西准噶尔萨吾尔山一带吉木乃组流纹岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学及地质意义

支倩 李永军 杨高学

摘  要： 吉木乃组是西准萨吾尔山地区地质时代久存争议的地层，也是火山岩占地层总厚度比例最高的火山-沉积地层。采用同位素年龄标定火山岩准确的地质时代，是解决本组时代分歧的有效手段。吉木乃组顶部新发现的流纹岩中获得（304.1±2.5）Ma（n=15，MSWD=1.07）的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄，确认成岩时代为晚石炭世晚期（大致相当于卡西莫夫期）。结合前人在本组下部层位采集的植物化石，限定吉木乃组时代为晚石炭世（大致为巴什基尔期—卡西莫夫期）。流纹岩同位素定年准确约束了吉木乃组地质时代上限，为区域地层格架的建立和地层对比提供了可靠的时代依据。

关键词： 西准噶尔;吉木乃组;流纹岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄;晚石炭世

“吉木乃组”一名由新疆地质局区测大队与中国地质科学院地质研究所1974年创建，创名地为吉木乃县哈尔加乌西南萨尔布拉克沟，原称为萨尔布拉克组。后因该名称与柯坪地区奥陶系组名相同，《新疆维吾尔自治区区域地质志》将其更名为吉木乃组。该组出露于萨吾尔山北坡及那林卡拉他乌一带，上与早二叠世哈尔加乌组平行不整合，下与早石炭世那林卡拉组整合或平行不整合，是一套以火山岩为主的陆相火山岩-火山碎屑岩夹陆源碎屑岩建造，局部夹可采煤层，最初因采得安加拉植物群化石，将其时代置于早石炭世[1]。《新疆古生界（下）》将该组时代定为中石炭世（石炭纪三分法;按现二分法则为晚石炭世）[2]。1998年新疆地矿局第四地质大队在萨吾尔山托斯特一带进行1∶5万区域地质调查时，据采获的Lepidodendron sp.，Belonophyllum sp.，Neuropteris sp.，Calamites sp.，Caenodendron primaevum等植物化石，将时代定为早石炭世晚期❶。《新疆维吾尔自治区岩石地层》据吉木乃组下部采集的Angaropteridium cardiopteroides等植物化石，将时代重定为晚石炭世早期[3]。该组主体以火山岩为主，无精准同位素定年成果约束其形成时代，加之前述化石多指示时限跨时太长（早石炭—晚二叠世），致使该组时代久存分歧，影响区域地层层序和年代格架的正确建立及区域地层对比。

笔者等在新疆东、西准噶尔泥盆—石炭系典型剖面对比研究项目中，于吉木乃组浅肉红色流纹岩中获得LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄，为该组形成时代提供了重要资料。

1  区域地质背景

西准噶尔地区位于准噶尔盆地西北缘，是中亚古生代俯冲-增生复合造山带重要组成部分[4-8]。本文研究的吉木乃组位于谢米斯台断裂以北萨吾尔山地区。区内近EW向展布的古生代沉积-火山碎屑岩系，构成早古生代博什库尔-成吉思岩浆弧和晚古生代扎尔玛-萨吾尔岩浆弧（图1-a）[5]❶。

萨吾尔山地区主要出露晚古生代地层。泥盆系萨吾尔山组、朱鲁木特组、洪古勒楞组为海相火山岩-火山碎屑岩-陆源碎屑岩建造。石炭系黑山头组仅见于萨吾尔山东段，为一套弧火山沉积建造，主要由安山岩夹少量含砾安山质凝灰岩和少量玄武岩组成，含腕足类和珊瑚化石;哈拉巴依组出露于萨吾尔山北侧，主要为一套基性-酸性火山岩;二叠系哈爾加乌组为一套陆相火山-沉积岩系，岩性以中性火山岩及火山碎屑岩为主，夹酸性及基性火山岩;卡拉岗组为一套陆相火山岩及火山碎屑岩沉积，岩性以流纹岩为主，夹安山岩及少量凝灰岩、凝灰质砂岩[3]。区内侵入岩较发育，以早石炭—早二叠世I-A型花岗岩为主[10-13]，基性岩和超基性岩仅零星出露[14]。前人研究表明，泥盆—石炭纪火山岩以岛弧型火山岩为主[15]，二叠纪火山岩形成于伸展构造环境，以双峰式为特色[16]。

本文研究的吉木乃组分布在吉木乃县东南部萨尔布拉克沟一带，主体为一套陆相基性-中酸性火山熔岩及火山碎屑岩组合夹少量凝灰质砂岩、粉砂岩等陆源碎屑岩，局部见可采煤层。其中基性火山岩与中酸性火山岩厚度比为2∶1。该组与上覆下二叠统哈尔加乌组（296.7 Ma）平行不整合接触[16]，东、西边界多被早二叠世花岗岩（295～298 Ma）侵入（图1-b）[10]1。前人在吉木乃组中多采获Sublepidodendron sp.，Lepidodendron sp.，Belonophyllum sp.，Neuropteris sp.，Calamites sp.，Caenodendron primaevum等植物化石❶。本次调查于该组上部发现一套层位延伸稳定且厚度较大的浅肉红色流纹岩夹层，厚约15 m。该夹层与灰绿色安山岩之间整合接触界线清晰，岩石风化面多呈黄褐、浅肉红色，新鲜面呈浅肉红色，流纹构造发育（图2）。

2  火山岩同位素测龄

2.1  样品采集及分析方法

本次于流纹岩中采集1件样品进行LA-ICP-MS锆石U-Pb测年。样品编号为JMNTW-1，采样点坐标为东经86°18′15″，北纬47°07′56″。

锆石激光剥蚀电感偶合等离子体质谱（LA-ICP-MS）原位U-Pb定年在中国地质调查局西安地质调查中心国土资源部岩浆作用成矿与找矿重点实验室完成。实验采用的激光剥蚀系统为GeoLas Pro，ICP-MS为Agilent 7700x。激光剥蚀斑束直径为30 μm，剥蚀深20～40 μm。锆石年龄采用标准锆石91500为外部标准物质进行同位素分馏校正。元素含量及U-Th-Pb同位素比值和年龄计算利用软件Glitter 4.4完成，锆石样品U-Pb年龄谐和图及年龄权重平均计算采用Isoplot/Ex_ver 3完成。

本次获得锆石多为无色透明或浅黄色，晶形发育较好，多呈长柱状、正方双锥状自形晶体，少数呈半截锥状，个别形状不规则。锆石颗粒长80～130 μm，宽45～110 μm，长宽比2∶1～1∶1;阴极发光图像显示锆石多具清晰的内部结构和典型的岩浆韵律环带（图3-a），属岩浆结晶锆石[17]。尽管锆石出现不同形态，但未见明显后期热液改造、二次捕获等迹象，且锆石内部成分相对均一，无明显溶蚀和包裹体特征，为喷发期岩浆活动一次结晶形成，代表流纹岩成岩年龄。

2.2  LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄

流纹岩锆石U-Pb同位素测试分析结果见表1。锆石稀土元素分布模式较一致，为轻稀土元素亏损，重稀土元素富集，具较强的正Ce异常和弱的负Eu异常（图3-b），明显不同于热液锆石，类似典型岩浆锆石[18-20]。从表1中看出，所有锆石颗粒Th含量为66.92×10-6～188.6×10-6，U含量为92.95×10-6～156.7×10-6，具较高的Th/U比值（0.72～1.33），二者呈较好正相关（图3-c），指示锆石属典型岩浆成因[21]。

15个测试点多位于锆石岩浆环带上，207Pb/206Pb比值非常接近，为0.046 13～0.055 05，表明该锆石为同期岩浆结晶成因。由于235U的衰变比238U快6.3倍，放射成因的207Pb在地球早期历史中更丰富，显生宙以来207Pb生成率很低、计数速率低，造成207Pb测定误差较大，使207Pb/206Pb和207Pb/235U比值可信度降低。因此，显生宙锆石一般采用206Pb/238U年龄[21]。本次研究获得的所有测试点206Pb/238U表观年龄值较集中，为298～312 Ma，最大年龄误差为5 Ma。所有数据点集中分布在谐和曲线上及附近，表明该流纹岩锆石对U-Pb同位素体系封闭较好，未受后期变质事件扰动，其年龄值可信。本次获得流纹岩206Pb/238U年龄加权平均值为（304.1±2.5）Ma（n=15，MSWD=1.07，95%置信度）（图4），按最新国际地质年代表中石炭纪划分方案，属晚石炭世晚期卡西莫夫阶。

3  地质时代与结论

吉木乃组为萨吾尔山地区火山岩占地层厚度比例最多的火山-沉积地层，采用同位素年龄标定火山岩准确的地质时代，是解决本组时代分歧的有效手段。

笔者于吉木乃组流纹岩上部层位中获得（304.1±2.5）Ma（n=15，MSWD=1.07）的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄，限定地质时代为晚石炭世晚期（大致相当于卡西莫夫期），代表了吉木乃组形成时代上限。前人在该组中所采集的部分植物化石指示时限跨度较大，如Calamites sp.（芦木未定种）时限一般为晚石炭世至早二叠世，Neuropteris sp.（脉羊齿未定种）主要见于早石炭—中二叠世，以晚石炭世最繁盛，Lepidodendron sp.（鳞木未定种）生长时限可从早石炭世一直延续至晚二叠世。因此，将该组时代置于早石炭世、中石炭世、抑或早石炭世晚期是值得商榷的[1-2]1。《新疆维吾尔自治区岩石地层》据本组下部层位中的Angaropteridium cardiopteroides，确定时代为晚石炭世早期[3]，可能代表了吉木乃组时代下限。至此，可确认吉木乃组地质时代大致为晚石炭世巴什基尔期—卡西莫夫期。

致谢： 样品测试工作得到国土资源部岩浆作用成矿与找矿重点实验室老师和同学的帮助; 长安大学段丰浩博士在论文写作过程中给予了指导和帮助，审稿专家对本文提出了许多宝贵意见，在此一并致谢！

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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