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    吉林省塔东群锆石U-Pb定年、微量元素研究及其地质意义

    孟杰 刘晓旸 梁一鸿 秦亚 句高 李本仙

    孟杰, 刘晓旸, 梁一鸿, 秦亚, 句高, 李本仙, 2017. 吉林省塔东群锆石U-Pb定年、微量元素研究及其地质意义. 地球科学, 42(4): 502-510. doi: 10.3799/dqkx.2017.040
    引用本文: 孟杰, 刘晓旸, 梁一鸿, 秦亚, 句高, 李本仙, 2017. 吉林省塔东群锆石U-Pb定年、微量元素研究及其地质意义. 地球科学, 42(4): 502-510. doi: 10.3799/dqkx.2017.040
    Meng Jie, Liu Xiaoyang, Liang Yihong, Qin Ya, Ju Gao, Li Benxian, 2017. U-Pb Dating and Trance Elements Composition of Tadong Group from Jilin Province and Their Geological Implications. Earth Science, 42(4): 502-510. doi: 10.3799/dqkx.2017.040
    Citation: Meng Jie, Liu Xiaoyang, Liang Yihong, Qin Ya, Ju Gao, Li Benxian, 2017. U-Pb Dating and Trance Elements Composition of Tadong Group from Jilin Province and Their Geological Implications. Earth Science, 42(4): 502-510. doi: 10.3799/dqkx.2017.040

    吉林省塔东群锆石U-Pb定年、微量元素研究及其地质意义

    doi: 10.3799/dqkx.2017.040
    基金项目: 

    中国地质调查局项目 1212011120329

    详细信息
      作者简介:

      孟杰(1982-),女,博士研究生,主要从事矿物学、地球化学研究.ORCID:0000-0002-3312-0987.E-mail: mengjie26@126.com

      通讯作者: 李本仙,ORCID:0000-0002-6995-4879.E-mail: lbxian@jlu.edu.cn
    • 中图分类号: P597

    U-Pb Dating and Trance Elements Composition of Tadong Group from Jilin Province and Their Geological Implications

    • 摘要: 吉林省塔东群以含大型磁铁矿床而著称,塔东铁矿是吉黑成矿省内最大的火山喷流沉积-变质改造型铁矿.由于塔东群地质特征复杂,多种地质作用复合叠加,使其形成时代归属一直存在争议.通过LA-ICP-MS锆石定年,确定了吉林省塔东群黑云斜长片麻岩和磁铁透辉斜长变粒岩中锆石年代.黑云斜长片麻岩中锆石呈长柱状,Th/U值为0.17~0.65,206Pb/238U加权平均年龄为517.6±2.7 Ma,代表了其原岩火山岩形成的年龄.磁铁透辉斜长变粒岩中共有两组锆石年龄,其中一组短柱状,Th/U值介于0.78~1.00,加权平均年龄为249.8±4.0 Ma,代表后期热事件年龄;另一组锆石半自形短柱状晶形,异常高的U、Th, Th最高含量可达17 422 μg/g,206Pb/238U加权平均年龄为518.3±3.8 Ma,表示热液活动年龄,显示该区518.3 Ma左右经历了一次热液作用,可能与该区的岩浆作用以及塔东铁矿的成矿有关.据此,塔东群内塔东铁矿可能存在一期早寒武世 (±520 Ma) 的成矿作用.
    • 图 1  吉林塔东群地质

      Figure 1.  Geological sketch of Jilin Tadong Group

      图 2  岩石薄片显微照片

      Figure 2.  Photomicrographs of the samples

      a.TD11;b.TDFE;Bi.黑云母;Pl.斜长石;Q.石英;Di.透辉石;Mt.磁铁矿

      图 3  锆石阴极发光 (CL) 图像及测试位置

      Figure 3.  Cathodoluminescence (CL) images of zircons and their test locations

      a.TD11锆石CL图像及测试位置;b.TDFE锆石CL图像及测试位置

      图 4  吉林塔东群锆石U-Pb谐和图

      Figure 4.  Concordia diagrams of zircon U-Pb date from Jilin Tadong Group

      a.样品TD11中锆石U-Pb谐和图;b.样品TDFE中锆石U-Pb谐和图

      图 5  吉林塔东群锆石REE球粒陨石标准化分配模式

      Figure 5.  Chondrite normalized REE patterns of zircon grains from Tadong Group, Jilin Province

      a.TD11中锆石REE球粒陨石标准化分配模式;b.TDFE 518.3±3.8 Ma锆石REE球粒陨石标准化分配模式

      图 6  样品TD11和TDFE中锆石δ(Ce)/[w(Sm)/w(La)]N图解

      Figure 6.  Pattern of δ(Ce)/[w(Sm)/w(La)]N of zircon grains in sample TD11 and TDFE

      表 1  塔东群沿革

      Table 1.  The evolution of Tadong group

      地调单位 时间 地点 地层
      沈阳局大黑山队 1957 敦化 Ar
      五台系
      吉林区调队三分队 1960 敦化 太古界
      延边地质综合队 1974 塔东 志留系-泥盆系
      黑龙江局一队 1977 镜泊湖 二合营群 (S)
      红光组
      吉林区调队一分队 1978 塔东 S-D
      青龙村群
      吉林局六所一分队 1988 塔东 二合营群 (S)
      红光组
      吉林省区调六所 1988 塔东 O-∈
      黄莺屯组 西保安组
      李东津等 1997 塔东 塔东 (岩) 群
      朱敦店组 拉拉沟组
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      表 2  吉林塔东群LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素测试结果

      Table 2.  Zircon U-Pb isotopic date obtained by LA-ICP-MS for Tadong Group, Jilin Province

      样号 232Th (10-6) 238U (10-6) Th/U Pb (10-6) 同位素比值 年龄 (Ma)
      207Pb/206Pb ±σ% 207Pb/235U ±σ% 206Pb/238U ±σ% 207Pb/206Pb 1σ 206Pb/238U 1σ
      TD11
      TD1101 386 2 211 0.17 286 0.057 5 0.19 0.654 4 2.05 0.082 5 0.09 512 75 513 6
      TD1103 1 851 4 581 0.40 941 0.057 1 0.13 0.660 6 1.57 0.083 0 0.06 496 39 514 4
      TD1105 327 1 806 0.18 229 0.056 1 0.19 0.659 5 2.17 0.084 5 0.10 456 53 523 6
      TD1106 691 3 630 0.26 401 0.056 3 0.18 0.654 5 2.04 0.083 2 0.08 463 51 515 5
      TD1108 1 063 2 146 0.50 515 0.052 8 0.15 0.619 6 1.76 0.084 2 0.10 320 43 521 6
      TD1109 1 004 3 499 0.29 598 0.055 8 0.15 0.653 7 1.75 0.083 9 0.10 445 39 519 6
      TD1110 378 1 828 0.21 270 0.057 6 0.19 0.676 3 2.30 0.084 0 0.13 516 48 520 8
      TD1111 2 686 4 793 0.56 1 211 0.055 2 0.16 0.641 5 1.78 0.083 3 0.09 419 43 516 5
      TD1112 464 1 851 0.25 282 0.056 0 0.19 0.646 6 2.21 0.083 0 0.10 450 55 514 6
      TD1113 614 2 860 0.21 397 0.056 6 0.16 0.664 8 1.79 0.084 4 0.09 477 40 522 5
      TD1114 743 2 782 0.27 449 0.056 6 0.16 0.655 2 1.89 0.083 3 0.10 475 42 516 6
      TD1115 2 096 4 752 0.44 1 075 0.060 9 0.18 0.704 5 2.06 0.083 2 0.09 637 43 515 6
      TD1116 4 482 7 407 0.61 1 985 0.058 1 0.16 0.679 8 1.86 0.084 3 0.10 534 39 522 6
      TD1117 1 036 2 274 0.46 473 0.057 3 0.18 0.663 0 2.02 0.083 5 0.09 502 49 517 5
      TD1118 5 701 8 827 0.65 2 558 0.057 1 0.13 0.666 1 1.56 0.083 9 0.08 495 34 519 5
      TDFE
      TDFE01 557 711 0.78 103 0.053 1 0.29 0.283 7 1.51 0.039 0 0.06 333 93 246 4
      TDFE02 889 921 0.96 162 0.051 4 0.25 0.285 3 1.34 0.040 5 0.05 260 84 256 3
      TDFE03 461 554 0.83 92 0.058 1 0.46 0.310 7 2.42 0.039 2 0.14 533 110 248 8
      TDFE04 446 544 0.82 85 0.053 8 0.31 0.299 2 1.70 0.040 3 0.07 364 99 255 4
      TDFE05 739 888 0.83 138 0.051 1 0.27 0.277 8 1.38 0.039 8 0.06 246 85 252 4
      TDFE06 6 290 3 038 2.07 2 073 0.057 4 0.16 0.663 9 1.77 0.083 4 0.08 507 41 516 5
      TDFE10 3 597 2 455 1.46 1 293 0.057 6 0.16 0.671 5 1.94 0.084 0 0.09 513 45 520 5
      TDFE11 10 971 3 418 3.21 2 537 0.059 6 0.17 0.688 0 1.96 0.083 2 0.08 590 45 515 5
      TDFE12 4 999 2 550 1.96 1 749 0.059 2 0.16 0.691 2 1.82 0.084 2 0.08 575 41 521 5
      TDFE13 9 863 3 662 2.69 2 164 0.059 0 0.13 0.687 5 1.72 0.083 9 0.10 565 34 519 6
      TDFE15 17 422 4 169 4.18 3 254 0.057 9 0.15 0.672 8 1.81 0.083 6 0.09 527 40 517 5
      TDFE16 929 933 1.00 173 0.052 6 0.26 0.288 5 1.46 0.039 6 0.06 310 88 251 4
      TDFE17 909 1 040 0.87 164 0.049 2 0.27 0.261 1 1.42 0.038 9 0.06 157 95 246 4
      TDFE18 16 206 3 989 4.06 2 389 0.057 8 0.14 0.673 2 1.58 0.084 0 0.08 523 34 520 5
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      表 3  锆石微量元素分析结果 (μg/g)

      Table 3.  Trace elements analyses of zircon (μg/g)

      样号 La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
      TD11
      TD1101 1.720 44.9 0.810 7.14 11.20 2.21 68.3 31.9 503 212 1 063 254 2 692 460
      TD1103 1.310 103.0 0.910 7.50 14.50 4.60 117.0 49.0 659 259 1 256 276 2 833 457
      TD1105 0.190 35.1 0.052 2.11 5.67 2.29 56.5 28.4 422 182 916 216 2 364 385
      TD1106 0.030 53.7 0.078 1.03 6.73 3.23 70.3 29.4 442 180 884 202 2 147 355
      TD1107 3.820 97.1 2.290 20.50 38.80 5.20 217.0 77.8 998 385 1 748 386 4 123 651
      TD1108 1.360 54.7 0.810 8.07 11.50 4.67 85.0 34.1 463 176 830 187 1 974 305
      TD1109 0.078 67.6 0.089 2.03 12.20 3.32 90.4 38.4 566 224 1132 259 2 860 441
      TD11010 0.011 41.2 0.037 1.92 5.84 2.31 56.4 27.2 398 163 838 2 029 2 216 348
      TD11011 1.460 127.0 0.750 8.04 19.90 7.03 161.0 60.9 832 319 1 478 328 3 376 525
      TD11012 0.026 39.1 0.097 2.74 8.18 3.25 92.0 39.4 583 244 1 247 286 3 082 501
      TD11013 0.023 67.4 0.098 3.25 9.28 3.88 107.0 49.1 736 299 1 477 340 3 618 564
      TD11014 0.023 74.1 0.054 2.47 9.63 3.88 101.0 44.1 662 275 1 395 327 3 507 552
      TD11015 10.200 113.0 5.580 39.40 32.70 7.47 140.0 48.5 630 231 1 087 241 2 538 399
      TD11016 1.230 166.0 1.030 11.90 29.10 8.63 194.0 71.7 943 344 1 597 346 3 507 529
      TD11017 0.086 69.3 0.190 3.89 15.40 4.79 116.0 45.3 624 236 1 121 253 2 638 410
      TD11018 6.030 226.0 3.810 26.10 43.00 13.20 245.0 85.9 1120 405 1 817 396 3 998 593
      TDFE
      TDFE01 3.140 112.0 0.94 6.39 7.31 3.65 45.0 15.1 165 64.8 313 71.4 770 140
      TDFE02 3.330 138.0 1.06 17.60 28.70 9.73 118.0 33.8 362 128.0 579 122.0 1 244 233
      TDFE03 0.067 47.3 0.25 3.01 7.03 2.88 40.3 12.1 138 51.8 254 58.1 663 127
      TDFE04 0.050 65.4 0.40 6.87 11.50 4.22 52.8 16.8 189 71.2 347 80.7 854 167
      TDFE05 2.720 107.0 0.97 6.14 8.44 3.77 39.0 13.3 155 60.5 298 69.9 749 152
      TDFE06 4.370 93.8 2.82 17.20 11.20 2.87 46.6 14.6 200 88.7 507 136.0 1 673 343
      TDFE10 6.810 73.6 3.49 20.50 12.80 3.18 45.4 14.3 199 91.1 531 144.0 1 756 376
      TDFE11 59.400 321.0 38.30 215.00 71.10 8.83 69.6 14.7 162 65.5 365 97.7 1 163 245
      TDFE12 57.400 254.0 30.30 154.00 58.20 7.39 72.9 14.9 158 67.5 376 98.4 1 197 261
      TDFE13 22.600 190.0 15.40 88.30 33.10 5.60 76.3 23.5 303 138.0 784 210.0 2 578 541
      TDFE15 56.100 347.0 35.60 200.00 74.60 10.40 98.6 24.7 281 115.00 631 168.0 2 004 412
      TDFE16 4.130 149.0 1.64 13.10 15.40 6.11 83.0 24.6 278 106.0 481 107.0 1 092 202
      TDFE17 0.370 115.0 0.34 5.93 10.50 4.69 59.1 17.9 217 79.0 367 83.6 911 177
      TDFE18 38.850 251.0 25.30 139.00 53.90 7.78 89.2 20.9 263 116.0 648 173.0 2 110 447
      TDFE19 8.560 136.0 3.28 21.70 21.30 8.40 92.8 26.0 281 99.3 449 100.0 1 024 189
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    出版历程
    • 收稿日期:  2016-09-12
    • 刊出日期:  2017-04-01

    吉林省塔东群锆石U-Pb定年、微量元素研究及其地质意义

      通讯作者: 李本仙, lbxian@jlu.edu.cn
      作者简介: 孟杰(1982-),女,博士研究生,主要从事矿物学、地球化学研究.ORCID:0000-0002-3312-0987.E-mail: mengjie26@126.com
    • 1. 吉林大学地球科学学院,吉林长春130061
    • 2. 哈尔滨师范大学地理科学学院,黑龙江哈尔滨150025
    • 3. 桂林理工大学地球科学学院,广西桂林541004
    基金项目:  中国地质调查局项目 1212011120329

    摘要: 吉林省塔东群以含大型磁铁矿床而著称,塔东铁矿是吉黑成矿省内最大的火山喷流沉积-变质改造型铁矿.由于塔东群地质特征复杂,多种地质作用复合叠加,使其形成时代归属一直存在争议.通过LA-ICP-MS锆石定年,确定了吉林省塔东群黑云斜长片麻岩和磁铁透辉斜长变粒岩中锆石年代.黑云斜长片麻岩中锆石呈长柱状,Th/U值为0.17~0.65,206Pb/238U加权平均年龄为517.6±2.7 Ma,代表了其原岩火山岩形成的年龄.磁铁透辉斜长变粒岩中共有两组锆石年龄,其中一组短柱状,Th/U值介于0.78~1.00,加权平均年龄为249.8±4.0 Ma,代表后期热事件年龄;另一组锆石半自形短柱状晶形,异常高的U、Th, Th最高含量可达17 422 μg/g,206Pb/238U加权平均年龄为518.3±3.8 Ma,表示热液活动年龄,显示该区518.3 Ma左右经历了一次热液作用,可能与该区的岩浆作用以及塔东铁矿的成矿有关.据此,塔东群内塔东铁矿可能存在一期早寒武世 (±520 Ma) 的成矿作用.

    English Abstract

    • 塔东群分布于吉林省敦化市塔东、东石河以及汪清县张家店等地,呈孤岛状残存于张广才岭花岗岩带中,是一套含铁变质岩系.塔东群是由李东津等 (1997)创名的.在李东津等将其命名为“塔东群”之前,该套地层曾被冠以不同的名称,从而也被赋予不同的年代学意义.从沈阳地质局大黑山队 (1957)将这套变质岩系划归为太古界五台系丰材统开始,先后被划入五台系 (Ar)、太古界 (Ar)、寒武系-奥陶系 (O-∈)、志留系 (S) 以及志留系-泥盆系 (S-D) 等 (表 1).

      地调单位 时间 地点 地层
      沈阳局大黑山队 1957 敦化 Ar
      五台系
      吉林区调队三分队 1960 敦化 太古界
      延边地质综合队 1974 塔东 志留系-泥盆系
      黑龙江局一队 1977 镜泊湖 二合营群 (S)
      红光组
      吉林区调队一分队 1978 塔东 S-D
      青龙村群
      吉林局六所一分队 1988 塔东 二合营群 (S)
      红光组
      吉林省区调六所 1988 塔东 O-∈
      黄莺屯组 西保安组
      李东津等 1997 塔东 塔东 (岩) 群
      朱敦店组 拉拉沟组

      表 1  塔东群沿革

      Table 1.  The evolution of Tadong group

      前人对塔东群的时代归属研究多无准确的同位素证据,仅依据区域地层对比等手段对塔东群进行研究,造成了对该区的地质年代一直存有不同的认识.早期所获少量的K-Ar年龄数据多小于350 Ma,被视为后期构造热事件的年龄.彭玉鲸和王占福 (1995)彭玉鲸和赵成弼 (2001)获得鳌龙背变粒岩单颗粒锆石U-Pb年龄值,206P/238U为781.2±2.5 Ma,207Pb/235U为946.9±5.0 Ma,207Pb/206Pb为354.8±1.4 Ma,因此将其定为新元古代,这是目前较普遍接受的塔东群的年龄.新近报道的该区黄铁矿Re-Os同位素定年揭示铁矿的成矿期为古生代,使得人们对塔东群的归属又有新的认识.可见关于塔东群的归属时代问题仍需大量深入开展工作.该群时代的确定,有助于确定塔东铁矿成矿时代,对于揭示该矿床成矿过程,科学认识该区的含矿潜力以及区域成矿规律具有重要意义.

      本文作者在从事中国地质调查局项目:“锡霍特成矿带内生矿产成矿模式和成矿系列境内外对比研究”(No.1212011120329) 工作中,对塔东铁矿区黑云斜长片麻岩和磁铁透辉斜长变粒岩进行了LA-ICP-MS锆石U-Pb定年和微量元素分析,获得了一组早寒武世 (±520 Ma) 的年龄值,该年龄值与前人报道的塔东群年龄有差距,丰富了该区域铁矿成矿的同位素年代学证据.研究并查清该套变质岩的时代,将提升该区基础地质研究程度,为重建该区地质历史提供基础地质资料.

      • 研究区位于吉林省敦化市北东与黑龙江省接壤处的塔东铁矿区 (图 1),张广才岭构造带南端.大地构造位置上位于兴蒙造山带东段,敦化-密山断裂与西拉木伦长春缝合带交汇处.该区广泛发育晚古生代和中生代花岗岩,岩性主要为花岗岩、花岗闪长岩、石英闪长岩和二长花岗岩等.塔东群呈南北向条带状分布于晚古生代和中生代花岗岩中,如同花岗岩海洋中的一叶小舟.

        图  1  吉林塔东群地质

        Figure 1.  Geological sketch of Jilin Tadong Group

        塔东群被分为两个组:拉拉沟组和朱敦店组.拉拉沟组位于塔东群下部,为一套含铁变质岩系,岩性主要为斜长角闪岩、角闪岩、磁铁透辉斜长变粒岩、磁铁角闪石英 (变粒岩) 等,赋存有大型磁铁矿床,厚度大于866 m (李东津等,1997).原岩主要为一套中基性凝灰岩-凝灰质粉砂岩-钙质页岩建造 (李庆武等,2010邵建波等,2014),底部被花岗岩侵入,上部与朱敦店组整合接触.朱敦店组位于塔东群上部,为一套沉积变质岩系夹变质基性火山岩,岩性为片岩、片麻岩、变粒岩、斜长角闪岩和数层大理岩,厚度大于1 073 m.

      • 样品TD11采自朱敦店组,为黑云斜长片麻岩,风化面黑褐色,新鲜面黑色,片麻状构造,鳞片粒状变晶结构.黑云母含量约占20%,片状,具明显定向,粒度为0.2~0.5 mm;浅色矿物主要为斜长石和石英,含量占岩石的75%,其中斜长石占岩石的50%左右,粒度为0.2~0.4 mm,可见聚片双晶,定向排列 (图 2a).

        图  2  岩石薄片显微照片

        Figure 2.  Photomicrographs of the samples

        TDFE采自拉拉沟组,岩性为磁铁透辉斜长变粒岩.浅绿色,条带状构造,粒状变晶结构.透辉石含量约占岩石的20%左右,短柱状,粒度为0.2~0.3 mm,具明显定向;斜长石和石英含量约占70%,粒度为0.1~0.2 mm;其余为浸染状或条带状磁铁矿 (图 2b).

      • 锆石样品利用标准重矿物分离技术分选,然后在双目镜下,挑选出晶形相对较好、无明显裂痕和包体的颗粒,将其用环氧树脂固定在玻璃板上,打磨抛光至锆石中心,然后对其进行透射光、反射光和阴极发光 (CL) 图像的采集.样品由廊坊市科大岩石矿物分选技术股份有限公司完成锆石的挑选.锆石阴极发光照相在北京锆年领航科技有限公司完成.

        锆石U-Pb同位素定年和微量元素分析在中国地质大学 (武汉) 地质过程与矿产资源国家重点实验室 (GPMR) 利用LA-ICP-MS方法测定.激光剥蚀系统为GeoLas 2005,ICP-MS为Agilent 7500a.激光剥蚀过程中采用氦气作为载气、氩气为补偿气以调节灵敏度,二者在进入ICP之前通过一个T型接头混合.在等离子体中心气流 (Ar+He) 中加入了少量氮气,以提高仪器灵敏度、降低检出限和改善分析精度.每个时间分辨分析数据包括大约20~30 s的空白信号和50 s的样品信号 (Hu et al., 2008张延军等,2016).对分析数据的离线处理 (包括对样品和空白信号的选择、仪器灵敏度漂移校正、元素含量及U-Th-Pb同位素比值和年龄计算) 采用软件ICPMSDataCal完成 (Liu et al., 2008, 2010).并采用Isoplot 3.0程序进行锆石加权平均年龄的计算及谐和图绘制 (Ludwig, 2003).

        锆石微量元素含量利用多个USGS参考玻璃作为多外标、Si作内标的方法进行定量计算 (Liu et al., 2010).这些USGS玻璃中元素含量的推荐值据GeoReM数据库.U-Pb同位素定年中采用锆石标准91500作外标进行同位素分馏校正,每分析5个样品点,分析2次19500.对于与分析时间有关的U-Th-Pb同位素比值漂移,利用91500的变化采用线性内插的方式进行了校正.锆石标准91500的U-Th-Pb同位素比值推荐值据Wiedenbeck et al.(1995).

      • 样品TD11黑云斜长片麻岩,共选择19粒锆石,多为长柱状自形晶,柱面发育,长宽比多数在3:1左右,长轴长为100~200 μm,包裹体少,晶形好,柱面和双锥面均发育 (图 3a).阴极发光 (CL) 较强,具有总体平行晶界的岩浆震荡环带,锆石内部环带宽缓,边缘细密,为典型的岩浆锆石 (Corfu et al., 2003; Wu and Zheng, 2004).Th和U含量较高,Th/U比值为0.17~0.65,少量锆石具有残留核.锆石稀土元素 (REE) 含量适中,LREE含量较低,具明显的Ce正异常 (图 4图 5表 2),与典型的岩浆锆石特征相符.

        图  3  锆石阴极发光 (CL) 图像及测试位置

        Figure 3.  Cathodoluminescence (CL) images of zircons and their test locations

        图  4  吉林塔东群锆石U-Pb谐和图

        Figure 4.  Concordia diagrams of zircon U-Pb date from Jilin Tadong Group

        图  5  吉林塔东群锆石REE球粒陨石标准化分配模式

        Figure 5.  Chondrite normalized REE patterns of zircon grains from Tadong Group, Jilin Province

        样号 232Th (10-6) 238U (10-6) Th/U Pb (10-6) 同位素比值 年龄 (Ma)
        207Pb/206Pb ±σ% 207Pb/235U ±σ% 206Pb/238U ±σ% 207Pb/206Pb 1σ 206Pb/238U 1σ
        TD11
        TD1101 386 2 211 0.17 286 0.057 5 0.19 0.654 4 2.05 0.082 5 0.09 512 75 513 6
        TD1103 1 851 4 581 0.40 941 0.057 1 0.13 0.660 6 1.57 0.083 0 0.06 496 39 514 4
        TD1105 327 1 806 0.18 229 0.056 1 0.19 0.659 5 2.17 0.084 5 0.10 456 53 523 6
        TD1106 691 3 630 0.26 401 0.056 3 0.18 0.654 5 2.04 0.083 2 0.08 463 51 515 5
        TD1108 1 063 2 146 0.50 515 0.052 8 0.15 0.619 6 1.76 0.084 2 0.10 320 43 521 6
        TD1109 1 004 3 499 0.29 598 0.055 8 0.15 0.653 7 1.75 0.083 9 0.10 445 39 519 6
        TD1110 378 1 828 0.21 270 0.057 6 0.19 0.676 3 2.30 0.084 0 0.13 516 48 520 8
        TD1111 2 686 4 793 0.56 1 211 0.055 2 0.16 0.641 5 1.78 0.083 3 0.09 419 43 516 5
        TD1112 464 1 851 0.25 282 0.056 0 0.19 0.646 6 2.21 0.083 0 0.10 450 55 514 6
        TD1113 614 2 860 0.21 397 0.056 6 0.16 0.664 8 1.79 0.084 4 0.09 477 40 522 5
        TD1114 743 2 782 0.27 449 0.056 6 0.16 0.655 2 1.89 0.083 3 0.10 475 42 516 6
        TD1115 2 096 4 752 0.44 1 075 0.060 9 0.18 0.704 5 2.06 0.083 2 0.09 637 43 515 6
        TD1116 4 482 7 407 0.61 1 985 0.058 1 0.16 0.679 8 1.86 0.084 3 0.10 534 39 522 6
        TD1117 1 036 2 274 0.46 473 0.057 3 0.18 0.663 0 2.02 0.083 5 0.09 502 49 517 5
        TD1118 5 701 8 827 0.65 2 558 0.057 1 0.13 0.666 1 1.56 0.083 9 0.08 495 34 519 5
        TDFE
        TDFE01 557 711 0.78 103 0.053 1 0.29 0.283 7 1.51 0.039 0 0.06 333 93 246 4
        TDFE02 889 921 0.96 162 0.051 4 0.25 0.285 3 1.34 0.040 5 0.05 260 84 256 3
        TDFE03 461 554 0.83 92 0.058 1 0.46 0.310 7 2.42 0.039 2 0.14 533 110 248 8
        TDFE04 446 544 0.82 85 0.053 8 0.31 0.299 2 1.70 0.040 3 0.07 364 99 255 4
        TDFE05 739 888 0.83 138 0.051 1 0.27 0.277 8 1.38 0.039 8 0.06 246 85 252 4
        TDFE06 6 290 3 038 2.07 2 073 0.057 4 0.16 0.663 9 1.77 0.083 4 0.08 507 41 516 5
        TDFE10 3 597 2 455 1.46 1 293 0.057 6 0.16 0.671 5 1.94 0.084 0 0.09 513 45 520 5
        TDFE11 10 971 3 418 3.21 2 537 0.059 6 0.17 0.688 0 1.96 0.083 2 0.08 590 45 515 5
        TDFE12 4 999 2 550 1.96 1 749 0.059 2 0.16 0.691 2 1.82 0.084 2 0.08 575 41 521 5
        TDFE13 9 863 3 662 2.69 2 164 0.059 0 0.13 0.687 5 1.72 0.083 9 0.10 565 34 519 6
        TDFE15 17 422 4 169 4.18 3 254 0.057 9 0.15 0.672 8 1.81 0.083 6 0.09 527 40 517 5
        TDFE16 929 933 1.00 173 0.052 6 0.26 0.288 5 1.46 0.039 6 0.06 310 88 251 4
        TDFE17 909 1 040 0.87 164 0.049 2 0.27 0.261 1 1.42 0.038 9 0.06 157 95 246 4
        TDFE18 16 206 3 989 4.06 2 389 0.057 8 0.14 0.673 2 1.58 0.084 0 0.08 523 34 520 5

        表 2  吉林塔东群LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素测试结果

        Table 2.  Zircon U-Pb isotopic date obtained by LA-ICP-MS for Tadong Group, Jilin Province

        样品TDFE磁铁透辉斜长变粒岩,共选择16粒锆石,该组锆石按照颗粒大小和阴极发光特征可分为明显的两组,其中一组颗粒较大,粒径为50~100 μm,呈短柱状;具有锯齿状/不规则的环带,在阴极发光下颜色呈灰黑色,Th、U含量较高,Th/U比值为1.46~4.18.第二组颗粒细小,粒径为50 μm左右,呈粒状或短柱状,环带特征比较明显,阴极发光下呈淡黑灰色,较强,Th、U含量较低,Th/U比值为0.78~1.00.

        样品TD11与TDFE中大多数锆石的内部结构和结晶习性并未表现出变质锆石的典型特征,推测该锆石可能受后期变质作用改造很小.

      • 利用LA-ICP-MS对TD11样品中的19粒锆石进行分析,除去谐和线以外的4粒锆石 (单颗粒锆石年龄分别为3 017±23 Ma, 1 568±55 Ma,830±12 Ma和831±13 Ma),其余15粒锆石分布集中 (图 4a).206Pb/238U的表面年龄值为511±6 Ma~523±6 Ma,加权平均年龄为517.6±2.7 Ma (MSWD=0.42).在锆石核部区域获得了3 017±23 Ma和1 568±55 Ma的谐和年龄,应为残留锆石,剩余其他几个明显偏大的年龄值可能也与残留锆石有关.

        样品TDFE选出的16粒锆石年龄可以分为两组,第一组有8粒锆石,除去1个点年龄明显偏大外,其余7个点的年龄比较集中,206Pb/238U年龄值为515±5 Ma~521±5 Ma,加权平均年龄518.3±3.8 Ma (MSWD=0.21)(图 4b);第二组有8粒锆石,所有锆石均落在谐和线上,206Pb/238U年龄值集中分布为240±3 Ma~256±3 Ma,加权平均值为249.8±4.0 Ma (MSWD=2.20)(图 4b).

      • 吉林省塔东群两件样品给出3组锆石U-Pb年龄:TD11(朱敦店组黑云片麻岩),517.6±2.7 Ma;TDFE (拉拉沟组磁铁透辉斜长变粒岩)249.8±4.0 Ma和518.3±3.8 Ma.其中两组锆石的年龄数值非常接近 (TD11的517.6±2.7 Ma和TDFE的518.3±3.8 Ma),两者差值是在误差范围内.但是从两组锆石的结晶形态、内部结构、Th和U含量、Th/U值、锆石/球粒陨石稀土元素配分的模式以及微量元素含量等方面分析,两者具有显著区别 (图 5a, 5c, 表 3),应该是代表不同成因的锆石 (张永清,2012).

        样号 La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
        TD11
        TD1101 1.720 44.9 0.810 7.14 11.20 2.21 68.3 31.9 503 212 1 063 254 2 692 460
        TD1103 1.310 103.0 0.910 7.50 14.50 4.60 117.0 49.0 659 259 1 256 276 2 833 457
        TD1105 0.190 35.1 0.052 2.11 5.67 2.29 56.5 28.4 422 182 916 216 2 364 385
        TD1106 0.030 53.7 0.078 1.03 6.73 3.23 70.3 29.4 442 180 884 202 2 147 355
        TD1107 3.820 97.1 2.290 20.50 38.80 5.20 217.0 77.8 998 385 1 748 386 4 123 651
        TD1108 1.360 54.7 0.810 8.07 11.50 4.67 85.0 34.1 463 176 830 187 1 974 305
        TD1109 0.078 67.6 0.089 2.03 12.20 3.32 90.4 38.4 566 224 1132 259 2 860 441
        TD11010 0.011 41.2 0.037 1.92 5.84 2.31 56.4 27.2 398 163 838 2 029 2 216 348
        TD11011 1.460 127.0 0.750 8.04 19.90 7.03 161.0 60.9 832 319 1 478 328 3 376 525
        TD11012 0.026 39.1 0.097 2.74 8.18 3.25 92.0 39.4 583 244 1 247 286 3 082 501
        TD11013 0.023 67.4 0.098 3.25 9.28 3.88 107.0 49.1 736 299 1 477 340 3 618 564
        TD11014 0.023 74.1 0.054 2.47 9.63 3.88 101.0 44.1 662 275 1 395 327 3 507 552
        TD11015 10.200 113.0 5.580 39.40 32.70 7.47 140.0 48.5 630 231 1 087 241 2 538 399
        TD11016 1.230 166.0 1.030 11.90 29.10 8.63 194.0 71.7 943 344 1 597 346 3 507 529
        TD11017 0.086 69.3 0.190 3.89 15.40 4.79 116.0 45.3 624 236 1 121 253 2 638 410
        TD11018 6.030 226.0 3.810 26.10 43.00 13.20 245.0 85.9 1120 405 1 817 396 3 998 593
        TDFE
        TDFE01 3.140 112.0 0.94 6.39 7.31 3.65 45.0 15.1 165 64.8 313 71.4 770 140
        TDFE02 3.330 138.0 1.06 17.60 28.70 9.73 118.0 33.8 362 128.0 579 122.0 1 244 233
        TDFE03 0.067 47.3 0.25 3.01 7.03 2.88 40.3 12.1 138 51.8 254 58.1 663 127
        TDFE04 0.050 65.4 0.40 6.87 11.50 4.22 52.8 16.8 189 71.2 347 80.7 854 167
        TDFE05 2.720 107.0 0.97 6.14 8.44 3.77 39.0 13.3 155 60.5 298 69.9 749 152
        TDFE06 4.370 93.8 2.82 17.20 11.20 2.87 46.6 14.6 200 88.7 507 136.0 1 673 343
        TDFE10 6.810 73.6 3.49 20.50 12.80 3.18 45.4 14.3 199 91.1 531 144.0 1 756 376
        TDFE11 59.400 321.0 38.30 215.00 71.10 8.83 69.6 14.7 162 65.5 365 97.7 1 163 245
        TDFE12 57.400 254.0 30.30 154.00 58.20 7.39 72.9 14.9 158 67.5 376 98.4 1 197 261
        TDFE13 22.600 190.0 15.40 88.30 33.10 5.60 76.3 23.5 303 138.0 784 210.0 2 578 541
        TDFE15 56.100 347.0 35.60 200.00 74.60 10.40 98.6 24.7 281 115.00 631 168.0 2 004 412
        TDFE16 4.130 149.0 1.64 13.10 15.40 6.11 83.0 24.6 278 106.0 481 107.0 1 092 202
        TDFE17 0.370 115.0 0.34 5.93 10.50 4.69 59.1 17.9 217 79.0 367 83.6 911 177
        TDFE18 38.850 251.0 25.30 139.00 53.90 7.78 89.2 20.9 263 116.0 648 173.0 2 110 447
        TDFE19 8.560 136.0 3.28 21.70 21.30 8.40 92.8 26.0 281 99.3 449 100.0 1 024 189

        表 3  锆石微量元素分析结果 (μg/g)

        Table 3.  Trace elements analyses of zircon (μg/g)

        拉拉沟组样品TDFE磁铁透辉斜长变粒岩中249.8±4.0 Ma年龄值与塔东群附近三叠纪花岗岩年龄值 (244.5±1.9 Ma,即将发表) 和最近报道的近北东向展布于松嫩-张广才岭地块东南缘、敦-密断裂以西地区的花岗岩质岩石的形成时代 (Yu et al., 2013) 非常接近,考虑塔东铁矿体和围岩强烈蚀变的特点,笔者将该年龄视为后期岩浆热事件年龄.

      • 朱敦店组样品TD11黑云斜长片麻岩,原岩为厚100余米的中酸性火山岩.本文研究表明,该样品中的岩浆锆石多为长柱状自形晶,柱面发育,长宽比多数在3:1左右,阴极发光 (CL) 较强 (图 3a).典型的未蚀变岩浆锆石的稀土配分模式表现为:亏损轻稀土元素逐步富集重稀土元素,即从Sm到Lu逐渐增高,同时显示Ce正异常和Eu的负异常,同时 (Sm/La)N比值高.该样品中的锆石稀土元素球粒陨石标准化配分形式 (图 5a) 也与标准岩浆锆石一致 (吴元保和郑永飞,2004).锆石颗粒的Th/U值为0.17~0.65,也指示了该组锆石为岩浆成因的 (Koschek, 1993; Rubatto and Gebauer, 2000; Belousova et al., 2002; Rubatto, 2002; Corfu et al., 2003).

        综上所述,517.6 Ma左右的锆石是从岩浆中直接结晶的岩浆锆石,其年龄代表了岩浆活动的时间,说明该区在517.6 Ma左右存在一次岩浆活动.近期,从事该区域研究的学者得出的英云闪长岩中锆石的U-Pb定年为516±4 Ma (Wang et al., 2014),与本文得出的岩浆活动年龄在误差范围内一致.这都说明在早寒武世,该区发育大规模岩浆活动.

      • 近年的研究表明,Zr在热液体系中的活动性较强 (Sinha et al., 1992; Rubatto, 2002; Rubatto and Hermann, 2003).从Zr饱和热液流体中直接结晶的锆石,晶形通常较自形,在相同的岩石中,热液锆石比岩浆锆石更富集微量元素 (Hoskin, 2005).本文的研究表明拉拉沟组TDFE样品中热液锆石均为半自形-他形短柱状,双锥发育,长短轴之比在1.5:1.0左右,CL发光性不好 (图 3b).由热液改造过的岩浆锆石应是长柱状的自形锆石,因此,本文所研究的热液锆石可能是从Zr饱和热液中直接结晶而成的,而不是热液对岩浆锆石蚀变改造的结果.

        Hoskin and Ireland (2000)Rubatto (2002)的研究表明:几乎所有岩浆锆石和非热液成因变质锆石都具有低的LREE和强烈的Ce正异常,同时 (Sm/La)N比值高.而热液成因锆石的一个显著特征为富集LREE,如La、Ce、Pr和Nd, (Sm/ La)N比值明显较岩浆锆石低, La含量较岩浆锆石高, Ce正异常弱, 其稀土分配模式比较平坦, 同时从热液中直接结晶的热液锆石通常异常富集U、Th,含量可高达30 000 μg/g (Geisler et al., 2003).吉林省塔东群拉拉沟组具有的518.3±3.8 Ma的一组热液锆石具有异常高的稀土含量, 轻稀土含量较高, Ce正异常较弱 (图 5b), 且具有较低的 (Sm/La)N比值 (图 6), 较岩浆锆石具有较高的U、Th含量 (表 2), 其中Th最高含量达17 422 μg/g,与典型的热液锆石特征一致.

        图  6  样品TD11和TDFE中锆石δ(Ce)/[w(Sm)/w(La)]N图解

        Figure 6.  Pattern of δ(Ce)/[w(Sm)/w(La)]N of zircon grains in sample TD11 and TDFE

        热液锆石的其他特征还包括高普通Pb含量 (Watson et al., 1997).Hoskin and Schaltegger (2003)也认为普通铅含量高是判别锆石热液成因的主要特征之一.样品TDFE中的热液锆石普遍具有较高的普通铅含量 (表 2),与热液锆石特征一致.

        综上所述,518.3 Ma左右的锆石是从热液流体中直接结晶的热液锆石,其年龄代表了热液活动的时间,说明该地区在518.3 Ma左右存在一次强烈的热液活动.同时得到的该区朱敦店组TD11的黑云斜长片麻岩中的岩浆锆石年龄为517.6 Ma左右,与该热液年龄非常接近.同时从事该区工作的学者亦得到了侵入岩英云闪长岩中锆石年龄为516±4 Ma (Wang et al., 2014),这与本文得出的早寒武世热水喷流沉积成因热液活动年龄一致.这些都说明了在早寒武世,该区不但发育岩浆活动,而且可能还有大量该时期的岩体埋藏在朱敦店组中酸性火山岩以及该区地层以下未被剥露,该期岩浆活动为同期的热水喷流沉积成因的热液活动提供了热源.

      • 前人普遍认为塔东铁矿为大型火山喷流沉积-变质改造型铁矿床 (李庆武等,2010寇林林等,2013邵建波等,2014),对于成矿年龄,最早认为为新元古代,但缺乏相应的同位素定年依据,近期邵建波等利用黄铁矿Re-Os同位素定年得到塔东铁矿年龄为401±41 Ma,揭示塔东铁矿的主要成矿为古生代 (邵建波等,2014).但笔者在进行该区域磁铁透辉变粒岩锆石的U-Pb定年过程中发现了一组518.3±3.8 Ma的热液锆石的年龄,且该采样点位于拉拉沟组,样品与条带状磁铁石英岩成渐变过渡关系.但需指出的是,该热液锆石的形成是热水喷流沉积形成的.热水喷流作用虽然温度低,但发育范围广,持续时间长,有利于形成大型的铁、锰矿床.综上,518.3 Ma该区发生过强烈的热液活动,塔东铁矿的形成很可能与这期热液活动有关.当然塔东铁矿所处的特殊大地构造位置,岩浆活动广泛而且频繁,是否具有多阶段成矿还有待深入研究.

      • 吉林塔东群朱敦店组和拉拉沟组中的锆石得到了两组相似的年龄值,即517.6±2.7 Ma和518.3±3.8 Ma,两组锆石分别属于岩浆锆石和热液锆石.黑云斜长片麻岩中的岩浆锆石为自形长柱,Th/U值为0.17~0.65,206Pb/238U年龄加权平均值为517.6±2.7 Ma,代表了黑云斜长片麻岩的原岩中酸性火山岩的结晶年龄.磁铁透辉斜长变粒岩中的热液锆石半自形短柱状晶形,异常高的U、Th含量,可高达17 422 μg/g,206Pb/238U年龄加权平均值为518.3±3.8 Ma,代表了热液作用的年龄,表明该区在518.3 Ma左右经历了一次强烈的热液作用,该期热液作用可能与该区517.6±2.7 Ma的岩浆作用有关,塔东铁矿的形成很可能与这期热液活动密切相关,由此本文得出塔东群内塔东铁矿于早寒武世 (520 Ma±) 可能存在一期成矿作用.该年龄的得出丰富了该区域铁矿的同位素年代学证据, 鉴于前人报道, 该区可能存在多阶段成矿, 仔细研究成矿的时代与地址背景, 对于厘清塔东铁矿的形成时代和找矿方向具有举足轻重的作用.文中在磁铁透辉斜长变粒岩中得到的249.8±4.0 Ma的锆石年龄与塔东群附近三叠纪花岗岩年龄值非常接近,考虑塔东铁矿体和围岩强烈蚀变的特点,将该年龄视为后期岩浆热事件年龄.

        综上,本文得出塔东群及塔东铁矿成矿为518.3±3.8 Ma热水喷流沉积成因的,517.6±2.7 Ma的岩浆作用可能为该期热液活动提供热源,同时伴随有249.8±4.0 Ma岩浆活动的改造,使现在的塔东铁矿体与围岩表现出强烈蚀变的特点.

    参考文献 (37)

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