新疆巴里坤萨尔乔克一带原中泥盆统头苏泉组的重新厘定∗

初建朋，李勇，郭俊锋，雷万杉，陈丹利

(1.山东理工大学资源与环境工程学院，山东淄博255091;2.长安大学地球科学与资源学院，陕西西安710054)

研究区位于新疆巴里坤萨尔乔克．从地层区划上，该地属于北疆－兴安地层大区、北疆地层区、北天山地层分区下的博格达小区[1,2]．该套地层最早由地矿部新疆地质局区域地质测量大队五分队在1：20万巴里坤湖幅（1966）中划入中石炭统的两个分层（Ca2和Cb2）[3]；2009年新疆地矿局第六区域地质调查大队在萨尔乔克一带开展区域地质调查联测时，将巴里坤塔格唐勒克、皮匠沟、塔勒得萨依、克泽勒吉勒喀以及萨尔乔克一线在内的该套地层划为头苏泉组（D2ts）[4]；头苏泉组是新疆地质局地质研究所（1961）编制1︰100万哈密幅地质图时，将张良臣等（1960）划定的大南湖组第四、五、六亚组划为中泥盆统并命名为头苏泉组；在《新疆维吾尔自治区岩石地层》（1999）中，头苏泉组被定义为由一套海相的碎屑岩和火山岩等组成的地层，含珊瑚等化石，具浅变质．1︰25万三道岭幅区调项目在研究区内调查时，认为唐勒克、皮匠沟、塔勒得萨依、克泽勒吉勒喀等地地层只发生轻微变质，但总体而言，岩石并未发生区域动力变质作用，岩性、岩相和变质程度等均与头苏泉组定义相符，因而沿用前人的厘定；但野外调查研究认为：萨尔乔克一带则为一套中级变质地层，与头苏泉组比较，岩性、岩相和变质程度均明显不符，因此需要重新厘定.

1 地层分布与接触关系

该套地层分布在萨尔乔克东侧冲沟中，处于巴里坤塔格北缘凹陷内，出露面积较小（图1）．在遥感图上（ETM741）显示为青紫色，影响均匀，纹理较乱．与上覆下石炭统黑山头组为断层接触（图2），由于岩体破坏，该组未见底.

图1 萨尔乔克地区地质简图

图2 萨尔乔克东托斯巴斯陶组与上奥陶统乌列盖组断层接触

2 地质特征

2.1 剖面列述

本次调查在萨尔乔克东侧冲沟中测制了一条剖面，现列述如下：

剖面露头良好，剖面方向大致由北向南沿沟前进，高差较小．该剖面出露的岩性从北向南依次为：碱长花岗岩岩体，上奥陶统乌列盖组（O3w）的长英质岩石、糜棱片岩、石英片岩以及下石炭统黑山头组的英安岩．该组岩石均发生了变质变形，剖面列述和剖面图如下：

2.2 岩石学特征

本次调查发现，该组由一套中级变质岩系组成，未见下伏地层，经过与调查区内其它地层的对比发现，该套地层具有变质变形特征：

（1）该组变质程度中等，为一套中级变质岩系组成，主要岩性为糜棱质白云母石英片岩、塑性变形长英质白云母糜棱片岩、石榴石白云母糜棱片岩、碎粒重结晶长英岩等组成．在整个调查区内未见其他地层有如此强的变质程度．

（2）该套地层由于受区域构造影响，岩层遭受挤压变形强烈，具有多期叠加的特点（图3）．由于研究区复杂的地质构造演化及大面积的岩浆活动，决定了多期次、多类型变质作用的发生．变质作用类型包括区域变质、动力变质、接触变质等，这些变质岩沿构造带呈带状分布，先期发生的区域变质作用受到了后期动力变质作用的改造，主要为糜棱岩、糜棱片岩、石英片岩．

图3 巴里坤萨尔乔克东侧上奥陶统乌列盖组构造剖面

该套地层发育有大量的宏观和微观构造，主要有旋转碎斑、石香肠构造、拉伸线理、书斜构造、变形纹等．构造带的宏观特征显示剪切指向为左行剪切（图4），微观特征显示剪切指向也为左行剪切（图5）．在动力学方面，通过对构造带应力方向统计计算，其主应力方向近北西－南东向．根据变质矿物在显微镜下的变形特征表明该构造带曾发生过动力变质作用．

图4 萨尔乔克东上奥陶统乌列盖组多期变形事件及宏观表现

图5 萨尔乔克东上奥陶统乌列盖组构造变形带的多期变形事件及微观表现

对该套地层的变形期次研究发现岩石至少经历了三次变形：第一期为拉伸线理，主要表现为石英、长石等矿物长轴组构和新生矿物如云母、绿泥石等矿物的定向排列；第二期为近东西向的褶皱变形，主要为变质重结晶作用析出的石英脉体因后期韧性剪切作用而发生褶皱变形，多平行于劈理面集中分布；第三期为间隔劈理（膝折）的形成，以一定可见的间隔切过先有连续片理，调查区内未见其他地层有如此强烈的多期次变形．

调查区内该组主要岩性为石英片岩、绢云石英片岩，糜棱质白云母石英片岩、塑性变形长英质白云母糜棱片岩、石榴石白云母糜棱片岩、碎粒重结晶长英岩等组成．代表性岩石类型有：

（1）绢云石英片岩：浅灰绿色，鳞片粒状变晶结构，片状构造，片理较发育且变形强，主要由石英54%、变质矿物绢云母23%、绿帘石11%和斜长石12%等组成．热液矿物为绿泥石．岩石是一个经历了韧性变形和绢云母相变质双重作用下的复合变质岩．韧性变形作用形成了条带状糜棱岩，条带中富长英质和富绢云母条带，岩石中石香肠构造十分发育，岩石的变质作用，主要是细糜棱部分，被绢云母完全取代，粗糜棱化部分的长英质重结晶，保留原来的塑性变形构造．

（2）糜棱岩化石英片岩：青灰色，粒状变晶结构，片状构造，矿物成分主要为糜棱化石英61%、变晶白云母10%、糜棱化长石25%，岩石经历了复变质，最终变质相已随白云母片岩相，其中塑性变形比较发育，交代蚀变主要以黝帘石化为特征，岩石中石英成糜棱条带，受变质作用影响动态重结晶，长石类，全部成拉长的微细粒集合体，也构成糜棱结构，局部可见定向排列的鳞片状白云母变晶，交代细碎组合．

（3）糜棱岩：呈深灰色，糜棱结构，糜棱面理构造，主要由长英质80%、石英碎斑20%等组成．碎斑呈眼球状，碎基主要由隐晶质和细小的绢云母等组成，且呈条带状绕过碎斑，显示流动构造.

3 时代讨论

从岩石组合的区域对比发现，该套地层与北准噶尔地层分区的下奥陶统拉巴组最为接近，岩性为黑云石英片岩、绢云黑云石英片岩等，而与北准噶尔地层分区的上奥陶统乌列盖组（O3w）也较为接近．为了准确确定该套地层的岩石单元归属，对原岩为酸性凝灰岩、流纹岩夹石英砂岩，后经强烈变质变形的石英片岩先后采集了2个同位素年龄样品（D1710TW1和D1710TW2），进行了LA－ICP－MS锆石U－Pb定年研究，详细研究如下：

对第一次采集的样品D1710TW1进行分析，获得了25颗单颗粒锆石U－Pb年龄数据（见图6、7，表1），有2颗的数据位于前寒武纪时期范围内，分别为701.9Ma和835.5Ma；有15颗锆石年龄数据集中在378∼488.8 Ma之间，加权平均年龄为424±19Ma（图7,c）；另有7颗锆石的206Pb/238U年龄值位于310∼340Ma之间，加权平均年龄为323±11Ma；这三组年龄数据变化范围较大．25个年龄值的谐和度虽然较差，但是可以显示出明显的三期锆石年龄（图7）．表明该样品所代表的变质地层中锆石具有多来源、多期次的特征[5−9]．

图6 D1710TW1代表性锆石的CL图像

图7 D1710TW1锆石U－Pb年龄分布柱状图（a）协和曲线图，（b）15颗锆石U－Pb年龄加权平均值，（c）黑色方框内代表用于加权的15颗锆石年龄值

表1 D1710TW1石英片岩锆石LA－ICP MS U－Pb分析结果

由于该次锆石年龄数据不理想，因此又在同一层位采集了石英片岩样品（D1710TW2）进行了单颗粒锆石U－Pb年龄分析（图8，表2）.从中挑选出26颗有代表性的锆石，通过锆石阴极发光图像特征可将其分为外来锆石（图8中2、3、17和19号锆石）、变质锆石（图8中9号锆石,第一挑选变质锆石较多，本次只挑选一颗）和岩浆成因锆石（图8剩余的锆石）三类.

由此本次测试获得两组年代学数据：（1）碎屑锆石U－Pb年龄分别为578.6Ma、1 612.3Ma、1 838.7Ma、2 115.2Ma；（2）原岩岩浆成因锆石U－Pb年龄在416.1∼494.7Ma之间（图9），取437∼464.8Ma相关性较好的15个点数据进行加权平均年龄计算，获得450.3±4.3Ma的可靠年龄（图9,c），这组年龄应该可以代表地层形成时的火山活动的时限.

综合上述两次单颗粒锆石U－Pb同位素测年分析结果，我们认为研究区该套中级变质地层应形成于450.3±4.3Ma，为晚奥陶世早期．其中的碎屑锆石数据可分为3组：一组为578.6∼835.5Ma，可能代表研究区基底晚元古代罗迪尼亚裂解期岩浆活动事件；第二组数据为1 612.3∼1 838.7Ma，可能代表研究区基底中元古代的岩浆活动事件；第三组数据为2 115.2Ma，可能代表研究区基底古元古代的岩浆活动事件．这些数据虽然锆石点数较少，但为探讨研究区存在元古代基底提供了主要信息．

上奥陶统乌列盖组由新疆地矿局第一区域地质调查大队杜天星（1995）在巴里坤哈萨克自治县以东乌列盖创名.《新疆维吾尔自治区岩石地层》（1999）将该组定义为一套钙质粉砂岩和砂岩、条带状大理岩、火山碎屑岩、各种片岩、少量变粒岩、片麻岩和混合岩，底部见有火山角砾岩[1]．依据地层岩石组合、变质程度、单颗粒锆石U－Pb年龄综合研究，萨尔乔克一带地层与该组最为接近，因此将其厘定为上奥陶统乌列盖组（O3w）是最合适的．

表2 D1710TW2石英片岩锆石LA－ICP－MS U－Pb分析结果

图8 D1710TW2代表性锆石的CL图像

图9 D1710TW2锆石U－Pb年龄分布柱状图（a）协和曲线图，（b）15颗锆石U－Pb年龄加权平均值，（c）黑色方框内代表用于加权的15颗锆石年龄值

4 结论

萨尔乔克一带的地层为一套中级变质岩系组成，岩性为糜棱质白云母石英片岩、塑性变形长英质白云母糜棱片岩、石榴石白云母糜棱片岩等组成，而苏泉组是一套海相凝灰岩、硅质岩、泥质－钙质粉砂岩、砂砾岩等组成，只具浅变质，二者岩性、岩相和变质程度是明显不同的．本文通过对从石英片岩中挑选的锆石进行了LA－ICP－MS锆石U－Pb定年研究，获得了可以代表地层形成时的火山活动的时限为450.3±4.3Ma的可靠年龄，在区域上可以和上奥陶统乌列盖组对比，因此将该套地层厘定为上奥陶统乌列盖组（O3w）．该组也是1:25万三道岭幅内出露的最老地层，反映了该区晚奥陶世早期，受加里东运动影响，该组发生第一期变质变形作用，形成研究区唯一出露的变质变形基底；本次研究得到的是碎屑锆石数据，表明该地可能存在前寒武纪基底，但是碎屑锆石数据变化区间较大，同时锆石测年得到两个较老的年龄数据701.9±12.39Ma和835.5±14.54Ma，为了准确确定该套地层的沉积时代以及验证该地区是否存在古老的结晶基底，都有需要作进一步的研究．

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