2016, Vol. 32
2. 吉林大学地球探测科学与技术学院, 长春 130026 ;
3. 桂林理工大学地球科学学院, 桂林 541004
2. College of Geo-Exploration and Science and Technology, Jilin University, Changchun 130026, China ;
3. College of Earth Sciences, Guilin University, Guilin 541004, China
松辽盆地是发育在东北兴蒙造山带的大型中生代沉积盆地，松辽盆地基底的性质对全面了解兴蒙造山带形成与演化，重建东北地区区域构造演化历史具有重要意义。松辽盆地基底岩浆事件非常复杂(朱勤文等, 1997; 迟元林等, 2002; 闫全人等, 2002；Zhang et al., 2011)，尤其关注是否存在前寒武纪结晶基底和盆地基底岩石的时代结构以及主要岩浆事件等问题，由于松辽盆地中生代地层的覆盖，致使对其基底岩石组成和岩浆活动期次仍然不是很清楚，虽然在一些花岗岩中捕获锆石定年显示松辽盆地可能存在前寒武纪结晶基底(Wu et al., 2000; 裴福萍等, 2006; 王立武等, 2007; 王兴光和王颖, 2007; 章凤奇等, 2008; 余星等, 2008)，但数据有限，而且所获得的数据主要是从中酸性火山岩和花岗岩中捕获的锆石，缺少基性岩中捕获锆石的数据。在松辽盆地南部四平团山子出露有一组基性脉岩，为松辽盆地中生代最晚一期的侵入体(吉林省水文地质调查所, 1999①)，在其中获得了较多的岩浆成因捕获锆石，通过对捕获锆石LA-ICP-MS U-Pb定年，确定其形成时代，为探讨松辽盆地基底形成及岩浆演化历史提供必要的年代学依据。
①吉林省水文地质调查所.1999.四平市幅(K51E005018)1 50000生态环境地质报告
1 地质概况及样品描述团山子基性岩脉位于松辽盆地南缘，距四平市东北8km，呈近东西走向的岩脉带，长达10km，由断续出露的透镜状基性岩脉群组成，多数出露的岩脉呈近东西走向，个别呈近南北走向，单个出露岩脉长200~500m，其中团山子岩体出露规模最大，构成长约1000m，宽约50m的岩脉(图 1)。在团山子基性岩脉无论野外观察和同位素定年都能分辨出有两期侵入，第一期侵入脉岩位于岩体的中心部位，东西向展布，长800m，宽60m;第二期侵入环绕在第一期脉岩的四周。
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图 1 松辽盆地南部团山子基性脉岩分布图 1-第四系全新统；2-第四系更新统；3-下白垩统泉水村组；4-下白垩统营城子组；5-第二期侵入基性脉岩；6-第一期侵入基性脉岩；7-K-Ar同位素年龄；8-采样点；F1-贺根山-嫩江断裂带；F2-牡丹江断裂带；F3-佳木斯-依兰断裂带；F4-敦化-密山断裂带 Fig. 1 Distribution map of Tuanshanzi mafic dikes in southern margin of Songliao Basin 1-Quaternary Holocene; 2-Quaternary Pleistocene; 3-Lower Cretaceous Quanshuicun Formation; 4-Lower Cretaceous Yingchengzi Formation; 5-second phase mafic dike; 6-first phase mafic dike; 7-K-Ar isotopic age; 8-location of samples; F1-Hegenshan-Neijiang fault belt; F2-Mudanjiang fault belt; F3-Jiamusi-Yilan fault belt; F4-Dunhua-Mishan fault belt |
野外观察到团山子第一期基性岩脉侵入最老地层为下白垩统营城子组(图 2)，第二期侵入地层为下白垩统泉水村组(图 3)，被第四系更新统所覆盖。第一期侵入脉岩的K-Ar同位素年龄为112.9±5Ma，第二期侵入脉岩的K-Ar同位素年龄为66.5±3Ma(吉林省水文地质调查所，1999)。在松辽盆地南缘营城子组的锆石U-Pb年龄为119~110Ma(章凤奇等, 2007, 2009)，应为早白垩世以后岩浆侵入结果。
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图 2 第一期脉岩(β1μ)侵入下白垩统营城子组(K1y) Fig. 2 First phase mafic dike (β1μ) intruded Lower Cretaceous Yingchengzi Formation (K1y) |
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图 3 第二期脉岩(β2μ)侵入下白垩统泉水村组(K1q) Fig. 3 Second phase mafic dike (β2μ) intruded Lower Cretaceous Quanshuicun Formation (K1q) |
本次挑选锆石的样品来自第一期侵入脉岩中心部位的新鲜岩石，岩性为橄榄粗玄玢岩，风化面呈褐灰色，新鲜面呈黑灰色，间粒结构，块状构造，主要成分为橄榄石，镜下为无色，正的高突起，裂纹发育，半自形粒状0.4~0.8mm，含量25%；普通辉石，镜下为褐绿色，半自形柱状0.6~0.8mm，含量30%~35%；斜长石，镜下为无色或灰色，板柱状自形晶0.6~0.8mm，解理完全，发育聚片双晶，含量40%~45%；副矿物主要为磁铁矿。
2 分析方法测试样品为未风化蚀变的新鲜岩石，样品的破碎和锆石的挑选由河北省区域地质调查大队地质实验室完成。全岩样品破碎至矿物自然粒度后，通过电磁分离和重液浮悬的方法将锆石挑选出来。然后在双目显微镜下挑选晶形完好、无包裹体无裂隙、具有代表性的锆石颗粒粘贴在环氧树脂表面，固化抛光后将锆石进行透射光、反射光、阴极发光扫描电镜显微照相(CL)，该项工作在西北大学大陆动力学国家重点实验室完成。通过对阴极发光图像分析，选择吸收程度均匀的区域进行分析。
锆石U-Pb同位素定年在中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室利用LA-ICP-MS分析完成。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载气，以提高仪器灵敏度、降低检出限和改善分析精密度(Hu et al., 2008)。每个时间分辨分析数据包括大约20~30s的空白信号和50s的样品信号。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)。
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91500。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(Liu et al., 2010)。锆石标准91500的U-Th-Pb同位素比值推荐值据参考文献(Wiedenbeck et al., 1995)。锆石样品的U-Pb年龄谐和图绘制和年龄权重平均计算均采用Isoplot/Ex-ver3完成(Ludwig, 2003)。
3 分析结果本次分析获得14粒锆石，锆石颗粒大小不一，介于60~110μm。从阴极发光图像看，锆石形态结构各异，呈短柱状、浑圆状、不规则粒状；晶体自形程度不一，由自形晶至他形晶；锆石边缘有的呈棱角状，而有的具有一定的磨圆；锆石内部有的可见显著的核幔结构(JT-1-1-02)、条纹状吸收结构(JT-1-1-08)和岩浆震荡环带结构(JT-1-1-03)，也有的呈均匀吸收(JT-1-1-14)(图 4)。上述锆石特征反映了锆石来源的多样性以及形成以后可能经历了复杂的地质作用过程。
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图 4 松辽盆地南部基性脉岩中捕获锆石CL图像 Fig. 4 CL Images of captured zircons in Tuanshanzi mafic dikes |
锆石JT-1-1-01晶形完好，内部结构清晰，发育有核边结构，内部无环带，边部具有生长震荡环带，Th/U比值为0.63，表明为岩浆成因(图 4)，206Pb/238U年龄为291±4Ma(表 1)，测点年龄位于谐和线上(图 5)，无明显铅丢失，代表该期岩浆结晶年龄。
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表 1 松辽盆地南部基性脉岩中捕获锆石LA-ICP-MS U-Pb分析结果 Table 1 LA-ICP-MS U-Pb analysis results of captured zircons in Tuanshanzi mafic dikes |
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图 5 松辽盆地南部团山子基性岩脉中捕获锆石U-Pb谐和图 Fig. 5 U-Pb concordia plot of captured zircons in Tuanshanzi mafic dikes |
锆石JT-1-1-02晶形较好，局部磨圆，内部结构清晰，发育有核边结构，内部无环带，边部具有生长震荡环带，Th/U比值为0.15，基本具有岩浆成因特征(图 4)，206Pb/238U年龄为1886±18Ma(表 1)，测点年龄位于谐和线上(图 5)，无明显铅丢失，代表该期岩浆结晶年龄。
锆石JT-1-1-03呈短柱状，晶形完好，棱角明显无磨圆，内部结构清晰，发育典型的生长震荡环带，Th/U比值为0.74，表明为岩浆成因(图 4)，206Pb/238U年龄为176±2Ma(表 1)，测点年龄位于谐和线上(图 5)，无明显铅丢失，代表该颗粒锆石的结晶年龄，同时反映该期岩浆活动的年龄。
锆石JT-1-1-04呈短柱状，半自形-他形晶，棱角明显，晶体内部结构不清晰，略具条纹状吸收特征，Th/U比值为0.68，具有岩浆成因特征(图 4)，206Pb/238U年龄为446±5Ma(表 1)。锆石JT-1-1-09呈椭圆状，晶形较好，晶体内部结构清晰，发育典型的生长震荡环带，Th/U比值为1.05，表明为岩浆成因(图 5)，206Pb/238U年龄为523±8Ma(表 1)。两个测点年龄均位于谐和线上，无明显铅丢失，加权平均值为467Ma(图 5)，代表该期岩浆结晶年龄。
锆石JT-1-1-05、JT-1-1-06、JT-1-1-07、JT-1-1-10和JT-1-1-13呈椭圆形，半自形-他形晶，均具有一定磨圆，晶体内部结构清晰，具环带或条纹状吸收特征，Th/U比值分别为0.24、0.39、0.39、0.70和0.84，具有岩浆成因特征，锆石发育较窄的增生边，可能是后期变质作用的结果(图 4)，206Pb/238U年龄分布在796~1002Ma(表 1)，5个测点年龄均位于谐和线上，无明显铅丢失，加权平均年龄值为942Ma(图 5)，代表该期岩浆结晶年龄。
锆石JT-1-1-08呈不规则形状，他形晶，棱角明显，呈碎屑状，晶体内部结构清晰，发育典型的条纹状吸收特征，Th/U比值为0.73，表明为岩浆成因(图 4)，206Pb/238U年龄为2165±17Ma(表 1)，测点年龄位于谐和线上(图 5)，无明显铅丢失，代表该颗粒锆石的结晶年龄，同时反映该期岩浆活动的年龄。
锆石JT-1-1-11呈椭圆形，半自形-他形晶，具有一定磨圆，晶体内部结构清晰，发育典型的生长震荡环带，Th/U比值为0.94，表明为岩浆成因(图 4)，206Pb/238U年龄为1368±15Ma(表 1)，测点年龄位于谐和线上(图 5)，无明显铅丢失，代表该颗粒锆石的结晶年龄，同时反映该期岩浆活动的年龄。
锆石JT-1-1-14和锆石JT-1-1-15呈椭圆形，他形晶，均具有一定磨圆，晶体内部结构较清晰，内部呈均匀吸收或条纹状吸收特征，Th/U比值分别为2.11和0.66，具有岩浆成因特征，锆石JT-1-1-14发育较窄的增生边，可能是后期变质作用的结果(图 4)，206Pb/238U年龄分别为2455±10Ma和2460±20Ma(表 1)，2个测点年龄均位于谐和线上或位于其附近，2个年龄加权平均值为2458Ma(图 5)，代表该期岩浆结晶年龄。
4 松辽盆地基底岩浆事件讨论松辽盆地沉积盖层为上侏罗统火石岭组、下白垩统(自下而上为沙河子组、营城组、登娄库组和泉头组)、上白垩统(自下而上为青山口组、姚家组、嫩江组、四方台组和明水组)及新生界依安组、大安组、泰康组和更新-全新统，沉积盖层形成构造环境与太平洋板块俯冲有关(孟凡超等，2010; Ge et al., 2012; Song et al., 2014)。通常认为火石岭组之下为盆地基底(余星等, 2008; Zhang et al., 2011)。松辽盆地南部火石岭组火山岩锆石U-Pb年龄为129~133Ma，营城组火山岩锆石U-Pb年龄为110~119Ma(裴福萍等, 2008)，由此推断松辽盆地基底形成可能早于133Ma。
已有研究成果显示，松辽盆地基底岩石组成非常复杂，从团山子基性脉岩捕获锆石年龄结果看，所有测点年龄均在谐和线上或其附近，无明显铅丢失，年龄分布范围较广，可以划分为8个时间段：2455~2460Ma，加权平均值为2458Ma；2165Ma；1886Ma；1368Ma；796~1002Ma，加权平均值为942Ma；446~523Ma，加权平均值为467Ma；291Ma；176Ma，均可视为松辽盆地基底内的年龄。由于锆石多发育生长震荡环带或条纹状吸收特征，Th/U比值多大于0.20，表明所测锆石应为岩浆成因，因此反映为早侏罗世晚期(176Ma)、海西期(291Ma)、加里东期(467Ma)、新元古代(942Ma)、中元古代(1368Ma)、古元古代(1886Ma和2165Ma)、新太古代(2458Ma)岩浆事件的记录。然而，这些岩浆事件是否都发生在松辽盆地基底仍值得依据盆地及邻区地质构造事件进行讨论。
早侏罗世晚期(178Ma)岩浆事件在盆地基底形成过程中占有重要地位，它是松辽盆地基底内最后一次重要的构造岩浆热事件。本次获得的(176Ma)岩浆成因锆石年龄应为该期岩浆事件产物，在松辽盆地基底花岗岩中测得164Ma的捕获锆石也说明了该期岩浆事件的存在(高福红等, 2007)。早燕山期(176Ma)的岩浆活动可能与古亚洲洋闭合造山后的岩石圈伸展作用有关，也有人认为与侏罗纪佳木斯地块西缘洋壳俯冲并与松嫩地块拼合作用有关(王立武等, 2007)，暗示松辽盆地是在中生代中侏罗世造山作用之后发展起来的中生代晚期陆内或陆缘裂谷盆地。
海西期岩浆事件在松辽盆地内不同岩石中普遍存在，本文291Ma岩浆成因捕获锆石年龄，以及在松辽盆地南部营城组火山岩中获得海西期254Ma、294Ma捕获锆石U-Pb年龄(裴福萍等, 2008)，在松辽盆地北部测得花岗闪长岩和花岗闪长质糜棱岩中锆石U-Pb年龄为305Ma(Wu et al., 2000)，表明在松辽盆地南部和北部均发育海西期的岩浆活动，并构成松辽盆地基底的主体。海西期(291Ma)岩浆活动与华北板块和西伯利亚板块在二叠纪末期碰撞拼合造山作用有关。
加里东期(467Ma)年龄与华北板块北缘俯冲事件有关，450Ma年龄段在东北地区广泛存在，在松辽盆地南部基底变流纹质凝灰岩和绢云片岩中获得锆石U-Pb年龄为424±4.5Ma(裴福萍等, 2006)，在营城组火山岩中获得捕获锆石U-Pb年龄为413Ma(裴福萍等, 2008)。在松辽盆地南缘大黑山条垒上发育一套早古生代岛弧岩系，其中桃山组出露有含笔石页岩和粉砂岩段，石缝组基性火山岩Rb-Sr等时线年龄为455Ma，被K-Ar年龄为351Ma的花岗岩侵入(贾大成, 1994)，该期年龄与松辽盆地南缘大黑山条垒上早古生代岛弧岩系的年龄基本一致。
晚元古代(942Ma)年龄在松辽盆地内鲜见报道，该期锆石年龄分布在796~1002Ma，加权平均年龄为942Ma，与王立武等(2007)在松辽盆地南部基底绢云母石英片岩中获得1000~1100Ma的一组碎屑锆石年龄基本一致，在白垩系地层中也获得了一系列较老的碎屑锆石年龄(Li et al., 2012；Zhao et al., 2013)。在华北大陆板块北缘发育晚元古代西保安群，并具有被动陆缘的性质(Jia, 1996)，出露在松辽盆地南部的大黑山条垒，推测西保安群在松辽盆地南部具有一定的延伸。该期锆石具有岩浆成因锆石特征，但发育较窄的增生边，可能是后期变质作用的结果，因此推测可能与西保安群被动大陆边缘的变质事件有关(贾大成和卢焱, 1997)。
松辽盆地是否存在前寒武纪结晶基底仍然存在不同认识，一种观点认为松辽盆地不存在寒武纪结晶基底，其依据是对基底样品的同位素定年未获得老于古生代的年龄(Wu et al., 2001)，松辽盆地主要是在古生代和中生代岩浆活动基础上发展而来的。另一种观点认为松辽盆地存在古老结晶基底，然而就古老结晶基底的下限年龄、地层单元和岩浆活动期次存在不同认识。裴福萍等(2006)在研究松辽盆地基底变质岩中锆石时认为松辽盆地南部存在与构造推覆作用有关的前寒武纪结晶基底(1808~1873Ma)；章凤奇等(2008)对松辽盆地北部早白垩世火山岩中锆石SHRIMP定年研究过程中，在多个样品中发现了古老锆石，锆石年龄大致可分为3组：1848±34Ma、1600±29Ma和1293±41Ma，由此认为松辽盆地北部存在前寒武纪基底；王颖等(2006)在松辽盆地南部基底的变质闪长岩样品中获得了1839±7Ma的锆石SHRIMP U-Pb年龄，从而证实了松辽盆地南部存在早前寒武纪变质结晶基底。然而，这些锆石年龄多为捕获锆石，能否用捕获锆石直接证明基底岩石的存在仍然值得商榷，前提是要与相关地质体和地质事件具有对应关系。
上述早侏罗世晚期(178Ma)到晚元古代(942Ma)岩浆事件年龄与松辽盆地内的主要地质事件相吻合，表明松辽盆地基底存在加里东期、海西期和早燕山期岩浆活动，并且以海西期和早燕山期岩浆活动为主。认为在松辽盆地南部存在前寒武纪结晶基底，并且该结晶基底组成可能为下二台群，表现为西保安期被动大陆边缘沉积组合，其变质改造的年龄为(942Ma)，与松辽盆地南部钻孔所见的绢云石英片岩、变粒岩及黑云斜长片岩、片麻岩等变质岩一致，并经历了复杂的岩浆演化。
中元古代(1368Ma)、古元古代(1886Ma和2165Ma)、新太古代(2458Ma)年龄的锆石磨圆程度高，有的具有变质增生边缘，在松辽盆地内没有相应地质体的直接证据，而且分别与华北克拉通结晶基底形成事件、古元古代大陆增生事件和中、晚元古代大陆裂解事件相对应，该阶段的锆石可能为这些地质事件岩浆活动的产物，形成后被搬运到松辽盆地南部。并被再次捕获结果，反映松辽盆地南部与华北大陆演化具有密切的联系，但难以据此说明松辽盆地具有该时期的结晶基底。
5 结论在团山子第一期基性脉岩中获得176Ma；291Ma；446~523Ma，加权平均值为467Ma；796~1002Ma，加权平均值为942Ma；1368Ma；1886Ma；2165Ma；2455~2460Ma，加权平均值为2458Ma等8组捕获锆石年龄。捕获锆石阴极发光(CL)图像和Th/U比值显示所测锆石具有岩浆成因的特点，反映出早侏罗世晚期(176Ma)、海西期(291Ma)、加里东期(467Ma)、新元古代(942Ma)、中元古代(1368Ma)、古元古代(1886Ma和2165Ma)、新太古代(2458Ma)岩浆事件。
新元古代(942Ma)年龄与西保安被动大陆边缘变质事件有关，加里东期(467Ma)年龄与华北板块北缘活动大陆边缘的俯冲事件有关，海西期(291Ma)年龄与华北板块和西伯利亚板块在二叠纪末期碰撞拼合造山作用有关，早侏罗世晚期(176Ma)与古亚洲洋闭合造山后的岩石圈伸展作用有关，这些年龄与该地区的地质事件相吻合，表明松辽盆地南部可能存在与西保安群有关的前寒武纪结晶基底(942Ma)。
中元古代(1368Ma)、古元古代(1886Ma和2165Ma)、新太古代(2458Ma)年龄分别与华北克拉通演化具有密切的联系, 说明松辽盆地可能不存在比中元古代(1368Ma)更老的结晶基底。
致谢 感谢西北大学地质学系大陆动力学国家重点实验室朱赖民教授在锆石透射光、反射光、阴极发光扫描电镜显微照相等方面的帮助和阴极发光图像分析的指导; 感谢中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室赵军红教授和刘勇胜研究员在LA-ICP-MS分析和数据处理过程中给予的帮助; 感谢两位评审者对论文提出的宝贵意见。| [] | Chi YL, Yun JB, Meng QA, Yin JY , Men GT.2002. Deep Structure and Forming Geodynamics of the Songliao Basin, and Its Relation to Petroleum Gathering. Beijing: Petroleum Industry Press . |
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