中天山巴伦台地区白云母40Ar/39Ar年代学及对南天山洋盆闭合时限的约束

李平，穆利修，王哲，屈涛，凤骏（新疆维吾尔自治区地质调查院，新疆乌鲁木齐，830000）



中天山巴伦台地区白云母40Ar/39Ar年代学及对南天山洋盆闭合时限的约束

李平，穆利修，王哲，屈涛，凤骏
（新疆维吾尔自治区地质调查院，新疆乌鲁木齐，830000）

摘要：对于南天山洋盆的闭合时限尚存不同主张，通过对中天山巴伦台地区长城系星星峡岩群片麻岩中白云母开展高精度的Ar-Ar年代学研究，获得坪年龄为（363.6±3.7）Ma(MSWD=0.63)，时代为晚泥盆世。该区下石炭统阿克沙克组底部发育一套杂色砾岩与下伏地层呈角度不整合接触。结合中天山区域上普遍出现的下石炭统底部杂色砾岩与下伏地层呈区域性角度不整合关系，认为杂色碎屑岩系中天山碰撞造山结束伸展拉张环境下形成的磨拉石建造，本次获得的Ar-Ar年龄可能代表南天山洋盆的闭合时限，为探讨中天山构造演化提供了新证据。

关键词：南天山洋盆;(40)Ar/(39)Ar年代学;闭合时限;巴伦台地区;中天山

天山造山带是夹持于北部西伯利亚板块和南部塔里木板块之间的古亚洲洋，具多旋回多样式复杂造山演化历史[1-3]。查明古天山洋的关闭时限，是该造山带演化历史的重要关键地质问题之一，倍受地质学家们关注[4-8]。南天山洋盆的闭合时限在地质界一直存在泥盆纪晚期或石炭纪初期[9-12]、晚石炭世[13-15]、早二叠世[16]和晚二叠世[17-19]等不同认识。40Ar/39Ar年代学是同位素地质年代学中重要的两个“金钉子”手段之一，广泛应用于重大地质时间、地质界线的精确定年，是确定地质年代表的主要手段[20]。近年来随着测试技术的不断发展，40Ar/39Ar的精确度已得到很大的提高，达到甚至超过U-Pb法的精度，成为最精确的同位素定年手段之一[21]。本文通过对中天山巴伦台地区长城系星星峡岩群片麻岩中白云母进行精确的40Ar/39Ar年代学研究，以限定中天山巴伦台地区最后一期构造热事件，为讨论南天山洋盆闭合时限提供重要制约。

1　地质背景

中天山作为天山造山带重要组成部分，大地构造演化一直倍受学者关注。以中天山南缘断裂为界，南侧主体为塔里木北部陆缘，其间发育的洋盆为南天山洋盆[14，22-23]。研究区位于中天山南缘断裂北侧的巴伦台地区(图1)，出露的主要地层由前寒武纪结晶基底组成，为长城系星星峡岩群的一套中深变质岩，见少量发生变质变形的志留系及未发生变质变形的石炭系。其中下石炭统阿克沙克组发育一套由杂色砾岩、砂砾岩、粗砂岩组成的粗碎屑岩(图2-a，b)，与该区下伏地层呈区域性角度不整合接触，表明其沉积环境发生明显改变，可能为一套碰撞造山后期的磨拉石建造。区内侵入岩主要由大面积出露的不同类型花岗岩组成，侵入时代为奥陶纪、志留纪、泥盆纪、石炭纪及二叠纪，主要有(石英)闪长岩、花岗闪长岩、二长花岗岩及正长花岗岩等(图1)。

2　样品特征与分析方法

本次研究所采集的样品位于巴伦台镇北东侧，地理坐标为：东经86°35′54″;北纬42°52′52″，样品编号为PM36。样品野外定名为深灰色黑云母斜长片麻岩(图2)，采样层位为长城系星星峡岩群第二岩组。经鉴定，样品具变余花岗结构，片麻状构造、块状构造，主要由石英、更长石、黑云母、白云母及少量绿泥石组成(图2-c)，其中更长石呈自形板状和半自形粒状，含量约占45%，粒度约1.5 mm×4 mm，表面有较多次生绢云母;长石间有片状白云母和白云母，其中白云母约占10%，黑云母约占15%，局部被绿泥石(3%)交代;石英呈他形粒状分布在长石间，含量约占25%，粒度1～3 mm，由于受构造挤压破碎影响具波状消光(图2-d)。

图1　中天山巴伦台地区地质简图Fig.1 GeologicalsketchmapofBaluntaiareainCentral TianshanMountains（据1∶5万、1∶20万区域地质图修改）1.第四系;2.石炭系;3.下石炭统阿克沙克组;4.泥盆系;5.志留系;6.长城纪星星峡岩群; 7.闪长岩;8.石英闪长岩;9.花岗闪长岩;10.二长花岗岩;11.正长花岗岩; 12.蛇绿混杂岩;13.采样位置❶——冰达坂断裂;❷——那拉提北缘断裂;❸——南天山北缘断裂

图2　巴伦台地区杂色砾岩野外特征及黑云母斜长片麻岩镜下特征Fig.2 Characteristics of plagiogneiss and variegated conglomerate from Baluntai areaPl——斜长石;Qz——石英;Bi——黑云母;Ms——白云母

选纯矿物(纯度大于99%)用超声波清洗，清洗后的样品被封进石英瓶送核反应堆中接受中子照射。照射工作是在中国原子能科学研究院的“游泳池堆”中进行，使用B4孔道，中子流密度约为2.65× 1013n cm-2s-1。照射总时间为1 441分钟，积分中子通量为2.29×1018n cm-2。同期接受中子照射的还有用做监控样的标准样:ZBH-25黑云母标样，其标准年龄为（132.7±1.2）Ma，K含量为7.6%。使用石墨炉将样品分阶段升温加热，每一个阶段加热30分钟，净化30分钟。质谱分析是在多接收稀有气体质谱仪Helix MC上进行，每个峰值均采集20组数据。所有数据回归到时间零点值后再进行质量歧视校正、大气氩校正、空白校正和干扰元素同位素校正。中子照射过程中产生的干扰同位素校正系数通过分析照射过的K2SO4和CaF2获得，其值为：(36Ar/37Aro)Ca=0.000 238 9，(40Ar/39Ar)K=0.004 782，(39Ar/37Aro)Ca=0.000 806。37Ar经过放射性衰变校正;40K衰变常数λ＝5.543×10-10a-1;用ISOPLOT程序计算坪年龄及正、反等时线，坪年龄误差以2σ给出。详细实验流程见相关文献[24-25]。

3　40Ar/39Ar年代学

对样品PM36中白云母进行Ar-Ar阶段升温测年分析可知(表1，图3)，样品的总气体年龄(Total age)为362.5 Ma。其中840℃～ 1160℃中高温阶段组成一个年龄坪，坪年龄tp为（363.1±2.2）Ma(MSWD=0.15)，对应了98.2%的39Ar释放量。相应的36Ar-40Ar/39Ar-40Ar等时线年龄ti为（363.6±3.7）Ma (MSWD=0.63)，40Ar/36Ar初始比值287±18，与尼尔值(295.5)较接近，表明绢云母样品中无大量过剩氩存在。因此，（363.1±2.2）Ma的坪年龄解释为白云母的形成年龄。

4　讨论

夏林祈等据对石炭纪火山岩及地层中不整合界面的研究，认为该洋盆是在泥盆纪晚期或石炭纪初期关闭的[9]，王京彬和徐新也持类似的观点[10]。陈义兵等对巴伦台地区变形花岗岩进行年代学研究，其变质增生锆石边年龄为（362.1±4.3）Ma，精确限定中天山南缘洋盆闭合与碰撞造山作用的时代为晚泥盆世末期[11]。李锦轶等认为天山及以北地区海相沉积环境持续到石炭纪末，提出天山古洋盆的关闭发生在石炭纪晚期[26]。高俊等认为我国境内南天山造山带西段(塔里木与伊犁-中天山地块)的碰撞起始时间在早石炭世(345 Ma)，结束时间为石炭纪末(300 Ma)[14]。郭瑞清等对塔里木北缘志留纪花岗岩研究认为南天山洋存在双向俯冲，一直延续到早石炭世，直至晚石炭世闭合[15]。张立飞等对哈尔克山北坡高压变质岩的年代学研究[18]，苟龙龙等对西南天山木扎尔特河一带低压泥质麻粒岩年代学研究，均认为天山古洋盆的关闭可能发生在二叠纪晚期或晚二叠世之后[19]。李曰俊等对哈尔克山南坡硅质岩中微体化石研究，认为天山前身古洋盆的演化可能持续到二叠纪晚期或三叠纪[17]。田亚洲等对古洛沟蛇绿岩北部布鲁斯台辉长岩研究认为，南天山洋盆闭合时间可能为早二叠世[16]。由此看来，关于南天山洋盆闭合的时限仍存在泥盆纪晚期或石炭纪初期、晚石炭世、早二叠世和晚二叠世等不同的认识[9-19]，严重制约了中天山构造演化的探讨。

表1　黑云斜长片麻岩(PM36)中白云母40Ar/39Ar测年结果Table 140Ar/39Ar data for muscovite of plagiogneiss(PM36)

本次对巴伦台地区长城系星星峡岩群变质岩中白云母进行40Ar/39Ar年代学研究，获得坪年龄为（363.1±2.2）Ma，其时代为晚泥盆世末期，可能代表了中天山造山结束的时间，即南天山洋盆的闭合时限。在该地区下石炭统阿克沙克组第一岩性段底部发育一套杂色砾岩(图2-c，d)，与下伏地层及岩体呈角度不整合接触。中天山莫托萨拉地区下石炭统马鞍桥组底部发育一套巨砾岩、砾岩、砂砾岩和砂岩，据其沉积特征认为，该套砾岩为碰撞造山阶段中—晚期后陆拉伸的地质记录，标志着早石炭世天山古生代洋盆闭合后，天山造山带已处于陆内造山体制[9,27]。从区域上看，在南天山哈尔克山、虎拉山等地下石炭统野云沟组与下伏古生代地层呈区域性角度不整合接触，表明南缘洋盆在早石炭世中晚期已进入残余洋盆演化阶段[22]。综合上述特征分析，认为本次研究获得的巴伦台地区Ar-Ar同位素年龄可能代表南天山洋盆的闭合时限，为讨论中天山构造演化提供了重要依据。

图3　黑云斜长片麻岩(PM36)中白云母40Ar/39Ar坪年龄及等时线年龄Fig.340Ar/39Ar plateau age and isochron age for muscovite of plagiogneiss(PM36)

5　结论

通过对中天山巴伦台地区黑云斜长片麻岩中白云母40Ar/39Ar年代学研究，获得坪年龄为（363.1±2.2）Ma(MSWD=0.15)。结合该地区下石炭统阿克沙克组底部发育一套不整合杂色砾岩及区域上普遍存在的早石炭世底部的磨拉石建造，认为该年龄可能反映中天山造山结束的上限，即代表南天山洋盆的闭合时限。

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40Ar/39Ar Geochronology of Muscovite from Baluntai Area in Central Tianshan Mountains and Its Constraints on the Closure of the South Tianshan Ocean Basin

Li Ping,Mu Lixiu,Wang Zhe,Qu Tao,Feng Jun
（GeologicalSurveyAcademyofXinjiang,Urumqi,Xinjiang,830011,China）

Abstract:There are different opinions on the closure time of the South Tianshan ocean basin.We have a research of Ar-Ar high accuracy chronology of muscovite,which is collected from gneiss in Changcheng system Xingxingxia Group of Baluntai area,Central Tianshan Mountains,and obtain its plateau age is（363.6±3.7）Ma (MSWD=0.63),age of late Devonian.At the same time,the lower Carboniferous Akeshake formation development of a variegated conglomerate on the bottom unconformably overly on it.Combined the region generally development of the variegated conglomerate in lower Carboniferous system and regionally angular unconformity with underlying strata in Central Tianshan region,we consider variegated clastic rocks are molasse formation which formed in stretching environment at the end of Tianshan orogenic.The Ar-Ar age we got maybe represent the closure time of the South Tianshan oceanic basin,which provides new evidence to explore the tectonic evolution of central Tianshan Mountains.

Key words:South Tianshan ocean basin;(40)Ar/(39)Ar geochronology;Closure time;Baluntai area;Central Tianshan Moun tains

作者简介:第一李平(1987-)，男，新疆乌苏人，工程师，硕士，2014年毕业于新疆大学岩石学、矿物学、矿床学专业，从事区域地质矿产调查工作

收稿日期:2015-08-05;

修订日期:2015-10-30;作者E-mail:liping3731@163.com

中图分类号:P578.959

文献标识码:A

文章编号：1000-8845(2016)01-030-04

项目资助：地质大调查项目“新疆巴伦台1:5万K45E006010、K45E007010、K45E007011、K45E008010、K45E008011五幅区域地质调查”(1212011140058)项目资助