內(nèi)蒙古北山地區(qū)北山巖群形成時代探討

楊富林，趙志雄，賈文艷，楊亮，許海，賈元琴，高勇

（1.內(nèi)蒙古地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，呼和浩特010010；2.內(nèi)蒙古礦業(yè)開發(fā)有限責任公司，呼和浩特010010）

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內(nèi)蒙古北山地區(qū)北山巖群形成時代探討

楊富林1，趙志雄1，賈文艷1，楊亮2，許海1，賈元琴1，高勇1

（1.內(nèi)蒙古地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，呼和浩特010010；2.內(nèi)蒙古礦業(yè)開發(fā)有限責任公司，呼和浩特010010）

摘要：北山巖群是內(nèi)蒙古北山地區(qū)重要的前寒武紀變質(zhì)地層之一。對該巖群石英巖進行了LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年，碎屑鋯石核部獲得207Pb/206Pb年齡值范圍為921～3 011 Ma之間，主要的峰值年齡為1 329 Ma，屬于中元古代；鋯石幔部獲得206Pb/238U峰值年齡為433 Ma，屬于早志留世。剖面測制得知巖石組合可歸納為三部分：由下到上依次為石英巖-石英片巖-大理巖，據(jù)此將其劃分為三個巖段，第一巖段為石英巖，第二巖段為石英片巖，第三巖段為大理巖。結(jié)合區(qū)域沉積環(huán)境和構(gòu)造演化，認為石英巖原巖沉積時代不早于921 Ma。

關(guān)鍵詞：北山巖群；石英巖；碎屑鋯石；U-Pb年齡

北山地處華北板塊、塔里木板塊和哈薩克斯坦板塊的交匯地帶［1-2］，位于甘肅-新疆-內(nèi)蒙古交接處，屬于中亞古生代造山帶的南緣，處在天山-興蒙造山帶的樞紐部位，是在前寒武紀穩(wěn)定陸塊基礎(chǔ)上發(fā)育起來的多階段構(gòu)造-巖漿巖帶［3］。前人研究成果較為豐富，主要集中于北山地區(qū)構(gòu)造單元劃分、構(gòu)造屬性認識方面［4-9］，由于工作程度的限制，對北山地區(qū)基底研究資料較少，而北山巖群原巖的形成時限及變質(zhì)時代對北山地區(qū)構(gòu)造格架的建立和構(gòu)造演化的研究具有十分重要的意義，目前尚未見鋯石U-Pb年齡的報道。因此，筆者等在風雷山等四幅1/5萬區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查過程中，著重對北山巖群巖石組合進行了調(diào)查研究，并利用LA-ICP-MS對鋯石進行原位微區(qū)U-Pb定年，成果為北山巖群原巖形成時代提供了重要制約。

1　地質(zhì)特征及樣品采集

PM005（圖2）。巖石組合為灰白色石英巖、長石石英巖、淺灰-灰色二云石英片巖、二云片巖、絹云母化紅柱石二云片巖、灰色-深灰色含矽線含石榴黑云母片巖（圖3a）、石榴黑云母片巖夾灰綠色片狀黑云母斜長角閃巖（圖3b）、淺灰綠色陽起片巖及大理巖等，可歸納為三部分：由下到上依次為石英巖、石英片巖、大理巖，據(jù)此將其劃分為三個巖段，第一巖段為石英巖，第二巖段為石英片巖，第三巖段為大理巖，各巖段呈斷層接觸。在剖面中采集石英巖測年樣品，地理坐標為：E99°00′33″，N41°52′42″。

樣品巖性為灰白色弱糜棱巖化長石石英巖，巖石具鱗片粒狀變晶結(jié)構(gòu)，弱糜棱巖化弱定向構(gòu)造。巖石中石英呈0.5～3.5 mm彎曲鑲嵌粒狀變晶或壓扁狀定向分布，少數(shù)3.5～6 mm壓扁狀，強烈波形消光；斜長石0.5～2 mm粒狀，部分絹云母化；白云母0.1～0.8 mm片狀，定向分布。礦物含量為石英75%，斜長石20%，白云母5%。

研究區(qū)位于額濟納旗西部，大地構(gòu)造位置橫跨兩個三級構(gòu)造單元，以三個井脆-韌性深斷裂為界，北為明水巖漿?。á?9-3），南為公婆泉島?。á?9-4），北山巖群主要出露于斷裂南側(cè)（圖1）。北山巖群是研究區(qū)內(nèi)最古老的地層，為一套高綠片巖相-低角閃巖相的變質(zhì)巖系。在后期地質(zhì)作用（巖體侵入穿切改造、構(gòu)造改造、風化作用等）影響下，巖石出露連續(xù)性較差，本次工作選擇出露較好地段測制了剖面

2　分析測試方法

用于鋯石U-Pb年代學測定的樣品，加工過程均在無污染設(shè)備中進行，由河北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)研究所實驗室進行鋯石分選。將完整的典型鋯石置于DEVCON環(huán)氧樹脂中，待固結(jié)后拋磨，使鋯石內(nèi)部充分暴露，然后進行鋯石的顯微照相（反射光和透射光）和鋯石的陰極發(fā)光（CL）照相，鋯石的透射光、反射光和陰極發(fā)光照相在北京鋯年領(lǐng)航科技有限公司完成。鋯石U-Pb分析在天津地質(zhì)礦產(chǎn)研究所同位素實驗室完成，使用儀器為Neptune多接收電感耦合等離子體質(zhì)譜儀和193 nm激光取樣系統(tǒng)（LAMC-ICP-MS）。激光剝蝕的斑束為35 μm，能量密度為13～14 J/cm2，頻率為8～10 Hz，激光剝蝕物質(zhì)以He為載氣送入Neptune（MC-ICP-MS）。鋯石標樣采用TEMORA標準鋯石。數(shù)據(jù)處理采用中國地質(zhì)大學Liu等編寫的ICPMSDataCal程序［10］并用Ludwing等編寫的的Isoplot程序［11］進行作圖，采用208Pb對普通鉛進行校正，利用NIST作為外標計算鋯石樣品的Pb、Th、U含量。

圖1　研究區(qū)區(qū)域地質(zhì)圖（附采樣位置）（a）及大地構(gòu)造位置圖（b）Fig.1 Geologic map showing the sampling location（a）and sketch tectonic map（b）

圖2　北山巖群PM005剖面圖Fig.2 The measured section PM005 of the Beishan group-complex

圖3　北山巖群巖石顯微特征Fig.3 The microscopic characteristics of the Beishan group-complex

表1　北山巖群石英巖（PM005）LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素分析結(jié)果Tab.1　LA-ICP-MS U-Pb data for zircons from the quartzite of Beishan group-complex（PM005）

3　測定結(jié)果

石英巖樣品中鋯石的U-Pb分析共測試了46個點，測試結(jié)果見表1。所測鋯石呈無色，橢圓狀-次圓狀，粒度大小多為100 μm，從外貌形態(tài)分析，石英巖中的鋯石具有磨圓的特征，表明其可能經(jīng)歷了較長距離的搬運，體現(xiàn)了碎屑鋯石的特征。陰極發(fā)光（CL）圖像（圖4）顯示出多數(shù)鋯石具有較為明顯的核幔結(jié)構(gòu)，核部具較為明顯的明暗相間的環(huán)帶結(jié)構(gòu)，環(huán)帶寬窄不一，表明鋯石來源于不同的物源區(qū)；幔部無環(huán)帶或環(huán)帶不明顯，為變質(zhì)作用過程中次生加大形成的，屬于變質(zhì)增生型。

核部測試37個點，Th含量為8×10-6～282×10-6，U含量為46×10-6～923×10-6，207Pb/206Pb年齡值范圍為21～3 011 Ma。在鋯石U-Pb年齡206Pb/238U-207Pb/235U諧和圖（圖5）中，除36號點Pb丟失偏離諧和線外，其余點均分布在諧和線上或附近，在年齡直方圖中除1號點1 665 Ma）、9號點（1 637 Ma）顯示古元古代的年齡信息，15號點（2 564 Ma）、36號點（3 011 Ma）顯示太古宙年齡信息外，核部主要的峰值年齡為1 329 Ma，屬于中元古代。

由于鋯石幔部較窄（多數(shù)小于激光束斑），故僅選擇了9個點進行了測試，32號點數(shù)據(jù)丟失，42號點Th/ U比值（＞0.1）顯示不具有典型變質(zhì)鋯石的特征，其余6個點（2、4、18、25、35、45號）Th/U比值（＜0.1）顯示變質(zhì)鋯石的特征，206Pb/238U年齡值分別為433 Ma、17 Ma、449 Ma、431 Ma、459 Ma、414 Ma。年齡結(jié)果分布范圍為417～459 Ma，峰值年齡為433 Ma，屬于早志留世，代表了早古生代變質(zhì)事件的年齡。

另外，表1中6號點（872 Ma）、12號點（765 Ma）等幾個700～800多百萬年的年齡意義有待于進一步研究。

圖4　北山巖群石英巖代表性鋯石的CL圖像及分析點和年齡Fig.4 CL images of the representative zircons from the quartzite of Beishan group-complex showing the analyzed spots and their ages

圖5　北山巖群石英巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡諧和圖與直方圖Fig.5 LA-ICP-MS zircon U-Pb concordia diagram of the quartzite of Beishan Group-complex

4　原巖形成時限討論

北山巖群作為北山地區(qū)的基底巖系，其原巖形成時代一直是地質(zhì)學界關(guān)注的重點，但迄今未見有精確的報道。修澤雷、趙祥生將甘肅北山地區(qū)一套不含化石的變質(zhì)巖系定為北山群，時代為前寒武紀［12］；1/20萬區(qū)調(diào)①呂桂德，徐宜昌，原秉昌，等.甘肅路井幅（K-47-22）區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告（比例尺1/200000）.甘肅省地質(zhì)局地質(zhì)力學區(qū)測隊，1977.將北山群解體，根據(jù)巖石特征分別稱為上奧陶統(tǒng)白云山組、下志留統(tǒng)勒巴泉群、下石炭統(tǒng)等，其中白云山組與下石炭統(tǒng)地層均含有化石，將變質(zhì)較深不含化石的部分稱為勒巴泉群；梁玉佐認為北山巖群專指那些變質(zhì)程度較深，具有一定的區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造特征和沒有直接化石依據(jù)的地層，時代為早元古代，另北山群西延馬鬃山地區(qū)測得Rb-Sr全巖等時線年齡為1 755 Ma［12］；趙如意等通過新疆若羌縣黑山梁地區(qū)北山巖群火山巖組合、碎屑巖組合特征及巖石地球化學特征研究將其時代歸于早元古代［13］。本文利用LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年對北山巖群石英巖進行了年代學研究，獲得了高精度鋯石原位微區(qū)U-Pb年齡。

北山巖群巖石組合為石英巖-片巖-大理巖，原巖可以歸納為一套較典型的陸表海相沉積的正常碎屑巖和碳酸鹽巖。前人認為北山地區(qū)古元古代地殼仍相對較薄，在裂陷帶中心部位地幔對流環(huán)活動較強，到了古元古代晚期，地殼增厚，陸源碎屑增加。隨著成分增高，地殼分異明顯，促使酸性上地殼和基性下地殼同時生長，構(gòu)成了剛性大陸殼。中元古代早期（長城紀），不少地區(qū)進入了穩(wěn)定型陸棚淺海陸源碎屑沉積時期。中元古代的薊縣紀，北山及東疆地區(qū)處于穩(wěn)定的濱海、淺海沉積環(huán)境。新元古代青白口紀，在東疆、北山、阿拉善多數(shù)地區(qū)出現(xiàn)穩(wěn)定型濱淺海蓋層沉積［9］，表明北山地區(qū)薊縣紀、青白口紀沉積環(huán)境為濱淺海，與北山巖群沉積環(huán)境吻合。

石英巖樣品中大部分鋯石具有核幔結(jié)構(gòu)，鋯石CL結(jié)構(gòu)表明核部是源巖鋯石未受到變質(zhì)影響的部分［14］，邊部為后期變質(zhì)改造形成的。對鋯石核部進行了37個點測試，利用碎屑鋯石的研究方法，對測試結(jié)果進行了統(tǒng)計，結(jié)果可為石英巖原巖沉積時代提供有效的約束。測試點Th/U比值多數(shù)大于0.1，具有巖漿鋯石的特征［15］，年齡結(jié)果分布在921～3 011 Ma之間，主要的峰值年齡為1 329 Ma，屬于中元古代，表明原巖沉積物時代主要為薊縣紀和青白口紀。沉積巖中碎屑鋯石最年輕的年齡可以用來限制沉積的最大年齡［14］，結(jié)合區(qū)域沉積環(huán)境和構(gòu)造演化，我們認為石英巖原巖沉積時代不早于921 Ma，這與內(nèi)蒙古自治區(qū)巖石地層中依據(jù)北山巖群西延馬鬃山地區(qū)獲得Rb-Sr全巖等時線年齡為1 755 Ma［12］得出北山巖群形成于古元古代的認識有一定的差異，為該區(qū)構(gòu)造演化研究提供了新的資料。

5　結(jié)論

（1）北山巖群巖石組合可歸納為三部分：由下到上依次為石英巖-石英片巖-大理巖，據(jù)此將其劃分為三個巖段，第一巖段為石英巖，第二巖段為石英片巖，第三巖段為大理巖，原巖為一套較典型的陸表海相沉積的正常碎屑巖和碳酸鹽巖。

（2）石英巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年結(jié)果顯示碎屑鋯石核部207Pb/206Pb年齡值范圍為921～3 011 Ma之間，主要的峰值年齡為1 329 Ma，屬于中元古代。結(jié)合區(qū)域特征，石英巖原巖沉積時代不早于921 Ma。

（3）石英巖鋯石陰極發(fā)光圖像特征及幔部測年結(jié)果表明早志留世（433 Ma左右）存在一期明顯的地質(zhì)事件。所測得的700～800多百萬年的年齡意義有待于進一步研究。

致謝：天津地質(zhì)礦產(chǎn)研究所周紅英研究員在LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡測試中給予了技術(shù)幫助，在此表示十分感謝！

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資助項目：中國地質(zhì)調(diào)查局“內(nèi)蒙古1/5萬風雷山、額默勒烏拉、錐西口、平臺山幅區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查項目（1212011220462）"

中圖分類號：P588

文獻標識碼：A

文章編號：1672-4135（2016）02-0089-06

收稿日期：2016-04-21

作者簡介：楊富林（1966-），男，地質(zhì)礦產(chǎn)高級工程師，主要從事礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查工作，E-mail：2576345163@qq.com。

Discussion on the forming age of the Beishan group in the Beishan area，Inner Mongolia

YANG Fu-lin1，ZHAO Zhi-xiong1，JIAWen-yan1，YANG liang2，XU Hai1，JIAYuan-qin1，GAOYong1
（1.Geology and Mineral Exploration Institute of Inner Mongolia，Hohhot 010010，China；2.Inner Mongolia Mining Development Limited Liability Company，Hohhot 010010，China）

Abstract：Beishan group-complex is an important Precambrian metamorphic stratum of the Beishan area.This aper reports LA-ICP-MS zircon U-Pb age from the quartzite of Beishan group-complex located in Beishan area，nner Mongolia.The results show that the207Pb/206Pb ages range from 921 Ma to 3 011 Ma，with the main peak ge of 1 329 Ma which belong to Proterozoic-Neoproterozoic from the core of detrital zircons，while the main eak age from the Hyperplasia edge of detrital zircons is 433 Ma，belong to early Silurian.The main composition f the Beishan group-complex are quartzite，quartz schist and marble from the bottom to the top，so it is divided nto three sections.Based on the regional depositional environments and tectonic evolution，it is suggested that he original sedimentary rock age of the quartzite is not earlier than 921 Ma.

Key words：Beishan group-complex；quartzite；detrital zircons；U-Pb age