北京西山上石炭统太原组煤层中玢岩脉同位素年龄的首次测定

北京西山上石炭统太原组煤层中玢岩脉同位素年龄的首次测定 第 16 卷第 1 期 Vol . 16 No . 1 中 国 区 域 地 质 1997 年 2 月 R E GIONAL GEOL O GY O F CH INA Feb. 1997 北京西山上石炭统太原组煤层中玢岩脉 同位素年龄的首次测定 单业华袁 鼎 ( ) 中国地质大学北京 100083 林舸 ()中国科学院长沙大地构造研究所 长沙 410013 1 北京西山位于华北地洼区中北部。中生代地洼期发生的低 —中级区域变质作用在我 国东部地洼区不为多见 ,主要见于北京西山中部 、南部 、东部及北京平原西缘 ,大致以周口店 、 2 () 南窖 、河北一带为强变质的中央 , 总体上呈北北东向的短轴椭圆状 ,面积约 2 400 km图 1。 由于缺少同位素测年数据 ,至今对这一带区域变质发生时代的看法不一 。主要有两种认识 ,一 2 ( ) 种认为发生在门头沟煤系 中 、下侏罗统沉积之后的某个燕山运动幕,相当于中 、晚侏罗 世 ;另一种认 为 是 多 期 的 , 早 期 发 生 在 三 叠 纪 或 更 早 , 变 质 强 度 大 , 后 期 发 生 在 中 、晚 侏 罗 3。笔者首次测定了侵入到上石炭统太原组煤层并造成煤天然焦化的玢岩脉的同位素年世 龄 ,该年龄代表了北京西山中生代区域变质作用年龄的下限 。 1 采样位臵及测试结果 华北地洼区是在华北地台的基础上由中生代以来强烈的地壳运动作用下发展起来的 。在 () 地台发育晚期 即晚古生代,整个地台几乎都处于广阔的海陆交互相环境 , 沉积了具有工业 价值的煤 。由于中生代岩浆热变质作用 , 北京西山境内的石炭 —二叠系煤普遍都变成无烟 (( ) ) 煤 。测试的样品 D —43取自北京西山杨坨煤矿井下 图 1的玢岩脉 。采用全岩 K2Ar 稀释 法 ,在中国科学院地质所 Ar2Ar 定年实验室 ,利用英国 V SS 公司生产的 R GR210 气体源质谱 - 10 40 3 - 10 λ( ) 计 、条件值为 5 . 543 E / 年进行测定 ,获得该样品 K 的含量为 0 . 78 % ,Ar 10 mol/ g 40 a 40 3 40 () 为 3 . 329 ,Ar为 52 . 7 % ,Ar / K 比值为 0 . 0 143 ,同位素年龄为 230 . 7 ?2 . 7Ma ,相当于 ( ) 晚三叠世早期 。该脉体大致顺层侵入到上石炭统太原组主要煤层 俗称“大白煤”中 ,宽约数 十厘米 ,灰白色 ,主要由石英和斜长石组成 ,呈细晶结构 。除了少量方解石 、石英或叶蜡石细脉外 , 岩脉没有明显的蚀变 。在该脉体两侧附近有约 10 cm 厚的煤 ,因该岩脉接触变质 , 已变成 天然焦或半焦 ,稍远之处的煤都是正常的无烟煤 。 2 地质意义 3 北京西山印支期侵入体是近几年来才被发现的 。1?5 万周口店幅区测获得南窖 本文于 1996 年 1 月 22 日收到 。 作者简介 :单业华 ,男 ,1968 年生 ,博士 ,已发表《伸展构造在湖南锡矿山超大型锑成矿中的作用》等论文 。 4 () 闪长岩的 K2Ar 同位素年龄 体积法为 207 Ma ;郑桂森等采用 K2Ar 全岩稀释法 ,测得下苇 甸辉长岩的同位素年龄为 229 Ma ,闪长岩的同位素年龄是 192 Ma 。本次测得杨坨玢岩脉的 () K2Ar 同位素年龄是 230 . 7 ?2 . 7Ma 。从南窖到下苇甸 、杨坨 ,岩石变质强度增大 ,在南窖一 带 ,灰岩变质成大理岩 , 而在下苇甸 、杨坨一带 ,灰岩几乎没有什么变质 。尽管一般认为后续 的热事件会引起氩的丢失 ,造成同位素年龄变小 ,但是从目前所测得的各同位素年龄来看 ,它 们却很相近 , 并没有因围岩变质强度的不同而有明显的变化 ,说明它们形成在统一的岩浆期 中 , 后续的热事件没有引起大的氩丢失 。大约在三叠纪晚期或侏罗纪早期 ,华北地台开始活 1。越来越多的印支期侵入体在北京西山被发现 ,也进一步证实了这一认识 。化 图 1 北京西山地质简图 Fig. 1 Geological outline map of t he Western Hills area in Beijing 1 —中元古界 —奥陶系 ;2 —中石炭统 —三叠系 ;3 —下 、中侏罗统 ; 4 —上侏罗统 —老第三系 ;5 —第四系 ;6 —燕山期花 岗岩 ;7 —断层 ;8 —区域变质的推测边界 ;9 —市界 在北京西山大部分地方 ,从中元古界到石炭 —二叠系地层均发生不同程度的变质 ,形成各 种低 —中级变质岩如变泥岩 、板岩 、千枚岩 、片岩 、大理岩等 , 石炭 —二叠系煤变成无烟煤或半 石墨 。由于没有获得好的岩石或矿物可供同位素测年之用 , 对这期变质的时代至今认识不 2 () 一 。Wang Chiaying根据变质相带的展布 , 认为它形成于门头沟煤系 早 、中侏罗世之后的 3 某个燕山运动幕 。1?5 万周口店 则依据变形构造叠加和变质 —变形的关系 , 认为区域变质 110 中 国 区 域 地 质1997 北京西山石炭 —二叠系煤都普遍地变成无烟煤或半石墨 , 但是在一些岩脉附近却出现天 然焦或半焦 。众所周知 ,温度和时间是控制煤化作用进行的最主要因素 。石墨与天然焦是煤 化作用不可相互转化的两种端员产物 ,代表两种不同的煤化作用过程 。它们的形成直接地受 生成时的受热速率控制 ,一般来说 ,前者的受热速率较大 , 而后者的受热速率较小 。在正常的 () 情况 岩浆接触变质 、岩浆热变质或埋深变质下 ,石墨与天然焦是不会象上述那样同时形成 、 共生在一起 。对于这样两种不同端员产物共存的事实 , 唯一可能的解释就是 : 这些岩脉是在 煤化作用达到弱粘结煤 —肥煤 —焦煤 —瘦煤阶段时侵入的 ,亦即区域变质作用之前或早期 , 因为在此以后煤化阶段的贫煤 —无烟煤却没有粘结性 ,即便有岩体侵入 ,也不能形成天然焦或半焦 。然后 ,区域变质作用或主期区域变质作用才将其它大量 、未天然焦化的煤变成无烟煤 。 因此 ,所测得的年龄就代表了区域变质作用年龄的下限 。 ( ) 综上所述 ,本次获得北京西山侵入到上石炭统太原组的玢岩脉同位素年龄 230 . 7 ?2 . 7Ma ,说明在北京西山存在晚三叠世岩浆侵入活动 ,进一步证实华北地台活化开始于晚三叠世 。 更重要的是 ,该年龄代表北京西山中生代区域变质作用年龄的下限 , 区域变质作用发生不早 于晚三叠世早期 。 在取样过程中得到北京矿务局地测处余其焕高级工程师和李有刚工程师 、地勘队宁岩工 程师和杨坨煤矿地质科全体职工的帮助 ,在此表示感谢 ! 参 考 文 献 1 陈国达等. 中国大地构造概要. 北京 :地震出版社. 1977 . ( ) 2 Wang Chiaying. On t he chlo ritoid belt in Western Hills of Peking , Bull . Geol . Soc . China ,1951 ,31 1,4:23,30 . 北京市地 ( ) ( ) 3 质矿产局 ,中国地质大学 武汉北京地质调查队. 1?5 万区域地质及矿 产地质调查报告 周口店幅 ,J - 50 - 4 - D. 1988 . ( ) 郑桂森 ,方景玲. 北京西山青白口 —下苇甸一带印支期侵入活动特征. 北京地质 ,1994 , 1:21,27 .4 ()上接第 65 页 TECTO NIC FRAM EWO RK A ND EVOL UTIO N OF THE P RECAMBRIA N BASEM ENT OF FUJ IA N Tao Yuxiang ( )Depa rt ment of Resou rces a n d En v i ron ment , N a nji n g U ni versi t y of A g ricul t u re , N a nji n g , J i a n gs u Abstract An integrated analysis of metamo rp hic st ratigrap hy ,isotope chro nology and pet rochem2 ist ry indicates t hat t here exist s t he Archean - L ate Proterozoic metamo rp hic basement in Fujian . Active deep f ault s co nt rolled t he tecto nic f ramewo r k and evolutio n of t he basement . In t he Early Proterozoic embryo nic Cat haysia o riginated ;in t he Middle Proterozoic tecto nism became relatively weak ;in t he L ate Proterozoic t he oldland underwent large - scale accretio n . The areal extent of Cat haysia covers almo st t he w hole of no rt hwester n Fujian and part of so ut hwester n Fujian . Key words : Precambrian , tecto nic f ramewo r k ,evolutio n