新疆祁曼塔格地區(qū)發(fā)現(xiàn)新元古代疊層石

修群業(yè),顏 妍,劉正榮,崔建勇

(1.核工業(yè)北京地質(zhì)研究院,北京 100029;2.新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局 物化探大隊,新疆 昌吉 831100)

東昆侖西段的祁曼塔格山位于新疆若羌縣祁曼塔格鄉(xiāng)西北一帶。該區(qū)的地質(zhì)調(diào)查工作始于20世紀(jì)50年代，先后零星地進行過部分區(qū)域地質(zhì)調(diào)查、區(qū)域化探掃面和少量航磁概查工作，但最具參考價值的當(dāng)屬青海省地質(zhì)調(diào)查院完成的1∶25萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查(拜永山等，2004)(1)拜永山，常革紅，談生祥，等(青海省地質(zhì)調(diào)查院).2004.J46C003001(庫郎米其提幅)1∶25區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告.。盡管前人做過一些相關(guān)地質(zhì)工作，本區(qū)基礎(chǔ)地質(zhì)研究程度仍比較低。分布于祁曼塔格山一帶的狼牙山組主要是根據(jù)巖石組合特征和區(qū)域地質(zhì)對比而被歸于薊縣系，既沒有精確的同位素年齡，也沒有特征化石，地質(zhì)時代一直存在爭議，嚴(yán)重制約著本區(qū)基礎(chǔ)地質(zhì)的研究程度。通過尋找相關(guān)化石，利用有效同位素測年方法進行定年，來確定祁曼塔格地區(qū)狼牙山組地質(zhì)年代是工作區(qū)存在的重要基礎(chǔ)地質(zhì)問題。近期筆者在祁曼塔格山水泉子溝附近狼牙山組白云巖內(nèi)的3個地點首次發(fā)現(xiàn)了疊層石，并對其寄主巖進行了Sm-Nd全巖等時線法測年，在此基礎(chǔ)上系統(tǒng)研究和分析了祁曼塔格山水泉子溝附近狼牙山組的地質(zhì)年代歸屬。研究成果將有助于提升工作區(qū)研究程度與基礎(chǔ)地質(zhì)認(rèn)知水平，服務(wù)區(qū)域地質(zhì)、礦產(chǎn)及大地構(gòu)造背景研究。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

研究區(qū)所在的水泉子溝一帶位于東昆侖西段的祁曼塔格山(圖1)，屬于柴達木盆地西南緣，大地構(gòu)造上為塔里木克拉通的南部邊緣帶(舒良樹等，2013)，亦即東昆侖北坡斷隆帶。區(qū)內(nèi)地層屬華北地層大區(qū)的柴達木南緣小區(qū)，主要發(fā)育原劃分的薊縣紀(jì)狼牙山組和青白口紀(jì)丘吉東溝組及少量晚三疊世卾拉山組火山巖(修群業(yè)等，2009)(2)修群業(yè)，劉正榮，付建平，等.2009.1∶5萬(水泉子溝幅阿達灘幅石雪尖幅聯(lián)測)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告.；巖漿巖主要為印支期角閃黑云二長花崗巖和角閃黑云鉀長花崗巖巖(圖1)；變質(zhì)作用較弱，僅在狼牙山組局部層位和巖體邊部發(fā)育高綠片巖相。狼牙山組下部為大理巖夾粉砂質(zhì)板巖及云母(石榴)石英片巖，受斷層影響未見頂、底，厚度>3 300 m；中部為中薄層狀(含硅質(zhì))結(jié)晶灰?guī)r段，厚度>2 300 m ；上部為細(xì)晶白云巖段(偶見赤鐵礦)，厚度>800 m。丘吉東溝組出露于研究區(qū)西部，與狼牙山組以斷層接觸(圖1)，巖性主要包括二云母石英片巖、石英巖、含炭質(zhì)粉砂質(zhì)板巖和千枚巖，厚度>2 160 m。研究區(qū)東部發(fā)育少量晚三疊世卾拉山組火山巖，主要巖性為含火山角礫晶屑凝灰?guī)r、復(fù)屑凝灰?guī)r及流紋巖等。

圖1 水泉子溝地質(zhì)略圖(據(jù)修群業(yè)等，2009縮略)(3)修群業(yè)，劉正榮，付建平，等.2009.1∶5萬(水泉子溝幅阿達灘幅石雪尖幅聯(lián)測)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告.Fig.1 Geological sketch map of Shuiquanzi valley (Xiu Qunye et al.,2009)(4)修群業(yè)，劉正榮，付建平，等.2009.1∶5萬(水泉子溝幅阿達灘幅石雪尖幅聯(lián)測)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告.1—薊縣系狼牙山組；2—青白口系丘吉東溝組；3—卾拉山組火山巖；4—第四系；5—印支期角閃黑云二長花崗巖；6—印支期角閃黑云鉀長花崗巖；7—巖體脈動侵入界線；8—斷層；9—地層產(chǎn)狀；10—疊層石出露位置及采樣編號1—Langyashan Formation of Jixian System；2—Qiujidonggou Formation of Qingbaikouan System；3—volcanic rocks of Elashan Formation；4—Quater-nary；5—Indosinian hornblende-biotite monzonitic granite；6—Indosinian hornblende-biotite moyite；7—pulsating intrusion boundary of rock mass；8—fault；9—stratigraphic occurrence；10—exposed location of the stromatolites and sampling number

2 疊層石特征

本次工作發(fā)現(xiàn)了3處前寒武紀(jì)的疊層石露頭。第1處位于水泉子溝溝口西部附近(樣品A)，第2處位于四干旦溝口附近第2個南叉溝中游的西側(cè)(樣品B)，第3處出露于四干旦溝上游東側(cè)(樣品C)，它們均發(fā)育在狼牙山組內(nèi)(圖1)。

疊層石的寄主巖石為肉紅色或灰黑色微晶-細(xì)晶白云巖。疊層石的柱體均屬中、小型(朱士興，1993)，詳見下述。

樣品A采自水泉子溝溝口附近，寄主巖石白云巖顏色稍淺，呈肉紅色，顯示地層產(chǎn)狀正常(圖2a)，含少量的石英和金云母(圖3,背散射和能譜分析在核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測試中心的NOVA NANO SEM 450和OXFORD X-Max 80儀器上完成)。疊層石柱體呈短柱狀或塊莖狀，具1～2次強烈散開分叉,分叉出相當(dāng)數(shù)量緩傾斜的子柱體。子柱體先為細(xì)柱狀,寬1～2 cm，后逐漸膨大成塊莖或瘤狀(圖2b)，寬一般7～8 cm,分叉角45°～60°。其邊緣無壁，但也無顯著的檐；微構(gòu)造為線狀或薄的條帶狀，呈緩波狀或穹狀(圖2b)，暗色條紋的寬度一般為0.2～0.5 mm，與Baicalia和Tuangussia(朱士興，1993)都有相似之處，但它有多緩傾斜子柱體，所以更接近Tuangussia，可定為瘤狀通古斯相似形(Tungussiacf.nodosaSemikhatov)。

圖2 疊層石照片F(xiàn)ig.2 Photographs of stromatolitesa—出露于水泉子溝口附近的疊層石，地層產(chǎn)狀正常，樣品A；b—產(chǎn)于水泉子溝口附近的瘤狀通古斯相似形,樣品A；c—出露于四干旦溝口附近的疊層石,樣品B；d—傾斜生長的撕裂貝加爾疊層石,樣品B；e—直立生長的撕裂貝加爾疊層石,樣品B;f—出露于四干旦溝上游的疊層石,樣品Ca—stromatolite exposed near the mouth of Shuiquanzi valley,showing normal stratigraphic occurrence,sample A；b—Tungussia cf.nodosa Semikhatov exposed near the mouth of Shuiquanzi valley,sample A；c—stromatolite exposed near the mouth of Sigandan ditch,sample B；d—Baicalia lacera Semikhatov growing obliquely,sample B；e—Baicalia lacera Semikhatov growing vertically,sample B；f—stromatolite exposed at the upper course of Sigandan river,sample C

圖3 疊層石樣品A的背散射電子圖(a)和其中的石英、金云母能譜圖(b、c)Fig.3 Back scattering electronic image(a)and energy dispersive spectra for quartz(b)and phlogopite (c)from the stromatolite sample ACc—方解石；Dol—白云石；Sal—鹽類；Phl—金云母；Q—石英；F5—測點及編號Cc—calcite;Dol— dolomite;Sal—salite;Phl—phlogopite;Q—quartz;F5—dot and its numbers

樣品B位于四干旦溝口附近第2個南叉溝中上游西側(cè)的白云巖中，方解石稍多一些，巖石呈灰黑色，含少量有機質(zhì)，偶含赤鐵礦。疊層石呈短柱狀到塊莖狀(圖2c),寬3～8 cm，直立或不同程度傾斜生長(圖2d、2e)，柱體邊部無壁，多檐，有時株間連層發(fā)育，具薄帶狀微構(gòu)造，暗色條帶的寬度一般為0.7～1.2 mm，疊層石紋理特征(曹瑞驥等，2009)見圖2c。疊層石形態(tài)特征相似于撕裂貝加爾疊層石BaicalialaceraSemikhatov，但因野外露頭所限，未見柱體的分叉特征。

樣品C采自四干旦溝上游東側(cè)淺肉紅色細(xì)晶白云巖中。疊層石的形態(tài)呈柱狀，不同程度傾斜生長(圖2f)，柱體邊無壁，沒有明顯的檐，柱體寬一般2～5 cm，具薄帶狀微構(gòu)造，生長條帶基本呈波狀或穹狀，寬度一般為0.4～1.0 mm。因出露范圍有限，加之巖石受變形的影響，無法確定其種屬(經(jīng)與天津地質(zhì)調(diào)查中心朱士興研究員當(dāng)面討論，判斷它是疊層石，而非因氣候干旱造成的櫛殼狀構(gòu)造)。

3 疊層石寄主巖石的地球化學(xué)特征

因疊層石的寄主巖石是碳酸鹽類，常量元素與其它碳酸鹽類相比無特點，故進行了原位稀土元素測定。由于樣品C寄主巖石風(fēng)化較嚴(yán)重，并有一定變形，因此只選取了樣品A和樣品B進行了地球化學(xué)成分分析。原位REE分析由核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測試中心的LA-ICP-MS完成，HR-IC-MS GEOlas 193 nm,激光束斑直徑32 μm,剝蝕頻率8～10 Hz，每個測點信號采集時間100 s。分析的測點沿疊層石紋理依次分布，實際測試結(jié)果并沒有明顯差異，REE的含量基本一致，分析結(jié)果見表1。從表1可明顯看出，兩塊樣品之間稀土元素總量上存在差異，樣品A的Σ REE變化范圍是18.96×10-6～33.46×10-6，樣品B變化范圍是1.23×10-6～3.43×10-6，樣品A大約為樣品B的11倍，而同一樣品紋理之間微量元素的差別很小。稀土元素經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化后配分型式均為具銪弱負(fù)異常(δEu=0.56～0.78)、向右弱傾斜的曲線(圖4)?？傮w來說，樣品A比樣品B更平坦一些，表明輕重稀土元素的分異不明顯，具前寒武紀(jì)太古宙之后沉積巖(王仁民等，1987)的典型特征。

表1 疊層石原位REE分析數(shù)據(jù) wB/10-6Table 1 Analytical data of REE from the micro-area of studied stromatolites

圖4 疊層石寄主巖石的稀土元素配分型式(標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)引自Sun and McDonough,1989)Fig.4 REE pattern of the host rocks of the studied stromatolites (normalized data from Sun and McDonough,1989)

4 疊層石的Sm-Nd同位素定年

4.1 樣品的選取與處理

樣品A和樣品B基本符合等時線年齡測試的條件(Faure and Mensing，2005)，因此在測定了其部分微量元素濃度的基礎(chǔ)上，選擇Sm-Nd全巖等時線法對樣品A和樣品B進行了定年。在樣品A和樣品B不同位置各選取3個點(微量取樣法，其中1個點測試過程有損壞未參加年齡計算)，為減少金屬對樣品的污染，對取下的微樣(3 g左右)用酒精清洗干凈、晾干后，再用瑪瑙研缽磨碎到150～200目。準(zhǔn)確稱取0.3000 g樣品粉末，置于已洗凈的低壓密閉溶樣罐中，加入147Sm-145Nd稀釋劑，再緩緩加入5 mL 6 mol/L的HCl和少許濃HNO3，在195℃的電熱板上溶解24 h。待樣品完全溶解后，蒸干，用1.5 mL 0.5 mol/L的鹽酸溶液溶解，然后離心分離，取清液加入陽離子交換柱(樹脂為AG50W X8，100～200目)，用2 mol/L和3 mol/L的鹽酸溶液依次淋洗，最后用6 mol/L的鹽酸溶液洗脫稀土元素。將稀土元素溶液再次蒸干，用0.05 mol/L的HCl溶解，然后用P507萃淋樹脂分離Sm、Nd，蒸干后轉(zhuǎn)為硝酸鹽，并再次蒸干，待熱電離質(zhì)譜測定。整個分離過程在核工業(yè)北京地質(zhì)研究分析測試中心超凈實驗室中進行，全流程Sm、Nd的本底<50 pg。

4.2 Sm-Nd同位素定年結(jié)果

把分離好的樣品點樣到鉭帶上(三帶法，中心帶為鉭帶，其兩邊為錸帶)，用ISOPROBE-T熱電離質(zhì)譜計(TIMS)進行測定。測試過程中，Sm、Nd的質(zhì)量分餾用146Nd/144Nd =0.721 9校正。本儀器測量標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)JNdi-1的結(jié)果為143Nd/144Nd=0.512 109±3，測量GBW04419的結(jié)果為Sm=0.01×10-6，Nd=10.16×10-6，143Nd/144Nd =0.512 721±5。

將測得的定年分析數(shù)據(jù)(表2)用ISOPLOT程序進行了計算，得出的Sm-Nd全巖等時線年齡為815±26 Ma (圖5)，相關(guān)系數(shù)R=99.89%，MSWD=1.5，說明這個年齡值的置信度較高。該地質(zhì)年代明顯屬于新元古代青白口紀(jì)，而非前文獻資料所述的薊縣紀(jì)或震旦紀(jì)。

表2 Sm-Nd 同位素定年分析結(jié)果Table 2 Analytical result of Sm-Nd isotopes from the stromatolites

圖5 疊層石寄主巖石Sm-Nd全巖等時線年齡Fig.5 The whole-rock Sm-Nd isochron age of the host rocks of studied stromatolites

5 簡要討論

狼牙山組的命名地在青海省(孫崇仁，1997)。祁曼塔格地區(qū)狼牙山組主要是依據(jù)巖石組合特征和區(qū)域地質(zhì)對比來劃分的，新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局(1993)還曾稱其為狼牙山群。祁曼塔格地區(qū)狼牙山組自被命名以來，其時代歸屬一直存在爭議，主要是因為沒有較精確的同位素年齡和特征化石。邊千韜等(2006)曾在東昆侖相關(guān)碳酸鹽和淺變質(zhì)碎屑巖中發(fā)現(xiàn)了一套疊層石組合，并將這些組合與國內(nèi)外的相關(guān)種屬進行了成巖時代對比，推測其形成時限為中元古代晚期—新元古代早期，但這些地層的成巖時代問題并未得到完全解決，因為不同時代的疊層石，其形態(tài)可能完全相同，而同一時代的疊層石特征可千差萬別。本次在研究區(qū)發(fā)現(xiàn)的疊層石Tungussiacf.nodosaSemikhatov和BaicalialaceraSemikhatov，在安徽徐淮地區(qū)和遼東半島一帶新元古代地層中也均有出露(曠紅偉等，2018)。研究區(qū)疊層石的形態(tài)特征與以瘤狀、柱狀為主的青白口系疊層石組合特征(白瑾等，1996)相同。此外，在東昆侖中段也曾發(fā)現(xiàn)過Jurusaniaf和Tungussiaf疊層石(拜永山等，2004)(5)拜永山，常革紅，談生祥，等(青海省地質(zhì)調(diào)查院).2004.J46C003001(庫郎米其提幅)1∶25區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告.，它們的形態(tài)特征及寄主巖的地質(zhì)層位表明，東昆侖地區(qū)疊層石組合大致相當(dāng)于華北地區(qū)疊層石組合序列的組合Ⅳ(曹瑞驥等，2009)，據(jù)此推斷它們應(yīng)形成于新元古代。同時，本文獲得疊層石寄主巖石的Sm-Nd全巖等時線年齡為815±26 Ma，張強等(2018)在東昆侖中段洪水河鐵礦區(qū)的狼牙山組中獲得的碎屑鋯石U-Pb年齡譜系中年輕的鋯石峰值為788 ±9 Ma，這兩個數(shù)據(jù)支持狼牙山組沉積的下限為新元古代中期。因此，祁曼塔格山地區(qū)的狼牙山組地質(zhì)時代應(yīng)相當(dāng)于青白口紀(jì)，與研究區(qū)出露的丘吉東溝組地質(zhì)時代相同，而非以前文獻所述的薊縣紀(jì)。

對于本區(qū)的大地構(gòu)造，李興振等(2002)將其歸為祁曼塔格古生代復(fù)合溝弧帶。這可能是更多地考慮了顯生宙的特征，對前寒武紀(jì)地層的出露欠缺考慮。本文采納孫崇仁(1997)的劃分意見，即本區(qū)屬于東昆侖-中秦嶺地層分區(qū)的柴達木南緣小區(qū)，為柴達木微大陸塊的組成部分(陸松年，2002)。研究區(qū)內(nèi)地層的褶皺簡單，斷裂較為發(fā)育，一般僅遭受弱變質(zhì)或未遭受變質(zhì)，具有克拉通蓋層的性質(zhì)，與塔里木克拉通內(nèi)部的特征相似，應(yīng)屬于它的邊緣帶(舒良樹等，2013)。有些學(xué)者認(rèn)為，現(xiàn)今柴達木盆地周圍晚中元古代—新元古代的前寒武紀(jì)微陸塊與華南陸塊或塔里木陸塊的親緣性更強(陸松年，2002；陸松年等，2006；張建新等，2021)；但也有學(xué)者據(jù)疊層石的總體特征認(rèn)為，東昆侖所在的柴達木微大陸塊與華南地塊存在明顯差異(邊千韜等，2006)。筆者傾向認(rèn)為這個微陸塊是塔里木陸塊的組成部分，與某些學(xué)者的看法(陸松年，2002)一致，推測它是原超大陸的組成部分，可能在Rodinia超大陸解體過程中從其主體解體而來，這有待古地磁和化石研究等進一步印證。此外，關(guān)于本區(qū)的古地理環(huán)境，根據(jù)碳酸鹽巖沉積建造特征(以白云巖、灰質(zhì)白云巖為主，夾有少量千枚巖、板巖碎屑巖類)，結(jié)合瘤狀通古斯相似型等疊層石來推斷，其成巖的古環(huán)境應(yīng)當(dāng)為被動大陸(塔里木克拉通？)邊緣溫暖濱淺海相。這與“狼牙山組形成于溫暖、濕潤、成熟度高地殼”的推論(張強等，2018)不謀而合。研究區(qū)疊層石的發(fā)現(xiàn)及其寄主巖Sm-Nd全巖年齡的獲得，為探討本區(qū)大地構(gòu)造演化和成巖環(huán)境提供了新證據(jù)。

6 結(jié)論

東昆侖祁曼塔格地區(qū)狼牙組首次發(fā)現(xiàn)前寒武紀(jì)疊層石化石Tungussiacf.nodosaSemikhatov和BaicalialaceraSemikhatov，根據(jù)其與Tungussia和Baicalia的形態(tài)特征對比，初步研究傾向認(rèn)為狼牙山組發(fā)育于新元古代青白口紀(jì)；同時獲得疊層石寄主巖石的Sm-Nd全巖等時線年齡為815±26 Ma，與疊層石的地質(zhì)年代學(xué)解釋一致；該區(qū)的前寒武紀(jì)微陸塊應(yīng)是羅迪尼亞超大陸的組成部分；綜合疊層石寄主巖石地質(zhì)、地球化學(xué)和年代學(xué)特征，推測研究區(qū)大地構(gòu)造背景屬被動大陸邊緣環(huán)境。

致謝疊層石的鑒定與命名得到中國地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)調(diào)查中心朱士興研究員和中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所曠紅偉研究員的大力幫助；野外工作中，曾得到朱代處長、付建平高級工程師和呂惠慶高級工程師的協(xié)助，張麗紅研究生參加了部分野外工作；室內(nèi)稀土元素原位測定和掃描電鏡分析分別得到核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測試研究所劉瑞萍博士、于阿朋高級工程師的大力幫助；成文過程，中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所柳永清研究員提出了建設(shè)性修改意見并對文章進行潤色，在此一并表示衷心感謝。