內(nèi)蒙古扎魯特旗上二疊統(tǒng)林西組碎屑鋯石LA-ICP-MS U-Pb測年及意義

李曉海，宗文明，蘇 飛，李文博

中國地質(zhì)調(diào)查局沈陽地質(zhì)調(diào)查中心（沈陽地質(zhì)礦產(chǎn)研究所），遼寧沈陽110034

內(nèi)蒙古扎魯特旗上二疊統(tǒng)林西組碎屑鋯石LA-ICP-MS U-Pb測年及意義

李曉海，宗文明，蘇 飛，李文博

中國地質(zhì)調(diào)查局沈陽地質(zhì)調(diào)查中心（沈陽地質(zhì)礦產(chǎn)研究所），遼寧沈陽110034

研究區(qū)位于西拉木倫河-長春-延吉斷裂以北，區(qū)內(nèi)發(fā)育有巨厚的上二疊統(tǒng)林西組，巖性為灰、灰黑、黃綠色的砂板巖組合.研究其年代學(xué)特征對確定該區(qū)大地構(gòu)造背景具有重要的指示意義.對采自林西組的砂巖樣品進(jìn)行了鋯石LA-ICP-MS U-Pb測年.結(jié)果顯示，其年齡分布在5個(gè)年齡區(qū)間：252～300 Ma、305～423 Ma、431～555 Ma、600～999 Ma、1037～2460 Ma.最年輕的年齡為252Ma，指示林西組沉積時(shí)間下限為252Ma.上述碎屑鋯石的年代學(xué)研究表明，扎魯特旗地區(qū)晚二疊世林西組物源既有東北地區(qū)的變質(zhì)基底以及其后的構(gòu)造巖漿事件信息，也包含有南側(cè)華北板塊北緣信息，說明在晚二疊世晚期沿西拉木倫河縫合帶華北板塊北緣與其北側(cè)地塊群完成最終碰撞拼貼.

林西組；碎屑鋯石；縫合帶；同位素測年；內(nèi)蒙古

研究區(qū)位于中亞造山帶東段，夾持在西伯利亞板塊、華北板塊和太平洋板塊之間.有關(guān)華北板塊與西伯利亞板塊的最終縫合位置及時(shí)間，始終存在較大的分歧.對于縫合位置，代表性的有賀根山-嫩江-黑河斷裂和西拉木倫河-長春-延吉斷裂兩種認(rèn)識(shí)［1-5］，目前主流意見傾向于西拉木倫河-長春-延吉斷裂帶是兩大板塊的最后縫合帶；但對于最終拼貼時(shí)間，一些學(xué)者傾向于晚二疊世［5-6］，而另外一些學(xué)者則認(rèn)為最終拼合的時(shí)間為早中三疊世［7-11］.研究區(qū)位于西拉木倫河-長春-延吉斷裂帶之北，對區(qū)內(nèi)晚二疊世林西組砂巖碎屑鋯石的年齡譜特征的分析，對于判定華北板塊與西伯利亞板塊之間的最終拼合時(shí)間具有重要意義.有鑒于此，本文選取位于西拉木倫河-長春-延吉斷裂以北的內(nèi)蒙古扎魯特地區(qū)的林西組為研究對象，獲取其碎屑鋯石U-Pb年齡譜特征，并進(jìn)而確定其物源區(qū)大地構(gòu)造屬性.同時(shí)，本文的年代學(xué)研究結(jié)果可為林西組的形成時(shí)代與形成背景研究提供資料.

1 地質(zhì)概況及樣品采集

研究區(qū)位于內(nèi)蒙古扎魯特旗北部，即賀根山-嫩江-黑河以南，西拉木倫河-長春-延吉以北，區(qū)內(nèi)主要出露上古生界二疊系林西組及中生代晚侏羅世火山巖.其中林西組巖性為一套以黑、灰黑、灰綠色調(diào)為主的砂板巖組合.

測年樣品采自林西組（圖1）.樣品DB201（采樣點(diǎn)坐標(biāo)：21324566，4964753），為灰色薄層狀凝灰質(zhì)砂巖，主要由石英（約15%）、長石（約10%）、云母（約5%）及巖屑（約60%）組成，礦物顆粒分選差，磨圓較差，顆粒大小以0.05～0.4 mm為主，填隙物由黏土礦物和絹云母組成.樣品DT302（采樣點(diǎn)坐標(biāo)：21343751，4964085），為淺灰色細(xì)砂巖，由石英（約15%）、長石（約10%）、云母（約20%）、巖屑（約25%）及雜基物質(zhì)（約30%）組成，礦物顆粒分選較差，磨圓較差，顆粒大小以0.05～0.3 mm為主，填隙物由絹云母、黑云母、黏土礦物組成.

2 樣品測試

測年樣品的破碎和鋯石的挑選工作在河北省地質(zhì)測繪院巖礦實(shí)驗(yàn)測試中心完成.鋯石制靶、陰極發(fā)光圖像處理、鋯石U-Pb同位素定年均在中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（GPMR）完成.

激光剝蝕系統(tǒng)為GeoLas 2005，激光束斑直徑為32 μm，激光剝蝕過程中采用He作為剝蝕物質(zhì)的載氣，Ar為補(bǔ)償氣以調(diào)解靈敏度；ICP-MS為Agilent 7500a，采用國際標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500作外標(biāo)進(jìn)行同位素質(zhì)量分餾校正.對分析數(shù)據(jù)包括鋯石微量元素、同位素比值及年齡計(jì)算的處理，采用軟件ICPMSDataCal（Liu et al.，2008，2010）完成.詳細(xì)的儀器操作條件和數(shù)據(jù)處理方法同Liu et al．（2008，2010）.本次實(shí)驗(yàn)對DB201樣品進(jìn)行了107粒鋯石分析，對DT302樣品進(jìn)行了108粒鋯石分析（表1）.

3 分析測試結(jié)果

本文對林西組2個(gè)砂巖樣品進(jìn)行了鋯石LAICP-MS U-Pb同位素分析，分析結(jié)果列于表1.

圖1 研究區(qū)地質(zhì)圖Fig.1 Geological map of the study area1—上二疊統(tǒng)林西組（Upper Permian Linxi fm.）；2—中侏羅統(tǒng)塔木蘭溝組（Middle Jurassic Tamulangou fm.）；3—上侏羅統(tǒng)滿克頭鄂博組（Upper Jurassic Manketouebo fm.）；4—上侏羅統(tǒng)瑪尼吐組（Upper Jurassic Manitu fm.）；5—花崗巖（granite）；6—采樣位置（sampling location）

表1 扎魯特旗地區(qū)二疊紀(jì)砂巖砂巖碎屑鋯石LA-ICP-MS U-Pb分析結(jié)果Table 1 The LA-ICP-MS U-Pb analysis result of Permian sandstone detrital zircon in Jarud Qi

續(xù)表（Continued）

續(xù)表（Continued）

續(xù)表（Continued）

對扎魯特旗地區(qū)林西組砂巖DB201樣品中107粒鋯石和DT302樣品中108粒鋯石進(jìn)行了分析.從代表性鋯石陰極發(fā)光圖像（圖2）中可以看出鋯石呈柱狀、橢圓、不規(guī)則形狀產(chǎn)出，鋯石多具有不同程度的溶蝕、破碎、磨圓；鋯石顆粒較小，多數(shù)分布在60～120 μm之間；具有明顯的巖漿震蕩環(huán)帶，且Th/U介于0.10～1.88之間，多數(shù)大于0.4，與CL圖像分析結(jié)果一致，說明絕大多數(shù)鋯石為巖漿鋯石.

續(xù)表（Continued）

圖2 鋯石CL圖像Fig.2 Zircon CL imagesa—DB201樣品（sample DB201）；b—DT302樣品（sample DT302）

樣品DB201：共測試了106粒鋯石的106點(diǎn)，絕大多數(shù)都位于諧和線上或附近（諧和度E≥99）（圖3）.從碎屑鋯石U-Pb年齡分布圖（圖4a、b）中可以看出，樣品DB201鋯石年齡分布較寬，為（252±5）～（1986± 20）Ma之間.具體可分為5組：第一組年齡集中在（252±5）～（300±3）Ma之間，峰期年齡為（275±3）Ma，其中最年輕的年齡為（252±5）Ma，該組年齡限定了其沉積下限年齡，占有效點(diǎn)數(shù)的47%（n=50）；第二組年齡集中在（305±3）～（423±5）Ma，峰期年齡為（315± 3）Ma，占有效點(diǎn)數(shù)的18%（n=19）；第三組年齡集中在（449±4～555±4）Ma，峰期年齡為（518±3）Ma，占有效點(diǎn)數(shù)的18%（n=19）；第四組年齡集中在新元古界（600±7）～（999±13）Ma，峰期年齡為（835±13）Ma，占有效點(diǎn)數(shù)的11%（n=12）；第五組年齡主要為中—古元古界鋯石年齡，分別為（1037±10）Ma、（1073±9）Ma、（1146±17）Ma、（1338±12）Ma、（1372±15）Ma、（1986± 20）Ma，占有效點(diǎn)數(shù)的6%.

圖3 碎屑巖鋯石U-Pb諧和圖Fig.3 Zircon U-Pb concordia diagram of clasolite

圖4 鋯石年齡頻率分布Fig.4 Frequency distribution of zircon agesa,b為DB201樣品；c,d為DT302樣品；右圖是左圖的局部放大

樣品DT302：共測試了107顆鋯石的107個(gè)點(diǎn)，絕大多數(shù)都位于諧和線上或附近（諧和度E≥99）（圖3），從碎屑鋯石U-Pb年齡分布圖（圖4c、d）中可以看出，樣品DT302鋯石年齡分布范圍同樣較寬，位于（255±3）～（2460±16）Ma之間.具體可分為5組：第一組年齡集中在（255±3）～（295±3）Ma之間，峰期年齡為（274±3）Ma，其中最年輕的年齡為（255±3）Ma，該組年齡限定了其沉積下限年齡，占有效點(diǎn)數(shù)的60%（n= 64）；第二組年齡集中在（305±4）～（371±3）Ma，峰期年齡為（342±3）Ma，占有效點(diǎn)數(shù)的15%（n=16）；第三組年齡集中在（431±3）～（542±8）Ma，峰期年齡為（517± 5）Ma占有效點(diǎn)數(shù)的18%（n=19）；第四組年齡集中在新元古界，分別為（643±4）Ma、（669±5）Ma、（792± 6）Ma、（924±7）Ma、（988±10）Ma，占有效點(diǎn)數(shù)的5%；第五組年齡主要為中—古元古界，分別為（1276± 17）Ma、（1582±25）Ma、（2460±16）Ma，占有效點(diǎn)數(shù)的3%.各個(gè)鋯石的具體年齡見表1.

對比DB201和DT302樣品鋯石年齡組成，可以發(fā)現(xiàn)這兩個(gè)樣品年齡組成基本一致，總體上可分為5組：（252± 5）～（300±3）Ma、（305±3）～（423±5）Ma、（431±3）～（555±4）Ma、新元古界年齡、中—古元古界年齡.

4 討論

4.1 地層形成時(shí)代討論

對研究區(qū)內(nèi)林西組地層，前人有多套劃分方案（表2），在原1∶20萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查哈德營子幅劃分為下二疊統(tǒng)吳家屯組（P1w），科右中旗幅劃分為下二疊統(tǒng)索倫組二段（P1s2）.內(nèi)蒙古巖石地層清理工作把下二疊統(tǒng)吳家屯組（P1w）劃分為中二疊統(tǒng)哲思組（P2z），把下二疊統(tǒng)索倫組二段（P1s2）劃分為上二疊統(tǒng)林西組（P3l）.1∶5萬區(qū)域地質(zhì)區(qū)域礦產(chǎn)調(diào)查華杰幅和前進(jìn)公社亥吐幅根據(jù)在砂板巖中發(fā)現(xiàn)的疑似早石炭世古植物化石Archaeocalamites sp.（古蘆木），將其對比為上泥盆統(tǒng)—下石炭統(tǒng)色日巴彥敖包組（表2）.

從本文對砂巖碎屑鋯石的測年分析來看，樣品DB201中最年輕的鋯石年齡為（252±5）Ma，樣品DT302中最年輕的鋯石年齡為（255±3）Ma，推測該地層沉積下限約為252 Ma.而在1∶5萬區(qū)域地質(zhì)區(qū)域礦產(chǎn)調(diào)查華杰幅和前進(jìn)公社亥吐幅產(chǎn)疑似早石炭世古植物化石（古蘆木）的砂板巖層位中，測得碎屑巖鋯石UPb年齡分布于（143±9）～（533±5）Ma（數(shù)據(jù)另文發(fā)表）.根據(jù)巖性組合及野外接觸關(guān)系認(rèn)為，原劃為色日巴彥敖包組的地層為不整合在古生界之上的晚侏羅世沉積地層.結(jié)合前人對林西組地層巖石組合特征、生物地層學(xué)的研究成果［5，12-13］，本文根據(jù)巖性組合及碎屑巖鋯石U-Pb年齡將這套地層劃為林西組，時(shí)代為晚二疊世晚期.

表2 扎魯特旗晚二疊世林西組劃分沿革表Table 2 The division history of Late Permian Linxi formation in Jarud Qi

4.2 林西組的年齡譜特征

樣品DB201和DT302具有相似的年齡譜特征，綜合分析結(jié)果如下.

（1）252～300 Ma：該組年齡是這兩個(gè)樣品最主要的鋯石組成，共計(jì)114粒，占鋯石總量的54%.從鋯石年齡頻率圖（圖4）中可以看出，該區(qū)間鋯石年齡具有明顯的274 Ma的峰期年齡和最年輕的次峰值年齡255 Ma，說明林西組沉積物源主要來自中二疊世—晚二疊世的火成巖.資料顯示，該組年齡的巖漿事件在西拉木倫河-長春-延吉一線南部華北板塊北緣和北部板塊碰撞拼合部位均有報(bào)道［14-23］.鄭月娟等［5］認(rèn)為該組年齡鋯石來自碰撞帶及其南部華北板塊北緣地區(qū).

（2）305～423 Ma：共35粒，占鋯石總量的16%.峰值年齡為315 Ma和340 Ma.該組年齡與蘇尼特左旗-錫林浩特-西烏旗南巖漿弧組成年齡基本一致［24-27］.另外，華北板塊北緣也報(bào)道有該組年齡的巖漿事件［23，28］.

（3）431～555 Ma：共38粒，占總量的18%.峰值年齡為518 Ma.該組年齡和泛非期事件相關(guān)，已有資料表明，泛非期巖漿作用在東北地區(qū)廣泛分布.并可大致分為兩期，即510～550 Ma的石榴花崗片麻巖和500～460 Ma的塊狀花崗巖侵入體［29］.上述泛非期事件年齡為東北地區(qū)有別于華北板塊的主要標(biāo)志［30-32］.林西組的大量泛非期鋯石年齡的發(fā)現(xiàn)表明了該組鋯石來自東北地區(qū)的變質(zhì)基底.

（4）600～999 Ma：共17粒，占總量的8%.峰值年齡為835 Ma.從目前資料看，華北板塊并不存在新元古代的巖漿熱事件［33-35］，說明林西組新元古代鋯石應(yīng)來自當(dāng)?shù)匚镌?東北地區(qū)多有這組年齡的報(bào)道［36-38］，因此這組鋯石應(yīng)來自東北地區(qū)古老的地塊.

（5）大于1000Ma：共9粒，其中中元古界有7粒，年齡分別為1037、1073、1146、1276、1338、1372、1582 Ma；古元古界有2粒鋯石，年齡為1986、2460 Ma，鋯石的CL圖像和高的Th/U比值顯示這兩粒古老鋯石具有巖漿成因的特點(diǎn).當(dāng)前研究表明，中元古界這期鋯石與東北地區(qū)中元古代巖漿活動(dòng)有關(guān)［16，22-23］.1986 Ma和2460 Ma這兩顆古元古界鋯石的區(qū)域年齡資料顯示，這組年齡峰期在華北北緣地區(qū)有大量報(bào)道［39-42］，是華北板塊基底年齡的典型代表.最近在東北地區(qū)也發(fā)現(xiàn)了大量這一時(shí)段的鋯石［43-47］.對于這期年齡，多數(shù)學(xué)者更傾向于認(rèn)為其直接或間接來自華北板塊［7］，但也不排除少量來自東北地區(qū)古元古代結(jié)晶基底.

5 結(jié)論

（1）根據(jù)碎屑鋯石U-Pb定年結(jié)果，測年砂巖碎屑鋯石的最小年齡為252 Ma.參考巖性組合特征，將這套地層劃為上二疊統(tǒng)林西組，時(shí)代為晚二疊世晚期.

（2）林西組碎屑鋯石的LA-ICP-MS測試結(jié)果表明，林西組碎屑鋯石既有巖漿鋯石也有變質(zhì)成因鋯石，鋯石年齡跨度較大，其年齡可分為5個(gè)區(qū)間：252～300 Ma、305～423 Ma、431～555 Ma、600～999 Ma、1037～2460 Ma.

（3）研究區(qū)林西組物源既有東北地區(qū)的變質(zhì)基底以及其后的構(gòu)造巖漿事件信息，也包含有南側(cè)華北板塊北緣信息，指示在晚二疊世晚期沿西拉木倫河-長春-延吉縫合帶華北板塊與其北側(cè)地塊群完成最終碰撞拼貼，轉(zhuǎn)入陸內(nèi)演化階段.

致謝：在論文寫作過程中得到了沈陽地質(zhì)調(diào)查中心鄭月娟研究員、丁秋紅研究員、陳樹旺研究員等的支持和幫助，在數(shù)據(jù)處理過程中得到吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院王可勇教授、李劍鋒博士的幫助，在此一并表示感謝.

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ZIRCON LA-ICP-MS U-Pb DATING AND ITS IMPLICATION OF UPPER PERMIAN LINXI FORMATION IN JARUD QI,INNER MONGOLIA

LI Xiao-hai,ZONG Wen-ming,SU Fei,LI Wen-bo

Shenyang Institute of Geology and Mineral Resources,CGS,Shenyang 110034,China

The study area is located in the north of Xar Moron River-Changchun-Yanji fault where the huge thick Upper Permian Linxi Formation is developed,with the lithologic assemblage of gray,grayish black and yellow-green sandy slate. The research on its chronological characteristics is of important significance for determination of the geotectonic setting.The authors analyze the sandstone samples from Linxi Formation with zircon LA-ICP-MS U-Pb dating.The results show that the ages are distributed in 5 age ranges：252-300 Ma,305-423 Ma,431-555 Ma,600-999 Ma and 1037-2460 Ma.The youngest age of 252 Ma indicates the lower limit of sedimentary time for Linxi Formation.The study above shows that the provenance of Late Permian Linxi Formation in Jarud Qi area reflects the information of both the metamorphic basement and following tectonomagmatic event in Northeast China and the northern margin of the North China Plate,suggesting that the Linxi Formation completed the final collision and collage along the northern margin of the Xar Moron River suture zone between North China Plate and the blocks on north in the Late Permian.

LinxiFormation;detritalzircon;suturezone;isotopicdating;InnerMongolia

1671-1947（2015）05-0461-12

P597

A

2014－08－06；

2015-04-23.編輯：張哲．

中國地質(zhì)調(diào)查局項(xiàng)目“東北地區(qū)晚古生代地層劃分對比及油氣資源前景研究”（1212011121086）；“松遼外圍中新生代盆地群油氣地質(zhì)綜合調(diào)查”（1212010783001）；“松遼盆地外圍深部地質(zhì)調(diào)查”（1212011220）.

李曉海（1982—），男，碩士，工程師，從事油氣基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查研究，通信地址遼寧省沈陽市黃河北大街280號，E-mail//lixiaohai456@163.com