上海基底地层格架的锆石LA-ICP-MS U-Pb年龄及微体化石特征制约.pdf
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1、上海国土资源 Shanghai Land&Resources12 2023Vol.44.3 doi:10.3969/j.issn.2095-1329.2023.03.003上海基底地层格架的锆石 LA-ICP-MS U-Pb 年龄 及微体化石特征制约谢建磊(上海市地质调查研究院,上海 200072)摘 要:基底地层特征对构造单元和地震地质背景认识具有重要意义。上海位于扬子克拉通和华夏造山系的交界区,同时位于江南造山带北东侧,构造位置比较特殊,但长期以来对其基底地层特征的认识比较薄弱。本文对典型钻孔揭露的变质岩、凝灰岩开展了锆石 LA-ICP-MS U-Pb 定年和疑源类化石分析,斜长角闪岩和花
2、岗质糜棱岩分别获得 1091.18.8 Ma、175324 Ma的原岩年龄,片麻岩获得上交点年龄 244527 Ma、下交点年龄 581110 Ma,安山质糜棱岩206Pb/238U 谐和年龄有 27082447 Ma、13711097 Ma 和 956903 Ma 三个区间,凝灰岩获得 80113 Ma、77412 Ma 的原岩年龄,板岩中含较多炭化剧烈的Leiosphaeridia 化石。认为区内基底自下而上可划分出金山群、惠南板岩和河上镇群,分别形成于古元古代初期中元古代、青白口纪早中期和青白口纪晚期,总体年龄特征表现出与华夏造山系的亲缘性特征。24472507 Ma、1753 Ma、1
3、091.1 Ma、801774 Ma 和 581110 Ma 等建造和改造事件是对凯若兰超大陆、哥伦比亚超大陆、罗迪尼亚超大陆和冈瓦纳超大陆汇聚裂解过程的响应。关键词:基岩地质;基底地层;锆石定年;微体化石;金山群;惠南板岩;河上镇群中图分类号:P535 文献标志码:A 文章编号:2095-1329(2023)03-0012-11目前,华南东部大地构造单元划分中通常采用的划分单元是扬子克拉通(曾称扬子板块、扬子地块、扬子陆块)、华夏造山系(曾称华夏地块、华夏板块)、江南造山带、江绍对接带和钦杭结合带;但上述划分方案仍存在很多争论,争论的核心是其构造边界、构造属性和演化历史1-8。构造单元的划分
4、需要建立在可观察、可鉴别、可测量的岩石构造组合基础之上2-3,是地震区、地震带和地震构造区划分的主要依据之一9-10,与地震活动的空间分布具有较好相关性11-12。如,美国新马德里地区 1811-1812 年连续发生的 3 次强震与前寒武纪裂谷有关13;在其他条件相同时,被线形构造切割的基底年龄越大,发生在该区的地震也越强烈14。苏浙皖沪地区基底特征与区内地震强度、频度和震源深度具有较好的对应关系15。区域上,浙西北、赣北、皖南、上海等地发育大量前南华纪地层,有陈蔡群、双溪坞群、河上镇群、双桥山群、星子岩群、田里片岩、沙河街岩组、董岭岩群、溪口岩群、沥口群、金山群、惠南板岩等。这些地层的层序、
5、形成时代和构造环境认识对区域构造单元划分、区域地震地质背景的认识具有着重要意义。随着锆石 U-Pb 测年技术的发展,区域上的一些基底地层获得了一系列新认识,如陈蔡群为一套早古生代俯冲增生杂岩2-3,16;董岭岩群正片麻岩年代约 1850 Ma,副片麻岩年代范围约 2634768 Ma17-18;星子岩群年代1869825 Ma5,19。金山群和惠南板岩是上海地区的两套重要基底地层,其年代学研究和大地构造属性一直令人关注。金山群相继获得的 Ar-Ar、Rb-Sr 和 Sm-Nd 年龄具有一定的参考意义20-21,但始终缺乏高质量的锆石 U-Pb年代制约。为了进一步约束基底的年代地层格架和层序,在
6、新一轮上海市区域地质志修编过程中,对区内基底地层开展了锆石 LA-ICP-MS U-Pb 年代和微体化石分析,获得了一系列新认识。收稿日期:2023-05-05修回日期:2023-07-10作者简介:谢建磊,1981 年生,男,博士,高级工程师,主要从事区域地质与地热资源等研究。电子邮箱:基金项目:中国地质科学院科研项目“上海区域地质调查片区总结与服务产品开发”(DD20160345-07)上海国土资源Shanghai Land&Resources 2023Vol.44.3 131 地质背景和样品选择金山群主要呈北东向展布于枫泾川沙断裂带与张堰南汇断裂带之间,已知分布于华泾、周浦、车墩、朱泾、
7、吕巷和朱行等地。主要岩性为云母片岩、石英片岩、长石石英岩以及斜长角闪岩、斜长角闪片麻岩、角闪片岩、角闪斜长片麻岩、浅粒岩等,夹有绿泥片岩、大理岩,局部受接触热(液)变质作用影响明显。周浦地区因揭露厚度大,岩石类型齐全,最具代表性。“惠南板岩”仅见于惠南镇,为一套岩性单一的板岩,并且上覆较薄的玄武岩。金山群和惠南板岩构成上海市南部的复式背斜核部。本次在康 ZK1、康 ZK4、朱 ZK4、戚家浜 11201 等钻孔中采集了金山群锆石 U-Pb 年龄样品(图 1、表 1),岩性分别为斜长角闪岩、花岗质糜棱岩、片麻岩、安山质糜棱岩。在南汇中学孔采集了惠南板岩微体化石样品,开展了疑源类化石分析(图 1)
8、。此外,在原划为中生代地层的嘉定 JD7-1、钱圩 502 钻孔的火山碎屑岩中同时采集了锆石 U-Pb 年龄样品。2 分析方法锆石分选和阴极发光照相委托同济大学海洋地质国家重点实验室完成。样品经过清洗、粗碎和细碎后,采用手工淘洗获取重砂,再经电磁选、重液分离后,在显微镜下挑出无裂痕、连晶及包体类型的锆石。完成锆石制靶后,拍摄阴极发光图像。康 ZK1、康 ZK4、朱 ZK4、钱圩 502、JD7-1 等钻孔样品中的锆石丰富,多呈自形半自形,短柱状或长柱状,部分呈不规则状。戚家浜 11201钻孔样品中的锆石较少,多呈半自形,短柱状,部分呈不规则状。锆石 LA-ICP-MS 测试在中国地质大学(武汉
9、)地质过程与矿产资源国家重点实验室完成。ICP-MS 型号为Agilent 7900,激光剥蚀系统型号为 GeoLas HD 193 nm。以标准锆石 91500 和 GJ-1 作外标校正,用美国国家标准技术研究院研制的 NIST610 中的 Si29 作为内标校正和仪器最佳化。剥蚀激光直径为 32 m。数据离线处理、U-Th-Pb 同位素比值、表面年龄计算等采用软件 ICP-MSDataCal22,普通铅校正根据 Andersen(2002)23,锆石年龄计算及谐和图绘制采用 Isoplot 3.7 程序计算。疑源类化石分析在中国科学院南京地质古生物研究所完成。采用 10%稀盐酸浸泡、氢氟酸
10、浸泡、经水洗筛选浮选、制片等常规化石孢粉分析处理方法。3 分析结果3.1 锆石成因康 ZK1 和康 ZK4 孔的锆石多数晶形较差,长轴一般120200 m,前者锆石长宽比多 1.21.7,后者锆石长宽比多1.6-3.0(图 2)。大多数锆石具有清晰的韵律状环带结构,极少量的锆石环带较弱或不发育环带、发育变质增生边。康 ZK4 孔中个别锆石发育核幔结构、面状分带。岩浆锆石的 Th、U 含量较高,Th/U 比值较大(一般大于 0.4)24。康 ZK1 孔测试的 30 粒锆石 Th、U 含量分别 671286 mg/kg、1091051 mg/kg,Th/U 比 值 0.471.52(表 1)。康
11、ZK4 孔测定的 23 粒锆石 Th、U 含量分别 15162 mg/kg、22228 mg/kg,Th/U 比值 0.371.16(表 1)。结合图 1 上海市南部地质简图及钻孔位置Fig.1 Geological sketch map of southern area of Shanghai and borehole location图 2 基底地层锆石 CL 图像特征Fig.2 CL image characteristics of zircon in Shanghai basement strata上海国土资源 Shanghai Land&Resources14 2023Vol.44.
12、3 样品锆石总体的 CL 图像特征,测试锆石应为岩浆成因。朱 ZK4 孔的锆石晶形较好,长轴一般 140240 m,长宽比多1.52.1(图2)。锆石具有清晰的韵律状环带结构,少量锆石发育核部结构和明显变质增生边。测试的 31 粒锆石 Th、U 含量分别 171400 mg/kg、292787 mg/kg,Th/U 比值 0.310.69(表 1)。CL 图像特征呈典型的岩浆锆石特征,并且 Th/U 比值远大于变质锆石的值(一般小于 0.1)24,表明测试锆石为岩浆成因,但变质增生边的存在说明后期变质作用导致了一定程度的 Pb 丢失。戚家浜 11201 孔的锆石晶形差别较大,颗粒较小,长轴一般
13、 50120 m,长宽比多 1.01.5(图 2)。锆石形态较为复杂,多具有轻微磨圆度,部分具有核幔结构、弱环带结构,测试的 14 粒锆石 Th、U 含量分别 46485 mg/kg、73533 mg/kg,Th/U 比值 0.361.35(表 1)。结合样品锆石总体的 CL 图像特征,测试锆石应为岩浆成因,但经历过一定距离搬运。嘉定 JD7-1、钱圩 502 孔的锆石特征相似,后者自形程度较高(图2)。长轴一般130240 m,长宽比多1.32.4。多发育明显韵律环带,少量不发育环带或发育弱环带、面分带。测试的锆石 Th、U 含量分别 54949 mg/kg、43792 mg/kg,Th/U
14、 比值 0.472.94,在钱圩 502 孔中含量和比值较高(表1)。结合样品锆石总体的CL图像特征,测试锆石应为岩浆成因。3.2 锆石 U-Pb 年龄和微体化石特征康 ZK1 中的年龄数据点比较集中,除 5 个数据点微偏离谐和线外,其他数据点都在谐和线上(图 3)。206Pb/238U 表面年龄介于 10529114914 Ma,加权平均年龄为 1091.18.8 Ma(MSWD=4.1),结合锆石成因,该年龄应该代表原岩的形成年龄。个别数据点偏离谐和线和锆石变质增生边的发育,表明后期受到有变质事件影响。康 ZK4 中的年龄数据点相对比较集中,7 个数据点位于谐和线上,16 个数据点以谐和线
15、的数据点为中心微表 1 锆石 LA-ICP-MS 的 U-Th-Pb 同位素分析结果Table 1 U-Th-Pb isotope analysis results of zircon LA-ICP-MS method钻孔编号采样深度(m)岩性测试点含量(mg/kg)Th/U同位素比值年龄(Ma)ThU207Pb/206Pb1207Pb/235U1206Pb/238U1207Pb/235U1206Pb/238U1康ZK1480.0斜长角闪岩1337 409 0.82 0.07558 0.00156 1.8812 0.0383 0.17997 0.00189 1074 13 1067 10 29
16、8 158 0.62 0.07265 0.00180 1.8635 0.0461 0.18565 0.00212 1068 16 1098 12 3200 194 1.03 0.07661 0.00200 1.9959 0.0526 0.18913 0.00239 1114 18 1117 13 4539 741 0.73 0.07385 0.00140 1.9651 0.0367 0.19282 0.00203 1104 13 1137 11 5132 152 0.87 0.07464 0.00339 1.9091 0.0760 0.19149 0.00312 1084 27 1129 17
17、 6156 204 0.76 0.07395 0.00231 1.9054 0.0640 0.18671 0.00350 1083 22 1104 19 7304 441 0.69 0.07584 0.00263 1.8378 0.0673 0.17714 0.00428 1059 24 1051 23 8565 528 1.07 0.07398 0.00193 1.9932 0.0526 0.19509 0.00263 1113 18 1149 14 9134 285 0.47 0.07539 0.00228 1.9671 0.0587 0.19015 0.00289 1104 20 112
18、2 16 10553 480 1.15 0.08205 0.00278 1.9751 0.0621 0.17942 0.00420 1107 21 1064 23 1167 112 0.61 0.07479 0.00317 1.8875 0.0787 0.18591 0.00367 1077 28 1099 20 12102 170 0.60 0.07459 0.00207 1.9217 0.0541 0.18710 0.00228 1089 19 1106 12 13474 520 0.91 0.07378 0.00140 1.8725 0.0367 0.18352 0.00195 1071
19、 13 1086 11 14105 166 0.64 0.07161 0.00209 1.7983 0.0524 0.18245 0.00238 1045 19 1080 13 1572 109 0.66 0.07828 0.00249 1.9264 0.0602 0.17915 0.00221 1090 21 1062 12 16582 502 1.16 0.07496 0.00149 1.9001 0.0383 0.18366 0.00201 1081 13 1087 11 17160 273 0.59 0.07465 0.00166 1.8519 0.0409 0.18012 0.001
20、91 1064 15 1068 10 18137 213 0.64 0.07609 0.00175 2.0033 0.0478 0.19052 0.00201 1117 16 1124 11 19136 196 0.70 0.07554 0.00169 1.8913 0.0427 0.18171 0.00182 1078 15 1076 10 图 3 基底地层锆石 U-Pb 年龄特征Fig.3 U-Pb zircon age characteristics of basement strata上海国土资源Shanghai Land&Resources 2023Vol.44.3 15钻孔编号采样
21、深度(m)岩性测试点含量(mg/kg)Th/U同位素比值年龄(Ma)ThU207Pb/206Pb1207Pb/235U1206Pb/238U1207Pb/235U1206Pb/238U1康ZK1480.0斜长角闪岩20247 316 0.78 0.07563 0.00147 1.8909 0.0370 0.18150 0.00182 1078 13 1075 10 21271 302 0.90 0.07451 0.00154 1.9112 0.0410 0.18618 0.00208 1085 14 1101 11 2287 117 0.75 0.07862 0.00233 1.9510 0.
22、0557 0.18149 0.00237 1099 19 1075 13 23536 447 1.20 0.07386 0.00146 1.9278 0.0404 0.18916 0.00199 1091 14 1117 11 24395 259 1.52 0.07740 0.00163 1.9994 0.0428 0.18760 0.00201 1115 14 1108 11 25410 394 1.04 0.07776 0.00143 1.9709 0.0373 0.18386 0.00180 1106 13 1088 10 261147 854 1.34 0.07572 0.00117
23、1.9227 0.0313 0.18385 0.00175 1089 11 1088 10 27120 188 0.64 0.07740 0.00147 1.8966 0.0371 0.17720 0.00161 1080 13 1052 9 281286 1051 1.22 0.07495 0.00119 1.9155 0.0308 0.18517 0.00182 1087 11 1095 10 2969 115 0.60 0.07426 0.00195 1.8768 0.0488 0.18392 0.00218 1073 17 1088 12 3091 151 0.60 0.07551 0
24、.00191 1.8963 0.0489 0.18165 0.00199 1080 17 1076 11 康ZK4629.9花岗质糜棱岩140 56 0.72 0.10119 0.00218 4.3548 0.1179 0.31614 0.00263 1704 22 1771 13 256 60 0.94 0.10419 0.00199 4.6410 0.1055 0.32700 0.00231 1757 19 1824 11 389 177 0.50 0.10081 0.00265 4.2293 0.1219 0.30597 0.00230 1680 24 1721 11 415 22 0.
25、68 0.10978 0.00433 4.9636 0.20150.33350 0.00485 1813 34 1855 23 529 80 0.37 0.11431 0.00291 4.9430 0.1520 0.31270 0.00427 1810 26 1754 21 668 76 0.89 0.10212 0.00239 4.3618 0.10940.31024 0.00259 1705 21 1742 13 776 110 0.69 0.10348 0.00181 4.6279 0.0894 0.32492 0.00292 1754 16 1814 14 8101 130 0.78
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