山旺盆地新生代火山岩年代学研究

山旺盆地新生代火山岩年代学研究

地质学系98级赵睿璿

摘要

山旺盆地富含中新世化石,准确厘定其地层年龄及火山活动的起止时限有着重要的地质意义。我们采用了K-Ar及Ar-Ar同位素定年法,对山旺盆地三组火山岩地层中的玄武岩进行了年龄测定,得到的结果为: 最年轻的尧山组玄武岩,年龄为11.65—14.41Ma;富含化石的山旺组玄武岩,年龄约为15.23Ma;最老的牛山组玄武岩,年龄为13.28—14.09Ma。

一．地质概况

山旺盆地位于我国山东省临朐县东约22km处（图1）。山旺盆地的硅藻土页岩中，含有近百余种动植物化石，其中不少是中新世标准化石。化石种属之多，保存之完好，是中外生物化石埋藏史上所罕见的，因此山旺盆地有“化石宝库”的美誉。这里既是中国新生代中新世地层的典型剖面所在地，又是国家重点古生物保护区，还是山东省境内新生代大陆玄武岩的主要分布区。

(据孙博,1999)

山旺盆地的地层自下而上依次划分为牛山组，山旺组和尧山组。除富含动植物化石的沉积地层之外，其余均为火山岩。牛山组直接不整合覆盖在前寒武纪变质岩上，橄榄玄武岩位于该组上部。其上为山旺组，是山旺盆地盛产动植物化石的主要层位，其中的两层玄武岩位于该组偏上层位。

在山旺组之上的尧山组由玄武岩夹砂岩组成。因此，将山旺盆地新生代玄武岩分为下，中，上三个部分，它们分别对应于牛山组，山旺组和尧山组的玄武岩（剖面图见图2）。

(据孙博,1999)

二．研究历史和存在问题

对山旺地区的地质研究已历半个世纪有余。自1936年杨锺健首先著文介绍山旺化石后，研究山旺地区的论文和专著颇多。而对山旺盆地的玄武岩进行的K-Ar年代学研究始于1978年王慧芬等人的研究。后来，又陆续进行过一些火山岩年代学方面的研究,如1985年金隆裕和1986年王方正等人的研究。由于山旺组富含中新世标准化石，因此山旺组的中玄武岩年龄应限定在中新世，而中新世一般认为在5.2-23.3Ma之间。但是，由于中新世时限较长，需要进一步限定，且不同年代或不同研究者得到的结果存在较大差异，缺乏可对比性，以至于到90年代末，不同研究者对山旺盆地火山岩的时代仍然存在不同的认识。例如，在1999年出版的《山旺植物化石》一书中，作者可能利用了王慧芬等人1978年的数据，提出“分布在不同层位的玄武岩，年代顺序比较清楚，相对年代值变化较大。……，上玄武岩的年代测定值在7.88-14.3Ma,中玄武岩年代值在20.2-24.0Ma,下玄武岩年代值为44.0-44.1Ma。”时间跨度达到30Ma。而早在1980年代中期，就已经有学者提出，山旺盆地火山岩的时限在17-4Ma之间或18-4Ma之间。此外，还有学者提出，下玄武岩的时代为16-18Ma，中玄武岩在10-16Ma之间，上玄武岩在9-10Ma之间，但没有给出具体可用数据。

显然，目前对山旺盆地火山岩的时代还存在着不同的认识，而且差异较大。而火山岩时代对于限定山旺盆地古生物化石生存时限，研究山旺盆地的形成和演化，探讨古地理环境变迁，火山活动与生物演化关系等都是非常重要的。因此，对山旺盆地火山岩重新进行K-Ar和Ar-Ar年代学研究是具有重要科学意义的。

造成目前对山旺盆地新生代火山岩的时代存在不同认识的原因，有以下几种可能：1，早期的K-Ar同位素年龄数据是用体积法获得的，数据精度较差，误差较大；2，在进行K-Ar 年龄计算过程中，采用较早的衰变常数，导致与后来获得的结果无法直接对比，且差别较大；3，用于定年的样品存在一定数量的捕

虏晶或早期结晶的细小矿物颗粒，无法排除，致使样品存在过剩的Ar，使年龄数据偏老。在目前的K-Ar或Ar-Ar定年过程中，前两个因素的影响已经不存在，而采用Ar-Ar法定年能够获得更准确可靠的结果。所以，我们在前人的研究基础上，对山旺盆地火山岩重新进行了系统的K-Ar和Ar-Ar的同位素年代学研究，以期能够准确厘定火山活动的起止时限，为进一步深入研究奠定可靠的基础。

三．K-Ar法的测定方法与结果讨论

鉴于以上原因，我们赴山旺盆地进行野外考察，重点研究了各火山岩层的分布及其相互关系，并且系统采集了火山岩样品。对山旺盆地上，中，下的尧山组，山旺组和牛山组分别选取玄武岩样品进行K-Ar及Ar-Ar 同位素分析。我们将样品标为尧山顶1，2，尧山底1，2，3，中玄武岩及牛山1，2。

（一）K-Ar法的测定方法

首先，对将要进行K-Ar法测年的样品进行处理，将样品切成薄岩片，结合镜下鉴定和肉眼观察，挑选新鲜样品做测试，以避免蚀变的影响。大气氩污染是K-Ar法测年的主要影响因素。主要有三个方面影响去气效果：1.样品过细（<100目）；2.样品粉碎后放置时间太长（超过数月）；3.烘烤温度不足（<120ºC）或时间不够。因此在破碎分选时严格注意不使样品受污染，并对同一样品反复测定。为了避免上述三种影响因素，将样品磨碎到40至60目，然后用稀盐酸清洗，清除表面的过剩氩，粉碎后在15天内全部测完，并且选用200ºC的烘烤温度，烘烤时间超过18小时。同时由于在尧山底和牛山顶采集到的新鲜玄武岩样品中含有大量的橄榄岩地幔包体和橄榄石捕虏晶，也会影响测年结果，因此我们在测样之前也将明显的橄榄石包体和捕虏晶剔除。

然后，为了保证样品的一致性，测钾和测氩采用同一样品，用缩分法取样。钾是在有锂内标和钠缓冲剂的溶液中，用火焰光度计测量，相对误差一般<1%。放射性成因氩的测定用同位素稀释法。样品和去气的钼坩埚置入萃取Ar系统，在200ºC条件下恒温过夜烘烤，扩散泵抽真空。熔样前整个系统烘烤至450ºC 去气。用高频感应加热系统熔样，并用钛炉和铜炉纯化。氩同位素组成用RGA-10型质谱测量，配有分子泵抽真空，真空条件：（4～5）×10־7Pa,本底水平：40Ar=(1.7～3.5) ×10־13mol,38Ar=(5.4～10.7) ×10־14mol。

（二）结果讨论

按上述操作过程，测得玄武岩样品的年龄结果列于表1。

从表1可以看出所测年龄分为三组：尧山组9.83—13.87百万年；中玄武岩15.23百万年；牛山组12.96—14.09百万年。此年龄值表明玄武岩有三期活动，自老到新分别为牛山组，中玄武岩和尧山组。测得结果与前人相比，三期玄武岩年龄值范围已经缩小，为更准确地厘定山旺盆地火山活动的起止时限奠定了基础。

但是所得年龄结果仍有一定的误差，例如山旺组中玄武岩年龄较大,比在其下的牛山组年龄还要大,这与地层层序不太符合。同时,尧山组顶部岩石的年龄要大于底部岩石，这也有所偏差。

表1 K-Ar法测定山旺地区玄武岩年龄结果

衰变常数λ=5.543×10-10/年