阿爾泰北部喀納斯群碎屑巖鋯石U-Pb同位素年齡及其意義

王星，藺新望，趙端昌，張亞峰，菅坤坤，杜彪，朱偉鵬

(1.陜西省地質(zhì)調(diào)查中心，陜西 西安　710068；2.太原理工大學(xué)，山西 太原　030024)

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阿爾泰北部喀納斯群碎屑巖鋯石U-Pb同位素年齡及其意義

王星1，藺新望1，趙端昌1，張亞峰1，菅坤坤1，杜彪1，朱偉鵬2

(1.陜西省地質(zhì)調(diào)查中心，陜西 西安710068；2.太原理工大學(xué)，山西 太原030024)

阿爾泰北部大面積出露的喀納斯群為一套巨厚的淺變質(zhì)陸緣碎屑巖，本次工作系統(tǒng)采集了鋯石同位素年齡樣品及巖石地球化學(xué)樣品，其地球化學(xué)分析結(jié)果顯示沉積物來源于被動大陸邊緣環(huán)境；獲得的碎屑鋯石U-Pb同位素年齡資料中，最年輕的巖漿鋯石年齡為(545.8±3.7)Ma，據(jù)此可將喀納斯群的底界定為震旦系；較老的元古代鋯石年齡(858±13 Ma及1 800～1 983Ma)暗示了物源區(qū)很可能存在前寒武紀(jì)大陸地殼基底。

喀納斯群；鋯石U-Pb年齡；復(fù)理石；碎屑沉積巖；阿爾泰

阿爾泰造山帶位于中亞造山帶的西南部，沿北西—南東向橫貫中—蒙—俄—哈4國，全長約2 000 km，在中國境內(nèi)的部分約有500 km(何國琦等，1990)。作為中亞造山帶的重要組成部分，阿爾泰造山帶在全球的地質(zhì)構(gòu)造演化研究中占有重要地位，深受國內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注。近年來，關(guān)于阿爾泰造山帶的研究越來越多(WANG et al.，2006；陳漢林等，2006；李會軍等，2006，2010；童英等，2007；楊富全等，2008；孫桂華等，2009；柴鳳梅等，2009，2010；王濤等，2010；劉國仁等，2010；張亞峰等，2015；白建科等，2015；藺新望等，2015；張?jiān)降龋?015；彭素霞等，2015；王憲偉等，2015)，研究重點(diǎn)集中在阿爾泰山大面積出露的巖漿巖及與之相關(guān)的礦產(chǎn)資源等方面。隨著LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡資料的豐富，阿爾泰造山帶的研究程度也越來越高。

中國阿爾泰造山帶大地構(gòu)造分區(qū)屬天山-興蒙造山系阿爾泰弧盆系(潘桂棠等，2009)，具有增生型造山帶的基本特征，如以往研究的鈣堿性火山巖和花崗巖。此外，阿爾泰北部的喀納斯一帶大面積出露一套淺變質(zhì)的復(fù)理石沉積，也是造山帶的重要組成部分。原1∶20萬區(qū)調(diào)將其劃歸哈巴河群，后經(jīng)王廣耀等(1983)研究將其厘定為喀納斯群。對這套淺變質(zhì)的碎屑沉積巖時(shí)代歸屬及其所代表的沉積環(huán)境如今存在不同的認(rèn)識：一種觀點(diǎn)(何國琦等，1990；劉源等，2013)認(rèn)為喀納斯群的形成時(shí)代應(yīng)為震旦—寒武紀(jì)，其構(gòu)造背景屬被動陸緣的沉積環(huán)境；另一種觀點(diǎn)(袁超等，2007；龍曉平等，2008)則認(rèn)為這套碎屑巖的沉積時(shí)代歸屬早泥盆—中奧陶世，沉積環(huán)境屬活動大陸邊緣。鑒于現(xiàn)有資料存在的分歧，筆者在最近開展的新疆阿爾泰1∶5萬友誼峰等5幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查工作中，通過對該套地層進(jìn)行剖面測制和地質(zhì)路線調(diào)查，詳細(xì)研究了其地質(zhì)特征，采集了碎屑鋯石U-Pb同位素年代學(xué)及地球化學(xué)樣品全面進(jìn)行分析，以期為限定地層的最大沉積時(shí)代及其沉積環(huán)境構(gòu)造背景的判別提供依據(jù)。

1　區(qū)域地質(zhì)概況

中國阿爾泰造山帶北至中國—蒙古、俄羅斯及哈薩克斯坦邊境，南以額爾齊斯-瑪因鄂博構(gòu)造帶與哈薩克斯坦-準(zhǔn)噶爾板塊北緣相鄰，總體呈北西向展布，大地構(gòu)造位置屬西伯利亞板塊南緣。由北向南以紅山嘴-諾爾特?cái)嗔押桶蛯m-庫爾提斷裂為界，將其由北向南依次為北阿爾泰、中阿爾泰和南阿爾泰3個(gè)塊體(LI et al.,2003；XIAO et al.,2004)(圖1a)。北阿爾泰塊體主要由震旦—寒武系、上泥盆統(tǒng)一下石炭統(tǒng)火山-沉積巖組成；中阿爾泰塊體主要由震旦系—下古生界深變質(zhì)巖系和奧陶—侏羅紀(jì)侵入巖組成。其中，阿爾泰北部出露大量的碎屑沉積巖，可能有前寒武紀(jì)基底存在(HU et al.，2000；李會軍，2006)，具有微陸塊的特點(diǎn)(WINDLEY et al.，2002；LI et al.，2003；XIAO et al.，2004；李會軍，2006)；南阿爾泰塊體主要由元古宇片麻巖和泥盆紀(jì)火山-沉積巖系組成。筆者研究的喀納斯群屬中阿爾泰塊體。

圖1　研究區(qū)地質(zhì)簡圖*陜西省地質(zhì)調(diào)查院，新疆阿爾泰1∶5萬友誼峰等五幅區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查，待刊.

中阿爾泰塊體因區(qū)域應(yīng)力作用受斷層構(gòu)造控制呈北西向延伸，除大面積的侵入巖外，另發(fā)育一套厚度巨大、巖性單一的碎屑沉積巖-喀納斯群(圖1b)①，分布于白哈巴至阿勒泰市以北的廣大區(qū)域內(nèi)，呈南北走向，向北延伸出國境，構(gòu)成阿爾泰山的主體?？{斯群為一套淺變質(zhì)細(xì)碎屑巖組成的復(fù)理石沉積，主要由中薄層的砂巖、細(xì)砂巖、粉砂巖、泥巖組成為主，及少量千枚巖、泥質(zhì)灰?guī)r，雖發(fā)育褶皺，但多數(shù)地段的變質(zhì)程度僅達(dá)低綠片巖相。研究區(qū)內(nèi)分布廣泛，由東向西均有出露，向南延伸至喀納斯湖以南，向北延伸至國外。根據(jù)巖石類型、巖性組合及結(jié)構(gòu)構(gòu)造等特征將喀納斯群劃分為3個(gè)亞群：第一亞群主要由灰色細(xì)砂巖、粉砂巖組成，以出露有灰黑色塊狀石英砂巖區(qū)別于第二、三亞群；第二亞群由灰綠色、綠色絹云綠泥細(xì)粒石英砂巖、細(xì)粒長石石英砂巖、粉砂巖組成，上部出露有少量泥質(zhì)灰?guī)r，而區(qū)別于第三亞群；第三亞群由灰綠色、綠色變絹云綠泥細(xì)砂巖、粉砂巖、灰色泥巖不均勻互層組成。第一亞群中的塊狀石英砂巖、第二亞群中的中薄層狀泥質(zhì)灰?guī)r因巖性特征易于區(qū)分，且具有標(biāo)志意義，故本次工作將其厘定的非正式填圖單位，其中的石英砂巖具有較高的研究意義。各亞群之間呈整合接觸關(guān)系，局部受后期斷層控制，呈斷層接觸關(guān)系，區(qū)域上與上覆地層呈不整合接觸關(guān)系。阿爾泰山廣泛分布的花崗巖侵入體，出露面積達(dá)阿爾泰造山帶總面積的40%(王中剛等，1998)。最近，大量的鋯石U-Pb年代學(xué)研究表明，這些花崗巖的形成主要與早古生代的巖漿演化有關(guān)，花崗巖與喀納斯群普遍呈侵入接觸關(guān)系，這些資料為該套碎屑沉積巖的形成時(shí)代提供了重要劃分依據(jù)。

2　巖石學(xué)特征

喀納斯群整體為一套灰綠色、灰色薄層-中厚層細(xì)砂巖、粉砂巖、泥巖、變砂巖、千枚巖組成的低綠片巖相淺變質(zhì)碎屑巖系(圖2)，巖石變質(zhì)程度較低，但變形較強(qiáng)，地層產(chǎn)狀較陡。筆者選擇了一條代表性剖面(圖3)，對其進(jìn)行了重點(diǎn)的研究，主要巖性包括石英雜砂巖、石英砂巖、粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、千枚狀泥質(zhì)粉砂巖及泥巖夾層等，本次碎屑鋯石年齡樣品采自石英砂巖中。受區(qū)域淺變質(zhì)作用，碎屑中的石英發(fā)育變質(zhì)重結(jié)晶，形成變晶粒狀，部分仍顯示原次棱角狀特點(diǎn)，表明巖石成熟度較低。

石英雜砂巖：細(xì)粒砂狀結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造。碎屑成分主要為石英(60%～80%)、長石和綠簾石，及少量白云母、電氣石、磁鐵礦；填隙物成分包括綠泥石雜基和絹云母雜基等。受區(qū)域淺變質(zhì)作用，碎屑中的石英發(fā)育變質(zhì)重結(jié)晶，形成變晶粒狀，粒徑大小0.1～0.3mm，部分仍顯示原次棱角狀特點(diǎn)，原分選性稍好，而磨圓度稍差。填隙物成分為黏土礦物，經(jīng)明顯變質(zhì)重結(jié)晶形成綠泥石和絹云母等鱗片狀雜基，形成接觸式膠結(jié)類型和顆粒支撐。

圖2　喀納斯群野外照片F(xiàn)ig.2　Field photograph of the Kanas Group

1.第四系；2.石英雜砂巖；3.石英砂巖；4.粉砂巖；5.泥質(zhì)粉砂巖；6.泥巖；7.絹云母化細(xì)砂巖；8.千枚巖圖3　喀納斯群實(shí)測地質(zhì)剖面圖Fig.3　Measured geological section of the Kanas Group

石英砂巖：砂狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。碎屑成分主要為石英(76%～79%)和長石(約5%)，及少量綠簾石、電氣石、磁鐵礦、鋯石；填隙物成分包括黑云母雜基、綠泥石雜基和絹云母雜基等。受區(qū)域淺變質(zhì)作用，巖石中的碎屑石英、長石發(fā)育變質(zhì)重結(jié)晶，形成變晶粒狀，粒徑大小0.1～0.3mm，部分仍顯示原次棱角狀特點(diǎn)，原分選性稍好，而磨圓度稍差。填隙物成分原為黏土礦物，后經(jīng)變質(zhì)重結(jié)晶形成黑云母、綠泥石和絹云母等細(xì)小鱗片，形成接觸式膠結(jié)類型和顆粒支撐。礦物成分定向分布不明顯，呈塊狀構(gòu)造。

粉砂巖：粉砂結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造。碎屑成分主要為石英，填隙物為絹云母及少量綠泥石等，副礦物可見電氣石。巖石受區(qū)域淺變質(zhì)作用，石英粉砂發(fā)生變質(zhì)重結(jié)晶，形成變晶粒狀，粒徑大小0.03～0.04mm，少數(shù)仍殘余次棱角狀特點(diǎn)，原分選性稍好，而磨圓度稍差。填隙物成分原為黏土礦物，經(jīng)區(qū)域淺變質(zhì)作用形成絹云母鱗片，受應(yīng)力作用平行定向排列，與原生層理一致。

3　鋯石年齡

3.1樣品采集

本次工作在喀納斯群的石英砂巖中采集了一套碎屑鋯石年齡樣品(PM02-4)，其地理坐標(biāo)為北緯49°03′46″，東經(jīng)87°03′18″(圖 1)。

3.2鋯石U-Pb同位素分析方法

采集約15kg巖石樣品，按常規(guī)方法粉碎，用磁選、電磁選方法分選得到重砂礦物，再淘洗獲得鋯石精礦，最后在雙目鏡下挑選出晶形和透明度較好的鋯石晶體作為鋯石U-Th-Pb同位素測定對象。首先將鋯石顆粒粘在雙面膠上，然后用無色透明的環(huán)氧樹脂固定，待環(huán)氧樹脂充分固化后，對其表面進(jìn)行拋光至鋯石內(nèi)部暴露。鋯石的陰極發(fā)光照相在西北大學(xué)大陸動力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室掃描電鏡加載陰極發(fā)光儀上完成。鋯石微區(qū)原位U-Th-Pb同位素年齡分析在中國地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心微區(qū)分析實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，分析儀器為Agilent7500a型四極桿質(zhì)譜儀和Geolas200M型激光剝蝕系統(tǒng)，激光器為193nm ArF準(zhǔn)分子激光器。激光剝蝕斑束直徑為24μm，激光剝蝕樣品的深度為20～40μm。鋯石年齡計(jì)算采用標(biāo)準(zhǔn)鋯石GJ作為外標(biāo)，元素含量采用美國國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)局人工合成硅酸鹽玻璃NIST SRM610作為外標(biāo)，29Si作為內(nèi)標(biāo)元素進(jìn)行校正。詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)原理和流程及儀器參見李艷廣等(2015)。樣品的同位素比值和元素含量數(shù)據(jù)處理采用GLITTER程序，并采用Andersen軟件對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行普通鉛校正，年齡計(jì)算及諧和圖繪制采用ISOPLOT(2.49 版)軟件完成。

3.3鋯石U-Pb年齡

從陰極發(fā)光圖片(圖4)來看，碎屑鋯石呈棱角狀，大多數(shù)振蕩環(huán)帶明顯，個(gè)別內(nèi)部為均值或弱環(huán)帶結(jié)構(gòu)，長度為80～150μm，寬度為50～100μm，個(gè)別鋯石可達(dá)150μm×300μm，整體長寬比值較小。少量鋯石具有一定的磨圓度，可能是長距離搬運(yùn)或沉積再旋回的結(jié)果。大體可分為3類：①核部與邊緣都發(fā)育有振蕩環(huán)帶或弱振蕩環(huán)帶，為巖漿成因鋯石。②核部具有繼承鋯石的殘留核，但邊部具有明顯能代表巖漿結(jié)晶年齡的振蕩環(huán)帶。③少量鋯石顯示面狀分帶結(jié)構(gòu)或均質(zhì)無分帶結(jié)構(gòu)，其可能是鋯石經(jīng)歷了重結(jié)晶的變質(zhì)成因，U-Pb年齡可能記錄的是變質(zhì)熱時(shí)間年齡。除均質(zhì)無分帶的鋯石外，測點(diǎn)都部分于具有明顯的振蕩環(huán)帶的部位，Th和U等微量元素含量不同，CL圖像強(qiáng)弱不等，少量顏色較暗。

圖4　喀納斯群淺變質(zhì)碎屑巖典型鋯石陰極發(fā)光(CL)圖像及U-Pb同位素年齡(Ma)Fig.4　Representative Cathodoluminescence(CL)images for zircons from the epimetamorphic clastic rocks of the Kanas Group and U-Pb isotopic ages (Ma)

對挑選出的鋯石共進(jìn)行了60次分析，測試結(jié)果見表1和圖5?？{斯群碎屑鋯石共60個(gè)測點(diǎn)，各測點(diǎn)在諧和圖上出現(xiàn)3個(gè)聚集分布區(qū)域，據(jù)此將喀納斯群碎屑鋯石分為3組(圖 5)：第一組共9個(gè)測點(diǎn)，其206Pb/238U年齡為837～887Ma，206Pb/238U加權(quán)平均年齡為(858±13)Ma(2σ，MSWD=0.68)；第二組共45個(gè)測點(diǎn)，其206Pb/238U年齡為536～567Ma，206Pb/238U加權(quán)平均年齡為(545.8±3.7)Ma(2σ，MSWD=0.40)；第三組有5顆鋯石給出了早元古代的年齡，206Pb/238U值為1 800～1 983Ma。另獲得3顆分散的鋯石年齡：其中2顆年齡值較新的鋯石，邊部發(fā)育有明顯的退變質(zhì)亮邊，且環(huán)帶不清，具有重結(jié)晶的特征，時(shí)代分別為早侏羅世(206Pb/238U年齡199±5Ma)和早志留世(206Pb/238U年齡424±12Ma)，分別對應(yīng)了研究區(qū)的2次巖漿活動事件；較老的一顆為比較諧和的太古宙巖漿鋯石(206Pb/238U年齡3 043±53Ma)，反映源區(qū)中可能有太古宙碎屑物質(zhì)的存在?？{斯群淺變質(zhì)碎屑巖中鋯石U含量變化于60.91×10-6～1 243.42×10-6，Th含量變化于28.36×10-6～520.57×10-6，Th/U值為0.180～1.126，其中Th/U值最高達(dá)1.126，符合典型巖漿鋯石的Th/U值(>0.4)的特征，也表明了鋯石為巖漿成因。

圖5　喀納斯群淺變質(zhì)碎屑巖鋯石U-Pb諧和圖和206Pb/238U分布圖Fig.5　Concordia diagram showing results of Zircons U-Pb dating and 206Pb/238U age distribution of detrital Zircons from the epimetamorphic clastic rocks of the Kanas Group

4　巖石地球化學(xué)特征

地球化學(xué)分析在咸陽核工業(yè)二○三研究所分析測試中心完成。常量元素用常規(guī)濕法、容量法分析，其中燒失量用重量法分析，微量元素用電感耦合等離子體發(fā)射光譜法(ICP-AES)分析，稀土元素用電感耦合等離子體質(zhì)譜法。常量元素的分析精度(相對標(biāo)準(zhǔn)差)一般小于1%，微量元素和稀土元素分析精度優(yōu)于5%。

4.1主量元素

砂巖主量元素能夠直接反映其碎屑顆粒的組成，喀納斯群碎屑沉積巖主量元素分析結(jié)果如表2所示：巖石SiO2含量變化較大，在60.31%～74.40%；Al2O3為11.24%～16.08%，含量均較高，這些特征與巖石石英含量變化較大，黏土成分含量較高的有關(guān)； K2O/Na2O相對于SiO2含量比值較高。以往研究證明，K2O/Na2O值能指示砂巖(包括砂)和泥巖(包括泥質(zhì)沉積物)沉積的構(gòu)造環(huán)境(TAYLOR et al.,1985；ROSER et al.,1986)，K2O/Na2O值由被動大陸邊緣(PM)、經(jīng)活動大陸邊緣(ACM)、到大洋島弧(ARC)環(huán)境規(guī)律降低的趨勢，這反映的是由源區(qū)物質(zhì)成分、風(fēng)化程度、搬運(yùn)情況、再循環(huán)次數(shù)等所決定的沉積物成熟度的降低。

表2　喀納斯群主量元素分析結(jié)果表(%)

ROSER(1986)在對新西蘭來源于不同物源區(qū)的砂巖和泥巖常量元素成分研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合世界上其他地區(qū)已知構(gòu)造背景下砂巖和泥巖的化學(xué)成分分析資料，利用某些氧化物的比值(SiO2/Al2O3、K2O /Na2O)作為參數(shù)，通過圖解法判別出它們的不同物源區(qū)和構(gòu)造環(huán)境。將研究區(qū)砂泥巖常量元素比值投入上述判別圖(圖6)，可以看出投點(diǎn)基本上落入靠近被動大陸邊緣(PM)的活動陸緣區(qū)(ACM)。

4.2微量元素

形成于不同構(gòu)造背景下的巖石微量元素含量存在明顯差異，且微量元素(特別是相對不活潑的微量元素)的組合特征在確定物源區(qū)類型和反映構(gòu)造環(huán)境方面極為有用，因此，可以通過對巖石中微量元素的研究反演其構(gòu)造背景(表3)。

BHATIA(1983,1985)、BHATIA等(1986)研究發(fā)現(xiàn)源區(qū)類型和構(gòu)造背景與微量元素含量存在對應(yīng)關(guān)系。Sc、Y、Th和高場強(qiáng)元素(如Nb、Ta、Zr、Hf)以及Rb、Cs、Ga等部分大離子親石元素在風(fēng)化過程中很不活潑，隨沉積物一起搬運(yùn)沉積，因此常被用來作為判斷源區(qū)巖石類型和構(gòu)造背景的主要工具?？{斯群碎屑沉積巖樣品在微量元素La-Th、La-Th-Sc判別圖解(圖7)中，集中投在了大陸邊緣附近，表明物源區(qū)類似大陸環(huán)境。

A1.島弧背景；A2.演化的島弧背景；ACR.大洋島?。籄CM.活動陸緣；PM.被動陸緣圖6　(a)喀納斯群SiO2 /Al2O3-K2O/Na2O圖解和(b)K2O/Na2O-SiO2圖解(據(jù)ROSER，1986)Fig.6　(a)SiO2 /Al2O3-K2O/Na2O and (b)K2O/Na2O-SiO2 discrimination diagrams of the Kanas Group

元素PM02-1PM02-2PM02-3PM02-4PM02-5PM02-6PM03-2PM03-3PM03-4PM03-5PM03-6La23.618.323.930.720.836.433.627.627.430.125.6Ce49.343.857.562.251.676.467.457.857.560.954.4Pr6.164.926.637.765.318.458.767.157.267.616.59Nd22.918.325.128.319.431.232.62727.327.624.2Sm4.773.955.565.954.335.96.466.015.495.515.23Eu1.020.741.131.210.971.321.251.181.141.020.98Gd4.583.945.785.444.15.916.125.625.294.764.73Tb0.650.530.790.730.60.810.810.760.730.630.63Dy4.023.645.324.6345.174.984.644.783.734Ho0.720.660.890.780.70.910.850.830.870.650.68Er2.312.072.952.52.182.792.772.792.592.162.06Tm0.340.310.380.330.310.350.40.380.360.320.29Yb2.221.992.62.242.242.422.462.332.351.892.02Lu0.320.330.380.310.340.290.380.340.340.280.27P914.9674.1815.7897.5678.9570.7632.2658735.6602.5704.6Sc9.39.711.11018.1151315.915.610.413.9V99.175.8113.670.488.888.6101.3110.8121.884.7106Cr169.1111.7156.3165.3114.6158.9137.6139.2150.7136.8137.6Cu36.954.613.419.8149.728.23731.815.826.2Zn87.394.788.860.211660.179.690.197.761.389.8Ga17.316.620.514.422.116.717.918.819.215.617.9As41.63.93.515.62.82.12.63.13.72.6Sr280.8201.2208.6281.5184.781.3114.3107.8109.7138118.1

續(xù)表3

元素PM02-1PM02-2PM02-3PM02-4PM02-5PM02-6PM03-2PM03-3PM03-4PM03-5PM03-6Zr166.2126.3208.5190.8143.6155.8163.2146.1171.6189.2159Ba245.9235.9523244.9539.9297.1474.1485.4595.2363.7503.3Pb20.921.119.818.621.41122.620.12119.419Rb91.277.186.857.3102.267.888.382.598.277.496.9Th23.121.924.228.919.923.6272521.82922.3U2.222.482.712.772.133.142.072.022.12.671.66Co18.917.31912.425.917.31819.119.612.317.4Ni81.26879.152.493.9837873.883.352.372.6Nb17.847.838.714.411132114.210.91239.3Ta6.849.182.911.790.761.672.531.480.441.65.1Sn2.712.683.182.062.222.383.132.493.492.853.05Y2320.529.924.923.128.327.526.526.120.822.3∑REE122.91103.48138.91153.08116.88178.32168.84144.43143.4147.16131.68δEu0.640.550.590.620.680.660.580.590.620.580.58(La/Yb)N7.66.66.69.86.710.89.808.508.3611.429.09(La/Sm)N3.192.992.783.333.103.983.362.963.223.533.16(Gd/Lu)N1.771.481.882.171.492.521.992.041.922.102.17

A.大洋島弧；B.大陸島??；C.活動大陸邊緣；D.被動大陸邊緣圖7　(a)喀納斯群La-Th圖解和(b)喀納斯群La-Th-Sc圖解(據(jù)BAHATIA et al.,1986)Fig.7　(a)La-Th and (b)La-Th-Sc tectonic setting discrimination diagrams of the Kanas Group

砂巖中La/Y-Sc/Cr關(guān)系可以較好的揭示砂巖類型和源區(qū)構(gòu)造背景。La/Y值可以用來對比砂巖中輕稀土元素較重稀土元素富集的程度，Sc/Cr是2個(gè)相容元素的比值。通常情況下，砂巖中La/Y值由大洋島弧、大陸弧、活動大陸邊緣到被動大陸邊緣逐漸增高，而Sc/Cr則逐漸降低。被動陸緣背景下的砂巖Sc/Cr值通常小于0.2(TAYLOR et al.,1985；ROSER et al.,1986)。

喀納斯群碎屑巖中樣品在La/Y-Sc/Cr圖解中(圖8)，落入被動大陸邊緣及其附近，即說明喀納斯群碎屑沉積巖的源區(qū)應(yīng)該為被動大陸邊緣。

A.大洋島弧；B.大陸島??；C.活動大陸邊緣；D.被動大陸邊緣圖8　喀納斯群La/Y-Sc/Cr圖解(據(jù)BAHATIA et al.,1986)Fig.8　La/Y-Sc/Cr tectonic setting discrimination diagrams of the Kanas Group

喀納斯群稀土元素總含量(∑REE=103.48×10-6～178.32×10-6)較低，平均值為140.83×10-6。(La/Sm)N值為2.78～3.98，(Gd/Yb)N值為1.48～2.52，(La/Yb)N值為6.60～11.42，表明巖石輕稀土元素分餾程度高于重稀土元素，輕、重稀土元素之間分餾程度較強(qiáng)。巖石δEu為0.55～0.68，呈中等負(fù)異常。在巖石球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分曲線圖(圖9)上同樣表現(xiàn)出輕稀土元素富集、重稀土元素相對虧損、中等負(fù)Eu異常的右傾型特征。

圖9　球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分曲線(據(jù)TAYLOR et al.,1985)Fig.9　Chondrite-normalized REE patterns

沉積物中稀土元素的含量主要受控于源區(qū)性質(zhì)，而受沉積物搬運(yùn)過程、沉積環(huán)境、成巖作用和變質(zhì)作用的影響很小。因此，沉積物中的稀土元素常被用來進(jìn)行源區(qū)恢復(fù)(BHATIA，1983,1985；MCLENNAN et al.,1991,1993)。來自被動陸緣、克拉通背景區(qū)的沉積物研究表明，這些沉積物具有混合物源、Eu負(fù)異常、輕稀土富集等特征。喀納斯群稀土元素具有以上特征，表明喀納斯群碎屑沉積物的物源區(qū)應(yīng)該為被動大陸邊緣背景，這與喀納斯群微量元素判別結(jié)果一致。

5　討論

喀納斯群最早由王廣耀等(1983)于阿勒泰山北部的喀納斯村創(chuàng)建，并將其重新厘定為早震旦世。何國琦等(1990)將這套巨厚的復(fù)理石沉積劃歸到被動陸緣的沉積環(huán)境；而袁超等(2007)據(jù)碎屑鋯石年代學(xué)特征，將其沉積時(shí)代應(yīng)在早泥盆—中奧陶世，并提出活動大陸邊緣的觀點(diǎn)；最近，劉源等(2013)結(jié)合喀納斯群碎屑鋯石及侵入的變質(zhì)花崗巖的巖漿鋯石年齡，將其沉積時(shí)代厘定為晚震旦—早寒武世，屬形成于被動大陸邊緣環(huán)境的復(fù)理石沉積。

阿爾泰北部廣泛分布的喀納斯群為一套巨厚的淺變質(zhì)陸緣碎屑沉積巖，單層厚度小，具典型的復(fù)理石沉積特征。地層中發(fā)現(xiàn)的微古植物群具有從前寒武紀(jì)向寒武紀(jì)及其以后的生物群過渡的性質(zhì)，也就是具有寒武紀(jì)微古植物群的先驅(qū)分子。如Micrhystridium及Polyedryxium屬，特別是Micrhystridium屬被視為從早寒武世才開始大量出現(xiàn)的分子，在湖北三峽、川西、新疆阿克蘇—烏什地區(qū)的上震旦統(tǒng)中有少量出現(xiàn)。此外，目前僅發(fā)現(xiàn)于我國上震旦統(tǒng)和蘇聯(lián)貝加爾西南及西伯利亞陸臺南部的晚前寒武紀(jì)的Turuchaniaternata，Turuchaniaalara分子在喀納斯群中也有發(fā)現(xiàn)，據(jù)此，李會軍等(2006)認(rèn)為將喀納斯群的時(shí)代歸屬震旦紀(jì)為宜。本次工作在這套淺變質(zhì)碎屑巖中采集了鋯石U-Pb同位素年齡樣品，較集中的206Pb/238U年齡組分別為(858±13)Ma、(545.8±3.7)Ma、及1 800～1 983Ma；另有3顆分散的鋯石年齡，時(shí)代分別為早侏羅世(206Pb/238U年齡199±5Ma)、早志留世(206Pb/238U年齡424±12Ma)、太古宙(206Pb/238U年齡3043±53Ma)。晚古生代的2顆鋯石，邊部發(fā)育有明顯的退變質(zhì)亮邊，且環(huán)帶不清，具有重結(jié)晶的特征，年齡分別對應(yīng)了研究區(qū)的2次巖漿活動時(shí)間，可能與后期巖漿-熱事件的作用有關(guān)。胡靄琴(1995)曾在喀納斯群中獲得的Pb-Pb等時(shí)線年齡為(541±126)Ma，李會軍等(2006)認(rèn)為若年齡值可靠，已非常接近寒武系下限，加之喀納斯群沒有見底，因此喀納斯群底界以定為震旦系為宜。本次采集的碎屑鋯石，最新的巖漿鋯石年齡為(545.8±3.7)Ma，相當(dāng)于國際地層表中的新元古代埃迪卡拉紀(jì)晚期(晚震旦世晚期)，而該樣品位于喀納斯群中段。據(jù)此，可將喀納斯群的底界定為震旦系。劉源等(2013)根據(jù)侵入喀納斯群中的變質(zhì)花崗巖的巖漿鋯石年齡(206Pb/238U年齡523±19 Ma)，將喀納斯群的沉積時(shí)代上限定在了早寒武世。綜上所述，筆者認(rèn)為喀納斯群的形成時(shí)代應(yīng)該為震旦紀(jì)—早寒武世。

前人(徐新，2003；STERN，2005；李錦軼等，2006；李會軍等，2006)研究表明，喀納斯群沉積時(shí)，阿爾泰構(gòu)造帶與西伯利亞板塊南緣之間為薩拉伊爾洋(古亞洲洋的分支)分隔，喀納斯群碎屑物質(zhì)不可能來源于西伯利亞板塊南緣。而現(xiàn)今在阿爾泰構(gòu)造帶南部和準(zhǔn)噶爾地塊北部發(fā)現(xiàn)的蛇綠巖時(shí)代都晚于喀納斯群形成時(shí)代(張海祥等，2003；王宗秀等，2003；簡平等，2003；肖文交等，2006)，表明阿爾泰構(gòu)造帶南邊的準(zhǔn)噶爾洋主要打開和擴(kuò)張時(shí)間在喀納斯群沉積之后。何國琦等(1990)和CHANG(1995)根據(jù)哈巴河群沉積建造以成熟度較高的陸源碎屑為主且很少發(fā)育火山巖的地質(zhì)事實(shí)認(rèn)為在其沉積期間屬被動陸緣環(huán)境。

本次工作筆者在喀納斯群碎屑沉積巖中系統(tǒng)采集了地球化學(xué)樣品和鋯石同位素年齡樣品。其地球化學(xué)樣特征及判別圖解顯示沉積物來源于被動大陸邊緣環(huán)境，碎屑鋯石中發(fā)現(xiàn)的元古代巖漿鋯石暗示了物源區(qū)存在古老基底。因此，推測喀納斯群沉積時(shí)，應(yīng)該是南邊的準(zhǔn)噶爾地塊作為阿爾泰被動大陸邊緣的大陸為其提供碎屑物源，準(zhǔn)噶爾地塊很可能存在前寒武紀(jì)大陸地殼基底。

6　結(jié)論

(1)阿爾泰北部喀納斯群陸緣碎屑巖的沉積時(shí)代應(yīng)在震旦紀(jì)—早寒武世。

(2)喀納斯群碎屑沉積巖的鋯石年齡資料顯示其物源區(qū)很可能存在前寒武紀(jì)大陸地殼基底——準(zhǔn)噶爾板塊。

致謝：LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡測試和巖石地球化學(xué)數(shù)據(jù)分析分別得到了中國地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心微區(qū)分析實(shí)驗(yàn)室李艷廣工程師和咸陽核工業(yè)二○三研究所分析測試中心林桂芝工程師的大力支持和熱心幫助，在此一并表示衷心的感謝!

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U-Pb Dating of Detrital Zircons from the Kanas Group in Northern Altay and Its Geological Significance

WANG Xing1, LIN Xinwang1, ZHAO Duanchang1, ZHANG Yafeng1, JIAN Kunkun1, DU Biao1, ZHU Weipeng2

(1.Shaanxi Center of Geological Survey，Xi’an 710068，Shaanxi,China；2.College of Mining Technology, Taiyuan University of Technology, Taiyuan 030024, Shanxi,China)

The Kanas Group is consists of thick epimetamorphic terrigenous clasolite, which occurs widely in northern Altay. In this paper, the samples of zircon isotopic dating and rock geochemicalanalysis have been collected systematically. The geochemical results show that these clasticsedimentaries were sourced from passive continental margin.The U-Pb dating of detrital Zircon from the Kanas Group yield the youngest magmatic Zircon age of 545.8±3.7 Ma, defining that the lower boundary of the Kanas Group can be delimit as Sanian. But the older Zircon ages are 858±13 Ma and 1 800-1 983 Ma, which belong to Proterozoic era,indicating the existence of Precambrian continental crust basement.

Kanas Group; zircon U-Pb dating; flysch; clastic sedimentary rock; Altay

2016-03-02；

2016-05-23

中國地質(zhì)調(diào)查局“阿爾泰成礦帶喀納斯和東準(zhǔn)地區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查”(121201011000150003)

王星(1988-)，男，助理工程師，主要從事區(qū)域地質(zhì)調(diào)查工作。E-mail：star_cug@126.com

P595

A

1009-6248(2016)03-0013-15