柴北缘牦牛山组火山岩锆石U-Pb年龄及其地质意义

张耀玲，倪晋宇，沈燕绪，王超群，高万里，胡道功

(1.中国地质大学(北京) 地球科学与资源学院，北京 100083；2.中国地质科学院 地质力学研究所，北京 100081；3.中国五矿集团公司 五矿勘查开发有限公司，北京 100010；4.国土资源实物地质资料中心，河北 廊坊 065201)

0 引 言

柴达木盆地周缘经历了加里东期和印支期造山作用，牦牛山组磨拉石建造被认为是早古生代造山作用结束的标志[1-4]。由于缺乏有关牦牛山组形成时代的精确年龄，对牦牛山组形成时代的认识主要依据在上部层位所采集的生物化石，并以此推测早古生代造山结束时间为晚泥盆世[2-4]。陆露等在东昆仑水泥厂地区获得牦牛山组磨拉石中流纹岩夹层锆石U-Pb年龄为400～423 Ma[5]，认为造山结束时间为晚志留世—早泥盆世；寇存贵等在柴北缘阿木尼克地区获得牦牛山组火山岩锆石U-Pb年龄为中晚泥盆世[6]。本次研究的柴北缘牦牛山组磨拉石建造位于牦牛山组命名地，且其中含有大量的火山岩层，为精确测定牦牛山组形成时代提供了理想的测年物质。我们采用LA-MC-ICP-MS锆石U-Pb同位素测定方法，对青海省德令哈市牦牛山地区被认为是晚泥盆世的牦牛山组上部火山岩进行了年龄测定，研究结果旨在确定该地区牦牛山组上部火山岩段形成时代，以期为柴北缘东昆仑地区早古生代造山作用提供新的时间约束。

1 区域地质背景和牦牛山组地质特征

牦牛山组广泛分布于柴达木盆地周缘早古生代造山后磨拉石盆地，即赛什腾山—阿木尼克山—牦牛山—瓦洪山一带和东昆仑北缘逆冲断裂带南北两侧的肯德可克、锯齿山、水泥厂东、宗加南、那更滩等盆地，但对其形成时代存在分歧。1962年青海省地质局石油普查大队在柴达木盆地东北缘创名“牦牛山统”，认为其时代为晚泥盆世早期[7]；青海地质矿产局将柴达木盆地北缘的陆相碎屑岩统称为“牦牛山组”[8]，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、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[9]。在柴达木盆地南缘，牦牛山组由下部碎屑岩段和上部火山岩段组成。下部陆相碎屑岩由880 m厚的灰—深灰色砾岩、砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩夹粗玄岩组成，呈角度不整合覆盖在元古界金水口群之上；上部厚2 485 m的深灰色安山岩、灰绿色玄武岩、灰色—灰紫色流纹岩、英安岩夹火山角砾岩、凝灰岩及少量碎屑岩整合于下部碎屑岩段之上，碎屑岩系与牦牛山地区的牦牛山组相似，由于缺乏年龄和化石依据，仅依据柴达木盆地东缘夏日哈及北缘阿木尼克等地发现的植物化石，将时代暂定为晚泥盆世*青海省地质矿产局.中华人民共和国区域地质调查报告——格尔木市幅、纳赤台幅(1∶20万).1981.。

本文研究区位于柴北缘牦牛山地区，大地构造位置处于柴北缘、东昆仑北麓分区，南邻柴北缘高压-超高压变质带(图1)。柴北缘牦牛山地区的牦牛山组其下部为紫红色—灰紫色厚层砾岩、砂砾岩、粉砂岩，上部为灰绿—灰紫色中-酸性火山岩和少量基性火山岩及细碎屑岩。采样点位于德令哈市东南约120 km牦牛山北坡(N36°54′43.15″，E97°38′23.59″，海拔3 459 m)，样品采集地位于火山岩段的中上部(图2(a))，测年样品B075-1、B075-2均为流纹质熔结凝灰岩(图2(b))，岩石主要由火山角砾和凝灰物组成。火山角砾为棱角状流纹岩、流纹质熔结凝灰岩和斜长石晶屑，凝灰物为晶屑、塑性玻屑和岩屑，晶屑为棱角状斜长石、钾长石、石英和黑云母，岩屑为棱角状流纹岩与流纹质凝灰岩。

2 测试方法

图1 牦牛山地区地质图(据“1∶20万德令哈旧址幅、乌兰幅地质图”修改)Fig.1 Geological map of Maoniushan region1.第四系；2.狮子沟组；3.油沙山组；4.上新统a段；5.白杨河组；6.犬牙沟群；7.红水沟组；8.采石岭组；9.大煤沟组；10.早中侏罗统；11.扎布萨尕秀组；12.克鲁克组；13.怀头他拉组；14.城墙沟组；15.牦牛山组；16.沙柳河群；17.震旦系c段；18.震旦系b段；19.震旦系a段；20.晚古生代粗粒花岗岩、似斑状花岗岩；21.晚古生代肉红色花岗岩；22.晚古生代灰白—浅肉红色花岗闪长岩；23.晚古生代灰-灰绿色闪长岩；24.产状；25.断层；26.不整合界线；27.采样点

锆石按常规方法分选、挑纯。将分选锆石用双面胶粘在玻璃板上，罩上PVC环，然后将环氧树脂和固化剂进行充分混合后注入PVC环中，待树脂充分固化后将样品从靶上剥离，并对其进行打磨和抛光，然后对锆石进行显微镜下的反射光、透射光及阴极发光(CL)照相。

图2 牦牛山组野外地质特征(a)与流纹质熔结凝灰岩显微构造(b)Fig.2 Field structure of Maoniushan Formation(a)and microstructure of rhyolite-tuff(b)

锆石U-Th-Pb同位素分析在天津地质矿产研究所同位素实验室激光烧蚀多接收器电感耦合等离子体质谱仪(LA-MC-ICPMS)系统上完成。其多接收器电感耦合等离子体质谱仪为Thermo Fisher公司制造的Neptune，离子光学通路采用能量聚焦和质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%。仪器配有9个法拉第杯接收器和4个离子计数器接收器。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193 nm，脉冲宽度5 ns，束斑直径为2～150 μm，可调，脉冲频率1～200 Hz，连续可调。本次测试根据锆石CL图像和透射光及反射光照片，利用193 nm激光器对锆石进行剥蚀，设置的剥蚀坑直径为35 m，激光能量密度为13～14 J/cm2，频率为8～10 Hz，激光剥蚀物质以He为载气送入Neptune，利用动态变焦扩大色散同时接收质量数相差很大的U-Pb同位素，从而进行锆石U-Pb同位素原位测定。用TEMORA锆石标样和NIST612玻璃标样分别校正U-Pb分馏和U、Th、Pb含量。采用ICP-MS DataCal程序和Isoplot程序进行数据处理，锆石微量元素含量和U-Pb同位素定年在地质过程与矿产资源国家重点实验室(GPMR)中国地质大学(武汉)利用LA-ICP-MS同时分析完成。激光剥蚀系统为GeoLas 2005，ICP-MS 为Agilent 7500a。对分析数据的离线处理采用软件ICPMSDataCal[10-11]完成。详细的仪器操作条件和数据处理方法参考Liu 等[10-12]。锆石U-Pb谐和图绘制和年龄加权平均值计算均采用Isoplot完成。采用208Pb 校正法对普通铅进行校正。详细的实验流程参考李怀坤等[13]。实验分析数据如表1所示，测试数据的误差均为1σ。由于样品年龄小于1.0 Ga，年龄值采用206Pb/238U 年龄。

表1 牦牛山组流纹质熔结凝灰岩样品锆石分析数据Table 1 U-Pb data for zircons from rhyolite-tuff samples of the Maoniushan Formation

3 火山岩锆石U-Pb年龄测试结果分析

牦牛山组流纹质熔结凝灰岩CL图像(图3)表明火山岩锆石构成相对单一，大部分锆石发育韵律环带结构，清楚地指示了其岩浆成因。

图3 流纹质熔结凝灰岩锆石阴极发光图像与部分测点位置Fig.3 CL images of zircons from rhyolite-tuff with partially test points

图4 流纹质熔结凝灰岩样品锆石U-Pb谐和曲线图Fig.4 Zircon U-Pb concordant diagrams of rhyolite-tuff

根据流纹质熔结凝灰岩样品(B075-1)的锆石分析结果，18个锆石分析点的Th/U比值在0.54～1.44之间变化(表1)，与通常岩浆中锆石的特征相同，年龄计算时剔除1个误差较大的分析点(点12)的206Pb/238U年龄数据(363±3.0) Ma，其余17个锆石分析点的206Pb/238U表面年龄为387～405 Ma(表1)，加权年龄平均值为(396.5±2.4) Ma(图4(a))，此年龄被解释为凝灰岩的喷发年龄。

根据流纹质熔结凝灰岩样品(B075-2)的锆石分析结果，20个锆石分析点的Th/U比值在0.73～1.45之间变化(表1)，与典型岩浆锆石的特征相同，加权年龄平均值为(395.8±1.2) Ma(图4(b))，此年龄被解释为凝灰岩的喷发年龄。

4 讨 论

4.1 牦牛山组地层形成时代

柴北缘牦牛山地区的牦牛山组其下部为粗碎屑岩组成的磨拉石建造，上部由中-酸性和少量基性火山岩及细碎屑岩组成。20世纪80年代所完成的1∶20万地质图中，依据牦牛山组上部沉积岩层中所采集的化石而确定，如在阿木尼克和牦牛山上部细碎屑岩中采到的植物化石Leptophloeumrhombicum，在祁漫塔格上部泥质碎屑岩夹层中采到的植物化石Lepidodendropsissp.,在肯得可克地区采得的Leptophloeumrhombicum、Sublepidodendronmirabile、Cyclostigmakiltorkense及鱼化石Bothriolepinae？等化石[4,8]，将牦牛山组形成时代定为晚泥盆世，并可能延至志留纪[4]。可以看出，由化石确定的地层时代基本上代表了牦牛山组形成时代的上限，但具有一定的不确定性。在格尔木水泥厂东部大干沟南牦牛山组由大理岩质砾岩组成的磨拉石建造中夹有多层流纹岩和流纹质凝灰岩等火山岩层，对磨拉石建造底部砾岩中的流纹岩进行LA-MC-ICP-MS锆石U-Pb测年，所获得的(423.2±1.8) Ma的锆石206Pb/238U年龄值代表了牦牛山组形成的时代下限[5]。1∶25万卡巴纽尔多幅地质填图获得的柴南缘牦牛山组上部火山岩段锆石SHRIMP U-Pb年龄为(406.1±2.9) Ma，代表牦牛山组陆相火山-沉积建造中的上部火山岩段形成于早泥盆世[14]。本文获得的牦牛山地区火山岩U-Pb年龄为早泥盆世晚期。在牦牛山西部的阿木尼克山地区，牦牛山组火山岩锆石U-Pb年龄为(374.8±3.1) Ma和(392.4±3.3) Ma[6]，代表了牦牛山组形成的时代上限。综上所述，柴达木盆地周缘的牦牛山组形成时代为晚志留世—晚泥盆世，而不是传统认为的晚泥盆世。

4.2 早古生代造山作用结束时限

在东昆仑、西昆仑和柴北缘等地，牦牛山组磨拉石建造不整合覆盖在前泥盆系之上，这一地质事实被认为是早古生代造山作用结束的标志[1-2]。磨拉石建造形成于多种构造环境[15]，而只有前陆盆地中最早的磨拉石沉积时代才能约束碰撞造山的结束时间[16]。区域地质构造研究表明，东昆仑南缘蛇绿混杂岩带布青山段锆石U-Pb年龄为(402±24) Ma，形成于洋壳俯冲晚期的埃达克岩侵入到早期洋壳俯冲增生楔中，早古生代末俯冲带已后退到阿尼玛卿蛇绿混杂岩带以南[17]，而不整合在早—中奥陶世蛇绿混杂岩带之上厚达200 m的磨拉石时代为中志留世—中泥盆世[18]，东昆仑清水泉地区与岛弧有关的火山盆地在中志留世关闭[19]，东昆仑跃进山岩侵入岩形成时代也为早泥盆世[20]。由此推断东昆仑加里东运动结束的时限为早泥盆世之前。

5 结 论

柴北缘牦牛山组上部火山岩段流纹质熔结凝灰岩岩浆锆石U-Pb年龄测定结果表明，206Pb/238U年龄加权平均值分别为(396.5±2.4) Ma和(395.8±1.2) Ma，代表火山岩喷发时代，指示牦牛山地区牦牛山组上部火山岩形成于早泥盆世晚期。

柴达木盆地周缘的牦牛山组磨拉石建造不整合覆盖于前泥盆系之上，为加里东后碰撞伸展作用的产物，牦牛山组火山岩晚志留世—晚泥盆世的锆石U-Pb年龄结果表明，东昆仑与柴北缘加里东造山作用结束的时间均为早泥盆世之前，而非传统认为的晚泥盆世。

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