内蒙集宁地区孔兹岩系中大理岩的形成时.doc

精品论文内蒙集宁地区孔兹岩系中大理岩的形成时代 浅粒岩中 la-icp-ms 锆石 u-pb 测年5的证据 徐仲元，范志伟，刘正宏，李世超，王挽琼，张超（吉林大学地球科学学院,长春 130061）10摘要：研究区位于华北克拉通西部孔兹岩带东段的集宁一带，区内的孔兹岩系由下部的榴云片麻岩组合和上部的大理岩组合组成。在大理岩组合的底部发现了数层与薄层大理岩互层的浅粒岩，岩相学、锆石特征 和原岩恢复指示该浅粒岩原岩为长石砂岩。对浅粒岩进行 la-icp-ms 锆石 u-pb 测年分析，在 70 个锆石颗粒中获取了 72 组锆石数据，其中碎屑锆石数据中年龄最小的为 2 091 ma，可以代表浅粒岩原岩沉积时代 的下限，19 组集中在 1.8 ga-1.9 ga 的变质锆石 207pb/206pb 表面年龄的加权平均值为 1 85215 ma15（mswd=0.7），该年龄值可以代表浅粒岩原岩沉积时代的上限。因此认为孔兹岩系中大理岩形成于 2 091ma -1 85215 ma 之间的古元古代，并在 1 85215 ma 遭受了区域变质作用。关键词：孔兹岩系；长石砂岩；la-icp-ms 锆石 u-pb；古元古代中图分类号： p597+.320the formation age of marble in the khondalite series injining, inner mongolia evidence of the la-icpms zircon u-pb dating in leuco leptite 25xu zhongyuan, fan zhiwei, liu zhenghong, li shichao, wang wanqiong, zhang chao(college of earth science, jilin university, changchun 130061)abstract:research region locates in the region of jining, eastern section of the khondalite belt in the western block of the north china craton, where the khondalite series are composed of30garnet-biotite gneiss combination in the lower part and marble combination in the upper part. at thebottom of the marble combination, several layers of leuco leptite interbedded with thin marbles are found, and the original rock of this leuco leptite is defined as feldspar sandstone by petrography, zircon characteristics and through restoring the protolithic types. after dating analysis of leuco leptite byla-icpms zircon u-pb, 72 zircon data are obtained from 70 zircon grains, among which the youngest35detrital zircon data is 2 091 ma that can represent the upper limit of leuco leptite formation age; and the weighted average 207pb/206pb apparent age of the 19 metamorphic zircon concentrated between1.8 ga-1.9 ga, which is 1 85215 ma can represent the lower limit of deposition age of the original rock of leuco leptite. therefore, the author finally comes to the conclusion that marbles in thekhondalite series are formed in paleoproterozoic era between 1 85215 ma and 2 091 ma, and40undertook the regional metamorphism in 1 85215 ma.key words: khondalite series; feldspar sandstone; la-icp-ms zircon u-pb; paleoproterozoic基金项目：国家自然科学基金项目(40972135，41272223)，博士点基金(20090061110050) 作者简介：徐仲元（1963-），男，教授，主要从事前寒武纪地质研究 通信联系人：刘正宏（1860-），男，教授，从事构造地质研究. e-mail: - 11 -0引言孔兹岩系的形成时代一直是国内外前寒武系研究中的重大课题之一。近几年随着同位素45测年技术的发展，陆续发表了大量孔兹岩系的同位素年龄，普遍显示其形成于 1.9 ga-2.1 ga 之间的古元古代，并在 1.8 ga-1.9 ga 之间发生了区域变质作用1-8。但是人们在讨论孔兹岩 系形成时代时，主要是通过对其下部富铝片麻岩中的碎屑锆石进行分析，而对孔兹岩系中的 另一重要组成部分大理岩的形成时代讨论较少。本文将通过对大理岩底部与薄层大理岩互层 的浅粒岩（原岩为长石砂岩）进行 la-icp-ms 锆石 u-pb 测年分析，进而讨论孔兹岩系中50大理岩的形成时代。1地质概况研究区位于内蒙东部的集宁地区（图 1 a），华北克拉通西部孔兹岩带的东段（图 1 b）。 区内早前寒武系变质杂岩较为发育，主要有麻粒岩组合、孔兹岩系以及变质深成岩。麻粒岩 组合由麻粒岩和退变质作用形成的斜长角闪片麻岩组成；孔兹岩系由下部的矽线石榴片麻岩55组合和上部的大理岩组合组成；变质深成岩有紫苏花岗岩、变质辉长岩和石榴花岗质片麻岩，图 1 集宁地区早前寒武系的地质简图(a)和集宁地区的区域构造位置图（b）（据 zhao et al. 8）60fig. 1the geologic sketch of the early precambrian in jining area（a）and the regional structural position map ofjining area（b）（after zhao et al. 8）其中紫苏花岗质片麻岩和石榴花岗质片麻岩分别是由麻粒岩和富铝片麻岩经过麻粒岩相变质作用重熔形成9-13。65孔兹岩系中上部的大理岩组合在研究区内的早前寒武纪变质杂岩中所占的比例较高，主 要出露于集宁市和察哈尔右翼中旗附近，整体呈北东向的长条状分布；矿物组成除白云石外, 普遍含蛇纹石化橄榄石、透辉石、金云母等一种或多种富镁硅酸盐矿物；地质上与榴云片麻 岩组合、黑云斜长角闪片麻岩组合、麻粒岩组合等高级变质杂岩相互之间呈构造接触的关系（图 1 a）。702浅粒岩的产出特征对区内大理岩组合测制的剖面（图 2）中，大理岩的上部是由厚层的蛇纹石化橄榄大 理岩、金云透闪大理岩、伊丁石化橄榄大理岩等岩石所组成，底部为薄层大理岩和浅粒岩（原 岩为长石砂岩）的互层。浅粒岩厚度多在 10cm 左右，局部可达到 20cm，对其采取同位素 年龄样品 p40b14-1，地理坐标位置为北纬 1123526，东经 410413（图 1）。75图 2 孔兹岩系中大理岩的剖面图fig. 2 the profile map of marble in the khondalite series80浅粒岩的结构为粒状变晶结构，岩貌上酷似花岗岩（图 3 a），黄白色，主要矿物有微 斜长石+条纹长石+斜长石+石英+少量黑云母，其中长石的体积分数约为 70%，石英的体积 分数小于 30%（图 3 b ）。主量元素中 sio2（74.12%）、al2o3（13.63%）、k2o（5.35%）、 na2o（3.02%）的含量较高，feot（1.48%）、mno（0.012%）、mgo（0.43%）、cao（0.34%）85pl-斜长石，mic-微斜长石，pe-条纹长石，qz-石英图 3 浅粒岩的宏观特征（a）和浅粒岩的显微特征（b）fig. 3 the macro-characteristics of leuco leptite（a）and the microscopic characteristics of leuco leptite（b）90的含量相对较少，稀土总量相对较低（ree=99.1g/g），轻重稀土分离较强（(la/yb)n=22.0），重稀土分离不明显（(gd/yb)n=2.54），略显负 eu 异常（eu= 0.94）。在西蒙南（si（al+fm）- （c+alk ）原岩恢复图解中，样品落入泥质沉积岩中并且靠近火山岩区，同样在al2o3k2o+na2o 原岩恢复的图解中，样品也是落入沉积岩区并且靠近岩浆岩区。综合上95述浅粒岩的产出特征，该浅粒岩原岩应该为长石砂岩。3浅粒岩的年代学特征1001051103.1 分析方法样品的锆石分选工作在河北省廊坊市区域地质调查研究所实验室完成；锆石制靶和阴极 发光(cl)图像的采集在中国地质科学院地质研究所北京离子探针中心进行；锆石 la-icp-ms u-pb 测年是在天津地质调查中心实验室完成。根据锆石的阴极发光、反射光和透射光照片 选择合适的锆石测年区域, 利用 193nm fx 激光器对锆石进行剥蚀，激光斑束直径为 50m， 频率为 10hz，采用 he 作为激光剥蚀物质的载气，送入 neptune（mc-icpms），利用动态 变焦扩大色散使质量数相差很大的 u、pb 同位素可以同时接收,进行 u-pb 同位素测定。使用标准锆石 gj-1 作为同位素组成的外标锆石，用 andersen 的方法14，进行同位素比值校正， 以扣除普通 pb 的影响。锆石测年中 pb 同位素比值、u-pb 表面年龄和微量元素含量用 icpms datacal 程序进行处理，年龄计算及成图采用 isoplot15，测试数据、加权平均年龄的误差均 为。具体测试方法、详细分析步骤见文献16 。由于锆石年龄都比较老(1000ma)采用207pb/206u 年龄值。3.2 年龄测定结果锆石 cl 图像（图 4）显示，该岩石的锆石形态以椭球或柱状为主，个别近等轴状，锆石 颗粒多在 100-150m，个别可达 200m，其类型可分为两种：一种是具有核幔结构，核部锆 石大部分具岩浆环带，根据内部结构及与幔部的关系，核部锆石显示碎屑成因的特点，幔部 为深灰色的变质增生锆石环；二为独立的变质锆石，没有内部结构，浑圆状，整体为深灰- 灰黑色。115120125130135图 4 浅粒岩中典型锆石的 cl 图像及 207pb/206pb 表面年龄标注fig. 4 cl images and 207pb/206pb apparent age annotations of typical zircon in leuco leptite在 70 个锆石颗粒上采集了 72 个锆石数据（表一），锆石数据的协和图（图 5 a）中， 除有 5 个锆石数据偏离协和线外（pb 丢失较为严重），其它数据均落在协和线上，剩余 67 个锆石数据中有 38 个核部残留的碎屑锆石数据和 29 个幔部变质锆石（包括独立的变质锆石） 数据。近九成的核部锆石为残留的岩浆锆石，th/u 比值较大（0.28-1.01），其余的核部锆 石为残留的变质成因锆石，th/u 比值较小（0.07-0.19）。核部锆石的 207pb/206pb 年龄数据 分布极其不均匀（图 5），最大年龄值为 2 45223 ma（图 4 中 1 号锆石），最小年龄值为2 09120 ma（图 4 中 66 号锆石），而最小年龄值可以代表浅粒岩形成时代的下限1。29 个 幔部变质锆石的 th/u 比值大部分均小于 0.1，也说明了其为变质成因锆石。幔部变质锆石 的 207pb/206pb 年龄数据主要集中在 1.85 ga 左右，零散出现几个较大值的变质锆石年龄数据， 可能是一次离子束打击到核部残留锆石，也可能是更早期的变质成因锆石。对集中在 1.8ga-1.9 ga 的 19 个变质锆石 207pb/206pb 加权平均年龄为 1 85215 ma（mswd=0.7），该年 龄值可以代表浅粒岩形成时代的上限。综上所述，该浅粒岩以及大理岩形成于 2 09120 ma-185215 ma 之间的古元古代，并在 1 85215 ma 遭受了区域变质作用，这与已发表的孔兹岩 系形成时代和变质年龄基本一致。图 5 浅粒岩中锆石 u-pb 协和图（a）和浅粒岩中锆石 207pb/206pb 年龄频率分布图（b）fig. 5 concordia diagram of zircon u-pb in leuco leptite（a）and age frequency distribution histogram of zircon207pb/206pb in leuco leptite（b）表 1 浅粒岩样品的锆石 u-pb 同位素 la-icp-ms 分析结果tab. 1analytical results of zircon u-pb isotopic la-icp-ms of leuco leptite samples测点号含量(10-6)th/u同位素比值thu206pb/238u1207pb/235u1p40b14.1123456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536373830236725138314622976518462362643114259704358111524880842711531162243440300995109719568710714542145463437064542433497471381256110175424644245257212011293293271613069167175018722533410681712221934368872456200304197148837129094915193113792065570.82160.65470.64430.14600.01930.02050.36860.32100.30650.37050.05170.14630.08670.28410.07390.39160.48580.18660.06550.10980.06250.55550.01740.10671.00500.05260.09560.83150.31270.77010.44330.36130.06570.06540.12760.03250.82060.37030.45830.004210.07960.14540.46220.004310.08460.13920.43630.00329.03830.11020.41420.00338.01570.09830.33390.00265.50670.06490.33160.00275.15550.06430.41490.00348.11170.11330.40320.00337.52970.11340.42580.00348.45040.13070.39510.00367.11970.10620.33290.00235.13630.07470.25200.00264.32810.05820.38190.00336.65720.08810.42110.00258.40630.10470.39460.00397.09620.09410.41720.00418.10610.10370.40660.00337.59400.08750.33240.00225.24620.06140.41590.00418.07760.10120.34900.00745.68750.08910.35310.00485.57340.07570.42490.00438.45640.11920.33150.00425.21330.07960.38040.00366.74000.10160.45410.00459.86350.14440.32640.00295.03440.07670.33120.00505.22950.08600.44020.00629.14700.17980.37640.00486.87340.14360.43290.00618.97550.21580.42050.00648.26500.22730.27390.00374.05270.12450.33030.00405.07510.17460.35300.00605.74130.19360.33160.00535.05150.15480.33000.00505.12030.14940.43160.00588.81460.25500.39990.00767.51270.2162140续表 1 浅粒岩样品的锆石 u-pb 同位素 la-icp-ms 分析结果continued tab. 1analytical results of zircon u-pb isotopic la-icp-ms of leuco leptite samples测点号含量(10-6)th/u同位素比值thu206pb/238u1207pb/235u1p40b14.139404142434445464748495051525354555657585960616263646566676869707172137151331284522527921241681289891312681120220060330258011086334307144211632370710514353832242041410296679293013322431833834713391922740392148911588717657268353294511172401154541188108022837217450216632835043936224730.09070.36870.80660.05090.12990.04870.05450.19930.07210.14700.06820.45700.73290.16690.14460.43580.97120.05920.04780.02090.03350.26320.12960.30780.19280.57610.42840.28440.17430.61410.34630.50860.79650.14650.35390.00535.85190.15580.41390.00457.88170.18690.41620.00508.14560.18670.33120.00405.13550.11310.40400.00577.61730.15970.33170.00445.16930.10630.33630.00475.15020.10030.30940.00324.86000.09010.41800.00608.07420.14570.23540.00303.78040.06720.33340.00535.32460.09700.43500.00358.76650.13650.45380.00549.70610.15550.33100.00385.24490.08400.38030.00576.66670.11190.42420.00758.52500.14970.38780.00528.02300.27240.33870.00435.26320.09320.33160.00485.21860.09280.33480.00385.35420.08830.33150.00355.14990.07870.37190.00486.38560.09640.42570.00328.53000.11000.41760.00398.28640.10450.44280.00519.26410.12520.45170.00579.75340.12760.44280.00329.40490.11130.39630.00517.07470.17510.40080.00717.48660.11160.45260.00349.62580.11890.44520.00389.42760.12260.41720.00318.15540.13600.44930.00479.51090.13820.35020.00335.76150.0961145150续表 1 浅粒岩样品的锆石 u-pb 同位素 la-icp-ms 分析结果continued tab. 1analytical results of zircon u-pb isotopic la-icp-ms of leuco leptite samples测点号同位素比值年龄（ma）207pb/206pb1206pb/238u1207pb/235u1207pb/206pb1p40b14.112345678910111213141516171819202122232425262728293031323334353637380.15950.00220.15830.00200.15020.00170.14040.00150.11960.00120.11280.00130.14180.00180.13550.00180.14390.00210.13070.00180.11190.00140.12450.00150.12640.00150.14480.00160.13040.00140.14090.00150.13550.00140.11450.00120.14090.00150.11820.00130.11450.00130.14440.00180.11410.00140.12850.00180.15750.00210.11190.00140.11450.00150.15070.00210.13240.00200.15040.00260.14260.00280.10730.00240.11140.00270.11800.00280.11050.00240.11250.00230.14810.00300.13620.0026243222244235245123244923244334243721233417234229234920223418223327223219185715190222195018184615184523184520223718224431224921218418217733217024228718228135227525214719212732210724185313184227183023144915169923202222208518206727204920226614227628228519214421212428210419224822224329223819219918218425217019185012186022187220224222224028223818193041192930192920194926191226187221228323228132228021184623185528186523207820207831207824241424242235242922182116182528183022184428185731187223235133235346235424205926209544213126231933233656235029226334226062225934156021164551175442184022183263182343194933193865192642184629182856180740183828183954184137231331231967232435216941217463218034155续表 1 浅粒岩样品的锆石 u-pb 同位素 la-icp-ms 分析结果continued tab. 1analytical results of zircon u-pb isotopic la-icp-ms of leuco leptite samples测点号同位素比值年龄（ma）207pb/206pb1206pb/238u1207pb/235u1207pb/206pb1p40b14.1394041424344454647484950515253545556575859606162636465666768697071720.11990.00220.13810.00250.14200.00240.11240.00180.13670.00210.11300.00170.11110.00160.11390.00170.14010.00190.11650.00160.11580.00160.14620.00200.15510.00220.11490.00160.12710.00180.14580.00210.15010.00440.11270.00170.11410.00170.11600.00160.11270.00150.12450.00160.14530.00180.14390.00170.15170.00170.15660.00170.15410.00170.12950.00150.13550.00150.15420.00180.15360.00180.14180.00220.15350.00200.11930.00171953291954521955332233242218532203312243272247522251301844221842411839292187312187462186271847241848381849271869261844361817261738181795331863262251322239402228241363181589281903251855291873341893242328192314362302232412292407392403241843211860301878252078312068352059252280402289402297252112282234762347501880241863331844281846271856331866271862211878311895251846191844281843242038272030312022222286172289302292212249212263292275202363272364322366192403302412322419182363172378282391192152282121532091202173382171322170192407182400302393202374202381312386202248172248372249262392252389352385221936181941321946251604讨论和结论周喜文等人6、董春艳等人4在对孔兹岩系西段贺兰山地区富铝片麻岩的年代学研究中 发现：锆石核部（碎屑锆石）均为残留的岩浆锆石，并且年龄主要集中在 2.0ga 左右。董春 艳等人5在孔兹岩系中段大青山地区对壳源碳酸盐的年代学研究中以及吴昌华等人1在孔兹165170175180185190195200205210岩系东段乌拉山-集宁地区对富铝片麻岩的年代学研究中也都发现了这一现象。本文研究的集宁地区的孔兹岩系中，锆石核部大部分均具有岩浆成因的环带结构，th/u 比值较高（0.2）,也说明其为岩浆成因，核部锆石年龄位于 2 45223 ma-2 09120 ma 之间。横贯西部 陆块的孔兹岩带中，孔兹岩系中碎屑锆石均为岩浆成因的这一现象，表明孔兹岩系原岩的源 区曾存在大规模的花岗质岩浆活动，形成的巨量岩体为孔兹岩系沉积提供了充足的物源。xia 等人17认为孔兹岩系的物源区可能是鄂尔多斯陆块，董春艳等人4认为孔兹岩系内 部大量发育的古元古代早期花岗质岩浆岩也可能是孔兹岩系的物源。孔兹岩系中大多数碎屑 锆石都显示了较好的磨圆度，显然是经过了长期的搬运而非就地沉积，以及孔兹岩系中普遍 发育古元古代的碎屑锆石，这与相伴生的太古宙岩石年龄相差甚远，这些现象都表明孔兹岩 系不是由附近太古宙岩石提供碎屑物质的原地沉积，而是古元古代晚期构造作用叠置才与附 近太古宙岩石产在一起的外来构造岩片1,4,18。研究区的大理岩是由厚层的蛇纹石化橄榄大理岩、金云透闪大理岩、伊丁石化橄榄大理 岩等岩石所组成，形成于 2 09120 ma-1 85215 ma 之间的古元古代，并在 1 85215 ma 遭 受了区域变质作用，这与近几年关于孔兹岩系的同位素年龄数据基本一致，同时也进一步说 明了大理岩为孔兹岩系的重要组成部分。参考文献 (references)1 吴昌华，孙敏，李惠民，等. 乌拉山-集宁孔兹岩锆石激光探针等离子质谱（la-icp-ms）年龄-孔兹岩 沉积时限的年代学研究j. 岩石学报，2006，22(11)：2639-2654.wu chang-hua, sun min, li hui-min, et al. la-icp-ms u-pb zircon ages of the khondalites from the wulashan and jining high-grade terrain in northern margin of the north china 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