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1、碎屑锆石年龄对大西洋北东部Hatton和Edoras海岸砂岩起源的制约Andrew C. Morton1,2, Kenneth Hitchen3, C. Mark Fanning4, GregYaxley4, Howard Johnson3 and J. Derek Ritchie31 HM Research Associates, 2 Clive Road, Balsall Common, West Midlands CV7 7DW, UK2 CASP, Department of Earth Sciences, University of Cambridge, 181a Huntingdo
2、n Road,Cambridge CB3 0DH, UK3 British Geological Survey, Murchison House, West Mains Road, Edinburgh EH9 3LA, UK4 Research School of Earth Sciences, The Australian National University, Canberra, ACT0200, Australia（翻译：肖秋香）摘要碎屑锆石定年显示了Hatton和Edoras海岸（Rockall高原西南部）白垩系下第三系砂岩的来源，它们所含的岩浆岩年龄分别为1800Ma和1750Ma
3、。它们的成矿背景、第一期次矿物和单峰自然碎屑锆石总量说明这些砂岩是本地来源。因此我们认为锆石的年龄数据对较少了解的Rockall海底高地进行制约。将U-Pb定年直接与一些来自花岗岩类岩石的U-Pb锆石结晶年龄相对比，这些花岗岩类岩石来自Greenland南部的Ketilidian带和Britain西部的Rhinns杂岩体。来自Edoras海岸样品的Hf同位素数据与岩浆源的古元古界板块来源一致。结合来自Ketilidian带、Rockall海岸和Rhinns杂岩体以往的Sm-Nd TDM模型年龄，这些数据扩大了跨越北东大西洋南部大型岩浆源的古元古界地层的已知分布区域；相比之下，来自Hatton海
4、岸样品的Hf同位素数据指示了太古代地壳的巨大作用；同时，Edoras海岸的锆石总量也包含了少的中元古代颗粒，证明了在Rockall海底高地南部有着一定体积的次要Grenville期侵入体的存在。关键词：制约，锆石定年，Hf同位素，Rockall，白垩系，下第三系1 引言Rocakall海底高地（图1）是一个水下陆壳板块，被下伏于Rockall槽的高度变薄的地壳与北欧大陆边缘隔离，同时被洋壳与Greeland隔离（Roberts, 1975; Roberts et al., 1988; Joppen and White, 1990; Hitchen, 2004）。该地区在前漂移被大西洋重建中占据
5、有利位置，但由于样品不足，基地的地质历史难以解释。形成Rockall海底高地基底的性质的唯一直接证据是来自Rockall海岸获得的样品。在潜水探险（Roberts et al., 1973）期间获得的五个样品（A-E，图1）的Sm-Nd模型（TDM）年龄范围在1.89-2.14Ga之间（Morton and Taylor 1991）。最近在该地区来自另外的两样样品（56-15/11和56-15/12，图1）具有相近的年龄（1.91Ga）（Hithcen, 2004）。虽然这些样品没有U-Pb锆石年龄数据被证实公布，Daly et al.(1995)和Scanlon and Daly(2001)
6、指出样品A、C和D（图1）的单粒锆石年龄定年已经获得成果，其年龄与已测出U-Pb锆石结晶年龄为1750Ma的北Mayo（Ireland）Annagh片麻岩相近。以上数据表明Rockall海岸变质基底是由juvenile古元古界地层组成（Morton and Taylor, 1991; Dickin, 1992）。还没有从其他海底高地（Hatton, Edoras和George Bligh海岸）中重新获得基底岩，包括Rockall海底高地（图1）。来自George Bligh海岸的下三叠纪玄武岩被太古代地壳污染（Hitchen et al., 1997），说明太古代和古元古界地体的边界位于Roc
7、kall海岸和George Bligh海岸之间，由Dickin(1992)和Dickin and Durant(2002)。Dickin and Durant(2002)根据Blackstones海岸的玄武质岩石的元古代污染的Pb同位素确定了第三纪火成杂岩北部边界。同样地，太古代和古元古代地体的边界位于Stanton海岸的北部（图1），该海岸是一个海底高地，位于基底岩的底部，具有相对年轻的Sm-Nd TDM模型年龄（Scanlon et al., 2003）。以上提出的边界位置与势场数据确定的Anton Dohrn轮廓的中心圈（Kimbell et al., 2005）一致。虽然George
8、Bligh和Rockall海岸西部边界位置没有直接受任何地质样品数据的制约，但Anton Dohrn轮廓的中心圈横跨Hatton海岸，北Hatton海岸背斜轴迹有一个明显的转折点（Johnson et al., 2005）。关于下伏于Rockall海底高地西南部Hatton和Edoras海岸的基底，没有直接或间接的数据证明它们被中间的Hatton盆地与Rocakall海岸隔绝（图1）。在本文中我们列举了白垩系-下第三系砂岩中的碎屑锆石的U-Pb和Lu-Hf同位素研究成果，样品中两个取于岩心、一个取于Hatton海岸（BGS钻孔99/2A）、一个靠近Edoras海岸（DSDP位于555），讨论了
9、关于这两片熟悉的地区下的基底年龄的意义。2 分析方法锆石精矿通过标准密度和磁选获得，将任意选定的代表部分锆石粘在双面胶中，铸成环氧树脂靶，切割、剖光。给所有的锆石颗粒拍摄投射光和反射光显微照片以及阴极发光（CL）照片。图2中给出的是两个样品的代表透射光显微照片。U-Pb分析使用的仪器是堪培拉澳大利亚国际大学的SHRIMP RG。锆石U-Pb定年过程参考Willians（1998）文献。质量站扫描数量限制在4个，因此达到快速数据采集是以计算精度为代价的。每个样品分析任意60个锆石。主观上锆石定年避免分析遇到的所有锆石，除非有颗粒呈蜕晶质或其他结构上的缺陷，这由反射光和透射光显微照片及CL照片检查
10、后决定。标准化Pb/U同位素比率参考FC1引用锆石（1099Ma：206Pb/238U=0.1589：Paces and Miller, 1993）。未处理的SHRIMP数据通过SQUID（Ludwig, 2000）处理，图使用Isoplot/Ex（Ludwig, 1999）。测量的206Pb/204Pb比率用来纠正普通Pb，放射性的207Pb/206Pb比率用来计算首选年龄，尽管事实上分析的大多数地区丢失放射性Pb。锆石年龄数据如表1和表2。Hf同位素分析是通过SHRIMP在相同位置激光剥蚀完成的，使用反射光显微图显示例子探针打击点位置（典型大约30m大小）。对于大多数分析的位置或次级标准，
11、样品激光光斑的直径为47或37m，这取决于阴极发光图像中颗粒的大小和内部结构的性质。Hf同位素测量是使用激光剥蚀多集电极电感耦合等离子体质谱仪RSES Neptune MC-ICPMS结合193nm ArF准分子激光。质谱仪首次使用时通过Monastery金伯利岩的大锆石颗粒调整到最佳灵敏度。所有同位素同时使用静电聚集模式测量。整个分析过程中每隔一段时间会有空白信号（大约每10次分析）。激光重复率一般为5-8Hz，能量为60mj；数据采集100s，但大多数情况下只有从特定的间隔内中采集以用于简化数据。每批样品空白信号时，几个次级标准的锆石（91500，FC-1，Temora-2，Monaste
12、ry and Mud Tank）与几个未知的进行数据核查。刚开始剥蚀时总Hf的信号强度一般5-6V，数据采集时降低到2V左右。Hf同位素数据列于表3中。3 钻孔99/2ABGS钻孔99-2A打钻位置在Hatton海岸的中生代地层中（Hitchen, 2004），在陆生孢粉型基础上覆盖有28.5m的阿尔布阶砂岩和粉砂岩。用于锆石同位素分析的样品取自于阿尔布阶碎屑地层的45.65-45.72m处。海洋微小生物和低整体生物多样性的缺失表明海陆交互的沉积环境。砂岩主要包含新鲜的规则的石英和长石，还包含重矿物组合，主要是不稳定相的钙质角闪石和绿帘石（Hitchen, 2004）。这些特征表明第一阶段来源
13、于中酸性基底。锆石形态（图2）进一步证明了第一阶段的来源，所有的颗粒都呈自形或规则状。在透射光下，锆石呈现结构不全，大多数颗粒中有大量裂缝。锆石阴极发光图像（图2）显示锆石具有典型的岩浆环带模式（Corgu et al., 2003）。锆石中一小部分颗粒具有明显的核心，而且它们出现的地方（如颗粒13）与其他带有核心颗粒（如颗粒4和6）上的环带具有相似的年龄。因此，尽管一些锆石具有该结构（具有核心和环带），但在年龄上区别很小。这在环带火成锆石中是不常见的。尽管在具明显中心和环带上不连续，缺少重要的年龄差异，但至少在测量上具不确定性，说明可能是在结晶作用时岩浆的化学作用发生改变，抑或是在短期内具有
14、两个或多个岩浆期次。单个锆石的U-Pb同位素数据和年龄列于表1中。样品中所有的锆石具有相对较高的Th/U，表明它们具有火成起源，长英质-中性成分（Hartmann and Santos, 2004; Link et al., 2005）。许多锆石颗粒呈现明显地不一致性，目前根据U-Pb数据确定简单中断的不谐合曲线具有不确定性。这说明同位素系统是受当今事件所影响的。然而，裂变径迹分析和磷灰石的(U-Th)/He定年明确了其具有一个热时间，最高古温度达50，随后冷却到起点大约80-50Ma（Hitchen, 2004）。此可解释为晚古新世-早始新世的岩浆事件的结果，与北东大西洋开放扇形有关。鉴于此
15、，通过数据看出在55Ma具有截距的线性回归（图3）。虽然该交替的线性回归线不是很合适（MSWD1.4，对比1.2），但似乎在地质上是合理的。多个锆石颗粒的不谐和曲线，结合直方图-相对概率图表明锆石形成一个简单一致的207Pb/206Pb年龄（图4）。只有一个锆石脱离了轨道，表现高度不协调，因此它们的年龄是不可靠的。单峰具有的207Pb/206Pb年龄为1798.54.5Ma（MSWD0.69）。该计算使用了所有的锆石点，只有三个锆石点（4.1，24.1，31.1）高度不一致处于线外（分别为35%，79%，43%）钻孔99-2A中锆石Hf(t)值的范围为+2.97至-3.30之间（表3，图5），
16、TDM年龄范围为2216-2643Ma。这些Hf(t)值明显不同于亏损地幔中估计的1800Ma（Vervoort and Blichert-Toft, 1999）。因此，Hf同位素数据表明亏损地幔不完全是产生锆石结晶的岩浆的来源，大部分已存在的太古代岩石圈也是来源之一。4 点555DSDP（深海钻探计划）点555位于Edoras和Hatton海岸间的出口，BGS（英国地质调查局）钻孔99-2A的西南（图1）。在中新世深水生物成因海洋地层的下方，该钻孔遇到古新世-始新世地层，主要是玄武岩流和火山岩碎屑沉积，在默写地层中包含陆生碎屑趁机（Shipboard Scientific, 1984）。该火山地层主要发生在Rockall海底高地和Greenland之间的海底扩张早期，与Edoras海岸的西南部发现的向海倾斜反序列同时（Roberts et al., 1984）。SHRIMP（555-88-5,18-25cm）分析的样品来b亚组长石类和云母类砂岩
