北京西山侏罗纪南大岭组玄武岩的继承锆石年代学及其含义_赵越

地学前缘(中国地质大学(北京);北京大学)

EarthScienceFrontiers(ChinaUniversityofGeosciences,Beijing;PekingUniversity)Vol.13No.2

Mar.2006

北京西山侏罗纪南大岭组玄武岩的继承锆石年代学及其含义

赵　越,　宋　彪,　张拴宏,　刘　健

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1.地壳形变地表过程开放实验室,中国地质科学院地质力学研究所,北京1000812.北京离子探针中心,中国地质科学院地质研究所,北京100037

ZHAOYue1,　SONGBiao2,　ZHANGShuan-hong1,　LIUJian1

1.LaboratoryofCrustalDeformationandProcess,InstituteofGeomechanics,ChineseAcademyofGeologicalSciences,Beijing100081,China2.BeijingSHRIMPCenterandInstituteofGeology,ChineseAcademyofGeologicalSciences,Beijing100037,China

ZHAOYue,SONGBiao,ZHANGShuan-hong,etal.GeochronologyoftheinheritedzirconsfromJurassicNandalingBasaltoftheWesternHillsofBeijing,NorthChina:itsimplications.EarthScienceFrontiers,2006,13(2):184-190

Abstract:ThisshortnotereportsSHRIMPU-PbagesofzircongrainsfromtheJurassicNandalingbasalt,thewesternHillsofBeijing.Mostof115analyzedzirconindividualsfromtheNandalingbasaltgivestheircrystallizationagesandareobviouslyinherited.Theirpeakagesareclusteredaround190Ma,310Ma,430Maand520Marespectively.Inaddition,analyzedzirconswithcrystallizationagesaround171Ma,830Ma,1840Maaswellasca.2500Macanbeobserved.InterpretationofthesecrystallizationagesistentativebecausewehavelittleknowledgeofearlyPaleozoicmagmatismofthisregion.Weconsiderthatasmallzirconpopulationagedat(174±8)MacouldformduringeruptionoftheNandalingbasalt.Thein-heritedzirconswithearlyPrecambrianagescomeprobablyfrombasementrocksofNorthChinaCratonatdeeperlevels.Zircongrainswithagesaround190MacanberelatedtoearlyJurassicintracontinentaltecto-no-magamtismofthisregion.Zirconindividualsagedaround310MacanbeattributedtosubductionoftheoceaniccrustofthePaleo-AsianOceanbeneathNorthChinaCratonsouthwardinlatePaleozoic.HoweverwecouldnotfindanytectonothermalrecordinearlyPaleozoicinthisregion,butthezirconpopulationswithagesatca.430Maandca.520MaaresynchronouswiththecollisionofNorthAmericanCratontoEastEuropeCratonandtheassemblyofGondwanarespectively.Thatsuggeststhattheglobalcontinentalassemblemaycausethermaldisturbanceatdeeperlevelsofalithosphereneighboringwiththeassembly.ThoseabovedemonstratethatthelithosphereofNorthChinaCratonunderwentepisodicmodificationfromasearlyasearlyPaleozoic.ThereforetheevolutionofthelithosphereofNorthChinaCratonisprobablygradual,episodicandsecular.

Keywords:Paleozoic;Jurassic;inheritedzircons;NorthChinaCraton;SHRIMPU-Pbage;Nandalingba-salt;westernHillsofBeijing

摘　要:文中报道了北京西山侏罗纪南大岭组玄武岩的锆石结晶年龄。115个已分析的南大岭组玄武岩中的锆石绝大部分是继承的。它们的年龄峰值集中在～190Ma,～310Ma,～430Ma和～520Ma。此外,还有～171Ma,～830Ma和～1840Ma的年龄组,个别太古宙末和元古宙初期的继承锆石也可观察到。我们认为

收稿日期:2006

02

26;修回日期:2006

0302

基金项目:国家自然科学基金项目(40132020);国土资源大调查项目(200013000168)资助

作者简介:赵　越(1955—　),男,研究员,博士生导师,构造地质学专业,主要从事构造事件的年代学,华北北部及中国东部区域构造和东南极普里兹带的构造地质研究工作。

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(174±8)Ma年龄组的锆石有可能是南大岭组玄武岩喷溢期结晶的锆石。古元古代和太古宙的继承锆石很可能来自中下地壳基底的岩石。～830Ma的锆石颗粒的来源有待今后资料进一步积累说明,不排除华北克拉通岩石圈也曾经历过此事件。190Ma的锆石组与区域早侏罗世陆内的构造-岩浆作用有关。～310Ma的锆石组形成于晚古生代古亚洲洋洋壳向华北克拉通的俯冲。而～430Ma和～520Ma的锆石组可能于古大陆拼合的全球事件引发的邻近陆块岩石圈深部的热扰动中生成。这些继承锆石的年龄表明:华北克拉通岩石圈至少在古生代就经历了幕式的改造。因此,其演化很可能是长期的、幕式的和渐进的。我们的观测不排斥早白垩世至早期新生代期间华北克拉通岩石圈可能经历的剧变,但是似乎不支持全球岩石圈在深部对超大陆裂解产生响应的观点。

关键词:古生代;侏罗纪;继承锆石;华北克拉通;SHRIMPU-Pb年龄;南大岭组玄武岩;北京西山中图分类号:P588.145;P597.3　文献标识码:A　文章编号:10052321(2006)02018407

　　克拉通岩石圈是否长期保持稳定,并未被改造,或怎样被改造是一个认知不足的问题。华北克拉通

5]

是国际关注这一问题的热点[1-。山东蒙阴和辽宁复县奥陶纪含金刚石金伯利岩的研究表明,那时有一个约200km厚的岩石圈地幔,而这与华北克拉通形成于太古宙,或古元古代末的古老性质是吻合的。但是地球物理和新生代玄武岩地幔捕掳体的研究则展示了现今的岩石圈厚度要薄许多,只有

2,6]

60～120km[1-。然而,本文的重点不是研究者们热烈讨论的华北克拉通晚中生代以来的岩石圈减薄,而是力图探讨目前知之甚少的华北克拉通早古生代,以及整个古生代时期岩石圈可能经历的事件,进而探讨华北克拉通岩石圈的改造是长期幕式地渐进转变,还是短期的剧变因为如果晚新生代汉诺坝玄武岩捕掳体中继承锆石的研究揭示的晚中生代岩石圈减薄机制普遍适用[3],其也应当适用于未被阐明的古生代继承锆石。为了深入说明这一问题,本文以北京西山早侏罗世南大岭组玄武岩的继承锆石作为研究对象,因为该样品自然避免了晚中生代的继承锆石,而使问题集中在中侏罗世以前华北克拉通岩石圈可能经历的事件上。

[1-2]

高。已有证据显示:至少从晚古生代,华北克拉通北缘就已经发展成为安第斯型的大陆边缘。中生代,区域进入强烈的地壳变形期,曾发生多期褶皱、逆冲变形以及发育区域性伸展构造,同时伴随着岩石圈的缩短和引张。

在玄武岩中发现继承锆石是较为常见的。为了说明晚中生代华北克拉通岩石圈减薄,晚新生代汉诺坝玄武岩成为研究的重点之一。所不同的是研究展示的汉诺坝玄武岩的继承锆石来自其捕掳体[3]。然而,其中具有古生代年龄的继承锆石的问题没有给予解释。另外,高山等对辽西北票晚侏罗世兴隆沟组安山岩的研究也揭示了大量继承锆石的存在。同样,研究没有涉及继承锆石的古生代年龄问题。这些数据暗示了古生代至中生代时期,华北克拉通岩石圈可能经历过强烈的壳幔相互作用。由于具有古生代年龄的继承锆石的已知研究样品来自晚中生代以后的火山岩,要揭示这一问题则需要研究更早的玄武岩中的继承锆石,而区域上代表性的岩石就是早侏罗世南大岭组玄武岩。

南大岭组玄武岩出露于北京西山侏罗纪盆地(图1)。其下伏地层杏石口组为一套河流相沉积。其在九龙山向斜、髫髻山向斜南翼呈透镜状分布,厚度为20m左右(图2),见延长群植物化石分子,时代有晚三叠世和早侏罗世不同的认识[13]。最近,杨进辉等[16]对来自杏石口组碎屑锆石的年龄测定工作,暗示杏石口组的时代应当是早侏

[15][13-14]

[5]

[10,12]

[11]

1　区域地质背景和前人的工作

一种代表性的观点认为华北克拉通形成于太古宙末[7],但是近年来获得的更多的证据表明华北克

[8-9]

拉通形成于古元古代。因此,华北克拉通岩石圈罗世。南大岭组火山岩具有气孔和杏仁构造,并夹的形成应当是在古元古代末以后,而不是太古宙末。有多层沉积岩,是一套溢流相玄武岩。其厚度在九虽然有研究提出:中元古代时期,燕辽地区经历过裂谷阶段。但是,多数学者认为,华北克拉通从中元古代至早古生代构造上是稳定的[10]。其后华北克拉世以后,区域的地势分异加剧,北部的地势明显升

龙山向斜、髫髻山向斜南翼可达353m。南大岭玄武岩的沉积夹层中至今未见化石,而其上的门头沟煤系的窑坡组产丰富的、以Coniopteris-Phoenicop-侏罗世英国约克郡植物群相当

[13]

通经历了晚奥陶世至早石炭世的普遍抬升。晚石炭sis组合为代表的蕨类植物化石,时代应与著名的中

。因此,南大岭玄

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图1　北京西山地质简图

Fig.1　GeologicalmapoftheWesternHillsofBeijing

武岩的时代被认为是早侏罗世。区域上与南大岭组玄武岩层位相当的火山岩的同位素年龄测定似乎也印证了这一点[17]。但是,北京西山南大岭组玄武岩的同位素年龄测定结果却都分布在早白垩世(赵越未刊Ar-Ar资料)。这是区域经历了燕山期构造事件的影响,同位素时钟重新启动的结果。从最近的研究看,似乎不排除南大岭组玄武岩的时代为中侏罗世的可能[16]。

中心和中国地质科学院北京离子探针中心完成。SHRIMPU-Pb分析原理和流程参见Compston

等[20]和Williams等[21]的工作。U-Pb分析的数据处理采用SQUID1.3d和ISOPLOT2.06版程序[22]。SHRIMPU-Pb分析前拍摄了待测样品的阴极发光图像(参见图3)。详细的岩石学、地球化学和岩石成因的研究由王志洪等完成[23]。

3　分析结果

2　样品和分析方法

最初的样品(JND-1,JND-2)在澳大利亚国立大

本文研究的南大岭组玄武岩样品分别取自北京西山木城涧煤矿和沿潘涧沟剖面系统测量,逐层选

取(图2)。锆石由标准的重矿物分离方法挑出。在双目镜下挑选后置于环氧树脂中制靶,制靶过程参见宋彪等

[19]

[18]

学地球科学研究院离子探针实验室完成。令人惊奇的是从典型的岩浆锆石(图3)测出的和谐年龄明显是结晶的和继承的,远老于根据古生物化石组合确

14]

定的早期侏罗纪的地层年龄[13-。初步的两组继承

报道。SL13(572Ma)和Temora(417锆石的结晶年龄峰值为(429±4)Ma和(524±19)Ma(图4),时代分别为早志留世和早寒武世。随后在北京离子探针中心对样品JND-1、JND-2的深

Ma)作为标样同时置于靶中。锆石的U-Pb年龄

分析在澳大利亚国立大学地球科学研究院离子探针

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学系统的产生很可能是竞争性的。由北京西山侏罗

纪南大岭组玄武岩继承锆石中记录的华北克拉通早古生代岩石圈深部的岩浆事件可能是对这一新的动力学系统的响应。因此,我们强调碰撞比裂解更可能引发我们观察到的华北克拉通早古生代岩石圈深部的岩浆活动,并进一步推测华北克拉通新元古代晚期至早寒武世早期、中奥陶世晚期至石炭纪早期的区域性抬升和沉积缺失可能受深部的地质过程控制,具有深刻的地质背景。也就是说,表壳的地质记录实际上是深部构造热过程的写照。

北京西山早期侏罗纪南大岭组玄武岩继承锆石中记录的华北克拉通早古生代岩石圈深部的岩浆事

图5　南大岭组玄武岩锆石SHRIMP年龄统计频率直方图

Fig.5　SHRIMPagefrequencyhistogramofzirconsamplesfromtheNandalingbasalt,WesternHillsofBeijing,NorthChina

件清楚地表明:仅根据我国东部复县和蒙阴含金刚石金伯利岩的研究得出的早古生代华北克拉通岩石

北缘晚古生代安第斯型大陆边缘的岩浆作用有关。圈厚度的结论可能是不完整的,至少包括汉诺坝地约190Ma的这组锆石应与区域早侏罗世的陆内构区在内的华北克拉通北部岩石圈从石炭纪起就被古造-岩浆活动联系,但是目前我们对其性质还缺乏更深入的了解。而早古生代的两组继承锆石年龄(430±5)Ma和(528±10)Ma在目前已知的华北克拉通岩浆活动中尚无记录。华北克拉通早寒武世晚期至中奥陶世稳定的陆架碳酸盐沉积说明这一时期的构造和岩浆活动是微弱的。一个显著的事实是它们位于华北克拉通稳定沉积的间断期,并且与古大西洋闭合时北美克拉通与东欧克拉通的碰撞[24]和冈瓦纳古大陆拼合的时期分别高度吻合。目前尚无法排除约171Ma的锆石结晶年龄为南大岭组玄武岩的形成年龄。很可能南大岭组玄武岩和窑坡组代表的门头沟煤系的时代比原来认为的时代要晚一些(例如:陈芬等)。古元古代以及更老的继承锆石很可能来自区域下地壳变质基底的岩石。约830Ma的继承锆石还有待于更多的数据和资料加以说明,有可能华北克拉通也存在约830Ma的岩浆事件。以上事实说明:基性岩中的锆石组的结晶年龄是复杂的,可能多数是继承性的。其结晶年龄的解释有很强的探索性。在构造复杂地区,特别是造山带中,基性岩和变质基性岩中的锆石组的年龄解释有时非常困难。

[13]

[25-26]

亚洲洋的洋壳俯冲改造了。那时,这一地区的岩石圈结构和厚度应当参考现今南美安第斯山地区。整个古生代和早期中生代,华北克拉通岩石圈热结构不可能是冷的、地热梯度低的。华北克拉通岩石圈在古生代和早期中生代就已经经历了幕式的构造-岩浆作用的改造

[27]

。

5　小结

已观测的北京西山侏罗纪南大岭组玄武岩中的锆石绝大多数属继承锆石,年龄集中在～190、～310、～430和～520Ma。它们是古生代和早期中生代华北克拉通岩石圈经历的岩浆作用的记录。～171Ma的锆石组可能是南大岭组玄武岩的喷溢年龄。我们认为:～190Ma的锆石组是继承的,与区域早侏罗世陆内的构造-岩浆作用有关;～310Ma的锆石组生成于晚古生代古亚洲洋洋壳向华北克拉通俯冲;而～430和～520Ma的锆石组可能在古大陆拼合的全球事件引发的邻近陆块岩石圈深部的热扰动中结晶。对于这种因全球动力学系统改变产生的全球岩石圈深部的响应和热扰动目前还知之甚

华北克拉通至少在我们认为早古生代的两组继承锆石年龄(429±少。这些继承锆石的年龄表明:

4)Ma和(524±19)Ma与北美克拉通与东欧克拉通古生代就经历了幕式的改造。因此,华北克拉通岩的碰撞和冈瓦纳古大陆拼合的时期分别高度吻合可能具有十分深刻的含义。古大陆的碰撞和拼合意味着曾经主导其动力学过程的地幔对流的停止,并在全球引发新的动力学过程。我们推测这一新的动力

石圈的演化很可能是长期的、幕式的和渐进的。我们的观测不排斥早白垩世至早期新生代期间华北克拉通岩石圈可能经历的剧变,但是似乎没有支持全球岩石圈对超大陆裂解产生响应的观点。

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笔者特别感谢邓晋福教授和《地学前缘》编辑部的编辑们给予作者的热情鼓励和帮助。M.Fanning先生协助了在澳大利亚国立大学地球科学研究院的离子探针质谱分析,在此表示感谢。

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