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位于胶北地区的蓬莱群是覆盖在中新太古界和古元古界结晶基底之上、中生代苏鲁造山带形成之前沉积的唯一一套地层，其变质变形特征对揭示苏鲁造山带的演化过程有重要的意义。然而，蓬莱群的形成时代，因为依据的古生物和同位素证据不同，一直存在较大分歧，部分学者认为其成岩时代为新元古代震旦纪[1]，或者为早古生代[2]，也有部分学者认为蓬莱群在不同地区具有不同形成时代，比如，蓬莱市及长山列岛属于震旦纪，栖霞一带属晚古生代[3]。对蓬莱群沉积物源区的研究也存在不同认识:一种是蓬莱群的源区不是胶北地区所处的华北克拉通基底，而是南部的扬子地块[4]，另一种是其碎屑锆石的主要物源来自于胶北古元古界的地层[5]。之所以在成岩时代和沉积物源区等问题上产生如此大的分歧，一个可能原因是存在异物同名的问题。
沉积岩中的副矿物碎屑锆石，由于其U-Th-Pb同位素体系具有较高的封闭温度，在低级变质作用和风化搬运过程中保持稳定，因此碎屑锆石年代学被广泛应用于限定沉积地层的最大沉积年龄和示踪沉积物源区[6]。为了进一步探索蓬莱群的成岩时代和源区问题，本文将出露于屺坶岛的蓬莱群作为研究对象，对其中的石英粉砂岩和火山凝灰岩进行SHRIMP U-Pb年代学测定，认为屺坶岛的“蓬莱群”应属于下白垩统，而不是之前所认为的震旦系或早古生界，并根据其所揭示的源区特征，对其构造意义进行了讨论。
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胶北地区地处华北克拉通的东南缘，南以五莲-青岛-烟台断层为界与苏鲁超高压带相邻，西以郯庐断裂带为界与鲁西地区相邻(图 1a)。区内主要出露太古界的胶东群和TTG岩石组合、古元古代的粉子山群和荆山群，它们在18.5亿年左右不同程度地经历了绿片岩相到高压麻粒岩相的区域变质作用，其上是弱变质的震旦纪或早古生代沉积的蓬莱群，主要岩性是千枚岩、板岩、石英岩、大理岩和灰岩[3]。白垩纪时，由于区域伸展作用，在五莲-青岛-烟台断裂的北侧胶莱盆地沉积了一套由莱阳群、青山群和王氏群等组成的中酸性岩-碎屑岩沉积组合，胶北地区的蓬莱和龙口等地也出露(图 1b)。区内出露的中生代岩体主要是晚侏罗世的玲珑岩体、130 Ma左右的郭家岭岩体和约115 Ma侵位的艾山岩体[7-10]。
图 1 研究区地质图
Figure 1. Geological map of the study area
本文的样品采自胶北地区西北部向海突出的岬角——屺坶岛，已有的地质资料认为该位置出露的地层为蓬莱群的辅子夼组，为一套中-厚层石英岩和灰绿色千枚岩，周边被第四系所覆盖，南边发育两条正断层，分别是近东西向、北倾的黄山馆-大辛店断裂和倾向北西的焦家断裂(图 1b)。在一个露天采石场(37°47.838’N、120°30.699’E)对这套地层进行了地质观察和SHRIMP锆石U-Pb定年工作。自上而下可见薄层泥岩(图 2a)、浅灰色石英粉砂岩(图 2b)和火山凝灰岩，手标本上可见火山玻璃碎屑(图 2c-d)，地层总体向北或北西倾斜，被数条正断层切割，其中一条北东向正断层倾向125°，倾角70°。从薄片特征来看，石英粉砂岩(10JD40A)主要由石英颗粒组成，石英磨圆差，可能含有云母片岩岩屑，石英颗粒之间以胶结物填充，胶结物中可见少量绢云母(图 3a)，显示出了碎屑沉积岩的原生结构特征。火山凝灰岩(10JD40B)主要以长英质火山灰为主，并含有少量中粗粒钾长石晶屑，钾长石晶屑边缘发生了较强烈的绢云母化(图 3b)。
图 2 屺坶岛采样点地层特征野外照片
Figure 2. Field outcrops of sampling sites at Qimudao
图 3 屺坶岛石英粉砂岩(a)和火山凝灰岩(b)的镜下特征
Figure 3. Photomicrographs of quartz siltstone (10JD40A) and tuff (10JD40B) samples from Qimudao
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在河北省区域地质矿产调查研究所实验室完成锆石分选工作后，靶的制备工作在中科院地质与地球物理研究所进行，然后在透射光和反射光显微镜下观察锆石的颜色、大小和透明度等特征。阴极发光图像在澳大利亚科廷大学的Phillips XL30扫描电镜下拍摄以检查锆石的内部结构。锆石U-Pb的同位素分析在科廷大学John de Laeter质谱中心的SHRIMP Ⅱ设备上完成。一次离子流强度约1.8 nA，束斑直径约25 μm，分析前样品点清洗时间为120 s，每个数据点由6次扫描构成，每测定4个未知样，测定1个91500和一个Plešovice标准锆石。标准锆石91500(206Pb/238U年龄= 1 065 Ma, U = 81×10-6)[12]用于U含量和年龄的校正，Plešovice用来检测仪器的稳定性。数据采用SQUID 2.5和Isoplot 4.15处理，测得Plešovice的年龄为339.1±4.4 Ma。
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石英粉砂岩中的锆石多为不规则状，磨圆较差，阴极发光图像上显示具有振荡环带结构，呈现出岩浆锆石的特点(图 4)。在石英粉砂岩(10JD40A)中50颗锆石上测试50个点，分析结果见表 1和图 5。44个近谐和年龄(不谐和度＜10%)介于2 448~427 Ma之间，Th/U比值都大于0.1。它们可以分成3个年龄段:426~447 Ma、1.0~1.8 Ga和2.3~2.45 Ga(图 6a)，主要构成430 Ma、1.1 Ga、1.6 Ga、1.8 Ga和2.45 Ga五个峰值年龄(图 6a)。其中，最小的峰值年龄由两颗形态完整的锆石(39、46)造成，206Pb/238U年龄分别为426±3 Ma和447±3 Ma。
图 4 石英粉砂岩(10JD40A)和火山凝灰岩(10JD40B)的特征锆石阴极发光图像及U-Pb年龄
Figure 4. CL images and U-Pb ages of characteristic zircon grains from quartz siltstone (sample 10JD40A) and tuff (sample 10JD40B)
表 1 胶北地区屺坶岛石英粉砂岩(10JD40A)的SHRIMP锆石年龄
Table 1. SHRIMP zircon data for the quartz siltstone sample (10JD40A) from Qimudao, Jiaobei region
点位 U /×10-6 Th /×10-6 Th/U 206Pb/ 204Pb 206Pbc /% 207Pb*/ 206Pb* ±% 207Pb*/ 235U ±% 206Pb*/ 238U ±% Err corr 206Pb/238U年龄±σ/Ma 207Pb/206Pb年龄±σ/Ma 207Pb/235U年龄±σ/Ma 不谐和度* /% JD40A-1.1 79 144 1.87 3 691 0.45 0.078 2.2 2.3 2.5 0.213 1.2 0.49 1 244±14 1 158±44 1 213±18 -7 JD40A-2.1 222 183 0.85 7 415 0.22 0.094 0.9 3.58 1.2 0.276 0.8 0.7 1 569±12 1 511±16 1 545±10 -4 JD40A-3.1 463 386 0.86 7 475 0.22 0.086 0.7 2.69 1 0.226 0.7 0.69 1 315±8 1 346±14 1 327±7 2 JD40A-4.1 328 288 0.91 9 085 0.17 0.099 0.6 4 1 0.293 0.8 0.76 1 657±11 1 607±12 1 635±8 -3 JD40A-5.1 103 106 1.07 5 725 0.25 0.159 0.7 10.51 1.3 0.479 1.1 0.84 2 522±23 2 448±12 2 481±12 -3 JD40A-6.1 167 131 0.81 3 437 0.46 0.093 1.2 3.59 1.5 0.28 0.9 0.61 1 590±13 1 489±22 1 547±12 -7 JD40A-7.1 237 174 0.76 5 999 0.27 0.093 0.9 3.55 1.2 0.277 0.8 0.68 1 576±12 1 487±17 1 538±10 -6 JD40A-8.1 813 630 0.8 1 818 0.86 0.149 1.1 6.35 1.8 0.309 1.4 0.77 1 737±21 2 333±19 2 025±15 26 JD40A-9.1 274 240 0.9 14 384 0.11 0.096 0.7 3.78 1.1 0.285 0.8 0.75 1 614±11 1 554±13 1 588±8 -4 JD40A-10.1 148 169 1.18 4 159 0.39 0.094 1.2 3.52 1.5 0.271 1 0.63 1 544±13 1 516±22 1 533±12 -2 JD40A-11.1 495 187 0.39 32 003 0.05 0.104 0.4 4.36 0.8 0.306 0.7 0.85 1 719±10 1 688±8 1 705±7 -2 JD40A-12.1 193 143 0.77 1 564 1.04 0.089 1.9 3.03 2.1 0.248 0.9 0.43 1 430±11 1 395±36 1 416±16 -2 JD40A-13.1 452 728 1.66 8 184 0.2 0.098 0.6 3.33 0.9 0.246 0.7 0.74 1 420±9 1 586±12 1 488±7 10 JD40A-14.1 302 217 0.74 17 329 0.09 0.098 0.6 3.89 1 0.288 0.8 0.78 1 631±11 1 584±11 1 611±8 -3 JD40A-15.1 400 264 0.68 13 458 0.12 0.096 0.6 3.71 0.9 0.28 0.7 0.78 1 592±10 1 550±11 1 574±7 -3 JD40A-16.1 378 325 0.89 1 455 1.14 0.081 1.8 2.36 2 0.21 0.8 0.39 1 230±9 1 228±36 1 229±14 0 JD40A-17.1 283 94 0.35 6 369 0.26 0.085 0.9 2.79 1.2 0.237 0.8 0.66 1 373±10 1 320±17 1 353±9 -4 JD40A-18.1 278 223 0.83 7 045 0.23 0.095 0.8 3.7 1.1 0.283 0.8 0.72 1 606±11 1 528±14 1 572±9 -5 JD40A-19.1 296 82 0.29 74 406 0.02 0.11 0.5 5.03 0.9 0.331 0.8 0.84 1 845±12 1 801±9 1 825±8 -2 JD40A-20.1 460 311 0.7 10 740 0.15 0.095 0.6 3.08 0.9 0.235 0.7 0.75 1 363±8 1 525±11 1 427±7 11 JD40A-21.1 472 206 0.45 9 973 0.15 0.146 0.4 8.25 0.8 0.409 0.7 0.88 2 212±13 2 302±6 2 259±7 4 JD40A-22.1 237 157 0.69 5 321 0.3 0.089 1 3.14 1.3 0.255 0.8 0.63 1 465±11 1 406±19 1 441±10 -4 JD40A-23.1 135 79 0.6 13 873 0.12 0.093 1 3.39 1.4 0.265 1 0.7 1 516±14 1 481±20 1 501±11 -2 JD40A-24.1 178 142 0.83 8 123 0.2 0.098 0.9 3.91 1.3 0.289 0.9 0.71 1 638±13 1 589±17 1 617±10 -3 JD40A-25.1 269 193 0.74 10 404 0.15 0.103 0.6 4.38 1 0.307 0.8 0.79 1 728±12 1 684±11 1 708±8 -3 JD40A-26.1 186 140 0.78 7 285 0.23 0.079 1.2 2.31 1.5 0.212 0.9 0.59 1 242±10 1 169±24 1 216±11 -6 JD40A-27.1 800 380 0.49 6 283 0.27 0.082 0.8 1.79 2.1 0.158 2 0.93 944±17 1 253±15 1 042±14 25 JD40A-28.1 572 453 0.82 6 743 0.25 0.076 0.9 1.85 1.1 0.178 0.7 0.61 1 053±6 1 082±17 1 063±7 3 JD40A-29.1 116 118 1.05 658 2.39 0.118 30.4 4.98 31 0.306 6.2 0.2 1 723±93 1 923±545 1 815±262 10 JD40A-30.1 146 70 0.49 5 215 0.3 0.109 1 4.84 1.4 0.324 1 0.71 1 807±15 1 775±18 1 792±12 -2 JD40A-31.1 586 90 0.16 12 650 0.13 0.075 0.7 1.88 1 0.182 0.7 0.67 1 078±6 1 069±15 1 075±6 -1 JD40A-32.1 505 344 0.7 1 423 1.21 0.075 2.9 1.61 3 0.155 0.9 0.31 928±8 1 073±58 972±19 14 JD40A-33.1 287 131 0.47 8 349 0.19 0.101 0.7 4.14 1 0.297 0.8 0.75 1 676±12 1 644±13 1 662±8 -2 JD40A-34.1 196 123 0.65 15 374 0.1 0.098 0.8 3.88 1.2 0.286 0.9 0.75 1 623±13 1 592±14 1 610±9 -2 JD40A-35.1 501 226 0.47 12 708 0.13 0.09 0.5 3.13 0.9 0.252 0.7 0.78 1 449±9 1 423±10 1 439±7 -2 JD40A-36.1 1108 636 0.59 3 511 0.49 0.078 0.8 1.58 1.1 0.146 0.7 0.66 878±6 1 158±17 962±7 24 JD40A-37.1 117 81 0.72 3 471 0.47 0.085 1.7 2.85 2 0.244 1.1 0.54 1 406±14 1 314±33 1 370±15 -7 JD40A-38.1 346 130 0.39 8 416 0.19 0.087 0.8 2.9 1.1 0.24 0.7 0.7 1 388±9 1 371±14 1 381±8 -1 JD40A-39.1 566 455 0.83 1 861 0.97 0.056 3 0.53 3.1 0.068 0.7 0.22 426±3 462±66 432±11 1 JD40A-40.1 253 119 0.48 7 480 0.23 0.076 1.2 1.95 1.5 0.186 0.8 0.56 1 102±8 1 090±25 1 098±10 -1 JD40A-41.1 446 517 1.2 3 571 0.45 0.101 4.1 3.63 4.1 0.26 0.7 0.17 1 490±9 1 646±75 1 556±33 9 JD40A-42.1 221 162 0.76 7 527 0.22 0.078 1.2 2.16 1.5 0.201 0.8 0.58 1 178±9 1 149±23 1 168±10 -3 JD40A-43.1 282 135 0.49 5 911 0.27 0.091 0.9 3.27 1.2 0.261 0.8 0.67 1 495±11 1 444±17 1 474±9 -4 JD40A-44.1 691 320 0.48 8 574 0.2 0.078 1 1.96 1.2 0.182 0.6 0.53 1 076±6 1 154±20 1 102±8 7 JD40A-45.1 199 160 0.83 4 392 0.37 0.091 1.1 3.31 1.4 0.265 0.9 0.62 1 513±12 1 441±21 1 483±11 -5 JD40A-46.1 329 188 0.59 5 286 0.34 0.054 2.4 0.54 2.5 0.072 0.8 0.3 447±3 380±54 436±9 -2 JD40A-47.1 289 86 0.31 11 594 0.15 0.075 1 1.97 1.3 0.189 0.8 0.62 1 117±8 1 082±20 1 105±9 -3 JD40A-48.1 410 247 0.62 7 306 0.22 0.102 0.6 3.96 0.9 0.282 0.7 0.76 1 601±10 1 661±11 1 627±7 4 JD40A-49.1 271 193 0.74 9 039 0.18 0.098 0.8 3.76 1.1 0.279 0.8 0.72 1 585±11 1 582±14 1 584±9 0 JD40A-50.1 143 70 0.5 5 417 0.29 0.1 1.6 4.19 1.9 0.303 1 0.52 1 707±15 1 627±30 1 672±16 -5 注:206Pbc(%)为普通铅成因的206Pb的百分比;
*不谐和度=100×(1-(206Pb/238U年龄)/(207Pb/206Pb年龄))(当206Pb/238U年龄 > 1 000 Ma);
不谐和度=100×(1-(206Pb/238U年龄)/(207Pb/235U年龄))(当206Pb/238U年龄≤1 000 Ma)。
图 5 屺坶岛石英粉砂岩(样品10JD40A)和凝灰岩(样品10JD40B)中锆石SHRIMPU-Pb谐和图和加权平均年龄
Figure 5. SHRIMP zircon U-Pb concordiaplots and weighted mean age for Qimudao quartz siltstone (sample 10JD40A) and tuff (sample 10JD40B)
图 6 碎屑锆石U-Pb年龄相对概率图
Figure 6. Relative probability plot of detrital zircon U-Pb ages
火山凝灰岩(10JD40B)的锆石多自形，发育振荡环带(图 4)，具有较高的Th/U比值(0.15~1.21)，暗示为岩浆锆石。测试结果见表 2和图 5。分析的12颗锆石中，11颗锆石给出了206Pb/238U加权平均年龄124.2±2.3 Ma，代表了其结晶年龄(图 5)。1颗锆石(点10.1)形态不完整，为其他锆石的2~3倍大，CL图像发育明暗相间的振荡环带，给出了154±2 Ma的206Pb/238U年龄，可能为捕获的岩浆锆石。
表 2 胶北地区屺坶岛火山凝灰岩(10JD40B)的SHRIMP锆石U-Pb年龄
Table 2. SHRIMP zircon U-Pb data for the tuff (sample 10JD40B) from Qimudao, Jiaobei region
点位 U /×10-6 Th /×10-6 Th /U 206Pb /204Pb 206Pbc /% 238U /206Pb ±% 207Pb /206Pb ±% 207Pb* /235U ±% 206Pb* /238U ±% 206Pb/238U年龄±σ/Ma 40B-1.1 303 354 1.21 476 3.89 49 1.4 0.02 38.9 0.05 38.9 0.02 1.7 125±2 40B-2.1 260 164 0.65 421 4.4 51 1.4 0.021 40.7 0.06 40.7 0.019 1.7 121±2 40B-3.1 660 392 0.61 821 2.25 49 1.8 0.03 14.8 0.08 14.9 0.02 1.9 127±2 40B-4.1 278 262 0.97 319 5.8 49 1.9 0.004 265.6 0.01 266 0.019 2.3 123±3 40B-5.1 406 360 0.92 387 4.79 50 0.8 0.015 59.5 0.04 59.5 0.019 1.3 121±2 40B-6.1 347 215 0.64 303 6.1 50 1.2 0.003 416 0.01 416 0.019 1.7 120±2 40B-7.1 437 361 0.86 596 3.11 49 1.5 0.024 26.3 0.07 26.3 0.02 1.6 127±2 40B-8.1 425 180 0.44 842 2.2 50 1.8 0.035 15.7 0.09 15.8 0.02 1.9 126±2 40B-9.1 265 248 0.97 467 3.96 51 1.9 0.021 44.6 0.05 44.7 0.019 2.2 121±3 40B-10.1 107 16 0.15 - 0 41 1.2 0.057 4.8 0.19 4.9 0.024 1.2 154±2 40B-11.1 257 174 0.7 403 4.6 50 0.9 0.018 57.9 0.05 57.9 0.019 1.5 122±2 40B-12.1 667 173 0.27 873 2.12 48 1.0 0.036 10.5 0.1 10.5 0.02 1.1 129±1 -
屺坶岛出露的这套地层一直被认为属于震旦系或早古生代蓬莱群的辅子夼组，是一套薄-中厚层石英岩与灰绿色千枚岩互层。而岩石薄片特征显示此处的硅质岩石为碎屑结构，胶结物保留完好，应为石英粉砂岩，而不是石英岩。沉积岩中的碎屑锆石的最小谐和年龄可以限定地层的最老沉积时代。石英粉砂岩中两颗碎屑锆石给出了426±3 Ma和447±3 Ma的谐和年龄，表明其最老沉积时代不早于425 Ma。对位于石英粉砂岩地层之下的火山凝灰岩的锆石U-Pb分析揭示火山凝灰岩的形成时代为124.2±2.3 Ma，更加精确地限定屺坶岛出露的这套地层应属于下白垩统的沉积，而不是以前所认为的蓬莱群。
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屺坶岛石英粉砂岩中测试的50颗碎屑锆石中44颗锆石给出了谐和年龄，它们可以分成3个年龄段:426~447 Ma、1.0~1.7 Ga和1.8~2.45 Ga和5个峰值年龄:430 Ma、1.1 Ga、1.6 Ga、1.8 Ga和2.45 Ga。
胶北地区的基底以发育中新太古代(约2.9 Ga、2.7 Ga和2.5 Ga)的花岗岩、TTG片麻岩和镁铁质火山岩以及古元古代2.2 Ga和1.8 Ga等岩浆-变质热事件为特征[13-17]。屺坶岛白垩系石英粉砂岩中太古代—古元古代碎屑锆石可能直接来源于胶北的基底，也可能是早期沉积岩再旋回的结果。
屺坶岛石英砂岩中大部分碎屑锆石的年龄集中在1.0~1.7 Ga年龄段，但胶北地区至今没有发现同一时期岩浆或变质事件，但在鲁西地区和华北克拉通北缘的燕辽地区发现了这一时期的岩浆热事件[18, 19]，暗示鲁西或者燕辽地区可能为屺坶岛白垩系石英粉砂岩的源区，但是这两个地区的岩石组成主体以太古界岩石为主，与石英粉砂岩中以1.0~1.7 Ga年龄段为主导的特征不符，因此，鲁西或燕辽地区可能提供了少量的碎屑物质，但不是其主要物源区。通过与长岛石英岩的碎屑锆石U-Pb年龄图谱[20]对比发现，两者在碎屑锆石前寒武纪U-Pb年龄组成上一致(图 6)，说明屺坶岛石英粉砂岩的碎屑主要来源于周边蓬莱群物质的再循环，与其石英磨圆比较差的特征也吻合。
屺坶岛石英粉砂岩中最年轻的两颗岩浆锆石年龄为426~447 Ma，邻区已知鲁西下常庄岩体中含有这个时代的岩浆锆石[21]，推测它们可能为源于鲁西的碎屑物质通过沿郯庐断裂带的水流搬运至此(图 1a)。
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胶莱盆地是山东半岛惟一已知的白垩纪断陷盆地，其下白垩统莱阳群碎屑锆石U-Pb年龄显示其物源主要来源于太古界基底、苏鲁超高压-高压造山带的三叠纪变质岩及其新元古代原岩，以及早白垩世的火山岩或侵入岩[22-24](图 6c)，这与同时期屺坶岛的石英粉砂岩源区明显不同，与上白垩统王氏群碎屑锆石年龄图谱也不同。苏鲁造山带中三叠纪和新元古代的锆石并没有运移到屺坶岛，说明它们处在不同的盆地，屺坶岛可能处于除胶莱盆地之外的另一个早白垩世盆地——黄县盆地，在该盆地的古近系沿沉积盖层之下发现有青山群地层，与屺坶岛火山凝灰岩结晶年龄吻合，应为同期与火山喷发有关的产物[25]。分隔这两个盆地的可能是西以焦家断裂、北以黄山馆-大辛店断裂和东以招远-平度断裂为界[26, 27]的、处在这些正断层上升盘的晚侏罗世—早白垩世玲珑-郭家岭花岗质岩基隆起带。以上断裂带的40Ar/39Ar定年结果也证实了它们在早白垩世的活动[28]，并与胶莱盆地主体为一个南断北超的盆地结构相吻合。综上所述，屺坶岛存在一个早白垩世盆地，以中生代花岗质岩基构成的隆起带与胶莱盆地分隔。
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(1) 屺坶岛出露的地层从上到下主要有泥质岩、石英粉砂岩和火山凝灰岩，SHRIMP锆石U-Pb定年结果显示火山凝灰岩的形成时代为124.2±2.3 Ma，为下白垩统沉积，而不是前人所认为的震旦系或早古生代的蓬莱群。
(2) 屺坶岛石英粉砂岩中碎屑锆石的年龄分布于426~447 Ma、1.0~1.8 Ga和2.3~2.45 Ga年龄段，以1.0~1.6 Ga的锆石所占的比重最大，与长岛蓬莱群石英岩的碎屑锆石年龄组成一致，说明该石英粉砂岩的主要物源来自周边的蓬莱群出露区。426~447 Ma碎屑锆石年龄可能来自于鲁西下常庄的磁铁角闪岩，顺着郯庐断裂的水流搬运至此。
(3) 屺坶岛地区石英粉砂岩与南部的胶莱盆地中同时期的莱阳群碎屑锆石年龄组成明显不同，且缺少苏鲁超高压-高压带特征性的三叠纪和新元古代锆石，说明屺坶岛可能发育一个早白垩世盆地——黄县盆地，结合断裂活动时间和胶莱盆地的结构特征，推测盆地通过中生代的玲珑-郭家岭岩基隆起带与胶莱盆地分隔，导致了隆起两侧盆地的源区不同。
EARLY CRETACEOUS BASIN FRAMEWORK IN NORTHWEST JIAOBEI REGION: EVIDENCE FROM SHRIMP ZIRCON U-PB DATING FOR"PENGLAI GROUP"AT QIMUDAO
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摘要: 1:20万地质图和早期的研究认为胶北西北部的屺坶岛出露的是震旦纪或早古生代的蓬莱群。本文对此处地层中的石英粉砂岩和位于其下的火山凝灰岩开展了SHRIMP锆石U-Pb定年工作。火山凝灰岩中12个点的U-Pb分析给出了124.2±2.3 Ma的结晶年龄，表明出露在屺坶岛的这套地层属于下白垩统，而不是地质图上标注的震旦系。石英粉砂岩的碎屑锆石分析进一步验证了其沉积时代为早白垩世:通过对石英粉砂岩50个点的分析，获得了430 Ma、1.1 Ga、1.6 Ga、1.8 Ga和2.45 Ga共5个峰值，其中430 Ma的峰值由两个岩浆锆石给出，可能来源于鲁西下常庄三叠纪磁铁角闪岩岩体中的继承锆石。石英粉砂岩的碎屑锆石的其他峰值年龄和长岛石英岩的碎屑锆石的峰值吻合，暗示其碎屑主要来源于周边蓬莱群。此外，屺坶岛的石英砂岩和胶莱盆地下白垩统莱阳群的碎屑锆石年龄图谱明显不同，暗示它们来源于不同的源区。结合区域正断层活动历史，推测在胶北地区屺坶岛可能存在一个早白垩世伸展盆地，与胶莱盆地之间由玲珑和郭家岭岩体构成的隆起分隔。
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关键词:
- SHRIMP锆石U-Pb定年 /
- 屺坶岛 /
- 蓬莱群 /
- 白垩纪盆地
Abstract: It is traditionally believed that the bedrocks exposed at the Qimudao of the Jiaobei region belong to the Penglai Group of Sinian and Early Paleozoic. However, the newly acquired SHRIMP zircon U-Pb ages from the siltstone and volcanic tuff of the mapping unit of "Penglai Group" tells a different story. 12 analyses of zircon grains from the tuff yielded a crystallization age of 124.2 ± 2.3 Ma, indicating that the rock succession at the Qimudao was deposited during Early Cretaceous, rather than Sinian. Detrital zircon U-Pb age data of fifty zircon grains, moreover, from the siltstone can be grouped into five age populations: 430 Ma, 1.1 Ga, 1.6 Ga, 1.8 Ga and 2.45 Ga. The 430 Ma peak comes from two magmatic zircons with oscillatory zonation, and could be sourced from the eroded Triassic Xiachangzhuang magnetite amphibolite in the Luxi region. Other age peaks from the siltstone are rather consistent with the detrital zircon peaks of the quartzite of the Penglai Group found in the nearby Changdao, suggesting a possible recyclic origin. In addition, these peak populations are conspicuously different from the detrital zircon U-Pb populations of the coeval Laiyang Group in the Jiaolai Basin to the south of the study area, implying proximal and varying source regions for discrete Cretaceous basins in the region. Together with normal faulting activities, it is inferred that there was an Early Cretaceous extensional basin developed in the region.-
Key words:
- SHRIMP zircon U-Pb dating /
- Qimudao /
- Penglai Group /
- Cretaceous basin
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图 2 屺坶岛采样点地层特征野外照片
(a)最上层的薄层泥岩被和焦家断裂走向平行的正断层切割; (b)中部的浅灰色石英粉砂岩，采样10JD40A; (c)最下层的火山凝灰岩，采样10JD40B;(d)火山凝灰岩10JD40B的手标本特征，可见火山玻璃屑
Figure 2. Field outcrops of sampling sites at Qimudao
(a) The uppermost thin-layered mudstones cut by normal faults parallel to the Jiaojia fault; (b) light gray quartz sandstone in the middle of the outcrop where sample 10JD40A was collected; (c) tuff at the bottom of the outcrop where sample 10JD40B was sampled; (d) photo of sample 10JD40B with visible glass clasts
图 3 屺坶岛石英粉砂岩(a)和火山凝灰岩(b)的镜下特征
Figure 3. Photomicrographs of quartz siltstone (10JD40A) and tuff (10JD40B) samples from Qimudao
图 4 石英粉砂岩(10JD40A)和火山凝灰岩(10JD40B)的特征锆石阴极发光图像及U-Pb年龄
Figure 4. CL images and U-Pb ages of characteristic zircon grains from quartz siltstone (sample 10JD40A) and tuff (sample 10JD40B)
图 5 屺坶岛石英粉砂岩(样品10JD40A)和凝灰岩(样品10JD40B)中锆石SHRIMPU-Pb谐和图和加权平均年龄
Figure 5. SHRIMP zircon U-Pb concordiaplots and weighted mean age for Qimudao quartz siltstone (sample 10JD40A) and tuff (sample 10JD40B)
表 1 胶北地区屺坶岛石英粉砂岩(10JD40A)的SHRIMP锆石年龄
Table 1. SHRIMP zircon data for the quartz siltstone sample (10JD40A) from Qimudao, Jiaobei region
点位 U /×10-6 Th /×10-6 Th/U 206Pb/ 204Pb 206Pbc /% 207Pb*/ 206Pb* ±% 207Pb*/ 235U ±% 206Pb*/ 238U ±% Err corr 206Pb/238U年龄±σ/Ma 207Pb/206Pb年龄±σ/Ma 207Pb/235U年龄±σ/Ma 不谐和度* /% JD40A-1.1 79 144 1.87 3 691 0.45 0.078 2.2 2.3 2.5 0.213 1.2 0.49 1 244±14 1 158±44 1 213±18 -7 JD40A-2.1 222 183 0.85 7 415 0.22 0.094 0.9 3.58 1.2 0.276 0.8 0.7 1 569±12 1 511±16 1 545±10 -4 JD40A-3.1 463 386 0.86 7 475 0.22 0.086 0.7 2.69 1 0.226 0.7 0.69 1 315±8 1 346±14 1 327±7 2 JD40A-4.1 328 288 0.91 9 085 0.17 0.099 0.6 4 1 0.293 0.8 0.76 1 657±11 1 607±12 1 635±8 -3 JD40A-5.1 103 106 1.07 5 725 0.25 0.159 0.7 10.51 1.3 0.479 1.1 0.84 2 522±23 2 448±12 2 481±12 -3 JD40A-6.1 167 131 0.81 3 437 0.46 0.093 1.2 3.59 1.5 0.28 0.9 0.61 1 590±13 1 489±22 1 547±12 -7 JD40A-7.1 237 174 0.76 5 999 0.27 0.093 0.9 3.55 1.2 0.277 0.8 0.68 1 576±12 1 487±17 1 538±10 -6 JD40A-8.1 813 630 0.8 1 818 0.86 0.149 1.1 6.35 1.8 0.309 1.4 0.77 1 737±21 2 333±19 2 025±15 26 JD40A-9.1 274 240 0.9 14 384 0.11 0.096 0.7 3.78 1.1 0.285 0.8 0.75 1 614±11 1 554±13 1 588±8 -4 JD40A-10.1 148 169 1.18 4 159 0.39 0.094 1.2 3.52 1.5 0.271 1 0.63 1 544±13 1 516±22 1 533±12 -2 JD40A-11.1 495 187 0.39 32 003 0.05 0.104 0.4 4.36 0.8 0.306 0.7 0.85 1 719±10 1 688±8 1 705±7 -2 JD40A-12.1 193 143 0.77 1 564 1.04 0.089 1.9 3.03 2.1 0.248 0.9 0.43 1 430±11 1 395±36 1 416±16 -2 JD40A-13.1 452 728 1.66 8 184 0.2 0.098 0.6 3.33 0.9 0.246 0.7 0.74 1 420±9 1 586±12 1 488±7 10 JD40A-14.1 302 217 0.74 17 329 0.09 0.098 0.6 3.89 1 0.288 0.8 0.78 1 631±11 1 584±11 1 611±8 -3 JD40A-15.1 400 264 0.68 13 458 0.12 0.096 0.6 3.71 0.9 0.28 0.7 0.78 1 592±10 1 550±11 1 574±7 -3 JD40A-16.1 378 325 0.89 1 455 1.14 0.081 1.8 2.36 2 0.21 0.8 0.39 1 230±9 1 228±36 1 229±14 0 JD40A-17.1 283 94 0.35 6 369 0.26 0.085 0.9 2.79 1.2 0.237 0.8 0.66 1 373±10 1 320±17 1 353±9 -4 JD40A-18.1 278 223 0.83 7 045 0.23 0.095 0.8 3.7 1.1 0.283 0.8 0.72 1 606±11 1 528±14 1 572±9 -5 JD40A-19.1 296 82 0.29 74 406 0.02 0.11 0.5 5.03 0.9 0.331 0.8 0.84 1 845±12 1 801±9 1 825±8 -2 JD40A-20.1 460 311 0.7 10 740 0.15 0.095 0.6 3.08 0.9 0.235 0.7 0.75 1 363±8 1 525±11 1 427±7 11 JD40A-21.1 472 206 0.45 9 973 0.15 0.146 0.4 8.25 0.8 0.409 0.7 0.88 2 212±13 2 302±6 2 259±7 4 JD40A-22.1 237 157 0.69 5 321 0.3 0.089 1 3.14 1.3 0.255 0.8 0.63 1 465±11 1 406±19 1 441±10 -4 JD40A-23.1 135 79 0.6 13 873 0.12 0.093 1 3.39 1.4 0.265 1 0.7 1 516±14 1 481±20 1 501±11 -2 JD40A-24.1 178 142 0.83 8 123 0.2 0.098 0.9 3.91 1.3 0.289 0.9 0.71 1 638±13 1 589±17 1 617±10 -3 JD40A-25.1 269 193 0.74 10 404 0.15 0.103 0.6 4.38 1 0.307 0.8 0.79 1 728±12 1 684±11 1 708±8 -3 JD40A-26.1 186 140 0.78 7 285 0.23 0.079 1.2 2.31 1.5 0.212 0.9 0.59 1 242±10 1 169±24 1 216±11 -6 JD40A-27.1 800 380 0.49 6 283 0.27 0.082 0.8 1.79 2.1 0.158 2 0.93 944±17 1 253±15 1 042±14 25 JD40A-28.1 572 453 0.82 6 743 0.25 0.076 0.9 1.85 1.1 0.178 0.7 0.61 1 053±6 1 082±17 1 063±7 3 JD40A-29.1 116 118 1.05 658 2.39 0.118 30.4 4.98 31 0.306 6.2 0.2 1 723±93 1 923±545 1 815±262 10 JD40A-30.1 146 70 0.49 5 215 0.3 0.109 1 4.84 1.4 0.324 1 0.71 1 807±15 1 775±18 1 792±12 -2 JD40A-31.1 586 90 0.16 12 650 0.13 0.075 0.7 1.88 1 0.182 0.7 0.67 1 078±6 1 069±15 1 075±6 -1 JD40A-32.1 505 344 0.7 1 423 1.21 0.075 2.9 1.61 3 0.155 0.9 0.31 928±8 1 073±58 972±19 14 JD40A-33.1 287 131 0.47 8 349 0.19 0.101 0.7 4.14 1 0.297 0.8 0.75 1 676±12 1 644±13 1 662±8 -2 JD40A-34.1 196 123 0.65 15 374 0.1 0.098 0.8 3.88 1.2 0.286 0.9 0.75 1 623±13 1 592±14 1 610±9 -2 JD40A-35.1 501 226 0.47 12 708 0.13 0.09 0.5 3.13 0.9 0.252 0.7 0.78 1 449±9 1 423±10 1 439±7 -2 JD40A-36.1 1108 636 0.59 3 511 0.49 0.078 0.8 1.58 1.1 0.146 0.7 0.66 878±6 1 158±17 962±7 24 JD40A-37.1 117 81 0.72 3 471 0.47 0.085 1.7 2.85 2 0.244 1.1 0.54 1 406±14 1 314±33 1 370±15 -7 JD40A-38.1 346 130 0.39 8 416 0.19 0.087 0.8 2.9 1.1 0.24 0.7 0.7 1 388±9 1 371±14 1 381±8 -1 JD40A-39.1 566 455 0.83 1 861 0.97 0.056 3 0.53 3.1 0.068 0.7 0.22 426±3 462±66 432±11 1 JD40A-40.1 253 119 0.48 7 480 0.23 0.076 1.2 1.95 1.5 0.186 0.8 0.56 1 102±8 1 090±25 1 098±10 -1 JD40A-41.1 446 517 1.2 3 571 0.45 0.101 4.1 3.63 4.1 0.26 0.7 0.17 1 490±9 1 646±75 1 556±33 9 JD40A-42.1 221 162 0.76 7 527 0.22 0.078 1.2 2.16 1.5 0.201 0.8 0.58 1 178±9 1 149±23 1 168±10 -3 JD40A-43.1 282 135 0.49 5 911 0.27 0.091 0.9 3.27 1.2 0.261 0.8 0.67 1 495±11 1 444±17 1 474±9 -4 JD40A-44.1 691 320 0.48 8 574 0.2 0.078 1 1.96 1.2 0.182 0.6 0.53 1 076±6 1 154±20 1 102±8 7 JD40A-45.1 199 160 0.83 4 392 0.37 0.091 1.1 3.31 1.4 0.265 0.9 0.62 1 513±12 1 441±21 1 483±11 -5 JD40A-46.1 329 188 0.59 5 286 0.34 0.054 2.4 0.54 2.5 0.072 0.8 0.3 447±3 380±54 436±9 -2 JD40A-47.1 289 86 0.31 11 594 0.15 0.075 1 1.97 1.3 0.189 0.8 0.62 1 117±8 1 082±20 1 105±9 -3 JD40A-48.1 410 247 0.62 7 306 0.22 0.102 0.6 3.96 0.9 0.282 0.7 0.76 1 601±10 1 661±11 1 627±7 4 JD40A-49.1 271 193 0.74 9 039 0.18 0.098 0.8 3.76 1.1 0.279 0.8 0.72 1 585±11 1 582±14 1 584±9 0 JD40A-50.1 143 70 0.5 5 417 0.29 0.1 1.6 4.19 1.9 0.303 1 0.52 1 707±15 1 627±30 1 672±16 -5 注:206Pbc(%)为普通铅成因的206Pb的百分比;
*不谐和度=100×(1-(206Pb/238U年龄)/(207Pb/206Pb年龄))(当206Pb/238U年龄 > 1 000 Ma);
不谐和度=100×(1-(206Pb/238U年龄)/(207Pb/235U年龄))(当206Pb/238U年龄≤1 000 Ma)。
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表 2 胶北地区屺坶岛火山凝灰岩(10JD40B)的SHRIMP锆石U-Pb年龄
Table 2. SHRIMP zircon U-Pb data for the tuff (sample 10JD40B) from Qimudao, Jiaobei region
点位 U /×10-6 Th /×10-6 Th /U 206Pb /204Pb 206Pbc /% 238U /206Pb ±% 207Pb /206Pb ±% 207Pb* /235U ±% 206Pb* /238U ±% 206Pb/238U年龄±σ/Ma 40B-1.1 303 354 1.21 476 3.89 49 1.4 0.02 38.9 0.05 38.9 0.02 1.7 125±2 40B-2.1 260 164 0.65 421 4.4 51 1.4 0.021 40.7 0.06 40.7 0.019 1.7 121±2 40B-3.1 660 392 0.61 821 2.25 49 1.8 0.03 14.8 0.08 14.9 0.02 1.9 127±2 40B-4.1 278 262 0.97 319 5.8 49 1.9 0.004 265.6 0.01 266 0.019 2.3 123±3 40B-5.1 406 360 0.92 387 4.79 50 0.8 0.015 59.5 0.04 59.5 0.019 1.3 121±2 40B-6.1 347 215 0.64 303 6.1 50 1.2 0.003 416 0.01 416 0.019 1.7 120±2 40B-7.1 437 361 0.86 596 3.11 49 1.5 0.024 26.3 0.07 26.3 0.02 1.6 127±2 40B-8.1 425 180 0.44 842 2.2 50 1.8 0.035 15.7 0.09 15.8 0.02 1.9 126±2 40B-9.1 265 248 0.97 467 3.96 51 1.9 0.021 44.6 0.05 44.7 0.019 2.2 121±3 40B-10.1 107 16 0.15 - 0 41 1.2 0.057 4.8 0.19 4.9 0.024 1.2 154±2 40B-11.1 257 174 0.7 403 4.6 50 0.9 0.018 57.9 0.05 57.9 0.019 1.5 122±2 40B-12.1 667 173 0.27 873 2.12 48 1.0 0.036 10.5 0.1 10.5 0.02 1.1 129±1
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