东昆仑东段巴隆地区变复成分砾岩层锆石U-Pb年龄及其地质意义

李小兵，裴先治，陈有炘，刘成军，李瑞保，李佐臣，陈国超，徐通，杨杰，胡楠

1)长安大学地球科学与资源学院，西安，710054；2)西部矿产资源与地质工程教育部重点实验室，西安，710054

内容提要: 东昆仑东段巴隆地区哈图沟出露一套变质—变形的沉积地层，其北部为变复成分砾岩段、南部为变细碎屑岩段。根据变复成分砾岩段砾石成分统计、砾石的分选系数(1.24～1.42)及砾石的砾度等粒性特征得出该套变复成分砾岩地层为近源快速堆积的产物。利用LA-MC-ICP-MS锆石U-Pb微区测年技术，对变复成分砾岩段绢云钠长石英片岩的碎屑锆石进行U-Pb同位素测年，测试结果表明，碎屑锆石年龄谱可明显划分为6组：①南华纪—震旦纪年龄组，751～602Ma，峰值为674Ma，该组锆石年龄与东昆仑造山带新元古代中—晚期岩浆事件的年龄相对应，并且与Rodinia超大陆裂解事件相关，该组锆石中最小的年龄为602Ma，表明沉积地层形成时代应晚于602Ma；②中元古代晚期—新元古代中期年龄组，1146～783Ma，出现三个峰值，分别为788Ma、947Ma和1115Ma，该组锆石年龄与东昆仑造山带中元古代晚期—新元古代中期岩浆事件大致相对应，代表东昆仑地区响应了全球尺度的Rodinia超大陆的汇聚事件，且证实了柴达木—祁连—东昆仑等地(陆)块前寒武纪的演化特点与塔里木及扬子克拉通非常相似；③中元古代晚期年龄组，1399～1180Ma，峰值为1318Ma，该组锆石年龄可能与东昆仑构造带中元古代晚期岩浆事件相关；④中元古代早期年龄组，1712～1553Ma，峰值为1556Ma，该年龄谱段代表了源区在中元古代早期存在着一期热事件；⑤新太古代晚期—古元古代早期年龄组，2530～2347Ma，峰值为2518Ma，该组锆石年龄与东昆仑造山带内新太古代晚期—古元古代早期岩浆事件年龄大致相对应，表明东昆仑造山带新太古代晚期—古元古代早期岩浆物质也为哈图沟变质地层提供了物源；⑥太古宙年龄组，3230～2763Ma，表明变复成分砾岩的物源区可能存在古太古代陆核。通过对变质岩系的碎屑锆石年龄和物源特征的分析研究，认为这套变质的沉积地层并非前人所划归的泥盆系牦牛山组，其形成时代应归属于晚震旦世。砾石成分统计和年代学测试结果表明，巴隆地区哈图沟变复成分砾岩层物质主要来源于东昆仑造山带的前寒武纪白沙河岩组、小庙岩组、万宝沟岩群等变质地层和中、新元古代深变质的花岗质片麻岩等。

沉积岩中锆石、磷灰石、石榴子石和白云母等碎屑矿物都曾被用于识别古老大陆边缘的演化历史及盆山物质耦合(Chen Fukun et al．，2009；胡波等，2009；李瑞保等，2010；Wang Lijuan et al．，2010；Yan Zhen et al．，2010；Zhu Xiyan et al．，2011)。其中锆石抗风化能力强，受沉积分选过程影响小，U—Th—Pb同位素体系封闭温度高，不易被后期构造热事件破坏，使得它在沉积循环中能很好的保存形成时的构造热事件信息，并且它不但广泛的形成于中、酸性火山岩和侵入岩中，而且在中、高级(角闪岩相、麻粒岩相和榴辉岩相)变质岩中也同样存在，这些锆石记录了地壳主要的岩浆和变质事件，如此众多的优点使得锆石成为近年来国内外学者研究沉积岩物源区和区域演化史的首选矿物。Morton等(1996)指出碎屑锆石中即使存在沉积锆石再循环，这些再循环锆石的年龄特征也与区域构造、岩浆事件相对应。随着SHRIMP和LA-ICP-MS测试技术的发展，对单个样品中众多碎屑锆石微区测年成为现实，通过碎屑锆石年龄谱提供的古老年龄信息，可以示踪沉积物源区、了解古老基底时代组成、确定沉积岩形成时代和探讨区域构造演化作用等(Bruguier et al．，1997；Carter et al．，1999；闫义等，2003；李任伟等，2004；陆松年等，2006；董春艳等，2011)。这不仅为传统沉积学注入了新的活力，也推动了构造沉积学、盆地(盆山)动力学、地貌动力学、大陆增生演化等一系列前沿学科的发展(Roure et al．，2010；Leeder，2011)。

图1 东昆仑东段巴隆地区地质简图和采样位置(据1∶250000阿拉克湖幅❶ 修编)Fig. 1 Location of samples and Geogical map of Balong in east part of Eastern Kunlun Mountain(According to 1∶250000 Alag Lake Sheet❶，modification)Q—Quaternary；Mz—Mesozoic sedimentary strata；Pz1N—Lower Paleozoic Naij Tal Group；Pt2x—Mesoproterozoic Xiaomiao Formation；Pt1b—Paleoproterozoic Baishahe Formation；P1—T3γδ—Early Permian—late Triassic granodiorite；S1ηγ—Early Silurian adamellite；S1γδ—Early Silurian granodiorite

前人根据岩石组合特征将发育于巴隆地区哈图沟含变复成分砾岩的变质岩系划归为泥盆系牦牛山组❶，古生物证据表明牦牛山组形成于晚泥盆世，陆露等(2010)和张耀玲等(2010a)对格尔木水泥厂地区牦牛山组中的流纹岩夹层进行LA-MC-ICP-MS锆石U-Pb同位素测年，获得其形成年龄为400～423Ma，属晚志留世—早泥盆世产物。本文通过对巴隆地区变复成分砾岩段的绢云钠长石英片岩进行LA-MC-ICP-MS锆石U-Pb同位素测年、砾石成分统计及岩性段的划分对比分析研究，结果表明该套变质—变形的沉积地层形成时代、砾石特征及岩性段划分都与区域上典型的牦牛山组相差甚大，因此，该套地层是否为泥盆系牦牛山组，是一个有待商榷的议题。通过对碎屑岩锆石所携带年龄信息的分析，能够较好地限定沉积物的形成时代，还可以追踪变复成分砾岩沉积源区，为探讨东昆仑造山带的地质演化提供年代学依据。

图2 巴隆地区哈图沟变复成分砾岩层宏、微观特征Fig. 2 Macro and micro characteristics of variable polymictic conglomerate layer in Hatu ditch of Balong(a) 变复成分砾岩层A段宏观特征；(b)变复成分砾岩层A段微观特征；(c)变复成分砾岩层B段宏观特征；(d)变复成分砾岩层B段微观特征(a)Macroscopic characteristics of metamorphosed polymictic conglomerate layer A paragraph；(b)microscopic characteristics of metamorphosed polymictic conglomerate layer A paragraph；(c)microscopic characteristics of metamorphosed polymictic conglomerate layer B paragraph；(d)microscopic features of the metamorphosed polymictic conglomerate layer B paragraph

研究区地处青海省都兰县巴隆地区，位于东昆仑造山带东段，北侧以东昆北断裂为界与柴达木地块相邻、南侧以东昆南断裂带为界与布青山—阿尼玛卿构造混杂岩带及巴彦喀拉造山带相邻，区内以东昆中断裂带为界可划分为东昆北构造带和东昆南构造带，本次所研究的沉积地层位于东昆北构造带内(图1)。东昆北构造带以出露大面积前寒武纪中深变质岩系和晚二叠世—早三叠世花岗岩类为特征。前寒武纪变质岩系主要包括古元古界白沙河岩组(Pt1b)和中元古界小庙岩组(Pt2x)，局部地区还出露中元古界狼牙山组(Pt2l)浅变质沉积地层。白沙河岩组主体为一套大理岩、黑云斜长片麻岩、钙硅酸粒岩、斜长角闪岩和少量石英岩组合，并普遍遭受中高级变质作用；中元古界小庙岩组主体为一套石英岩和石英片岩组合，原岩为一套稳定的碎屑岩沉积组合；狼牙山组主要岩性为灰色—深灰色白云质灰岩、条带状灰岩互层夹粉砂岩、粉砂质板岩。东昆南构造带不但出露大面积的前寒武纪中深变质岩系以及晚古生代—早中生代沉积地层，而且还发育大规模的加里东期和海西—印支期两期侵入岩，前寒武纪变质岩系主要包括古元古界白沙河岩组、中元古界小庙岩组及新元古界万宝沟岩群(Pt3W)。另外，在东昆南构造带内北侧还出露由浅变质碎屑岩、火山岩和碳酸盐岩组成的早古生代纳赤台岩群(Pz1N)。

巴隆地区哈图沟变质变形的沉积地层主要由两个岩性段组成，由北向南可分为A、B两个岩性段，A岩性段为灰绿色变复成分砾岩段(图2a、2b)，出露宽度约为690m；B岩性段主要岩性为以细碎屑岩为主的灰色—浅灰色强变形变粉砂岩、变泥质粉砂岩和杂色(灰黄色、灰白色、灰黑色等)变细砂岩、变钙质细砂岩夹薄层硅质岩、硅质灰岩段(图2c，2d)，出露宽度约为320m。其中复成分砾岩段与细碎屑岩段中的岩石片理均非常发育，优势产状(S0∥S1)为21°∠68°，同时发育拉伸线理。沉积地层南侧与东昆中构造混杂岩带内的早古生代纳赤台岩群变玄武岩呈断层关系接触，北侧与后期侵位的深灰色细粒闪长岩体呈断层接触，区域上则与小庙岩组呈断层接触。经后期构造变质作用，灰绿色复成分砾岩地层发生变形变质，砾石全部压扁拉长为长条状，并不同程度的旋转，ab面可见拉伸线理，根据变质矿物组合认为其变质程度为低绿片岩相；灰黄色变钙质细砂岩、浅灰色变粉砂岩和杂色变细砂岩等碎屑岩段全部片理化，ab面亦可见到拉伸线理。本次研究对哈图沟变复成分砾岩段的绢云钠长石英片岩采集同位素样品(图1)，地理坐标为N35°53′37″，E97°24′43.7″，进行LA-MC-ICP-MS锆石U-Pb同位素测年研究。

表1 巴隆地区哈图沟变复成分砾岩层的砾性特征Table 1 Gravel characteristics of metamorphosed polymictic conglomerate layer in Hatugou of Balong

露头上观察岩石呈灰—灰绿色，由砾石(<25%)与碎屑(>75%)组成，且砾石呈悬浮状位于碎屑中，片理发育，砾石成分主要由碳酸盐岩(43%)、变基性岩(25.5%)、石英岩(22.5%)和花岗质片麻岩(5%)组成。碎屑主要由石英(40%～45%)、斜长石(40%～45%)、黑云母(5%～10%)组成。石英矿物粒度变化较大，最大者可达1mm左右，小者仅为0.01mm，发育二次碎斑、亚颗粒、变形纹、动态重结晶、单晶条带等韧性变形特征(图2b)，并且石英碎斑不同程度地旋转形成"σ"型旋转碎斑；长石矿物普遍被绢云母蚀变，以发育旋转碎斑为其主要变形特征，局部可见长石亚颗粒；黑云母可分为原生黑云母和雏晶黑云母，在岩石中分布不均匀，原生黑云母呈弯曲状、片状及拉丝状等，可见到少量云母鱼定向排列，个别绿泥石化。

2 砾石成分及粒径统计分析

通过对砾石砾性、粒径及分布范围等统计分析可以判别出砾岩的源区及其沉积环境，并且有助于了解区域构造演化(吴磊伯，1962；何培元等，1982；朱大岗等，2002)。本文对分布于哈图沟变复成分砾岩由南向北依次统计6个点，每个测点在1m×1m范围内，随机选取100个，并将砾石的砾性及粒径分别记录、统计，本次粒径统计单位精确为厘米。

2.1 砾性特征

研究区内变复成分砾岩层出露于东昆北地体内，其两侧出露的岩层主要为前寒武纪以碎屑岩为原岩的变质基底(古元古代白沙河岩组及中元古代小庙岩组等)、变基性岩(斜长角闪岩和变玄武岩)和深变质的花岗质片麻岩等。

根据各个测点统计所得数据(表1和图3)，显示6个测点的砾石成分较单一，且都以灰白色大理岩为主，变基性岩(斜长角闪岩和变玄武岩)与石英岩次之，花岗质片麻岩及肉红色大理岩较少，各测点灰白色大理岩所占比例依次为52%、42%、38%、35%、31%、30%、38%；变基性岩所占比例依次为19%、20%、28%、32%、26%、28%、25.5%；石英岩所占比例依次为18%、19%、26%、21%、26%、25%、22.5%；花岗质片麻岩所占比例依次为4%、9%、2%、2%、8%、7%、5%；肉红色大理岩所占比例依次为5%、7%、2%、7%、5%、3%、5%。由上可以看出复成分砾岩中的大理岩砾石与变基性岩、石英岩所占比例基本呈反相关，表明了含大理岩的物源区与石英岩、斜长角闪岩的物源区可能不同。然而就砾石各成分总体含量来看变化较小，反映了这一时段内沉积(盆)地物源相对稳定。

图3 巴隆地区哈图沟变复成分砾岩层砾石成分对比图Fig. 3 Comparison chart of metamorphosed polymictic conglomerate layer of gravelingredient in Hatugou of Balong

2.2 砾石粒度分析

图4 巴隆地区哈图沟变复成分砾岩层的砾径累计频率曲线图Fig. 4 The curvilinear map of size—frequence distribution from metamorphosed polymictic conglomerate in Hatugou of Balong

图5 巴隆地区哈图沟变复成分砾岩层砾径累计频率直方图Fig. 5 The histogram map of size—frequence distribution from variable polymictic conglomerate in Hatu of Balong

3 碎屑锆石U-Pb年龄分布特征

3.1 样品处理及分析方法

对所采岩石样品使用常规方法粉碎至0.180～0.154mm(80～100目)，先用水将颗粒表面灰尘清洗干净并烘干，通过磁选和重液方法将锆石分离出来，然后在双目镜下挑选晶型和透明度较好的锆石作为测试对象，首先将选好的锆石用环氧树脂固定并抛光，直到锆石颗粒露出核部对其进行阴极发光(CL)，研究其内部结构，结合反射光和透射光特征，避开裂隙和包裹体，选择不同形态、不同内部结构的锆石进行测试，以便于得到更多的年代学信息。锆石的阴极发光显微照相(CL)在北京锆年领航有限公司完成，分析测试在中国地质调查局天津地质矿产研究所同位素实验室利用激光烧蚀多接收等离子体质谱仪(LA-MC-ICP-MS)完成，该套系统的多接收器电感耦合等离子质谱仪为Thermo Fisher公司制造的Neptune，其离子光学通路采用质量聚焦和能量聚焦的双聚焦设计，并采用动态变焦(ZOOM)使质量色散达到17%；激光器为美国ESI公司生产的UP193-FX ArF准分子激光器，激光波长193nm，脉冲宽度5ns，束斑直径可调节为1、2、10、20、25、35、50、75、76、100和150μm，脉冲频率在1～200Hz范围内连续可调。采用TEMORA作为外部锆石年龄标准进行U-Pb同位素分馏校正。后期数据处理采用中国地质大学(武汉)刘勇胜博士研发的ICPSDataCal程序(Liu Yongsheng et al．，2009)，作图采用Ludwig的Isoplot程序(Ludwig，2003)完成。利用NIST612玻璃标样作为外标计算锆石样品的Pb、U、Th含量。详细的实验原理及流程详见(李怀坤等，2009，2010；耿建珍等，2011)文献。

图6 哈图沟变复成分砾岩代表性锆石CL阴极发光图像和年龄值Fig. 6 Cathodoluminescence(CL)images and ages of single zircon from metamorphosed polymictic conglomerate in Hatugou

利用碎屑锆石研究地质事件的关键之一是被测锆石的数量优选(Dodson et al．，1988；Vermeesch，2004；Andersen，2005)，按照Dodson(1988)等人的建议，如果某一类锆石占总量的5%，那么随机分析60粒锆石，找到他们的几率应有95%，故本次研究对区内样品随机测试56粒。对年龄小于1000Ma的锆石，由于测量的放射性成因Pb含量低和普通Pb校正的不确定性，故采用206Pb/238U及其1σ对应的年龄，而大于1000Ma的锆石，由于含大量放射性成因的Pb，因而采用206Pb/207Pb及其1σ对应的年龄。

3.2 碎屑锆石特征

哈图沟绢云钠长石英片岩样品挑选出的锆石均为浅黄色—无色透明，呈短柱状，少部分呈半截锥状、长柱状(长宽比为3∶1)及浑圆状，绝大多数锆石被不同程度搬运磨圆，为次棱角—次圆状，呈现出碎屑锆石的形貌特征。锆石总体粒径为50～200μm，多数集中在90～150μm之间。代表性锆石CL照片见图6，部分锆石呈半截锥状，阴极发光(CL)照片显示具明显的岩浆振荡环带，代表了源区在这个时段发生强烈的岩浆活动；部分锆石虽晶型完好，基本没有磨圆，但阴极发光(CL)照片显示为通体灰黑色或面状条带结构，这类锆石可能为脱晶化作用下改造的锆石；部分锆石由于强烈的重结晶作用几乎全部置换了锆石原始的生长环带信息，阴极发光(CL)照片显示其通体呈灰白色，这部分锆石记录了元古宙或者太古宙的古老年龄信息。少部分锆石具有核幔结构，核部具有微弱的岩浆环带或平行纹理，幔部则已重结晶呈透明状，该类锆石核部可能记录了较老岩浆活动年龄信息，而幔部薄层变质增生边，记录了后期年轻的变质年龄信息。另外在阴极发光(CL)照片下还可见到更为复杂的核幔结构，可能系原始古老锆石受到后期多期(次)变质作用的改造。从锆石形貌学特征可以判断，这些锆石包含了多成因类型的锆石。Zhu Xiyan等(2011)认为CL强度不均一时，锆石来源复杂，即不同成因的锆石显示了其沉积物质来源广泛。

3.3 碎屑锆石年龄分布特征

图7 哈图沟变复成分砾岩碎屑锆石U-Pb年龄谐和图及直方图Fig. 7 Detrital zircons U-Pb concordia diagrams and histograms of metamorphosed polymictic conglomerate in Hatugou

对于变质成因锆石，其Th/U值一般低于0.1，而岩浆结晶的锆石Th/U值一般高于0.4(Belousova et al．，2002；Hoskin；2002)。然而，一些研究指出，不彻底的变质重结晶锆石和快速生长的变质锆石仍可含相对高的Th/U值(Vavra et al．，1999；Whitehouse et al．，2002；Song Shuguang et al．，2006)。因此，本文在解释锆石相应年龄的地质含义时，除依据锆石Th/U值外还要根据其内部结构并结合其他特征来综合探讨其成因。样品XRD163锆石阴极发光图像显示为多来源的锆石(图6)，各锆石内部结构与Th/U值差异较大，Th/U值范围为0.05～1.52。本次所测试的56粒锆石，最小年龄为602Ma，最老的年龄达到3230Ma。由锆石谐和图、直方图(图7)和表2可以看出，绢云钠长石英片岩碎屑锆石年龄大致可以分为6组，范围分别是：3230～2763Ma、2530～2347Ma、1712～1553Ma、1399～1180Ma、1146～783Ma和751～602Ma。

3230～2763Ma区间共有5个碎屑锆石测点，占总有效数据的8.93%，不具明显的峰值。测点4、5和18的Th/U值均小于0.4，且较接近0.4(分别为0.38、0.38和0.37)，25和30两个测点Th/U值大于0.4(分别为0.67和0.79)。CL图像显示，锆石内部为弱的分带结构，或呈灰白色(测点30)，其中测点5发育核幔结构，核部具面状分带结构，边部为变质增生边，表现为复杂成因的锆石特征。锆石形态呈次棱角—次圆状，表现为明显的碎屑锆石特征。

2530～2347Ma区间共有9个碎屑锆石测点，占总有效数据的16．07%，相对概率峰值为2518Ma，加权年龄平均值为2482Ma。其中有1个碎屑锆石测点Th/U值小于0.1(测点50)，为0.05；有2个测点Th/U值介于0.1～0.4之间(测点22和54)；其余测点Th/U值均大于0.4(测点3、26、27、34、51和55)，CL图像显示，9个锆石均不发育环带结构，大部分为核幔结构，但核部为弱的分带结构，个别锆石变质为通体灰白色(图6)，表明该区间内锆石同样显示为复杂成因的锆石特征。锆石形态多呈浑圆状，个别为柱状。

表2 东昆仑东段巴隆地区哈图沟变复成分砾岩层LA-MC-ICP-MS碎屑锆石U-Pb同位素分析结果Table 2 LA-MC-ICP-MS U-Pb date of detrital zircons from the metomorphosed polymictic conglomerate layer at Hatugou of Balong area in east part of Eastern Kunlun Mountains

续表 2

1712～1553Ma区间共有6个碎屑锆石测点，占总有效数据的10．71%，相对概率峰值为1556Ma，加权年龄平均值为1643Ma。其中3个碎屑锆石测点的Th/U值介于0.1～0.4之间(测点9、39和41)，另外3个测点Th/U值大于0.4(测点7、8和40)，其值最小为0.45，最大为0.77。锆石CL图像显示，除测点9具有较弱的岩浆振荡环带；其余锆石具弱分带结构或脱晶化呈通体黑色(图6)。锆石形态多呈短柱状，个别为浑圆状，表明这部分锆石搬运距离有限。

1399～1180Ma区间共有9个碎屑锆石测点，占总有效数据的16.07%，相对概率峰值为1318Ma，加权年龄平均值为1300Ma。其中有1个碎屑锆石测点的Th/U小于0.4(测点12)，为0.26；其余测点Th/U值均大于0.4，最小值为0.44，最大值达1.33。锆石CL图像显示，有2个锆石显示较为清晰的岩浆振荡环带(测点13和46)；其他锆石具弱的分带结构，个别锆石脱晶化呈灰黑色。锆石形态复杂多样，多数呈浑圆状，少部分为短柱状(图6)，表现为明显的碎屑岩锆石特征。

1146～783Ma区间共有21个碎屑锆石测点，占总有效数据的37.50%，出现三个峰值，分别为788Ma、947Ma和1115Ma，加权年龄平均值为892Ma。其中有3个碎屑锆石测点的Th/U值介于0.1～0.4之间(测点16、37和53)，最大值为0.40，最小值为0.25；其余测点Th/U值均大于0.4，最小值为0.44，最大值达1.52。锆石CL图像显示，有6个锆石显示较为清晰的岩浆振荡环带(测点14、20、35、38、44和52)，少数发育变质增生边；绝大部分锆石具弱的分带结构，个别锆石脱晶化呈灰黑色。锆石形态复杂多样，多数呈浑圆状，少部分为短柱状(图6)，表明锆石搬运距离或搬运方式的不均一性，进而说明碎屑锆石来源比较广泛。

751～602Ma区间共有6个碎屑锆石测点，占总有效数据的10.71%，相对概率峰值为674Ma，加权年龄平均值为679Ma。除1个碎屑锆石Th/U值小于0.1(测点19，Th/U值为0.06)外，在该年龄区段内所有锆石测点Th/U值均大于0.4，范围为0.63～0.87。CL图像显示，部分锆石具弱的环带结构(19和56)，并在锆石边部可见变质增生边(测点47)；部分锆石具弱的分带结构；少数脱晶化呈灰黑色。锆石形态多呈次棱角—次圆状，少数为浑圆状、柱状(图6)。

4 讨论

4.1 巴隆地区哈图沟变复成分砾岩层沉积特征

由图2和表1可以看出，6个测点的复成分砾岩中灰白色大理岩砾石由南向北含量由52%逐渐减少至30%，而变基性岩(斜长角闪岩和变玄武岩)与石英岩由南向北总体含量分别由19%和18%增加至28%和25%，表明含大理岩的物源区与含石英岩及变基性岩的物源区可能不属于同一地质体，然而就砾石总体成分而言变化不大，反映了这一时段内沉积(盆)地物源相对稳定。

表3 东昆仑东段寒武纪—三叠纪主要构造岩浆事件年龄值统计Table 3 The dating results of main geological events at Cambrian—Triassic in east part of Eastern Kunlun Mountains

4.2 巴隆地区哈图沟变复成分砾岩层时代归属

巴隆地区哈图沟变质—变形的沉积地层，因其北部为变复成分砾岩段，南部为变细碎屑岩段，前人将其划归为泥盆系牦牛山组❶。许志琴等(2007)认为东昆仑造山带是由加里东期和印支期叠置变形组成的复合造山带，牦牛山组磨拉石建造标志着早古生代造山运动的结束，柴北缘地区牦牛山组其上部层位古生物证据表明其形成于晚泥盆世。而陆露等(2010)和张耀玲等(2010a)分别对东昆仑地区格尔木水泥厂一带和锯齿山所分布的牦牛山组底部流纹岩夹层进行锆石U-Pb同位素测年获得了400～423Ma和406.1±2.9Ma的年代学信息，由此推测出东昆仑地区的牦牛山组形成时间下限为晚志留世。本次研究利用LA-MC-ICP-MS定年法获得哈图沟变复成分砾岩段的碎屑锆石56个测点年龄数据，这56个测点年龄数据介于3230～602Ma之间，其中最年轻的锆石年龄为602M，且该锆石棱角不明显，表明其经过一定距离的搬运，结合变复成分砾岩段的变质程度仅为绿片岩相，锆石不太可能在沉积后发生变质重结晶作用，因此，本文认为这套变复成分砾岩层形成时代应晚于602Ma。

4.2.1变复成分砾岩层年龄信息对比分析

通过对东昆仑东段寒武纪—三叠纪主要构造岩浆事件年龄值的统计(表3)，大面积出露于东昆仑地区海西—印支期岩体的年龄信息并未出现在绢云钠长石英片岩的碎屑锆石年龄谱中，表明其形成时间要早于晚古生代。假如这套含复成分砾岩的沉积地层就是代表早古生代造山作用结束的牦牛山组，其形成时间应晚于晚志留世或最早为晚志留世。纳赤台岩群与巴隆地区哈图沟"牦牛山组"呈断层关系接触，其形成时间为450～474Ma(张耀玲等，2010b；陈有炘等，2013)，此外，哈图沟地区"牦牛山组"周边出露一定面积的加里东期岩浆岩，这些岩体都早于东昆仑地区泥盆系牦牛山组形成时间，因此，哈图沟"牦牛山组"的形成应当会保留纳赤台岩群或与加里东期岩浆事件相关的年龄信息，然而在其碎屑锆石年龄谱中并未出现该时段的年龄信息，由此表明这套变质—变形的沉积地层形成时代要早于寒武纪，本文所收集到的东昆仑东段加里东期岩浆岩年代学资料中最大的年龄为546Ma(裴先治，未刊)，结合本次所测碎屑锆石U-Pb年龄谱中最小的年龄602Ma，大致可将这套变复成分砾岩层的形成时间限定在546～602Ma之间。

4.2.2变复成分砾岩层与区域牦牛山组地层特征对比分析

泥盆系牦牛山组最早由青海省地质局石油普查大队在柴达木盆地东北缘牦牛山地区创名"牦牛山统"，并认为其形成时代为晚泥盆世早期(青海省地层表编写组，1980)；青海省地质矿产局(1991)将柴达木盆地北缘的陆相碎屑岩统称为"牦牛山组"，并定义为：分布于中、南祁连山及柴达木盆地周缘，下部由灰绿色和紫红色砾岩、砂砾岩组成磨拉石建造，上部由火山岩、火山碎屑岩组成的地层。

牦牛山组主要分布于柴达木盆地东北缘的阿木尼克山、锡铁山、牦牛山及柴南缘的水泥厂、锯齿山一带。张志刚等(2013)在牦牛山地区将牦牛山组进一步划分成4个岩性段，其一、三段主要为复成分砾岩、含砾砂岩及砂岩组成的两个碎屑岩段，具山前磨拉石堆积特征，显示成熟度低、分选性差且沉积厚度大等特征；二、四段岩性组合为石英安山岩、杏仁状安山岩及安山角砾岩等，总体上为一套中酸性火山岩组合。

近期，笔者对柴北缘乌兰县南柯柯牦牛山组底部砾岩成分进行统计，结果显示其砾石主要成分为脉石英、石英岩及砂岩，其次为花岗岩、灰岩和泥砾，而巴隆地区哈图沟变复成分砾岩层砾石成分以灰白色大理岩为主，变基性岩与石英岩次之，还有少量花岗质片麻岩及肉红色大理岩，由此可以看出研究区内变复成分砾岩的砾石成分与区域上牦牛山组底部砾石成分有很大的区别。前人在肯博可克、小灶火、南沟、水泥厂、锯齿山和牦牛山等地区对牦牛山组岩性段的划分方案中，普遍含有1～2个火山岩段(图8)。而巴隆地区哈图沟内变质—变形的沉积地层可划分为复成分砾岩段和细碎屑岩段，并未识别出火山岩夹层。

图8 柴达木盆地周缘牦牛山组与哈图沟变复成分砾岩地层柱状对比图(据陆露等，2010；张志刚，2013)Fig. 8 Strata histogram of Maoniushan and Metamorphism polymictic conglomerate of Hatu in the margin of Qaidam(after Lu Lu et al．，2010；Zhang Zhigang，2013)

通过砾石成分研究、地层对比，结合年代学资料，笔者认为出露于巴隆地区哈图沟变质—变形的沉积地层与柴达木盆地周缘牦牛山组不具对比性，因此，笔者认为不应将其划归为泥盆系牦牛山组。

4.3 碎屑锆石年龄谱及其物源分析

4.3.1 中、新元古代年龄信息

越来越多的证据表明，在中国西部地区1000Ma左右的板(陆)块聚合构造热事件广泛存在，种种迹象显示，中元古代末的聚合事件使得西部地区众多的微板(陆)块聚合，其中包括中昆仑、中天山、塔里木、柴达木—中祁连—阿拉善、松潘和整个华南地块都拼合成统一的块体，并统一到全球系统的Rodinia超大陆体系中(王国灿等，2007)。不同学者对Rodinia超大陆进行的古地理再造和超大陆复原的研究都表明(Hoffman，1991；Li Zhengxiang et al．，1996；Condie，2001)，Rodinia超大陆是由全球不同前寒武纪陆块通过1.3～1.0Ga之间的格林威尔造山运动发生汇聚碰撞而形成的。陆松年等(2001)对中国在中、新元古代期间的地质事件作了深入研究和总结，指出在这一期间中国所发生的汇聚地质事件记录多数集中在1.0～0.8Ga之间，缺少与格林威尔造山运动同期或与之对应的1.3～1.0Ga的构造—热事件的地质记录。笔者对东昆仑东段巴隆地区哈图沟变复成分砾岩的碎屑锆石U-Pb同位素年龄测试，获得了大约在1150～800Ma间的单颗粒锆石年龄组，且在这一年龄区段的测点占到总数的37.50%(21个)，CL图像显示，有6个锆石发育较为明显的岩浆振荡环带，其他为具面状分带结构或呈灰黑色。在本组年龄谱范围内所发现这5颗具有岩浆振荡环带的锆石，虽然只占该年龄段锆石总数的18.52%，然而，就其所代表的年龄值来看，在1150～800Ga之间的年龄段代表了东昆仑造山带发生了一次大规模的岩浆事件，且从这一时段所获得的三个概率峰值，分别为788Ma、947Ma和1115Ma，对应于全球尺度的Rodinia超大陆的汇聚时间。哈图沟变复成分砾岩地层南侧在原白沙河岩组分布区出露一套浅灰色—浅肉红色条带状和眼球状黑云母二长花岗质片麻岩组合，裴先治(未刊)利用LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄，获得原岩结晶年龄为845±11Ma，孟繁聪等(2013)分别利用SHRIMP和LA-MC-ICP-MS两种方法对东昆仑祁漫塔格地区的眼球状花岗片麻岩中的锆石进行了测试，获得的年龄分别为938±5Ma和938±2Ma。这些年龄值很好地对应于本次研究的碎屑锆石年龄，结合变复成分砾岩层浅肉红色花岗质片麻岩砾石占总体砾石的5%，通过这些证据可以看出东昆南构造带内的黑云二长花岗质片麻岩可能是这套碎屑岩地层直接贡献者，此外，东昆仑造山带在新元古代所发育的岩浆物质也可能为哈图沟变复成分砾岩地层提供碎屑物质。

对研究区内变复成分砾岩段的碎屑锆石U-Pb同位素年龄测试，获得了位于751～602Ma区间的6个年龄值，这6个碎屑锆石仅有一个锆石Th/U值小于0.1，CL图像显示，锆石形态多数呈次棱角—次圆状(图6)，表明锆石形成后经一定距离的搬运再沉积。许荣华等(1990)获得东昆仑地区万宝沟火山岩组中块状玄武岩的Rb-Sr等时线年龄为(667±21)Ma；任军虎等(2011)对东昆仑小庙辉绿岩脉测得601～855Ma的成岩年龄和东昆仑金水口南变余辉长岩780～830Ma的成岩年龄。这些年龄与本次所获得的碎屑锆石U-Pb年龄751～602Ma基本一致，说明在东昆仑地区的新元古代中晚期岩浆物质为变复成分砾岩地层提供了碎屑物质成分。此外，杨瑞东等(2007)确认了发育于塔里木盆地库鲁克塔格地区汉格尔乔克冰期为大陆冰川，Xu等(2009)利用SHRIMP测年技术对发育于塔里木盆地库鲁克塔格地区冰碛岩中的火山岩进行测试，获得贝义西组形成时间为730Ma，特瑞爱肯组和阿勒通沟组形成时间为725±10Ma和615±6Ma，汉格尔乔克组形成时间为615±6Ma～542Ma；高林志等(2010)利用SHRIMP测年技术获得特瑞爱肯组中枕状玄武岩和贝义西组火山集块岩的年龄分别为705Ma±10Ma和739Ma±6Ma；丁海峰等(2014)获得伊犁果子沟地区新元古代冰成沉积的碎屑锆石年龄谱中存在大量的650～600Ma年龄；高维等(2011)获得伊犁果子沟地区南华系塔里萨依组冰碛岩顶部花岗斑岩年龄，限定了果子沟剖面塔里萨依组冰碛岩的沉积上限为642±5Ma；李怀坤等(2003)获得全吉群石英梁组玄武安山岩的锆石U-Pb年龄为800Ma左右；陆松年等(2002b)对柴北缘全吉群中的玄武安山岩进行了详细研究，获得锆石206Pb/238U表面年龄为(738±28)Ma，反映了该套火山岩的形成年龄，由此推断全吉群的底界年龄在760Ma左右，这个年龄代表了该地区新元古代Rodinia超大陆裂解事件的开始时间(郝国杰等，2004)。上述年代学资料与本次所获得最年轻锆石年龄范围一致，显示全吉地块、塔里木陆块与东昆仑造山带在南华—震旦纪具有相似的演化特征。

据已有同位素年代学资料显示，分布于扬子克拉通的锆石年龄主要集中于500～1100Ma，而分布于华北克拉通锆石年龄基本上均大于1800Ma(图9)。刘永江等(2012)指出柴北缘—南祁连地区的主要构造热事件发生在元古代主要集中在500～600Ma和800～900Ma；并认为表明柴北缘—南祁连地区的前寒武纪基底性质与扬子板块相似与华北板块完全不同；张英利等(2011)利用LA-ICP-MS测年技术获得库鲁克塔格地区贝义西组和育肯沟组碎屑锆石的U-Pb年龄，指出库鲁克塔格地区在741Ma、768Ma、800Ma、821Ma和861Ma有大规模的岩浆活动；陆松年等(2002a)指出全吉地块和塔里木陆块都发育南华纪以来的稳定盖层在新元古代以来具有极其相似的地质演化历史；张建新等(2003)通过柴达木盆地南缘(东昆仑北缘)原定为金水口群麻粒岩相片麻岩和花岗质岩石中锆石的SHRIMP测定，指出继承锆石给出了少量太古宙和大量1600～1800Ma之间的年龄，并认为这与祁连—柴达木地区以及扬子地块的地壳形成年龄基本一致，反映柴南缘(东昆仑北缘)的变质基底与扬子克拉通具有明显的亲缘性。本次所获得的中元古代晚期—新元古代(602～1150Ma)锆石年龄约占所测总数的近一半(48.21%)，表明东昆仑及周边地区在中元古代晚期—新元古代发育大规模的岩浆事件，同样证实了柴达木—祁连—东昆仑等地(陆)块前寒武纪的演化特点与塔里木及扬子克拉通非常相似(陆松年，2003)。

图9 锆石年龄分布对比图(据Liu Xiaoming et al．，2008)Fig. 9 Comparion of the zircons age distribution(after Liu Xiaoming et al．，2008)

4.3.2 中元古代晚期年龄信息

该组锆石共有9个年龄分布于1399～1180Ma之间，锆石CL图像显示，有2个锆石显示较为清晰的岩浆振荡环带(测点13和46)；其他锆石具弱的分带结构，个别锆石脱晶化呈灰黑色。锆石形态复杂多样，多数呈浑圆状，少部分为短柱状。裴先治(未刊)利用LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素测年，获得东昆仑南坡地区伊和哈让贵花岗质片麻岩的形成年龄为1224±45Ma，并认为其主要是地壳物质(白沙河岩组和小庙岩组中的长英质岩石)在中元古代晚期后造山期拉张环境下部分熔融的产物，虽然这一时期的岩浆岩在东昆仑地区出露比较局限，但大致反映了东昆仑地区在这一时期发生一定规模的岩浆活动，本次所获得的1399～1180Ma之间的年龄谱较好地对应于这期岩浆事件，表明东昆南构造带中元古代晚期的岩浆物质对本次所研究的碎屑岩有一定的物质贡献。

4.3.3 中元古代早期年龄信息

该组锆石共有5个测点年龄分布于1712～1553Ma之间，锆石CL图像显示，测点9和测点14具有弱的岩浆振荡环带；其余锆石具弱分带结构或脱晶化呈通体黑色。锆石形态多呈短柱状，个别为浑圆状。虽然目前还不确定这组年龄所代表的具体地质事件，就锆石形态及其Th/U值可以看出该组碎屑锆石应为物源区在中元古代早期发生了一次岩浆热事件。

4.3.4 新太古代晚期—古元古代早期年龄信息

该组锆石共有9个碎屑锆石测点位于2530～2347Ma区段，CL图像显示，多数锆石呈浑圆状，并具增生外圈，内核呈次圆或浑圆状，可能为多期变质生长的产物，个别为柱状，且无分带结构。根据锆石CL图像可以看出虽然锆石Th/U值只有一个测点小于0.1，然而锆石表面结构多呈通体灰白色—灰黑色或具复杂的核幔结构。青海省区域综合地质大队❷在1∶5万赛什塘牧场幅区调中，获得侵入白沙河岩组中的基性岩墙的全岩Sm-Nd等时线年龄2313±10Ma；1∶5万茶汗河等幅区调获得条痕状黑云斜长片麻岩全岩Sm-Nd等时线年龄2539±400Ma，都兰县沙柳河地区1∶5万野马滩幅区调获得黑云斜长片麻岩单颗粒锆石U-Pb年龄2489±63Ma，获得斜长角闪岩全岩Sm-Nd等时线年龄2355±7Ma(张雪亭等，2008)。因此，哈图沟绢云钠长石英片岩中(2530～2347)Ma年龄组与东昆仑地区古元古代早期的构造岩浆活动有关。即东昆仑造山带新太古代晚期—古元古代早期岩浆物质也为哈图沟变复成分砾岩地层提供了碎屑物质。

4.3.5 太古宙年龄信息

李惠民等(2001)利用同位素稀释法对阿尔金山东端花岗质片麻岩进行单颗粒锆石U-Pb同位素测年法，获得(3605±43)Ma的上交点年龄，Sm-Nd同位素测定后也获得略大于3500Ma钕模式年龄，从而证明了我国西部前寒武纪存在始太古代基底；王国灿等(2004)利用锆石U-Pb SHRIMP测年技术对东昆仑中元古代小庙岩组碎屑锆石测定后获得(3206±14)Ma的非常古老的207Pb/206Pb年龄信息；解玉月等(2000)获得东昆仑中段古元古代白日其利基性杂岩体中的橄榄岩和古太古代白日其利表壳岩组合麻粒岩2892Ma、3522Ma及3280Ma Sm-Nd同位素年龄，并认为柴达木盆地南北两缘均存在太古宙造壳事件。本次研究对东昆仑造山带东段哈图沟变复成分砾岩中的碎屑锆石进行LA-MC-ICP-MS U-Pb同位素测年，同样获得了大于2700Ma的207Pb/206Pb太古宙年龄信息，其中最老的年龄为(3230±10)Ma，表明变复成分砾岩的物源区可能存在古太古代陆核。

本次研究对哈图沟变质地层进行砾石成分及粒径统计研究后认为这套地层应属于近源快速堆积的产物，其物源区应为周边前寒武纪变质基底、变基性岩或深变质的花岗质片麻岩。研究区内小庙岩组主要分布于变复成分砾岩的北侧(东昆北构造带内)呈断层关系接触，白沙河岩组则主要分布于东昆南构造带内，研究区西侧所出露的变复成分砾岩两侧主要与中元古代狼牙山组或者早古生代纳赤台岩群呈断层关系接触。古元古界白沙河岩组主体为一套大理岩、黑云斜长片麻岩、钙硅酸粒岩、斜长角闪岩及少量石英岩、长石石英岩变质地层组合；中元古界小庙岩组主体为一套石英岩、长石石英岩、斜长角闪岩、富铝片麻岩及黑云斜长片麻岩变质地层组合。根据砾石成分主要为大理岩(43%)、变基性岩(斜长角闪岩和变玄武岩)(25.5%)、石英岩(22.5%)和花岗质片麻岩(5%)，可以看出大量的大理岩砾石应主要来源于白沙河岩组，而石英岩砾石主要可能来源于小庙岩组，少部分也可能来源于白沙河岩组，而变基性岩(斜长角闪岩和变玄武岩)可能来源于白沙河岩组、小庙岩组或者万宝沟岩群，浅肉红色花岗质片麻岩可能来源于变质地层南侧的黑云二长花岗质片麻岩，此外，变复成分砾岩基质中可见一定量的原生黑云母，表明其周边前寒武纪地质体中的片麻岩也可能为其提供了一定的碎屑物质。

5 结论

(1)对巴隆地区哈图沟变复成分砾岩层砾石成分统计、砾石的加权平均砾径和中值砾径的对比、砾石的分选系数(1.24～1.42)及砾石的砾度等粒性特征并结合其碎屑矿物特征综合分析研究后，认为该套变复成分砾岩层具近源快速堆积的特征。

(2)对巴隆地区哈图沟绢云钠长石英片岩碎屑锆石U-Pb同位素年龄及砾石组成研究，认为这套变质变形沉积地层的形成时间介于602～550Ma之间。复成分砾岩段的砾石成分及岩石组合均与区域上泥盆系牦牛山组相差较大，因此该套变质—变形沉积地层不应划归为泥盆系牦牛山组，而是形成于晚震旦世的沉积地层。

(3)巴隆地区哈图沟复成分砾岩段碎屑锆石同位素年龄可分为6组：① 南华纪—震旦纪年龄组，751～602Ma，相对概率峰值674Ma，对应于Rodinia超大陆裂解事件；② 中元古代晚期—新元古代中期年龄组，1146～783Ma，有三个峰值，分别为788Ma、947Ma和1115Ma，对应于全球Rodinia超大陆汇聚事件，且证实了柴达木—祁连—东昆仑等地(陆)块前寒武纪的演化特点与塔里木及扬子克拉通非常相似；③ 中元古代晚期年龄组，1399～1180Ma，相对概率峰值为1318Ma，对应于东昆仑造山带中元古代晚期岩浆事件；④ 中元古代早期年龄组，1712～1553Ma，相对概率峰值为1556Ma，代表了源区在中元古代早期存在岩浆事件；⑤ 新太古代晚期—古元古代早期年龄组，2530～2347Ma，相对概率峰值为2518Ma，对应于东昆仑造山带新太古代晚期—古元古代早期岩浆事件；⑥ 太古宙年龄组，3230～2763Ma，表明物源区可能存在古太古代的陆核。

(4)巴隆地区哈图沟变复成分砾岩层主要砾石成分为大理岩(43%)、变基性岩(斜长角闪岩和变玄武岩)(25.5%)、石英岩(22.5%)和花岗质片麻岩(5%)。其中，大量的大理岩砾石主要来源于白沙河岩组，而石英岩砾石主要可能来源于小庙岩组，少部分也可能来源于白沙河岩组，而变基性岩(斜长角闪岩和变玄武岩)可能来源于白沙河岩组、小庙岩组或者万宝沟岩群，浅肉红色花岗质片麻岩可能来源于变质地层北侧的黑云二长花岗质片麻岩组合，此外，变复成分砾岩的碎屑中可见一定量的原生黑云母矿物，表明其周边前寒武纪地质体中的片麻岩也可能为其提供了一定的碎屑物质。

致谢：感谢硕士研究生任厚州和魏博等师弟对本文图件绘制的帮助、感谢两位匿名评审老师所提的宝贵意见使本文更加完善。另外，特别感谢责任编辑对本文细节问题上的修改。

注释/Notes

❶ 中国地质大学(武汉)．2003．阿拉克湖幅1∶250000区域地质调查报告．1～419．

❷ 青海省地质矿产局．1993．中华人民共和国区域地质调查说明书(1∶5万赛什塘牧场幅)．西宁：青海省地质矿产局，5～37．