新疆西準噶爾哈圖山一帶巴爾雷克組碎屑鋯石LA-ICP-MS U-Pb年代學研究

羅 鑫，李宇航，王偉寧，羅耀清，滕明耀

（長安大學 地球科學與資源學院，陜西 西安 710054）

新疆托里縣鐵廠溝鎮(zhèn)之南哈圖山一帶廣泛出露泥盆系巴爾雷克組，但其沉積時代歸屬存在疑問。主要由以下幾個原因造成。

（1）未發(fā)現(xiàn)化石：①新疆區(qū)調(diào)大隊十一分隊（1983）在該地區(qū)開展1:20萬“白楊河幅”地質(zhì)調(diào)查工作中未發(fā)現(xiàn)任何化石；②苗仲錫等（1986）在該區(qū)巴爾雷克組凝灰質(zhì)角礫巖中發(fā)現(xiàn)極少量海百合莖及珊瑚化石碎片，但未獲得具體年代學；③“新疆維吾爾自治區(qū)巖石地層”在開展新疆西準噶爾巖石地層清理過程中，依然未發(fā)現(xiàn)任何化石，僅通過區(qū)域地層對比研究以及有限的古生物化石資料將庫魯木迪組與巴爾雷克組歸屬中泥盆世，二者整合接觸。

（2）本組頂?shù)祝合路膸祠斈镜辖M沉積時代存在爭議，頂部未見頂且與早石炭世包古圖組斷層接觸。因此，本組沉積時代確定需要年代學證據(jù)的支持。碎屑巖碎屑鋯石對確定碎屑的沉積時代具有重要的指示意義（孫羽等，2014）。

筆者在進行“新疆西準噶爾哈圖山一帶1:5萬五幅”區(qū)域地質(zhì)調(diào)查項目時，選擇巴爾雷克組實測剖面下部的長石巖屑凝灰質(zhì)砂巖進行LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年，來限定該地區(qū)巴爾雷克組的沉積時代，并為西準噶爾地區(qū)古生代地層對比提供重要依據(jù)。

1 地質(zhì)背景

巴爾雷克組下伏與庫魯木迪組整合接觸，頂部與早石炭世（344Ma±18Ma）包古圖組斷層接觸。組內(nèi)被多個中酸性巖體（庫爾尕克希巖體、黃梁子巖體、玉依塔勒盆克提巖體、別魯阿嘎希巖體）和中酸性巖脈侵入，年代學研究一致表明這些巖體均形成于早石炭世末～晚石炭世早期（322Ma～312Ma）（圖1）（段豐浩等，2016）。

結(jié)合筆者2016年～2018年在“新疆1/5萬哈圖山一帶五幅區(qū)調(diào)項目”工作中野外以及室內(nèi)綜合資料研究總結(jié)其巖性為灰黑色、灰綠色、青灰色、深灰色凝灰質(zhì)粉砂巖、長石巖屑砂巖、含礫粗砂巖、凝灰質(zhì)細礫巖、含礫不等粒巖屑砂巖為主，局部見灰綠色硅質(zhì)粉砂巖、青灰色硅質(zhì)巖夾層。

2 樣品采集及測試方法和數(shù)據(jù)處理

2.1 樣品采集

本次研究的砂巖樣品采集于實測剖面PM103野外16層，樣品采集坐標為：北緯46° 02.594′，東經(jīng)84°28.706′。

樣品為灰黑色-深灰色，具有中粒凝灰質(zhì)砂狀結(jié)構(gòu)，主要由碎屑（礦物碎屑、巖屑）、填隙物以及少量不透明礦物組成。礦物碎屑組成為黑云母（3%），顯微鱗片～片狀，0.01㎜～0.04mm；方解石（4%），顯微?！胱孕尉睿?.01㎜～0.14mm；石英（5%），棱角狀0.02㎜～0.05mm；長石（23%），棱角狀～次棱角，0.05㎜～0.56㎜。巖屑（48%），棱角狀～次棱角狀，0.24㎜～0.96㎜，成分為火山碎屑巖、安山巖、英安巖及蝕變巖。填隙物（15%）包含長英質(zhì)霏細狀～隱晶質(zhì)，具泥化；粘土礦物，顯微鱗片狀，0.01㎜～0.02㎜；白鈦石，隱晶質(zhì)，集合體直徑0.02㎜～0.06㎜。不透明礦物（2%），粒狀，0.01㎜～0.12㎜。

2.2 測試方法及數(shù)據(jù)處理

碎樣以及鋯石初步挑選工作由西安瑞石地質(zhì)科技有限公司完成。鋯石精選，制靶以及陰極發(fā)光圖像和LA-ICP-MS鋯石U-Pb分析在西北大學大陸動力學國家重點實驗室完成。

圖1 哈圖山一帶地質(zhì)簡圖與采樣位置

將采集的長石巖屑凝灰質(zhì)砂巖樣品粉碎，通過重礦物分離，然后選取其中晶型較好，環(huán)帶明顯，無包裹體及裂紋且透明度好的鋯石顆粒進行測試。將單顆鋯石粘貼至環(huán)氧樹脂，制作成樣品靶，進行鋯石陰極發(fā)光照相以及反射光、透射光照相研究，激光剝蝕等離子體質(zhì)譜實驗采用激光剝蝕斑束直徑為30μm，激光剝蝕樣品的深度為20μm～40μm，采用氦氣作為剝蝕物質(zhì)的載體，用美國國家標準技術(shù)研究院研制的人工合成硅酸鹽玻璃標準參考物質(zhì)NIST SRM610進行儀器最佳化，采樣方式為單點剝蝕，每6個樣品測試一次標樣，所有測試樣品前、后各測一次NIST SRM610。所有樣品測試數(shù)據(jù)使用Glitter（ver4.0，Macquarie university）對鋯石的同位素比值以及元素含量進行計算及處理。用LA-ICP-MS common lead and correction（ver3.15）對其進行了普通鉛校正。年齡計算、U-Pb諧和圖均采用Isoplot3.0（ver3.0）程序完成。

3 樣品結(jié)果分析

圖2 巴爾雷克組長石巖屑凝灰質(zhì)砂巖鋯石陰極發(fā)光圖像及LA-ICP-MS測點位置圖

經(jīng)上述方法對本次采集樣品進行了LA-ICP-MS U-Pb年代學測試，獲得了78個點的分析數(shù)據(jù)，鋯石陰極發(fā)光圖像見圖2，年代學分析結(jié)果見圖3。

從碎屑鋯石CL圖像（圖2）發(fā)現(xiàn)，鋯石形狀呈柱狀或渾圓狀，具有清晰均勻的鋯石結(jié)晶環(huán)帶，是典型的巖漿結(jié)晶鋯石。其中，20粒（圖2a）碎屑鋯石晶形完整，環(huán)帶密集，呈長柱狀，長軸150μm～200μm，長寬比較大，約2∶1，橫截面為次棱角狀-次圓狀，個別有凹坑、裂縫，可能代表陸源搬運的中酸性巖類鋯石；28粒碎屑鋯石（圖2b）呈短柱狀-長柱狀，長軸80μm～140μm，長寬比1∶1～1.5∶1，橫截面為次圓狀-次棱角狀，具有撞擊凹坑、裂縫等機械破碎特征，可能代表陸源搬運中基性巖類鋯石。26粒碎屑鋯石（圖2c）呈短柱狀-長柱狀，橫截面棱角狀-次棱角狀，磨圓極差，長軸90μm～200μm，長寬比1.5∶1～2∶1，斷口發(fā)育，大小混雜等特征是典型的火山噴發(fā)后漂浮在空中未經(jīng)過火山碎屑鋯石。此外，部分碎屑鋯石（序號為：1、3、11、24、45、54、57）受后期蝕變作用影響邊緣呈港灣狀；部分碎屑鋯石（序號為：2、5、8、10、14、15、20、21、27、56、59、70）發(fā)生重結(jié)晶作用形成灰白色-深灰色不均勻增生邊。

圖3 巴爾雷克組凝灰質(zhì)砂巖鋯石和火山碎屑鋯石U-Pb齡諧和圖

從樣品測試分析的同位素比值及年齡數(shù)據(jù)表中可見，樣品78個點Th/U比值較高，為0.4～1.1，結(jié)合鋯石晶型特征分析，表明樣品屬于典型的巖漿成因鋯石（吳元寶等，2004；白建科等，2015；田雯等，2017）。78個測試年齡，其加權(quán)平均年齡為372.8Ma±6.1Ma，具有95%置信度（NSWD=0.035，probability=1.000，n=78）（圖3a）。28?；鹕剿樾间喪?3粒有效測試數(shù)據(jù)的加權(quán)平均年齡為373.4±2.9Ma（NSWD=0.15，probability=1.000）（圖3b）。

4 討論

碎屑的形成時代老于地層沉積時代，因此碎屑鋯石年齡常用來限定地層的沉積時代（王一劍等，2011）?；鹕剿樾际腔鹕絿姵龅膸r漿冷凝碎屑以及火山通道內(nèi)和四壁巖石碎屑，其形成時代略老于地層的沉積時代?；鹕剿樾嫉哪挲g略晚于地層的沉積時代。

通過對哈圖山一帶巴爾雷克組長石巖屑凝灰質(zhì)砂巖中碎屑鋯石LA-ICP-MS U-Pb年代學研究，獲得了年齡分布在359Ma～424Ma的78個有效年齡數(shù)據(jù)。28?；鹕剿樾间喪?5粒有效測試數(shù)據(jù)的加權(quán)平均年齡為373.4Ma±2.9Ma（NSWD=0.15，probability=1.000），可以帶表本區(qū)巴爾雷克組沉積時代上限。因此本區(qū)巴爾雷克組沉積時代上限應(yīng)不老于373.4Ma±2.9Ma，屬晚泥盆世弗拉期末期。此外，西準噶爾哈圖山地區(qū)侵入巴爾雷克組的侵入巖年齡集中在312Ma～322Ma（段豐浩等，2016）；下伏地層庫魯木迪組巖屑凝灰?guī)r鋯石U-Pb測年，獲得加權(quán)平均年齡為379.3Ma±5.0Ma（白建科等，2015），將庫魯木迪組時代厘定為中-晚泥盆世早期；項目組在鐵廠溝南庫魯木迪組下部采集晶屑巖屑凝灰?guī)r展開碎屑鋯石U-Pb測年，71顆鋯石U-Pb加權(quán)平均年齡為397.8±6.6（NSWD=0.35，95%置信度），最年輕且未受變質(zhì)用影響的單粒鋯石最小年齡為380Ma±6Ma，屬晚泥盆世弗拉期早期；而與巴爾雷克組頂部斷層接觸的包古圖組其玄武巖鋯石U-Pb年齡為344Ma±18Ma，屬于早石炭世維憲期。因此，巴爾雷克組在本區(qū)其沉積時代限定為晚泥盆世弗拉期末期。

5 結(jié)論

通過碎屑鋯石U-Pb年代學分析，獲得23顆有效火山碎屑鋯石年齡，其加權(quán)平均年齡為373.4Ma±2.9Ma，限定了巴爾雷克組沉積時代不老于373.4Ma±2.9Ma，結(jié)合下伏地層庫魯木迪組379.3Ma士5.0Ma、380Ma±6Ma年齡，認為巴爾雷克組沉積時代為晚泥盆世弗拉期末期。