆石 U-Pb 3 娘娘山组黝方石响岩 126.6±1.1 LA-ICPMS 锆石 U-Pb 2 姑山组辉石安山岩129.5±0.8LA-ICPMS 锆石 U-Pb2宁芜大王山组角闪安山岩132.2±1.6LA-ICPMS 锆石 U-Pb2 大王山组玄粗岩 127±3SHRIMP 锆石 U-Pb1 龙王山组玄粗岩 131±4SHRIMP 锆石 U-Pb1 龙王山组角闪安山岩134.8±1.3LA-ICPMS 锆石 U-Pb2 蝌蚪山组流纹岩130.8±2.2LA-ICPMS 锆石 U-Pb7 蝌蚪山组流纹岩130.7±1.1LA-ICPMS 锆石 U-Pb3赤沙组粗安斑岩131.3±1.8LA-ICPMS 锆石 U-Pb7繁昌中分村组流纹岩131.2±1.1LA-ICPMS 锆石 U-Pb8中分村组流纹岩129.1±1.3LA-ICPMS 锆石 U-Pb8中分村组粗安岩134.4±2.9LA-ICPMS 锆石 U-Pb7溧水龙王山祖粗面岩128.7±1.8LA-ICPMS 锆石 U-Pb91501551601653.3地质意义长江中下游地区晚中生代岩浆岩有夹心饼干式的分带13。 其中沿长江分布的内带包含4个岩浆岩组合：高钾钙碱性中酸性侵入岩组合，以铜陵地区侵入岩为代表；高钠碱钙性中 基性侵入岩组合，以宁芜地区的蒋庙辉长岩、阳湖塘辉长岩和姑山辉长岩等为代表；橄榄安 粗岩系火山岩，以宁芜和庐枞盆地的火山岩为代表；碱性火山岩组合，以宁芜地区的娘娘山 组和庐枞盆地的浮山组火山岩为代表。于内带的南北两侧，为碱钙性系列侵入岩，北外带以 滁州岩体和沙溪岩体等为代表，南外带则多是一些出露面积很小的斑岩体，在内带和外带之 间是A型花岗岩带，包括大龙山、城山、黄梅尖和花园巩等岩体。高钾钙碱性中酸性侵入岩 形成时代较早，主要集中在148135 Ma期间4,1517。 其中具有埃达克岩性质的岩体被认为 形成于加厚下地壳的部分熔融4,18，其他岩体在形成中经历了复杂的壳幔相互作用过程，其 中有富集性质岩石圈地幔的贡献 13, 15,19,20。火山岩的形成时代集中在135127 Ma之间。金 牛盆地大寺组火山岩和繁昌盆地蝌蚪山组火山岩具有双峰式特征10,13,21，而板内的双峰式火 山岩主要出现在伸展的构造环境中22）。庐枞盆地浮山组火山岩和宁芜娘娘山组火山岩为 碱性岩13，也指示了其产生的构造背景为伸展拉张23。 这些火山活动持续时间较短，具有 较为一致的喷发时代，暗示了130 Ma前后为拉张的峰期，且可能在深部动力学演化过程中 处于承上启下的特殊时期。Wang et al.4通过年龄为 136±3 Ma 的具有埃达克岩性质的沙溪石英闪长斑岩的地球化 学研究，认为其成因与下地壳拆沉密切相关，长江中下游地区可能经历了地壳加厚、拉张、 下地壳拆沉、岩石圈减薄、软流圈上涌和壳幔相互作用的动力学演化过程。在 148 Ma 之前， 本地区的构造格局由挤压转为伸展，伴随着软流圈上涌而产生的热扰动，加热和减压使下地170175180壳和上地幔发生部分熔融，产成了 148135 Ma 的高钾钙碱性中酸性侵入岩，包括埃达克质岩浆岩。130 Ma 左右时期，下地壳由于埃达克质岩浆的抽取而导致密度增加发生重力拆沉， 软流圈物质快速上涌，地壳和岩石圈地幔由于加热和减压进一步发生部分熔融，同时伴随着 来自软流圈部分熔融的熔体，产生了双峰式火山岩、碱性火山岩和橄榄安粗岩系火山岩。长 江中下游地区中生代岩浆岩的形成受中国东部中生代燕山期地球动力学背景的制约。在早白 垩世时期，太平洋板块开始向欧亚大陆俯冲，大致向西的俯冲导致大体南北向的拉张，扬子-华北岩石圈边界这一薄弱地带的拉张达到了较大的深度，导致了地幔上涌、岩石圈地幔熔 融以及地壳部分熔融，形成了种类丰富的岩浆岩24。4结论（1）怀宁火山岩盆地中彭家口组和江镇组火山岩的锆石 LA-ICPMS U-Pb 年龄分别为130.0±1.7 Ma 和 130.5±1.7 Ma，盆地内火山岩岩浆活动的时限约在 132128 Ma 之间，火山 岩均为早白垩世岩浆活动的产物。（2）怀宁火山岩盆地中生代火山岩与长江中下游地区其它断陷盆地火山岩的喷发时代 基本一致。参考文献 (References)1851901952002052102151 Zhang Q, Jian P, Liu D Y, Wang Y L, Qian Q, Wang Y, Xue H M. 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