小萊河地區(qū)斜長(zhǎng)角閃巖的變質(zhì)作用和原巖屬性

小萊河地區(qū)斜長(zhǎng)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(shí)代一直受到地質(zhì)學(xué)者的關(guān)注。國(guó)內(nèi)曾測(cè)得十余個(gè)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(duì)這套地質(zhì)體的早期形成年齡未有定論。近年,法國(guó)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(cè)定了侵入綠巖地層紅透山組的英云閃長(zhǎng)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(shí)代,筆者采用40Ar/39Ar定年技術(shù),對(duì)產(chǎn)于小萊河鐵礦區(qū)榆樹(shù)底組的斜長(zhǎng)角閃巖中的角閃石進(jìn)行了兩次測(cè)定,得到了十分吻合的測(cè)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(zhǎng)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(zhǎng)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(jiàn)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(guò)本區(qū)。斷裂兩側(cè)的太古代變質(zhì)火山-沉積巖和周?chē)墓爬匣◢徠閹r形成一個(gè)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(gè)英云閃長(zhǎng)巖體呈環(huán)狀分布,并被樹(shù)基溝、線金廠等花崗質(zhì)和英云閃長(zhǎng)質(zhì)巖石侵入切割,大體形成稗子溝-南天門(mén)和小萊河-紅透山兩個(gè)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(gè)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(gè)綠巖帶和各次級(jí)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(shù)底組、紅透山組和南天門(mén)組,構(gòu)成一個(gè)較為完整的綠巖帶。其原巖分屬三個(gè)建造:榆樹(shù)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(zhǎng)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(mén)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(zhǎng)角閃巖巖石學(xué)特征WH-4斜長(zhǎng)角閃巖樣品采于小萊河鐵礦區(qū)榆樹(shù)底組地層。斜長(zhǎng)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(zhǎng)石粒度相似,分布均勻,二者之含量比約為6:4。另可見(jiàn)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(wú)交代現(xiàn)象。角閃石黃綠色,偶而蝕變成黑云母。斜長(zhǎng)石聚片雙晶發(fā)育,有弱絹云母化,An35—40。斜長(zhǎng)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(jiàn)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(zhǎng)角閃巖呈中厚層狀,它是小萊河礦區(qū)榆樹(shù)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(zhǎng)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(shí)與薄層斜長(zhǎng)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(zhǎng)英質(zhì)火山巖。三、實(shí)驗(yàn)和結(jié)果將WH-4斜長(zhǎng)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(cè)定鉀的溶液制備采用離子交換技術(shù);氬的測(cè)定采用38Ar稀釋法,同位素測(cè)定在析氬儀-MS10質(zhì)譜計(jì)聯(lián)合裝置上進(jìn)行。年齡計(jì)算采用的常數(shù)是:λ40K=5.543×10-10a-1,40K/K=1.167×10-4(原子比)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示2.40微量元素測(cè)定WH-4角閃石作了重復(fù)測(cè)定,即R8424和R8517。作為中子監(jiān)測(cè)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(duì)誤差均小于1%。同位素分析結(jié)果見(jiàn)表3和4,年齡譜如圖2和3所示。經(jīng)計(jì)算,兩次測(cè)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(shí)驗(yàn)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)?。兩條譜線個(gè)別部位出現(xiàn)的小差異,是由于兩次實(shí)驗(yàn)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(guó)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(shí)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(shí)驗(yàn)室對(duì)國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)樣測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表2。1.樣品照射過(guò)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(shí)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(shí)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(cè)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(duì)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(guò)程中可以從周?chē)橘|(zhì)中捕獲少量40Ar,這部分氬通常稱(chēng)為過(guò)剩氬。下述兩個(gè)原因可以認(rèn)為WH-4角閃石不含過(guò)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(guò)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(guò)剩氬的礦物能具有的。基于上述原因,有理由認(rèn)為:清原小萊河礦區(qū)出露的榆樹(shù)底組斜長(zhǎng)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(shuō)明,WH-4角閃石形成之后,未受過(guò)明顯的熱擾動(dòng)。既使曾有過(guò)熱的作用,它對(duì)角閃石的影響溫度不會(huì)高于角閃石對(duì)氬的封閉溫度,即500±50℃。據(jù)統(tǒng)計(jì),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(guò)多次熱擾動(dòng),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(dòng)期。清原太古代花崗巖-綠巖地體經(jīng)歷過(guò)多期區(qū)域變質(zhì)、巖漿侵入和混合巖化,熱的擾動(dòng)是存在的。值得注意的是,小菜河地區(qū)斜長(zhǎng)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(lái),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(jiàn)到的。4.筆者根據(jù)侵入紅透山組的樹(shù)基溝英云閃長(zhǎng)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(shí)代屬太古代(1986)。小菜河礦區(qū)的斜長(zhǎng)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(cè):此斜長(zhǎng)角閃巖原巖形成年齡與其變質(zhì)年齡之間的時(shí)間間隔很小,清原綠巖地層的形成時(shí)代很可能是30億年或稍早一些