江西南部余田群長英質火山巖SHRIMP鋯石U-Pb年齡及其地質意義

冀春雨， 巫建華

(東華理工大學地球科學與測繪工程學院，江西撫州344000)

江西南部余田群長英質火山巖SHRIMP鋯石U-Pb年齡及其地質意義

冀春雨， 巫建華

(東華理工大學地球科學與測繪工程學院，江西撫州344000)

江西南部龍南、菖蒲盆地余田群“流紋巖-玄武巖”雙峰式火山巖酸性端元的Rb-Sr等時線年齡為175～148 Ma，不僅變化幅度較大，而且多與基性端元的Rb-Sr等時線年齡(179～173 Ma)不匹配。筆者采用精度較高的SHIRMP鋯石UPb定年法，獲得菖蒲雙峰式火山巖組合最下部的流紋巖和龍南盆地雙峰式火山巖最上部的英安巖SHIRMP鋯石U-Pb年齡分別為(195.2±2.8)Ma和(191±1.7)Ma，兩者在誤差范圍內基本一致。這不僅說明兩盆地的雙峰式火山巖是同期巖漿活動的產物，而且它們是在噴發間隔很短的時間內形成的。根據國際地層表，菖蒲盆地和龍南盆地雙峰式火山巖的地質時代屬早侏羅世早期。SHRIMP鋯石U-Pb年齡明顯大于全巖Rb-Sr等時線年齡可能是全巖Rb-Sr等時線定年法存在誤差造成的。江西南部雙峰式火山巖195～191 Ma的SHIRMP鋯石年齡，說明江西南部在早侏羅世早期就進入了拉張構造環境;結合雙峰式火山活動之后，長英質火山巖145～130 Ma的SHIRMP鋯石年齡的獲得，說明江西南部在190～145 Ma期間為長達45 Ma的火山活動寧靜期，這個現象難以用太平洋板塊向歐亞板塊俯沖的單一模式進行合理地解釋。

長英質火山巖;SHRIMP;鋯石U-Pb年齡;早侏羅世;江西南部

中國東南部中生代晚期最重要的地質事件是強烈的構造 巖漿活動，形成了以中酸性火山 侵入巖為主體的構造 巖漿巖帶。江西位于該構造 巖漿帶的西部，中生代晚期火山巖系發育，形成了大小不一的十幾個火山盆地，并在空間上構成了北部的峽江 廣豐火山巖帶和南部的三南(龍南、全南、定南)尋烏火山巖帶。無論是峽江 廣豐火山巖帶還是三南 尋烏火山巖帶，火山巖系的巖石地層劃分和地質時代歸屬一直都是地質工作者研究的熱點(張利民，1979，1990;許玩宏等，1994;賴章忠等，1996;巫建華等，1994，1999a，1999b，1999c，2000;巫建華，1996a，1996b，2002;孔興功等，1999，2000;章邦桐等，2002)，并取得了豐碩的成果?，F有研究表明，位于三南 尋烏火山巖帶的龍南、白面石和菖蒲等盆地(圖1)的火山巖系由“流紋巖 玄武巖”構成雙峰式火山巖組合(巫建華等，1999a，1999b，1999c，2000;巫建華，2002;陳培榮等，1999;孔興功等，1999，2000;章邦桐等，2002)，且形成于拉張的構造環境(陳培榮等，1999;孔興功等，1999，2000)。前人對該雙峰式火山巖開展了大量的同位素年代學研究，取得了一批Rb-Sr等時線年齡數據。賴章忠等(1996)測得東坑盆地(龍南盆地北部)玄武巖Rb-Sr等時線年齡為176 Ma、長英質火山巖Rb-Sr等時線年齡為148 Ma，菖蒲盆地玄武巖Rb-Sr等時線年齡為176 Ma;巫建華等(1998a，1998b，1999c)測得東坑盆地長英質火山巖Rb-Sr等時線年齡為(165.97±7.23)Ma，菖蒲盆地長英質火山巖Rb-Sr等時線年齡為(150±17)Ma;陳培榮等(1999)測得東坑盆地玄武巖Rb-Sr等時線年齡為176 Ma;孔興功等(2000)測得白面石盆地玄武巖的Rb-Sr等時線年齡為(173±5.5)Ma，流紋巖的Rb-Sr等時線年齡為(165±2.3)Ma;章邦桐等(2002)測得臨江盆地(龍南盆地南部)玄武巖Rb-Sr等時線年齡為(173.7±2.7)Ma，英安巖Rb-Sr等時線年齡為(174.9±3.9)Ma。這些同位素年齡數據的取得，為三南 尋烏火山巖帶雙峰式火山巖組合的地質時代歸于早侏羅世晚期 中侏羅世(早侏羅世的上限為(199.6±0.6)Ma，早侏羅世與中侏羅世的界限為(175.6±2.0)Ma，中侏羅世與晚侏羅世的界限為(161.2±4.0)Ma，章森桂等(2009)，提供了依據。但是，仔細分析這些同位素年齡數據不難發現，賴章忠等(1996)提供的年齡數據未給出原始分析數據及等時線圖，難以判斷其可信度;巫建華等(1998a，1999c)測得的東坑盆地長英質火山巖的年齡數據與陳培榮等(1999)測得的玄武巖年齡數據不匹配(兩者相差10 Ma);巫建華等(1998b，1999c)測得的菖蒲盆地長英質火山巖的年齡數據誤差較大(±17 Ma)，且與賴章忠等(1996)測得的玄武巖年齡數據不匹配;孔興功等(2000)測得白面石盆地玄武巖年齡數據與流紋巖年齡數據也相差近10 Ma。而且，不同學者在不同盆地獲得的長英質火山巖Rb-Sr等時線年齡變化于175～148 Ma之間，跨度達近30 Ma。為了準確確定該雙峰式火山巖酸性端元的同位素年齡，筆者選擇菖蒲盆地火山巖系最底部的流紋巖和東坑盆地火山巖系最上部的英安巖，采用目前公認較精確的SHRIMP鋯石UPb法進行定年。

圖1江西南部余田群雙峰式火山 沉積盆地分布地質略圖(據章邦桐等，2002年修改)Fig.1 Geological sketch map of the bimodal volcanic-sedimentary basins of Yutian Group in Southern Jiangxi

1 盆地概況及樣品信息

菖蒲盆地位于尋烏縣西南方向約30 km，處于近EW向三南-尋烏斷裂帶的東部，盆地內火山巖系包括上、下兩個不同時期的火山巖系。其中下火山巖系為余田群，包括以沉積巖為主夾少量火山碎屑巖的水頭逕組和由雙峰式火山巖組成的菖蒲組;上火山巖系為版石群，包括下部合水組巨厚層狀礫巖和上部優勝組長英質火山巖 (巫建華等，1998a)。菖蒲組火山巖由互層狀產出的流紋巖和玄武巖組成(圖2)，本次SHIRMP鋯石U-Pb測試的樣品(CP12)為雙峰式火山巖組合最下部的流紋巖，巖石呈灰白色，斑狀結構，斑晶主要由石英(8%～13%)，斜長石(2%)，粒徑0.5～1.5 mm，鉀長石(5%)，具格狀雙晶，粒徑0.5～2.0 mm，基質主要為霏細長英質和玻璃質。

龍南盆地的形成受控于EW向三南-尋烏斷裂帶(南嶺構造帶的一部分)和NNE向龍南 新豐深斷裂帶的影響，呈NNE向展布于信豐小江、龍南南亨之間，長約55 km，寬約10～12 km;由于后期寨背等火山巖體的大面積侵入破壞，使原本統一的盆地被分隔成二個盆地，即北部東坑盆地和南部臨江盆地。盆地形成之初，可能控制盆地的NNE向斷裂，受EW向斷裂的牽制，使盆地略呈“S”形?；鹕綆r盆地基底主要為古生代和少量三疊系地層。盆地內的火山巖系呈NNE—SN向延伸，傾向E—SEE，傾角40°左右，呈單斜狀產出。出露寬度不一，總的趨勢從北向南出露厚度逐漸變大?；鹕綆r系稱為余田群，可分為兩個組，下部為沉積巖夾玄武巖的水頭逕組，上部為菖蒲組(巫建華等，1998b)，巖性為互層狀產出的玄武巖和長英質火山巖。南部臨江盆地火山巖系的底部因后期斷層的影響被白堊系紅層覆蓋而出露不全;北部的東坑盆地火山巖系的底部出露較全，橫穿盆地中部的里仁翰崗剖面，長約6 km;剖面西端火山巖系不整合于石炭系之上，火山巖系下部為礫巖、砂巖夾四層玄武巖，上部為互層狀產出的玄武巖、長英質火山巖，頂部被震旦 寒武系推覆體覆蓋(圖3)。本次SHIRMP鋯石U-Pb測試的樣品(N403)為雙峰式火山巖最上部的英安巖，巖石呈灰紫色，具斑狀結構，斑晶主要為斜長石(7%～10%)，自形板狀，粒徑0.1～2 mm，少見溶蝕港灣，雙晶較發育，常見有鈉長石雙晶、卡納復合雙晶;鉀長石(2%±)，半自形-它形，部分被強烈熔蝕，粒徑0.3～1.5 mm;石英(2%)，它形粒狀，粒徑0.5～1.0 mm;黑云母(2%)片狀，普遍具暗化邊?；|主要為玻璃質(30%)(多已脫玻呈霏細狀)和長英質微晶(50%)(呈細小板條狀定向)組成(劉帥等，2007)。

2 分析方法

菖蒲盆地流紋巖(CP12)和龍南盆地英安巖(N403)均為新鮮的，幾乎沒有蝕變的巖石。通過人工重砂法從新鮮的樣品中分選出鋯石。鋯石按常規浮選和電磁選方法分選，最后在雙目顯微鏡下挑出晶形好、裂紋和包裹體少及透明度較高的鋯石顆粒，將其與數粒RSES參考樣TEM置于環氧樹脂靶上，凝固后磨至近一半并拋光，使鋯石顆粒的內部暴露，然后進行透射光、反射光照相，并用陰極發光(CL)掃描電鏡進行圖像分析(在中國科學院地質及地球物理研究所電子探針研究室完成)以檢查鋯石的內部結構。鋯石U-Pb同位素分析在中國地質科學院地質研究所，離子探針中心SHRIMPⅡ型離子探針上完成，詳細的分析流程和原理參考Williams等(1987)、宋彪等(2002)。分析時采用跳峰掃描，記錄 Zr2O+，204Pb+背景值，206Pb+，207Pb+，208Pb+，U+，Th+，ThO+和UO+9個離子束峰，每7次掃描記錄一次平均值。一次離子為4.5 nA，10 kV的O－2，束斑25～30 μm。質量分辨率約5 000(1%峰高)(簡平等，2003)。應用RSES參考鋯石TEM(417 Ma)進行元素間的分餾校正，Pb/U校正公式采用Pb/U=A*(UO/U)2。在分析過程中，應用置于調試(test)靶上的另一標準鋯石SL13(年齡為572 Ma;w(U)為238×10－6)標定樣品的U，Th和Pb含量(Compston et al.，1992)。數據處理采用LudwigSQUID 1.0及ISOPLOT程序。應用實測204Pb校正鋯石中的普通鉛。因年輕鋯石(＜1 000 Ma)中放射成因207Pb量較少，分析中容易產生較大的誤差，因此對年輕鋯石(＜1 000 Ma)均使用其206Pb/238U年齡(Compston et al.，1984)，其加權平均值具95%的置信度。

3 分析結果與討論

菖蒲盆地流紋巖(CP12)和龍南盆地英安巖(N403)的鋯石多數為淺黃色，呈自形短柱狀或雙錐狀，粒度較粗，一般長軸在200～300 μm之間，長寬比1.5～3.0。背散射電子圖像顯示鋯石多具有清晰的韻律環帶結構(圖4)，顯示巖漿成因的特征。SHRIMP鋯石U-Pb分析結果列于表1，從該表中可以看出，CP12樣品的U含量相對較低、Th含量相對較高，w(U)=47×10－6～132×10－6，w(Th)=100×10－6～310×10－6，Th/U=2.12～2.55;N403樣品的U含量相對較高、Th含量相對較低，w(U)=127×10－6～182×10－6，w(Th)=63×10－6～119×10－6，Th/U=0.49～0.65。CP12樣品和N403樣品的U，Th含量雖有差異，但均位于巖漿成因的鋯石范圍(吳元保等，2004)，進一步說明它們都是巖漿成因鋯石。CP12樣品11個分析點的206Pb/238U年齡為205～182 Ma，在一致曲線圖中(圖5)這11個分析點的數據成群分布加權平均值為(195.2±2.8)Ma(n=12，MSWD=0.41，置信度98%);N403樣品14個分析點的206Pb/238U年齡為188～194 Ma，變化范圍小，在誤差范圍內一致，在一致曲線圖中這14個分析點的數據成群分布(圖5)，加權平均值為(191±1.7)Ma(n=14，MSWD=0.41，置信度97%)?？梢?，CP12樣品和N403樣品的 SHRIMP鋯石 U-Pb年齡分別為(195.2±2.8)Ma和(191±1.7)Ma，根據國際地層表(Gradsrein et al.，2004)，兩者均形成于早侏羅世早期。

菖蒲盆地雙峰式火山巖最底部的流紋巖和龍南盆地雙峰式火山巖組合最頂部的英安巖SHRIMP鋯石U-Pb年齡分別為(195.2±2.8)Ma和(191±1.7)Ma，前者略大于后者，但兩者年齡基本一致，這不僅說明兩盆地的雙峰式火山巖層位一致，而且說明兩盆地的雙峰式火山巖是在噴發間隔很短的時間內形成的。

菖蒲盆地流紋巖和龍南盆地英安巖獲得的鋯石U-Pb年齡(195～191)Ma明顯大于前人(賴章忠等，1996;巫建華等，1998a，1998b，1999c;孔興功等，2000;章邦桐等，2002)獲得的Rb-Sr等時線年齡(175～148)Ma，這可能主要與不同方法本身存在的誤差不同有關。眾所周知，SHRIMP鋯石U-Pb年齡代表鋯石U-Pb同位素體系的封閉年齡，全巖Rb-Sr等時線年齡代表巖石Rb-Sr同位素體系的封閉年齡。有的學者根據鋯石結晶溫度較主要造巖礦物結晶溫度高的特點，認為鋯石U-Pb體系的封閉溫度也高，例如，付建明等(2004)認為鋯石U-Pb同位素體系的封閉溫度高于850℃;Hourigan等(2004)認為鋯石 U-Pb體系的封閉溫度高于900℃;Flowers等(2005)認為鋯石U-Pb同位素體系的封閉溫度高于1 000℃。而全巖Rb-Sr同位素封閉溫度明顯低于鋯石U-Pb體系的封閉溫度，一般為600℃左右(章邦桐等，2008)。因此，在花崗巖同位素年代學研究中，許多學者提出花崗巖鋯石U-Pb年齡代表花崗巖侵位年齡(付建明等，2004;石玉若等，2004;路孝平等，2005;葛文春等，2005;顧晟彥等，2006);而花崗巖全巖Rb-Sr等時線年齡代表花崗巖的結晶年齡(Harrison，1979;Faure，1986;鄭永飛等，1997;Faure et a1.，2005)。但章邦桐等(2008)通過花崗巖體64對鋯石U-Pb年齡與全巖Rb-Sr等時線年齡的頻數統計分析表明，花崗巖體的鋯石U-Pb定年測定結果與全巖Rb-Sr等時線定年測定結果是一致的。筆者認為，長英質火山巖是長英質巖漿上升并噴出地表的產物，不同同位素體系封閉溫度的差別對同位素定年的影響應該小于花崗巖，只要沒有后期地質事件的影響而處于平衡狀態，各種同位素體系的定年結果應該是一致的。如果長英質火山巖各種同位素體系的定年結果確實差別不大，那么菖蒲、龍南盆地長英質火山巖SHRIMP鋯石U-Pb年齡明顯大于Rb-Sr等時線年齡的現象可能是不同方法存在的誤差不同造成的。鋯石是長英質火山巖中普遍存在的副礦物之一，它具有良好的物理化學穩定性，硬度高，耐磨性和抗風化能力強，富含鈾、釷放射性元素，結晶溫度高等特征(章邦桐等，2008;肖媛媛，2009)。正是由于鋯石具有較好保存成巖信息的潛力，且鋯石中較高的Th，U含量和較低的普通Pb含量，對巖石的U-Pb年代學研究提供了良好的測試媒介。而Rb-Sr同位素定年測試過程中存在一系列影響的因素，如儀器測量誤差、測試樣品的代表性、同位素體系封閉溫度等多種因素，而且Rb-Sr同位素體系易受后期熱事件如熱液蝕變、變質作用等干擾，所以對測試樣品要求嚴格而且其誤差也較大(5%～7%，章邦桐等，2008)。因此，菖蒲、龍南盆地長英質火山巖的SHRIMP鋯石U-Pb年齡可能更接近長英質火山巖的形成年齡。

圖4 余田群長英質火山巖鋯石CL圖及SHRIMP U-Pb分析點圖Fig.4 Cathodoluminescence photos and dating spots of zircons from felsic volcanic rock of Yutian Group

表1 余田群長英質火山巖的鋯石SHRIMP U-Pb年齡分析結果Tab.1 SHRIMP U-Pb data of zircons from felsic volcanic rock of Yutian Group

圖5 江西南部余田群長英質火山巖鋯石U-Pb年齡諧和圖Fig.5 U-Pb Concordia diagram of zircons from felsic volcanic rock of Yutian Group

4 地質意義

4.1 江西南部195～191 Ma就進入了拉張構造環境

江西南部早 中侏羅世不僅發育有雙峰式火山巖，還發育有雙峰式侵入巖。如全南黃埠正長巖LA-ICPMS鋯石U-Pb年齡為(179.3±1.0)Ma，車步輝長巖LA-ICPMS鋯石U-Pb法的年齡(175.5±1.9)Ma(賀振宇等，2007)。雙峰式侵入巖的鋯石U-Pb年齡略小于筆者獲得的雙峰式火山巖的鋯石U-Pb年齡，這與野外觀察的雙峰式侵入巖晚于雙峰式火山巖的現象相吻合。中國東南部早-中侏羅世雙峰式火山巖和侵入巖產生的動力學機制雖然還有不同的認識，但產于拉張構造環境已逐漸成為共識(陳培榮等，1999，2002;Xie et al.，2005;Li et al.，2007;賀振宇等，2007)，筆者獲得江西南部余田群雙峰式火山巖SHRIMP鋯石U-Pb年齡為195～191 Ma，說明江西南部在早侏羅世早期就進入了拉張構造環境。

4.2 江西南部190～145 Ma為火山活動寧靜期

江西南部195～191 Ma的雙峰式火山活動之后，145～130 Ma又發生了大規模的長英質火山巖活動。例如，三百山盆地粗面巖SHRIMP鋯石U-Pb年齡為(137±0.94)Ma，版石盆地凝灰巖、流紋巖SHRIMP鋯石U-Pb年齡分別為(142.5±1.3)Ma、(131.4±1.3)Ma，蔡坊盆地流紋巖SHRIMP鋯石U-Pb年齡為(130.79±0.73)Ma，大長沙盆地粗面巖SHRIMP鋯石U-Pb年齡為(135.4±1.5)Ma?？梢?，在190～145 Ma期間，江西南部處于火山活動沉寂期。江西南部195～191 Ma和145～130 Ma的火山巖組合明顯不同，以及期間存在長達45 Ma的寧靜期，難以用太平洋板塊向歐亞板塊俯沖的單一模式(李武顯等，1999;Zhou et al.，2000)進行合理地解釋。

5 結論

綜上所述，可以得出以下結論:

(1)江西南部菖蒲盆地雙峰式火山巖最底部的流紋巖和龍南盆地雙峰式火山巖最頂部的英安巖的SHRIMP鋯石U-Pb年齡分別為(191±1.7)Ma和(195.2±2.8)Ma，兩者在誤差范圍內基本一致。這不僅說明兩盆地的雙峰式火山巖是同期巖漿活動的產物，而且說明它們是在噴發間隔很短的時間內形成的。SHRIMP鋯石U-Pb年齡比已獲得的全巖Rb-Sr等時線年齡大約近20 Ma，可能主要是由于全巖Rb-Sr等時線定年法存在的誤差造成的。

(2)根據新的國際地層表(Gradsrein et al.，2004)，菖蒲盆地雙峰式火山巖和龍南盆地雙峰式火山巖的地質時代屬早侏羅世早期。

(3)江西南部菖蒲龍南盆地雙峰式火山巖形成于195～191 Ma，說明該區早侏羅世早期就進入了拉張構造環境。

(4)侏羅紀—早白堊世早期，江西南部存在兩期不同巖石組合的火山活動。195～191 Ma之間形成雙峰式火山巖組合，145～130 Ma之間形成長英質火山巖，190～145 Ma之間為長達45 Ma的火山活動沉寂期，這個現象難以用太平洋板塊向歐亞板塊俯沖的單一模式進行合理地解釋。

致謝:參加部分野外工作的還有劉飛宇、王保峰、徐勛勝等碩士研究生;在鋯石測試過程中，中國地質科學院北京離子探針中心的杜利林博士、翟慶國博士給予了耐心指導，鄧平研究員、劉平華博士以及中國科學院祝禧艷博士大力支持和熱心的幫助，在此一并感謝。

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The SHRIMP Zircon U-Pb Dating of Felsic Volcanic Rocks and Its
Geological Significance from Yutian Group in Southern Jiangxi

JI Chun-yu， WU Jian-hua
(Collage of earth science and mapping，East China Institute of Technology，Fuzhou，JX 344000，China)

Past researches have showed that the Rb-Sr isochron ages of felsic end member for“rhyolite-basalt”bimodal volcanic rocks of Yutian Group in the Changpu and Longnan Basin in Southern Jiangxi Province are 175～148 Ma，not only does its amplitude change more significantly，but it does not match with the Rb-Sr isochron ages(179～173 Ma)of basic end member.As a result，I choose a method of zircon U-Pb dating with a higher accuracy，to obtain the rhyolite in the bottom of bimodal volcanic rocks in the Changpu Basin and the dacite in the top of of bimodal volcanic rocks in the Longnan Basin，whose zircon SHIRMP U-Pb age are respectively(195.2±2.8)Ma and(191±1.7)Ma.What’s more，they are both almost the same in the error limit.It shows that the bimodal volcanic rocks in these both two basins are the product of the same session of magma movement.Simultaneously，it explains they form in a flash during the eruption intervals.According to the the newest International Stratigraphic Chart(Gradsrein et al.，2004)，in terms of geological age，the bimodal volcanic rocks in Changpu Basin and Longnan Basin，belonging to the early Early Jurassic.The zircon SHIRMP U-Pb age are distinctly older than the whole-rock Rb-Sr isochron age，it is probably because of the deviation of the dating method for the wholerock Rb-Sr isochron age.The zircon SHIRMP U-Pb age of bimodal volcanic rocks are 191～195 Ma in Southern Jiangxi Province，which indicates that there had been an extensional environment.And after the bimodal volcanic activity，The zircon SHIRMP U-Pb age of felsic volcanic rocks are 145～130 Ma.Both of the ages shows a as long as 45 Ma quiet period between 190 Ma and 145 Ma.It is unreasonable possible to interpreted by the single pattern of pacific plate subducting to eurasian plate.

felsic volcanic rocks;SHRIMP;zircon dating of U-Pb;Jurassic;southern Jiangxi

P588.14

A

1674-3504(2010)02-131-08

10.3969/j.issn.1674-3504.2010.02.003

2010-03-11

中國核工業地質項目“中國中新生代鈾成礦作用”

冀春雨(1982—)，男，碩士研究生，主要從事巖石地球化學研究工作。E-mail:jch6513@163.com;*

巫建華(1960—)，男，博士，教授，主要從事火山地質學與鈾礦地質學研究。E-mail:jhwu@ecit.edu.cn