内蒙古北山地区标山一带北山岩群长石石英岩LAICP-MS锆石U-Pb年龄及地质意义

2018-11-10徐旭明程海峰段炳鑫薛鹏远

新疆地质 2018年3期

徐旭明，程海峰，段炳鑫，薛鹏远

(河北省区域地质调查院，河北廊坊 065000)

北山岩群呈近EW向带状分布于内蒙古北山地区基东-标山-旱山一带，在标山一带出露最完整，主要岩性为变粒岩、浅粒岩、片岩、石英岩、大理岩等。前人对该岩群的时代归属主要依据其变质变形特征和区域地层对比。1∶100万玉门幅地质图说明书将该套地层划归为前寒武系❶❶ 地质部地质研究所.1∶100万玉门幅地质图说明书,1964.；1∶20万红石山幅区调报告称其为早志留世勒巴泉群❷；内蒙古岩石地层将其时代划归为古元古代[1]。近年来，不少地质学者越来越重视沉积岩地区的碎屑岩锆石测年，并根据沉积岩地区的碎屑岩锆石年龄来确定碎屑物质来源和形成时代。杨富林等在北山岩群石英岩中获得了主要峰值年龄为1 329 Ma，并认为石英岩沉积时代不早于921 Ma，属于新元古代[2]；范志伟在北山岩群石英岩中获得碎屑锆石年龄最小值为1 301 Ma，认为该套地层形成时代为中元古代[3]。

前人对北山岩群形成时代的限定主要依据碎屑锆石的测年结果，笔者在标山一带北山岩群第二岩组(中粒)长石石英岩和侵入北山岩群基性岩脉中各采集了1件锆石U-Pb同位素年龄样品来限定北山岩群的形成时代，并通过对碎屑锆石年龄频谱图的对比，推测北山岩群的沉积物源区。

1 区域地质背景

研究区一级构造单元位于哈萨克斯坦板块，二级构造单元属于星星峡-旱山微板块[4]，以红柳河-牛圈子-洗肠井缝合带为界与塔里木板块相邻(图1-a)[5,6]。区内出露最老地层为北山岩群，其被古生代花岗岩侵入，被上新世苦泉组角度不整合覆盖。根据岩石组合特征可进一步划分为4个岩组，第一岩组以灰色、灰白-浅粉色浅粒岩为主；第二岩组以厚层-块层状石英岩为主体；第三岩组以片岩、变粒岩为主体；第四岩组以硅化大理岩为主。上新世苦泉组分布于研究区北部山前一带，由砖红色半固结砂质泥岩夹含砾砂岩等组成。古生代侵入岩主要分布于研究区西南部(图1-b)。

2 采样位置及岩石学特征

区内北山岩群第二岩组主要岩性为浅粉色长石石英岩、灰色含白云母长石石英岩、浅粉色含白云母长石石英岩、浅粉-灰白色含石榴二长石英岩、含二云石英岩，其原岩应为长石砂岩、石英砂岩等，该套岩石组合反映原岩碎屑物成熟度极高，水动力较强，为滨海离岸沙坝沉积环境。碎屑锆石U-Pb同位素年龄样品采集于该岩组长石石英岩中，样品编号为P6TW2。长石石英岩呈肉粉色，粒状变晶结构，定向构造。岩石由石英、少部分长石、少量白云母构成，各矿物于岩内较均匀分布，定向较明显。石英含量约85%，它形粒状，拉长定向明显，大部分1～4 mm，较少部分0.1～1.0 mm，粒内波状、带状消光较发育，颗粒间主要呈齿状、镶嵌状。石英具轻微动态重结晶特征；长石含量约15%，呈它形粒状，主要为钾长石，斜长石少量，零散定向分布，粒径一般0.05～0.4 mm。钾长石为微斜长石，具高岭土化，局部褐铁矿化。斜长石聚片双晶较模糊。部分长石嵌布于石英粒内。石英后期拉长方向与长石排列方向较一致；白云母少量，鳞片状，零星可见，片径小于0.2 mm，部分交代长石(图2)。

图1 研究区大地构造位置图(a)及地质简图(b)Fig.1 Ttectonic location map of study area(a)and Geological sketch map(b)

3 LA-ICP-MS锆石U-Pb测年

锆石单矿物分选由河北省区域地质矿产调查研究所实验室完成，LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素测定由天津地质矿产研究所同位素实验室完成。共挑选出149颗锆石，锆石多呈褐粉色，次浑圆-浑圆柱状、粒状、个别半自形双锥柱状，多数锆石边缘棱角不分明，有圆化趋势，具有一定的磨圆特征，部分磨圆较明显，伸长系数多为1.0～2.5、少数为2.5～3.6，粒径多为0.02～0.26 mm，少数为0.26～0.42 mm。锆石CL照片显示，锆石内部结构、发光强度等特征差异较大(图3)，说明锆石来源及成因复杂。其中大多数锆石具明显或不太明显的震荡环带，指示为岩浆成因锆石；部分锆石缺乏内部结构，可能为变质重结晶锆石。为充分反映碎屑锆石同位素年龄频谱特征，选择的测点覆盖了不同形状锆石的不同部位，共获得112个有效的LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素年龄值(表1)。由于样品年龄较老，故采用207Pb/206Pb年龄值，为1 782～3 302 Ma，4个峰值年龄分别为2 010 Ma、2 460 Ma、2 560 Ma和2 680 Ma，最小年龄值为(1 782±18)Ma。

图2 长石石英岩野外岩石照片与显微照片(正交偏光)Fig.2 The field photo of metamorphic quartzite and microphotograph of metamorphic quartzite

图3 北山岩群长石石英岩碎屑锆石阴极发光图像Fig.3 CLimages of zircons selected from metamorphic quartzite of the Beishan Complex-Group

表1 长石石英岩LA-ICP-MS锆石U-Pb测年分析结果Table 1 The results of zircon LA-ICP-MS U-Pb dating of metamorphic quartzite

4 讨论

4.1 北山岩群形成年龄

碎屑锆石同位素年龄虽然不能准确判定所测地质体的形成时代，但通过对碎屑锆石年龄的统计分析，结合区域地质资料，可限定所测地质体的形成时代。碎屑锆石主要有变质成因和岩浆成因两种，大量研究表明，Th/U比值在很大程度上能指示锆石成因，变质成因锆石Th/U比值通常小于0.1，岩浆成因锆石Th/U比值一般大于0.1[7,8]，也有不少学者认为岩浆成因锆石Th/U比值一般大于0.4[9,10]。

范志伟在北山岩群石英岩中获得最小碎屑锆石年龄为1 301 Ma，但该测点锆石CL图像较模糊，锆石Th/U比值为0.056，为变质锆石，作者也未说明其为源区变质锆石还是新生变质锆石，因此，该年龄代表北山岩群形成时代的下限依据不足。杨富林在北山岩群的糜棱岩化长石石英岩中获得了具岩浆锆石特征的年龄在921～3 011 Ma之间，主要峰值年龄为1 329 Ma，属于中元古代，并认为北山岩群形成时代不早于921 Ma，但该样品采样位置明显在韧性变形带上，受后期构造作用影响，可能导致所测样品年龄值普遍偏小。

本次工作在北山岩群第二岩组的长石石英岩中获得LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素年龄数据112个(表 1)，年龄值为 1 782～3 302 Ma，样品中锆石Th/U比值为0.011～2.041，变化范围较大。其中锆石Th/U比值小于0.1的测点有5个，年龄为1 847～2 727 Ma；锆石Th/U比值为0.1～0.4的有44个测点，年龄为2 008～3 191 Ma；锆石Th/U比值大于0.4的有63个测点，年龄值为1 782～3 302 Ma。由表1可见，73、74、95、104和110号等测点可能为变质锆石年龄，其余测点应为岩浆锆石年龄。本次工作在96号测点获得了最小碎屑锆石年龄为(1 782±18)Ma，该测点锆石Th/U比值为0.474，具岩浆锆石特征，说明本次所测锆石均为源区的变质锆石或岩浆锆石，未测试变质新生锆石。此外，内蒙古1∶5万标山等4幅区域地质矿产调查工作对侵入北山岩群的基性岩脉进行了LA-ICP-MS锆石U-Pb测年，所选锆石大多具较明显的环带，Th/U比值为0.411～0.91，指示为岩浆成因锆石，获得17个测点的207Pb/206Pb年龄值为1 520～1 720 Ma，表面年龄加权平均值为(1 623±21)Ma，代表基性岩脉的侵入时代，由于基性岩脉侵入了北山岩群，说明北山岩群形成时代早于1 623 Ma，从而限定了北山岩群形成时代的上限。综合以上年龄数据，说明本区北山岩群形成于1 623～1 782 Ma之间，时代为古元古代晚期，与前人认为北山岩群形成时代为中、新元古代有明显差别。

4.2 北山岩群物源区探讨

锆石具封存温度大于750℃的特点，因此，可通过对沉积岩碎屑锆石测年数据的分析，推测其源区主要热事件的时代，从而示踪其沉积物的源区。

本次工作共获得了112个LA-ICP-MS锆石UPb同位素测年数据，碎屑锆石U-Pb年龄谐和图显示，锆石年龄介于1 782～3 302 Ma之间(图4)。根据研究区老地块的分布、古元古代北山地区构造背景及同位素年龄图谱来推测北山岩群的沉积物源区。古元古代北山地区处于近NS向拉张的构造背景，在太古宙古陆核的基础上，北山至东疆发育一条近EW向巨型裂陷带，北山岩群分布于该裂陷带南侧。北山地区太古宙古陆核分布于研究区南部的塔里木-敦煌地块，主体由敦煌岩群构成。李志琛依据1∶5万和1∶20万工作成果对敦煌群Sm-Nd同位素年龄进行统计，年龄为1 744～3 237 Ma[11]，孟繁聪等在敦煌岩群的石榴黑云斜长片麻岩中获得锆石U-Pb单阶段模式年龄为1 420～2 560 Ma[12]，与本次工作在北山岩群中获得的碎屑锆石U-Pb年龄频谱图类似，故推测北山岩群的沉积物源区为敦煌地块。此外，从碎屑锆石U-Pb年龄谐和图上可看出，本次获得的112个年龄数据中除少数年龄分布较分散外，多数年龄集中在2 600 Ma和2 000 Ma附近，说明长石石英岩源区至少遭受两期岩浆-热事件。