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1、 50 7 地 质论评 G E O L O G I C A L R E V I E W V o 1 5 5 J u ly N o 4 2 O O 9 内蒙古大青 山地 区早前寒 武纪变质岩 的 锆石 Hf同位素组成和稀土模式 董 春 艳 刘 敦 一 万 渝 生 徐 仲 元 王 伟 颉 颃 强 1 中国地质 科学 院地 质研 究所 北 京 1 0 0 0 3 7 2 北京 离 子探针 中心 北京 1 0 0 0 3 7 3 吉林大学地球科学学院 长春 1 3 0 0 6 1 内容提要 本文报道 了内蒙古大青 山地 区早前寒 武纪变质岩石的锆石 Hf 同位 素和稀 土组成 两个古元古代晚 期 1
2、9 2 1 G a 变质碎屑沉积 岩样 品中碎 屑锆石 的 F n Hf I n Hf 7 t D M Hf 和 t M Hf 分 别为 0 2 8 1 0 7 9 0 2 8 1 5 0 2 2 5 4 8 3 0 0 0 Ma 2 6 1 2 3 1 5 3 Ma 和 0 2 8 0 9 1 6 0 2 8 1 4 5 1 2 5 3 3 2 7 1 7 Ma 2 6 0 0 3 4 0 4 Ma 一个古元古 代早期 2 3 7 G a 变质辉长岩样 品中岩浆锆石 的 e H f t 和 t o Hf 分别 为 l 5 o 6 6 8和 2 4 4 9 2 6 4 7 Ma 表明大青 山及
3、邻 区在新太 古代 晚期 一古元古代早期存在 强烈 的构造 岩浆热事 件 既有地 幔添加又 有壳 内再 循环作 用 三个 样 品的边部 变质锆石 E H f t D M 1 Hf 和 t D M 2 Hf 分别 为一9 4 9 3 9 1 2 2 0 1 2 6 8 6 Ma 2 2 8 5 2 8 8 7 Ma 一7 2 9 一 2 4 2 2 3 5 0 2 5 4 0 Ma 2 4 9 9 2 7 4 0 Ma和一5 4 6 一0 5 3 2 3 1 9 2 5 0 7 Ma 2 4 4 3 2 6 8 7 Ma Th U 比值普遍 小于 0 1 与核部锆石相 比 边 部变质锆 石 t
4、o z Hf 变小 T h u 比值和稀土含量降低 但稀 土模式 十分类似 研究 表明 变质锆石增生边 的形成及其 Hf 同位素 稀土和 u T h组 成受核 部锆石 和变质作 用 的双 重制约 变质 增生边 的形 成至少部分 与核部锆石溶解 以后的再结晶有关 变质流体起 了重要作 用 关键词 锆石 Hf 同位素 稀土模式 早前寒武 纪 大青 山 随着多接收等离子体质谱仪 MC I C P MS Q I C P MS和 激光剥 蚀 系统 的应 用 锆 石 Hf 同位 素 和 稀 土组成 原位 分析 技术 为岩 石成 因 和壳幔 演化研 究 提供 了越 来越 多 的重要 信 息 Ame l i
5、n e t a 1 1 9 9 9 Rub a t t o 2 0 0 2 Ki nn y e t a 1 2 0 03 Ha wke s wor t h e t a 1 2 0 0 6 锆 石极 强 的稳定性 和 高 L u Hf 同位 素封闭温度使其 Hf 同位素组成较少受到后期地质 事件的影响 而极低的 L u含量使 我们能够获得其 形成时准确的 Hf 同位素组成 这些特性使得锆石 Hf 同位素常用于高级变质岩原岩性质与成 因的研 究 成 为 目前探讨 地 壳 演 化 和 示踪 岩 石 源 区性 质 的 重要 工具 另 方 面 锆 石 稀 土组 成 研 究 也 可 为 岩 石成因提供重要
6、信息 Ho s k i n e t a 1 2 0 0 3 Z h e n g e t a 1 2 0 0 6 2 0 0 7 D o n g e t a 1 2 0 0 7 将 锆 石 Hf 同位素 稀土组成与 u P b定年相结合探讨地壳 形 成 和 再 造 成 为 新 的 研 究 趋 势 Ha wk e s wo r t h e t a 1 2 00 6 W u e t a 1 20 0 7 Zhe ng e t a 1 2 0 06 2 0 0 7 本文报道 了内蒙古大青 山地 区早前寒武 纪 变质岩石的锆石 Hf 同位素和稀土组成 研究表 明 变质锆石 的 Hf 同位素和稀土组成特征
7、受原 有锆石 和变 质流体 的双重制 约 1 地质背景和样 品特征 大青 山 地 区 是 西 部 孔 兹 岩 带 Z h a o e t a 1 2 0 0 5 典型代 表 之一 已有 长期 的研究 历史 金巍 等 1 9 9 1 卢良兆等 1 9 9 6 基 于野外地质和部分同位 素年代 学资 料 该 区前 寒 武 纪变 质 基 底 被划 分 为 桑 干岩群 又称 为 兴和岩 群 麻 粒 岩系 下乌 拉 山岩 群 片麻岩系 上乌拉山岩群 孔 兹岩系 及侵位其中 的变质 深成 岩 图 1 徐 仲 元 等 2 0 0 5 2 0 0 7 杨 振 升 等 o 杨 振升 等 2 0 0 6 b 桑干
8、 岩 群被 进 一 步划 分 为 中色麻 粒岩 岩组 和浅 色 麻 粒 岩 岩组 由基 性 和 中酸 性 麻粒 岩组成 下乌 拉山岩群 被进 一步 划分 为深 色 片 麻岩 岩组 和浅 色 片麻 岩 岩 组 由不 同类 型 片 麻 岩 组成 其 中浅色片麻岩岩组 中很可能存在遭受强烈 变 质变形 和 深熔 作 用 改 造 的 T TG 奥 长 花 岗岩 英 云 闪长岩 花 岗 闪长岩 但其 分 布范 围还不清楚 董 春艳9 上乌拉山岩群 由变泥砂质岩石 大理岩 钙硅酸盐岩 和少量 变质基 性岩组 成 为高 角闪岩 相一麻粒岩相变质 其岩石组合和变质作用与印度 注 本文为中国地质科学 院地质研究
9、所基本科研业务费资助项 目 编号 J 0 9 0 1 和国土资源部重点项 目 编号 1 2 1 2 0 1 0 7 1 1 8 1 5 的成果 收稿 日期 2 0 0 9 0 3 1 4 改回 日期 2 0 0 9 0 5 0 5 责任 编辑 章雨旭 作者简介 董春艳 女 1 9 7 6年生 博士 主要从事变质岩和同位素年代学研究 电话 0 1 0 6 8 9 9 9 7 5 9 E ma i l d o n g c h u n y a n s i n a c o rn 地质论评 南部的孔 兹岩系相似 C hacko eta1 1 992 根据 S H R IMPU Pb锆 石同位素定年 变质
10、岩 系 的形 成 时代为新太古代和古元古代 董春艳 e 其总体特 征可与孑 L兹岩 带 东段集宁地区对比 G u oeta1 2002 2005 Waneta1 2006 Zhao eta1 2008 本文对大青山地区早 前寒 武纪变 质 岩石 3 个样品进行了锆石Hf同位 素和稀土元素分 析 采 样位置 见 图1 1 1 石英岩 N M 0619 40 5 1 5 5 1 10 04 3 8 样品采 自忽 鸡 沟南部 属上乌拉山岩 群 孔 兹岩 系榴云片麻岩 岩组 石英 岩 出露 宽 度 150m 但 还不清楚 如此之大厚度是否与构造加厚有关 石英 岩纯度很高 石英含量 大于 99 石英 岩
11、经历 了强 烈的重结晶作用 外观上像石英 脉 1 2 黑云二长片麻岩 N M 0605 40 4 4 08 109 38 06 样品采自哈德 门沟下乌拉山岩群 片麻 岩系 由 于变质和深熔作用改造 脉体 条带 发育而 不均 一 但所取样品避开了浅色脉体 主要组成矿物为斜长 石 微斜长石 石英和黑云母 1 3 变质辉长岩 N M 0618 4 0 53 21 1 10 04 26 样品采 自包 固公路北部下城湾南2km 它们 以包体形式位于原划分为下乌拉山岩群条带状 长英 质岩石中 根据野外地质 特征 条带状 长英 质岩石 很可能为T T G变质 变形和深熔 作用改造产物 辉 长岩侵入 TTG
12、并 与T T G 岩石 一 道遭受变质 变形 改造 新鲜岩石 呈暗灰 色 片麻 状 构造 主要 矿物 为斜长石 角闪石 单斜辉石和黑云母 2 分析方法 Hf同位素和稀土元素测 试在 中国科学院地质 与地球 物理研究所 Neptu n e多接收 电感耦 合 等离 子体质谱仪 M C IC PMS A gil ent7500a型四极杆 嚣黜 支 秆 theS 岩 an錾 吓万丁硝 浅色片麻 岩 卜乌拉IIIL 岩群 医主 至塑竖 c0 Iicgneiss theXiawulashan u rouP 卜 一 I彳i榴花岗岩 l 二 lgarnetgranite r 二 习fi英 闪K 一花岗质 片
13、麻 岩 L r 兰 J quartzdi oritic grani ticgneiss I 虢怂 滕i点急徽芄黧 lI孔 兹 岩系 上乌拉山岩群 lIk hondal iteseries theS hangwulashanGroup F 翮 紫 苏石英 闪长 一紫苏花岗质 片麻岩 l Ihyper sthenequartzd ioritic hyper sthenegrani ticgneiss R 眼球状 花岗 质片麻岩 i 1augengr aniticgneiss 图1大青山地区早前寒武纪地质简图 F i g 1GeologicalmapoftheEarlyPrecambrianinDa
14、qingM ountains In nerMongolia 据徐 仲元等 2005 修改 插图据Zhao etal 2005 简化 图中给 出了本 文样品位置 ModifiedafterXueta1 2005 In setissimplifiedafterZhaoeta1 2005 Samplelocation s areshow n 第 4期 董春艳等 内蒙古大青山地 区早 前寒武纪变质岩的锆石 Hf 同位素组成和稀土模式 5 1 1 表 1 大青 山早前寒 武纪变质 岩石的锆石 H f同位素组成 Ta bl e 1 Hf i s ot o p e c o mpo s i t i on o
15、f z i r c o n s f r o m Ea r l y Pr e e a mb r i a n me t a mo r p hi c r o c k s i n t he Da qi ng M o umt a i n s I n ne r M o ng o l i a rn 0 Hf 1 H f 样 分 n 1 76 Y b 176 L u l H f j c g H f 0 误差 t D M 1 Hf D M 2 Hf L H f I l 析 年龄 H H 1 7 7 Hf Hf 号 点 测值 测值 误差 2 o 2 O 0 2 R 1 9 00 0 0 2 17 6 5 0 0
16、0 0 9 9 2 O 2 8 1 4 3 9 0 0 0 0 0 1 2 47 1 4 6 O 4 0 4 2 2 5 35 2 7 l 6 0 9 7 0 8 R 1 9 0 0 0 0 2 8 7 5 1 0 O 0 1 2 4 8 0 2 8 1 4 6 3 0 0 0 0 0 I 2 46 2 9 5 5 1 0 4 2 2 5 i 9 2 6 9 0 0 9 6 O 9 R 1 9 0 O 0 0 4 5 0 4 0 0 0 1 7 0 4 O 2 8 1 4 1 9 0 0 0 0 0 1 5 47 8 5 7 6 6 0 5 3 2 6 1 1 2 7 9 6 0 9 5 1 6 R 1 9 0 0 0 0 3 0 1 3 3 0 O 0 1 3 3 9 0 2 8 1 4 7 2 0 0 00 01 6 4 5 9 7 5 3 1 0 5 7 2 5 1 3 2 6 8 0 0 96 1 8 R 1 9 0 0 0 0 2 0 9 3 5 0 0 0 0 9 4 9 0 2 8 1 3 7 4 0 0 00 01 3 4 9 4 4 8 2 9 0 4 6 2 6 2
