新疆阿尔泰山西段喀纳斯群碎屑锆石LA-ICP-MS U-Pb测年及地质意义

赵同阳，朱志新，韩琼，郑加行（新疆维吾尔自治区地质调查院,新疆乌鲁木齐83000）



新疆阿尔泰山西段喀纳斯群碎屑锆石LA-ICP-MS U-Pb测年及地质意义

赵同阳，朱志新，韩琼，郑加行
（新疆维吾尔自治区地质调查院,新疆乌鲁木齐83000）

摘要：喀纳斯群分布于阿尔泰山西段，下部为片麻岩-结晶片岩建造，上部为一套巨厚的浅变质碎屑岩建造，其沉积时限一直争议较大。通过对禾木乡南侧喀纳斯群哲理开特组变质砂岩碎屑锆石年代学研究，获得碎屑锆石年龄集中分布在（509.1±8.5）Ma，代表其沉积下限，最古老锆石年龄约为18.98亿年，反映喀纳斯群具古元古代沉积物。结合侵入喀纳斯群的410～475 Ma的中酸性岩体，认为喀纳斯群沉积时代应为中晚寒武世（475～509 Ma）。

关键词：喀纳斯群；碎屑锆石U-Pb定年；中晚寒武世；阿尔泰山

新疆阿尔泰山西段广泛出露一套由变质粉砂岩、变质砂岩、页岩、结晶片岩、片麻岩、混合岩组成的浅变质细碎屑岩建造，出露厚度可达5 280 m。丘洛契尼克夫（1956）将其厘定为奥陶系卡宾岩系；卡自明等在该区进行1∶20万琼库尔幅区测普查时将其厘定为中上奥陶统哈巴河岩系，并划分为上、中、下3个亚岩系；新疆区调大队在喀纳斯一带进行1∶20万区调修测时❶新疆地矿局区域地质测量大队.中华人民共和国地质图及说明书(1∶20万琼库尔幅),1965❷新疆地矿局区域地质测量大队.中华人民共和国地质图及说明书(1∶20万哈巴河幅),1966，据岩性和古生物特征将该套地层厘定为寒武系—中奥陶统哈巴河群，并划分为5个亚群；王广耀等据微古植物组合特征将该套地层形成时代限定在早震旦世，并命名为哈拉斯群[1,2]；新疆地矿局将其厘定为震旦系—下寒武统喀纳斯群[3]。近年来，部分学者提出将阿尔泰山地区哈巴河群、库鲁木图群、康布铁堡组和阿勒泰组中高级变质岩划分为古—中元古界克木齐群和新元古界富蕴群[4-7]，但遭到锆石U-Pb年代学研究者的反驳[8-14]。

有关新疆阿尔泰山地质与矿产的研究都不可避免的涉及到对“喀纳斯群”形成时代和形成环境的讨论[15-26]。因此，正确认识该套地层，对于研究阿尔泰山西段乃至中亚造山带的地质构造演化和相关矿产勘查具重要意义。本项目对出露于禾木乡南侧喀纳斯群变质细砂岩开展了LA-ICP-MS碎屑锆石U-Pb定年，确定了其年龄谱特征，为深入揭示阿尔泰造山带西段大地构造演化提供了新的制约。

1　地质背景

研究区位于中亚造山带，阿尔泰弧盆系，阿尔泰古生代陆缘弧之喀纳斯被动陆缘带。区内出露地层主要为震旦系—下寒武统喀纳斯群，为一套浅变质巨厚复理石建造；自下而上可分为依列克塔斯组、贝留特组、苏木代尔格组、哲理开特组，上部被上奥陶统东锡勒克组变质火山碎屑岩-火山熔岩建造不整合覆盖。由于阿尔泰造山带断层极发育，后期岩浆活动强烈，致使地层连续性较差（图1），且普遍缺失具定年意义的化石组合，对该套浅变质碎屑岩研究程度相对较低。

据本次1∶5万区调部分成果可知，震旦系—下寒武统喀纳斯群依列克塔斯组为深灰色黑云母斜长片麻岩建造，贝留特组为一套结晶片岩建造，岩石组合为红柱石石英片岩、黑云母石英片岩，苏木代尔格组为一套海进式沉积序列，主要由浅绿色、灰色、深灰色及部分紫色变质砂岩、粉砂岩及页岩组成，砂岩粒度由中粒到细粒，为长石石英砂岩、偶见石英质与单矿物变种及含碳酸盐杂质的砂岩，胶结物一般都已重结晶和千枚岩化，页岩经变质作用而变成千枚岩或片岩；哲理开特组为一套海退式沉积序列，主要岩性为变质砂岩、粉砂岩、页岩，由下至上粒度逐渐变粗。喀纳斯群各组间为整合接触。

图1　阿尔泰山地区地质构造略图Fig.1 Simplified geological map of the Chinese Altai（据新疆维吾尔自治区地质矿产勘查开发局修改,2010）1.第四系;2.上古生界;3.下古生界;4.喀纳斯群;5.前寒武系;6.中酸性侵入岩;7.地质界线;8.断层;9.研究区;10.采样点

2　样品岩石学特征

研究区内喀纳斯群苏木代尔格组、哲理开特组主要分布在禾木乡一带，为一套低绿片岩相浅变质碎屑岩系，片理化发育（图2-a），两者整合接触。采样位置为：87°25′21.1″，48°31′49.7″，属喀纳斯群哲理开特组下部，岩性为灰绿色变质砂岩，变余细砂状结构（图2-b），岩石的砂状结构还可分辨，但大部分碎屑已重结晶，由微粒长石、石英、少部分鳞片状绢云母、绿泥石组成，并定向分布，少部分石英及少量长石碎屑还有保留，呈眼球状定向分布于重结晶矿物之间，斜长石具高岭土化，从残留的长石、石英碎屑看，属细砂岩范围，含量约85%。胶结物已重结晶，由鳞片状绢云母、少量绿泥石、绿帘石组成，定向分布，含量约15%，绢云母之间分布有微量微粒状磁铁矿。

图2　碎屑锆石采样点宏观照片（a）和样品正交偏光照片(b)Fig.2 Fragmental zircon macroscopic photo of samplingposition（a）and Crossed photo of sample（b）Bi——黑云母;Qz——石英

3　测试方法及测试成果

3.1测试方法

样品处理及测试在南京大学内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室完成。首先使用常规的重液浮选和电磁分离方法挑选锆石，然后将其镶嵌在环氧树脂中并抛光，进行锆石阴极发光（CL）、反射光、透射光照相及LA-CIP-MS同位素分析。测试使用与New Wave 213 nm激光取样系统连接起来的Agilent 7500 a ICP-MS完成。分析过程中，激光束斑直径采用20～30 μm，频率5 Hz。样品经剥蚀后，由He气作为载气，再和Ar气混合后进入ICP-MS进行分析，U-Pb分馏据澳大利亚锆石标样GEMOC GJ-1 （207Pb/206Pb age of（608±1.5）Ma）来校正[27]，锆石标样Mud Tank（Inercept age of（732±5）Ma）为内标[28]，控制分析精度。每个测试流程的开头和结尾分别测试2个GJ标样，另外测试1个MT标样和20个待测样品点。U-Pb年龄和U，Th，Pb的计算由GLITTER软件（ver.4.4）获得，普通铅的校正及谐和图的绘制运用Isoplot完成[29]。

图3　样品14b6-Ⅺ-42碎屑锆石阴极发光图像及U-Pb年龄值Fig.3 Fragmental zircon CL photos and U-Pb age of sample 14b6-Ⅺ-42

3.2测试结果

样品碎屑锆石外形为浑圆或棱角状。从阴极发光图像来看（图3），锆石内部结构复杂，总体具多层内部显微结构，锆石主体发育岩浆锆石典型的环带，且环带窄而密，表明其物源区岩石应是结晶温度较低的花岗质类岩石。另外，受浅变质作用和搬运磨蚀作用的影响，部分锆石磨圆度较好，颗粒核部呈面状或扇状结构，边部发育退变质的亮边。

本次对挑选出的60颗锆石进行测试分析，测试结果见图4和表1❶新疆地矿局区域地质测量大队.中华人民共和国地质图及说明书(1∶20万琼库尔幅),1965❷新疆地矿局区域地质测量大队.中华人民共和国地质图及说明书(1∶20万哈巴河幅),1966。各测点在谐和图上出现3个聚集分布区域，据此将喀纳斯群变质砂岩锆石测点分为3组。第一组共39个测点，206Pb/238U年龄为393～683 Ma，谐和年龄为（509.1±8.5）Ma；第二组共15个测点，206Pb/238U年龄为666～929 Ma，谐和年龄为（797±53）Ma；第三组共6个测点，206Pb/238U年龄为1 406～1 898 Ma，谐和年龄为（1 657±220）Ma。

图4　喀纳斯群变质砂岩的锆石LA-ICP-MS U-Pb谐和图Fig.4 Metasandstone Zircon LA-ICP-MS U-Pb Concordia diagram of Kanas Group

4　讨论

阿尔泰山西段广泛分布喀纳斯群变质岩系，中上部以浅变质碎屑岩为主，下部以片麻岩、结晶片岩为主，具被动陆缘型复理石特征，因该套地层未发现大化石，历史上对其时代确定也颇不一致。前人在该套地层中发现微古植物化石，将喀纳斯群时代厘定为早震旦世[1,17]；不同学者针对喀纳斯群浅变质碎屑岩开展碎屑锆石年代学研究，认为该套地层形成于早泥盆—中奥陶世（380～470 Ma）间[11]、震旦—早寒武世（523～550 Ma）[14]。

本次工作获取阿尔泰山西段禾木乡以南喀纳斯群哲理开特组变质砂岩中碎屑锆石年龄，加权平均年龄分别为（509.1±8.5）Ma、（797±53）Ma、（1 657±220）Ma，其中最年轻碎屑锆石年龄集中在（509.1±8.5）Ma，相当于国际地层表中的中寒武世，据此限定喀纳斯群沉积下限。本次区调工作在贾登裕-禾木一带获取大量侵入到喀纳斯群的中酸性岩体的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄，侵位时间在410～475 Ma，代表喀纳斯群沉积上限。因此，本文将喀纳斯群沉积时代定为中晚寒武世（475～509 Ma）。本次碎屑锆石测年，获取喀纳斯群最古老锆石年龄为18.98亿年，反映其沉积物源有来自古元古代晚期的物质，表明阿尔泰山地区可能存在古元古代变质基底。

表1　喀纳斯群变质砂岩的锆石LA-ICP-MS定年分析成果Table 1 Metasandstone zircon LA-ICP-MS dating results of Kanas Group

5　结论

（1）喀纳斯群哲理开特组碎屑锆石最年轻年代为（509.1±8.5）Ma，代表了喀纳斯群沉积下限，侵入其中的中酸性岩体年龄为410～475 Ma，代表其沉积上限。因此认为喀纳斯沉积时代为中晚寒武世（475～509 Ma）。

（2）通过本次碎屑锆石年代学研究，获取喀纳斯群最古老锆石年龄为18.89亿年，反映阿尔泰山西段地区可能存在古元古代变质基底。

参考文献

[1]王广耀,张玉亭.新疆阿尔泰震旦系微古植物的发现[J].地层学杂志,1983,74(4):313-316.

[2]王广耀,张玉亭.新疆阿尔泰震旦系的初步划分与对比[J].地层学杂志,1984,8(4):296-300.

[3]新疆维吾尔自治区地质矿产局.新疆维吾尔自治区岩石地层[M].北京:中国地质大学出版社,1997, 20-22.

[4]何国琦,韩宝福,岳永君,等.中国阿尔泰造山带的构造分区和地壳演化[M].新疆地质科学,北京:地质科学出版社,1990,(2):9-20.

[5]李天德,祁志明,肖世录,等.中国和哈萨克斯坦阿尔泰地质及成矿研究的新进展[J].中国地质学会编.献给三十届国际地质大会“八五”地质科技重要成果学术交流会议论文选集[M].北京:冶金工业出版社,1996,256-259.

[6]陈毓川,叶庆同,王京彬,等.中国新疆阿尔泰成矿带矿床地质、成矿规律与技术经济评价[M].北京:地质出版社,2003,1-43.

[7]胡霭琴,张国新,张前锋,等.阿尔泰造山带变质岩系时代问题的讨论[J].地质科学,2002,37(2):129-142.

[8] Windley B.F., Kroner A.,Guo J., et al.Neoproterozoic to Paleozoic geology of the Altai orogen, NW China:New zircon age data and tectonic evolution[J].J.Geol, 2002,110,719-739.

[9]陈汉林,杨树峰,历子龙,等.阿尔泰造山带富蕴基性麻粒岩锆石SHRIMP U-Pb年代学及其构造意义[J].岩石学报,2006,22(5): 1351-1358.

[10] Sun M., Yuan C., Xiao W.J., et al, Granitic gneisses and genissic granites from the Central Terrane of the Chinese Altai Orogen:zircon ages and tectonic significance[J].Eos Trans.AGU, West.pac.Geophys.Meet.Suppl., Abstract,2006,87(36):25-06.

[11]袁超,孙敏,龙晓平,等.阿尔泰哈巴河群的沉积时代及其构造背景[J].岩石学报,2007,23(7):1635-1644.

[12]胡霭琴,韦刚健,邓文峰,等.阿尔泰地区青河县西南片麻岩中锆石SHRIMP U-Pb定年及其地质意义[J].岩石学报, 2006,22(1):1-10.

[13]刘国仁,秦纪华,赵忠合,等.新疆阿尔泰额尔齐斯构造带片麻岩的锆石U-Pb SHRIMP定年及其地质意义[J].新疆地质, 2008,22 (2):190-196.

[14]刘源,杨家喜,胡建民,等.阿尔泰构造带喀纳斯群时代的厘定及其意义[J].岩石学报,2013,29(3):887-898.

[15]肖序常,汤耀庆,李锦轶,等.试论新疆北部大地构造演化[M].新疆地质科学,北京:地质出版社,1990,(1):47-68.

[16] Sengor,A.M.C., Natalin,B.A., Burtman,V.S.Evolution of the Altaid tectonic collage and Paleozoic crustal growth in Asia[J].Nature.1993,364:299-307.

[17]高振家,陈晋镰,陆松年,等.新疆北部前寒武系[M].北京:地质出版社,1993,1-50.

[18]李志纯.阿尔泰造山带构造演化研究中的几个关键问题剖析[J].大地构造与成矿学,1996,20(4):283-297.

[19]刘德权,唐延龄,周汝洪.新疆前震旦纪基底陆壳问题[J].新疆地质,1998,16(3):195-202.

[20]陈斌,Bor-ming Jahn,王式光.新疆阿尔泰古生代变质沉积岩的Nd同位素特征及其对地壳演化的制约[J].中国科学(D辑), 2001,31(3):226- 232.

[21]李天德,波里杨斯基.中国和哈萨克斯坦阿尔泰大地构造及地壳演化[J].新疆地质,2001,19(1):27-32.

[22] Yakubchuk A., Seltmann R., Shatov V.et al.The Altaids: tectonic evolution and metallogeny[J].Society of Economic Geol ogists, News letter,2001, 46,7-14.

[23]李锦轶,徐新.新疆北部地质构造和成矿作用的主要问题[J].新疆地质,2004,22(2):119-124.

[24]徐学纯,郑常青,赵庆英.新疆阿尔泰地区冲乎尔递增变质带特征及其演化[J].现代地质,2005,19(3):334-340.

[25]李会军,何国琦,吴泰然,等.阿尔泰-蒙古微大陆的确定及其意义[J].岩石学报,2006,22(5):1369-1379.

[26]万天丰.天山-阿尔泰地区古生代构造及相关的内生成矿作用[J].矿床地质,2013,32(4):705-714.

[27] Jackson S E,Pearson N J,Griffin W L.The implication of laser ablation microprobe-inductively coupled plasma-mass spectrometry (LAM-ICP- MS) to in situ U-Pb zircon geochronology[J].Chemical Geology,2004,211:47-69.

[28] Black L P,Gulson B L.The age of the Mud Tank carbonatite, Strangways Range,Northern Territory[J].BMR Journal of Austra lian Geology and Geophysica,1978,3:227-232.

[29] Andersen T.Correction of common Pb in U-Pb analyses that do not report 204Pb[J].Chemical Geology,2002,192:59-79.

LA-ICP-MS Zircon U-Pb Age and its Geological Implications of the
Kanas Group in Western Altai Tectonic Belt

Zhao Tongyang,Zhu Zhixin,Han Qiong,Zheng Jiaxing
(Geological Research Academy of Xinjiang,Urumqi,Xinjiang,830000,China)

Abstract:Kanas group mainly distributed in the western mountain of Altay,The bottom of this is a struction of gneiss to crystalline schist,Upper of it is a setting struction,there is a serious argument about the sedimentation time.In this paper,we study metasandstone fragmental zircon age of Zhelikaite formation which is located in the southern of Hemu village.We earn the newest age of fragmental zircon mainly in（509.1±8.5） Ma,Which insteads the sedimentational lower limit,and the oldest zircon age is1 898 Ma,Which means that Kanas group has the sedimentational source of paleoproterozoic era.Combined with K anas group persilicic and intrusive rock which is from 410 to 475 Ma,So we consider that the sedimentational age of Kanas group is middle—late Cambrian (475～509 Ma).

Key words:Kanas Group;Fragmental Zircon U-Pb Dating;Mid-late Cambrian period;Altay Mountain

作者简介:第一赵同阳（1983-），男，河南商丘人，高级工程师，硕士，2008年毕业于新疆大学地质专业，主要从事区域地质矿产调查及研究工作

收稿日期:2015-09-11;

修订日期:2015-11-09;作者E-mail:120334602@qq.com

中图分类号:P588.21+2；P618.85

文献标识码:A

文章编号：1000-8845(2016)01-025-05

项目资助：中国地质调查局新疆阿尔泰1∶5万M45E021013等四幅区域地质矿产调查项目（12120114040701）资助