徐州賈汪地區(qū)暗巖鋯石u-pb年代學(xué)及其地質(zhì)意義

徐州賈汪地區(qū)暗巖鋯石u-pb年代學(xué)及其地質(zhì)意義

近年來，江蘇省地質(zhì)秘書處第五地質(zhì)大隊對徐州黑巖進行了鉆石普查，選擇了幾種原生鉆石，并在北徐陽輝綠巖和大李莊玄武巖的大范圍內(nèi)獲得了兩座細花崗巖。一般認為,金剛石母巖主要為金伯利巖和鉀鎂煌斑巖。隨著金剛石找礦成果的突破,在世界其他地區(qū)基性-堿性超基性巖中也找到了金剛石,證明金伯利巖和鉀鎂煌斑巖并不是唯一的含金剛石礦母巖,為今后在我國其他類型巖石中,尤其在東部堿性基性巖中尋找金剛石礦產(chǎn)提供了依據(jù)1近、近ew向斷裂發(fā)育賈汪地區(qū)位于徐州市北部,構(gòu)造位置處于華北板塊東南緣,東距郯廬斷裂帶約45km。研究區(qū)具有泰山巖群變質(zhì)結(jié)晶基底,為華北板塊特有的以太古宙中基性噴出巖為主的中深變質(zhì)巖系,古元古代—新生代地層發(fā)育,且新元古代地層保存完好。區(qū)內(nèi)主要有NE向、NW向、NNE向和近EW向4組斷裂,斷裂多期活動性明顯。總體而言,近EW向斷裂形成時間最早,為基底斷裂,晚期有繼承性活動;NE向和NW向斷裂形成時間次之,為蓋層斷裂;NNE向斷裂形成時間最晚,切割較深。這些斷裂既控制暗色巖時空分布,還對沉積蓋層的發(fā)育、巖相變化和展布方向產(chǎn)生重要影響(圖1)。區(qū)域巖漿活動強烈,受燕山運動影響,該區(qū)經(jīng)歷了長期復(fù)雜的構(gòu)造巖漿演化史,巖漿活動主要有3個階段:新元古代以輝綠巖為主,中生代(燕山期)以中酸性侵入巖及噴出巖為主,新生代(喜山期)以玄武玢巖或橄欖玄武玢巖、煌斑巖為主。2構(gòu)造及蝕變特征賈汪地區(qū)暗色巖主要為輝綠巖,其次為玄武玢巖或橄欖玄武玢巖,苦橄玢巖、煌斑巖脈和金伯利巖零星分布。輝綠巖主要分布在賈汪地區(qū)東部汴塘—塔山一帶,呈層狀或似層狀侵入震旦紀倪園組或九頂山組,多呈NE向展布,規(guī)模不大。輝綠巖與圍巖接觸帶附近常出現(xiàn)烘烤或熱液蝕變現(xiàn)象,主要為大理巖化、蛇紋石化、透閃石-石棉化和黃鐵礦化。玄武玢巖主要分布在賈汪地區(qū)中東部大洞山、闞山、蘆山等地區(qū),侵位地層為震旦系、寒武系和奧陶系,均呈脈狀,規(guī)模較小,多受NNE向斷裂控制,脈體多斜切地層,接觸界線清楚,熱液蝕變較弱。巖脈中發(fā)現(xiàn)少量角礫,成分為輝石巖、基底變質(zhì)巖和圍巖角礫?？嚅乡銕r和煌斑巖分布于賈汪地區(qū)西部、利國中酸性雜巖體南部外圍的西村—北村一帶,侵入地層為奧陶系,呈脈狀或巖管狀,傾角較陡,嚴格受NNE向斷裂控制,接觸界線清晰,圍巖蝕變不明顯。金伯利巖僅分布在賈汪地區(qū)西部西村鳳凰山一帶,侵入地層為奧陶系,呈巖管狀,傾角較陡,受NNE向斷裂控制。巖體中后期細脈較發(fā)育,包括方解石脈和細晶巖脈,角礫含量較高,成分復(fù)雜,中酸性巖漿巖、暗色超基性巖、基底變質(zhì)巖角礫和圍巖角礫均有出現(xiàn)。3地質(zhì)和地質(zhì)條件樣品分別采自北許陽輝綠巖(樣品1)、二成山玄武玢巖(樣品2)、大李莊玄武巖(樣品3)和西村金伯利巖(樣品4)。北許陽輝綠巖呈灰綠色,輝綠結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造,主要礦物為斜長石和輝石,輝石填隙于斜長石晶粒間,次要礦物為鉀長石和角閃石;二成山玄武玢巖呈灰黑色,斑狀結(jié)構(gòu),氣孔-杏仁構(gòu)造,斑晶為輝石巨斑,基質(zhì)由斜長石和暗色礦物組成,暗色礦物多已皂石化或碳酸鹽化,氣孔多被碳酸鹽礦物填充形成杏仁體;大李莊玄武巖呈灰黑色,斑狀結(jié)構(gòu)-基質(zhì)間粒結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造,斑晶多為暗色礦物,已皂石化、碳酸鹽化或褐鐵礦化,呈假象分布,基質(zhì)主要由斜長石和暗色礦物組成;西村金伯利巖呈褐灰色,斑狀結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造,斑晶由橄欖石假象、金云母和單斜輝石組成,基質(zhì)為單斜輝石、金云母和方解石,可見少量輝石巖、花崗巖、變質(zhì)巖和金伯利巖角礫。在北許陽輝綠巖和大李莊玄武巖中分別選獲了1顆碎粒級微粒金剛石,均呈黃綠色,未見熔蝕殼,前者晶型較好,后者為金剛石碎片,晶型未見。鋯石挑選工作在河北省廊坊區(qū)域地質(zhì)調(diào)查研究所實驗室完成。將鋯石單礦物粘在雙面膠上,置于環(huán)氧樹脂制靶,將靶上鋯石磨至一半,使鋯石內(nèi)部暴露,利用透射光、反射光照像和陰極發(fā)光(CL)圖像研究鋯石的晶體形貌和內(nèi)部結(jié)構(gòu),選擇同位素分析最佳點(無裂紋、無包體);制靶,透、反射光和陰極發(fā)光照相在南京宏創(chuàng)地質(zhì)勘查技術(shù)服務(wù)有限公司完成。利用激光剝蝕電感耦合等離子體質(zhì)譜法(LA-ICP-MS),在南京大學(xué)內(nèi)生金屬礦床成礦機制研究國家重點實驗室完成鋯石年齡測試。激光剝蝕束斑直徑為32μm,剝蝕時間為60s,背景測量時間為40s,脈沖能量為10~20J/cm4測試結(jié)果利用U-Pb年齡測試結(jié)果討論問題時,考慮到鋯石年齡的準確性,對于年輕鋯石(<1000Ma)一般采用4.1la-icp-ms鋯石u-pb年齡樣品中的鋯石呈半自形-自形柱狀,部分破碎呈不規(guī)則粒狀,自形程度較高,且晶棱顯著,無增生邊,部分具有密集的震蕩環(huán)帶,部分具面狀分帶,內(nèi)部較均勻,Th/U值均>0.67,為典型的基性巖鋯石LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡數(shù)據(jù)總體略分散,4.2pb諧和年齡樣品鋯石U-Pb年齡復(fù)雜且分散,U-Pb年齡值總體集中在3個區(qū)域:(1)2483~2536Ma年齡段,鋯石U-Pb諧和年齡為2518±36Ma(MSWD=0.75),屬新太古代晚期。鋯石呈半自形,具密集震蕩環(huán)帶,核-幔-邊結(jié)構(gòu)明顯,具一定的圓度,應(yīng)為變質(zhì)基底捕擄的鋯石;(2)1706~1921Ma年齡段,鋯石U-Pb諧和年齡為1757±28Ma(MSWD=0.29),鋯石均呈次圓-圓狀,晶棱圓滑,可見邊部切割鋯石環(huán)帶現(xiàn)象,為典型的變質(zhì)鋯石4.3鋯石u-pb年齡樣品鋯石年齡大多位于U-Pb年齡諧和線附近,個別遠離U-Pb年齡諧和線,可能由于鉛嚴重丟失所致,本次分析將該數(shù)據(jù)剔除。該樣品鋯石U-Pb年齡主要集中在4個區(qū)域:(1)2497~2555Ma年齡段,鋯石U-Pb年齡落在鋯石U-Pb年齡諧和線下方,可能與鉛少量丟失有關(guān),其鋯石U-Pb諧和年齡為2514±20Ma(MSWD=0.70),鋯石呈半自形,具密集震蕩環(huán)帶,晶棱明顯,應(yīng)為來自變質(zhì)基底的捕擄鋯石;(2)1613~1638Ma年齡段,鋯石具有變質(zhì)重結(jié)晶和增生邊,可能為變質(zhì)重結(jié)晶后的捕擄鋯石;(3)1097~1196Ma年齡段和480Ma,該時期鋯石鉛含量較高,在實際操作中剝蝕時間較短,結(jié)果可能存在誤差;(4)219~285Ma年齡段,該時期鋯石具密集震蕩環(huán)帶,晶棱明顯,自形程度高,為典型的巖漿鋯石(圖4)。該樣品鋯石U-Pb年齡分散,其原因尚未明確,基本為捕獲鋯石,后期還需重新采樣挑選基性鋯石進行測試,本文暫不討論該巖體。4.4和線上鋯石u-pb年齡該樣品鋯石U-Pb年齡較復(fù)雜,主要集中在3個年齡段:(1)2381~2518Ma年齡段,部分鋯石U-Pb年齡落在下諧和線上方,其鋯石U-Pb諧和年齡為2478±37Ma(MSWD=0.11)(圖5),鋯石呈半自形,具密集震蕩環(huán)帶,代表變質(zhì)基底年齡;(2)1713~1837Ma年齡段,該時期鋯石自形程度較低,可見增生邊,應(yīng)為變質(zhì)重結(jié)晶鋯石;(3)129~143Ma年齡段,該時期鋯石特征不同,其中143Ma鋯石自形程度較高,且震蕩環(huán)帶發(fā)育,為典型的巖漿鋯石5討論5.1晚侏羅世—構(gòu)造背景及金剛石成因多數(shù)學(xué)者認為金剛石主要有地幔捕虜晶成因、幔源巖漿結(jié)晶成因、變質(zhì)成因和隕擊成因金剛石成礦母巖特別是金伯利質(zhì)巖漿活動一般發(fā)生在穩(wěn)定克拉通的相對活化期,產(chǎn)于內(nèi)部或邊緣的深大斷裂或2個次級構(gòu)造單元的交接部位暗色巖鋯石U-Pb年齡測試結(jié)果反映徐州賈汪地區(qū)暗色巖的分布時代跨度較大,從新元古代至中生代(燕山期)甚至新生代(喜山期),幾乎每個重要的巖漿活動期均有暗色巖。北許陽輝綠巖形成于712±11Ma前,屬新元古代,說明華北板塊東南緣存在新元古代巖漿活動事件,與Rodinia超大陸的裂解時間(700~830Ma)大致相當西村金伯利巖的鋯石U-Pb年齡為129.7±4.7Ma,處于華北板塊東部中生代巖漿作用較強烈的晚侏羅世—早白堊世巖漿活動期,中國東部處于強烈的伸展環(huán)境,此時郯廬斷裂帶走滑作用強烈晚侏羅世后,在華北板塊東部白堊系中發(fā)現(xiàn)角度不整合,代表了燕山運動1期擠壓事件;晚白堊世,華北板塊東南緣處于從擠壓作用向伸展作用轉(zhuǎn)變的過渡期,巖漿活動相對較弱該區(qū)玄武玢巖或橄欖玄武玢巖中雖未選獲金剛石,但在相同地質(zhì)背景下的白露山橄欖玄武玢巖中選獲了2顆金剛石,顆粒較大,均發(fā)生熔蝕,為典型的地幔捕虜晶。該時期深大斷裂增大的切割深度為含金剛石幔源包體的運移上升提供了通道。野外工作中在該期橄欖玄武玢巖中發(fā)現(xiàn)幔源包體,并選獲了一些深源礦物,說明其來源深度較大,具備了一定的尋找金剛石原生礦的前景,時代越新,尋找金剛石原生礦的前景越好。5.2金伯利巖巖漿活動期西村暗色巖體以基性巖為主,超基性巖較少,但暗色巖的產(chǎn)出條件及成因與金伯利巖具有一定關(guān)系。在西伯利亞含金剛石巖筒附近發(fā)現(xiàn)古生代堿性玄武巖、煌斑巖、苦橄玢巖和沸煌巖巖墻;山東蒙陰西峪金剛石礦床中的金伯利巖切穿了燕山期基性巖,說明含金剛石礦體繼承了早期巖漿的上升通道,產(chǎn)出位置具有一致性華北板塊金伯利巖巖漿活動分為2期:一是古生代金伯利巖巖漿活動期,以冀魯遼陸核邊緣鐵嶺巖區(qū)、中部復(fù)縣和蒙陰巖區(qū)為代表(457~462Ma);二是中-新生代金伯利巖巖漿活動期,以鶴壁和涉縣巖區(qū)為代表(117~52Ma)前人對徐州和遼寧地層進行對比,認為遼南和徐州地區(qū)奧陶世以前的地層完全吻合,由此推斷郯廬斷裂帶平移時間為石炭紀。晚奧陶世以前,遼南和徐州處于同緯度,而遼寧金伯利巖活動期正處于該時期,因此徐州地區(qū)也存在古生代金伯利巖的可能性西村金伯利巖的形成時代(129.7±4.7Ma)略早于華北板塊中-新生代金伯利巖巖漿活動期,華北板塊處于擠壓作用后的松弛期,受地殼引張和巖石圈減薄影響,深大斷裂切割深度逐漸加大,為金伯利巖漿上升提供了通道。與古生代山東復(fù)縣(200km該區(qū)燕山晚期-喜山期的玄武巖漿活動與華北板塊中、新生代金伯利巖巖漿活動一致實際工作中,在橄欖玄武玢巖中發(fā)現(xiàn)了具地幔捕擄晶成因的金剛石和深源礦物,具有進一步尋找金剛石礦的可能。賈汪及徐州地區(qū)新生代暗色巖的巖石類型、深源捕擄體特征、溫壓條件、源區(qū)性質(zhì)及金剛石成礦條件有待進一步研究。6晚古生代物源盆地的劃分依據(jù)(1)徐州賈汪地區(qū)暗色巖的分布時代跨度較大,從新元古代至中生代(燕山期)甚至新生代(喜山期),幾乎每個重要的巖漿活動期均有暗色巖出現(xiàn)。其中,北許陽輝綠巖(712±11Ma)形成于新元古代;西村金伯利巖(129.7±4.7Ma)形成于晚侏