新疆西准噶尔哈图山一带巴尔雷克组碎屑锆石LA-ICP-MS U-Pb年代学研究

罗 鑫，李宇航，王伟宁，罗耀清，滕明耀

（长安大学 地球科学与资源学院，陕西 西安 710054）

新疆托里县铁厂沟镇之南哈图山一带广泛出露泥盆系巴尔雷克组，但其沉积时代归属存在疑问。主要由以下几个原因造成。

（1）未发现化石：①新疆区调大队十一分队（1983）在该地区开展1:20万“白杨河幅”地质调查工作中未发现任何化石；②苗仲锡等（1986）在该区巴尔雷克组凝灰质角砾岩中发现极少量海百合茎及珊瑚化石碎片，但未获得具体年代学；③“新疆维吾尔自治区岩石地层”在开展新疆西准噶尔岩石地层清理过程中，依然未发现任何化石，仅通过区域地层对比研究以及有限的古生物化石资料将库鲁木迪组与巴尔雷克组归属中泥盆世，二者整合接触。

（2）本组顶底：下伏的库鲁木迪组沉积时代存在争议，顶部未见顶且与早石炭世包古图组断层接触。因此，本组沉积时代确定需要年代学证据的支持。碎屑岩碎屑锆石对确定碎屑的沉积时代具有重要的指示意义（孙羽等，2014）。

笔者在进行“新疆西准噶尔哈图山一带1:5万五幅”区域地质调查项目时，选择巴尔雷克组实测剖面下部的长石岩屑凝灰质砂岩进行LA-ICP-MS锆石U-Pb测年，来限定该地区巴尔雷克组的沉积时代，并为西准噶尔地区古生代地层对比提供重要依据。

1 地质背景

巴尔雷克组下伏与库鲁木迪组整合接触，顶部与早石炭世（344Ma±18Ma）包古图组断层接触。组内被多个中酸性岩体（库尔尕克希岩体、黄梁子岩体、玉依塔勒盆克提岩体、别鲁阿嘎希岩体）和中酸性岩脉侵入，年代学研究一致表明这些岩体均形成于早石炭世末～晚石炭世早期（322Ma～312Ma）（图1）（段丰浩等，2016）。

结合笔者2016年～2018年在“新疆1/5万哈图山一带五幅区调项目”工作中野外以及室内综合资料研究总结其岩性为灰黑色、灰绿色、青灰色、深灰色凝灰质粉砂岩、长石岩屑砂岩、含砾粗砂岩、凝灰质细砾岩、含砾不等粒岩屑砂岩为主，局部见灰绿色硅质粉砂岩、青灰色硅质岩夹层。

2 样品采集及测试方法和数据处理

2.1 样品采集

本次研究的砂岩样品采集于实测剖面PM103野外16层，样品采集坐标为：北纬46° 02.594′，东经84°28.706′。

样品为灰黑色-深灰色，具有中粒凝灰质砂状结构，主要由碎屑（矿物碎屑、岩屑）、填隙物以及少量不透明矿物组成。矿物碎屑组成为黑云母（3%），显微鳞片～片状，0.01㎜～0.04mm；方解石（4%），显微粒～半自形晶状，0.01㎜～0.14mm；石英（5%），棱角状0.02㎜～0.05mm；长石（23%），棱角状～次棱角，0.05㎜～0.56㎜。岩屑（48%），棱角状～次棱角状，0.24㎜～0.96㎜，成分为火山碎屑岩、安山岩、英安岩及蚀变岩。填隙物（15%）包含长英质霏细状～隐晶质，具泥化；粘土矿物，显微鳞片状，0.01㎜～0.02㎜；白钛石，隐晶质，集合体直径0.02㎜～0.06㎜。不透明矿物（2%），粒状，0.01㎜～0.12㎜。

2.2 测试方法及数据处理

碎样以及锆石初步挑选工作由西安瑞石地质科技有限公司完成。锆石精选，制靶以及阴极发光图像和LA-ICP-MS锆石U-Pb分析在西北大学大陆动力学国家重点实验室完成。

图1 哈图山一带地质简图与采样位置

将采集的长石岩屑凝灰质砂岩样品粉碎，通过重矿物分离，然后选取其中晶型较好，环带明显，无包裹体及裂纹且透明度好的锆石颗粒进行测试。将单颗锆石粘贴至环氧树脂，制作成样品靶，进行锆石阴极发光照相以及反射光、透射光照相研究，激光剥蚀等离子体质谱实验采用激光剥蚀斑束直径为30μm，激光剥蚀样品的深度为20μm～40μm，采用氦气作为剥蚀物质的载体，用美国国家标准技术研究院研制的人工合成硅酸盐玻璃标准参考物质NIST SRM610进行仪器最佳化，采样方式为单点剥蚀，每6个样品测试一次标样，所有测试样品前、后各测一次NIST SRM610。所有样品测试数据使用Glitter（ver4.0，Macquarie university）对锆石的同位素比值以及元素含量进行计算及处理。用LA-ICP-MS common lead and correction（ver3.15）对其进行了普通铅校正。年龄计算、U-Pb谐和图均采用Isoplot3.0（ver3.0）程序完成。

3 样品结果分析

图2 巴尔雷克组长石岩屑凝灰质砂岩锆石阴极发光图像及LA-ICP-MS测点位置图

经上述方法对本次采集样品进行了LA-ICP-MS U-Pb年代学测试，获得了78个点的分析数据，锆石阴极发光图像见图2，年代学分析结果见图3。

从碎屑锆石CL图像（图2）发现，锆石形状呈柱状或浑圆状，具有清晰均匀的锆石结晶环带，是典型的岩浆结晶锆石。其中，20粒（图2a）碎屑锆石晶形完整，环带密集，呈长柱状，长轴150μm～200μm，长宽比较大，约2∶1，横截面为次棱角状-次圆状，个别有凹坑、裂缝，可能代表陆源搬运的中酸性岩类锆石；28粒碎屑锆石（图2b）呈短柱状-长柱状，长轴80μm～140μm，长宽比1∶1～1.5∶1，横截面为次圆状-次棱角状，具有撞击凹坑、裂缝等机械破碎特征，可能代表陆源搬运中基性岩类锆石。26粒碎屑锆石（图2c）呈短柱状-长柱状，横截面棱角状-次棱角状，磨圆极差，长轴90μm～200μm，长宽比1.5∶1～2∶1，断口发育，大小混杂等特征是典型的火山喷发后漂浮在空中未经过火山碎屑锆石。此外，部分碎屑锆石（序号为：1、3、11、24、45、54、57）受后期蚀变作用影响边缘呈港湾状；部分碎屑锆石（序号为：2、5、8、10、14、15、20、21、27、56、59、70）发生重结晶作用形成灰白色-深灰色不均匀增生边。

图3 巴尔雷克组凝灰质砂岩锆石和火山碎屑锆石U-Pb龄谐和图

从样品测试分析的同位素比值及年龄数据表中可见，样品78个点Th/U比值较高，为0.4～1.1，结合锆石晶型特征分析，表明样品属于典型的岩浆成因锆石（吴元宝等，2004；白建科等，2015；田雯等，2017）。78个测试年龄，其加权平均年龄为372.8Ma±6.1Ma，具有95%置信度（NSWD=0.035，probability=1.000，n=78）（图3a）。28粒火山碎屑锆石中23粒有效测试数据的加权平均年龄为373.4±2.9Ma（NSWD=0.15，probability=1.000）（图3b）。

4 讨论

碎屑的形成时代老于地层沉积时代，因此碎屑锆石年龄常用来限定地层的沉积时代（王一剑等，2011）。火山碎屑是火山喷出的岩浆冷凝碎屑以及火山通道内和四壁岩石碎屑，其形成时代略老于地层的沉积时代。火山碎屑的年龄略晚于地层的沉积时代。

通过对哈图山一带巴尔雷克组长石岩屑凝灰质砂岩中碎屑锆石LA-ICP-MS U-Pb年代学研究，获得了年龄分布在359Ma～424Ma的78个有效年龄数据。28粒火山碎屑锆石中25粒有效测试数据的加权平均年龄为373.4Ma±2.9Ma（NSWD=0.15，probability=1.000），可以带表本区巴尔雷克组沉积时代上限。因此本区巴尔雷克组沉积时代上限应不老于373.4Ma±2.9Ma，属晚泥盆世弗拉期末期。此外，西准噶尔哈图山地区侵入巴尔雷克组的侵入岩年龄集中在312Ma～322Ma（段丰浩等，2016）；下伏地层库鲁木迪组岩屑凝灰岩锆石U-Pb测年，获得加权平均年龄为379.3Ma±5.0Ma（白建科等，2015），将库鲁木迪组时代厘定为中-晚泥盆世早期；项目组在铁厂沟南库鲁木迪组下部采集晶屑岩屑凝灰岩展开碎屑锆石U-Pb测年，71颗锆石U-Pb加权平均年龄为397.8±6.6（NSWD=0.35，95%置信度），最年轻且未受变质用影响的单粒锆石最小年龄为380Ma±6Ma，属晚泥盆世弗拉期早期；而与巴尔雷克组顶部断层接触的包古图组其玄武岩锆石U-Pb年龄为344Ma±18Ma，属于早石炭世维宪期。因此，巴尔雷克组在本区其沉积时代限定为晚泥盆世弗拉期末期。

5 结论

通过碎屑锆石U-Pb年代学分析，获得23颗有效火山碎屑锆石年龄，其加权平均年龄为373.4Ma±2.9Ma，限定了巴尔雷克组沉积时代不老于373.4Ma±2.9Ma，结合下伏地层库鲁木迪组379.3Ma士5.0Ma、380Ma±6Ma年龄，认为巴尔雷克组沉积时代为晚泥盆世弗拉期末期。