李甘雨，李永軍,2，王冉,2，楊高學(xué),2，向坤鵬，劉佳，李釗

(1. 長(zhǎng)安大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院，陜西 西安 710054;2. 國(guó)土資源部巖漿作用成礦與找礦重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710054)

西準(zhǔn)噶爾哈拉阿拉特組火山巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡

李甘雨1，李永軍1,2，王冉1,2，楊高學(xué)1,2，向坤鵬1，劉佳1，李釗1

(1. 長(zhǎng)安大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院，陜西 西安 710054;2. 國(guó)土資源部巖漿作用成礦與找礦重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710054)

哈拉阿拉特組是西準(zhǔn)噶爾哈拉阿拉特山一帶分布最廣，研究程度最低，時(shí)代認(rèn)識(shí)分歧最大，火山巖在該區(qū)全部組級(jí)地層中所占比例最高，且層位相對(duì)較新的海相火山-沉積建造。筆者在該區(qū)進(jìn)行1∶5萬(wàn)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查中，對(duì)哈拉阿拉特組中下部層位輝石安山巖與流紋巖進(jìn)行LA-ICP-MS測(cè)年，獲得鋯石U-Pb年齡分別為(306.9±5.5)Ma(MSWD=1.8)與(304.5±3.1)Ma(MSWD=0.63)，二者誤差范圍內(nèi)一致，綜合所測(cè)鋯石的CL圖像特征，指示其代表了哈拉阿拉特組的形成時(shí)代。結(jié)合前人化石資料將哈拉阿拉特組時(shí)代確定為晚石炭世，認(rèn)為其中下部層位時(shí)代不老于306.9Ma為宜。這一成果準(zhǔn)確約束了區(qū)內(nèi)海相火山地層的時(shí)代，并為研究西準(zhǔn)噶爾構(gòu)造帶的火山巖漿作用及其構(gòu)造演化提供了新的年代學(xué)證據(jù)。

LA-ICP-MS鋯石U-Pb測(cè)年；海相火山-沉積地層；晚石炭世；哈拉阿拉特組；西準(zhǔn)噶爾

筆者等在該區(qū)進(jìn)行1∶5萬(wàn)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查中，在該組中下部輝石安山巖與流紋巖中分別獲得306.9Ma和304.5Ma的LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡，限定該組中下部層位時(shí)代為晚石炭世。結(jié)合該組中已發(fā)現(xiàn)的化石資料，認(rèn)為該組形成時(shí)代應(yīng)不老于306.9Ma為宜。高精度同位素定年資料為哈拉阿拉特組地質(zhì)時(shí)代確認(rèn)提供了重要證據(jù)，準(zhǔn)確約束了區(qū)內(nèi)海相火山地層的時(shí)代，同時(shí)為研究西準(zhǔn)噶爾板塊俯沖-增生、殘留洋閉合等構(gòu)造演化過(guò)程提供了重要的年代學(xué)依據(jù)。

1 地質(zhì)背景

包古圖—哈拉阿拉特山地區(qū)位于西準(zhǔn)噶爾增生雜巖帶東部，石炭紀(jì)極為發(fā)育。下石炭統(tǒng)以包古圖組和希貝庫(kù)拉斯組為代表，其中包古圖組由一套半深海相細(xì)碎屑巖組成，劈理化強(qiáng)烈，主要分布于包古圖地區(qū)及哈拉阿拉特山東北部，希貝庫(kù)拉斯組由淺海相粗碎屑巖組成，在包古圖地區(qū)大面積出露，而在百口泉地區(qū)以東則呈條帶狀展布(圖1)；上石炭統(tǒng)則以成吉思汗山組、哈拉阿拉特組及阿臘德依克賽組為主。研究區(qū)石炭系整體變形強(qiáng)烈，產(chǎn)狀較為陡傾，層間褶皺及順層劈理極為發(fā)育；二疊系在區(qū)內(nèi)分布極有限，整體呈帶狀展布，表現(xiàn)為寬緩的向斜，角度不整合覆于石炭系之上，為一套陸相磨拉石建造，代表了造山作用晚期的構(gòu)造-沉積組合。

晚石炭世哈拉阿拉特組主要分布于哈拉阿拉特山一帶，山體呈北東東向延伸，平面上夾持于準(zhǔn)噶爾盆地與和什托洛蓋盆地之間，長(zhǎng)約55km，寬約10km(圖2)。筆者等在進(jìn)行1∶5萬(wàn)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查時(shí)，對(duì)該組進(jìn)行重新厘定，新厘定的哈拉阿拉特組整體為一套濱-淺海相火山-沉積建造，巖性以深灰色安山巖、灰黑色玄武巖、深灰色火山碎屑巖、灰褐色火山角礫巖、角礫凝灰?guī)r、灰綠色安山質(zhì)-英安質(zhì)巖屑凝灰?guī)r、灰色杏仁狀安山巖為主，夾薄層狀中粗砂巖、細(xì)礫巖，可見(jiàn)少量流紋巖，與上覆阿臘德依克賽組局部呈斷層接觸，厚度達(dá)6 110m。多期次的火山噴發(fā)旋回指示哈拉阿拉特組形成過(guò)程中構(gòu)造活動(dòng)較活躍，沉積不穩(wěn)定，伴有多次間歇性火山噴發(fā)，總體為氧化環(huán)境下有間歇性火山噴發(fā)，伴有數(shù)次快速海侵和海退的淺海沉積環(huán)境。

圖1 (a)西準(zhǔn)噶爾地區(qū)大地構(gòu)造示意圖(據(jù)Chen et al.，2010；Xu et al.，2012；王金榮等，2013)及 (b)包古圖—哈拉阿拉特山一帶區(qū)域地質(zhì)圖(據(jù)孫羽等，2014修改)Fig.1 (a)Schematic tectionic map showing main tectionic units of the West Junggar and (b)geological map of Baogutu-Hala’alate Mountain area

2 樣品采集及分析方法

209號(hào)樣品采自哈拉阿拉特組輝石安山巖中，采樣點(diǎn)坐標(biāo)為東經(jīng)85°44′16″，北緯46°14′36″(圖2)。斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造(圖3a)，巖石由10%的斑晶和90%的基質(zhì)組成。

斑晶主要為斜長(zhǎng)石和普通輝石，斜長(zhǎng)石含量約8%，呈半自形板狀，粒徑0.5mm×0.15mm～1.7mm×0.8mm，聚片雙晶發(fā)育，普遍中輕度絹云母化、泥化；普通輝石約占2%，呈柱狀、粒狀，粒徑0.3～1.2mm，淡綠色，具輝石式解理，少數(shù)綠泥石化?；|(zhì)具交織結(jié)構(gòu)，斜長(zhǎng)石之間分布玻璃質(zhì)和暗色礦物，可見(jiàn)少量磁鐵礦(圖3b)。

216號(hào)樣品采自哈拉阿拉特組流紋巖中，采樣點(diǎn)坐標(biāo)為東經(jīng)85°42′51″，北緯46°12′24″(圖2)。斑狀基質(zhì)霏細(xì)結(jié)構(gòu)，流紋構(gòu)造(圖3c)，由3%的斑晶和97%的基質(zhì)組成。

斑晶由鉀長(zhǎng)石和石英組成，其中石英含量約3%，粒徑為0.5～4mm，多呈粒狀，條紋構(gòu)造發(fā)育，平行分布；含微量鉀長(zhǎng)石，板狀、粒狀，粒徑為0.4～0.5mm?；|(zhì)具霏細(xì)結(jié)構(gòu)，多由長(zhǎng)英質(zhì)組成，呈霏細(xì)狀密集分布，泥化輕度，之間分布了少數(shù)脫玻鐵質(zhì)。流紋構(gòu)造發(fā)育，多條由微粒石英、鉀長(zhǎng)石組成的細(xì)條帶平行相間分布，條帶內(nèi)分布了少量鐵質(zhì)(圖3d)。

圖2 哈拉阿拉特山一帶區(qū)域地質(zhì)圖(據(jù)新疆瑪依塔巴克1∶50000區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告，2014修改)Fig.2 Geological map of Hala’alate Mountain area(After Mayitabake 1∶50000 geology survey report,Xinjiang, 2014)

樣品由廊坊市誠(chéng)信地質(zhì)服務(wù)有限公司使用常規(guī)重液浮選和電磁分離的方法挑選出晶形和透明度較好的鋯石制成環(huán)氧樹(shù)脂樣品靶，磨蝕和拋光樣品靶使鋯石出露近中心部位。在光學(xué)顯微鏡下對(duì)其進(jìn)行透射光、反射光照相，并在陰極發(fā)光(CL)掃描電鏡下進(jìn)行陰極發(fā)光顯微照相。激光剝蝕電感耦合等離子體質(zhì)譜(LA-ICP-MS)鋯石原位U-Pb定年在西北大學(xué)大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。實(shí)驗(yàn)采用的ICP-MS為美國(guó)Agilent公司生產(chǎn)的Agilent7500a，激光剝蝕系統(tǒng)為德國(guó)MicroLas公司生產(chǎn)的GeoLas 200 M，激光剝蝕斑束直徑為30μm，激光剝蝕樣品的深度為20～40μm。實(shí)驗(yàn)中采用He作為剝蝕物質(zhì)的載氣。鋯石年齡采用標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500作為外部標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。元素含量采用NIST SRNI610作為外標(biāo)。選擇29Si作為內(nèi)標(biāo)元素進(jìn)行計(jì)算(Horn et al.，2000；Ballard et al.，2001；Kosler et al.，2002；袁洪林等，2003；黃波等，2009)，采用Glitter(ver4.0，Macquarie University)對(duì)鋯石的同位素比值及元素含量進(jìn)行計(jì)算，最終年齡計(jì)算及諧和圖由Isoplot(ver3.0)完成(Ludwig，1991)。

3 鋯石特征及年齡結(jié)果

209號(hào)樣品(輝石安山巖)鋯石粒度細(xì)小，以正方雙錐狀為主，晶體長(zhǎng)50～90μm，寬30～50μm，長(zhǎng)寬比為3∶2～2∶1，陰極發(fā)光圖像中可見(jiàn)典型的巖漿振蕩環(huán)帶結(jié)構(gòu)，部分鋯石呈半截錐狀，鋯石環(huán)帶較窄，邊部多有港灣狀結(jié)構(gòu)，部分鋯石發(fā)育典型的扇形分帶結(jié)構(gòu)(圖4)。

216號(hào)樣品(流紋巖)鋯石多為淺黃色-無(wú)色透明，多呈長(zhǎng)柱狀、正方雙錐狀自行晶體，少部分呈半截錐狀，鋯石粒度較大，長(zhǎng)100～260μm，寬80～150μm，長(zhǎng)寬比為5∶4～2∶1，陰極發(fā)光圖像表現(xiàn)出典型的巖漿振蕩環(huán)帶和明暗相間的條帶結(jié)構(gòu)，鋯石邊部發(fā)育晶棱圓化、港灣狀結(jié)構(gòu)，部分鋯石可見(jiàn)繼承鋯石的殘留核(圖4)。

上述鋯石均表現(xiàn)出典型的巖漿韻律環(huán)帶和明暗相間的條帶結(jié)構(gòu)等，屬于巖漿結(jié)晶產(chǎn)物(Compston et al.，1992；Pidgeon et al.，1998；Andersen，2002；吳元保等，2004)，內(nèi)部成分相對(duì)均一，無(wú)明顯溶蝕和包裹體特征，為噴發(fā)期巖漿活動(dòng)一次結(jié)晶而形成，屬巖漿結(jié)晶鋯石，代表哈拉阿拉特組火山巖的成巖年齡。

209號(hào)樣品(輝石安山巖)同位素比值和年齡數(shù)據(jù)見(jiàn)表1，17個(gè)樣品分析點(diǎn)的Th含量變化為30.43×10-6～434.94×10-6，U含量變化為53.68×10-6～725.11×10-6，Th、U含量呈現(xiàn)出較好的正相關(guān)關(guān)系，具有較高的Th/U值(0.41～1.05)，屬于典型巖漿成因鋯石(Williams et al.，1996；Claesson et al.，2000；Hoskin et al.，2000)。206Pb/238U年齡最小值為(290±8)Ma，最大值為(330±7)Ma，所有鋯石數(shù)據(jù)點(diǎn)均落在諧和線上及附近，206Pb/238U加權(quán)平均年齡為(306.9±5.5)Ma(MSWD=1.8，95%置信度)(圖5)。

Px.普通輝石；Qtz.石英；Pl.斜長(zhǎng)石圖3 哈拉阿拉特組火山巖宏觀露頭及鏡下照片(正交偏光)Fig.3 Macroscopic and microscopic photos of the volcanic rocks of Hala’alate Formation

圖4 哈拉阿拉特組輝石安山巖和流紋巖樣品中鋯石CL圖像和年齡值Fig.4 Zircon CL images and ages of pyroxene andesite and rhyolite of Hala’alate Formation

圖5 哈拉阿拉特組輝石安山巖和流紋巖樣品LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡諧和圖Fig.5 LA-ICP-MS zircon U-Pb Concordia diagrams of pyroxene andesite and rhyolite of Hala’alate Formation

216號(hào)樣品(流紋巖)測(cè)試分析數(shù)據(jù)見(jiàn)表2，21個(gè)測(cè)試點(diǎn)多位于巖漿環(huán)帶上，Th的含量為38.68×10-6～180.21×10-6，U的含量為100.89×10-6～215.22×10-6，Th、U具有明顯的正相關(guān)關(guān)系及較高的Th/U值(0.36～0.84)，屬于典型巖漿成因鋯石范圍(Williams et al.，1996；Claesson et al.，2000；Hoskin et al.，2000)。206Pb/238U年齡最小值為(294±4)Ma，最大值為(319±5)Ma，21個(gè)測(cè)點(diǎn)的206Pb/238U年齡諧和性較好，構(gòu)成比較集中地鋯石群，206Pb/238U加權(quán)平均年齡為(304.5±3.1)Ma(MSWD=0.63，95%置信度)(圖5)。

4 討論與結(jié)論

總之哈拉阿拉特組的時(shí)代問(wèn)題至今仍無(wú)定論，且其形成時(shí)代的確定均是按照化石種屬提供相對(duì)年齡，未曾給出準(zhǔn)確的絕對(duì)年齡值加以佐證。筆者等通過(guò)對(duì)哈拉阿拉特組火山巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb年代學(xué)的研究，獲得其絕對(duì)年齡值為304.5～306.9Ma，結(jié)合前人化石資料，將其形成時(shí)代確定為晚石炭世，時(shí)代不老于306.9Ma為宜。這一成果為哈拉阿拉特組時(shí)代的確定提供了精確的同位素定年依據(jù)。

初步地球化學(xué)研究表明，哈拉阿拉特組火山巖以富SiO2(52.88%～56.89%)、MgO(3.47%～6.88%，Mg#=48.48～63.69)及K/Na值(0.33～0.7)為特征，富集大離子親石元素(Ba、Rb、Sr)和輕稀土元素，虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素(HFSE)，具有弱負(fù)Eu異常(δEu=0.81～0.94)，正的εNd(t)(4.41～5.44)與較低(87Sr/86Sr)i值(0.703 66～0.704 09)，與日本Setouchi火山巖帶中贊岐巖地球化學(xué)特征基本一致，在地球化學(xué)圖解中所有樣品均落入島弧造山帶或火山弧區(qū)域(另文討論)。證實(shí)西準(zhǔn)噶爾在晚石炭世仍存在俯沖消減作用，表明西準(zhǔn)噶爾殘余洋盆閉合時(shí)限至少推遲至晚石炭世末期。哈拉阿拉特組時(shí)代的確定，為西準(zhǔn)噶爾構(gòu)造帶的火山巖漿作用及其構(gòu)造演化提供了新的年代學(xué)證據(jù)。

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Zircon LA-ICP-MS U-Pb Dating of Volcanics in Hala’alate Formation of Western Junggar

LI Ganyu1, LI Yongjun1,2, WANG Ran1,2, YANG Gaoxue1,2, XIANG Kunpeng1, LIU Jia1, LI Zhao1

(1. Earth Science and Resources College, Chang’an University, Xi’an 710054, Shaanxi, China;2. Key Laboratory for the Study of Focused Magmatism and Giant Ore Deposits,MLR,Xi’an 710054,Shaanxi,China)

Hala'alate formation is widely distributed in Hala'alate Mountain. Few researches have been conducted on this formation and there is great disparity in its age identification. The proportion of volcanic rocks in the area is the highest of all the group-level strata, and the position is relatively new marine volcano and sedimentary formation. LA-ICP-MS dating was used to determine the zircons from pyroxene andesite and rhyolite of the Hala'alate formation by 1∶50000 regional geological survey, which yielded zircon U-Pb age of (306.9±5.5) Ma(MSWD=0.39) and (304.5±3.1) Ma(MSWD=0.63) respectively, both were consistent within the error range. Combining with the CL image features of zircons, the formation age of Hala'alate formation was signified. In view of predecessors' fossil information, which confirmed that the forming age of Hala'alate formation was late Carboniferous, the authors considered that the age of lower strata was no earlier than 306.9 Ma. The findings accurately constrained the period of marine volcanic strata in this area, and provided new chronological evidence for volcanic magmatism and tectonic evolution of western Junggar tectonic belt.

zircon LA-ICP-MS U-Pb dating; marine volcanic and sedimentary strata; late Carboniferous; Hala'alate formation; western Junggar

2015-02-10;

2015-04-15

中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查評(píng)價(jià)專項(xiàng)“新疆西準(zhǔn)噶爾瑪依塔巴克地區(qū)1∶5萬(wàn)四幅區(qū)調(diào)”(1212011220619)、國(guó)家自然科學(xué)基金“伊寧地塊石炭紀(jì)火山巖地球化學(xué)特征及成因研究”(41273033)、國(guó)家自然科學(xué)基金“達(dá)爾布特及克拉瑪依蛇綠混雜巖中洋島型玄武巖地球化學(xué)特征及成因研究”(41303027)和中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金“西準(zhǔn)噶爾克拉瑪依蛇綠構(gòu)造混雜巖年代學(xué)、地球化學(xué)特征及地質(zhì)意義”(2014G1271058)聯(lián)合資助

李甘雨(1990-)，男，河南省平頂山人，長(zhǎng)安大學(xué)地球化學(xué)方向博士研究生，主要從事地球化學(xué)與區(qū)域地質(zhì)調(diào)查研究。E-mail：liganyuchd@163.com

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A

1009-6248(2015)03-0012-10