辽东半岛花岗岩锆石u-pb年代学测定

辽东半岛花岗岩锆石u-pb年代学测定

辽东半岛是中国东部中生代花岗岩岩相对发达的地区（图1），面积约2.1万公里。1区域地质及构造背景辽东半岛位于华北地台的东北部,其早前寒武系可划分为北部鞍山-抚顺太古宙杂岩(简称辽北地块)、南部金州地区太古宙杂岩(辽南地块)和位于其间的辽河群与辽吉花岗岩(辽吉古元古代造山带)(图1a)。其中金州太古宙杂岩向东可能与朝鲜的狼林地块连为一体,而辽河群及辽吉花岗岩向东经宽甸延入吉林省通化、白山地区,继而延入朝鲜北部,是我国,也是世界上少有的保存较完整的古元古代造山带之一。北部鞍山—抚顺太古宙杂岩以TTG岩系为主,并出现以3.8Ga为特征的古老地壳组分大约在1.90～1.85Ga期间,辽南与辽北地块碰撞拼合(但进入中生代后,本区发生了强烈的岩浆活动,形成了大面积的花岗岩及相伴生的火山岩。根据区域地质调查总结(除上述具明显侵位特点的岩体外,辽东半岛还存在大量原划为前震旦纪的混合岩,部分学者将其归入早前寒武纪,或作为辽吉花岗岩的一部分。但本文介绍的资料将显示,它们实际上也是中生代形成的花岗岩体。2岩体的u-pb同位素分析方法自从20世纪50年代开展区域地质调查工作以来,关于该区花岗岩类型、组合、时代及成因方面有大量的研究成果,其中突出体现在1989年辽宁省地质矿产局出版的《辽宁省区域地质志》。根据这一总结,辽东半岛的中生代花岗岩除一些小规模的岩体外,绝大多数岩体形成于三叠纪(印支期)。这一论断主要是通过K-Ar年代学数据确定的,部分岩体还有Rb-Sr或U-Pb年代学资料的支持。由于多种因素的影响,作者在工作的初期基本相信这一划分方案。但随着工作的进展,发现部分岩体的年代有误,即所获得的年代学数据与以前的数据有很大的出入。尽管对这种分歧的原因不甚明了,但对于具体的岩体而言,作者无法判定根据以前数据确定的时代是否正确。因此,决定对该区的重要岩体进行系统的年代学确定。为避免新一轮年代学工作造成的新的混乱,我们决定对部分岩体的不同岩石类型进行系统定年,并对同一岩石标本,运用多种方法定年,以消除部分学者对新的年代学数据的疑虑。在这一思路支配下,显然需要考虑能够准确确定岩体形成时代的同位素定年方法,锆石U-Pb体系由于具有较高的封闭温度成为研究工作的首选。就显生宙锆石而言,其U-Pb同位素分析目前可通过离子探针(如SHRIMP)、热电离质谱(TIMS)和激光等离子体质谱(LA-ICPMS)3种方法实现。因此,作者与澳大利亚学者S.A.Wilde教授和张小鸥博士合作,运用SHRIMP方法对本区岩体进行工作,其全部原始数据参见张小鸥博士论文在实际工作中,作者特别注意运用了近几年才发展起来的锆石激光剥蚀等离子体分析技术(LA-ICPMS),采用微区原位单点定年。尽管该方法目前对显生宙锆石定年还存在一定的局限性(3辽东半岛新生代花岗质岩浆作用的初步年代学到目前为止,已获得60余个样品的锆石U-Pb年龄结果。虽然更多、更详细的年代学测定与研究仍在进行当中,但已获得的数据已能够大体勾画出辽东半岛中生代花岗质岩浆作用的初步年代学格架。由于这些年代学结果大多已经发表(3.1岩石形成时代尽管以前认为该区的花岗质岩石主要形成于三叠纪,但所提供的年代学资料是有限的,也未被年代学数据所证实。比较可信的是出露在半岛北部的赛马—柏林川碱性正长岩,它的出露面积约280km区内三叠纪岩浆岩出露的第二个地点是在岫岩地区。北部变形的老尖顶子闪长岩的锆石年龄为220±1Ma(FW01-94),双牙山似斑状二长花岗岩的锆石年龄为224±1Ma(FW01-92)。在岫岩县城附近,佟家堡子闪长岩的锆石年龄为214±2Ma(FW02-63)。该闪长岩实际上是岫岩岩体中与花岗岩呈岩浆混合特征的镁铁质端元。在岫岩县城以西,对这种具有明显岩浆混合特征的岩石进行了系统定年,所获得的花岗岩的锆石年龄分别为213±1Ma(FW01-75,似斑状花岗岩)、214±2Ma(FW04-324,似斑状二长花岗岩)和214±1Ma(FW04-325,细粒二长花岗岩),其闪长质包体的锆石年龄为212±1Ma(FW04-326),两者完全一致。这些年龄也与辽东半岛以东通化地区的若干岩体形成时代相同(另一个三叠纪花岗质岩石发育地点是大连—旅顺地区。金洲大和尚山辉绿岩的锆石年龄为212±2Ma(03JH011,3.2辽辽纪地层本次工作鉴定出大量侏罗纪岩体。首先是位于辽东半岛南部的小黑山岩体,其主要岩性为石英闪长岩、英云闪长岩和花岗闪长岩,曾被当作太古宙TTG处理(特别值得指出的是,详细的年代学资料显示,辽东地区以前曾划分的大量前寒武纪或震旦纪混合岩(3.3与饮马湾山及麻黄地层的关系该期侵入体岩石类型繁多,既包括较基性的辉长岩、辉绿岩、闪长岩,也有较偏酸性的花岗岩甚至碱性花岗岩,它们常呈大规模的岩体出现,如饮马湾山岩体、古道岭岩体、德兴街岩体和五龙背岩体等。新的年代学数据显示,它们均形成于早白垩世(表1)。饮马湾山岩体位于辽东半岛东南部,侵位于辽南变质核杂岩之中。岩体主要由3种岩石组成,由外向里分别是片麻状花岗岩、斑状花岗岩和中细粒二长花岗岩类。其中片麻状花岗岩类主要岩石类型为石英二长闪长岩和花岗闪长岩,具有明显的片麻理构造,部分岩石具有明显的变形组构,其片麻理方向与变质核杂岩中拆离断层方向一致。似斑状花岗岩仅显示微弱片麻理,而细粒二长花岗岩则为明显的块状构造,从而表明该岩体为同伸展变形就位产物。U-Pb同位素测定显示,该岩体边部片麻状岩石的锆石年龄为122±2Ma(SK11-1,LA-ICPMS法,TIMS年龄为125±2Ma),而内部细粒二长花岗岩的锆石年龄为123±4Ma(SK11-4,LA-ICPMS法,TIMS年龄为120±4Ma)或122±6Ma(FW02-39)。上述资料表明,饮马湾山岩体形成于120～125Ma的早白垩世,而不是以前认为的三叠纪,且不同岩相岩石具有大体一致的年龄。在该岩体的南侧,赵屯岩体(饮马湾山岩体北侧的万家岭、庙岭和古道岭组成一个大的复式岩基。其中万家岭和古道岭被认为形成于印支期,庙岭岩体形成于古元古代。它们的岩石组合特征与饮马湾岩体类似,不同之处在于该岩体发育典型的岩浆混合现象。地球化学研究显示,该岩体是由多种组分经复杂的成岩过程而形成的(与饮马湾山和古道岭岩石组合基本相同的岩体还有德兴街(包括石庙山和大房身闪长岩)和五龙背岩体,所获得的年龄有127±2Ma(FW01-65,LA-ICPMS年龄,TIMS年龄为128±3Ma,德兴街岩体)、120±2Ma(FW01-67,石庙山岩体)、124±3Ma(FW04-319,大房身岩体)、125±3Ma(FW01-127,五龙背岩体)、126±1Ma(FW01-109,五龙背岩体)。丹东附近的三股流岩体由于可能与五龙金矿关系密切,其研究积累较多(区内酸性程度较高的岩体有丁歧山、凤凰山、千山和四平街。其中前两者为高分异花岗岩,所获得的年龄为121±1Ma(FW01-110)和130±2Ma(FW01-108);后两者为A型花岗岩,获得的年龄为127±2Ma(FW01-162)和130±1Ma(FW01-139)。区内含橄榄辉石岩包体的朝阳二长岩和石英二长岩的年龄为127±1Ma(FW02-70)和128±2Ma(FW02-79)。从上述年代学数据和讨论可以看出,以前确定的该区中生代花岗质岩浆作用的年代学格架明显偏老。但并非所有岩体都是如此,如岫岩东部的卧龙泉岩体,该岩体以前被划为印支期,但作者获得的锆石U-Pb年龄却为1848±10Ma(但是,目前已有部分研究者在不同场合向作者表示出对上述年代学格架的疑虑,认为我们得出的结论与地质事实有较大的出入,如在辽南金洲地区,呈近南北向展布的小黑山和饮马湾山等一系列岩体均被后期的韧性变形所改造(4岩石成因的地球动力学模型大量的年代学数据显示,辽东地区中生代花岗质岩浆作用明显可分为几个不同的时期,但如何理解这些岩石形成的地球动力学机制显然是本文必须要回答的问题。由于篇幅所限,不可能在此讨论上述岩石的详细地质与地球化学特点,进而分析它们的成因,但对比该区与华北其它地域岩浆作用的年代学格架(图3,4),显然对回答这一问题有很大的帮助。4.1中生代岩浆作用时代燕山—辽西(简称燕辽)是华北地台中生代岩浆作用极为发育的另一个重要地域,也是我国中生代地质研究较为详细的地区,特别是近年来辽西地区一系列珍奇化石的发现与研究极大地推动了该区中生代岩浆作用年代学格架研究的进展。但是,燕辽地区的中生代岩浆作用的年代学格架也显示出与辽东地区存在一些差别。第一,对这些资料进行综合分析发现,该区东部的冀东与辽西地区出现大量三叠纪—侏罗纪的岩体,而西部的燕山地区则主要发育早白垩世岩体,显示自东向西岩浆作用时代变新的趋势。第二,该区在140～150Ma的晚侏罗世期间,形成有云蒙山和北岔沟门等一系列岩体(4.2花岗质岩石的高精度年代学太行山是华北内部中生代岩浆作用极为重要的地域,所发育的岩石类型各异,既有镁铁质的辉长岩、辉绿岩(包括闪长岩),也有规模不等的花岗岩,同时出现较多偏碱性的正长岩和过碱性的霞石正长岩,但目前发表的该区中生代花岗质岩石的高精度年代学数据并不多见。4.3地表面质量鲁西(包括徐淮)地区中生代花岗质岩浆作用相对较弱,所形成的岩体规模也相对较小,且主要岩石类型以闪长岩、辉长岩和正长岩为主,部分岩体中还含有地幔橄榄岩包体(4.4荣城推动了晚代学的形成机制和岩石学特征胶东地区属于华北—扬子的过渡部位,但中生代花岗岩形成时,两块体已完成拼合。该区的中生代花岗岩以北部的玲珑—郭家岭为代表,南部胶南地区的花岗岩主要分布在五莲、日照和青岛等地区。目前已有的年代学资料显示,荣城甲子山岩体形成于三叠纪(从上述有限年代学资料分析可以看出,华北内部不同地区中生代花岗质岩石的年代学格架大致可以对比。其中三叠纪岩石出现在燕辽东部、辽东和胶东地区;侏罗纪岩石的出露范围与三叠纪岩石基本相当,有向西进一步扩展的趋势,但在太行山还未发现有此期岩体;早白垩世岩体遍布全区,但东西部地区的岩石类型存在系统差别,主要表现为东部以花岗岩为主,而西部出现较多的镁铁质和碱性岩石,反映两者形成机制上的差别。由于篇幅所限,本文不再从更大的空间范围来讨论上述年代学格架是否具有普遍意义。同时,关于不同时期花岗质岩石形成机制和所反映的地球动力学背景,也容后再述。5建立中国东部中生代地质研究的任重而道远运用锆石U-Pb同位素方法,对辽东地区的中生代花岗质岩石进行了大量年代测定,所获得的年代学数据非常令人振奋,因为它在很大程度上修改了前人关于该区岩浆活动时代的认识。但同时也必须指出,根据作者在东北地区工作的