西準(zhǔn)噶爾薩吾爾山一帶吉木乃組流紋巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb年代學(xué)及地質(zhì)意義

支倩 李永軍 楊高學(xué)

摘 ?要： 吉木乃組是西準(zhǔn)薩吾爾山地區(qū)地質(zhì)時(shí)代久存爭(zhēng)議的地層，也是火山巖占地層總厚度比例最高的火山-沉積地層。采用同位素年齡標(biāo)定火山巖準(zhǔn)確的地質(zhì)時(shí)代，是解決本組時(shí)代分歧的有效手段。吉木乃組頂部新發(fā)現(xiàn)的流紋巖中獲得（304.1±2.5）Ma（n=15，MSWD=1.07）的LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡，確認(rèn)成巖時(shí)代為晚石炭世晚期（大致相當(dāng)于卡西莫夫期）。結(jié)合前人在本組下部層位采集的植物化石，限定吉木乃組時(shí)代為晚石炭世（大致為巴什基爾期—卡西莫夫期）。流紋巖同位素定年準(zhǔn)確約束了吉木乃組地質(zhì)時(shí)代上限，為區(qū)域地層格架的建立和地層對(duì)比提供了可靠的時(shí)代依據(jù)。

關(guān)鍵詞： 西準(zhǔn)噶爾;吉木乃組;流紋巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡;晚石炭世

“吉木乃組”一名由新疆地質(zhì)局區(qū)測(cè)大隊(duì)與中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所1974年創(chuàng)建，創(chuàng)名地為吉木乃縣哈爾加烏西南薩爾布拉克溝，原稱為薩爾布拉克組。后因該名稱與柯坪地區(qū)奧陶系組名相同，《新疆維吾爾自治區(qū)區(qū)域地質(zhì)志》將其更名為吉木乃組。該組出露于薩吾爾山北坡及那林卡拉他烏一帶，上與早二疊世哈爾加烏組平行不整合，下與早石炭世那林卡拉組整合或平行不整合，是一套以火山巖為主的陸相火山巖-火山碎屑巖夾陸源碎屑巖建造，局部夾可采煤層，最初因采得安加拉植物群化石，將其時(shí)代置于早石炭世[1]。《新疆古生界（下）》將該組時(shí)代定為中石炭世（石炭紀(jì)三分法;按現(xiàn)二分法則為晚石炭世）[2]。1998年新疆地礦局第四地質(zhì)大隊(duì)在薩吾爾山托斯特一帶進(jìn)行1∶5萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查時(shí)，據(jù)采獲的Lepidodendron sp.，Belonophyllum sp.，Neuropteris sp.，Calamites sp.，Caenodendron primaevum等植物化石，將時(shí)代定為早石炭世晚期?。《新疆維吾爾自治區(qū)巖石地層》據(jù)吉木乃組下部采集的Angaropteridium cardiopteroides等植物化石，將時(shí)代重定為晚石炭世早期[3]。該組主體以火山巖為主，無精準(zhǔn)同位素定年成果約束其形成時(shí)代，加之前述化石多指示時(shí)限跨時(shí)太長（早石炭—晚二疊世），致使該組時(shí)代久存分歧，影響區(qū)域地層層序和年代格架的正確建立及區(qū)域地層對(duì)比。

筆者等在新疆東、西準(zhǔn)噶爾泥盆—石炭系典型剖面對(duì)比研究項(xiàng)目中，于吉木乃組淺肉紅色流紋巖中獲得LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡，為該組形成時(shí)代提供了重要資料。

1 ?區(qū)域地質(zhì)背景

西準(zhǔn)噶爾地區(qū)位于準(zhǔn)噶爾盆地西北緣，是中亞古生代俯沖-增生復(fù)合造山帶重要組成部分[4-8]。本文研究的吉木乃組位于謝米斯臺(tái)斷裂以北薩吾爾山地區(qū)。區(qū)內(nèi)近EW向展布的古生代沉積-火山碎屑巖系，構(gòu)成早古生代博什庫爾-成吉思巖漿弧和晚古生代扎爾瑪-薩吾爾巖漿弧（圖1-a）[5]?。

薩吾爾山地區(qū)主要出露晚古生代地層。泥盆系薩吾爾山組、朱魯木特組、洪古勒楞組為海相火山巖-火山碎屑巖-陸源碎屑巖建造。石炭系黑山頭組僅見于薩吾爾山東段，為一套弧火山沉積建造，主要由安山巖夾少量含礫安山質(zhì)凝灰?guī)r和少量玄武巖組成，含腕足類和珊瑚化石;哈拉巴依組出露于薩吾爾山北側(cè)，主要為一套基性-酸性火山巖;二疊系哈爾加烏組為一套陸相火山-沉積巖系，巖性以中性火山巖及火山碎屑巖為主，夾酸性及基性火山巖;卡拉崗組為一套陸相火山巖及火山碎屑巖沉積，巖性以流紋巖為主，夾安山巖及少量凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)砂巖[3]。區(qū)內(nèi)侵入巖較發(fā)育，以早石炭—早二疊世I-A型花崗巖為主[10-13]，基性巖和超基性巖僅零星出露[14]。前人研究表明，泥盆—石炭紀(jì)火山巖以島弧型火山巖為主[15]，二疊紀(jì)火山巖形成于伸展構(gòu)造環(huán)境，以雙峰式為特色[16]。

本文研究的吉木乃組分布在吉木乃縣東南部薩爾布拉克溝一帶，主體為一套陸相基性-中酸性火山熔巖及火山碎屑巖組合夾少量凝灰質(zhì)砂巖、粉砂巖等陸源碎屑巖，局部見可采煤層。其中基性火山巖與中酸性火山巖厚度比為2∶1。該組與上覆下二疊統(tǒng)哈爾加烏組（296.7 Ma）平行不整合接觸[16]，東、西邊界多被早二疊世花崗巖（295～298 Ma）侵入（圖1-b）[10]1。前人在吉木乃組中多采獲Sublepidodendron sp.，Lepidodendron sp.，Belonophyllum sp.，Neuropteris sp.，Calamites sp.，Caenodendron primaevum等植物化石?。本次調(diào)查于該組上部發(fā)現(xiàn)一套層位延伸穩(wěn)定且厚度較大的淺肉紅色流紋巖夾層，厚約15 m。該夾層與灰綠色安山巖之間整合接觸界線清晰，巖石風(fēng)化面多呈黃褐、淺肉紅色，新鮮面呈淺肉紅色，流紋構(gòu)造發(fā)育（圖2）。

2 ?火山巖同位素測(cè)齡

2.1 ?樣品采集及分析方法

本次于流紋巖中采集1件樣品進(jìn)行LA-ICP-MS鋯石U-Pb測(cè)年。樣品編號(hào)為JMNTW-1，采樣點(diǎn)坐標(biāo)為東經(jīng)86°18′15″，北緯47°07′56″。

鋯石激光剝蝕電感偶合等離子體質(zhì)譜（LA-ICP-MS）原位U-Pb定年在中國地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心國土資源部巖漿作用成礦與找礦重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。實(shí)驗(yàn)采用的激光剝蝕系統(tǒng)為GeoLas Pro，ICP-MS為Agilent 7700x。激光剝蝕斑束直徑為30 μm，剝蝕深20～40 μm。鋯石年齡采用標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500為外部標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行同位素分餾校正。元素含量及U-Th-Pb同位素比值和年齡計(jì)算利用軟件Glitter 4.4完成，鋯石樣品U-Pb年齡諧和圖及年齡權(quán)重平均計(jì)算采用Isoplot/Ex_ver 3完成。

本次獲得鋯石多為無色透明或淺黃色，晶形發(fā)育較好，多呈長柱狀、正方雙錐狀自形晶體，少數(shù)呈半截錐狀，個(gè)別形狀不規(guī)則。鋯石顆粒長80～130 μm，寬45～110 μm，長寬比2∶1～1∶1;陰極發(fā)光圖像顯示鋯石多具清晰的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和典型的巖漿韻律環(huán)帶（圖3-a），屬巖漿結(jié)晶鋯石[17]。盡管鋯石出現(xiàn)不同形態(tài)，但未見明顯后期熱液改造、二次捕獲等跡象，且鋯石內(nèi)部成分相對(duì)均一，無明顯溶蝕和包裹體特征，為噴發(fā)期巖漿活動(dòng)一次結(jié)晶形成，代表流紋巖成巖年齡。

2.2 ?LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡

流紋巖鋯石U-Pb同位素測(cè)試分析結(jié)果見表1。鋯石稀土元素分布模式較一致，為輕稀土元素虧損，重稀土元素富集，具較強(qiáng)的正Ce異常和弱的負(fù)Eu異常（圖3-b），明顯不同于熱液鋯石，類似典型巖漿鋯石[18-20]。從表1中看出，所有鋯石顆粒Th含量為66.92×10-6～188.6×10-6，U含量為92.95×10-6～156.7×10-6，具較高的Th/U比值（0.72～1.33），二者呈較好正相關(guān)（圖3-c），指示鋯石屬典型巖漿成因[21]。

15個(gè)測(cè)試點(diǎn)多位于鋯石巖漿環(huán)帶上，207Pb/206Pb比值非常接近，為0.046 13～0.055 05，表明該鋯石為同期巖漿結(jié)晶成因。由于235U的衰變比238U快6.3倍，放射成因的207Pb在地球早期歷史中更豐富，顯生宙以來207Pb生成率很低、計(jì)數(shù)速率低，造成207Pb測(cè)定誤差較大，使207Pb/206Pb和207Pb/235U比值可信度降低。因此，顯生宙鋯石一般采用206Pb/238U年齡[21]。本次研究獲得的所有測(cè)試點(diǎn)206Pb/238U表觀年齡值較集中，為298～312 Ma，最大年齡誤差為5 Ma。所有數(shù)據(jù)點(diǎn)集中分布在諧和曲線上及附近，表明該流紋巖鋯石對(duì)U-Pb同位素體系封閉較好，未受后期變質(zhì)事件擾動(dòng)，其年齡值可信。本次獲得流紋巖206Pb/238U年齡加權(quán)平均值為（304.1±2.5）Ma（n=15，MSWD=1.07，95%置信度）（圖4），按最新國際地質(zhì)年代表中石炭紀(jì)劃分方案，屬晚石炭世晚期卡西莫夫階。

3 ?地質(zhì)時(shí)代與結(jié)論

吉木乃組為薩吾爾山地區(qū)火山巖占地層厚度比例最多的火山-沉積地層，采用同位素年齡標(biāo)定火山巖準(zhǔn)確的地質(zhì)時(shí)代，是解決本組時(shí)代分歧的有效手段。

筆者于吉木乃組流紋巖上部層位中獲得（304.1±2.5）Ma（n=15，MSWD=1.07）的LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡，限定地質(zhì)時(shí)代為晚石炭世晚期（大致相當(dāng)于卡西莫夫期），代表了吉木乃組形成時(shí)代上限。前人在該組中所采集的部分植物化石指示時(shí)限跨度較大，如Calamites sp.（蘆木未定種）時(shí)限一般為晚石炭世至早二疊世，Neuropteris sp.（脈羊齒未定種）主要見于早石炭—中二疊世，以晚石炭世最繁盛，Lepidodendron sp.（鱗木未定種）生長時(shí)限可從早石炭世一直延續(xù)至晚二疊世。因此，將該組時(shí)代置于早石炭世、中石炭世、抑或早石炭世晚期是值得商榷的[1-2]1。《新疆維吾爾自治區(qū)巖石地層》據(jù)本組下部層位中的Angaropteridium cardiopteroides，確定時(shí)代為晚石炭世早期[3]，可能代表了吉木乃組時(shí)代下限。至此，可確認(rèn)吉木乃組地質(zhì)時(shí)代大致為晚石炭世巴什基爾期—卡西莫夫期。

致謝： 樣品測(cè)試工作得到國土資源部巖漿作用成礦與找礦重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室老師和同學(xué)的幫助; 長安大學(xué)段豐浩博士在論文寫作過程中給予了指導(dǎo)和幫助，審稿專家對(duì)本文提出了許多寶貴意見，在此一并致謝！

參考文獻(xiàn)

[1] ? ?新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局. 新疆維吾爾自治區(qū)區(qū)域地質(zhì)志[M]. 北京： 地質(zhì)出版社，1993，1-841.

[2] ? ?新疆地質(zhì)礦產(chǎn)局地質(zhì)礦產(chǎn)研究所. 新疆古生界（下）[M]. 烏魯木齊： 新疆人民出版社，1991，1-482.

[3] ? ?新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局. 新疆維吾爾自治區(qū)巖石地層[M]. 武漢： 中國地質(zhì)大學(xué)出版社，1999，1-430.

[4] ? ?Feng Y M，Coleman R G，Tilton G，et al. Tectonic evolution of the West Junggar region，Xinjiang，China[J]. Tectonics，1989，8（4）： 729-752.

[5] ? ?Xiao W J，Han C M，Yuan C，et al. Middle Cambrian to Permian subduction-related accretionary orogenesis of Northern Xinjiang，NW China： Implications for the tectonic evolution of central Asia[J]. Journal of Asian Earth Sciences，2008，32（2-4）： 102-117.

[6] ? ?Geng H Y，Sun M，Yuan C，et al. Geochemical and geochronological study of early Carboniferous volcanic rocks from the West Junggar： Petrogenesis and tectonic implications[J]. Journal of Asian Earth Sciences，2011，42（5）： 854-866.

[7] ? ?Windley B F，Xiao W J. Ridge subduction and slab windows in the Central Asian Orogenic Belt： Tectonic implications for the evolution of an accretionary orogen[J]. Gondwana Research，2018，61： 73-87.

[8] ? ?Zhang J E，Xiao W J，Luo J，et al. Collision of the Tacheng block with the Mayile-Barleik-Tangbale accretionary complex in Western Junggar，NW China： Implication for Early-Middle Paleozoic architecture of the western Altaids[J]. Journal of Asian Earth Sciences，2018，159： 259-278.

[9] ? ?Yang G X，Li Y J，Xiao W J，et al. Petrogenesis and tectonic implications of the Middle Silurian volcanic rocks in northern West Junggar，NW China[J]. International Geology Review，2014，56（7）： 869-884.

[10] ?Zhou T F，Yuan F，F(xiàn)an Y，et al. Geodynamic significance of the A-type granites in the Sawuer region in west Junggar，Xinjiang： Rock geochemistry and SHRIMP zircon age evidence[J]. Science in China （Series D），2006，49（2）： 113-123.

[11] ?袁峰，周濤發(fā)，楊文平，等. 新疆薩吾爾地區(qū)兩類花崗巖Nd，Sr，Pb，O 同位素特征[J]. 地質(zhì)學(xué)報(bào)，2006，80（2）： 264-272.

[12] ?Zhou T F，Yuan F，F(xiàn)an Y，et al. Granites in the Saur region of the ? ? ? ? ? west Junggar，Xinjiang Province，China： Geochronological and ? ? ? ? ? ? ? ?geochemical characteristics and their geodynamic significance[J]. ? Lithos，2008，106（3-4）： 191-206.

[13] ?Chen J F，Han B F，Ji J Q，et al. Zircon U-Pb ages and tectonic implications of Paleozoic plutons in northern West Junggar，North Xinjiang，China[J]. Lithos，2010，115（1）： 137-152.

[14] ?Deng Y F，Yuan F，Zhou T，et al. Geochemistry and tectonic impli cations of the Early Carboniferous Keketuobie intrusion in the ? ? ? West Junggar foldbelt，NW China[J]. Journal of Asian Earth Sci ? ? ences，2018，159： 142-154.

[15] ?Yuan F，Deng Y F，Zhou T F，et al. Petrogenesis and timing of emplacement of porphyritic monzonite，dolerite，and basalt associated with the Kuoerzhenkuola Au deposit，Western Junggar，NW China： Implications for early Carboniferous tectonic setting and Cu-Au mineralization prospectivity[J]. International Geology Review，2017，59（9）： 1154-1174.

[16] ?周濤發(fā)，袁峰，楊文平，等. 西準(zhǔn)噶爾薩吾爾地區(qū)二疊紀(jì)火山活動(dòng)規(guī)律[J]. 中國地質(zhì)，2006，33（3）： 553-558.

[17] ?吳元保，鄭永飛.鋯石成因礦物學(xué)研究及其對(duì)U-Pb年齡解釋的制約[J]. 科學(xué)通報(bào)，2004，49（16）： 1589-1604.

[18] ?Sun S S，McDonough W F. Chemical and isotopic systematics of oceanic basalts： Implications for mantle composition and processes[J]. Geological Society，Special Publications，1989，42（1）： 313-345.

[19] ? 趙振華. 副礦物微量元素地球化學(xué)特征在成巖成礦作用研究中的應(yīng)用[J]. 地學(xué)前緣，2010，17（1）： 267-286.

[20] ?Hoskin P W O，Black L P. Metamorphic zircon formation by solid-state recrystallization of protolith igneous zircon[J]. Journal of metamorphic Geology，2000，18（4）： 423-439.

[21] ?Compston W，Williams I S，Kirschvink J L，et al. Zircon U-Pb ages for the Early Cambrian time-scale[J]. Joumal of Geological Society，1992，149（2）： 171-184.

Abstract： The geological age of the Jimunai Formation has long been controversial in the Saur Mountain of West Junggar.It is also a volcanic-sedimentary stratum with the highest proportion of volcanic rocks to the total thickness of strata，and thus，it is an effective method to resolve the age divergences of the Jimunai Formation using accurate geological age of the volcanic rocks. LA-ICP-MS dating was used to determine the zircons from the newly discovered rhyolite of the upper Jimunai Formation，which yielded zircon U-Pb age of 304.1±2.5 Ma （n=15，MSWD=1.07），corresponding to the end of the Late Carboniferous. In view of predecessors′ fossil information，we suggest that the formation age of Jimunai Formation is Bashkirian to Kasimovian of Late Carboniferous.Isotopic dating of rhyolite accurately constrained the minimum age of the Jimunai Formation，and provided new chronological evidence for the establishment of regional stratigraphic framework and stratigraphic correlation.

Key words： West Junggar;Jimunai Formation;LA-ICP-MS zircon U-Pb dating of rhyolite; Late Carboniferous