高精度锆石U-Pb年代学10年发展:浅谈中国科学家的机遇和挑战

地质年代是现在地球科学研究的核心问题之一。近10年来,EARTHTIME计划的实施促使实验技术的发展和改进,使得地质年代学的年龄精度获得极大提高,并被广泛应用于各种地质事件和地层界线的定年研究中。文中对高精度锆石U-Pb年代学10年发展进行简要介绍,提出中国发展高精度定年研究的必要性,认为建设中国自己的高精度定年实验室不仅会改善研究人员的科研环境,提高科学水平,而且可起到对科研思维方式的规范作用,并促使中国科学家对完善U-Pb衰变体系和定年系统贡献自己的力量。

高邮凹陷辉绿岩锆石U-Pb年代学特征及其地质意义

文章采用激光剥蚀-电感耦合等离子质谱仪(laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometry,LA-ICP-MS)方法对苏北盆地高邮凹陷新生代辉绿岩4个样品进行锆石U-Pb年代学研究,获得的岩浆结晶年龄分别为(45.3±1.3)、(59.8±1.7)、(40.5±0.7)、(44.8±1.1)Ma,指示其形成时代为古新世和始新世,表明苏北盆地岩浆活动具有多期性的特点。苏北盆地在新生代时期的发育过程受郯庐断裂带及太平洋板块俯冲后撤的影响,总体上处于太平洋板块俯冲后撤形成的弧后拉张环境,其中早期岩浆活动明显受郯庐断裂带伸展活动的控制。锆石U-Pb年代学特征显示,在吴堡期2套辉绿岩就已经开始上升侵位,而并非是相关文献中的三垛期。此次工作获得的锆石年龄多集中于40.5~45.3 Ma,而其北西侧的渤海湾盆地新生代锆石年龄多集中于60~50 Ma,造成该现象的原因可能是太平洋板块俯冲后撤引起的弧后伸展区域变迁。

燕山地区寿王坟杂岩体锆石U-Pb年代学、Hf同位素和地球化学特征及其地质意义

燕山地区寿王坟杂岩体由石英闪长岩、石英二长岩组成。LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学研究表明,石英闪长岩和石英二长岩形成于(128±1) Ma,是早白垩世岩浆活动的产物。对比区域岩浆作用特点显示,研究区岩浆作用与华北克拉通东部大规模岩浆活动时代相近。寿王坟杂岩体富碱(Na2O+K2O含量为8.48%-9.06%(质量分数),属钾玄质系列(K2O 3.87%-4.96%)、准铝质岩石(A/CNK=0.69-0.89,A/NK=1.19-1.35),富集Rb、Ba、Sr等元素,亏损Nb、Ta、Th、P等元素,具高Sr((684-1018)×10^-6)和Ba((1163-1506)×10^-6)、高Sr/Y(43-102)和La/Yb(31-91)比值、低Y((7.19-16.55)×10^-6)和Yb((0.47-1.28)×10^-6)、富集LREE、基本无Eu异常等特征。εHf(t)值较低,石英闪长岩εHf(t)=-18.1--11.1,石英二长岩εHf(t)=-18.6--13.2。研究认为寿王坟杂岩体主要形成于早白垩世古太平洋板块向欧亚大陆俯冲背景下的伸展环境,来源于古元古代地壳物质的部分熔融,并有不同程度富集地幔的贡献。Sr/Y值与SiO2含量呈正相关表明其不具源区特征,主要是岩浆在侵位过程中富水岩浆分异演化发生角闪石等矿物的结晶分异作用造成的。

应用新型固体质谱计IsoProbe-T高精度地测定单颗粒锆石年龄

固体质谱计，以其高精度和可靠性度，在同位素年代学和同位素地球化学的研究领域的应用依然前景广阔。近年来，微量样品测试手段已经成为地质科学和环境科学等领域极其重要的研究方法，促使国际国内地球化学实验室对固体热电离质谱计更新换代。中国科学院地质与地球物理研究所固体同位素地球化学实验室于2004年引进英国GV公司的IsoPmbe-T固体热电离质谱计，具有较宽质量谱带，装备多通道离子计数接收器，高灵敏度高精度，易于操作等特点。该类型仪器将是今后的同位素年代学和同位素地球化学研究的主导之一。该质谱计配置了9个法拉第接收器、1个戴利接收器和7个离子计数器（图1）。它的运行将有望大幅度地促进年代学和同位素地球化学在壳幔相互作用与深部物质成分、古大陆形成与演化、流体与成矿等主要领域研究工作的应用。本文主要介绍采用IsoProbe-T质谱计测定单颗粒锆石U—Pb和Pb-Pb蒸发年龄方法和应用。

南天山高钾钙碱性花岗岩年代学、岩石成因及其地质意义

南天山北缘乌什塔拉地区东泉戈壁岩体岩石类型为似斑状二长花岗岩及少量的镁铁质包体,锆石SHRIMP U-Pb定年结果显示,其形成时代为305±1 Ma。岩石富碱(K2O+Na2O=7.58%～8.44%),富钾(K2O/Na2O=1.09～1.33),高Mg#(51.6～58.5),A/CNK为0.92～1.00之间,属于准铝质高Mg#高钾钙碱性系列;富集轻稀土(LREE)、大离子亲石元素(Rb,K,Th,U),亏损重稀土(HREE)、高场强元素(Nb,P,Ti),强烈亏损Y(10.17×10-6～14.84×10-6)及Yb(1.054×10-6～1.374×10-6),弱—无的负Eu异常(0.60～0.99),总体表明东泉戈壁岩体为壳-幔岩浆混合成因,具有碰撞晚期花岗岩类的地球化学特点。结合区域地质资料,东泉戈壁岩体的侵位表明在塔里木板块与伊犁—中天山板块碰撞造山作用晚期的挤压环境中,由于幔源岩浆的底侵作用,使得下地壳底部物质发生部分熔融,并与幔源岩浆发生混合作用,指示南天山晚古生代残余海盆的闭合。东泉戈壁壳-幔岩浆混合型花岗岩的确立表明晚石炭世南天山地区一次重要的地壳垂向生长事件。

亚东地区高喜马拉雅结晶岩系部分熔融的时限:来自乃堆拉混合岩锆石U-Pb年代学的约束

高喜马拉雅结晶岩系由中-高级变质岩和淡色花岗岩组成,是研究喜马拉雅造山带形成与演化的天然实验室.高喜马拉雅结晶岩系混合岩和淡色花岗岩中锆石和独居石的定年结果往往是分散的,对这些定年结果的解释还存在争议,严重制约了对高喜马拉雅结晶岩系变质、部分熔融作用的起始时间和持续过程的理解.对造山带中段亚东地区高喜马拉雅结晶岩系上部构造层位的乃堆拉混合岩进行了锆石U-Pb年代学研究.研究结果显示,乃堆拉混合岩暗色体给出了29.1~24.7 Ma的进变质和部分熔融的时间,混合岩浅色体获得了25.0~13.7 Ma的退变质和熔体结晶的时间,表明亚东地区高喜马拉雅结晶岩系的部分熔融作用大约开始于30 Ma并持续到13 Ma,暗示它是一个长期、持续的过程.亚东地区高喜马拉雅结晶岩系发生部分熔融的时间明显早于藏南拆离系和主中央断裂开始活动的时间,部分熔融可能在高喜马拉雅结晶岩系俯冲过程中就已经发生了.相关成果为建立造山带构造演化模型提供了新信息.

冀东青龙-双山子地区新太古代高镁安山岩-镁闪长岩锆石U-Pb年代学、地球化学及大地构造意义

冀东地区位于华北克拉通北缘,学术界对该地区新太古代岩浆作用的成因模式及构造背景一直存在争议,因此对冀东青龙-双山子地区的新太古代变质表壳岩及侵入岩进行了系统的同位素年代学及岩石地球化学研究.锆石LA-MC-ICP-MS U-Pb年代学结果显示变安山岩的形成时代为2 576Ma,辉长闪长岩-英云闪长岩-石英闪长岩的侵入时代为2 484～2 535Ma.岩石地球化学特征显示,较早期的变安山岩部分属高镁安山岩类,源自俯冲板片脱水流体交代地幔楔的部分熔融;而稍晚的侵入岩类为具有埃达克质岩石特征的镁闪长岩类,源区具有熔体交代地幔楔部分熔融的特征;整体构成高镁安山岩-埃达克质镁闪长岩组合.结合区域上的同位素年代学及地球化学报道,冀东青龙-双山子地区新太古代应处于活动大陆边缘构造背景.

超低本底单颗粒锆石CA-ID-TIMS U-Pb高精度定年方法

建立了超低本底单颗粒锆石高精度CA-ID-TIMS U-Pb分析方法.与国内早期实验室报道的全流程Pb本底(30~50 pg)相比,目前本工作全流程Pb本底水平已降低1个数量级以上(2~3 pg),可以更好地满足单颗粒锆石高精度ID-TIMS U-Pb定年要求.同时,详细研究了Pb流程本底的来源,并且对全流程Pb本底获得较高精度的Pb同位素比值测定结果.采用所建立分析流程对清湖(Qinghu),Ple?ovice,Temora 2等标准锆石进行了分析,获得了与文献报道值一致的Pb/U年龄测定结果,^(206)Pb/^(238)U加权平均值年龄测定精度优于0.25%(2σ,n≥7).

江南造山带东段陈蔡地区新元古代高硅埃达克质花岗闪长岩的发现及其构造启示

华南由扬子板块与华夏板块在新元古代拼合而成,其拼合时间与演化模式一直广受争议。江南造山带是其重要的拼合带,带内保留一系列新元古代沉积作用-岩浆活动记录,是研究扬子板块与华夏板块拼贴碰撞时间与演化机制的理想场所。本文针对江南造山带东段陈蔡地区花岗闪长岩,开展了LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学、全岩主微量元素及Sr-Nd同位素地球化学研究。代表性样品的206Pb/238U加权平均年龄为838±5Ma和836±4Ma,为花岗闪长岩的原岩结晶年龄。样品K2O含量为1.30%~2.57%,铝饱和指数(A/CNK)为1.01~1.54,为钙碱性过铝质花岗闪长岩。样品高Si O2(63.38%~68.97%)、Al2O3(15.30%~16.70%)、Na2O(3.89%~6.24%)、Sr(306×10-6~628×10-6)、Sr/Y(26~80)和低Mg O含量(0.64%~1.99%)、K2O/Na2O(0.17~0.64)、低Y含量(3.38×10-6~16.10×10-6)和Yb含量(0.42×10-6~1.67×10-6),δEu异常不明显,相对富集轻稀土和大离子亲石元素、强烈亏损重稀土和高场强元素、低87Sr/86Sr初始值(0.7015~0.7022)和高εNd(t)值(+4.10^+6.13),具有与高硅埃达克岩相似的特征。结合区域构造演化背景,认为陈蔡花岗闪长岩是扬子板块与华夏板块之间的古洋壳向双溪坞陆弧地体俯冲的过程中,俯冲板片熔体被少量地幔楔橄榄岩同化和交代的产物,暗示838~836Ma时江南造山带东段仍处于俯冲消减阶段,扬子与华夏尚未完成最终拼合。综合现有证据,认为扬子与华夏在江南造山带各区段于ca.825~820Ma完成拼合。

滇西北普朗铜矿床高钾中-酸性侵入岩年代学及其地质意义

普朗铜矿床是格咱岛弧产出的超大型斑岩型铜矿床,以往较多关注于含矿的石英二长斑岩,而对矿区出露的闪长岩、花岗闪长斑岩研究相对薄弱.对普朗矿区的闪长岩和花岗闪长斑岩开展了地球化学和锆石年代学分析,结果显示,闪长岩SiO_2含量为62.46%~62.25%,K_2O含量为5.53%~6.27%,MgO含量为3.58%~3.69%,(Na_2O+K_2O)总碱含量为7.93%~8.72%,K_2O/Na_2O>2,属中性超钾质碱性岩;花岗闪长斑岩SiO_2含量为66.00%~66.98%,K_2O含量为4.06%~4.19%,MgO含量为2.04%~2.17%,(Na_2O+K_2O)总碱含量为7.60%~7.81%,K_2O/Na_2O>1,属酸性钾质碱性岩.花岗闪长斑岩与中甸地区火山岩具有一致的Sr-Nd同位素特征,而闪长岩εNd(t)值变化范围大,二阶段模式年龄分散(369 Ma、913 Ma、1 138 Ma),指示有富集组分的混入.闪长岩LA-ICPMS锆石U-Pb年龄为227.0±2.9 Ma;花岗闪长斑岩LA-ICPMS锆石UPb年龄为211.5±3.7 Ma.结合岩石主量、微量元素、全岩Sr-Nd同位素及锆石U-Pb年龄,提出甘孜-理塘洋在长时期的西向俯冲(约25 Ma)过程中,普朗矿区(局部)可能发生过由挤压向伸展构造体制的转换,激发幔源的岩浆活动,导致钾质碱性小岩体侵位,该过程对该超大型斑岩铜多金属矿的形成具有重要意义.

西南天山晚古生代后碰撞岩浆作用:以阔克萨彦岭地区巴雷公花岗岩为例

西南天山阔克萨彦岭地区巴雷公钾长花岗岩出露于蛇绿混杂岩南侧。地球化学特征显示，该岩石富碱（K2O＋Na2O为8.25～8.72％〉8％），富钾（K2O／Na2O为1.34～1.56），准铝质（A／CNK为0.94～1.05），为高钾钙碱性-钾玄岩系列；岩石富集大离子亲石元素和轻稀土，亏损Sr、P等大离子亲石元素及Nb、Ti等高场强元素，具有中等的负铕异常（δEu=0.49～0.59），为向A型花岗岩过渡的后碰撞高钾花岗岩特征；岩石的Nd／Th（1.64～3.19）、Th／U（5.95～7.11）、Nb／Ta（7.26～9.17）和高K2O／Na2O比值、低Sr／Ba比值特征表明，巴雷公花岗岩来源于中下地壳物质的部分熔融，残留相为斜长角闪岩。阴极发光图像显示，该岩石中锆石多呈完好的自形晶，具有岩浆锆石特有的韵律环带结构，LA-ICP-MS微区原位U-Pb定年结果表明该花岗岩的结晶侵位年龄为273±2Ma。综合南天山已有研究成果，推测南天山造山带后碰撞花岗质岩浆活动主要发生在282～259Ma之间，具有从高钾钙碱系列（282～266Ma）向碱性系列（266～259Ma）演化的特征，暗示了一个后碰撞阶段的造山带垮塌、陆壳连续伸展减薄的过程。巴雷公高钾花岗岩应为南天山造山带碰撞造山峰期变质后垮塌过程中的第一个阶段或碰撞造山到后造山的一个转折阶段的中下地壳熔融的产物，指示南天山西段古洋盆在中二叠世以前已经闭合，西南天山已进入后碰撞演化阶段，代表了古亚洲洋南部的闭合和中亚南部增生造山作用的结束。这一认识为深入探讨中亚后碰撞岩浆作用的时限和机制提供了新的约束资料。

吉林通化赤柏松辉长岩锆石SHRIMP U-Pb定年及其地质意义

应用高精度的SHRIMP锆石U-Pb定年法,对出露于吉林省南部通化地区的赤柏松Ⅰ号辉长岩进行了锆石SHRIMPU-Pb定年.锆石的阴极发光图象显示,赤柏松Ⅰ号基性岩体中的锆石具有两种类型,即自形-半自形、条纹状吸收者和浑圆状、环带明显者.测年结果表明,通化赤柏松基性岩体形成于早白垩世—134±7Ma.而2497±13,787±35,321±10,217±11Ma谐和年龄碎屑锆石的存在,暗示通化地区可能是扬子陆块与华北陆块中生代早期汇聚的部位,它们是岩浆上升过程中的捕获锆石.通化地区早白垩世基性岩墙群的存在,代表该区早白垩世时期已经处于强烈的岩石圈伸展环境.该期岩浆作用的产生和岩石圈伸展应与太平洋板块的俯冲相联系.

藏南吉隆地区大喜马拉雅结晶杂岩的新生代变质作用和构造意义

大喜马拉雅结晶杂岩位于喜马拉雅造山带的核部,其变质作用的研究是揭示碰撞造山作用和动力学的关键。本文对喜马拉雅造山带中部吉隆地区的大喜马拉雅结晶杂岩中的片麻岩和片岩进行了岩石学和锆石U-Pb年代学的研究,表明这些高级变质岩经历了高角闪岩相的变质作用和部分熔融,以及近等温降压的退变质过程。片麻岩和片岩的峰期变质矿物组合为斜长石+钾长石+黑云母+白云母+石英±石榴子石±钛铁矿和石榴子石+蓝晶石+斜长石+黑云母+白云母+钛铁矿+石英,晚期退变质矿物组合为斜长石+钾长石+黑云母+白云母+夕线石+石英±石榴子石和石榴子石+夕线石+斜长石+黑云母+白云母+钛铁矿+石英。相平衡模拟研究表明,岩石的峰期变质条件为685~755℃和9.5~12kbar,退变质作用条件为675~685℃和6~7.4kbar。锆石U-Pb年代学表明,高级变质岩的部分熔融时间为38~16Ma,熔体结晶时间为17~15Ma。本次研究表明,大喜马拉雅结晶杂岩中、上部并没有普遍经历高压麻粒岩相变质作用,部分地区包括吉隆地区经历的是高角闪岩相变质作用。此外,本文在吉隆地区高级变质的大喜马拉雅结晶杂岩中识别出较低级变质的特提斯喜马拉雅岩系单元。结合已发表的藏南拆离断裂的主要活动时间,本文认为构造楔模型更适用于研究区喜马拉雅造山过程的解释。

北京地区中生代侵入岩的时间序列及其地质意义

为更好地理解燕山西段晚中生代岩浆活动的时空演化规律,根据近年来取得的高精度锆石U-Pb测年数据,本文研究北京地区中生代侵入岩的时间序列。北京地区中生代侵入活动发生在晚三叠世末-早侏罗世初、晚侏罗世-早白垩世两个阶段。现有资料尚无法确证北京地区有中侏罗世时期的深成岩浆活动,这表明前人厘定的八达岭杂岩带和北京地区中生代侵入岩岩石谱系问题甚多,未能反映北京地区中生代岩浆侵入事件的真实序列。根据侵入岩岩石组合和地球化学特征,燕山西段侏罗-白垩纪地壳发生减薄、进入后造山阶段的时限应该在130-125 Ma之后。建立完整的燕山西段晚中生代侵入活动时空分布格局,还需更多的野外工作和高精度锆石U-Pb年龄数据。

东天山北埃达克质花岗闪长岩年代学、地球化学及地质意义

大南湖-头苏泉岛弧带位于东天山北部,带内保存了一系列古生代沉积-岩浆活动记录,是研究东天山造山带古生代演化机制的重要场所。克孜尔卡拉萨依复合岩体位于大南湖-头苏泉岛弧带中部,岩性主要由花岗闪长岩,二长花岗岩及正长花岗岩组成。本次研究针对克孜尔卡拉萨依花岗闪长岩,进行了LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学及全岩主微量元素地球化学分析。获得花岗闪长岩206Pb/238 U的加权平均年龄为374.5±2.8Ma,属于晚泥盆世早期。地球化学数据显示,花岗闪长岩样品具有高的w(SiO2)66.73%~68.56%,w(Al2O3)14.83%~16.06%,w(Na2O)3.83%~3.95%,w(Sr)583.3~811.5×10^-6,Sr/Y(38.65~101.44),和低w(K2O)1.1%~2.4%,w(MgO)1.48%~2.07%,K2O/Na2O(0.29~0.61),w(Y)(8~15.1×10^-6),w(Yb)(0.8~1.6×10^-6),Eu负异常特征不明显(δEu=0.84~0.98),相对富集轻稀土和大离子亲石元素,亏损重稀土和高场强元素((La/Yb)N=7.64~9.86),具有与高硅埃达克岩相似的地球化学特征。结合区域构造演化及前人研究,认为克孜尔卡拉萨依岩体为古康古尔洋双向俯冲时,俯冲的玄武质板片熔体被地幔橄榄岩同化和交代的产物。

印尼北苏拉威西中部~10 Ma闪长岩的岩石成因及对西里伯斯海向南俯冲的启示

苏拉威西岛位于欧亚、太平洋和印度‒澳大利亚板块的交汇处,经历了复杂的构造演化历史,保存了大量中‒新生代岩浆记录。本研究对北苏拉威西中部闪长岩开展了锆石U-Pb年代学和Lu-Hf同位素、全岩元素‒同位素地球化学研究。研究显示,闪长岩锆石U-Pb年龄为10.32±0.44 Ma和9.87±0.11 Ma,形成于晚中新世。样品SiO_(2)含量为53.81%~59.90%,MgO为3.27%~4.27%,K_(2)O为0.48%~1.22%,A/CNK=0.86~0.92,Mg^(#)为47~49,属高镁中钾钙碱性闪长岩。该闪长岩以富集大离子亲石元素和轻稀土元素、亏损高场强元素为特征,具明显Nb-Ta和Ti负异常,轻微Eu负异常(Eu/Eu^(*)=0.78~0.96)。闪长岩(^(87)Sr/^(86)Sr)i值变化于0.70498~0.70509之间,ε_(Nd)(t)值变化于+5.6~+5.7之间,锆石原位ε_(Hf)(t)值为+11.2~+16.9。地球化学特征显示印尼北苏拉威西中部闪长岩源区受到了俯冲组分的交代改造,可能是亏损地幔源区辉石岩的部分熔融产物。结合区域地质研究,认为北苏拉威西晚中新世闪长岩形成于岛弧背景,受控于晚中新世西里伯斯海的向南俯冲。