辽南庄河斜哨岩体LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄及岩石地球化学特征

刘文彬

(辽宁省地质矿产调查院，沈阳 110031)

0 引言

研究区位于华北克拉通北缘东段，胶辽吉活动带内(赵国春, 2009)，关于其构造环境、岩体年代学等问题，存在很多争论[1-2]，本次工作在详细分析前人资料的前提下，通过1∶5万区域地质填图的野外实际观察，对出露于研究区斜哨一带的斜哨岩体进行了深入研究。斜哨岩体最早由辽宁区调队(1992)在榜式堡等4幅1∶5万区调中建立，认为其时代为三叠纪①。1∶25万营口市幅区调(2001)中认为控制其就位的构造应力场为中三叠世自东向西的水平剪切滑脱应力，且侵入其中的卧龙泉岩体时限为晚三叠世早期，因此将该单元限定于中三叠世②。该岩体缺乏高精度测年资料，且年代学资料的不准确，直接影响了该岩体甚至该研究区在中生代所处的构造意义。如果其为中三叠世岩体，则其应受印支期构造旋回影响；而如果为晚三叠世以后则应受燕山期构造旋回影响，相应的其构造意义也会发生改变。因此，本次对斜哨岩体岩石学、地球化学和年代学进行研究，旨在确定岩体的准确年代、分布范围，并结合区域地质资料建立岩浆演化序列，探讨岩石成因和构造环境等。

1 地质背景

工作区位于华北陆块北缘东段，出露地层主要为古元古代辽河岩群，其上由中元古代的榆树砬子组构成似盖层，似盖层之上由新元古界永宁组的浅变质和未变质沉积岩系构成盖层。区域应力场强烈的拉伸应变和收缩作用，导致不同地质体中产生多级组合的韧性-韧-脆性剪切滑脱变形、褶皱变形，并最终导致脆性断裂系统的形成，同时伴生频繁的三叠纪及白垩纪岩浆侵入活动。斜哨岩体出露面积约23.13 km2，呈不规则团块状岩株或岩瘤产出，空间上侵入中元古代榆树砬子组、新元古代永宁组和晚三叠世似斑状黑云母二长花岗岩、中粒黑云母二长花岗岩，被早白垩世中细粒黑云母二长花岗岩侵入。

2 样品采集和测试方法

(1)样品采集及岩石特征

本次共采集4件岩石地球化学样品和1件测年样品(RZ35)，岩性均为中细粒石英闪长岩，岩石新鲜，蚀变微弱，具有代表性。4件岩石地球化学样品分别采自岩体不同部位(图1)，测年样品(RZ35)采自斜哨岩体中心(图1)，地理坐标为N40°7′31″、E122°55′58″。

图1 研究区地质略图Fig.1 Geological sketch of the study area1.古元古代盖县岩组片岩；2.中元古代榆树砬子岩组；3.新元古代永宁组；4.早白垩系小岭组；5.古元古代似斑状黑云母二长花岗岩(卧龙泉岩体)；6.古元古代角闪正长岩(梁屯岩体)；7.晚三叠世似斑状黑云母二长花岗岩(前豹沟岩体)；8.晚三叠世中粒黑云母二长花岗岩(东屯岩体)；9.晚三叠世中细粒似斑状黑云母二长花岗岩(同顺屯岩体)；10.晚三叠世中粗粒二长花岗岩(庙岭岩体)；11.早白垩世中细粒石英闪长岩(斜哨岩体)；12.早白垩世中细粒花岗闪长岩(步云山岩体)；13.早白垩世花岗闪长斑岩(同江峪岩体)；14.早白垩世中细粒黑云母二长花岗岩(龙潭沟岩体)；15.测年样采样位置；16.地球化学样品采样位置

中细粒石英闪长岩呈灰白色，中细粒半自形粒状结构，块状构造(图2)。岩石主要由斜长石、石英、黑云母、角闪石组成。斜长石呈半自形板状，粒度0.4～2 mm，少部分为2～2.8 mm，其含量60%±，斜长石多表面较干净，局部轻微绢云母化，有时可见环带构造，偶见钾长石呈填隙状分布于斜长石粒间。石英呈它形粒状，粒度一般0.2～2 mm，含量10%±，单晶或集合体填隙状分布于斜长石粒间。黑云母呈鳞片状、叶片状，粒度一般0.2～2 mm，含量15%。角闪石呈半自形柱粒状，粒度一般0.2～2 mm，少部分黑云母粒度2～4.5 mm，含量15%，杂乱或集合体聚集似堆状分布。副矿物主要为锆石、磷灰石、磁铁矿等。

(2)测试方法

地球化学样品测试分析由国土资源部沈阳矿产资源监督检测中心完成，单矿物的分选由河北省廊坊区域地质调查研究院地质实验室完成，锆石样品靶制备和阴极发光图像的拍摄由南京宏创地质勘查技术服务公司完成，LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素测试分析在北京燕都中实测试技术公司完成[3]。

激光剥蚀系统为New Wave UP213，ICP-MS为布鲁克M90。激光剥蚀过程中采用氦气作载气、氩气为补偿气以调节灵敏度，二者在进入ICP之前通过一个匀化混合器混合。每个样品点分辨包括大约20～30 s的空白信号和50 s的样品信号。U-Pb同位素定年中采用锆石标准91500和Plesovice作为外标进行同位素分馏校正, 对分析数据的离线处理(包括对样品和空白信号的选择、仪器灵敏度漂移校正、元素含量及U-Th-Pb同位素比值和年龄计算)采用软件ICPMSDataCal完成[4-5]。

图2 斜哨中细粒石英闪长岩照片Fig.2 Micro-photo of medium-fine grained quartz diorite in Xieshao intrusive bodya.野外岩貌；b.显微照片

图3 RZ35样品锆石阴极发光(CL)图像及LA-ICP-MS测点位置Fig.3 Zircon CL image and U-Pb measuring pints at sample RZ35

RZ35样品锆石透明，呈黄粉色、金刚光泽，个别可见固相包体，粒径0.08～0.30 mm为主、少数0.30～0.80 mm，长宽比多为2～4.5，自形半自形断柱状 柱状、棱角块状，可见凹坑沟槽等溶蚀痕迹，常见锥柱不对称的歪晶，部分可见铁染，颜色单一，晶群集中，改造程度相近，为同源产物(图3)。

本次工作测试的是锆石边部，代表后期岩浆作用的产物，并没有选择对锆石核部处进行测定，因为核部个别会存在早期岩浆锆石残留，可能会对分析结果造成一定的影响[6]。

3 样品测试结果

3.1 岩石地球化学特征

斜哨中细粒石英闪长岩共分析4件地球化学样品，分析结果见表1。w(SiO2)=52.3%～58.1%，w(Na2O+K2O)=4.3%～5.6%，w(Na2O)/w(K2O)=1.1～1.7。里特曼指数σ平均值为1.75，属钙碱系列，铝饱和指数A/CNK平均值为0.84，A/NK平均值为2.24，反映出其属准铝类型岩石；在w(SiO2)—w(K2O)图解(图4)中落于高钾钙碱性系列。

图4 斜哨中细粒石英闪长岩w(SiO2)—w(K2O)图解Fig.4 w(SiO2)-w(K2O) diagram of Xieshao intrusive body

斜哨中细粒石英闪长岩富集大离子亲石元素K、Rb、Ba、Th、U，亏损高场强元素P(图5)。与陆壳元素丰度(黎彤, 1962)相比，岩石Ba、Ce、Hf、Sr含量较高，其余元素较低。w(Rb)/w(Sr)=0.07，低于地壳值高于上地幔值。w(Nb)/w(Ta)=18.78，介于陆壳与洋壳值之间。w(Ba)/w(Sr)=0.69，w(K)/w(Rb)=266.74，表明其岩浆来源可能为上地幔与下地壳。

表1 斜哨中细粒石英闪长岩常量元素、微量元素、稀土元素分析结果Table 1 Analysis of major, trace elements and REE of the medium-fine grained quartz diorite

图5 斜哨中细粒石英闪长岩微量元素球粒陨石标准化蛛网图解Fig.5 Chondrite-normalized spider diagram of trace elements of the medium-fine grained quartz diorite

图6 斜哨中细粒石英闪长岩稀土元素球粒陨石标准化分布型式图Fig.6 REE pattern of the medium-grained quartz diorite

岩石平均w(ΣREE)=151.01×10-6，w(LREE)/w(HREE)=11.7，w(La)N/w(Yb)N=15.64，表明其轻稀土相对较富集，重稀土相对亏损。w(La)N/w(Sm)N=4.88，w(Gd)N/w(Yb)N=2.05，说明其轻稀土分馏较强，而重稀土分馏较弱。δEu=0.95，说明其成因可能与板块运动相关，岩浆来源可能为下地壳或太古宙沉积岩的部分熔融。w(Sm)/w(Nd)=0.17，也显示出中细粒石英闪长岩具有壳源性质。稀土元素球粒陨石标准化配分模式曲线呈右倾(图6)，铕异常不明显，为具不明显铕异常的轻稀土富重稀土亏损集型[7]。

3.2 年代学特征

岩石样品20颗锆石测试结果如表2所述。锆石w(U)=119×10-6～622×10-6,w(Th)=148×10-6～1345×10-6，w(Th)/w(U)值为0.96～2.22。

表2 RZ35锆石LA-ICP-MS U-Th-Pb同位素分析结果Table 2 Zircon LA-ICP-MS U-Th-Pb isotopic analysis of the medium-fine grained quartz diorite

图7 RZ35样品锆石U-Pb谐和图Fig.7 Zircon U-Pb concordia of sample RZ35

图7a为样品的锆石U-Pb谐和图，20个测试点数据均落在U-Pb一致线上或附近的很小范围内，数据点分布集中。206Pb/238U年龄为126 Ma—128.6 Ma，图7b为样品锆石U-Pb加权平均年龄125.54 Ma±0.39 Ma(MSWD=0.0019,n=20)。上述年龄值，代表斜哨中细粒石英闪长岩的岩浆侵位结晶年龄，为早白垩世。

4 讨论

4.1 岩体形成时代

1∶5万榜式堡等四幅区域地质调查报告①引用辽宁省区域地质志资料进行论述，认为斜哨岩体侵入永宁组，被晚三叠世的花岗岩侵入，因此将其置于中三叠世。

1∶25万营口幅区域地质调查报告②认为斜哨岩体由辽宁区调队(1992)在榜式堡等四幅1∶5万区调中建立，区域上同期同类岩石呈大范围席状产出，控制其就位的构造应力场为中三叠世自东向西的水平剪切滑脱应力，且侵入其中的其他岩体(北阳岩体)时限为晚三叠世早期，因此将该单元限定于中三叠世。

本次工作采集测试斜哨中细粒石英闪长岩的同位素锆石U-Pb年龄为125.54 Ma±0.39 Ma。年龄样品中的锆石颜色单一，晶群集中，改造程度相近，应为同源产物。测试点位均为锆石核部，测试点数据均落在U-Pb一致线上或附近很小范围内，所测得的数据应代表了岩浆侵位结晶的时代。分析结果表明，斜哨中细粒石英闪长岩的形成时代应为早白垩世。

4.2 岩体成因及构造环境

斜哨中细粒石英闪长岩在A/NK—A/CNK图解(图8)中显示其属于准铝质岩石，在FAM图解(图9)中样品主要落于2区附近，所以认为其为活动陆缘科迪勒拉型Ⅰ型花岗岩[8]。这与野外多见有闪长质暗色残留体呈团块状出现在岩石中，大小不同，呈现次棱角状相吻合，结合岩石学特征(岩浆分异程度较低)，也间接证实了斜哨岩体形成位置较深，推断为下地壳加厚与上地幔岩浆部分熔融所成[9-10]。

图8 斜哨中细粒石英闪长岩A/NK—A/CNK图解Fig.8 A/NK-A/CNK diagram of the medium-fine grained diorite

图9 斜哨中细粒石英闪长岩FAM图解Fig.9 FAM diagram of the diorite1.浦路斯、阿曼大洋碱性花岗岩(幔源)；2.Ⅰ型科迪勒拉花岗岩(活动陆缘)；3.Ⅰ型加里东花岗岩(碰撞隆起)；4.澳大利亚二云母堇青石S型花岗岩(壳源同碰撞)；5.澳大利亚东南褶皱带造山后A型花岗岩；6.尼日利亚非造山A型花岗岩

图10 斜哨中细粒石英闪长岩Rb-(Y+Nb)图解Fig.10 Rb-(Y+Nb) diagram of the dioriteVAG.火山弧花岗岩；WPG.板内花岗岩；ORG.洋脊花岗岩；syn-COLG.同碰撞花岗岩

图12 斜哨中细粒石英闪长岩R1-R2图解Fig.12 R1-R2 diagram of the diorite①地幔斜长花岗岩；②破坏性活动板块边缘(板块碰撞前)花岗岩；③板块碰撞后隆起期花岗岩；④晚造山期花岗岩；⑤非造山区A型花岗岩；⑥同碰撞花岗岩；⑦造山期后花岗岩

在(Y+Nb)-Rb(图10)及Yb-Ta(图11)图解中，样品全部落于火山弧花岗岩区。在R1-R2图解上(图12)，样品落入破坏性活动板块边缘(板块碰撞前)花岗岩。这与区域上构造背景相吻合，也就是研究区在早白垩世，受太平洋板块向欧亚板块俯冲，伸展垮塌，岩石圈拆沉导致软流圈上涌[11-15]，最终形成了碰撞前的岩石学上表现为准铝钙碱性的Ⅰ型花岗岩。

5 结论

(1)辽南庄河斜哨中细粒石英闪长岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为125.54 Ma±0.39 Ma，时代归属于早白垩纪。

(2)辽南庄河斜哨中细粒石英闪长岩形成于板块碰撞前，岩浆来源可能为下地壳或太古宙沉积岩的部分熔融。

致谢：野外工作得到沈阳地质调查中心教授级高级工程师李东涛主任、辽宁省地质矿产调查院各位领导的指导；在野外采样、数据处理和论文编写中，得到了辽宁省地质矿产调查院同事的协助。国土资源部沈阳矿产资源监督检测中心、北京燕都中实公司实验测试人员在岩石样品地球化学分析、锆石测年工作中预以帮助，在此一并表示诚挚感谢。

注释：

① 辽宁省地质矿产局. 1∶5万榜式堡等四幅区域地质调查报告, 1992.

② 辽宁省地质矿产局. 1∶25万营口市幅区域地质调查报告, 2001.