湖北宣恩县麻阳寨晚奥陶—早志留世龙马溪组斑脱岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄及其地质意义

罗 华, 何仁亮, 潘龙克, 杨 成, 余国飞

(1.湖北省地质调查院,湖北 武汉 430034; 2.中国地质大学(武汉) 资源学院,湖北 武汉 430074)

湖北宣恩县麻阳寨晚奥陶—早志留世龙马溪组斑脱岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄及其地质意义

罗 华1, 何仁亮1, 潘龙克1, 杨 成1, 余国飞2

(1.湖北省地质调查院,湖北 武汉 430034; 2.中国地质大学(武汉) 资源学院,湖北 武汉 430074)

研究区内奥陶纪龙马溪组中下部(即相当于原五峰组上部—顶部层位)发育多个因火山凝灰质物质沉积、蚀变形成的粘土岩层,为了进一步认识上扬子地区奥陶纪—志留纪之交的火山事件年龄,对湖北高罗麻阳寨地区晚奥陶—早志留世龙马溪组剖面的斑脱岩进行了LA-ICP-MS锆石U-Pb定年,获得加权平均年龄为(450.0±3.6)Ma,与国际地层委员会发布的奥陶系—志留系界线年龄(443.7±1.5)Ma近似,同属晚奥陶世。相较研究区北部和南部获得的同地层单位中的斑脱岩锆石年龄均较早,对探讨该时期火山活动开始的时限具有重要意义。

斑脱岩;龙马溪组;LA-ICP-MS锆石;U-Pb年龄;火山活动;麻阳寨

上扬子地层区晚奥陶—早志留世龙马溪组发育多个粘土岩层,前人有研究结果表明其为钾质斑脱岩,是火山凝灰物质在海相环境经沉积成岩及蚀变作用的产物[1-2],对应中奥陶世以来,频繁的火山活动[3-6]。近年来,有国内外学者认为奥陶纪—志留纪之交的火山活动对晚奥陶世生物灭绝有直接影响[7]。

因此,对这些广泛分布于扬子地台周缘的粘土岩开展同位素定年工作有助于补充上扬子地台区晚奥陶世的火山运动和奥陶系—志留系界线处年龄资料。本文对采自上扬子地台区湖北恩施宣恩县晚奥陶—早志留世龙马溪组粘土岩层进行U-Pb锆石测年,以丰富扬子地台区奥陶纪—志留纪钾质斑脱岩的研究,同时对该时期火山活动时限规律讨论提供基础资料。

1 区域地质概况

扬子地台在奥陶纪时位于冈瓦纳大陆西北缘[8],受“华夏”和“扬子”两个地块碰撞挤压作用影响,研究区处于构造隆升阶段。晚奥陶世上扬子地区处于深水陆棚的构造—沉积环境[9],早期沉积黑色含碳硅质岩、硅质岩系,晚期碎屑含量增加,区域上厚度变化很大。

2 样品采集与分析

本文样品均采自麻阳寨地区龙马溪组斑脱岩,野外露头是一套灰白色泥状物质,少量呈灰黄色调,手感较为柔软、光滑,符合Huff(2008)总结的钾质斑脱岩的野外判别标准[10]。笔者采集了位于湖北省宣恩县麻阳寨地区的一组斑脱岩样品,编号B002,GPS坐标为N29°47′50″,E109°26′11″(图1)。该剖面龙马溪组分为两个岩性段:下段以黑色含碳硅质岩为主体,富含笔石化石,即相当于原五峰组;上段以深灰色—灰黑色含粉砂质页岩、含碳硅粉砂质页岩为主体。样品采自龙马溪组下段上部,为灰黄色凝灰岩,近观似黄泥,手感较为细腻。厚约0.1 m。

样品采集过程先对斑脱岩进行野外识别,后将已风化的部分和明显不属于斑脱岩的杂质剥除,以保证样品的新鲜、纯净,共计采集两组各重约3 kg样品,装入干净的样品袋中。室内将其自然风干,研磨后用60目样品筛进行筛选,将样品成品送至廊坊市诚信地质服务有限公司进行颗粒锆石挑选,将其粘贴在环氧树脂表面并抛光制成样品靶。收到样品靶后将待测锆石送至北京地时科技有限公司进行阴极发光显微照相,通过图像分析选择合适的锆石颗粒及区域进行U-Pb同位素年龄测试。锆石U-Pb同位素测年在中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室利用准分子激光剥蚀系统与电感耦合等离子体质谱仪的联用完成,ICP-MS为Agilent 7500a,激光剥蚀系统为GeoLas2005。分析中采用32 μm激光斑束,激光能量70 MJ,频率8 Hz。同位素组成以标准锆石91500和GJ-1进行校正。锆石测定点Pb同位素比值、U-Pb表面年龄以及微量元素的含量均采用ICPMS DataCal9.0程序计算。利用Isoplot 3.23程序计算锆石加权平均年龄及绘制谐和图。具体分析条件、流程、仪器参数以及数据处理详见Liu el al(2008,2009)[11-13]。

图1 采样点位置及岩性柱状图Fig.1 Location of the sampling sites and the lithological column

3 206Pb/238U加权平均年龄

对麻阳寨地区B002号样品共计24颗锆石进行了阴极发光图像的分析及LA-ICP-MS锆石U-Pb定年分析,单个分析值误差为1 σ,年龄平均值误差为98%置信度。

被测锆石多为透明—半透明,柱状—长柱状,自形程度较好;颗粒粒径相对较小,多为50～120 μm,少数长轴可达150 μm,长宽比约在1.5∶1～2∶1之间;锆石晶型形态和内部结构相似,阴极发光照片显示大部分锆石发育规则的振荡生长环带(图2)岩浆锆石特征明显[14]。

图2 龙马溪组斑脱岩样品锆石CL图像及分析点位Fig.2 Cathodoluminescence images of the zircons from the samples and location of the analysed spots

测点锆石的Th/U比值均>0.1,且大部分>0.4(表1),平均值0.45,显示出岩浆锆石Th/U值的特点[15];少量位于0.1～0.3之间的锆石样品,可能为受变质作用后的岩浆锆石。

本次锆石定年分析结果显示,第8号点、16号点锆石均表现出核部年龄值偏大的特点,其中B002-8号点谐和度过低;B002-16点年龄值为(1 142.9±9.9)Ma,可能为火山喷发过程中捕获的老基底锆石。除此之外,测点B002-1、B002-19号点年龄值均明显过高,可能是由于测试的锆石为残余锆石的原因,均不宜利用。其余测点均集中于(430—469)±6 Ma,其谐和年龄值为(450.0±3.6)Ma(图3)。

笔者将该年龄作为该套斑脱岩原岩沉积的事件年龄,与国际地层委员会2004年发布的奥陶系—志留系界线年龄((443.7±1.5)Ma)在误差范围内较为接近,此年龄可作为奥陶系—志留系界线附近火山喷发事件的年龄。

4 讨论与结论

斑脱岩被认为是地质历史时期火山喷发产生的凝灰物质在海相环境中沉积成岩及蚀变作用形成的一类粘土岩,其原岩多为中酸性火山岩,在扬子地台周缘分布广泛[16],此类岩石不仅记录着地质历史时期的火山活动,也可以作为一种等时性标志层,对研究区域上该沉积期岩相古地理特征及讨论该时期火山活动时限规律均具有重要意义。胡艳华等对研究区北部宜昌王家湾地区观音桥段顶部斑脱岩,谢尚克对研究区南部湖南桃园郝坪地区原五峰组顶部斑脱岩均进行过锆石年龄测定,其采样层位略高于研究区,其年龄值亦略晚于研究区(王家湾(443.2±1.6)Ma[17]、郝坪(442.2±8.1)Ma[18]),与本次所取得的年龄数据相呼应。

表1 样品B001和B002 LA-ICP-MS锆石U-Pb数据

图3 样品B002的LA-ICP-MS 锆石U-Pb年龄谐和图Fig.3 Concordia plots of LA-ICP-MS zircon U-Pb ages for the samples B002

文中麻阳寨B002样品的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄((450.0±3.6)Ma)是奥陶系顶部火山活动一个可靠的同位素年龄,为研究奥陶纪末火山事件时限规律提供了可靠的参考依据。同时,易立文等[19](2014)总结华南早古生代岩浆岩年龄发现靠近华夏地块的区域岩浆岩活动集中在450 Ma,向北西方向至诸广山、雪峰山区域为逐渐变小的趋势特点,与本文获得的年龄数据极为相似,这对追溯鄂西地区该套斑脱岩的物源特征具有一定的指导意义。

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(责任编辑：于继红)

LA-ICP-MS Zircon U-Pb Age and Its Significance of LateOrdovician-Early Silurian Longmaxi Bentonite

LUO Hua1, HE Renliang1, PAN Longke1, YANG Cheng1, YU Guofei2

(1.HubeiGeologicalSurvey,Wuhan,Hubei430034; 2.ChinaUniversityofGeosciences,Wuhan,Hubei430074)

There are several clay beds recognized from in the lower part of the Longmaxi Formation as the top of the Wufeng Formation in the sduty area.They are deposited from volcanic tuffaceous material,and then rock formation for alteration. In order to further understand the Yangtze region Ordovician-Silurian volcanic event at the turn of the age,the authors are LA-ICP-MS zircon U-Pb dating for the clay beds recognized from the two Late Ordovician-Early silurian LongMaxi Creek Group sectional. The results show LA-ICP-MS zircon U-Pb dating of the clay beds recognized(450.0±3.6)Ma,published by the International Commission on Stratigraphy Ordovician-Silurian boundary consistent Age(443.7±1.5)Ma,belong to the Late Ordovician. Compared with the stratigraphic units in the study area in the north and south in the obtained bentonite zircon ages are earlier time limit on the period,it has important significance to begin to explore the volcanic activity.

bentonite; Longmaxi Formation; LA-ICP-MS zircon; U-Pb dating; volcanic activity; Mayangzhai

2016-02-25;改回日期:2016-04-20

中国地调局湖北省1∶5万宣恩县、洗马坪、高罗、沙道沟区域地质调查项目(编号:12120113062000)资助。

罗华(1987-),男,工程师,成矿规律与成矿预测专业,从事区域地质调查和矿产地质调查工作。E-mail:luohua_p@163.com

P534.42; P534.43

A

1671-1211(2016)04-0547-04

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2016.04.001

数字出版网址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20160707.1135.010.html 数字出版日期:2016-07-07 11:35