西天山那拉提巖群SHRIMP鋯石U-Pb年齡及地質(zhì)意義

劉崴國，張建東，班建永，田少亭，李鵬，李凱強，賀光前

（新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第一區(qū)域地質(zhì)調(diào)查大隊，新疆 烏魯木齊 830013）

西天山那拉提巖群SHRIMP鋯石U-Pb年齡及地質(zhì)意義

劉崴國，張建東，班建永，田少亭，李鵬，李凱強，賀光前

（新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第一區(qū)域地質(zhì)調(diào)查大隊，新疆 烏魯木齊 830013）

新疆西天山那拉提構(gòu)造帶劃歸志留系，據(jù)巖性組合、變質(zhì)變形特征、所含古生物化石及同位素測年結(jié)果，明顯分為兩部分，含珊瑚化石的大理巖、火山碎屑巖等淺變質(zhì)巖系為上—頂志留統(tǒng)巴音布魯克組；不含化石的中深變質(zhì)巖為古元古界那拉提巖群。本次研究對艾肯達坂黑云斜長片麻巖、備戰(zhàn)鐵礦南側(cè)條帶狀片麻巖進行鋯石SHRIMP U-Pb測年，獲得年齡值（945.9±4.4）Ma、（924±9）Ma，表明為Rodinia大陸聚合事件格倫維爾造山運動在本區(qū)的反映。

新疆西天山；那拉提巖群；SHRIMP鋯石U-Pb測年；格倫維爾造山運動

圖1 天山造山帶構(gòu)造單元分區(qū)略圖Fig.1 Tectonic unit partition Sketch of Tianshan orogenic belt1.中—新生界；2.中—上志留統(tǒng)科克鐵克達坂組；3.上志留統(tǒng)巴音布魯克組；4.震旦紀火山巖系；5.前寒武紀地塊、微地塊；6.研究區(qū)

那拉提構(gòu)造帶為西天山重要構(gòu)造邊界，東經(jīng)庫米什與東天山紅柳河斷裂帶相連，為哈薩克斯坦-準噶爾古板塊與塔里木古板塊縫合帶（圖1）。該構(gòu)造帶及附近斷續(xù)出露600 Ma的達魯巴依蛇綠巖、634~ 729 Ma的北木扎爾特河上游藍片巖、627 Ma的長阿吾子蛇綠巖[1-3]。那拉提山北緣木扎爾特河一帶玄武巖為過渡型洋脊玄武巖，時代為寒武紀（（526.3± 7.4）Ma），表明境外北、中天山間的Terskey洋延伸到我國西南天山地區(qū)形成洋殼[4]，元古代南天山洋具長期演化特點。這條古縫合帶大陸地殼基底在西南天山為木扎爾特巖群，有學者將其置于古元古代，主要據(jù)變質(zhì)巖本身年齡（1 898±10）Ma、（1 966士93）Ma及侵入變質(zhì)巖花崗巖年齡（1 096±16）Ma確定的[5]①新疆地礦局第二區(qū)調(diào)大隊.新疆尼勒克縣莫合一帶1︰5萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告，2000。陳義兵等在木扎爾特群花崗片麻巖中獲得（707±13）Ma的鋯石U-Pb年齡，代表了基底巖石重熔生成花崗質(zhì)巖漿的時代[6]，為目前西南天山較精準的新元古代年齡。古縫合帶東段（巴音布魯克以東）稱為那拉提巖群，王寶瑜等在拉爾敦達坂南側(cè)陽起石片巖中獲得（1 128±125）Ma的Sm-Nd等時線年齡[7]，陳義兵等在拉爾敦達坂及巴倫臺一帶中深變質(zhì)巖中分別獲得（882±33）Ma的鋯石U-Pb年齡及（630±5）Ma的LAICP-MS U-Pb年齡[8-9]。由此來看，那拉提構(gòu)造帶內(nèi)中深變質(zhì)巖新元古代同位素年齡，反映了大陸地殼基底的年齡組成特征，新元古代年齡值代表了新元古代巖漿事件年齡，后者具古元古代Nd模式年齡[10]。筆者對前人尚未進行精準測年的艾肯達坂和備戰(zhàn)鐵礦一帶出露的片麻巖采用SHRIMP U-Pb測年，分別獲得（945.9±4.4）Ma、（924±9）Ma年齡值，有助于準確了解和確定中天山南緣那拉提巖群的形成時代（圖2）。

圖2 研究區(qū)地質(zhì)簡圖Fig.2 Simplified geologic map of the study area1.第四系；2.侏羅系；3.中二疊統(tǒng)曉山薩依組；4.上石炭統(tǒng)伊什基里克組；5.下石炭統(tǒng)大哈拉軍山組；6.上—頂志留統(tǒng)巴音布魯克組；7.長城系星星峽巖群；8.古元古界那拉提巖群；9.二疊紀閃長巖/花崗巖；10.泥盆紀閃長巖/花崗巖；11.奧陶紀花崗巖；12.鐵礦；13.本次測年樣品采集地點及編號

近年來，對那拉提巖群變質(zhì)巖有SHRIMP鋯石U-Pb測年結(jié)果報道[11]，年齡為（948±8）Ma。無論采用何種方法進行年齡測定，均反映那拉提巖群中深變質(zhì)巖形成于前寒武紀。前寒武紀（大于541Ma）是個極漫長的地質(zhì)時期，就元古代而言，時間跨度接近20 Ga。那拉提巖群同位素年齡值為882~1 898 Ma。造成年齡值相差大的原因除測試方法不同外，還與不同年齡值具不同的地質(zhì)意義有關。筆者對西天山艾肯達坂-備戰(zhàn)鐵礦南一線出露的那拉提巖群中深變質(zhì)巖進行SHRIMP鋯石U-Pb測年，在研究區(qū)東西長50 km處，共采集2件樣品，獲得諧和年齡為（945.9±4.4）Ma、（924±9）Ma、（937±23）Ma，同時在拉爾敦達坂黑云二長片麻巖中獲得（604.2±7.7）Ma~（794.7±8.9）Ma及（353.2±4.4）Ma~（378.2±4.5）Ma兩組年齡。

1 地質(zhì)概況及樣品采集

西天山處于塔里木古板塊與哈薩克斯坦古板塊結(jié)合部位。以那拉提斷裂帶為界，北為哈薩克斯坦-準噶爾古板塊，南為塔里木古板塊，伊犁微地塊屬哈薩克斯坦-準噶爾古板塊。西天山地區(qū)出露的最老前寒武紀基底變質(zhì)巖系為溫泉巖群、那拉提巖群和木扎爾特巖群。溫泉巖群分布于伊犁盆地北緣溫泉縣及賽里木湖一帶，巖性有片麻巖、黑云斜長片麻巖、混合片麻巖等，層位在薊縣系庫松木切克群之下，上被中泥盆統(tǒng)不整合覆蓋[12]。那拉提巖群沿那拉提山呈帶狀展布。那拉提及以東地區(qū)以黑云二長片麻巖、黑云母斜長片麻巖、斜長淺色片麻巖、黑云二長變粒巖為主，向西確鹿特達坂一帶，巖性以片巖為主，以含硅線石黑云石英片巖、鐵鋁榴石黑云石英片巖、角閃片巖為主，未見頂?shù)住Ｄ驹鸂柼貛r群分布于哈爾克山南坡木扎爾特河一帶，巖性有混合巖、黑云斜長片麻巖、石榴子石云母石英片巖等，未見頂?shù)?。研究區(qū)位于伊犁盆地東南緣那拉提山東段（北緯43°~44°，東經(jīng)84°~85°30′），該區(qū)出露地層有古元古界那拉提巖群、長城系星星峽巖群、上—頂志留統(tǒng)巴音布魯克組、下石炭統(tǒng)大哈拉軍山組及野云溝組、侏羅系石樹溝群，侵入巖有志留紀、泥盆紀、二疊紀中酸性巖類。

那拉提巖群中深變質(zhì)巖采集2件測年樣品地點為艾肯達坂（E84°43′N43°37′）、備戰(zhàn)鐵礦南側(cè)（E85°29′N43°11′）。巖性分別為黑云斜長片麻巖、條帶狀片麻巖，巖石中多含鉀長石、黃-褐色黑云母及角閃石，變質(zhì)程度達角閃巖相，局部發(fā)育混合巖化，巖石多發(fā)生糜棱巖化或變?yōu)槊永鈳r或眼球狀糜棱巖。巖石經(jīng)混合巖化，有部分鉀長石、石英脈體穿入，粒度較粗，一般0.1~0.4 mm，交代基體，局部形成交代蠕英結(jié)構(gòu)。長石、石英為他形粒狀，粒徑0.5~ 5.2 mm，斜長石，雙晶不發(fā)育，中輕度絹云母化、泥化，鉀長石具條紋結(jié)構(gòu)，輕度泥化。石英強波狀消光、帶狀消光，部分細?；亟Y(jié)晶，長軸平行定向排列。黑云母呈片狀，片徑0.8~0.2 mm，黃-褐色，色性顯著，多呈條帶狀集合體平行定向排列。拉爾敦達坂片麻巖遭后期強構(gòu)造作用，發(fā)育糜棱巖化。經(jīng)原巖恢復，兩地出露的片麻巖原巖類型可分兩類，一類為砂巖、泥巖等，另一類為中酸性火山巖（圖3）①陜西省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局.新疆和靜縣夏爾薩拉一帶1︰5萬區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查報告，2005。

圖3 艾肯達坂（a）、備戰(zhàn)鐵礦南側(cè)（b）兩地片麻巖標本及鏡下照片F(xiàn)ig.3 Samples and pictures of Gneiss in Aikendaban(a) and the South side of Beizhan iron ore(b)

2 分析方法

鋯石分選由新疆地礦局第一區(qū)域地質(zhì)調(diào)查大隊實驗室完成，按常規(guī)法挑選，在雙目鏡下挑純，將鋯石與數(shù)粒標樣TEM置于環(huán)氧樹脂中，磨至約一半，使鋯石內(nèi)部暴露，用于鋯石SHRIMP U-Pb分析。該分析在北京離子探針中心SHRIMPⅡ上完成，先對鋯石進行透射光、反射光、CL照射和分析、拋光、清洗、鍍金，然后進行 SHRIMP分析。分析時一次離子為4.5 nA，10 kV的O-2，靶徑約25~30 μm。應用RSES參考鋯石進行元素間分餾校正，Temora(年齡為417 Ma)做二次校正，Temora測定重現(xiàn)性為2%。詳細分析流程和原理參見文獻[13]。數(shù)據(jù)處理采用Ludwing SQUID 1.0和ISOPLOT程序[14]，所有樣品均采用206Pb/238U年齡，加權平均值為95%的置信度。

3 鋯石SHRIMP U-Pb測年結(jié)果

圖4 Ⅳ-5號樣品巖石鋯石陰極發(fā)光圖像Fig.4 Zircon CL images from the sampleⅣ-5

本次采集2件樣品進行鋯石SHRIMP U-Pb測年。Ⅳ-5號樣品采自艾肯達坂西側(cè)（圖2），巖性為黑云斜長片麻巖，共挑選出8顆鋯石，為無色或淡黃色，透明、半透明狀，短柱狀自形晶，晶形完整，自形度較高（圖4）。鋯石形態(tài)以長柱狀為主，個別為短柱狀和粒狀。從陰極發(fā)光圖像上看出（圖4），Ⅳ-5號樣品中選出的鋯石除2.1號鋯石巖漿環(huán)帶不發(fā)育外，其余7顆鋯石顯示典型的巖漿成因韻律環(huán)帶結(jié)構(gòu)。2.1號鋯石環(huán)帶結(jié)構(gòu)發(fā)育較弱，陰極發(fā)光強度與環(huán)帶結(jié)構(gòu)發(fā)育的鋯石基本相同，可能為巖漿成因。8顆鋯石給出的諧和年齡為（945.9±4.4）Ma（圖5），SHRIMP U-Pb分析結(jié)果見表1。

圖5 樣品13K8-Ⅳ-5和13K8-260鋯石207Pb/235U-206Pb/238U諧和圖Fig.5 U-Pb Concordia diagram of zircons from the Sample 13K8-Ⅳ-5 and 13K8-260

圖6 260號樣品巖石鋯石陰極發(fā)光圖像Fig.6 Zircon CL images from the sample 260

260號樣品采自備戰(zhàn)鐵礦南側(cè)，巖性為條帶狀片麻巖，共挑選出9顆鋯石，其中1，2，3，4，5，8，9號鋯石為長柱狀，6，7號鋯石為不規(guī)則狀。陰極發(fā)光圖像顯示（圖6），鋯石均發(fā)育韻律環(huán)帶，與Ⅳ-5號樣品相比，色調(diào)明顯變淺，內(nèi)部溶蝕普遍發(fā)育，4，6，8號鋯石表現(xiàn)顯著。如不考慮1個老數(shù)據(jù)（1.1）和3個年輕數(shù)據(jù)（2.1，3.1，8.1），將其余5點的206Pb/238U加權平均，得到年齡值為（924±9）Ma。SHRIMP U-Pb分析結(jié)果見表2。其中1.1號鋯石打點位置靠近色調(diào)較深的核部，年齡值為1 004.8 Ma。如打點位置選擇在核部中心，得出年齡值可能更老。2.1、3.1、8.1號鋯石具次生成因，打點位置靠近鋯石邊部，所得年齡值偏新。

4 那拉提巖群時代討論及測年意義

表1 IV-5號樣品鋯石SHRIMPU-Pb分析結(jié)果Table 1 Zircons SHRIMPU-PbanalysisofsampleIV-5單位：Ma

表2 260號樣品鋯石SHRIMPU-Pb分析結(jié)果Table 2 Zircons SHRIMPU-Pbanalysisofsample260單位：Ma

關于那拉提巖群地層時代，目前有兩種認識，一種是據(jù)大理巖中采獲的珊瑚、海百合莖、三葉蟲等化石認為形成于志留紀①新疆地質(zhì)局.新疆莫和爾幅1∶20萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告,1978；另一種是據(jù)同位素測年及變質(zhì)程度，認為其屬前寒武紀[10，15]。產(chǎn)出化石巖性主要為大理巖，少量為大理巖化灰?guī)r，與其相伴產(chǎn)出的巖性組合有千枚巖、變質(zhì)砂巖等，巖石變質(zhì)程度很淺，與片麻巖、片巖、混合巖在變質(zhì)程度上差異很大。筆者在那拉提山主脊一帶大理巖化灰?guī)r中采集到海百合莖化石，證實那拉提巖群中存在古生代地層，但產(chǎn)出化石與片麻巖、混合巖等高級變質(zhì)巖為斷層接觸，二者野外宏觀特征對比十分顯著。也就是說那拉提巖群淺變質(zhì)巖系包含的古生物信息不能確定中深變質(zhì)巖的形成時代。前述第二種認識確定了中深變質(zhì)巖屬前寒武紀，基本上不談及已有化石資料。筆者認為，那拉提巖群地質(zhì)組成復雜，將地層時代全劃入前寒武紀或志留紀過于片面，產(chǎn)化石的碳酸鹽巖夾淺變質(zhì)碎屑巖建造，原巖特征易恢復，與片麻巖、片巖等中深變質(zhì)巖不是同期產(chǎn)物，應將二者區(qū)分，單獨劃出，將淺變質(zhì)巖劃入巴音布魯克組，將中深變質(zhì)巖劃為那拉提巖群。筆者對西天山艾肯達坂-備戰(zhàn)鐵礦南一線出露的那拉提巖群中深變質(zhì)巖進行SHRIMP鋯石U-Pb測年，獲得諧和年齡為（945.9± 4.4）Ma、（924±9）Ma，證實那拉提巖群中深變質(zhì)巖屬前寒武紀。

研究表明，那拉提巖群花崗片麻巖的Nd模式年齡為1.9~2.7 Ga，εNd（t）值為-5.4~-14.1，Sr同位素初始比值為0.717 0，與之共生的基性巖類的Nd、Sr初始值為εNd（882 Ma）值為-3.7~-4.6，（87Sr/86Sr）882 Ma= 0.704 3~0.707 3[10]，說明花崗片麻巖不可能由基性巖類部分熔融形成，源區(qū)巖石可能是成熟的陸殼碎屑物質(zhì)，為古元古代那拉提巖群基底硅鋁質(zhì)重熔形成，可能存在更老的陸殼物質(zhì)混染。那拉提巖群中深變質(zhì)巖SHRIMP鋯石U-Pb年齡可能代表1.9~2.7 Ga古老地殼重熔產(chǎn)生的巖漿結(jié)晶年齡。全球主要大陸通過格倫維爾造山運動匯聚成一個Rodinia超大陸[16]，聚合形成于1 100～900 Ma，在860～570 Ma發(fā)生了裂解。本次獲得的（945.9±4.4）Ma、（924±9）Ma年齡值對應于Rodinia超大陸聚合期，為古元古代那拉提巖群基底硅鋁質(zhì)巖石重熔改造時代。拉爾敦達坂花崗片麻巖Sr-Nd同位素和元素地球化學特征具火山弧(VGA)和同碰撞(Syn-COLG)特點[17]，為Rodinia大陸聚合事件即格倫維爾造山運動在本區(qū)的反映。研究區(qū)北側(cè)下南華統(tǒng)庫魯鐵列克提組火山巖為碧玄巖、粗安巖、玄武粗安巖等陸內(nèi)裂谷火山巖組合，巖石地球化學特征具大陸堿性-拉斑（板內(nèi)）玄武巖特點。拉爾敦達坂片麻巖（604.2±7.7）Ma~（794.7±8.9）Ma的年齡值與該套裂谷火山巖SHRIMP鋯石U-Pb年齡（另文討論）均位于860~570 Ma，有可能是Ro?dinia超大陸裂解期的年代學記錄。天山早石炭世地層與下伏地層(包括前寒武紀結(jié)晶基底和前石炭紀褶皺基底)間存在廣泛的區(qū)域性不整合，不整合面上、下地層在變質(zhì)程度和變形樣式上存在很大差別，很可能是天山古生代洋盆閉合的表現(xiàn)[18-19]。整個天山地區(qū)后碰撞 (或后造山、A型)花崗巖、后碰撞火山-淺侵位巖漿巖、后碰撞裂谷火山巖系廣泛發(fā)育時代為早石炭世—二疊紀(350~250 Ma)[20-26]，間接證明了早石炭世時期天山及鄰區(qū)古生代洋盆已閉合、碰撞，并進入后碰撞伸展(裂谷)作用階段。有學者認為天山古洋盆的關閉可能發(fā)生在二疊紀晚期或三疊紀[8-9]，也有學者認為天山古洋盆的演化持續(xù)到石炭紀晚期[27-28]。

致謝：感謝匿名審稿專家對本文提出的寶貴意見！

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Zircon SHRIMP U-Pb Dating of Nalati Group in Western Tianshan and its Geological Significance

Liu Weiguo,Zhang Jiandong,Ban Jianyong,Tian Shaoting,Li Peng,Li Kaiqiang,He Guangqian
(No.1 Regional Geological Survey Team,Xinjiang Bureau of Geology and Mineral Exploration And Development,Urumqi,Xinjiang,830013,China)

Xinjiang Nalati tectonic belt of Western Tianshan Mountains in the original Silurian,According to the characteristics of deformation,metamorphic lithology combination,the fossils and isotopic dating results,Was divided into two parts:With Coral fossils of marble、volcanic clastic rocks Belong to Upper Silurian Bayinbuluke formationThe mesometamorphic rock without fossils belongs to the paleo Proterozoic Nalati rock group,zircon SHRIMP U-Pb Dating of biotite plagioclase gneiss in Aikendaban、banded gneiss in the South side of Beizhan iron ore results are(945.9±4.4)Ma、(924±9) Ma,Represents a Rodinia continental convergence event that Grenville orogeny reflecting in the area.

Xinjiang West Tianshan;Nalati Group;Zircon SHRIMP U-Pb dating;Grenville orogeny

1000-8845(2016)02-157-07

P597+.3

A

項目資助：中國地質(zhì)調(diào)查局國土資源大調(diào)查項目(12120113042300)資助

2015-04-13;

2015-05-05;作者E-mail：lwg8385@sina.com

劉崴國（1983-），男，新疆瑪納斯人，工程師，2006年畢業(yè)于長春工程學院資源勘查專業(yè)，從事區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查