新疆阿尔金北缘拉配泉组流纹岩的锆石U-Pb年龄及其地质意义

倪 康,武 彬,叶现韬

(1. 福建省闽西地质大队,厦门 361000;2. 南京地质矿产研究所,南京 210016; 3. 河海大学海洋学院,南京 210098)

新疆阿尔金北缘拉配泉组流纹岩的锆石U-Pb年龄及其地质意义

倪 康1,武 彬2,叶现韬3

(1. 福建省闽西地质大队,厦门 361000;2. 南京地质矿产研究所,南京 210016; 3. 河海大学海洋学院,南京 210098)

阿尔金北缘喀腊大湾是阿尔金地区最著名也是最重要的Fe-Cu-Pb-Zn-Ag多金属矿集区。作为该矿集区的容矿地层,拉配泉组为一套火山—沉积岩组合,其时代一直没有获得较好的限定。本文通过对拉配泉组三段流纹岩进行LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄测定,获得拉配泉组206Pb/238U加权平均年龄为488±2 Ma,应属于寒武系,而非奥陶系、震旦系或蓟县系。结合前人研究成果,认为拉配泉组形成于岛弧环境,对该矿集区成矿地质背景研究具有重要的科学意义。

拉配泉组;流纹岩;U-Pb年龄;喀腊大湾矿集区;阿尔金北缘

阿尔金北缘喀腊大湾Fe-Cu-Pb-Zn-Ag多金属矿田是近年来在新疆地区发现的重要矿田之一,也是阿尔金地区最著名、最重要的矿集区,拉配泉组是该矿集区的容矿地层。区域上,拉配泉组是阿尔金北缘最重要的地层单元之一,是讨论阿尔金北缘早古生代构造演化不可或缺的地质单元。然而,由于没有可靠的化石和年代学证据,该组在地层划分及时代认识上存在较大的分歧。新疆维吾尔自治区地质局区域地质调查大队将其归为蓟县系塔昔达坂群[1]。在1∶50 000地质填图中,新疆地矿局和武警黄金地质研究所将其划分为三段,归为奥陶系[2]。最近,有学者在红柳沟和卡拉塔格同层位变质砂岩中获得碎屑锆石年龄峰值分别为482 Ma和487 Ma[3]。但是,拉配泉组地层年龄缺乏直接限定,给该地区矿产勘查和地质研究带来一定困难。另一方面,阿尔金北缘分布1条贯穿EW向的拉配泉—喀腊大湾—红柳沟蛇绿岩带,该蛇绿岩的形成时代至今仍存在较大争议。郭召杰等[4]获得半鄂博地区辉长岩Sm-Nd等时线年龄为829±60 Ma,认为洋壳应该形成于新元古代。然而,近年来大量研究表明,该蛇绿岩带可能形成于早古生代,其中大部分年龄均来自于蛇绿岩中辉长岩锆石SHRIMP U-Pb年龄[5-6]。本文通过对喀腊大湾地区拉配泉组三段流纹岩锆石U-Pb年龄测定,准确限定了拉配泉组的沉积时代。结合该地区已发表的资料,探讨拉配泉组的沉积环境,限定阿尔金北缘蛇绿岩带的形成时代。这些成果有助于进一步探讨和研究该地区地质特征、构造演化及地层对比等。

1 区域地质背景

新疆阿尔金山位于青藏高原北缘,北接塔里木地块,南邻柴达木地块，该区以阿尔金走滑断裂而广为人知(图1a)。阿尔金造山带自北向南划分为阿尔金北缘太古代基底岩带、阿尔金北缘俯冲碰撞杂岩带、米兰河—金雁山地块以及阿尔金南缘俯冲碰撞杂岩带(图1b)[7-9]。阿尔金东北缘主要分布太古宙与元古宙岩石,其中最老的继承锆石年龄为3.6 Ga[10-11],最古老的岩石年龄约为2.3 Ga[11]。阿尔金东部主要以早古生代火山岩夹海相沉积岩为主,阿尔金西段主要为大理岩、片岩和长英质片麻岩组成的变沉积岩类,该地区片麻岩的变质程度局部可达麻粒岩相[12]。此外,阿尔金山还存在2条蛇绿混杂岩带和2条高压变质岩带[5]。

阿尔金喀腊大湾地区位于阿尔金走滑断裂北侧与阿尔金北缘断裂夹持的区域,处于阿尔金山构造带中部,规模巨大的阿尔金走滑断裂在其南侧斜贯而过(图1b)。太古代以来,该区遭受了多期次造山作用,并长期受欧亚板块与印度板块碰撞的强大后陆效应影响,经历了长时间、多阶段、多样式和不同变形机制及不同构造层次的构造变形,地块间发生了剧烈构造变动、叠置和改造,不同性质、不同时期断裂的相互交织,形成了极其复杂的构造形迹。尤其印支期以来,阿尔金断裂的持续脉冲式活动以及阿尔金山的隆升,造就了现今的构造格局。

图1 阿尔金山及邻区大地构造格架图(a)和阿尔金山大地构造简图(b) (据文献[4]改编)Fig. 1 Map showing the geotectonics (a) of Altyn Tagh and its surrounding areas and the structures (b) of the Altyn Tagh orogen

2 岩石组合及样品描述

拉配泉组由青海省地质矿产开发局区调队在1986年首次命名并划归为上奥陶统[13]。区域上该套地层主要分布于阿尔金北缘俯冲碰撞杂岩带中,呈近东西向带状展布,横贯全区。其北侧与中—新太古界米兰岩群呈断层接触,南侧被第三系渐新统下干柴沟组角度不整合覆盖,东部上叠少量晚古生代—中生代断陷盆地。

根据岩性组合自下而上、由北向南划分为3个岩性段(图2)[2]。

拉配泉组一段:总体以火山岩和碎屑岩为主,主要为变质石英粗安岩、变质砂质粉砂岩、变质玄武岩、变质石英粗安岩、砂质板岩，厚度3 572.8 m。

拉配泉组二段:主要为灰绿色变质玄武岩、灰绿色变质英安岩、浅灰绿色变质流纹英安岩、浅灰绿色变质流纹岩。在喀拉大湾中游,层间砾岩出露清楚,控制厚度为184.4 m,总体为一套砾岩、砂岩、粉砂岩,主要为片理化变质含砾中粗粒岩屑砂岩、片理化砾岩、片理化变质中细粒岩屑砂岩、片理化变质含砾钙质砂岩、含砂钙质板岩、片理化变质含砾岩屑砂岩。该岩性段在地表出露宽度和走向延伸稳定,一般宽度为150～200 m,走向近东西向,基本横贯整个研究区,是区域标志层。

拉配泉组三段:主要为黄褐色块状变质流纹岩夹石英片岩石英千枚岩及粉晶质白云岩、灰岩和流纹质熔结角砾凝灰岩、深灰绿色绿泥绢云钠长石英岩与浅绿色绿泥绢云钠长石英千枚岩不均匀互层。在研究区中西部,该段总体为一套碎屑岩,夹少量碳酸盐岩和火山岩,主要岩性为含炭质片岩、铁炭质含粉砂钙质板岩、变质中细粒长石岩屑砂岩、砂质绿泥绢云板岩、变质含粉砂中细粒砂岩、变质砂质中细晶灰岩、含炭质板岩,少量蚀变粒玄岩。该岩性段北与拉配泉组第二岩性段、南与第三系均为断层接触,地层界线较清楚,野外易于区分。

图2 喀腊大湾地质简图(据文献[2]改编)Fig. 2 Geological sketch map of the Kaladawan area

图3 流纹岩与下伏地层关系(a)及流纹岩镜下照片(b)Fig. 3 Field photograph (a) showing the relation between rhyrolite and underlying sequence and photomicrograph (b) of the rhyolite in the upper Lapeiquan Formation Kf-钾长石;Q-石英

拉配泉三段顶部与下伏绢云绿泥片岩呈整合接触(图3a),流纹岩发生变质作用形成变流纹岩。流纹岩呈灰白色,可见斑晶和基质,镜下可见流动构造。斑晶主要为石英和钾长石,其中石英含量约70%,无色透明,浑圆状,颗粒大小0.05～0.2 mm,正低突起,I级黄白干涉色,可见波状消光,次生变化不明显。钾长石含量约30%,呈自形—半自形板状,粒径大小约0.2 mm,斜消光,次生变化明显,主要发生绿泥石化、绢云母化。基质为隐晶质,主要为长英质矿物组成(图3b)。流纹岩和凝灰岩是准确限定地层时代最有效的地质单元[14-15]。

3 测试方法

野外采集约15 kg的流纹岩样品。对样品粗碎,采用重选和磁选的方法从样品中分选出锆石颗粒。在双目镜下将具有代表性的锆石颗粒和锆石标样黏贴在环氧树脂表面并抛光。将待测锆石做透射光、反射光显微照相和阴极发光照相,挑选出干净、透明、无裂纹、无包裹体、较自形的锆石进行测试。

锆石U-Pb定年在天津地质矿产研究所同位素实验室完成,所用仪器为氟化氩准分子激光器(NEW WAVE 193nm FX)和美国Thermo Fisher公司生产的多接收电感耦合等离子体质谱仪(NEPTUNE)。实验中激光剥蚀系统产生的紫外光束能量密度为10 J/cm2,束斑直径为32 μm,频率为5 Hz,共剥蚀40秒,剥蚀气溶胶由氦气送入ICP-MS完成测试。测试中以标准锆石91500为外标校正仪器质量偏差与元素分馏。以标准锆石GJ-1为盲样,检验U-Pb定年数据质量。以NIST SRM 610为外标,Si为内标,标定锆石中的Pb元素含量。以Zr为内标,标定锆石中其余微量元素含量[16-17]。原始测试数据使用ICPMSDataCal软件[14,18]和Isoplot程序[19]处理。

4 结果与讨论

流纹岩样品(14DBX01)中的锆石多呈棱柱状,长约50～120 μm。锆石自形程度较高,晶形较好,呈无色或粉色。CL图像上可见清晰的锆石震荡环带,显示这些锆石均为典型的酸性岩浆成因锆石(图4)。对其中代表性的32粒锆石进行LA-ICP-MS U-Pb定年,发现Th、U含量变化较大,Th含量为(75～1104)×106,U含量为(250～2007)×106,锆石具有均一的Th/U值,Th/U为0.30～0.85,大部分约为0.45(表1),说明这些锆石为岩浆成因。样品(14DBX01)31个测点均落在谐和线上,206Pb/238U年龄为487±3 Ma (MSWD=0.38),加权平均年龄为488±2 Ma (MSWD=0.38)(图5a, 图5b),两个年龄在误差范围内一致。

图4 拉配泉组三段流纹岩样品(14DBX01)代表性锆石CL图像Fig. 4 CL images of representative zircons from the rhyolite (14DBX01) in the upper Lapeiquan Formation

图5 拉配泉组三段流纹岩样品(14DBX01)锆石U-Pb谐和年龄图(a)和加权平均年龄图 (b)Fig. 5 Zircon U-Pb concordia diagram (a) and weighted mean age (b) for the rhyolite (14DBX01) in the upper Lapeiquan Formation

拉配泉组是阿尔金北缘最重要的地层之一。然而,由于没有可靠的化石证据和年代学证据,在地层划分及时代认识上存在较大分歧。通过对拉配泉组三段详细的地质调查和剖面观察,选取与地层整合接触的流纹岩进行年代学研究,认为拉配泉组的时代应为488 Ma左右,属于晚寒武世地层。

研究表明,阿尔金地区在新元古代早期与西北地区其他微地块一起成为Rodinia超大陆的一部分。而恰什坎萨伊沟南口750 Ma的双峰式火山岩表明阿尔金北缘此时已进入裂解阶段[20],说明阿尔金北缘在新元古代已经开始裂解,形成初始洋盆。

贝壳滩—红柳泉高压低温变质带中的榴辉岩在中寒武世(512±3 Ma)进入榴辉岩相峰期变质阶段,反映俯冲至少从中寒武世开始[22]。在该带南侧出露大量花岗质侵入体,部分岩体直接侵入于元古代变质基底中,说明该带发生南向俯冲。前人对拉配泉—红柳沟蛇绿岩带的研究表明,大部分锆石SHRIMP U-Pb年龄均集中在479～512 Ma之间[22],说明此时北阿尔金地区还存在洋壳俯冲事件。此外,前人在喀腊大湾地区对花岗岩的时代进行了较好的限定,认为该区大多数花岗岩的年龄集中于470～520 Ma[23],且大多数花岗岩均具有I型花岗岩的特征,属于岛弧环境的产物。蛇绿岩和I型花岗岩的研究结果指示阿尔金北缘在470～520 Ma处于洋—陆俯冲环境。拉配泉组三段流纹岩锆石U-Pb年龄为488 Ma,正位于该年龄区间内,因此,认为拉配泉组形成于岛弧火山环境。此外,李松彬等[24]对该地区早古生代中酸性火山熔岩的研究也得出了类似结果,进一步证实了拉配泉组沉积环境为岛弧火山环境的认识。

表1 拉配泉组三段流纹岩LA-ICP-MS锆石 U-Pb年龄测试结果

5 结 论

(1)对拉配泉组流纹岩LA-ICP-MS 锆石U-Pb定年结果表明,拉配泉组的沉积时代为488±2 Ma,属于晚寒武世。红柳沟—拉配泉蛇绿混杂岩带的形成时代应为早古生代,而非新元古代。

(2)结合前人研究成果,认为拉配泉组的沉积环境为岛弧火山环境。

志谢:LA-ICP-MS 锆石U-Pb年龄测试得到天津地质矿产研究所张健高级工程师和耿建珍高级工程师的大力支持,野外工作得到南京地质矿产研究所鲍晓明工程师的大力帮助,在此表示感谢!

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ZirconU-PbdatingofrhyoliteoftheLapeiquanFormationinnorthAltynTagh,Xinjianganditsgeologicalimplications

NI Kang1, WU Bin2, YE Xian-tao3

(1.TheGeologicalPartyofWesternFujianProvince,Xiamen361000,China; 2.NanjingInstituteofGeologyandMineralResources,Nanjing210016,China; 3.CollegeofOceanography,HohaiUniversity,Nanjing210098,China)

The Kaladawan area in the northern margin of Altyn Tagh is the most important and famous Fe-Cu-Pb-Zn-Ag polymetallic ore cluster field in Altyn Tagh. The Lapeiquan Formation, as the ore-bearing stratum in the ore cluster area, consists of one set of volcanic-sedimentary rock assemblage, but its formation age has not been restricted. This study carried out LA-ICP-MS zircon U-Pb dating for rhyolite from the third member of the Lapeiquan Formation. A weighted206Pb/238U age of 488±2 Ma was obtained for the Lapeiquan Formation, indicating that the Lapeiquan Formation belongs to upper Cambrian, not Ordovician, Sinian or Jixian System. This finding, together with previous work, suggests that the Lapeiquan Formation formed in the continental arc setting. This study is of important scientific significance for understanding the metallogenetic and geological setting of the Kaladawan ore cluster area.

Lapeiquan Formation; rhyolite; U-Pb dating; Kaladawan ore field; North Altyn Tagh

P588.147

：A

：2096-1871(2017)03-168-07

2016-09-28

：2016-11-16责任编辑：谭桂丽

新疆阿尔金山喀腊大湾一带整装勘查区铁多金属成矿规律与工程验证。

倪康，1970年生，男，高级工程师，主要从事区域地质调查与研究工作。