侯晨陽(yáng)+楊天水+石玉若

摘要：對(duì)大別超高壓變質(zhì)帶榴輝巖中金紅石進(jìn)行了SHRIMP原位U-Pb定年，得到金紅石U-Pb年齡為（219±4）Ma， 與前人利用TIMS方法獲得的金紅石年齡結(jié)果在誤差范圍內(nèi)是一致的，驗(yàn)證了金紅石用于SHRIMP原位U-Pb定年的可行性。通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)，不同賦存狀態(tài)的金紅石U-Pb年齡無(wú)明顯差別。根據(jù)本次測(cè)得的年齡數(shù)據(jù)，結(jié)合前人的研究成果，金河橋榴輝巖中金紅石的U-Pb年齡為冷卻年齡，代表了大別超高壓變質(zhì)帶構(gòu)造折返階段的時(shí)代。

關(guān)鍵詞：年代學(xué)；榴輝巖；金紅石；SHRIMP；U-Pb年齡；封閉溫度；大別超高壓變質(zhì)帶

中圖分類號(hào)：P597 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Abstract： In-situ SHRIMP U-Pb dating of rutile in eclogite from Dabie ultra-high pressure （UHP） metamorphic belt was studied. The U-Pb age of rutile obtained is （219±4）Ma， consistent with the previous TIMS results of rutiles within the error range. This consistence points to the feasibility of in-situ SHRIMP U-Pb dating of rutile. The dating results indicate no obvious differences for the U-Pb ages of rutiles from different occurrences. Taking together with the previous dating results， it is suggested that the U-Pb age of rutile in Jinheqiao eclogite is the cooling age， representing the tectonic exhumation time of Dabie UHP metamorphic belt.

Key words： geochronology； eclogite； rutile； SHRIMP； U-Pb age； closure temperature； Dabie UHP metamorphic belt

0 引 言

隨著大別—蘇魯?shù)貐^(qū)榴輝巖中標(biāo)志性超高壓礦物（柯石英和金剛石）的相繼發(fā)現(xiàn)[1-5]，以及在榴輝巖圍巖中特別是各種類型正片麻巖和副片麻巖鋯石中柯石英包體的普遍發(fā)現(xiàn)[6-10]，證明了榴輝巖及其圍巖的原巖曾經(jīng)發(fā)生過深俯沖并經(jīng)歷了超高壓變質(zhì)作用。經(jīng)超高壓變質(zhì)作用而形成的超高壓變質(zhì)巖（包括榴輝巖、硬玉石英巖及超高壓片麻巖等）形成于100 km以上的深度，但現(xiàn)今已出露地表，說明超高壓變質(zhì)巖一定經(jīng)歷了快速的抬升折返過程[11]。準(zhǔn)確限定抬升折返階段的時(shí)代對(duì)于重塑大別超高壓變質(zhì)帶的快速俯沖-折返的動(dòng)力學(xué)模式有重要的科學(xué)意義。

金紅石是陸殼巖石中一種常見的副礦物，其主要化學(xué)成分為TiO2。在自然界中，金紅石以副礦物形式廣泛存在于各級(jí)變質(zhì)巖中。金紅石在成巖、風(fēng)化和各種不同程度的變質(zhì)過程中均能保持極大的穩(wěn)定性[12]，其作為穩(wěn)定的重礦物相保存了大量的地質(zhì)作用信息，如變質(zhì)溫度、變質(zhì)壓力、冷卻年齡和源巖性質(zhì)等[13]。金紅石中能夠容納一定量的U，部分U含量較高的樣品可用于Pb-Pb和U-Pb定年[14-17]。早期的金紅石U-Pb年代學(xué)研究主要是利用同位素稀釋-熱電離質(zhì)譜法（ID-TIMS）[18-20]，該方法的優(yōu)點(diǎn)在于精度很高，但是對(duì)樣品的消耗量大，流程繁瑣，而且當(dāng)樣品經(jīng)歷了復(fù)雜的生成過程時(shí)，使用該方法獲得的年齡可能會(huì)是毫無(wú)意義的混合年齡。近年來(lái)，二次離子探針質(zhì)譜法（SIMS）已成功應(yīng)用于金紅石的U-Pb年代學(xué)研究中[21-22]。目前，金紅石的U-Pb定年一般用于限定變質(zhì)巖的冷卻歷史和超高壓變質(zhì)巖折返速率的研究[17，19，22-28]。

本文主要對(duì)采自大別超高壓變質(zhì)帶的金河橋榴輝巖中金紅石進(jìn)行SHRIMP原位U-Pb定年，并對(duì)其年代學(xué)意義進(jìn)行探討。

1 地質(zhì)背景及樣品采集

大別—蘇魯超高壓變質(zhì)帶是由華北板塊與揚(yáng)子板塊碰撞而形成的，被郯廬斷裂所切錯(cuò)分成大別（西部）和蘇魯（東部）超高壓變質(zhì)帶兩部分（圖1）[29]。其中，大別超高壓變質(zhì)帶在東部以郯廬斷裂為界，向西延伸至桐柏—秦嶺造山帶。Wang等把大別超高壓變質(zhì)帶進(jìn)一步劃分為北大別地體和南大別地體[30]。在南大別榴輝巖中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了柯石英和金剛石等標(biāo)志性超高壓礦物[1，4-5，30]，在榴輝巖的圍巖片麻巖鋯石中也已識(shí)別出柯石英包體，這表明南大別榴輝巖及其圍巖的原巖均發(fā)生了深俯沖并經(jīng)歷了超高壓變質(zhì)作用[6，10]。

本次用于研究的榴輝巖樣品采自安徽省太湖縣花涼亭水庫(kù)東北部的金河橋地區(qū)（30°30′59.9″N， 116°15′56″E），構(gòu)造位置處于南大別超高壓變質(zhì)帶的南端，屬于超高壓榴輝巖（圖2）。金河橋榴輝巖為粗粒結(jié)構(gòu)，條帶狀構(gòu)造，紅色石榴石、綠色綠輝石以及白色石英互為條帶[圖3（a）]，副礦物有金紅石、角閃石、鋯石、磷灰石、白云母、柯石英等。通過對(duì)樣品進(jìn)行鏡下觀察，發(fā)現(xiàn)一部分金紅石以包體的形式存在于石榴石內(nèi)部，其余金紅石則存在于石榴石及其他礦物顆粒之間或完全被其他礦物包裹[圖3（b）]。

2 分析方法

選取新鮮的榴輝巖樣品，清洗干凈后將其破碎成毫米級(jí)的巖石顆粒，然后在顯微鏡下挑選出含金紅石較多且金紅石顆粒較大的巖石顆粒，制成符合SHRIMP測(cè)試要求的標(biāo)準(zhǔn)樣品靶。

李秋立等利用ID-TIMS方法獲得金河橋榴輝巖中金紅石U-Pb年齡為（218±1）Ma，并根據(jù)文獻(xiàn)[35]提出的封閉溫度方程和文獻(xiàn)[14]給出的參數(shù)條件計(jì)算出金紅石的U-Pb體系封閉溫度為（470±50）℃[19]。這一結(jié)果與Li等在大別超高壓變質(zhì)帶雙河地區(qū)獲得的榴輝巖中多硅白云母的Rb-Sr年齡結(jié)果（（219±5）Ma）和U-Pb體系封閉溫度（500 ℃）[36]相一致。陳振宇等計(jì)算得到金河橋榴輝巖中金紅石的Zr溫度為595 ℃～678 ℃，并指出該溫度要高于金紅石U-Pb年齡所對(duì)應(yīng)的封閉溫度[37]。Liu等對(duì)采自大別地區(qū)的2件榴輝巖樣品和1件正片麻巖樣品退變鋯石微區(qū)進(jìn)行了SHRIMP U-Pb定年，獲得的年齡為（220±1）Ma，并將該年齡結(jié)果解釋為大別地體構(gòu)造折返至石英穩(wěn)定域的退變質(zhì)年齡[38]。劉福來(lái)等對(duì)大別超高壓變質(zhì)帶雙河地區(qū)榴輝巖鋯石進(jìn)行了SHRIMP U-Pb定年，獲得了（216±6）Ma的退變質(zhì)年齡[39]。此外，已有的鋯石年齡數(shù)據(jù)顯示，大別超高壓變質(zhì)帶的峰期變質(zhì)時(shí)代在230 Ma左右[39-41]。在前人研究成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合本次金紅石SHRIMP U-Pb定年結(jié)果，金河橋榴輝巖中金紅石的U-Pb年齡（（219±4）Ma）應(yīng)為超高壓榴輝巖的冷卻年齡，代表了大別超高壓變質(zhì)帶在超高壓峰期變質(zhì)后構(gòu)造折返事件的時(shí)代。

4 結(jié) 語(yǔ)

通過對(duì)大別超高壓變質(zhì)帶金河橋榴輝巖中金紅石進(jìn)行SHRIMP原位U-Pb定年，測(cè)得金紅石U-Pb年齡為（219±4）Ma，榴輝巖中不同賦存狀態(tài)的金紅石U-Pb年齡未發(fā)現(xiàn)存在明顯的差異。本次獲得的金紅石U-Pb年齡為超高壓榴輝巖的冷卻年齡，代表了大別超高壓變質(zhì)帶構(gòu)造折返階段的時(shí)代。

中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所李琳琳參加了野外采樣，車曉超在樣品制備和儀器調(diào)試方面給予了幫助，李秋立研究員提供了金紅石標(biāo)樣，在此一并表示感謝。

參考文獻(xiàn)：

References：

[1] OKAY A I，XU S T，SENGOR A M C.Coesite from the Dabieshan Eclogites，Central China[J].European Journal of Mineralogy，1989，1：595-598.

[2] WANG X M，LIOU J G，MARUYAMA S.Coesite-bearing Eclogite from the Dabie Mountains in Central China[J].Geology，1989，17：1085-1088.

[3] HIRAJIMA T，ISHIWATAR A，GONGB，et al.Coesite from Mengzhong Eclogite at Donghai Country，Northern Jiangsu Province，China[J].Mineralogical Magazine，1990，54（3）：579-583.

[4] XU S T，SU W，LIU Y C，et al.Diamond from the Dabieshan Metamorphic Rocks and Its Implication for Tectonic Setting[J].Science，1992，256：80-82.

[5] XU S T，LIU Y C，CHEN G B，et al.Microdiamonds，Their Classification and Tectonic Implications for the Host Eclogites from the Dabie and Su-Lu Regions in Central Eastern China[J].Mineralogical Magazine，2005，69（4）：509-520.

[6] TABATA H，YAMAUCHI K，MARUYAMA S，et al.Tracing the Extent of a UHP Metamorphic Terrane：Mineral-inclusion Study of Zircons in Gneisses from the Dabieshan[M]∥HACKER B R，LIOU J G.When Continents Collide：Geodynamics and Geochemistry of Ultrahigh-pressure Rocks.Berlin：Springer，1998：261-273.

[7] YE K，YAO Y P，KATAYAMA I，et al.Large Areal Extental of Ultrahigh-pressure Metamorphism in the Sulu Ultrahigh-pressure Terrane of East China：New Implications from Coesite and Omphacite Inclusions in Zircon of Granitic Gneiss[J].Lithos，2000，52（1/2/3/4）：157-164.

[8] LIU F L，XU Z Q，KATAYAMA I，et al.Mineral Inclusions in Zircons of Para- and Orthogneiss from Pre-pilot Drillhole CCSD-PP1，Chinese Continental Scientific Drilling Project[J].Lithos，2001，59（4）：199-215.

[9] LIU F L，XU Z Q，LIOU J G，et al.Ultrahigh-pressure Mineral Inclusions in Zircons from Gneissic Core Samples of the Chinese Continental Scientific Drilling Site in Eastern China[J].European Journal of Mineralogy，2002，14（3）：499-512.

[10] LIU J B，YE K，MARUYAMA S，et al.Mineral Inclusions in Zircon from Gneisses in the Ultrahigh-pressure Zone of the Dabie Mountains，China[J].Journal of Geology，2001，109（4）：523-535.

[11] 李曙光，李秋立，侯振輝，等.大別山超高壓變質(zhì)巖的冷卻史及折返機(jī)制[J].巖石學(xué)報(bào)，2005，21（4）：1117-1124.

LI Shu-guang，LI Qiu-li，HOU Zhen-hui，et al.Cooling History of and Exhumation Mechanism of the Ultrahigh-pressure Metamorphic Rocks in the Dabie Mountains，Central China[J].Acta Petrologica Sinica，2005，21（4）：1117-1124.

[12] 肖益林，黃 建，劉 磊，等.金紅石：重要的地球化學(xué)“信息庫(kù)”[J].巖石學(xué)報(bào)，2011，27（2）：398-416.

XIAO Yi-lin，HUANG Jian，LIU Lei，et al.Rutile：An Important “Reservoir” for Geochemical Information[J].Acta Petrologica Sinica，2011，27（2）：398-416.

[13] 劉 磊.大別—蘇魯?shù)貐^(qū)金紅石地球化學(xué)研究[D].合肥：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2013.

LIU Lei.Geochemistry of Rutile from Dabie-Sulu UHPM Belt[D].Hefei：University of Science and Technology of China，2013.

[14] MEZGER K，HANSON G N，BOHLEN S R.High-precision U-Pb Ages of Metamorphic Rutiles：Application to the Cooling History of High-grade Terranes[J].Earth and Planetary Science Letters，1989，96（1/2）：106-118.

[15] MEZGER K，RAWNSLEY C M，BOHLEN S R，et al.U-Pb Garnet，Sphene，Monazite，and Rutile Ages：Implications for the Duration of High-grade Metamorphism and Cooling Histories，Adirondack Mts.，New York[J].Journal of Geology，1991，99（3）：415-428.

[16] MOLLER A，MEZGER K，SCHENK V.U-Pb Dating of Metamorphic Minerals：Pan-African Metamorphism and Prolonged Slow Cooling of High Pressure Granulites in Tanzania，East Africa[J].Precambrian Research，2000，104（3/4）：123-146.

[17] VRY J K，BAKER J A.LA-MC-ICPMS Pb-Pb Dating of Rutile from Slowly Cooled Granulites：Confirmation of the High Closure Temperature for Pb Diffusion in Rutile[J].Geochimica et Cosmochimica Acta，2006，70（7）：1807-1820.

[18] WONG L，DAVIS D W，KROGH T E，et al.U-Pb Zircon and Rutile Chronology of Archean Greenstone Formation and Gold Mineralization in the Val dOr Region，Quebec[J].Earth and Planetary Science Letters，1991，104（2/3/4）：325-336.

[19] 李秋立，李曙光，周紅英，等.超高壓榴輝巖中金紅石U-Pb年齡：快速冷卻的證據(jù)[J].科學(xué)通報(bào)，2001，46（19）：1655-1658.

LI Qiu-li，LI Shu-guang，ZHOU Hong-ying，et al.U-Pb Age of Rutiles in UHP Eclogite：Evidence of Rapid Cooling[J].Chinese Science Bulletin，2001，46（19）：1655-1658.

[20] HIRDES W，DAVIS D W.U-Pb Zircon and Rutile Metamorphic Ages of Dahomeyan Garnet-hornblende Gneiss in Southeastern Ghana，West Africa[J].Journal of African Earth Sciences，2002，35（3）：445-449.

[21] LI Q L，LIN W，SU W，et al.SIMS U-Pb Rutile Age of Low-temperature Eclogites from Southwestern Chinese Tianshan，NW China[J].Lithos，2011，122（1/2）：76-86.

[22] SHI G H，LI X H，LI Q L，et al.Ion Microprobe U-Pb Age and Zr-in-rutile Thermometry of Rutiles from the Daixian Rutile Deposit in the Hengshan Mountains，Shanxi Province，China[J].Economic Geology，2012，107（3）：525-535.

[23] 梁金龍，孫曉明，徐 莉，等.CCSD超高壓變質(zhì)金紅石U-Pb定年及其約束意義[J].巖石學(xué)報(bào)，2007，23（12）：3275-3279.

LIANG Jin-long，SUN Xiao-ming，XU Li，et al.U-Pb Dating and Its Constraints on Genesis of Rutiles from UHP Metamorphic Rocks from CCSD[J].Acta Petrologica Sinica，2007，23（12）：3275-3279.

[24] 周紅英，李惠民.金紅石U-Pb同位素稀釋法定年技術(shù)的改進(jìn)[J].巖石礦物學(xué)雜志，2008，27（1）：77-80.

ZHOU Hong-ying，LI Hui-min.The Improvement of the Rutile Isotope Dilution U-Pb Dating Methodology[J].Acta Petrologica et Mineralogica，2008，27（1）：77-80.

[25] 周紅英，李惠民.U-Pb同位素定年技術(shù)及其地質(zhì)應(yīng)用潛力[J].地質(zhì)調(diào)查與研究，2011，34（1）：63-70.

ZHOU Hong-ying，LI Hui-min.U-Pb Isotope Dating Technique and Potential Prospects for Applying in Geology[J].Geological Survery and Research，2011，34（1）：63-70.

[26] KOOIJMAN E，MEZGER K，BERNDT J.Constraints on the U-Pb Systematics of Metamorphic Rutile from In-situ LA-ICP-MS Analysis[J].Earth and Planetary Science Letters，2010，293（3/4）：321-330.

[27] ZACK T，STOCKLI D F，LUVIZOTTO G L，et al.In-situ U-Pb Rutile Dating by LA-ICP-MS：208Pb Correction and Prospects for Geological Applications[J].Contributions to Mineralogy and Petrology，2011，162（3）：515-530.

[28] 熊伯琴，許文良，李秋立，等.徐淮地區(qū)早白堊世Adakitic巖石中榴輝巖類捕虜體中金紅石的SIMS U-Pb定年：對(duì)華北克拉通東部陸殼加厚時(shí)間的制約[J].中國(guó)科學(xué)： 地球科學(xué)，2015，45（5）：553-560.

XIONG Bo-qin，XU Wen-liang，LI Qiu-li，et al.SIMS U-Pb Dating of Rutile Within Eclogitic Xenoliths in the Early Cretaceous Adakitic Rocks of the Xuzhou-Huaibei Area，China：Constraints on the Timing of Crustal Thickening of the Eastern North China Craton[J].Science China：Earth Sciences，2015，45（5）：553-560.

[29] 許志琴，張澤明，劉福來(lái)，等.蘇魯高壓—超高壓變質(zhì)帶的折返構(gòu)造及折返機(jī)制[J].地質(zhì)學(xué)報(bào)，2003，77（4）：433-450.

XU Zhi-qin，ZHANG Ze-ming，LIU Fu-lai，et al.Exhumation Structure and Mechanism of the Sulu Ultrahigh-pressure Metamorphic Belt，Central China[J].Acta Geologica Sinica，2003，77（4）：433-450.

[30] WANG X M，LIOU J G，MARUYAMA S，et al.Coesite-bearing Eclogites from the Dabie Mountains，Central China：Petrogenesis，P-T Paths，and Implications for Regional Tectonics[J].Journal of Geology，1992，100（2）：231-250.

[31] 鄭永飛.超高壓變質(zhì)與大陸碰撞研究進(jìn)展：以大別-蘇魯造山帶為例[J].科學(xué)通報(bào)，2008，53（18）：2129-2152.

ZHENG Yong-fei.Advances on the Study of Ultra-high Pressure Metamorphism and Continental Collision：Take the Dabie-Sulu Orogen for Example[J].Chinese Science Bulletin，2008，53（18）：2129-2152.

[32] 石永紅，王清晨.大別山金河橋榴輝巖的精細(xì)P-T軌跡與多階段折返[J].巖石學(xué)報(bào)，2006，22（12）：2850-2860.

SHI Yong-hong，WANG Qing-chen.Precise P-T Path and Multi-stage Exhumation of the Jinheqiao Eclogite，Dabie Mountains，China[J].Acta Petrologica Sinica，2006，22（12）：2850-2860.

[33] 周紅英，李懷坤，崔玉榮，等.金紅石U-Pb同位素定年技術(shù)研究[J].地質(zhì)學(xué)報(bào)，2013，87（9）：1439-1446.

ZHOU Hong-ying，LI Huai-kun，CUI Yu-rong，et al.Rutile U-Pb Isotopic Dating Methodology[J].Acta Geologica Sinica，2013，87（9）：1439-1446.

[34] 李秋立，楊亞楠，石永紅，等.榴輝巖中金紅石U-Pb定年：對(duì)大陸碰撞造山帶形成和演化的制約[J].科學(xué)通報(bào)，2013，58（23）：2279-2284.

LI Qiu-li，YANG Ya-nan，SHI Yong-hong，et al.Eclogite Rutile U-Pb Dating：Constraint for Formation and Evolution of Continental Collisional Orogen[J].Chinese Science Bulletin，2013，58（23）：2279-2284.

[35] DODSON M H.Closure Temperature in Cooling Geochronological and Petrological Systems[J].Contributions to Mineralogy and Petrology，1973，40（3）：259-274.

[36] LI S G，JAGOUTZ E，CHEN Y Z，et al.Sm-Nd and Rb-Sr Isotopic Chronology and Cooling History of Ultrahigh Pressure Metamorphic Rocks and Their Country Rocks at Shuanghe in the Dabie Mountains，Central China[J].Geochimica et Cosmochimica Acta，2000，64（6）：1077-1093.

[37] 陳振宇，李秋立.大別山金河橋榴輝巖中金紅石Zr溫度計(jì)及其意義[J].科學(xué)通報(bào)，2007，52（22）：2638-2645.

CHEN Zhen-yu，LI Qiu-li.Zr in Rutile Thermometer and Its Significance in Jinheqiao，Dabie Mountains[J].Chinese Science Bulletin，2007，52（22）：2638-2645.

[38] LIU D Y，JIAN P，KRONER A，et al.Dating of Prograde Metamorphic Events Deciphered from Episodic Zircon Growth in Rocks of the Dabie-Sulu UHP Complex，China[J].Earth and Planetary Science Letters，2006，250（3/4）：650-666.

[39] 劉福來(lái)，薛懷民，許志琴，等.大別超高壓變質(zhì)帶的進(jìn)變質(zhì)、超高壓和退變質(zhì)時(shí)代的準(zhǔn)確限定：以雙河大理巖中榴輝巖鋯石SHRIMP U-Pb定年為例[J].巖石學(xué)報(bào)，2006，22（7）：1761-1778.

LIU Fu-lai，XUE Huai-min，XU Zhi-qin，et al.SHRIMP U-Pb Zircon Dating from Eclogite Lens in Marble，Shuanghe Area，Dabie UHP Terrane：Restriction on the Prograde，UHP and Retrograde Metamorphic Ages[J].Acta Petrologica Sinica，2006，22（7）：1761-1778.

[40] 劉福來(lái)，薛懷民.蘇魯—大別超高壓巖石中鋯石SHRIMP U-Pb定年研究：綜述和最新進(jìn)展[J].巖石學(xué)報(bào)，2007，23（11）：2737-2756.

LIU Fu-lai，XUE Huai-min.Review and Prospect of SHRIMP U-Pb Dating on Zircons from Sulu-Dabie UHP Metamorphic Rocks[J].Acta Petrologica Sinica，2007，23（11）：2737-2756.

[41] 夏 斌，蔡周榮，張玉泉，等.大別山岳西縣石關(guān)混合巖鋯石SHRIMP定年及其地質(zhì)意義[J].地質(zhì)學(xué)報(bào)，2010，84（2）：206-210.

XIA Bin，CAI Zhou-rong，ZHANG Yu-quan，et al.SHRIMP U-Pb Dating of Migmatite in Shiguan of Yuexi County，Dabie Mountains and Its Geological Significance[J].Acta Geologica Sinica，2010，84（2）：206-210.