新疆阿爾泰山西段喀納斯群碎屑鋯石LA-ICP-MS U-Pb測年及地質(zhì)意義

趙同陽，朱志新，韓瓊，鄭加行（新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院,新疆烏魯木齊83000）

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新疆阿爾泰山西段喀納斯群碎屑鋯石LA-ICP-MS U-Pb測年及地質(zhì)意義

趙同陽，朱志新，韓瓊，鄭加行
（新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院,新疆烏魯木齊83000）

摘要：喀納斯群分布于阿爾泰山西段，下部為片麻巖-結(jié)晶片巖建造，上部為一套巨厚的淺變質(zhì)碎屑巖建造，其沉積時(shí)限一直爭議較大。通過對禾木鄉(xiāng)南側(cè)喀納斯群哲理開特組變質(zhì)砂巖碎屑鋯石年代學(xué)研究，獲得碎屑鋯石年齡集中分布在（509.1±8.5）Ma，代表其沉積下限，最古老鋯石年齡約為18.98億年，反映喀納斯群具古元古代沉積物。結(jié)合侵入喀納斯群的410～475 Ma的中酸性巖體，認(rèn)為喀納斯群沉積時(shí)代應(yīng)為中晚寒武世（475～509 Ma）。

關(guān)鍵詞：喀納斯群；碎屑鋯石U-Pb定年；中晚寒武世；阿爾泰山

新疆阿爾泰山西段廣泛出露一套由變質(zhì)粉砂巖、變質(zhì)砂巖、頁巖、結(jié)晶片巖、片麻巖、混合巖組成的淺變質(zhì)細(xì)碎屑巖建造，出露厚度可達(dá)5 280 m。丘洛契尼克夫（1956）將其厘定為奧陶系卡賓巖系；卡自明等在該區(qū)進(jìn)行1∶20萬瓊庫爾幅區(qū)測普查時(shí)將其厘定為中上奧陶統(tǒng)哈巴河巖系，并劃分為上、中、下3個(gè)亞巖系；新疆區(qū)調(diào)大隊(duì)在喀納斯一帶進(jìn)行1∶20萬區(qū)調(diào)修測時(shí)?新疆地礦局區(qū)域地質(zhì)測量大隊(duì).中華人民共和國地質(zhì)圖及說明書(1∶20萬瓊庫爾幅),1965?新疆地礦局區(qū)域地質(zhì)測量大隊(duì).中華人民共和國地質(zhì)圖及說明書(1∶20萬哈巴河幅),1966，據(jù)巖性和古生物特征將該套地層厘定為寒武系—中奧陶統(tǒng)哈巴河群，并劃分為5個(gè)亞群；王廣耀等據(jù)微古植物組合特征將該套地層形成時(shí)代限定在早震旦世，并命名為哈拉斯群[1,2]；新疆地礦局將其厘定為震旦系—下寒武統(tǒng)喀納斯群[3]。近年來，部分學(xué)者提出將阿爾泰山地區(qū)哈巴河群、庫魯木圖群、康布鐵堡組和阿勒泰組中高級變質(zhì)巖劃分為古—中元古界克木齊群和新元古界富蘊(yùn)群[4-7]，但遭到鋯石U-Pb年代學(xué)研究者的反駁[8-14]。

有關(guān)新疆阿爾泰山地質(zhì)與礦產(chǎn)的研究都不可避免的涉及到對“喀納斯群”形成時(shí)代和形成環(huán)境的討論[15-26]。因此，正確認(rèn)識該套地層，對于研究阿爾泰山西段乃至中亞造山帶的地質(zhì)構(gòu)造演化和相關(guān)礦產(chǎn)勘查具重要意義。本項(xiàng)目對出露于禾木鄉(xiāng)南側(cè)喀納斯群變質(zhì)細(xì)砂巖開展了LA-ICP-MS碎屑鋯石U-Pb定年，確定了其年齡譜特征，為深入揭示阿爾泰造山帶西段大地構(gòu)造演化提供了新的制約。

1　地質(zhì)背景

研究區(qū)位于中亞造山帶，阿爾泰弧盆系，阿爾泰古生代陸緣弧之喀納斯被動陸緣帶。區(qū)內(nèi)出露地層主要為震旦系—下寒武統(tǒng)喀納斯群，為一套淺變質(zhì)巨厚復(fù)理石建造；自下而上可分為依列克塔斯組、貝留特組、蘇木代爾格組、哲理開特組，上部被上奧陶統(tǒng)東錫勒克組變質(zhì)火山碎屑巖-火山熔巖建造不整合覆蓋。由于阿爾泰造山帶斷層極發(fā)育，后期巖漿活動強(qiáng)烈，致使地層連續(xù)性較差（圖1），且普遍缺失具定年意義的化石組合，對該套淺變質(zhì)碎屑巖研究程度相對較低。

據(jù)本次1∶5萬區(qū)調(diào)部分成果可知，震旦系—下寒武統(tǒng)喀納斯群依列克塔斯組為深灰色黑云母斜長片麻巖建造，貝留特組為一套結(jié)晶片巖建造，巖石組合為紅柱石石英片巖、黑云母石英片巖，蘇木代爾格組為一套海進(jìn)式沉積序列，主要由淺綠色、灰色、深灰色及部分紫色變質(zhì)砂巖、粉砂巖及頁巖組成，砂巖粒度由中粒到細(xì)粒，為長石石英砂巖、偶見石英質(zhì)與單礦物變種及含碳酸鹽雜質(zhì)的砂巖，膠結(jié)物一般都已重結(jié)晶和千枚巖化，頁巖經(jīng)變質(zhì)作用而變成千枚巖或片巖；哲理開特組為一套海退式沉積序列，主要巖性為變質(zhì)砂巖、粉砂巖、頁巖，由下至上粒度逐漸變粗。喀納斯群各組間為整合接觸。

圖1　阿爾泰山地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造略圖Fig.1 Simplified geological map of the Chinese Altai（據(jù)新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局修改,2010）1.第四系;2.上古生界;3.下古生界;4.喀納斯群;5.前寒武系;6.中酸性侵入巖;7.地質(zhì)界線;8.斷層;9.研究區(qū);10.采樣點(diǎn)

2　樣品巖石學(xué)特征

研究區(qū)內(nèi)喀納斯群蘇木代爾格組、哲理開特組主要分布在禾木鄉(xiāng)一帶，為一套低綠片巖相淺變質(zhì)碎屑巖系，片理化發(fā)育（圖2-a），兩者整合接觸。采樣位置為：87°25′21.1″，48°31′49.7″，屬喀納斯群哲理開特組下部，巖性為灰綠色變質(zhì)砂巖，變余細(xì)砂狀結(jié)構(gòu)（圖2-b），巖石的砂狀結(jié)構(gòu)還可分辨，但大部分碎屑已重結(jié)晶，由微粒長石、石英、少部分鱗片狀絹云母、綠泥石組成，并定向分布，少部分石英及少量長石碎屑還有保留，呈眼球狀定向分布于重結(jié)晶礦物之間，斜長石具高嶺土化，從殘留的長石、石英碎屑看，屬細(xì)砂巖范圍，含量約85%。膠結(jié)物已重結(jié)晶，由鱗片狀絹云母、少量綠泥石、綠簾石組成，定向分布，含量約15%，絹云母之間分布有微量微粒狀磁鐵礦。

圖2　碎屑鋯石采樣點(diǎn)宏觀照片（a）和樣品正交偏光照片(b)Fig.2 Fragmental zircon macroscopic photo of samplingposition（a）and Crossed photo of sample（b）Bi——黑云母;Qz——石英

3　測試方法及測試成果

3.1測試方法

樣品處理及測試在南京大學(xué)內(nèi)生金屬礦床成礦機(jī)制研究國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。首先使用常規(guī)的重液浮選和電磁分離方法挑選鋯石，然后將其鑲嵌在環(huán)氧樹脂中并拋光，進(jìn)行鋯石陰極發(fā)光（CL）、反射光、透射光照相及LA-CIP-MS同位素分析。測試使用與New Wave 213 nm激光取樣系統(tǒng)連接起來的Agilent 7500 a ICP-MS完成。分析過程中，激光束斑直徑采用20～30 μm，頻率5 Hz。樣品經(jīng)剝蝕后，由He氣作為載氣，再和Ar氣混合后進(jìn)入ICP-MS進(jìn)行分析，U-Pb分餾據(jù)澳大利亞鋯石標(biāo)樣GEMOC GJ-1 （207Pb/206Pb age of（608±1.5）Ma）來校正[27]，鋯石標(biāo)樣Mud Tank（Inercept age of（732±5）Ma）為內(nèi)標(biāo)[28]，控制分析精度。每個(gè)測試流程的開頭和結(jié)尾分別測試2個(gè)GJ標(biāo)樣，另外測試1個(gè)MT標(biāo)樣和20個(gè)待測樣品點(diǎn)。U-Pb年齡和U，Th，Pb的計(jì)算由GLITTER軟件（ver.4.4）獲得，普通鉛的校正及諧和圖的繪制運(yùn)用Isoplot完成[29]。

圖3　樣品14b6-Ⅺ-42碎屑鋯石陰極發(fā)光圖像及U-Pb年齡值Fig.3 Fragmental zircon CL photos and U-Pb age of sample 14b6-Ⅺ-42

3.2測試結(jié)果

樣品碎屑鋯石外形為渾圓或棱角狀。從陰極發(fā)光圖像來看（圖3），鋯石內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，總體具多層內(nèi)部顯微結(jié)構(gòu)，鋯石主體發(fā)育巖漿鋯石典型的環(huán)帶，且環(huán)帶窄而密，表明其物源區(qū)巖石應(yīng)是結(jié)晶溫度較低的花崗質(zhì)類巖石。另外，受淺變質(zhì)作用和搬運(yùn)磨蝕作用的影響，部分鋯石磨圓度較好，顆粒核部呈面狀或扇狀結(jié)構(gòu)，邊部發(fā)育退變質(zhì)的亮邊。

本次對挑選出的60顆鋯石進(jìn)行測試分析，測試結(jié)果見圖4和表1?新疆地礦局區(qū)域地質(zhì)測量大隊(duì).中華人民共和國地質(zhì)圖及說明書(1∶20萬瓊庫爾幅),1965?新疆地礦局區(qū)域地質(zhì)測量大隊(duì).中華人民共和國地質(zhì)圖及說明書(1∶20萬哈巴河幅),1966。各測點(diǎn)在諧和圖上出現(xiàn)3個(gè)聚集分布區(qū)域，據(jù)此將喀納斯群變質(zhì)砂巖鋯石測點(diǎn)分為3組。第一組共39個(gè)測點(diǎn)，206Pb/238U年齡為393～683 Ma，諧和年齡為（509.1±8.5）Ma；第二組共15個(gè)測點(diǎn)，206Pb/238U年齡為666～929 Ma，諧和年齡為（797±53）Ma；第三組共6個(gè)測點(diǎn)，206Pb/238U年齡為1 406～1 898 Ma，諧和年齡為（1 657±220）Ma。

圖4　喀納斯群變質(zhì)砂巖的鋯石LA-ICP-MS U-Pb諧和圖Fig.4 Metasandstone Zircon LA-ICP-MS U-Pb Concordia diagram of Kanas Group

4　討論

阿爾泰山西段廣泛分布喀納斯群變質(zhì)巖系，中上部以淺變質(zhì)碎屑巖為主，下部以片麻巖、結(jié)晶片巖為主，具被動陸緣型復(fù)理石特征，因該套地層未發(fā)現(xiàn)大化石，歷史上對其時(shí)代確定也頗不一致。前人在該套地層中發(fā)現(xiàn)微古植物化石，將喀納斯群時(shí)代厘定為早震旦世[1,17]；不同學(xué)者針對喀納斯群淺變質(zhì)碎屑巖開展碎屑鋯石年代學(xué)研究，認(rèn)為該套地層形成于早泥盆—中奧陶世（380～470 Ma）間[11]、震旦—早寒武世（523～550 Ma）[14]。

本次工作獲取阿爾泰山西段禾木鄉(xiāng)以南喀納斯群哲理開特組變質(zhì)砂巖中碎屑鋯石年齡，加權(quán)平均年齡分別為（509.1±8.5）Ma、（797±53）Ma、（1 657±220）Ma，其中最年輕碎屑鋯石年齡集中在（509.1±8.5）Ma，相當(dāng)于國際地層表中的中寒武世，據(jù)此限定喀納斯群沉積下限。本次區(qū)調(diào)工作在賈登裕-禾木一帶獲取大量侵入到喀納斯群的中酸性巖體的LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡，侵位時(shí)間在410～475 Ma，代表喀納斯群沉積上限。因此，本文將喀納斯群沉積時(shí)代定為中晚寒武世（475～509 Ma）。本次碎屑鋯石測年，獲取喀納斯群最古老鋯石年齡為18.98億年，反映其沉積物源有來自古元古代晚期的物質(zhì)，表明阿爾泰山地區(qū)可能存在古元古代變質(zhì)基底。

表1　喀納斯群變質(zhì)砂巖的鋯石LA-ICP-MS定年分析成果Table 1 Metasandstone zircon LA-ICP-MS dating results of Kanas Group

5　結(jié)論

（1）喀納斯群哲理開特組碎屑鋯石最年輕年代為（509.1±8.5）Ma，代表了喀納斯群沉積下限，侵入其中的中酸性巖體年齡為410～475 Ma，代表其沉積上限。因此認(rèn)為喀納斯沉積時(shí)代為中晚寒武世（475～509 Ma）。

（2）通過本次碎屑鋯石年代學(xué)研究，獲取喀納斯群最古老鋯石年齡為18.89億年，反映阿爾泰山西段地區(qū)可能存在古元古代變質(zhì)基底。

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LA-ICP-MS Zircon U-Pb Age and its Geological Implications of the
Kanas Group in Western Altai Tectonic Belt

Zhao Tongyang,Zhu Zhixin,Han Qiong,Zheng Jiaxing
(Geological Research Academy of Xinjiang,Urumqi,Xinjiang,830000,China)

Abstract:Kanas group mainly distributed in the western mountain of Altay,The bottom of this is a struction of gneiss to crystalline schist,Upper of it is a setting struction,there is a serious argument about the sedimentation time.In this paper,we study metasandstone fragmental zircon age of Zhelikaite formation which is located in the southern of Hemu village.We earn the newest age of fragmental zircon mainly in（509.1±8.5） Ma,Which insteads the sedimentational lower limit,and the oldest zircon age is1 898 Ma,Which means that Kanas group has the sedimentational source of paleoproterozoic era.Combined with K anas group persilicic and intrusive rock which is from 410 to 475 Ma,So we consider that the sedimentational age of Kanas group is middle—late Cambrian (475～509 Ma).

Key words:Kanas Group;Fragmental Zircon U-Pb Dating;Mid-late Cambrian period;Altay Mountain

作者簡介:第一趙同陽（1983-），男，河南商丘人，高級工程師，碩士，2008年畢業(yè)于新疆大學(xué)地質(zhì)專業(yè)，主要從事區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查及研究工作

收稿日期:2015-09-11;

修訂日期:2015-11-09;作者E-mail:120334602@qq.com

中圖分類號:P588.21+2；P618.85

文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

文章編號：1000-8845(2016)01-025-05

項(xiàng)目資助：中國地質(zhì)調(diào)查局新疆阿爾泰1∶5萬M45E021013等四幅區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查項(xiàng)目（12120114040701）資助