柴北緣牦牛山組火山巖鋯石U-Pb年齡及其地質(zhì)意義

張耀玲，倪晉宇，沈燕緒，王超群，高萬里，胡道功

(1.中國地質(zhì)大學(xué)(北京) 地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京 100083；2.中國地質(zhì)科學(xué)院 地質(zhì)力學(xué)研究所，北京 100081；3.中國五礦集團公司 五礦勘查開發(fā)有限公司，北京 100010；4.國土資源實物地質(zhì)資料中心，河北 廊坊 065201)

0 引 言

柴達木盆地周緣經(jīng)歷了加里東期和印支期造山作用，牦牛山組磨拉石建造被認為是早古生代造山作用結(jié)束的標志[1-4]。由于缺乏有關(guān)牦牛山組形成時代的精確年齡，對牦牛山組形成時代的認識主要依據(jù)在上部層位所采集的生物化石，并以此推測早古生代造山結(jié)束時間為晚泥盆世[2-4]。陸露等在東昆侖水泥廠地區(qū)獲得牦牛山組磨拉石中流紋巖夾層鋯石U-Pb年齡為400～423 Ma[5]，認為造山結(jié)束時間為晚志留世—早泥盆世；寇存貴等在柴北緣阿木尼克地區(qū)獲得牦牛山組火山巖鋯石U-Pb年齡為中晚泥盆世[6]。本次研究的柴北緣牦牛山組磨拉石建造位于牦牛山組命名地，且其中含有大量的火山巖層，為精確測定牦牛山組形成時代提供了理想的測年物質(zhì)。我們采用LA-MC-ICP-MS鋯石U-Pb同位素測定方法，對青海省德令哈市牦牛山地區(qū)被認為是晚泥盆世的牦牛山組上部火山巖進行了年齡測定，研究結(jié)果旨在確定該地區(qū)牦牛山組上部火山巖段形成時代，以期為柴北緣東昆侖地區(qū)早古生代造山作用提供新的時間約束。

1 區(qū)域地質(zhì)背景和牦牛山組地質(zhì)特征

牦牛山組廣泛分布于柴達木盆地周緣早古生代造山后磨拉石盆地，即賽什騰山—阿木尼克山—牦牛山—瓦洪山一帶和東昆侖北緣逆沖斷裂帶南北兩側(cè)的肯德可克、鋸齒山、水泥廠東、宗加南、那更灘等盆地，但對其形成時代存在分歧。1962年青海省地質(zhì)局石油普查大隊在柴達木盆地東北緣創(chuàng)名“牦牛山統(tǒng)”，認為其時代為晚泥盆世早期[7]；青海地質(zhì)礦產(chǎn)局將柴達木盆地北緣的陸相碎屑巖統(tǒng)稱為“牦牛山組”[8]，并定義為分布于中、南祁連山及柴達木盆地周緣，下部由灰綠色、紫紅色礫巖、砂礫巖組成磨拉石建造，上部由火山巖、火山碎屑巖組成的地層[9]。在柴達木盆地南緣，牦牛山組由下部碎屑巖段和上部火山巖段組成。下部陸相碎屑巖由880 m厚的灰—深灰色礫巖、砂巖、粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖夾粗玄巖組成，呈角度不整合覆蓋在元古界金水口群之上；上部厚2 485 m的深灰色安山巖、灰綠色玄武巖、灰色—灰紫色流紋巖、英安巖夾火山角礫巖、凝灰?guī)r及少量碎屑巖整合于下部碎屑巖段之上，碎屑巖系與牦牛山地區(qū)的牦牛山組相似，由于缺乏年齡和化石依據(jù)，僅依據(jù)柴達木盆地東緣夏日哈及北緣阿木尼克等地發(fā)現(xiàn)的植物化石，將時代暫定為晚泥盆世*青海省地質(zhì)礦產(chǎn)局.中華人民共和國區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告——格爾木市幅、納赤臺幅(1∶20萬).1981.。

本文研究區(qū)位于柴北緣牦牛山地區(qū)，大地構(gòu)造位置處于柴北緣、東昆侖北麓分區(qū)，南鄰柴北緣高壓-超高壓變質(zhì)帶(圖1)。柴北緣牦牛山地區(qū)的牦牛山組其下部為紫紅色—灰紫色厚層礫巖、砂礫巖、粉砂巖，上部為灰綠—灰紫色中-酸性火山巖和少量基性火山巖及細碎屑巖。采樣點位于德令哈市東南約120 km牦牛山北坡(N36°54′43.15″，E97°38′23.59″，海拔3 459 m)，樣品采集地位于火山巖段的中上部(圖2(a))，測年樣品B075-1、B075-2均為流紋質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r(圖2(b))，巖石主要由火山角礫和凝灰物組成?；鹕浇堑[為棱角狀流紋巖、流紋質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r和斜長石晶屑，凝灰物為晶屑、塑性玻屑和巖屑，晶屑為棱角狀斜長石、鉀長石、石英和黑云母，巖屑為棱角狀流紋巖與流紋質(zhì)凝灰?guī)r。

2 測試方法

圖1 牦牛山地區(qū)地質(zhì)圖(據(jù)“1∶20萬德令哈舊址幅、烏蘭幅地質(zhì)圖”修改)Fig.1 Geological map of Maoniushan region1.第四系；2.獅子溝組；3.油沙山組；4.上新統(tǒng)a段；5.白楊河組；6.犬牙溝群；7.紅水溝組；8.采石嶺組；9.大煤溝組；10.早中侏羅統(tǒng)；11.扎布薩尕秀組；12.克魯克組；13.懷頭他拉組；14.城墻溝組；15.牦牛山組；16.沙柳河群；17.震旦系c段；18.震旦系b段；19.震旦系a段；20.晚古生代粗?；◢弾r、似斑狀花崗巖；21.晚古生代肉紅色花崗巖；22.晚古生代灰白—淺肉紅色花崗閃長巖；23.晚古生代灰-灰綠色閃長巖；24.產(chǎn)狀；25.斷層；26.不整合界線；27.采樣點

鋯石按常規(guī)方法分選、挑純。將分選鋯石用雙面膠粘在玻璃板上，罩上PVC環(huán)，然后將環(huán)氧樹脂和固化劑進行充分混合后注入PVC環(huán)中，待樹脂充分固化后將樣品從靶上剝離，并對其進行打磨和拋光，然后對鋯石進行顯微鏡下的反射光、透射光及陰極發(fā)光(CL)照相。

圖2 牦牛山組野外地質(zhì)特征(a)與流紋質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r顯微構(gòu)造(b)Fig.2 Field structure of Maoniushan Formation(a)and microstructure of rhyolite-tuff(b)

鋯石U-Th-Pb同位素分析在天津地質(zhì)礦產(chǎn)研究所同位素實驗室激光燒蝕多接收器電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(LA-MC-ICPMS)系統(tǒng)上完成。其多接收器電感耦合等離子體質(zhì)譜儀為Thermo Fisher公司制造的Neptune，離子光學(xué)通路采用能量聚焦和質(zhì)量聚焦的雙聚焦設(shè)計，并采用動態(tài)變焦(ZOOM)使質(zhì)量色散達到17%。儀器配有9個法拉第杯接收器和4個離子計數(shù)器接收器。激光器為美國ESI公司生產(chǎn)的UP193-FX ArF準分子激光器，激光波長193 nm，脈沖寬度5 ns，束斑直徑為2～150 μm，可調(diào)，脈沖頻率1～200 Hz，連續(xù)可調(diào)。本次測試根據(jù)鋯石CL圖像和透射光及反射光照片，利用193 nm激光器對鋯石進行剝蝕，設(shè)置的剝蝕坑直徑為35 m，激光能量密度為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，利用動態(tài)變焦擴大色散同時接收質(zhì)量數(shù)相差很大的U-Pb同位素，從而進行鋯石U-Pb同位素原位測定。用TEMORA鋯石標樣和NIST612玻璃標樣分別校正U-Pb分餾和U、Th、Pb含量。采用ICP-MS DataCal程序和Isoplot程序進行數(shù)據(jù)處理，鋯石微量元素含量和U-Pb同位素定年在地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點實驗室(GPMR)中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)利用LA-ICP-MS同時分析完成。激光剝蝕系統(tǒng)為GeoLas 2005，ICP-MS 為Agilent 7500a。對分析數(shù)據(jù)的離線處理采用軟件ICPMSDataCal[10-11]完成。詳細的儀器操作條件和數(shù)據(jù)處理方法參考Liu 等[10-12]。鋯石U-Pb諧和圖繪制和年齡加權(quán)平均值計算均采用Isoplot完成。采用208Pb 校正法對普通鉛進行校正。詳細的實驗流程參考李懷坤等[13]。實驗分析數(shù)據(jù)如表1所示，測試數(shù)據(jù)的誤差均為1σ。由于樣品年齡小于1.0 Ga，年齡值采用206Pb/238U 年齡。

表1 牦牛山組流紋質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r樣品鋯石分析數(shù)據(jù)Table 1 U-Pb data for zircons from rhyolite-tuff samples of the Maoniushan Formation

3 火山巖鋯石U-Pb年齡測試結(jié)果分析

牦牛山組流紋質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)rCL圖像(圖3)表明火山巖鋯石構(gòu)成相對單一，大部分鋯石發(fā)育韻律環(huán)帶結(jié)構(gòu)，清楚地指示了其巖漿成因。

圖3 流紋質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r鋯石陰極發(fā)光圖像與部分測點位置Fig.3 CL images of zircons from rhyolite-tuff with partially test points

圖4 流紋質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r樣品鋯石U-Pb諧和曲線圖Fig.4 Zircon U-Pb concordant diagrams of rhyolite-tuff

根據(jù)流紋質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r樣品(B075-1)的鋯石分析結(jié)果，18個鋯石分析點的Th/U比值在0.54～1.44之間變化(表1)，與通常巖漿中鋯石的特征相同，年齡計算時剔除1個誤差較大的分析點(點12)的206Pb/238U年齡數(shù)據(jù)(363±3.0) Ma，其余17個鋯石分析點的206Pb/238U表面年齡為387～405 Ma(表1)，加權(quán)年齡平均值為(396.5±2.4) Ma(圖4(a))，此年齡被解釋為凝灰?guī)r的噴發(fā)年齡。

根據(jù)流紋質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r樣品(B075-2)的鋯石分析結(jié)果，20個鋯石分析點的Th/U比值在0.73～1.45之間變化(表1)，與典型巖漿鋯石的特征相同，加權(quán)年齡平均值為(395.8±1.2) Ma(圖4(b))，此年齡被解釋為凝灰?guī)r的噴發(fā)年齡。

4 討 論

4.1 牦牛山組地層形成時代

柴北緣牦牛山地區(qū)的牦牛山組其下部為粗碎屑巖組成的磨拉石建造，上部由中-酸性和少量基性火山巖及細碎屑巖組成。20世紀80年代所完成的1∶20萬地質(zhì)圖中，依據(jù)牦牛山組上部沉積巖層中所采集的化石而確定，如在阿木尼克和牦牛山上部細碎屑巖中采到的植物化石Leptophloeumrhombicum，在祁漫塔格上部泥質(zhì)碎屑巖夾層中采到的植物化石Lepidodendropsissp.,在肯得可克地區(qū)采得的Leptophloeumrhombicum、Sublepidodendronmirabile、Cyclostigmakiltorkense及魚化石Bothriolepinae？等化石[4,8]，將牦牛山組形成時代定為晚泥盆世，并可能延至志留紀[4]?？梢钥闯?，由化石確定的地層時代基本上代表了牦牛山組形成時代的上限，但具有一定的不確定性。在格爾木水泥廠東部大干溝南牦牛山組由大理巖質(zhì)礫巖組成的磨拉石建造中夾有多層流紋巖和流紋質(zhì)凝灰?guī)r等火山巖層，對磨拉石建造底部礫巖中的流紋巖進行LA-MC-ICP-MS鋯石U-Pb測年，所獲得的(423.2±1.8) Ma的鋯石206Pb/238U年齡值代表了牦牛山組形成的時代下限[5]。1∶25萬卡巴紐爾多幅地質(zhì)填圖獲得的柴南緣牦牛山組上部火山巖段鋯石SHRIMP U-Pb年齡為(406.1±2.9) Ma，代表牦牛山組陸相火山-沉積建造中的上部火山巖段形成于早泥盆世[14]。本文獲得的牦牛山地區(qū)火山巖U-Pb年齡為早泥盆世晚期。在牦牛山西部的阿木尼克山地區(qū)，牦牛山組火山巖鋯石U-Pb年齡為(374.8±3.1) Ma和(392.4±3.3) Ma[6]，代表了牦牛山組形成的時代上限。綜上所述，柴達木盆地周緣的牦牛山組形成時代為晚志留世—晚泥盆世，而不是傳統(tǒng)認為的晚泥盆世。

4.2 早古生代造山作用結(jié)束時限

在東昆侖、西昆侖和柴北緣等地，牦牛山組磨拉石建造不整合覆蓋在前泥盆系之上，這一地質(zhì)事實被認為是早古生代造山作用結(jié)束的標志[1-2]。磨拉石建造形成于多種構(gòu)造環(huán)境[15]，而只有前陸盆地中最早的磨拉石沉積時代才能約束碰撞造山的結(jié)束時間[16]。區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造研究表明，東昆侖南緣蛇綠混雜巖帶布青山段鋯石U-Pb年齡為(402±24) Ma，形成于洋殼俯沖晚期的埃達克巖侵入到早期洋殼俯沖增生楔中，早古生代末俯沖帶已后退到阿尼瑪卿蛇綠混雜巖帶以南[17]，而不整合在早—中奧陶世蛇綠混雜巖帶之上厚達200 m的磨拉石時代為中志留世—中泥盆世[18]，東昆侖清水泉地區(qū)與島弧有關(guān)的火山盆地在中志留世關(guān)閉[19]，東昆侖躍進山巖侵入巖形成時代也為早泥盆世[20]。由此推斷東昆侖加里東運動結(jié)束的時限為早泥盆世之前。

5 結(jié) 論

柴北緣牦牛山組上部火山巖段流紋質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r巖漿鋯石U-Pb年齡測定結(jié)果表明，206Pb/238U年齡加權(quán)平均值分別為(396.5±2.4) Ma和(395.8±1.2) Ma，代表火山巖噴發(fā)時代，指示牦牛山地區(qū)牦牛山組上部火山巖形成于早泥盆世晚期。

柴達木盆地周緣的牦牛山組磨拉石建造不整合覆蓋于前泥盆系之上，為加里東后碰撞伸展作用的產(chǎn)物，牦牛山組火山巖晚志留世—晚泥盆世的鋯石U-Pb年齡結(jié)果表明，東昆侖與柴北緣加里東造山作用結(jié)束的時間均為早泥盆世之前，而非傳統(tǒng)認為的晚泥盆世。

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