仵康林,曹珍珍，張麗華

(1.山東省地質(zhì)科學(xué)研究院，國(guó)土資源部金礦成礦過(guò)程與資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東省金屬礦產(chǎn)成礦地質(zhì)過(guò)程與綜合利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 濟(jì)南 250013；2.中化地質(zhì)礦山總局山東地質(zhì)勘查院，山東 濟(jì)南 250013；3.山東省文化藝術(shù)學(xué)校地理教研室，山東 濟(jì)南 250013)

0 引言

研究區(qū)位于阿拉善北緣，前人曾對(duì)烏蘭敖包地區(qū)該套中酸性火山碎屑巖做過(guò)劃分和歸屬研究。1985年，原內(nèi)蒙地質(zhì)五院將其按噴出巖處理，并未確定其時(shí)代；1977年，內(nèi)蒙古冶金地質(zhì)勘探公司一隊(duì)把其劃入“石炭系上阿木山組”；1980年，《區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告》(1∶20萬(wàn)，海力素幅)中將其劃歸為“上石炭統(tǒng)阿木山組”；1982年，《區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告》(1∶20萬(wàn)，三道橋幅)，將其時(shí)代置于早二疊世[1]。由于自然條件及地質(zhì)復(fù)雜性等限制，導(dǎo)致研究區(qū)地質(zhì)研究程度較低，相關(guān)研究成果少，該套火山巖形成時(shí)代和地層歸屬一直存在分歧。

鋯石具有較強(qiáng)的抗風(fēng)化性和較高的熔點(diǎn)，可以保留單顆鋯石的形成過(guò)程以及區(qū)域巖漿事件等方面的年齡信息。因此激光剝蝕等離子體質(zhì)譜(LA-ICP-MS)鋯石U-Pb法是一種快速、低成本，高精度，可提供多種原位信息的分析方法[2]。通過(guò)鋯石U-Pb定年，精確地給出該地層的年齡對(duì)確定該套火山巖形成時(shí)代和地層歸屬是十分必要的。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

阿拉善北緣以雅干斷裂、恩格爾烏蘇斷裂及巴丹吉林?jǐn)嗔褳榻纾员毕蚰弦来蝿澐譃檠鸥蓸?gòu)造帶、珠斯楞-杭烏拉構(gòu)造帶、沙拉扎山構(gòu)造帶及諾爾公-狼山構(gòu)造帶[3]。雅干構(gòu)造帶主要發(fā)育以中奧陶世火山巖—碎屑巖為主的不成熟島弧建造及晚泥盆世至中石炭世火山巖—碎屑巖組合；珠斯楞-杭烏拉構(gòu)造帶主要發(fā)育早古生代被動(dòng)陸緣型碎屑巖—碳酸鹽巖建造及晚古生代活動(dòng)陸緣型火山巖—碎屑巖建造；沙拉扎山構(gòu)造帶主要由兩部分組成，北部晚古生代島弧花崗巖及南部以火山巖—碎屑巖為主的弧后盆地建造；諾爾公-狼山構(gòu)造帶主要出露前寒武紀(jì)基底巖系(包括阿拉善群和渣爾泰群)及加里東期、海西期侵入巖[3]。

采樣位置上位于烏拉特后旗海力素西南約10km的烏蘭敖包處，屬于研究區(qū)東部沙拉扎山構(gòu)造帶與諾爾公-狼山構(gòu)造帶接觸部位。地層自老至新主要有中元古代渣爾泰群、晚石炭—早二疊世阿木山組、上二疊統(tǒng)、白堊系及第四系。渣爾泰群巖性以片巖及片麻巖為主，夾少量千枚巖、炭質(zhì)板巖及結(jié)晶灰?guī)r?！鞍⒛旧浇M”均零星出露于研究區(qū)中北部，從區(qū)域資料看，自下而上可分為3個(gè)巖性段：下段主要為灰白色砂礫巖、粉砂質(zhì)泥巖；中段主要為碳酸鹽巖，下部以灰色亮晶灰?guī)r為主，局部灰?guī)r中含有砂屑，中部夾厚度不大的淺灰色中層狀長(zhǎng)石石英粗砂巖，上部為亮晶灰?guī)r，厚層狀構(gòu)造，塊狀結(jié)構(gòu)，為碳酸鹽臺(tái)地相沉積；上段巖性主要分為2個(gè)部分，下部以巖屑砂巖、長(zhǎng)石石英砂巖為主，夾有少量泥質(zhì)粉砂巖、薄層灰?guī)r，局部砂巖中含灰?guī)r透鏡體，砂巖成分以石英為主，長(zhǎng)石次之，分選中等，接觸式膠結(jié)為主，顆粒支撐[4]。上三疊統(tǒng)主要為紫紅色、灰色的礫巖、長(zhǎng)石礫巖，角度不整合于二疊系之上。白堊系為一套陸相河湖沉積，巖性主要為砂巖、礫巖及泥巖，夾少量火山巖，不整合于其下各地層單元之上?；◢徺|(zhì)巖主要零星出露中部和東南部，沿NE—SW方向展布，侵入時(shí)代主要為加里東期和海西期(圖1)。

Ⅰ—雅干構(gòu)造帶;Ⅱ—珠斯楞-杭烏拉構(gòu)造帶;Ⅲ—沙拉扎山構(gòu)造帶;Ⅳ—諾爾公-狼山構(gòu)造帶;F1—雅干斷裂;F2—恩格爾烏蘇斷裂;F3—巴丹吉林?jǐn)嗔?1—第四系;2—白堊系;3—上三疊統(tǒng);4—阿木山組;5—渣爾泰群;6—海西期侵入巖;7—加里東期侵入巖;8—區(qū)域斷層;9—不整合面;10—斷層及推覆方向;11—采樣位置圖1 研究區(qū)地質(zhì)背景略圖(據(jù)1∶20萬(wàn)地質(zhì)圖三道橋幅)

2 樣品采集及特征

該套地層零星分布在烏蘭敖包、伊斯敖包、敖郎而布格等地，面積約36km2，出露厚度約1600m。主要巖性有灰色、灰黃色、灰白色英安質(zhì)凝灰?guī)r、流紋質(zhì)凝灰熔巖、流紋質(zhì)角礫巖、安山玢巖、凝灰質(zhì)含礫砂巖、變質(zhì)砂巖、變質(zhì)粉砂巖。上界不清，下界不整合于上石炭統(tǒng)阿木山組之上，斷層接觸。該地層為一套中酸性火山碎屑巖、中酸性火山巖及成層良好并夾有海相灰?guī)r的砂礫巖、粉砂巖層組合，其沉積建造屬中酸性火山碎屑巖及中性火山巖建造夾淺海相碎屑巖建造。樣品(編號(hào)WL)采自該套火山碎屑巖中，巖性為流紋質(zhì)凝灰熔巖。用于分析的樣品均采自基巖露頭，樣品新鮮，采樣位置避開(kāi)了接觸帶、蝕變帶、斷裂破碎帶(采樣位置見(jiàn)圖1)。樣品具體巖石學(xué)特征如下：流紋質(zhì)巖屑晶屑凝灰熔巖，不均勻的塊狀構(gòu)造和顯微流動(dòng)構(gòu)造,凝灰熔巖結(jié)構(gòu)。巖石的物質(zhì)成分由火山碎屑物和熔巖兩部分組成。火山碎屑物有鉀長(zhǎng)石晶屑、酸性斜長(zhǎng)石晶屑、石英晶屑、巖屑等。鉀長(zhǎng)石晶屑形狀多呈熔蝕的不規(guī)則狀，少數(shù)為棱角狀，晶屑粒徑大小一般0.06～0.9mm。酸性斜長(zhǎng)石晶屑形狀多為熔蝕的不規(guī)則狀，少數(shù)為棱角狀或階梯狀，晶屑粒徑一般在0.1～0.5mm之間，個(gè)別可達(dá)0.85mm。石英晶屑形狀多呈熔蝕的不規(guī)則狀，晶屑粒徑在0.1～0.5mm之間，個(gè)別可達(dá)1.2mm。巖屑少量，薄片中見(jiàn)長(zhǎng)英質(zhì)變粒巖和細(xì)?；◢弾r屑數(shù)粒，形狀呈磨圓狀，粒徑在0.5～2mm之間。熔巖仍顯流動(dòng)構(gòu)造，但巖石中的玻璃均重結(jié)晶，呈隱晶狀或微晶狀，并常出現(xiàn)條帶狀、透鏡狀、團(tuán)塊狀小粒石英的聚晶體(圖2)。

a—流紋質(zhì)巖屑熔巖;b—流紋質(zhì)巖屑凝灰熔巖，流動(dòng)構(gòu)造，定向(正交偏光，×25)圖2 樣品標(biāo)本照片及顯微照片

3 測(cè)試方法及分析結(jié)果

3.1 測(cè)試方法

用于測(cè)年的鋯石由河北廊坊科大巖石礦物分選技術(shù)服務(wù)公司分選。具體流程為：將選取的6kg樣品粉碎至60目以下，先用磁選和重液方法粗選鋯石，然后在雙目鏡下將鋯石顆粒逐一挑出，共挑選鋯石顆粒200余粒。

鋯石的制靶、CL圖像采集及U-Pb同位素含量測(cè)定均在西北大學(xué)大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。在雙目鏡下手工選擇透明度高、色澤度好的鋯石，用環(huán)氧樹(shù)脂固定并拋光，使顆粒露出核部。樣品在測(cè)定之前，用體積3%的HNO3清洗樣品表面，以除去樣品表面的污染，然后進(jìn)行透射光和反射光照相，并在英國(guó)Gatan公司生產(chǎn)的Mono CL3+陰極發(fā)光裝置系統(tǒng)上進(jìn)行陰極發(fā)光(CL)照相。再根據(jù)照相結(jié)果選擇無(wú)裂紋、無(wú)包裹體的巖漿鋯石進(jìn)行LA-ICP-MS U-Pb測(cè)年分析。鋯石U-Pb定年的LA-ICP-MS使用激光剝離系統(tǒng)，詳細(xì)分析步驟和梳理數(shù)據(jù)處理方法參見(jiàn)參考文獻(xiàn)[5-7]。鋯石諧和圖用Isoplot 3.0程序獲得[8]。樣品分析過(guò)程中，91500標(biāo)樣的分析結(jié)果為(1064.1±3.2)Ma(n=16，2σ)，GJ-1標(biāo)樣的分析結(jié)果為(603.1±3.0)Ma(n=14，2σ)，與對(duì)應(yīng)的年齡推薦值(1062.4±0.6)Ma(2σ)和(608.53±0.37)Ma(2σ)，在誤差范圍內(nèi)完全一致[9-10]。

對(duì)于年輕鋯石(<1000Ma)由于235U的衰變比238U快6.3倍，放射成因的207Pb在地球早期歷史中更為豐富，而顯生宙以來(lái)207Pb生成率很低，同時(shí)顯生宙鋯石的207Pb計(jì)數(shù)速率低，造成207Pb測(cè)定的誤差較大，使得207Pb/206Pb和206Pb/235U比值可信度降低，故對(duì)于顯生宙的鋯石，一般采用206Pb/238U年齡代表巖石年齡更為可靠[11]，同時(shí)結(jié)合207Pb/206Pb來(lái)計(jì)算鋯石的諧和性，剔除207Pb/206Pb相對(duì)于206Pb/238U偏差大于10%的鋯石顆粒。另外，研究表明，如果普通鉛的含量占鋯石鉛的含量達(dá)到1%，會(huì)帶來(lái)很大的誤差，導(dǎo)致206Pb/238U年齡與其真實(shí)年齡相差數(shù)百個(gè)Ma。即使進(jìn)行普遍Pb校正，也具有很大的不確定性和條件限制，因此也剔除了普通鉛較高的鋯石年齡數(shù)據(jù)[12]。

3.2 分析結(jié)果

實(shí)驗(yàn)前測(cè)得Ar氣中202Hg的計(jì)數(shù)很低(<20cps)，與背景相當(dāng)，所以Ar氣中的204Hg對(duì)204Pb沒(méi)有干擾，實(shí)驗(yàn)所測(cè)得的204Pb代表了鋯石中的普通鉛含量。在樣品中去掉204Pb過(guò)高以及207Pb/206Pb相對(duì)于206Pb/238U年齡不諧和度大于10%的鋯石顆粒外，共在20粒鋯石上進(jìn)行了測(cè)定，分析數(shù)據(jù)見(jiàn)表1，樣品中鋯石的CL圖像顯示見(jiàn)圖3。

表1 烏蘭敖包地區(qū)流紋質(zhì)凝灰熔巖鋯石LA-ICP-MS U-Pb分析結(jié)果

從U-Pb年齡諧和曲線(圖5)可知，篩選后的17個(gè)206Pb/238U年齡范圍集中在263～248Ma之間，最大年齡誤差為6Ma。在諧和曲線圖206Pb/238U-206Pb/235U中，不一致曲線與諧和線交點(diǎn)為(253.8±3.3)Ma、MSWD=0.8；樣品206Pb/238U的加權(quán)平均年齡為(255.2±2.4)Ma、MSWD=0.68(95%的置信度)，兩者在誤差范圍內(nèi)完全一致。按照最新國(guó)際地質(zhì)年表中二疊紀(jì)的劃分方案，樣品形成時(shí)代屬于晚二疊世早期。

樣品中鋯石的CL圖像顯示(圖3)，鋯石顆粒多呈短柱狀，裂隙少，晶體自形成度較好。在巖漿鋯石中Th、U元素相對(duì)富集，含量較高，Th/U比值通常大于0.4。由測(cè)試結(jié)果可知(表1)，樣品中的鋯石U和Th含量分別為(94.10～940.1)×10-6、(76～921)×10-6，Th/U比值變化范圍為0.43～1.60，且Th、U含量呈現(xiàn)較好的正相關(guān)，Th/U平均值為0.76。同時(shí)Th、U元素的含量直接影響陰極發(fā)光圖像的強(qiáng)弱，陰極發(fā)光圖形顯示大部分鋯石具有典型巖漿巖鋯石的韻律環(huán)帶。上述特征表明這些鋯石主要為巖漿鋯石[13-14]。個(gè)別鋯石(如WL-12)無(wú)明顯環(huán)帶，并具有較低的U(87.61mg·g-1)、Th(68.72mg·g-1)含量，其較低的Th、U含量與變質(zhì)流體有關(guān)，這可能有由于在堿性環(huán)境，羥基出溶，增強(qiáng)了U、Th活動(dòng)性，雖然其具有較大的Th/U值(0.83)，這可能與鋯石結(jié)晶介質(zhì)含量低有關(guān)[11]，因此，該鋯石可能為變質(zhì)成因的，故也將其剔除。此外，WL-16、WL-19的207Pb/235U年齡為273Ma、277Ma與其他17個(gè)數(shù)據(jù)不協(xié)調(diào)，這可能是巖漿從外部帶入的早期結(jié)晶的鋯石(圖4)。

圖4 烏蘭敖包流紋質(zhì)凝灰熔巖鋯石年齡頻率分布直方圖

4 討論

郭碩結(jié)合植物化石鑒定結(jié)果以及上覆火山巖地層年代，確定烏蘭敖包地區(qū)原“阿木山組”沉積時(shí)代為273～265Ma，沙拉扎山地區(qū)的“阿木山組”上部的碎屑巖形成時(shí)代應(yīng)為早二疊世[15]。張少華認(rèn)為“阿木山組”的沉積時(shí)代為晚石炭世—早二疊世早期，其在北山地區(qū)和努爾蓋一帶稱為干泉組，二者均屬于跨時(shí)代異地不同名地層。銀額地區(qū)的阿木山組大面積出露于恩格爾烏蘇斷裂帶之南，恩格爾烏蘇斷裂以北原劃為“阿木山組”的巖層近年的地層工作認(rèn)為其可能并非晚石炭世—早二疊世沉積物。具體而言，烏登汗和烏哈西比地區(qū)原劃為“阿木山組”的巖層獲得了火山巖年齡為(389.1±2.9)Ma，屬于中泥盆統(tǒng)；珠斯楞地區(qū)的原“阿木山組”下段獲得火山巖年齡為(284.3±6.8)Ma，可能屬于埋汗哈達(dá)組。哈爾蘇海組的沉積時(shí)代為晚二疊世，銀額地區(qū)的哈爾蘇海組分布廣泛。在黑石山西側(cè)哈爾蘇海組的下巖性段可見(jiàn)中酸性火山巖與碎屑巖互層沉積，表明區(qū)域構(gòu)造環(huán)境不甚穩(wěn)定，在碎屑巖沉積的同時(shí)有火山活動(dòng)，噴發(fā)沉積了中酸性火山碎屑巖與熔巖。雅干地區(qū)哈爾蘇海組下段沉積于濱淺海環(huán)境，局部存在火山活動(dòng)，發(fā)育海相火山巖碎屑巖；上巖性以砂巖為主，夾又多層礫巖，反映了海陸交替的沉積環(huán)境[16]。

圖5 烏蘭敖包流紋質(zhì)凝灰熔巖鋯石U-Pb年齡諧和曲線和直方圖

通過(guò)研究表明該套火山巖不屬于原“阿木山組”，與哈爾蘇海組下段相當(dāng)。魏建設(shè)認(rèn)為額濟(jì)納旗及其鄰區(qū)二疊紀(jì)哈爾蘇海組烴源巖生烴潛力較大，該區(qū)具有良好的油氣勘探前景[17]。

5 結(jié)論

(1)通過(guò)鋯石U-Pb定年，獲得流紋質(zhì)凝灰熔巖的加權(quán)平均206Pb/238U年齡為255.2Ma，屬于晚二疊世早期。結(jié)合區(qū)域構(gòu)造演化等分析，認(rèn)為研究區(qū)可能在晚二疊世早期263～248Ma期間有一定規(guī)模的熔巖噴發(fā)活動(dòng)。

(2)在烏蘭敖包地區(qū)出露的早二疊世海相火山巖碎屑巖為晚二疊世早期沉積，不屬于原“阿木山組”，與銀-額盆地北部地區(qū)哈爾蘇海組地層層位相當(dāng)，可歸入哈爾蘇海組，初步推斷具有良好的油氣勘探前景。