内蒙古北山地区北山岩群形成时代探讨

杨富林，赵志雄，贾文艳，杨亮，许海，贾元琴，高勇

（1.内蒙古地质矿产勘查院，呼和浩特010010；2.内蒙古矿业开发有限责任公司，呼和浩特010010）



内蒙古北山地区北山岩群形成时代探讨

杨富林1，赵志雄1，贾文艳1，杨亮2，许海1，贾元琴1，高勇1

（1.内蒙古地质矿产勘查院，呼和浩特010010；2.内蒙古矿业开发有限责任公司，呼和浩特010010）

摘要：北山岩群是内蒙古北山地区重要的前寒武纪变质地层之一。对该岩群石英岩进行了LA-ICP-MS锆石U-Pb定年，碎屑锆石核部获得207Pb/206Pb年龄值范围为921～3 011 Ma之间，主要的峰值年龄为1 329 Ma，属于中元古代；锆石幔部获得206Pb/238U峰值年龄为433 Ma，属于早志留世。剖面测制得知岩石组合可归纳为三部分：由下到上依次为石英岩-石英片岩-大理岩，据此将其划分为三个岩段，第一岩段为石英岩，第二岩段为石英片岩，第三岩段为大理岩。结合区域沉积环境和构造演化，认为石英岩原岩沉积时代不早于921 Ma。

关键词：北山岩群；石英岩；碎屑锆石；U-Pb年龄

北山地处华北板块、塔里木板块和哈萨克斯坦板块的交汇地带［1-2］，位于甘肃-新疆-内蒙古交接处，属于中亚古生代造山带的南缘，处在天山-兴蒙造山带的枢纽部位，是在前寒武纪稳定陆块基础上发育起来的多阶段构造-岩浆岩带［3］。前人研究成果较为丰富，主要集中于北山地区构造单元划分、构造属性认识方面［4-9］，由于工作程度的限制，对北山地区基底研究资料较少，而北山岩群原岩的形成时限及变质时代对北山地区构造格架的建立和构造演化的研究具有十分重要的意义，目前尚未见锆石U-Pb年龄的报道。因此，笔者等在风雷山等四幅1/5万区域地质矿产调查过程中，着重对北山岩群岩石组合进行了调查研究，并利用LA-ICP-MS对锆石进行原位微区U-Pb定年，成果为北山岩群原岩形成时代提供了重要制约。

1　地质特征及样品采集

PM005（图2）。岩石组合为灰白色石英岩、长石石英岩、浅灰-灰色二云石英片岩、二云片岩、绢云母化红柱石二云片岩、灰色-深灰色含矽线含石榴黑云母片岩（图3a）、石榴黑云母片岩夹灰绿色片状黑云母斜长角闪岩（图3b）、浅灰绿色阳起片岩及大理岩等，可归纳为三部分：由下到上依次为石英岩、石英片岩、大理岩，据此将其划分为三个岩段，第一岩段为石英岩，第二岩段为石英片岩，第三岩段为大理岩，各岩段呈断层接触。在剖面中采集石英岩测年样品，地理坐标为：E99°00′33″，N41°52′42″。

样品岩性为灰白色弱糜棱岩化长石石英岩，岩石具鳞片粒状变晶结构，弱糜棱岩化弱定向构造。岩石中石英呈0.5～3.5 mm弯曲镶嵌粒状变晶或压扁状定向分布，少数3.5～6 mm压扁状，强烈波形消光；斜长石0.5～2 mm粒状，部分绢云母化；白云母0.1～0.8 mm片状，定向分布。矿物含量为石英75%，斜长石20%，白云母5%。

研究区位于额济纳旗西部，大地构造位置横跨两个三级构造单元，以三个井脆-韧性深断裂为界，北为明水岩浆弧（Ⅰ-9-3），南为公婆泉岛弧（Ⅰ-9-4），北山岩群主要出露于断裂南侧（图1）。北山岩群是研究区内最古老的地层，为一套高绿片岩相-低角闪岩相的变质岩系。在后期地质作用（岩体侵入穿切改造、构造改造、风化作用等）影响下，岩石出露连续性较差，本次工作选择出露较好地段测制了剖面

2　分析测试方法

用于锆石U-Pb年代学测定的样品，加工过程均在无污染设备中进行，由河北省区域地质矿产研究所实验室进行锆石分选。将完整的典型锆石置于DEVCON环氧树脂中，待固结后抛磨，使锆石内部充分暴露，然后进行锆石的显微照相（反射光和透射光）和锆石的阴极发光（CL）照相，锆石的透射光、反射光和阴极发光照相在北京锆年领航科技有限公司完成。锆石U-Pb分析在天津地质矿产研究所同位素实验室完成，使用仪器为Neptune多接收电感耦合等离子体质谱仪和193 nm激光取样系统（LAMC-ICP-MS）。激光剥蚀的斑束为35 μm，能量密度为13～14 J/cm2，频率为8～10 Hz，激光剥蚀物质以He为载气送入Neptune（MC-ICP-MS）。锆石标样采用TEMORA标准锆石。数据处理采用中国地质大学Liu等编写的ICPMSDataCal程序［10］并用Ludwing等编写的的Isoplot程序［11］进行作图，采用208Pb对普通铅进行校正，利用NIST作为外标计算锆石样品的Pb、Th、U含量。

图1　研究区区域地质图（附采样位置）（a）及大地构造位置图（b）Fig.1 Geologic map showing the sampling location（a）and sketch tectonic map（b）

图2　北山岩群PM005剖面图Fig.2 The measured section PM005 of the Beishan group-complex

图3　北山岩群岩石显微特征Fig.3 The microscopic characteristics of the Beishan group-complex

表1　北山岩群石英岩（PM005）LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素分析结果Tab.1　LA-ICP-MS U-Pb data for zircons from the quartzite of Beishan group-complex（PM005）

3　测定结果

石英岩样品中锆石的U-Pb分析共测试了46个点，测试结果见表1。所测锆石呈无色，椭圆状-次圆状，粒度大小多为100 μm，从外貌形态分析，石英岩中的锆石具有磨圆的特征，表明其可能经历了较长距离的搬运，体现了碎屑锆石的特征。阴极发光（CL）图像（图4）显示出多数锆石具有较为明显的核幔结构，核部具较为明显的明暗相间的环带结构，环带宽窄不一，表明锆石来源于不同的物源区；幔部无环带或环带不明显，为变质作用过程中次生加大形成的，属于变质增生型。

核部测试37个点，Th含量为8×10-6～282×10-6，U含量为46×10-6～923×10-6，207Pb/206Pb年龄值范围为21～3 011 Ma。在锆石U-Pb年龄206Pb/238U-207Pb/235U谐和图（图5）中，除36号点Pb丢失偏离谐和线外，其余点均分布在谐和线上或附近，在年龄直方图中除1号点1 665 Ma）、9号点（1 637 Ma）显示古元古代的年龄信息，15号点（2 564 Ma）、36号点（3 011 Ma）显示太古宙年龄信息外，核部主要的峰值年龄为1 329 Ma，属于中元古代。

由于锆石幔部较窄（多数小于激光束斑），故仅选择了9个点进行了测试，32号点数据丢失，42号点Th/ U比值（＞0.1）显示不具有典型变质锆石的特征，其余6个点（2、4、18、25、35、45号）Th/U比值（＜0.1）显示变质锆石的特征，206Pb/238U年龄值分别为433 Ma、17 Ma、449 Ma、431 Ma、459 Ma、414 Ma。年龄结果分布范围为417～459 Ma，峰值年龄为433 Ma，属于早志留世，代表了早古生代变质事件的年龄。

另外，表1中6号点（872 Ma）、12号点（765 Ma）等几个700～800多百万年的年龄意义有待于进一步研究。

图4　北山岩群石英岩代表性锆石的CL图像及分析点和年龄Fig.4 CL images of the representative zircons from the quartzite of Beishan group-complex showing the analyzed spots and their ages

图5　北山岩群石英岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄谐和图与直方图Fig.5 LA-ICP-MS zircon U-Pb concordia diagram of the quartzite of Beishan Group-complex

4　原岩形成时限讨论

北山岩群作为北山地区的基底岩系，其原岩形成时代一直是地质学界关注的重点，但迄今未见有精确的报道。修泽雷、赵祥生将甘肃北山地区一套不含化石的变质岩系定为北山群，时代为前寒武纪［12］；1/20万区调①吕桂德，徐宜昌，原秉昌，等.甘肃路井幅（K-47-22）区域地质调查报告（比例尺1/200000）.甘肃省地质局地质力学区测队，1977.将北山群解体，根据岩石特征分别称为上奥陶统白云山组、下志留统勒巴泉群、下石炭统等，其中白云山组与下石炭统地层均含有化石，将变质较深不含化石的部分称为勒巴泉群；梁玉佐认为北山岩群专指那些变质程度较深，具有一定的区域地质构造特征和没有直接化石依据的地层，时代为早元古代，另北山群西延马鬃山地区测得Rb-Sr全岩等时线年龄为1 755 Ma［12］；赵如意等通过新疆若羌县黑山梁地区北山岩群火山岩组合、碎屑岩组合特征及岩石地球化学特征研究将其时代归于早元古代［13］。本文利用LA-ICP-MS锆石U-Pb定年对北山岩群石英岩进行了年代学研究，获得了高精度锆石原位微区U-Pb年龄。

北山岩群岩石组合为石英岩-片岩-大理岩，原岩可以归纳为一套较典型的陆表海相沉积的正常碎屑岩和碳酸盐岩。前人认为北山地区古元古代地壳仍相对较薄，在裂陷带中心部位地幔对流环活动较强，到了古元古代晚期，地壳增厚，陆源碎屑增加。随着成分增高，地壳分异明显，促使酸性上地壳和基性下地壳同时生长，构成了刚性大陆壳。中元古代早期（长城纪），不少地区进入了稳定型陆棚浅海陆源碎屑沉积时期。中元古代的蓟县纪，北山及东疆地区处于稳定的滨海、浅海沉积环境。新元古代青白口纪，在东疆、北山、阿拉善多数地区出现稳定型滨浅海盖层沉积［9］，表明北山地区蓟县纪、青白口纪沉积环境为滨浅海，与北山岩群沉积环境吻合。

石英岩样品中大部分锆石具有核幔结构，锆石CL结构表明核部是源岩锆石未受到变质影响的部分［14］，边部为后期变质改造形成的。对锆石核部进行了37个点测试，利用碎屑锆石的研究方法，对测试结果进行了统计，结果可为石英岩原岩沉积时代提供有效的约束。测试点Th/U比值多数大于0.1，具有岩浆锆石的特征［15］，年龄结果分布在921～3 011 Ma之间，主要的峰值年龄为1 329 Ma，属于中元古代，表明原岩沉积物时代主要为蓟县纪和青白口纪。沉积岩中碎屑锆石最年轻的年龄可以用来限制沉积的最大年龄［14］，结合区域沉积环境和构造演化，我们认为石英岩原岩沉积时代不早于921 Ma，这与内蒙古自治区岩石地层中依据北山岩群西延马鬃山地区获得Rb-Sr全岩等时线年龄为1 755 Ma［12］得出北山岩群形成于古元古代的认识有一定的差异，为该区构造演化研究提供了新的资料。

5　结论

（1）北山岩群岩石组合可归纳为三部分：由下到上依次为石英岩-石英片岩-大理岩，据此将其划分为三个岩段，第一岩段为石英岩，第二岩段为石英片岩，第三岩段为大理岩，原岩为一套较典型的陆表海相沉积的正常碎屑岩和碳酸盐岩。

（2）石英岩LA-ICP-MS锆石U-Pb测年结果显示碎屑锆石核部207Pb/206Pb年龄值范围为921～3 011 Ma之间，主要的峰值年龄为1 329 Ma，属于中元古代。结合区域特征，石英岩原岩沉积时代不早于921 Ma。

（3）石英岩锆石阴极发光图像特征及幔部测年结果表明早志留世（433 Ma左右）存在一期明显的地质事件。所测得的700～800多百万年的年龄意义有待于进一步研究。

致谢：天津地质矿产研究所周红英研究员在LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄测试中给予了技术帮助，在此表示十分感谢！

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资助项目：中国地质调查局“内蒙古1/5万风雷山、额默勒乌拉、锥西口、平台山幅区域地质矿产调查项目（1212011220462）"

中图分类号：P588

文献标识码：A

文章编号：1672-4135（2016）02-0089-06

收稿日期：2016-04-21

作者简介：杨富林（1966-），男，地质矿产高级工程师，主要从事矿产地质调查工作，E-mail：2576345163@qq.com。

Discussion on the forming age of the Beishan group in the Beishan area，Inner Mongolia

YANG Fu-lin1，ZHAO Zhi-xiong1，JIAWen-yan1，YANG liang2，XU Hai1，JIAYuan-qin1，GAOYong1
（1.Geology and Mineral Exploration Institute of Inner Mongolia，Hohhot 010010，China；2.Inner Mongolia Mining Development Limited Liability Company，Hohhot 010010，China）

Abstract：Beishan group-complex is an important Precambrian metamorphic stratum of the Beishan area.This aper reports LA-ICP-MS zircon U-Pb age from the quartzite of Beishan group-complex located in Beishan area，nner Mongolia.The results show that the207Pb/206Pb ages range from 921 Ma to 3 011 Ma，with the main peak ge of 1 329 Ma which belong to Proterozoic-Neoproterozoic from the core of detrital zircons，while the main eak age from the Hyperplasia edge of detrital zircons is 433 Ma，belong to early Silurian.The main composition f the Beishan group-complex are quartzite，quartz schist and marble from the bottom to the top，so it is divided nto three sections.Based on the regional depositional environments and tectonic evolution，it is suggested that he original sedimentary rock age of the quartzite is not earlier than 921 Ma.

Key words：Beishan group-complex；quartzite；detrital zircons；U-Pb age