東準噶爾卡拉麥里地區巴塔瑪依內山組火山巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡

王龍江 李永軍 王祚鵬

摘 ? 要：巴塔瑪依內山組是一套以火山巖為主的陸相火山-沉積地層，在東準噶爾地區廣泛分布，規模巨大，且形成時代久存爭議。通過對卡拉麥里地區巴塔瑪依內山組層型剖面的重新實測，以及對該組中下部層位玄武巖進行LA-ICP-MS測年，獲得鋯石U-Pb年齡為（338.7±7.7） Ma（MSWD=0.24）。所測鋯石的CL圖像上可見明顯的震蕩環帶結構，且鋯石Th/U比值為0.11～0.95，均大于0.10，13顆鋯石的Th/U平均值為0.56， Th/U呈正相關，說明屬巖漿鋯石，指示其代表了巴塔瑪依內山組的形成時代。結合前人的年代學數據及化石資料，將巴塔瑪依內山組時代確定為早石炭世中期—晚石炭世初期，認為其中下部層位時代不晚于338.7 Ma。該成果進一步約束了區內陸相火山地層的時代，并為研究東準噶爾構造帶的火山巖漿作用及其構造演化提供了新的年代學依據。

關鍵詞：巴塔瑪依內山組;鋯石U-Pb測年;卡拉麥里地區;東準噶爾

作為中亞造山帶的重要組成之一[1]，東準噶爾構造帶主要由一系列的增生雜巖帶、古生代巖漿弧構成。區內地層以古生界為主，其中，巴塔瑪依內山組在本區火山地層中規模巨大，分布廣泛，且該套火山巖的地質時代歸屬仍存爭議。近年來，巴塔瑪依內山組火山巖的同位素年齡相繼報道，在卡拉麥里地區該組頂部粗面安山巖中獲得SHRIMP鋯石U-Pb年齡（350.0±6.3） Ma[2];扎河壩一帶該組頂部流紋巖的鋯石年齡為（275.6±2.8） Ma[3];白堿溝鉆井內該組頂部杏仁狀玄武巖的LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為（300.4±1.3） Ma[4];三塘湖該組中上部安山巖的LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為（328.9±1.9） Ma和（331.3±2.3） Ma[5];在卡拉麥里一帶該組玄武巖中獲得Sm-Nd等時線年齡為（319.7±5.9） Ma[6]，卡拉麥里一帶該組頂部玄武粗面巖的LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為（321.0±3.0） Ma[7]。綜合前人以上研究成果，該組時代歸屬可主要歸結為以下4種觀點：①早石炭世 [2，4，5]、②晚石炭世[7]，③早石炭世晚期—晚石炭世早期[6]、④早二疊世[3]。

本文在分析了前人工作的基礎上，重新實測了卡拉麥里地區巴塔瑪依內山組火山巖層型剖面，總結了巖石組合及火山噴發特征，并在中下部玄武巖中獲得（338.7±7.7） Ma的LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡，限定了本組中下部層位時代為早石炭世，結合前人對卡拉麥里地區該組頂部的年代學研究及古生物化石資料，可確定巴塔瑪依內山組的地質時代為早石炭世中期—晚石炭世初期。為東準噶爾巴塔瑪依內山組補充了新的年代學依據。

1 ?區域地質概況

卡拉麥里地區北達阿爾曼太蛇綠巖帶，南至卡拉麥里蛇綠巖帶。巴塔瑪依內山組創名于卡拉麥里山南麓巴塔瑪依內山一帶，廣泛分布于卡拉麥里地區，北東至紙房[8]，南東至巴里坤煤礦一帶均有巴塔瑪依內山組出露[2，4]。巖石組合以火山巖為主，較長的火山噴發間歇期可見少量陸源碎屑沉積。

巴塔瑪依內山組層型剖面區位于卡拉麥里深大斷裂以南，巴塔瑪依內山-雙井子一帶。區內出露的石炭系自下而上為滴水泉組，巴塔瑪依內山組，石錢灘組。巴塔瑪依內山組不整合于下石炭統滴水泉組之上，其上被上石炭統石錢灘組不整合覆蓋，甚至被二疊系超覆。

2 ?巴塔瑪依內山組的巖石組合特征

2.1 ?剖面選取與實測列述

本次實測巴塔瑪依內山組剖面的起點坐標為 ?（90°21′56″E，44°48′27.9″N）;終點坐標為（90°21′02″E，44°49′52″N）（圖1）。

巴塔瑪依內山組剖面列述如下：

2.2 ?巴塔瑪依內山組火山巖噴發期次與旋回劃分

巴塔瑪依內山組以火山巖為主，共可識別出9次噴發間斷，其中4次噴發間斷時間較長，以明顯的陸源碎屑巖夾層及煤線為識別標志，分別是剖面第7～8層的巨礫巖、粗砂巖，第9層及第19層的劣質煤線夾層和第36層的砂巖，另外5次噴發間斷時間較短，僅依據爆發-噴溢旋回識別。

本次研究依據厚度相對較大的礫巖、砂巖層，將剖面細分為3個巖性段：第一巖性段，即最早一個噴發期次，以沉積礫巖、粗砂巖的出現為結束標志。該期次為一爆發-噴溢旋回，噴溢相占主導地位。火山熔巖的巖石組合以玄武巖為主，夾少量安山巖，僅底部有少量玄武質角礫巖出露。第二巖性段以沉積砂巖的出現為結束標志。該期次噴溢相與爆發相頻繁交替出現，組成了5個噴溢-爆發旋回，且以噴溢相為主。噴溢相熔巖中主要是大量的安山巖、玄武巖，夾少量英安巖及流紋巖。爆發相的碎屑巖中則以角礫巖為主，少量凝灰巖呈厚層狀分布。本段中有兩層劣質煤線以夾層形式產出，標志著本段中存在兩次規模較小的沉積間斷。正常沉積的砂巖之上為第三巖性段，即最后一個噴發期次。本期次共3個爆發-噴溢旋回，仍為噴溢相夾少量爆發相。火山熔巖主要由安山巖、英安巖、霏細巖組成。火山碎屑巖中，凝灰巖占主導地位，少量角礫巖以薄層狀產出。

火山巖組合中，溢流相熔巖最為發育，噴溢指數達82.22%。基性熔巖位于中下部層位，中酸性熔巖見于中上部層位，中性熔巖呈厚層狀夾雜其中。總體為一玄武巖-安山巖-英安巖序列的巨型火山噴發沉積旋回，且巖漿演化具較強的有序度，3種巖類厚度近等，而爆發相碎屑巖相對較少，爆發指數僅17.78%，火山角礫巖與凝灰巖之比約為2∶1。

陸源碎屑巖均以夾層產出，主要巖性為礫巖、砂巖，間夾煤線。第三巖性段的煤線中有Angaropteridium cardiopleroides等安卡拉羊齒植物化石，指示河湖相或沼澤環境 [10]。

3 ?火山巖LA-ICP-MS 鋯石U-Pb年齡

用于鋯石U-Pb定年的樣品采自巴塔瑪依內山組第11層玄武巖中（90°21′21″E，44°49′09″N），屬第二巖性段下部層位（圖2）。玄武巖樣品新鮮面為灰色，風化面為灰褐色，塊狀構造。巖石由斑晶和基質組成。斑晶含量約25%，成分主要為輝石及斜長石。斜長石呈半自形板狀，粒徑0.5～1.4 mm，聚片雙晶發育;輝石呈半自形柱狀，粒徑0.9～1.5 mm;基質含量約75%，由斜長石、輝石、磁鐵礦組成，具間粒結構（圖3）。

樣品由西安瑞石地質科技有限公司通過常規重液懸浮與電磁分離的方法挑選鋯石，在雙目顯微鏡下精選鋯石制靶、拋光、鍍金[11]。之后進行透射光、反射光和陰極發光（CL）照相，并選取分析點位，避開裂隙與包裹體，并確保點位直徑大于32 μm ? ? ?（圖4）。激光剝蝕電感耦合等離子體質譜（LA-ICP-MS）原位微區U-Pb分析在中國地質調查中心國土資源部巖漿作用成礦與找礦重點實驗室完成。實驗激光剝蝕系統為GeoLas Pro，ICP-MS為Agilent 7700x。每組12個點分析，采用NIST-610、91500外標和GJ內標的分析方法，詳細儀器參數和實驗過程可參考李艷廣等[12]。數據處理采用軟件Glitter 4.4和Isoplot ver 3.0完成。

本次所測鋯石均為無色、透明，大小不超過 140 μm，長寬比值為1.2∶1～4∶1，大多為正方雙錐晶體且發育有良好的震蕩環帶結構，陰極發光圖像上亦未見到繼承核（圖4），表明鋯石為巖漿成因[13]。分析結果見表1，鋯石Th/U比值為0.11～0.95，均大于0.10，13顆鋯石的Th/U平均值為0.56，且Th/U呈正相關，也進一步說明了屬巖漿鋯石。

在鋯石U-Pb年齡諧和圖上，13個測點全部落在諧和曲線上及其附近，等時線年齡為（345±4.5） Ma（MSWD=1.07），與206Pb/238U加權平均年齡（338.7±7.7） Ma（MSWD=0.24）在誤差范圍內一致，置信度為95%，時代為早石炭世。

4 ?巴塔瑪依內山組地質時代討論

巴塔瑪依內山組的時代歸屬自建組至今一直存在爭議。新疆地質局區測大隊一分隊根據本組上部沉積巖夾層中Angaropteridium cf. cardiopteroides（Schmsaih. ）Zal. ;Noeggerathiopsis sp.等植物化石定為晚石炭世早期1。因滴水泉組時代為早石炭世維憲階早期[14]，石錢灘組時代為晚石炭世，限定本組為早石炭世晚期—晚石炭世早期。朱志新等和楊品榮等通過地球化學特征及碎屑物源分析其構造環境，結合區域地質背景，認為本組屬于晚石炭世[8，15]。前人對此存在爭議的主要原因是本組中沉積巖均以夾層產出，且夾層中古生物化石依據不充分。近年來，不同地區巴塔瑪依內山組火山巖同位素年齡相繼報導，譚佳奕等在本組頂部粗面安山巖中獲得了（350.0±6.3） Ma的SHRIMP鋯石U-Pb年齡[2];張元元等采用相同方法于扎河壩一帶本組頂部的流紋巖中獲得鋯石年齡為（275.6±2.8） Ma[7];蘇玉平等自白堿溝鉆井內本組頂部杏仁狀玄武巖中獲得LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡（300.4±1.3） Ma[3];張瑋等在三塘湖本組中上部安山巖中獲得LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為（328.9±1.9） Ma和（331.3±2.3） Ma[4];張峰等在卡拉麥里一帶玄武巖中獲得Sm-Nd等時線年齡為（319.7±5.9） Ma[6]，羅婷等在卡拉麥里地區本組頂部玄武粗面巖中獲得LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為（321.0±3.0） Ma[5]。通過分析可知，譚佳奕等在粗面安山巖中獲得鋯石，但巴塔瑪依內山組中安山巖少見粗面結構，在其下伏層位滴水泉組中存在類似的巖性[2]。譚佳奕等用于測年的樣品是否來自于巴塔瑪依內山組，有待進一步確認[2]。而張元元等與蘇玉平等分別于扎河壩地區與陸東-五彩灣地區采樣[3，7]。兩地皆自二疊世開始發育廣泛的巖漿及侵入作用，這是否對之前形成的巖漿鋯石有重置作用，值得考慮。

本次研究所測樣品采自該組創名地巴塔瑪依內山一帶，卡拉麥里地區雙井子附近，可以代表該組火山巖。測試結果顯示，卡拉麥里地區巴塔瑪依內山組中下部層位形成于（338.7±7.7） Ma，屬早石炭世中期。說明該地區自338.7 Ma前或更早就已經開始了廣泛的火山作用。結合前人于相同地區本組頂部層位所獲得的年齡為（321.0±3.0） Ma，屬晚石炭世初期[5]，本文綜合認為巴塔瑪依內山組形成時代為早石炭世中期—晚石炭世初期（圖5）。

來自古生物化石的證據也印證了這一認識。在本組第一巖性段內粗砂巖中采到早石炭世植物化石Lepidodendropsis triticea Sun和Knorria sp.。本組第二巖性段上部劣質煤線中采到晚石炭世植物化石Angaropteridium cf. cardiopleroides（Schmalb）Zal.及孢粉Cyclogranulatisporites sp.，Cristatisporites sp.，為本組的地質時代為早—晚石炭世提供了佐證。

此外，本組分布較廣，厚度巨大，層型剖面厚度達1 436.7 m，區域上本組厚度達4 318 m[16]，亦說明火山-沉積作用的持續時間較長，故認為本組形成時代為早—晚石炭世是合理的，具體的形成時限為338.7～321.0 Ma。該觀點不僅與整個準噶爾后碰撞深沉巖漿活動范圍（340～265 Ma）吻合[17]，亦與大多來自古生物化石的年代學證據相符。

6 ?結論

（1） 巴塔瑪依內山組主要由基性、中性、酸性火山熔巖及凝灰巖、凝灰角礫巖等組成，并存在至少4次持續時間較長的噴發間斷。本組具明顯的多期次、間歇性噴發特點。該組分布范圍廣、地層厚度大，火山巖中溢流相熔巖占主導地位，總體表現為一玄武巖-安山巖-英安巖順序的巨型火山噴發-沉積旋回，且巖漿演化具較強的有序度。

（2） 本次于卡拉麥里地區巴塔瑪依內山組中下部層位玄武巖中獲得LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為（338.7±7.7） Ma（MSWD=0.24），屬早石炭世維憲階。限定了該地區巴塔瑪依內山組中下部層位的年齡為338.7 Ma，標識著該地區自338.7 Ma前或更早，就已發生大規模的火山作用。結合前人對該地區該組的年代學研究及古生物化石依據，認為本組的地質時代為早石炭世中期—晚石炭世初期。

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Abstract：Batamayineishan Formation is a set of continental volcanic-sedimentary strata dominated by volcanic rocks.It is widely distributed in eastern Junggar，with a huge scale and a long-standing controversy about its age.The U-Pb zircon U-Pb age of Batamayineishan Formation in Kalamali area is（338.7±7.7） Ma（MSWD=0.24）by LA-ICP-MS dating of basalts in the middle and lower strata of the Formation.The CL images of the zircons show obvious oscillatory zonal structure，and the Th/U ratios of the zircons are between 0.11 and 0.95，all of which are greater than 0.10.The Th/U average of 13 zircons is 0.56.There is a positive correlation between the Th/U values，indicating that the zircons belong to magmatic zircons and represent the formation age of the Batamayineishan Formation.Based on previous chronological data and fossil data，the age of the Batamayineishan Formation is defined as the middle of the Early Carboniferous to the early stage of the Late Carboniferous.It is considered that the lower strata should be no later than 338.7 Ma.This result further constrains the age of continental volcanic strata and provides a new chronological basis for the study of volcanic magmatism and tectonic evolution in the eastern Junggar tectonic belt.

Keywords：Batamayineishan Formation;Zircon U-Pb age;Kalamaili area;Eastern Junggar