小萊河地區(qū)斜長角閃巖的變質(zhì)作用和原巖屬性

小萊河地區(qū)斜長角閃巖的變質(zhì)作用和原巖屬性

清原花崗巖-綠巖的形成時代一直受到地質(zhì)學(xué)者的關(guān)注。國內(nèi)曾測得十余個同位素年齡數(shù)據(jù),其范圍是19—32億年。由于數(shù)據(jù)多為視年齡及模式年齡,加之有些數(shù)據(jù)與地層層序相矛盾,致使對這套地質(zhì)體的早期形成年齡未有定論。近年,法國江博明教授(1984)和筆者(1986)分別采用U-Pb法和40Ar/39Ar快中子活化定年技術(shù),測定了侵入綠巖地層紅透山組的英云閃長巖中的鋯石和黑云母的年齡后,指出紅透山組的年齡要大于25億年,屬太古代。為了進(jìn)一步探討本區(qū)綠巖地層早期形成時代,筆者采用40Ar/39Ar定年技術(shù),對產(chǎn)于小萊河鐵礦區(qū)榆樹底組的斜長角閃巖中的角閃石進(jìn)行了兩次測定,得到了十分吻合的測試數(shù)據(jù)。依此,并結(jié)合其它地球化學(xué)資料,筆者討論了該斜長角閃巖的變質(zhì)年齡和清原綠巖地層的早期形成年齡。小萊河地區(qū)斜長角閃巖經(jīng)歷了近30億年的地質(zhì)歷史,K-Ar體系卻一直處于化學(xué)封閉狀態(tài)。這一特征,在華北斷塊區(qū)是鮮見的。一、綠巖帶的發(fā)育和發(fā)育研究區(qū)位于華北斷塊北緣,遼寧地塊鐵嶺一靖宇古隆起中部。渾河斷裂大致北東向穿過本區(qū)。斷裂兩側(cè)的太古代變質(zhì)火山-沉積巖和周圍的古老花崗片麻巖形成一個保存尚好的花崗巖-綠巖地體。綠巖地層圍繞線金廠和清原這兩個英云閃長巖體呈環(huán)狀分布,并被樹基溝、線金廠等花崗質(zhì)和英云閃長質(zhì)巖石侵入切割,大體形成稗子溝-南天門和小萊河-紅透山兩個綠巖盆地。由穹窿向外,變質(zhì)程度逐漸遞減,反映了深部花崗巖以底辟上升。本區(qū)東部抬升幅度較西部大,所以綠巖地層在西部得以較大范圍的保存。整個綠巖帶為一復(fù)式向斜帶,褶皺軸的方向基本上與綠巖地層展布方向一致。褶皺變形至少可以辨認(rèn)出兩期疊加的形跡。早期形成的軸向近于水平的大型復(fù)式向斜褶皺構(gòu)造(F1),被晚期形成的軸向近于直立的小型褶皺(F2)疊加,其結(jié)果使整個綠巖帶和各次級綠巖帶都形成典型的S型緊閉同斜褶皺。角閃巖相的變質(zhì)火山-沉積巖系自下而上分為榆樹底組、紅透山組和南天門組,構(gòu)成一個較為完整的綠巖帶。其原巖分屬三個建造:榆樹底組為超基性巖-基性巖建造,以厚層拉斑玄武巖為主,底部夾有少量薄層狀或透鏡體狀鎂綠巖(科馬提巖),上部具拉斑玄武巖-長英質(zhì)火山巖雙峰式特征。紅透山組為鈣堿性火山巖建造,以拉斑玄武巖和英安質(zhì)火山巖、凝灰?guī)r互層為主,夾少量粘土質(zhì)巖。南天門組為含薄層的大理巖的沉積建造。綠巖帶底部為一套紫蘇花崗巖-麻粒巖系,構(gòu)成片麻狀結(jié)晶基底。綠巖帶和基底間被花崗巖充填。綠巖帶內(nèi)賦存有豐富的塊狀硫化物銅、鋅礦床,以及金、鐵和其它非金屬礦產(chǎn)。二、斜長角閃巖巖石學(xué)特征WH-4斜長角閃巖樣品采于小萊河鐵礦區(qū)榆樹底組地層。斜長角閃巖具中細(xì)粒柱狀變晶結(jié)構(gòu),片麻狀構(gòu)造。普通角閃石和斜長石粒度相似,分布均勻,二者之含量比約為6:4。另可見少量單斜輝石,它與普通角閃石為同期共生變質(zhì)礦物,二者無交代現(xiàn)象。角閃石黃綠色,偶而蝕變成黑云母。斜長石聚片雙晶發(fā)育,有弱絹云母化,An35—40。斜長角閃巖的SiO2百分含量為49.69,且有高鐵、低堿質(zhì)的性質(zhì),TiO2、Na2O和K2O百分含量分別為0.75、1.38和0.75,巖石化學(xué)性質(zhì)屬拉斑玄武巖。它的稀土元素分布曲線平緩(見圖1),輕稀土略有虧損,Eu略具負(fù)異常,YbN約為10,和現(xiàn)代大洋拉斑玄武巖相似,屬太古代虧損型(DAT)拉斑玄武巖。斜長角閃巖呈中厚層狀,它是小萊河礦區(qū)榆樹底組的主要組成巖石。其下部出露的是透鏡狀角閃石巖,它以高鎂鈣和低鋁為特征,原巖屬玄武質(zhì)科馬提巖。斜長角閃巖之上為條帶狀石英磁鐵礦,礦石中含有角閃石和另一種硅酸鹽礦牧——萊河礦。條帶狀石英磁鐵礦之上是變酸性火山巖和凝灰?guī)r,它們有時與薄層斜長角閃巖成互層,形成典型的雙峰式火山巖套。酸性火山巖重稀土強(qiáng)烈虧損,屬太古代虧損型(DSV)長英質(zhì)火山巖。三、實驗和結(jié)果將WH-4斜長角閃巖破碎至0.15—0.31mm,選取其中角閃石分別進(jìn)行K-Ar稀釋法和40Ar/39Ar快中子活化定年。1.同位素測定鉀的溶液制備采用離子交換技術(shù);氬的測定采用38Ar稀釋法,同位素測定在析氬儀-MS10質(zhì)譜計聯(lián)合裝置上進(jìn)行。年齡計算采用的常數(shù)是:λ40K=5.543×10-10a-1,40K/K=1.167×10-4(原子比)。實驗結(jié)果如表1所示2.40微量元素測定WH-4角閃石作了重復(fù)測定,即R8424和R8517。作為中子監(jiān)測的樣品,第一次采用77-600角閃石和ZBJ角閃石,第二次采用T04白云母和ZBJ角閃石。每批照射后J值的相對誤差均小于1%。同位素分析結(jié)果見表3和4,年齡譜如圖2和3所示。經(jīng)計算,兩次測定的坪年齡分別是2986±10和2989±2Ma。四、確定了40a/33a的坪年齡WH-4角閃石兩次實驗給出的40Ar/39Ar年齡譜十分相似:譜線首尾階段的視年齡明顯偏高,中間部分呈平坦?fàn)睢蓷l譜線個別部位出現(xiàn)的小差異,是由于兩次實驗加熱階段劃分的不同而引起的,它不影響譜線本身的地質(zhì)意義。取0.6克角閃石用鋁箔包裹,在中國科學(xué)院原子能所49-2反應(yīng)堆H4孔道連續(xù)照射兩晝夜以上,用鎘箔屏蔽熱中子,快中子累積通量大于1.3×1018n/cm2。樣品罐照射時旋轉(zhuǎn),并置于冷卻水中。高頻電爐熔樣,每溫度階段持續(xù)20分鐘。同位素比值做了質(zhì)量歧視及記憶效應(yīng)校正,37Ar做了衰變校正。鉀鈣誘發(fā)同位素校正因子是:(40Ar/39Ar)k=7.15×10-3,(36Ar/37Ar)Ca=2.64×10-4,(39Ar/37Ar)Ca=6.87×10-4。本實驗室對國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)樣測定結(jié)果見表2。1.樣品照射過程中,39K(n,P)39Ar這一核反應(yīng)的產(chǎn)物39Ar,由于核反沖作用而部分丟失,致使40Ar/39Ar這一比值變大,造成譜線初始階段的視年齡異常高。譜線末端出現(xiàn)的異常值,與高溫時儀器本底貢獻(xiàn)大有關(guān)。上述兩種情況,均不具地質(zhì)意義(王松山,1982)。真正反映地質(zhì)樣品形成時代的是40Ar/39Ar坪年齡,它通常是由中—高溫區(qū)間視年齡給出的。WH-4角閃石兩次測定給出的坪年齡在誤差范圍內(nèi)完全一致,即為29.9±0.1億年。這兩條譜線中—高溫區(qū)間視年齡變化很小,譜線平坦,它們對應(yīng)的39Ar析出量高達(dá)85%以上。這是很典型的坪年齡譜線。兩條譜線這種特征表明:WH-4角閃石形成在29.9億年前。2.有些礦物(如輝石),在結(jié)晶過程中可以從周圍介質(zhì)中捕獲少量40Ar,這部分氬通常稱為過剩氬。下述兩個原因可以認(rèn)為WH-4角閃石不含過剩氬。一是圖2和圖3譜線未顯示出馬鞍形特征,而馬鞍形是含過剩氬的礦物通常具有的特征譜線;其二,WH-4角閃石的K-Ar年齡為29.8億年,它與坪年齡基本一致,這種一致性不是含過剩氬的礦物能具有的?；谏鲜鲈?有理由認(rèn)為:清原小萊河礦區(qū)出露的榆樹底組斜長角閃巖的變質(zhì)年齡是29.9±0.1億年。3.兩條譜線在低—中溫區(qū)間,視年齡不隨加熱溫度的升高而單調(diào)上升。這種特征說明,WH-4角閃石形成之后,未受過明顯的熱擾動。既使曾有過熱的作用,它對角閃石的影響溫度不會高于角閃石對氬的封閉溫度,即500±50℃。據(jù)統(tǒng)計,相當(dāng)多的K-Ar年齡及40Ar/39Ar數(shù)據(jù)表明,華北斷塊區(qū)太古代地層經(jīng)歷過多次熱擾動,它們主要集中在26—24億年、19—16億年,以及海西和燕山巖漿活動期。清原太古代花崗巖-綠巖地體經(jīng)歷過多期區(qū)域變質(zhì)、巖漿侵入和混合巖化,熱的擾動是存在的。值得注意的是,小菜河地區(qū)斜長角閃巖形成后卻未受到上述熱事件的明顯作用,29.9億年以來,K-Ar體系一直處于化學(xué)封閉狀態(tài)。這一特征,在華北斷塊區(qū)是很少見到的。4.筆者根據(jù)侵入紅透山組的樹基溝英云閃長巖25.8億年的坪年齡和稀土元素配分特征,曾指出清原綠巖地層形成時代屬太古代(1986)。小菜河礦區(qū)的斜長角閃巖未發(fā)現(xiàn)二次變質(zhì)現(xiàn)象,加之WH-4角閃石所具有的40Ar/39Ar平坦的年齡譜,使我們有理由推測:此斜長角閃巖原巖形成年齡與其變質(zhì)年齡之間的時間間隔很小,清原綠巖地層的形成時代很可能是30億年或稍早一些