李平，穆利修，王哲，屈濤，鳳駿（新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院，新疆烏魯木齊，830000）

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中天山巴倫臺地區(qū)白云母40Ar/39Ar年代學(xué)及對南天山洋盆閉合時(shí)限的約束

李平，穆利修，王哲，屈濤，鳳駿
（新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院，新疆烏魯木齊，830000）

摘要：對于南天山洋盆的閉合時(shí)限尚存不同主張，通過對中天山巴倫臺地區(qū)長城系星星峽巖群片麻巖中白云母開展高精度的Ar-Ar年代學(xué)研究，獲得坪年齡為（363.6±3.7）Ma(MSWD=0.63)，時(shí)代為晚泥盆世。該區(qū)下石炭統(tǒng)阿克沙克組底部發(fā)育一套雜色礫巖與下伏地層呈角度不整合接觸。結(jié)合中天山區(qū)域上普遍出現(xiàn)的下石炭統(tǒng)底部雜色礫巖與下伏地層呈區(qū)域性角度不整合關(guān)系，認(rèn)為雜色碎屑巖系中天山碰撞造山結(jié)束伸展拉張環(huán)境下形成的磨拉石建造，本次獲得的Ar-Ar年齡可能代表南天山洋盆的閉合時(shí)限，為探討中天山構(gòu)造演化提供了新證據(jù)。

關(guān)鍵詞：南天山洋盆;(40)Ar/(39)Ar年代學(xué);閉合時(shí)限;巴倫臺地區(qū);中天山

天山造山帶是夾持于北部西伯利亞板塊和南部塔里木板塊之間的古亞洲洋，具多旋回多樣式復(fù)雜造山演化歷史[1-3]。查明古天山洋的關(guān)閉時(shí)限，是該造山帶演化歷史的重要關(guān)鍵地質(zhì)問題之一，倍受地質(zhì)學(xué)家們關(guān)注[4-8]。南天山洋盆的閉合時(shí)限在地質(zhì)界一直存在泥盆紀(jì)晚期或石炭紀(jì)初期[9-12]、晚石炭世[13-15]、早二疊世[16]和晚二疊世[17-19]等不同認(rèn)識。40Ar/39Ar年代學(xué)是同位素地質(zhì)年代學(xué)中重要的兩個(gè)“金釘子”手段之一，廣泛應(yīng)用于重大地質(zhì)時(shí)間、地質(zhì)界線的精確定年，是確定地質(zhì)年代表的主要手段[20]。近年來隨著測試技術(shù)的不斷發(fā)展，40Ar/39Ar的精確度已得到很大的提高，達(dá)到甚至超過U-Pb法的精度，成為最精確的同位素定年手段之一[21]。本文通過對中天山巴倫臺地區(qū)長城系星星峽巖群片麻巖中白云母進(jìn)行精確的40Ar/39Ar年代學(xué)研究，以限定中天山巴倫臺地區(qū)最后一期構(gòu)造熱事件，為討論南天山洋盆閉合時(shí)限提供重要制約。

1　地質(zhì)背景

中天山作為天山造山帶重要組成部分，大地構(gòu)造演化一直倍受學(xué)者關(guān)注。以中天山南緣斷裂為界，南側(cè)主體為塔里木北部陸緣，其間發(fā)育的洋盆為南天山洋盆[14，22-23]。研究區(qū)位于中天山南緣斷裂北側(cè)的巴倫臺地區(qū)(圖1)，出露的主要地層由前寒武紀(jì)結(jié)晶基底組成，為長城系星星峽巖群的一套中深變質(zhì)巖，見少量發(fā)生變質(zhì)變形的志留系及未發(fā)生變質(zhì)變形的石炭系。其中下石炭統(tǒng)阿克沙克組發(fā)育一套由雜色礫巖、砂礫巖、粗砂巖組成的粗碎屑巖(圖2-a，b)，與該區(qū)下伏地層呈區(qū)域性角度不整合接觸，表明其沉積環(huán)境發(fā)生明顯改變，可能為一套碰撞造山后期的磨拉石建造。區(qū)內(nèi)侵入巖主要由大面積出露的不同類型花崗巖組成，侵入時(shí)代為奧陶紀(jì)、志留紀(jì)、泥盆紀(jì)、石炭紀(jì)及二疊紀(jì)，主要有(石英)閃長巖、花崗閃長巖、二長花崗巖及正長花崗巖等(圖1)。

2　樣品特征與分析方法

本次研究所采集的樣品位于巴倫臺鎮(zhèn)北東側(cè)，地理坐標(biāo)為：東經(jīng)86°35′54″;北緯42°52′52″，樣品編號為PM36。樣品野外定名為深灰色黑云母斜長片麻巖(圖2)，采樣層位為長城系星星峽巖群第二巖組。經(jīng)鑒定，樣品具變余花崗結(jié)構(gòu)，片麻狀構(gòu)造、塊狀構(gòu)造，主要由石英、更長石、黑云母、白云母及少量綠泥石組成(圖2-c)，其中更長石呈自形板狀和半自形粒狀，含量約占45%，粒度約1.5 mm×4 mm，表面有較多次生絹云母;長石間有片狀白云母和白云母，其中白云母約占10%，黑云母約占15%，局部被綠泥石(3%)交代;石英呈他形粒狀分布在長石間，含量約占25%，粒度1～3 mm，由于受構(gòu)造擠壓破碎影響具波狀消光(圖2-d)。

圖1　中天山巴倫臺地區(qū)地質(zhì)簡圖Fig.1 GeologicalsketchmapofBaluntaiareainCentral TianshanMountains（據(jù)1∶5萬、1∶20萬區(qū)域地質(zhì)圖修改）1.第四系;2.石炭系;3.下石炭統(tǒng)阿克沙克組;4.泥盆系;5.志留系;6.長城紀(jì)星星峽巖群; 7.閃長巖;8.石英閃長巖;9.花崗閃長巖;10.二長花崗巖;11.正長花崗巖; 12.蛇綠混雜巖;13.采樣位置?——冰達(dá)坂斷裂;?——那拉提北緣斷裂;?——南天山北緣斷裂

圖2　巴倫臺地區(qū)雜色礫巖野外特征及黑云母斜長片麻巖鏡下特征Fig.2 Characteristics of plagiogneiss and variegated conglomerate from Baluntai areaPl——斜長石;Qz——石英;Bi——黑云母;Ms——白云母

選純礦物(純度大于99%)用超聲波清洗，清洗后的樣品被封進(jìn)石英瓶送核反應(yīng)堆中接受中子照射。照射工作是在中國原子能科學(xué)研究院的“游泳池堆”中進(jìn)行，使用B4孔道，中子流密度約為2.65× 1013n cm-2s-1。照射總時(shí)間為1 441分鐘，積分中子通量為2.29×1018n cm-2。同期接受中子照射的還有用做監(jiān)控樣的標(biāo)準(zhǔn)樣:ZBH-25黑云母標(biāo)樣，其標(biāo)準(zhǔn)年齡為（132.7±1.2）Ma，K含量為7.6%。使用石墨爐將樣品分階段升溫加熱，每一個(gè)階段加熱30分鐘，凈化30分鐘。質(zhì)譜分析是在多接收稀有氣體質(zhì)譜儀Helix MC上進(jìn)行，每個(gè)峰值均采集20組數(shù)據(jù)。所有數(shù)據(jù)回歸到時(shí)間零點(diǎn)值后再進(jìn)行質(zhì)量歧視校正、大氣氬校正、空白校正和干擾元素同位素校正。中子照射過程中產(chǎn)生的干擾同位素校正系數(shù)通過分析照射過的K2SO4和CaF2獲得，其值為：(36Ar/37Aro)Ca=0.000 238 9，(40Ar/39Ar)K=0.004 782，(39Ar/37Aro)Ca=0.000 806。37Ar經(jīng)過放射性衰變校正;40K衰變常數(shù)λ＝5.543×10-10a-1;用ISOPLOT程序計(jì)算坪年齡及正、反等時(shí)線，坪年齡誤差以2σ給出。詳細(xì)實(shí)驗(yàn)流程見相關(guān)文獻(xiàn)[24-25]。

3　40Ar/39Ar年代學(xué)

對樣品PM36中白云母進(jìn)行Ar-Ar階段升溫測年分析可知(表1，圖3)，樣品的總氣體年齡(Total age)為362.5 Ma。其中840℃～ 1160℃中高溫階段組成一個(gè)年齡坪，坪年齡tp為（363.1±2.2）Ma(MSWD=0.15)，對應(yīng)了98.2%的39Ar釋放量。相應(yīng)的36Ar-40Ar/39Ar-40Ar等時(shí)線年齡ti為（363.6±3.7）Ma (MSWD=0.63)，40Ar/36Ar初始比值287±18，與尼爾值(295.5)較接近，表明絹云母樣品中無大量過剩氬存在。因此，（363.1±2.2）Ma的坪年齡解釋為白云母的形成年齡。

4　討論

夏林祈等據(jù)對石炭紀(jì)火山巖及地層中不整合界面的研究，認(rèn)為該洋盆是在泥盆紀(jì)晚期或石炭紀(jì)初期關(guān)閉的[9]，王京彬和徐新也持類似的觀點(diǎn)[10]。陳義兵等對巴倫臺地區(qū)變形花崗巖進(jìn)行年代學(xué)研究，其變質(zhì)增生鋯石邊年齡為（362.1±4.3）Ma，精確限定中天山南緣洋盆閉合與碰撞造山作用的時(shí)代為晚泥盆世末期[11]。李錦軼等認(rèn)為天山及以北地區(qū)海相沉積環(huán)境持續(xù)到石炭紀(jì)末，提出天山古洋盆的關(guān)閉發(fā)生在石炭紀(jì)晚期[26]。高俊等認(rèn)為我國境內(nèi)南天山造山帶西段(塔里木與伊犁-中天山地塊)的碰撞起始時(shí)間在早石炭世(345 Ma)，結(jié)束時(shí)間為石炭紀(jì)末(300 Ma)[14]。郭瑞清等對塔里木北緣志留紀(jì)花崗巖研究認(rèn)為南天山洋存在雙向俯沖，一直延續(xù)到早石炭世，直至晚石炭世閉合[15]。張立飛等對哈爾克山北坡高壓變質(zhì)巖的年代學(xué)研究[18]，茍龍龍等對西南天山木扎爾特河一帶低壓泥質(zhì)麻粒巖年代學(xué)研究，均認(rèn)為天山古洋盆的關(guān)閉可能發(fā)生在二疊紀(jì)晚期或晚二疊世之后[19]。李曰俊等對哈爾克山南坡硅質(zhì)巖中微體化石研究，認(rèn)為天山前身古洋盆的演化可能持續(xù)到二疊紀(jì)晚期或三疊紀(jì)[17]。田亞洲等對古洛溝蛇綠巖北部布魯斯臺輝長巖研究認(rèn)為，南天山洋盆閉合時(shí)間可能為早二疊世[16]。由此看來，關(guān)于南天山洋盆閉合的時(shí)限仍存在泥盆紀(jì)晚期或石炭紀(jì)初期、晚石炭世、早二疊世和晚二疊世等不同的認(rèn)識[9-19]，嚴(yán)重制約了中天山構(gòu)造演化的探討。

表1　黑云斜長片麻巖(PM36)中白云母40Ar/39Ar測年結(jié)果Table 140Ar/39Ar data for muscovite of plagiogneiss(PM36)

本次對巴倫臺地區(qū)長城系星星峽巖群變質(zhì)巖中白云母進(jìn)行40Ar/39Ar年代學(xué)研究，獲得坪年齡為（363.1±2.2）Ma，其時(shí)代為晚泥盆世末期，可能代表了中天山造山結(jié)束的時(shí)間，即南天山洋盆的閉合時(shí)限。在該地區(qū)下石炭統(tǒng)阿克沙克組第一巖性段底部發(fā)育一套雜色礫巖(圖2-c，d)，與下伏地層及巖體呈角度不整合接觸。中天山莫托薩拉地區(qū)下石炭統(tǒng)馬鞍橋組底部發(fā)育一套巨礫巖、礫巖、砂礫巖和砂巖，據(jù)其沉積特征認(rèn)為，該套礫巖為碰撞造山階段中—晚期后陸拉伸的地質(zhì)記錄，標(biāo)志著早石炭世天山古生代洋盆閉合后，天山造山帶已處于陸內(nèi)造山體制[9,27]。從區(qū)域上看，在南天山哈爾克山、虎拉山等地下石炭統(tǒng)野云溝組與下伏古生代地層呈區(qū)域性角度不整合接觸，表明南緣洋盆在早石炭世中晚期已進(jìn)入殘余洋盆演化階段[22]。綜合上述特征分析，認(rèn)為本次研究獲得的巴倫臺地區(qū)Ar-Ar同位素年齡可能代表南天山洋盆的閉合時(shí)限，為討論中天山構(gòu)造演化提供了重要依據(jù)。

圖3　黑云斜長片麻巖(PM36)中白云母40Ar/39Ar坪年齡及等時(shí)線年齡Fig.340Ar/39Ar plateau age and isochron age for muscovite of plagiogneiss(PM36)

5　結(jié)論

通過對中天山巴倫臺地區(qū)黑云斜長片麻巖中白云母40Ar/39Ar年代學(xué)研究，獲得坪年齡為（363.1±2.2）Ma(MSWD=0.15)。結(jié)合該地區(qū)下石炭統(tǒng)阿克沙克組底部發(fā)育一套不整合雜色礫巖及區(qū)域上普遍存在的早石炭世底部的磨拉石建造，認(rèn)為該年齡可能反映中天山造山結(jié)束的上限，即代表南天山洋盆的閉合時(shí)限。

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40Ar/39Ar Geochronology of Muscovite from Baluntai Area in Central Tianshan Mountains and Its Constraints on the Closure of the South Tianshan Ocean Basin

Li Ping,Mu Lixiu,Wang Zhe,Qu Tao,Feng Jun
（GeologicalSurveyAcademyofXinjiang,Urumqi,Xinjiang,830011,China）

Abstract:There are different opinions on the closure time of the South Tianshan ocean basin.We have a research of Ar-Ar high accuracy chronology of muscovite,which is collected from gneiss in Changcheng system Xingxingxia Group of Baluntai area,Central Tianshan Mountains,and obtain its plateau age is（363.6±3.7）Ma (MSWD=0.63),age of late Devonian.At the same time,the lower Carboniferous Akeshake formation development of a variegated conglomerate on the bottom unconformably overly on it.Combined the region generally development of the variegated conglomerate in lower Carboniferous system and regionally angular unconformity with underlying strata in Central Tianshan region,we consider variegated clastic rocks are molasse formation which formed in stretching environment at the end of Tianshan orogenic.The Ar-Ar age we got maybe represent the closure time of the South Tianshan oceanic basin,which provides new evidence to explore the tectonic evolution of central Tianshan Mountains.

Key words:South Tianshan ocean basin;(40)Ar/(39)Ar geochronology;Closure time;Baluntai area;Central Tianshan Moun tains

作者簡介:第一李平(1987-)，男，新疆烏蘇人，工程師，碩士，2014年畢業(yè)于新疆大學(xué)巖石學(xué)、礦物學(xué)、礦床學(xué)專業(yè)，從事區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查工作

收稿日期:2015-08-05;

修訂日期:2015-10-30;作者E-mail:liping3731@163.com

中圖分類號:P578.959

文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

文章編號：1000-8845(2016)01-030-04

項(xiàng)目資助：地質(zhì)大調(diào)查項(xiàng)目“新疆巴倫臺1:5萬K45E006010、K45E007010、K45E007011、K45E008010、K45E008011五幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查”(1212011140058)項(xiàng)目資助