新疆巴里坤薩爾喬克一帶原中泥盆統(tǒng)頭蘇泉組的重新厘定?

初建朋，李勇，郭俊鋒，雷萬杉，陳丹利

(1.山東理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，山東淄博255091;2.長安大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院，陜西西安710054)

研究區(qū)位于新疆巴里坤薩爾喬克．從地層區(qū)劃上，該地屬于北疆－興安地層大區(qū)、北疆地層區(qū)、北天山地層分區(qū)下的博格達(dá)小區(qū)[1,2]．該套地層最早由地礦部新疆地質(zhì)局區(qū)域地質(zhì)測量大隊(duì)五分隊(duì)在1：20萬巴里坤湖幅（1966）中劃入中石炭統(tǒng)的兩個分層（Ca2和Cb2）[3]；2009年新疆地礦局第六區(qū)域地質(zhì)調(diào)查大隊(duì)在薩爾喬克一帶開展區(qū)域地質(zhì)調(diào)查聯(lián)測時，將巴里坤塔格唐勒克、皮匠溝、塔勒得薩依、克澤勒吉勒喀以及薩爾喬克一線在內(nèi)的該套地層劃為頭蘇泉組（D2ts）[4]；頭蘇泉組是新疆地質(zhì)局地質(zhì)研究所（1961）編制1︰100萬哈密幅地質(zhì)圖時，將張良臣等（1960）劃定的大南湖組第四、五、六亞組劃為中泥盆統(tǒng)并命名為頭蘇泉組；在《新疆維吾爾自治區(qū)巖石地層》（1999）中，頭蘇泉組被定義為由一套海相的碎屑巖和火山巖等組成的地層，含珊瑚等化石，具淺變質(zhì)．1︰25萬三道嶺幅區(qū)調(diào)項(xiàng)目在研究區(qū)內(nèi)調(diào)查時，認(rèn)為唐勒克、皮匠溝、塔勒得薩依、克澤勒吉勒喀等地地層只發(fā)生輕微變質(zhì)，但總體而言，巖石并未發(fā)生區(qū)域動力變質(zhì)作用，巖性、巖相和變質(zhì)程度等均與頭蘇泉組定義相符，因而沿用前人的厘定；但野外調(diào)查研究認(rèn)為：薩爾喬克一帶則為一套中級變質(zhì)地層，與頭蘇泉組比較，巖性、巖相和變質(zhì)程度均明顯不符，因此需要重新厘定.

1 地層分布與接觸關(guān)系

該套地層分布在薩爾喬克東側(cè)沖溝中，處于巴里坤塔格北緣凹陷內(nèi)，出露面積較?。▓D1）．在遙感圖上（ETM741）顯示為青紫色，影響均勻，紋理較亂．與上覆下石炭統(tǒng)黑山頭組為斷層接觸（圖2），由于巖體破壞，該組未見底.

圖1 薩爾喬克地區(qū)地質(zhì)簡圖

圖2 薩爾喬克東托斯巴斯陶組與上奧陶統(tǒng)烏列蓋組斷層接觸

2 地質(zhì)特征

2.1 剖面列述

本次調(diào)查在薩爾喬克東側(cè)沖溝中測制了一條剖面，現(xiàn)列述如下：

剖面露頭良好，剖面方向大致由北向南沿溝前進(jìn)，高差較?。撈拭娉雎兜膸r性從北向南依次為：堿長花崗巖巖體，上奧陶統(tǒng)烏列蓋組（O3w）的長英質(zhì)巖石、糜棱片巖、石英片巖以及下石炭統(tǒng)黑山頭組的英安巖．該組巖石均發(fā)生了變質(zhì)變形，剖面列述和剖面圖如下：

2.2 巖石學(xué)特征

本次調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該組由一套中級變質(zhì)巖系組成，未見下伏地層，經(jīng)過與調(diào)查區(qū)內(nèi)其它地層的對比發(fā)現(xiàn)，該套地層具有變質(zhì)變形特征：

（1）該組變質(zhì)程度中等，為一套中級變質(zhì)巖系組成，主要巖性為糜棱質(zhì)白云母石英片巖、塑性變形長英質(zhì)白云母糜棱片巖、石榴石白云母糜棱片巖、碎粒重結(jié)晶長英巖等組成．在整個調(diào)查區(qū)內(nèi)未見其他地層有如此強(qiáng)的變質(zhì)程度．

（2）該套地層由于受區(qū)域構(gòu)造影響，巖層遭受擠壓變形強(qiáng)烈，具有多期疊加的特點(diǎn)（圖3）．由于研究區(qū)復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造演化及大面積的巖漿活動，決定了多期次、多類型變質(zhì)作用的發(fā)生．變質(zhì)作用類型包括區(qū)域變質(zhì)、動力變質(zhì)、接觸變質(zhì)等，這些變質(zhì)巖沿構(gòu)造帶呈帶狀分布，先期發(fā)生的區(qū)域變質(zhì)作用受到了后期動力變質(zhì)作用的改造，主要為糜棱巖、糜棱片巖、石英片巖．

圖3 巴里坤薩爾喬克東側(cè)上奧陶統(tǒng)烏列蓋組構(gòu)造剖面

該套地層發(fā)育有大量的宏觀和微觀構(gòu)造，主要有旋轉(zhuǎn)碎斑、石香腸構(gòu)造、拉伸線理、書斜構(gòu)造、變形紋等．構(gòu)造帶的宏觀特征顯示剪切指向?yàn)樽笮屑羟校▓D4），微觀特征顯示剪切指向也為左行剪切（圖5）．在動力學(xué)方面，通過對構(gòu)造帶應(yīng)力方向統(tǒng)計計算，其主應(yīng)力方向近北西－南東向．根據(jù)變質(zhì)礦物在顯微鏡下的變形特征表明該構(gòu)造帶曾發(fā)生過動力變質(zhì)作用．

圖4 薩爾喬克東上奧陶統(tǒng)烏列蓋組多期變形事件及宏觀表現(xiàn)

圖5 薩爾喬克東上奧陶統(tǒng)烏列蓋組構(gòu)造變形帶的多期變形事件及微觀表現(xiàn)

對該套地層的變形期次研究發(fā)現(xiàn)巖石至少經(jīng)歷了三次變形：第一期為拉伸線理，主要表現(xiàn)為石英、長石等礦物長軸組構(gòu)和新生礦物如云母、綠泥石等礦物的定向排列；第二期為近東西向的褶皺變形，主要為變質(zhì)重結(jié)晶作用析出的石英脈體因后期韌性剪切作用而發(fā)生褶皺變形，多平行于劈理面集中分布；第三期為間隔劈理（膝折）的形成，以一定可見的間隔切過先有連續(xù)片理，調(diào)查區(qū)內(nèi)未見其他地層有如此強(qiáng)烈的多期次變形．

調(diào)查區(qū)內(nèi)該組主要巖性為石英片巖、絹云石英片巖，糜棱質(zhì)白云母石英片巖、塑性變形長英質(zhì)白云母糜棱片巖、石榴石白云母糜棱片巖、碎粒重結(jié)晶長英巖等組成．代表性巖石類型有：

（1）絹云石英片巖：淺灰綠色，鱗片粒狀變晶結(jié)構(gòu)，片狀構(gòu)造，片理較發(fā)育且變形強(qiáng)，主要由石英54%、變質(zhì)礦物絹云母23%、綠簾石11%和斜長石12%等組成．熱液礦物為綠泥石．巖石是一個經(jīng)歷了韌性變形和絹云母相變質(zhì)雙重作用下的復(fù)合變質(zhì)巖．韌性變形作用形成了條帶狀糜棱巖，條帶中富長英質(zhì)和富絹云母條帶，巖石中石香腸構(gòu)造十分發(fā)育，巖石的變質(zhì)作用，主要是細(xì)糜棱部分，被絹云母完全取代，粗糜棱化部分的長英質(zhì)重結(jié)晶，保留原來的塑性變形構(gòu)造．

（2）糜棱巖化石英片巖：青灰色，粒狀變晶結(jié)構(gòu)，片狀構(gòu)造，礦物成分主要為糜棱化石英61%、變晶白云母10%、糜棱化長石25%，巖石經(jīng)歷了復(fù)變質(zhì)，最終變質(zhì)相已隨白云母片巖相，其中塑性變形比較發(fā)育，交代蝕變主要以黝簾石化為特征，巖石中石英成糜棱條帶，受變質(zhì)作用影響動態(tài)重結(jié)晶，長石類，全部成拉長的微細(xì)粒集合體，也構(gòu)成糜棱結(jié)構(gòu)，局部可見定向排列的鱗片狀白云母變晶，交代細(xì)碎組合．

（3）糜棱巖：呈深灰色，糜棱結(jié)構(gòu)，糜棱面理構(gòu)造，主要由長英質(zhì)80%、石英碎斑20%等組成．碎斑呈眼球狀，碎基主要由隱晶質(zhì)和細(xì)小的絹云母等組成，且呈條帶狀繞過碎斑，顯示流動構(gòu)造.

3 時代討論

從巖石組合的區(qū)域?qū)Ρ劝l(fā)現(xiàn)，該套地層與北準(zhǔn)噶爾地層分區(qū)的下奧陶統(tǒng)拉巴組最為接近，巖性為黑云石英片巖、絹云黑云石英片巖等，而與北準(zhǔn)噶爾地層分區(qū)的上奧陶統(tǒng)烏列蓋組（O3w）也較為接近．為了準(zhǔn)確確定該套地層的巖石單元?dú)w屬，對原巖為酸性凝灰?guī)r、流紋巖夾石英砂巖，后經(jīng)強(qiáng)烈變質(zhì)變形的石英片巖先后采集了2個同位素年齡樣品（D1710TW1和D1710TW2），進(jìn)行了LA－ICP－MS鋯石U－Pb定年研究，詳細(xì)研究如下：

對第一次采集的樣品D1710TW1進(jìn)行分析，獲得了25顆單顆粒鋯石U－Pb年齡數(shù)據(jù)（見圖6、7，表1），有2顆的數(shù)據(jù)位于前寒武紀(jì)時期范圍內(nèi)，分別為701.9Ma和835.5Ma；有15顆鋯石年齡數(shù)據(jù)集中在378～488.8 Ma之間，加權(quán)平均年齡為424±19Ma（圖7,c）；另有7顆鋯石的206Pb/238U年齡值位于310～340Ma之間，加權(quán)平均年齡為323±11Ma；這三組年齡數(shù)據(jù)變化范圍較大．25個年齡值的諧和度雖然較差，但是可以顯示出明顯的三期鋯石年齡（圖7）．表明該樣品所代表的變質(zhì)地層中鋯石具有多來源、多期次的特征[5?9]．

圖6 D1710TW1代表性鋯石的CL圖像

圖7 D1710TW1鋯石U－Pb年齡分布柱狀圖（a）協(xié)和曲線圖，（b）15顆鋯石U－Pb年齡加權(quán)平均值，（c）黑色方框內(nèi)代表用于加權(quán)的15顆鋯石年齡值

表1 D1710TW1石英片巖鋯石LA－ICP MS U－Pb分析結(jié)果

由于該次鋯石年齡數(shù)據(jù)不理想，因此又在同一層位采集了石英片巖樣品（D1710TW2）進(jìn)行了單顆粒鋯石U－Pb年齡分析（圖8，表2）.從中挑選出26顆有代表性的鋯石，通過鋯石陰極發(fā)光圖像特征可將其分為外來鋯石（圖8中2、3、17和19號鋯石）、變質(zhì)鋯石（圖8中9號鋯石,第一挑選變質(zhì)鋯石較多，本次只挑選一顆）和巖漿成因鋯石（圖8剩余的鋯石）三類.

由此本次測試獲得兩組年代學(xué)數(shù)據(jù)：（1）碎屑鋯石U－Pb年齡分別為578.6Ma、1 612.3Ma、1 838.7Ma、2 115.2Ma；（2）原巖巖漿成因鋯石U－Pb年齡在416.1～494.7Ma之間（圖9），取437～464.8Ma相關(guān)性較好的15個點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)平均年齡計算，獲得450.3±4.3Ma的可靠年齡（圖9,c），這組年齡應(yīng)該可以代表地層形成時的火山活動的時限.

綜合上述兩次單顆粒鋯石U－Pb同位素測年分析結(jié)果，我們認(rèn)為研究區(qū)該套中級變質(zhì)地層應(yīng)形成于450.3±4.3Ma，為晚奧陶世早期．其中的碎屑鋯石數(shù)據(jù)可分為3組：一組為578.6～835.5Ma，可能代表研究區(qū)基底晚元古代羅迪尼亞裂解期巖漿活動事件；第二組數(shù)據(jù)為1 612.3～1 838.7Ma，可能代表研究區(qū)基底中元古代的巖漿活動事件；第三組數(shù)據(jù)為2 115.2Ma，可能代表研究區(qū)基底古元古代的巖漿活動事件．這些數(shù)據(jù)雖然鋯石點(diǎn)數(shù)較少，但為探討研究區(qū)存在元古代基底提供了主要信息．

上奧陶統(tǒng)烏列蓋組由新疆地礦局第一區(qū)域地質(zhì)調(diào)查大隊(duì)杜天星（1995）在巴里坤哈薩克自治縣以東烏列蓋創(chuàng)名.《新疆維吾爾自治區(qū)巖石地層》（1999）將該組定義為一套鈣質(zhì)粉砂巖和砂巖、條帶狀大理巖、火山碎屑巖、各種片巖、少量變粒巖、片麻巖和混合巖，底部見有火山角礫巖[1]．依據(jù)地層巖石組合、變質(zhì)程度、單顆粒鋯石U－Pb年齡綜合研究，薩爾喬克一帶地層與該組最為接近，因此將其厘定為上奧陶統(tǒng)烏列蓋組（O3w）是最合適的．

表2 D1710TW2石英片巖鋯石LA－ICP－MS U－Pb分析結(jié)果

圖8 D1710TW2代表性鋯石的CL圖像

圖9 D1710TW2鋯石U－Pb年齡分布柱狀圖（a）協(xié)和曲線圖，（b）15顆鋯石U－Pb年齡加權(quán)平均值，（c）黑色方框內(nèi)代表用于加權(quán)的15顆鋯石年齡值

4 結(jié)論

薩爾喬克一帶的地層為一套中級變質(zhì)巖系組成，巖性為糜棱質(zhì)白云母石英片巖、塑性變形長英質(zhì)白云母糜棱片巖、石榴石白云母糜棱片巖等組成，而蘇泉組是一套海相凝灰?guī)r、硅質(zhì)巖、泥質(zhì)－鈣質(zhì)粉砂巖、砂礫巖等組成，只具淺變質(zhì)，二者巖性、巖相和變質(zhì)程度是明顯不同的．本文通過對從石英片巖中挑選的鋯石進(jìn)行了LA－ICP－MS鋯石U－Pb定年研究，獲得了可以代表地層形成時的火山活動的時限為450.3±4.3Ma的可靠年齡，在區(qū)域上可以和上奧陶統(tǒng)烏列蓋組對比，因此將該套地層厘定為上奧陶統(tǒng)烏列蓋組（O3w）．該組也是1:25萬三道嶺幅內(nèi)出露的最老地層，反映了該區(qū)晚奧陶世早期，受加里東運(yùn)動影響，該組發(fā)生第一期變質(zhì)變形作用，形成研究區(qū)唯一出露的變質(zhì)變形基底；本次研究得到的是碎屑鋯石數(shù)據(jù)，表明該地可能存在前寒武紀(jì)基底，但是碎屑鋯石數(shù)據(jù)變化區(qū)間較大，同時鋯石測年得到兩個較老的年齡數(shù)據(jù)701.9±12.39Ma和835.5±14.54Ma，為了準(zhǔn)確確定該套地層的沉積時代以及驗(yàn)證該地區(qū)是否存在古老的結(jié)晶基底，都有需要作進(jìn)一步的研究．

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