內(nèi)蒙古北山地區(qū)標(biāo)山一帶北山巖群長石石英巖LAICP-MS鋯石U-Pb年齡及地質(zhì)意義

徐旭明，程海峰，段炳鑫，薛鵬遠(yuǎn)

(河北省區(qū)域地質(zhì)調(diào)查院，河北 廊坊 065000)

北山巖群呈近EW向帶狀分布于內(nèi)蒙古北山地區(qū)基東-標(biāo)山-旱山一帶，在標(biāo)山一帶出露最完整，主要巖性為變粒巖、淺粒巖、片巖、石英巖、大理巖等。前人對該巖群的時(shí)代歸屬主要依據(jù)其變質(zhì)變形特征和區(qū)域地層對比。1∶100萬玉門幅地質(zhì)圖說明書將該套地層劃歸為前寒武系?? 地質(zhì)部地質(zhì)研究所.1∶100萬玉門幅地質(zhì)圖說明書,1964.；1∶20萬紅石山幅區(qū)調(diào)報(bào)告稱其為早志留世勒巴泉群?；內(nèi)蒙古巖石地層將其時(shí)代劃歸為古元古代[1]。近年來，不少地質(zhì)學(xué)者越來越重視沉積巖地區(qū)的碎屑巖鋯石測年，并根據(jù)沉積巖地區(qū)的碎屑巖鋯石年齡來確定碎屑物質(zhì)來源和形成時(shí)代。楊富林等在北山巖群石英巖中獲得了主要峰值年齡為1 329 Ma，并認(rèn)為石英巖沉積時(shí)代不早于921 Ma，屬于新元古代[2]；范志偉在北山巖群石英巖中獲得碎屑鋯石年齡最小值為1 301 Ma，認(rèn)為該套地層形成時(shí)代為中元古代[3]。

前人對北山巖群形成時(shí)代的限定主要依據(jù)碎屑鋯石的測年結(jié)果，筆者在標(biāo)山一帶北山巖群第二巖組(中粒)長石石英巖和侵入北山巖群基性巖脈中各采集了1件鋯石U-Pb同位素年齡樣品來限定北山巖群的形成時(shí)代，并通過對碎屑鋯石年齡頻譜圖的對比，推測北山巖群的沉積物源區(qū)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

研究區(qū)一級構(gòu)造單元位于哈薩克斯坦板塊，二級構(gòu)造單元屬于星星峽-旱山微板塊[4]，以紅柳河-牛圈子-洗腸井縫合帶為界與塔里木板塊相鄰(圖1-a)[5,6]。區(qū)內(nèi)出露最老地層為北山巖群，其被古生代花崗巖侵入，被上新世苦泉組角度不整合覆蓋。根據(jù)巖石組合特征可進(jìn)一步劃分為4個(gè)巖組，第一巖組以灰色、灰白-淺粉色淺粒巖為主；第二巖組以厚層-塊層狀石英巖為主體；第三巖組以片巖、變粒巖為主體；第四巖組以硅化大理巖為主。上新世苦泉組分布于研究區(qū)北部山前一帶，由磚紅色半固結(jié)砂質(zhì)泥巖夾含礫砂巖等組成。古生代侵入巖主要分布于研究區(qū)西南部(圖1-b)。

2 采樣位置及巖石學(xué)特征

區(qū)內(nèi)北山巖群第二巖組主要巖性為淺粉色長石石英巖、灰色含白云母長石石英巖、淺粉色含白云母長石石英巖、淺粉-灰白色含石榴二長石英巖、含二云石英巖，其原巖應(yīng)為長石砂巖、石英砂巖等，該套巖石組合反映原巖碎屑物成熟度極高，水動(dòng)力較強(qiáng)，為濱海離岸沙壩沉積環(huán)境。碎屑鋯石U-Pb同位素年齡樣品采集于該巖組長石石英巖中，樣品編號為P6TW2。長石石英巖呈肉粉色，粒狀變晶結(jié)構(gòu)，定向構(gòu)造。巖石由石英、少部分長石、少量白云母構(gòu)成，各礦物于巖內(nèi)較均勻分布，定向較明顯。石英含量約85%，它形粒狀，拉長定向明顯，大部分1～4 mm，較少部分0.1～1.0 mm，粒內(nèi)波狀、帶狀消光較發(fā)育，顆粒間主要呈齒狀、鑲嵌狀。石英具輕微動(dòng)態(tài)重結(jié)晶特征；長石含量約15%，呈它形粒狀，主要為鉀長石，斜長石少量，零散定向分布，粒徑一般0.05～0.4 mm。鉀長石為微斜長石，具高嶺土化，局部褐鐵礦化。斜長石聚片雙晶較模糊。部分長石嵌布于石英粒內(nèi)。石英后期拉長方向與長石排列方向較一致；白云母少量，鱗片狀，零星可見，片徑小于0.2 mm，部分交代長石(圖2)。

圖1 研究區(qū)大地構(gòu)造位置圖(a)及地質(zhì)簡圖(b)Fig.1 Ttectonic location map of study area(a)and Geological sketch map(b)

3 LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年

鋯石單礦物分選由河北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所實(shí)驗(yàn)室完成，LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素測定由天津地質(zhì)礦產(chǎn)研究所同位素實(shí)驗(yàn)室完成。共挑選出149顆鋯石，鋯石多呈褐粉色，次渾圓-渾圓柱狀、粒狀、個(gè)別半自形雙錐柱狀，多數(shù)鋯石邊緣棱角不分明，有圓化趨勢，具有一定的磨圓特征，部分磨圓較明顯，伸長系數(shù)多為1.0～2.5、少數(shù)為2.5～3.6，粒徑多為0.02～0.26 mm，少數(shù)為0.26～0.42 mm。鋯石CL照片顯示，鋯石內(nèi)部結(jié)構(gòu)、發(fā)光強(qiáng)度等特征差異較大(圖3)，說明鋯石來源及成因復(fù)雜。其中大多數(shù)鋯石具明顯或不太明顯的震蕩環(huán)帶，指示為巖漿成因鋯石；部分鋯石缺乏內(nèi)部結(jié)構(gòu)，可能為變質(zhì)重結(jié)晶鋯石。為充分反映碎屑鋯石同位素年齡頻譜特征，選擇的測點(diǎn)覆蓋了不同形狀鋯石的不同部位，共獲得112個(gè)有效的LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素年齡值(表1)。由于樣品年齡較老，故采用207Pb/206Pb年齡值，為1 782～3 302 Ma，4個(gè)峰值年齡分別為2 010 Ma、2 460 Ma、2 560 Ma和2 680 Ma，最小年齡值為(1 782±18)Ma。

圖2 長石石英巖野外巖石照片與顯微照片(正交偏光)Fig.2 The field photo of metamorphic quartzite and microphotograph of metamorphic quartzite

圖3 北山巖群長石石英巖碎屑鋯石陰極發(fā)光圖像Fig.3 CLimages of zircons selected from metamorphic quartzite of the Beishan Complex-Group

表1 長石石英巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年分析結(jié)果Table 1 The results of zircon LA-ICP-MS U-Pb dating of metamorphic quartzite

4 討論

4.1 北山巖群形成年齡

碎屑鋯石同位素年齡雖然不能準(zhǔn)確判定所測地質(zhì)體的形成時(shí)代，但通過對碎屑鋯石年齡的統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料，可限定所測地質(zhì)體的形成時(shí)代。碎屑鋯石主要有變質(zhì)成因和巖漿成因兩種，大量研究表明，Th/U比值在很大程度上能指示鋯石成因，變質(zhì)成因鋯石Th/U比值通常小于0.1，巖漿成因鋯石Th/U比值一般大于0.1[7,8]，也有不少學(xué)者認(rèn)為巖漿成因鋯石Th/U比值一般大于0.4[9,10]。

范志偉在北山巖群石英巖中獲得最小碎屑鋯石年齡為1 301 Ma，但該測點(diǎn)鋯石CL圖像較模糊，鋯石Th/U比值為0.056，為變質(zhì)鋯石，作者也未說明其為源區(qū)變質(zhì)鋯石還是新生變質(zhì)鋯石，因此，該年齡代表北山巖群形成時(shí)代的下限依據(jù)不足。楊富林在北山巖群的糜棱巖化長石石英巖中獲得了具巖漿鋯石特征的年齡在921～3 011 Ma之間，主要峰值年齡為1 329 Ma，屬于中元古代，并認(rèn)為北山巖群形成時(shí)代不早于921 Ma，但該樣品采樣位置明顯在韌性變形帶上，受后期構(gòu)造作用影響，可能導(dǎo)致所測樣品年齡值普遍偏小。

本次工作在北山巖群第二巖組的長石石英巖中獲得LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素年齡數(shù)據(jù)112個(gè)(表 1)，年齡值為 1 782～3 302 Ma，樣品中鋯石Th/U比值為0.011～2.041，變化范圍較大。其中鋯石Th/U比值小于0.1的測點(diǎn)有5個(gè)，年齡為1 847～2 727 Ma；鋯石Th/U比值為0.1～0.4的有44個(gè)測點(diǎn)，年齡為2 008～3 191 Ma；鋯石Th/U比值大于0.4的有63個(gè)測點(diǎn)，年齡值為1 782～3 302 Ma。由表1可見，73、74、95、104和110號等測點(diǎn)可能為變質(zhì)鋯石年齡，其余測點(diǎn)應(yīng)為巖漿鋯石年齡。本次工作在96號測點(diǎn)獲得了最小碎屑鋯石年齡為(1 782±18)Ma，該測點(diǎn)鋯石Th/U比值為0.474，具巖漿鋯石特征，說明本次所測鋯石均為源區(qū)的變質(zhì)鋯石或巖漿鋯石，未測試變質(zhì)新生鋯石。此外，內(nèi)蒙古1∶5萬標(biāo)山等4幅區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查工作對侵入北山巖群的基性巖脈進(jìn)行了LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年，所選鋯石大多具較明顯的環(huán)帶，Th/U比值為0.411～0.91，指示為巖漿成因鋯石，獲得17個(gè)測點(diǎn)的207Pb/206Pb年齡值為1 520～1 720 Ma，表面年齡加權(quán)平均值為(1 623±21)Ma，代表基性巖脈的侵入時(shí)代，由于基性巖脈侵入了北山巖群，說明北山巖群形成時(shí)代早于1 623 Ma，從而限定了北山巖群形成時(shí)代的上限。綜合以上年齡數(shù)據(jù)，說明本區(qū)北山巖群形成于1 623～1 782 Ma之間，時(shí)代為古元古代晚期，與前人認(rèn)為北山巖群形成時(shí)代為中、新元古代有明顯差別。

4.2 北山巖群物源區(qū)探討

鋯石具封存溫度大于750℃的特點(diǎn)，因此，可通過對沉積巖碎屑鋯石測年數(shù)據(jù)的分析，推測其源區(qū)主要熱事件的時(shí)代，從而示蹤其沉積物的源區(qū)。

本次工作共獲得了112個(gè)LA-ICP-MS鋯石UPb同位素測年數(shù)據(jù)，碎屑鋯石U-Pb年齡諧和圖顯示，鋯石年齡介于1 782～3 302 Ma之間(圖4)。根據(jù)研究區(qū)老地塊的分布、古元古代北山地區(qū)構(gòu)造背景及同位素年齡圖譜來推測北山巖群的沉積物源區(qū)。古元古代北山地區(qū)處于近NS向拉張的構(gòu)造背景，在太古宙古陸核的基礎(chǔ)上，北山至東疆發(fā)育一條近EW向巨型裂陷帶，北山巖群分布于該裂陷帶南側(cè)。北山地區(qū)太古宙古陸核分布于研究區(qū)南部的塔里木-敦煌地塊，主體由敦煌巖群構(gòu)成。李志琛依據(jù)1∶5萬和1∶20萬工作成果對敦煌群Sm-Nd同位素年齡進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，年齡為1 744～3 237 Ma[11]，孟繁聰?shù)仍诙鼗蛶r群的石榴黑云斜長片麻巖中獲得鋯石U-Pb單階段模式年齡為1 420～2 560 Ma[12]，與本次工作在北山巖群中獲得的碎屑鋯石U-Pb年齡頻譜圖類似，故推測北山巖群的沉積物源區(qū)為敦煌地塊。此外，從碎屑鋯石U-Pb年齡諧和圖上可看出，本次獲得的112個(gè)年齡數(shù)據(jù)中除少數(shù)年齡分布較分散外，多數(shù)年齡集中在2 600 Ma和2 000 Ma附近，說明長石石英巖源區(qū)至少遭受兩期巖漿-熱事件。

圖4 碎屑鋯石U-Pb年齡諧和圖Fig.4 The U-Pb ages concordia diagram of detrital zircons

5 結(jié)論

(1)此次在北山巖群第二巖組長石石英巖中獲得最小碎屑鋯石207Pb/206Pb年齡為(1 782±18)Ma，在侵入北山巖群的基性巖脈中獲得鋯石年齡為(1 623±21)Ma，說明本區(qū)北山巖群形成于1 623～1 782 Ma之間，時(shí)代為古元古代晚期。

(2)北山巖群碎屑鋯石年齡為1 782～3 302 Ma，通過對比周邊古地塊形成時(shí)代和碎屑鋯石的年齡頻譜，北山巖群的源區(qū)可能來自敦煌地塊。長石石英巖碎屑鋯石年齡集中于2 600 Ma和2 000 Ma附近，說明北山巖群源區(qū)至少經(jīng)歷兩期巖漿-熱事件。

致謝：審稿專家對本文提出許多寶貴的改進(jìn)意見，在此向他們表示衷心感謝！