李王鵬，王 毅，李慧莉，張仲培，劉少峰，楊偉利，蔡習(xí)堯，聶海寬，錢 濤，李曉劍

(1.中國石油化工股份有限公司 石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083；2.中國地質(zhì)大學(xué)(北京)地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京 100083；3.中國地質(zhì)科學(xué)院 地質(zhì)力學(xué)研究所，北京 100081；4.東華理工大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，江西 南昌 330013)

0 引 言

塔里木地塊新元古界埋藏較深，鉆遇南華系—震旦系的井位非常少，深部層系地震成像品質(zhì)較差，同時(shí)新元古界本身缺乏可進(jìn)行有效對比的古生物化石。因此，塔里木地塊新元古界劃分與對比關(guān)系不清，地層格架模糊，并直接導(dǎo)致后續(xù)深入研究無法進(jìn)行。然而，塔里木地塊周緣出露新元古界地層，并且發(fā)育典型的冰磧巖層，它代表的新元古代冰期事件在全球范圍內(nèi)具有等時(shí)性，有助于地層劃分與對比。

塔里木地塊東北緣庫魯克塔格地區(qū)出露全球唯一連續(xù)發(fā)育4套新元古代冰磧巖層和5套火山巖層的剖面，該剖面可作為塔里木地塊周緣新元古界的對比依據(jù)，能夠?yàn)楹笃诮⒌貕K內(nèi)部地層格架提供幫助。由于庫魯克塔格地區(qū)新元古界連續(xù)發(fā)育5套火山巖，用于限定該地區(qū)4套冰磧巖(由下至上劃分為：貝義西組冰磧巖、阿勒通溝組冰磧巖、特瑞愛肯組冰磧巖和漢格爾喬克組冰磧巖)沉積年齡的年代學(xué)數(shù)據(jù)較豐富[1-5]。塔里木地塊西北緣阿克蘇地區(qū)南華系剖面由下至上出露巧恩布拉克組和尤爾美那克組兩套新元古代冰磧巖，僅在上覆震旦系蘇蓋特布拉克組中發(fā)育新元古代玄武巖層。近年在上述玄武巖層中獲得(783±2)Ma和(615±5)Ma的鋯石U-Pb年齡[6-7]，其中(783±2)Ma的年齡比底部阿克蘇群和下伏南華系的最大沉積年齡還大，很可能不是結(jié)晶年齡；而是捕獲鋯石的年齡。而另一年輕年齡數(shù)據(jù)(615±5 Ma)不存在這一問題。因此，(615±5)Ma這一年齡可代表玄武巖層的結(jié)晶年齡，可限定尤爾美那克組冰磧巖沉積時(shí)代的上限年齡，已報(bào)道該組的最大沉積年齡為(729±7)Ma[8]和(727±8)Ma[9]。下伏的巧恩布拉克組冰磧巖獲得了(769±10)Ma[9]和(781±15)Ma[4]兩個(gè)較大的最大沉積年齡。由于阿克蘇地區(qū)新元古代冰磧巖上、下層位缺乏火山巖層，已有的碎屑鋯石年代學(xué)數(shù)據(jù)較少，導(dǎo)致研究區(qū)新元古代冰磧巖已獲得的沉積時(shí)代年齡范圍較大，在與國際上、華南地區(qū)甚至塔里木地塊內(nèi)部新元古代冰磧巖研究程度最高的庫魯克塔格地區(qū)對比時(shí)存在不確定性和多解性。因此，獲得可靠的新元古代冰磧巖沉積的起止時(shí)間，對提高其沉積時(shí)代年齡范圍的精度意義重大。

本研究將為塔里木地塊周緣新元古代地層劃分與對比提供事件地層、絕對年齡和化學(xué)地層等證據(jù)，有利于建立地塊周緣新元古代地層格架，同時(shí)為后期建立地塊內(nèi)部新元古代地層格架提供科學(xué)依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

研究區(qū)位于塔里木地塊西北緣(圖1)，根據(jù)構(gòu)造演化和地層特征，可將區(qū)內(nèi)前寒武紀(jì)地層分為變質(zhì)基底和沉積蓋層，變質(zhì)基底為阿克蘇群，主要由強(qiáng)片理化的基性藍(lán)片巖、長英質(zhì)藍(lán)片巖、泥質(zhì)白云母片巖和含有迪爾閃石的變質(zhì)磁鐵石英巖4套巖石組合組成，并且還發(fā)育一些低溫高壓變質(zhì)礦物，如迪爾閃石、黑柱石等[10-11]。沉積蓋層為南華系和震旦系，由下至上南華系被劃分為西方山組、巧恩布拉克組、牧羊?yàn)┙M、冬屋組和尤爾美那克組(圖2(a))，震旦系被劃分為蘇蓋特布拉克組和奇格布拉克組，寒武系玉爾吐斯組含磷地層平行不整于震旦系之上[12]。

西方山組主要由灰綠色不同粒度的厚-薄層長石石英砂巖、巖屑長石砂巖和長石砂巖組成，含有粉砂巖和鈣質(zhì)粉砂巖夾層，屬典型的深水碎屑流沉積，具復(fù)理石韻律和遞變層理，韻律層厚度變化大，野外露頭剖面未見底，未觀察到與下伏巖層的直接接觸關(guān)系。巧恩布拉克組以發(fā)育灰綠色冰磧巖為標(biāo)志，與下伏西方山組呈角度不整合接觸(圖3(a))，冰磧巖層整體呈灰綠色，發(fā)育粉砂巖或泥巖夾層，礫石分布不均，分選差，磨圓度相差懸殊，存在混亂堆積，且成分復(fù)雜，包括花崗巖(圖3(b))、安山巖、變質(zhì)火山巖、石英砂巖等，礫石大小一般為1～10 cm，部分可達(dá)20～30 cm?；|(zhì)包含灰綠色碎屑長石砂巖、泥質(zhì)粉砂巖和粉砂質(zhì)泥巖，存在部分泥質(zhì)的混亂堆積，雜礫巖中可見墜石(圖3(c))、凍裂紋(圖3(d))、冰川擦痕和滑塌構(gòu)造等現(xiàn)象。牧羊?yàn)┙M整體上為紫紅色大段厚層的鈣質(zhì)砂巖，向上粒度變粗，可見薄層的粉砂巖夾層，水平層理較發(fā)育，屬深水碎屑流沉積，形成于水下扇邊緣。冬屋組平行不整合于牧羊?yàn)┙M之上，主要由厚層狀含礫砂巖和砂礫巖組成，礫石成分單一，磨圓較好，礫徑約1 cm，組內(nèi)發(fā)育少量細(xì)砂巖和粉砂巖薄夾層，存在粒序遞變層理，形成于海下扇。尤爾美那克組與下伏冬屋組呈角度不整合接觸(圖3(e))，主要為一套紫紅色冰磧礫巖、砂巖及綠色粉砂質(zhì)板巖所組成的巖石序列。冰磧巖厚度在不同地區(qū)變化大，可從大于80 m迅速尖滅為0 m。冰磧巖礫石無分選，排列無序，大小不一，礫徑1～40 cm不等，整體大于巧恩布拉克組冰磧巖礫石，形狀從棱角狀至次圓狀都有，礫石成分主要包括礫巖斷塊(圖3(f))、砂巖、粉砂巖和阿克蘇藍(lán)片巖(圖3(g))等。雜礫巖中發(fā)育明顯的冰川擦痕(圖3(h))、墜石、壓坑和混亂堆積等現(xiàn)象，基質(zhì)成分以泥質(zhì)和粉砂質(zhì)為主。尤爾美那克組冰磧巖下伏基巖可觀察到冰溜面，冰成雜礫巖相在整個(gè)層序中厚度占比極高，分布面積較窄，與海洋冰川沉積環(huán)境明顯不同，被認(rèn)為是陸地冰川活動的產(chǎn)物[13]。2015年，Wen等[14]在烏什縣南部約40 km處新發(fā)現(xiàn)了一套尤爾美那克冰磧巖與蓋帽白云巖的巖石組合序列，該發(fā)現(xiàn)填補(bǔ)了與上覆地層震旦系蘇蓋特布拉克組之間的地層沉積間斷。

蘇蓋特布拉克組角度不整合于巧恩布拉克組、整合或平行不整合于尤爾美那克組之上，整合或平行不整合于奇格布拉克組之下，為一套以磚紅色為主的復(fù)礦砂巖、泥巖，夾玄武巖及灰綠色、灰白色砂巖及石英砂巖夾層，上部夾多層灰?guī)r所組成的地層序列。奇格布拉克組整合或平行不整合于蘇蓋特布拉克組之上，平行不整合于寒武系玉爾吐斯組含磷巖系之下，為一套以碳酸鹽巖為主，偶夾砂巖、粉砂巖巖石序列，該組頂?shù)壮Ｒ蕴妓猁}巖的大量出現(xiàn)和消失為分界，層位較穩(wěn)定。奇格布拉克組和蘇蓋特布拉克組上段碳同位素組成總體以正δ13C值為主，并且在奇格布拉克組下部出現(xiàn)了一個(gè)明顯的δ13C正漂移；在寒武系與奇格布拉克組之間、蘇蓋特布拉克組上段頂部及底部等3個(gè)層位出現(xiàn)了3個(gè)δ13C負(fù)漂移[15-16](圖2(b))。

2 樣品與實(shí)驗(yàn)方法

本次研究基于區(qū)域地質(zhì)調(diào)查、前人研究成果及常規(guī)沉積學(xué)方法識別冰磧巖層，并對尤爾美那克剖面(剖面位置見圖1)南華系—震旦系露頭開展詳細(xì)觀測及系統(tǒng)采樣，樣品巖性以冰磧巖、砂巖、粉砂巖為主。

目前，對于發(fā)育火山巖的冰磧巖剖面，可利用鋯石U-Pb定年法測定冰磧巖上、下火山巖的時(shí)代以限定冰期時(shí)代[3, 17]；如果冰磧巖上、下層位缺乏足夠的可以直接限定冰期時(shí)代的火山巖，可利用冰磧巖中沉積巖的碎屑鋯石U-Pb 年齡限定冰磧巖沉積時(shí)代的下限，推測冰期的發(fā)育時(shí)期[5]。

化學(xué)蝕變指數(shù)(chemical index of alteration，CIA)最早由Nesbitt和Young[18]提出，隨著CIA研究的不斷深入，CIA被引入到冰川成因、非冰川成因地層的識別[19-22]以及古氣候的研究[23-24]，該方法已經(jīng)成為識別新元古代冰期沉積及異常寒冷氣候事件的重要手段。

2.1 同位素年代學(xué)

所采樣品在南京宏創(chuàng)地質(zhì)勘查技術(shù)服務(wù)有限公司經(jīng)常規(guī)方法粉碎至80～100目，并經(jīng)淘洗、電磁選、酒精精淘進(jìn)行分選，在雙目鏡下挑選出鋯石顆粒制作樣品靶，并進(jìn)行鋯石顯微鏡照相(透射光和反射光)、陰極發(fā)光(CL)圖片研究及LA-ICP-MS分析。陰極發(fā)光采用TESCAN MIRA3場發(fā)射掃描電鏡和TESCAN公司陰極發(fā)光探頭進(jìn)行鋯石內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析研究。測試點(diǎn)的選取首先根據(jù)鋯石的反射光和透射光顯微照片進(jìn)行初選，再與CL圖片反復(fù)對比，力求避開內(nèi)部裂隙和包裹體，以期獲得較準(zhǔn)確的年齡信息。

LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素定年分析實(shí)驗(yàn)在中國冶金地質(zhì)總局山東局測試中心完成。LA-ICP-MS激光剝蝕系統(tǒng)為美國Conherent公司生產(chǎn)的GeoLasPro 193 nm ArF 準(zhǔn)分子系統(tǒng)，ICP-MS型號為ThermoFisher公司生產(chǎn)的i CAP Q。激光剝蝕采樣過程以氦氣作為載氣，氮?dú)鉃檩o助氣。分析采用激光器波長為193 nm，束斑直徑為30 μm，頻率為10 Hz、能量密度約為10 J/cm2。未知樣品測試時(shí)采樣方式為單點(diǎn)剝蝕、跳峰采集；單點(diǎn)采集時(shí)間模式為：25 s氣體空白+60 s樣品剝蝕+25 s沖洗；每10個(gè)未知樣品點(diǎn)插入一組標(biāo)樣(鋯石標(biāo)樣和成分標(biāo)樣)。采用Plesovice(年齡為337±0.37 Ma[25])和GJ-1標(biāo)準(zhǔn)鋯石(TIMS獲得諧和年齡為600±5 Ma[26])作為外標(biāo)進(jìn)行基體校正；成分標(biāo)樣采用NIST SRM 610，其中29Si作為內(nèi)標(biāo)元素。樣品的同位素比值及元素含量計(jì)算采用ICPMSDATACAL數(shù)據(jù)處理程序，普通鉛校正采用Anderson[27]提出的ComPbCorr#3.17校正程序，U-Pb諧和圖、年齡分布頻率圖繪制和年齡權(quán)重平均計(jì)算采用Isoplot/Ex_ver 3程序完成[28]。在討論中，年齡<1 000 Ma的鋯石采用206Pb/238U年齡，年齡>1 000 Ma的鋯石則采用207Pb/206Pb年齡。本文的碎屑鋯石年齡選擇諧和度>90%的數(shù)據(jù)。

2.2 化學(xué)蝕變指數(shù)

首先，對樣品進(jìn)行預(yù)處理，將冰期形成的冰磧巖進(jìn)行粗碎，挑去礫石后過2 mm篩，選取基質(zhì)部分；對于砂巖、粉砂巖等間冰期及冰期前后形成的巖石直接均勻選取新鮮樣品。用去離子水清洗樣品后，研磨為200目的粉末樣品待巖石地球化學(xué)實(shí)驗(yàn)使用。主量元素在北京科薈測試技術(shù)有限公司完成，主要實(shí)驗(yàn)步驟為：(1)所有樣品清洗后研磨至200目以下在烘箱中烘干；(2)稱取1 g樣品放入坩堝中在1 000 ℃的高溫爐中烘烤1 h求得燒失量；(3)準(zhǔn)確稱取5.85 g硼酸鋰、偏硼酸鋰和氟化鋰混合溶劑和0.65 g樣品，放入鉑金坩堝中攪拌均勻；(4)加入2～3滴飽和溴化銨在高頻熔樣機(jī)中熔樣，制備成均勻的玻璃片，在島津XRF-1800型X射線熒光光譜儀上進(jìn)行主量成分測試，測試精度優(yōu)于5%。

Wedepohl[29]認(rèn)為單位體積上地殼平均礦物百分含量中，石英占21%、斜長石占41%、鉀長石占21%。由于石英在表生狀態(tài)下化學(xué)性質(zhì)極為穩(wěn)定，因此上地殼物質(zhì)風(fēng)化過程中，主要發(fā)生長石的分解、轉(zhuǎn)化，Na+、K+和Ca2+等堿金屬離子隨地表流體大量流失并導(dǎo)致長石最終轉(zhuǎn)變?yōu)橐愿邘X石、蒙脫石及伊利石為主的黏土礦物，故而風(fēng)化產(chǎn)物中的Al2O3物質(zhì)的量比隨化學(xué)風(fēng)化強(qiáng)度的增強(qiáng)而升高?；谠摾碚摶A(chǔ)，Nesbitt和Young[18]提出了CIA指數(shù)概念，計(jì)算公式為：

(1)

式中：主要成分均以物質(zhì)的量比表示；CaO*只包括硅酸鹽中的CaO，即全巖中的CaO扣除掉化學(xué)沉積CaO的物質(zhì)的量比。

在新元古代沉積巖已十分發(fā)育并廣泛分布，因此沉積再循環(huán)作用對于物源成分的影響不容忽略。沉積再循環(huán)作用改變了物源成分，使得原巖成分中的黏土礦物的含量增加[29]。因此，在計(jì)算CIA指數(shù)前，需要計(jì)算另一個(gè)化學(xué)指數(shù)——成分變異指數(shù)(ICV，index of compositional variability)以挑選合適樣品進(jìn)行CIA指數(shù)分析。ICV指數(shù)主要用來衡量沉積物質(zhì)的再循環(huán)，ICV指數(shù)>1表明該樣品黏土礦物含量少，屬構(gòu)造活動地帶首次沉積；ICV指數(shù)<1則表明樣品含有相對較高的黏土礦物，可能是經(jīng)歷了再沉積的產(chǎn)物或者是強(qiáng)化學(xué)風(fēng)化環(huán)境的首次沉積物[30]。因此，要盡量選取ICV指數(shù)>1的樣品進(jìn)行分析。ICV指數(shù)計(jì)算公式為[31]：

ICV=[n(Fe2O3)+n(K2O*)+n(Na2O)+n(CaO*)+

n(MgO)+n(MnO)+n(TiO2)]/n(Al2O3)

(2)

式中：主要成分為物質(zhì)的量比，CaO*仍指硅酸巖中的CaO，K2O*為經(jīng)過鉀化校正的K2O初始值。前寒武紀(jì)碎屑巖鉀化現(xiàn)象普遍發(fā)育，鉀化改變了原巖成分，所以要扣除加入的K2O，n(K2O)初始=n(K2O)測試-n(K2O)加入，對于這種鉀交代作用，Panahi等[30]給出了計(jì)算多余K2O的公式：

n(K2O)加入=[m×A+m×(C+N)]/(1-m)

(3)

式中：m=K/(A+C+N+K)，A、C、N、K分別代表Al2O3、CaO*、Na2O、K2O的物質(zhì)的量比。

3 結(jié) 果

3.1 冰磧巖沉積時(shí)代

剖面中S17Y308、S17Y301和S17Y309三個(gè)樣品的碎屑鋯石典型CL圖像如圖4所示，U-Pb年代學(xué)數(shù)據(jù)見表1—表3。

表1 巧恩布拉克組粉砂巖(樣品S17Y308)碎屑鋯石U-Pb年齡測定結(jié)果

表2 尤爾美那克組砂巖(樣品S17Y301)碎屑鋯石U-Pb年齡測定結(jié)果

表3 尤爾美那克組砂巖(樣品S17Y309)碎屑鋯石U-Pb年齡測定結(jié)果

樣品S17Y308采集于巧恩布拉克組冰磧巖層中的粉砂巖夾層，其碎屑鋯石在透射光下呈黃白色，在陰極發(fā)光下呈現(xiàn)自形到半自形，少部分呈現(xiàn)圓形，粒徑大小介于50～100 μm之間，個(gè)別長柱形鋯石粒徑可到130～150 μm。大部分鋯石在陰極發(fā)光下可以觀察到明顯的環(huán)帶或明暗相間的結(jié)構(gòu)，少部分鋯石內(nèi)部可見小晶核或溶蝕現(xiàn)象(圖4)。樣品S17Y308碎屑鋯石Th/U比值絕大多數(shù)都大于0.4，說明大部分鋯石屬于典型的巖漿成因鋯石，其年齡可以代表鋯石結(jié)晶的時(shí)代。在105顆鋯石上分析打點(diǎn)獲得105組數(shù)據(jù)，85組數(shù)據(jù)諧和度>90%，投影在諧和年齡圖上，并對碎屑鋯石年齡進(jìn)行頻譜分析可知，碎屑鋯石年齡范圍為719～976 Ma，年齡全部<1 000 Ma，屬于新元古代(圖5(a)和(b))。年齡頻譜具有2個(gè)明顯峰值，分別為885 Ma和737 Ma，885 Ma峰值年齡可能與新元古代早期發(fā)生在塔里木地塊西北緣俯沖環(huán)境下的弧巖漿巖相關(guān)[32-33]，737 Ma峰值年齡與885 Ma峰值年齡當(dāng)時(shí)的構(gòu)造環(huán)境具有明顯差異，尚未報(bào)道明確的物源區(qū)，存在多解性。上述較年輕的年齡譜峰值(737 Ma)范圍內(nèi)最小年齡為(719±10)Ma，該年齡可作為該樣品的最大沉積年齡，限定其沉積時(shí)代下限。因此，巧恩布拉克組冰磧巖的沉積年齡小于(719±10)Ma，巧恩布拉克冰期事件的起始時(shí)代不會早于(719±10)Ma。

樣品S17Y301采集于尤爾美那克組冰磧巖層底部的砂巖，其碎屑鋯石在透射光下呈黃白色，在陰極發(fā)光下呈現(xiàn)自形到半自形，少部分呈現(xiàn)圓形，粒徑總體大于巧恩布拉克組樣品，大小介于80～220 μm之間。大部分鋯石在陰極發(fā)光下可以觀察到明顯的環(huán)帶或明暗相間的結(jié)構(gòu)，少部分鋯石內(nèi)部可見小晶核、溶蝕現(xiàn)象或顏色偏暗(圖4)。樣品S17Y301碎屑鋯石Th/U比值絕大多數(shù)都大于0.4，說明大部分鋯石屬于典型的巖漿成因鋯石，其年齡可以代表鋯石結(jié)晶的時(shí)代。在99顆鋯石上分析打點(diǎn)獲得99組數(shù)據(jù)，97組數(shù)據(jù)諧和度>90%，投影在諧和年齡圖上，并對碎屑鋯石年齡進(jìn)行頻譜分析可知，碎屑鋯石年齡范圍為686～2 280 Ma。年齡頻譜具有4個(gè)年齡峰值，分別為690 Ma、780 Ma(次級峰值)、822 Ma和1 881 Ma(圖5(c)和(d))。上述年齡譜峰值范圍內(nèi)最小年齡為(686±10)Ma，該年齡可作為該樣品的最大沉積年齡，限定其沉積時(shí)代下限。因此，尤爾美那克組冰磧巖的沉積年齡小于(686±10)Ma，尤爾美那克冰期事件的起始時(shí)代不會早于(686±10)Ma。

樣品S17Y309采集于尤爾美那克組冰磧巖層中砂巖夾層，其碎屑鋯石在透射光下呈黃白色，在陰極發(fā)光下呈現(xiàn)自形到半自形，粒徑總體小于樣品S17Y301，粒徑介于40～100 μm之間，部分粒徑<50 μm的鋯石多呈現(xiàn)圓形，個(gè)別長柱形鋯石粒徑可達(dá)150 μm，少部分鋯石內(nèi)部可見小晶核或溶蝕現(xiàn)象(圖4)。樣品S17Y309碎屑鋯石Th/U比值絕大多數(shù)都大于0.4，說明大部分鋯石屬于典型的巖漿成因鋯石，其年齡可以代表鋯石結(jié)晶的時(shí)代。在109顆鋯石上分析打點(diǎn)獲得109組數(shù)據(jù)，103組數(shù)據(jù)諧和度>90%，投影在諧和年齡圖上，并對碎屑鋯石年齡進(jìn)行頻譜分析可知，碎屑鋯石年齡范圍為685～2 733 Ma。年齡頻譜具有5個(gè)年齡峰值，分別為685 Ma、734 Ma(次級峰值)、798 Ma(次級峰值)、847 Ma和1 920 Ma(圖5(e)和(f))。在樣品S17Y309和S17Y301中，685～734 Ma峰值年齡物源可能來自塔里木地塊的中央隆起帶[34-35]，也可能隱伏在地塊西北部；780～847 Ma峰值年齡可能與塔里木地塊西北緣俯沖弧巖漿巖相關(guān)[32-33]；元古代巖漿活動在塔里木地塊廣泛發(fā)育，1 881 Ma和1 920 Ma峰值年齡的鋯石物源可能來自塔里木地塊古老基底。另外，還有少部分鋯石年齡為2 261～2 402 Ma(5個(gè))和2 589～2 733 Ma(3個(gè))。上述年齡譜峰值范圍內(nèi)最小年齡為(684±11)Ma，該年齡可作為該樣品的最大沉積年齡，限定其沉積時(shí)代下限。因此，尤爾美那克組冰磧巖的沉積年齡小于(685±11)Ma，尤爾美那克冰期事件的起始時(shí)代不會早于(685±11)Ma。綜合樣品S17Y301和S17Y309的數(shù)據(jù)，尤爾美那克組冰磧巖的沉積年齡小于(685±11)Ma，尤爾美那克冰期事件的起始時(shí)代晚于(685±11)Ma。

3.2 化學(xué)風(fēng)化與氣候特征

本次51件樣品的主量元素、CIA和ICV計(jì)算結(jié)果見表4，CIA指數(shù)投影于圖2(c)。表4的結(jié)果顯示，本次樣品的ICV指數(shù)皆>1，說明主要層段樣品均為構(gòu)造活動地帶的首次沉積，未經(jīng)受過沉積再循環(huán)作用，其CIA指數(shù)計(jì)算結(jié)果可信。西方山組上部5個(gè)樣品的CIA值介于56～67之間，層序由下向上至巧恩布拉克組底部具有總體變小的趨勢，顯示氣候逐漸變冷干燥。巧恩布拉克組的CIA值為41～60，出現(xiàn)了2次CIA值突然變小的情況，代表了巧恩布拉克冰期中2個(gè)次級冰期的旋回。牧羊?yàn)┙M與冬屋組采集樣品數(shù)不多，不能反映本組氣候變化趨勢。尤爾美那克組樣品的CIA值為45～56，在冰磧巖發(fā)育層段具有突然變小的情況，代表了該地區(qū)另一次寒冷干燥事件。過渡到蘇蓋特布拉克組，CIA值具有變大的趨勢，代表了該地區(qū)氣候條件開始逐漸變暖、變濕潤。奇格布拉克組砂巖夾層1個(gè)樣品的CIA值為55，雖然該組未發(fā)育冰磧巖，但并不排除該組沉積期曾存在寒冷干燥氣候事件的存在，只是未沉積冰磧巖。丁海峰等[36]在研究區(qū)針對南華系—震旦系也開展過一些CIA研究，將其研究成果與本文研究成果進(jìn)行綜合分析(圖2(c))，可以看出層序由下至上在巧恩布拉克組、尤爾美那克組存在CIA值突然變小的趨勢，以上特征表明在阿克蘇地區(qū)新元古代氣候環(huán)境曾發(fā)生了2次冷暖交替變化。

表4 阿克蘇地區(qū)新元古界樣品全巖主量元素化學(xué)分析(%)及其CIA、ICV值

CIA既可用無量綱的數(shù)值來表示，也可用A-CN-K圖解(圖6)來表示，其中A指Al2O3，CN是CaO*+Na2O，K是K2O。n(CaO*)計(jì)算=n(CaO)測試-10/3n(P2O5)測試，計(jì)算后的n(CaO*)計(jì)算如果高于n(Na2O)測試，則n(CaO*)=n(Na2O)測試，若n(CaO*)計(jì)算低于n(Na2O)測試，則n(CaO*)=n(CaO*)計(jì)算。Ca、Na和K通常被認(rèn)為是不穩(wěn)定元素，在成巖、變質(zhì)以及風(fēng)化過程中容易丟失，A-CN-K三角圖不僅可以反映風(fēng)化程度趨勢的變化，同時(shí)還可以反映巖石碎屑的物源性質(zhì)。從圖6中可以看出，物源區(qū)新鮮未風(fēng)化巖石的起點(diǎn)應(yīng)分布于平行A-CN邊的理想趨勢線(圖6中的實(shí)線箭頭)上，而鉀交代作用則可導(dǎo)致實(shí)際樣品風(fēng)化趨勢線(圖6中的虛線箭頭)偏離理想趨勢線，同時(shí)理想風(fēng)化趨勢線與中線的交點(diǎn)也反映出物源區(qū)的巖石類別。圖6中不同組段樣品投點(diǎn)情況顯示，大部分樣品具有較低的CIA值，存在較低或幾乎不存在化學(xué)風(fēng)化作用；少部分樣品處在低等化學(xué)風(fēng)化與中等風(fēng)化界限附近。西方山組、巧恩布拉克組和尤爾美那克組采樣數(shù)量較多，其風(fēng)化趨勢線明顯，風(fēng)化趨勢線與A-CN邊存在一定夾角，樣品發(fā)生了不同程度的鉀交代作用，這種鉀交代作用表現(xiàn)為K+交代長石礦物中的Ca2+和Na+，因此在上文進(jìn)行CIA值計(jì)算時(shí)進(jìn)行了鉀交代作用的校正。分別在蘇蓋特拉克組下部和上部采集2個(gè)樣品，下部與上部的樣品在A-CN-K圖解中彼此分散，顯示該組不同層段巖石遭受的化學(xué)風(fēng)化程度不同，源巖巖性和風(fēng)化趨勢可能也存在差異。在牧羊?yàn)┙M、冬屋組和奇格布拉克組采樣數(shù)量皆為1，未能形成明顯風(fēng)化趨勢線。其中，奇格布拉克組樣品的投點(diǎn)與蘇蓋特布拉克組上部的兩個(gè)樣品接近，指示奇格布拉克組樣品的風(fēng)化趨勢與下伏蘇蓋特拉克組上部樣品的風(fēng)化趨勢相似。另外，從圖6還可以看出，西方山組、巧恩布拉克組和尤爾美那克組巖石的物源性質(zhì)同英云閃長巖類似，兩組樣品的物源區(qū)巖石組成特征基本一致，并發(fā)生向伊利石的化學(xué)風(fēng)化。

4 討 論

新元古代的地層年齡、巖石學(xué)和同位素地球化學(xué)特征指示新元古代全球主要發(fā)育4次成規(guī)模的冰期事件，年齡由老至新分別為：Kaigas冰期(757～741 Ma)、Sturtian冰期(718～660 Ma)、Marinoan冰期(651～635 Ma)和Gaskiers冰期(583.7～582.1 Ma)[37]。其中，前3次冰期事件發(fā)生在南華紀(jì)(成冰紀(jì))，而Gaskiers冰期事件發(fā)生在震旦紀(jì)(埃迪卡拉紀(jì))。

Sturtian冰期為新元古代第一次全球性冰期，分布廣泛，一般冰期年齡被認(rèn)為是718～660 Ma[37]。華北地區(qū)未見該冰期沉積的報(bào)道，華南地區(qū)該冰期沉積發(fā)育，江口冰期起止時(shí)間是725～660 Ma[38]，與國際上所接受的Sturtian冰期年齡界限718～660 Ma相一致。

庫魯克塔格地區(qū)阿勒通溝冰期的年齡被火山巖數(shù)據(jù)限定為725～655 Ma[1-4]。何景文[39]獲得該冰磧巖的最大沉積年齡為(681±16)Ma，用以限定阿勒通溝冰期年齡的下限，認(rèn)為阿勒通溝冰期的年齡應(yīng)限定為681～655 Ma。雖然阿勒通溝冰期年齡的下限還存在爭議，但上述年代學(xué)數(shù)據(jù)皆與Sturtian冰期年齡(718～660 Ma)相符合，明顯比Kaigas冰期(757～741 Ma)年輕，而老于Marinoan冰期(651～635 Ma)。此外，阿勒通溝組冰磧巖之上整合覆蓋了一層延伸穩(wěn)定的蓋帽白云巖[40]，該層蓋帽白云巖為典型的冰期后氣候轉(zhuǎn)暖的標(biāo)志。Xiao等[41]對發(fā)育于阿勒通溝組中的一套白云巖進(jìn)行了δ13C分析，發(fā)現(xiàn)其具有較高的δ13C正值(>+10.4‰)，與國際上發(fā)現(xiàn)的Sturtian冰期和Marinoan冰期之間獨(dú)特的δ13C正漂移曲線相對應(yīng)[42-43]，也支持將阿勒通溝冰期對應(yīng)于Sturtian冰期的觀點(diǎn)。由于缺乏新元古代火山巖夾層，阿克蘇地區(qū)巧恩布拉克冰期時(shí)限不能被精準(zhǔn)地確定，但本次研究在阿克蘇地區(qū)巧恩布拉克組冰磧巖層內(nèi)的粉砂巖層獲得了最大沉積年齡為(719±10)Ma的碎屑鋯石U-Pb年齡，該年齡可以限定巧恩布拉克冰期的起始時(shí)間，巧恩布拉克冰期事件的年齡不會大于(719±10)Ma。上述數(shù)據(jù)顯示，巧恩布拉克冰期與Sturtian冰期、江口冰期、阿勒通溝冰期的起始年齡十分接近，彼此為相對應(yīng)關(guān)系(表5)。

表5 新元古代冰期事件對比

Marinoan冰期沉積范圍很廣，幾乎全球都有分布，該冰期的全球同時(shí)性和研究程度最高，年齡被限定為651～635 Ma。華北地區(qū)未發(fā)現(xiàn)該冰期沉積，華南地區(qū)發(fā)育完整的Marinoan冰期沉積，一般稱“南沱組冰磧巖”，相應(yīng)冰期稱為“南沱冰期”(654～635 Ma)[44-45]。

庫魯克塔格地區(qū)阿勒通溝組上部的流紋巖和扎摩克提組頂部的火山巖鋯石年齡將特瑞愛肯冰期的年齡限定為642～616 Ma[2,4,39]。羅志文等[5]利用特瑞愛肯組頂部含礫粉砂巖的碎屑鋯石年代學(xué)數(shù)據(jù)(629±8 Ma)，將特瑞愛肯組冰磧巖的沉積時(shí)代結(jié)束時(shí)間限定為(629±8)Ma之后和(616.5±5.9)Ma之前。642～616 Ma年齡范圍與Marinoan冰期年齡存在交集，存在對應(yīng)關(guān)系。值得注意的是，特瑞愛肯組為庫魯克塔格地區(qū)南華系最后一個(gè)層組，扎摩克提組為該地區(qū)震旦系第一個(gè)層組，由于特瑞愛肯組未發(fā)育火山巖，故而使用扎摩克提組頂部的火山巖年齡限定該冰期的結(jié)束時(shí)間，如果考慮南華系與震旦系的界線年齡，可將特瑞愛肯冰期的結(jié)束時(shí)間限定為635 Ma左右，該冰期年齡為642～635 Ma。

本次研究在阿克蘇地區(qū)尤爾美那克組冰磧巖層底部的砂巖和中部砂巖夾層分別獲得(686±10)Ma和(685±11)Ma兩個(gè)相近的最大沉積年齡，可用來將尤爾美那克冰期的起始年齡限定為晚于(685±11)Ma，其上覆震旦系蘇蓋特布拉克組內(nèi)玄武巖層的年齡為(615±5)Ma[6]，可限定該冰期的結(jié)束年齡，該冰期的年齡為685～615 Ma。由于尤爾美那克組為南華系的最后一個(gè)層組，蘇蓋特布拉克組為震旦系的第一個(gè)層組，若用南華系與震旦系的界線年齡來限定該冰期的結(jié)束年齡，則尤爾美那克的冰期年齡為685～635 Ma。由于缺乏火山巖，該冰期的起始年齡范圍有些偏大，年齡范圍與Sturtian冰期和Marinoan冰期年齡皆有重合，但該冰期層位在巧恩布拉克冰期(與Sturtian冰期對應(yīng))之后，為南華系最后一個(gè)層組，其上直接被震旦系覆蓋，所以尤爾美那克冰期與Marinoan冰期的對應(yīng)關(guān)系明了。此外，尤爾美那克冰磧巖之上首次發(fā)現(xiàn)的蓋帽白云巖與特瑞愛肯冰磧巖之上的蓋帽白云巖及典型的Marinoan冰期蓋帽白云巖具有相似的沉積特征、C同位素組成[13,41,46]和Sr同位素組成(圖2(d))[14]。因此，本文認(rèn)為阿克蘇地區(qū)的尤爾美那克冰期可與國際上的Marinoan冰期、庫魯克塔格地區(qū)的特瑞愛肯冰期、華南地區(qū)的南沱冰期相對應(yīng)(表5)。

5 結(jié) 論

(1)化學(xué)蝕變指數(shù)(CIA)顯示塔里木地塊西北緣阿克蘇地區(qū)新元古界剖面中巧恩布拉克組和尤爾美那克組在冰期時(shí)沉積物經(jīng)歷了相對較弱的化學(xué)風(fēng)化，反映兩次明顯的寒冷干燥冰期事件。在間冰期或冰期前后沉積物則經(jīng)歷了相對較強(qiáng)的化學(xué)風(fēng)化，處于相對溫暖潮濕的環(huán)境。

(2)冰川沉積的碎屑鋯石U-Pb年代學(xué)數(shù)據(jù)顯示，巧恩布拉克冰期事件的起始年齡晚于(719±10)Ma；尤爾美那克冰期的起始年齡不會早于(685±11)Ma，其上覆震旦系蘇蓋特布拉克組內(nèi)玄武巖層的年齡(615±5 Ma)和南華系頂界年齡(635 Ma)，可作為冰期結(jié)束年齡。

(3)冰期事件對比關(guān)系顯示，巧恩布拉克冰期(阿克蘇地區(qū))、阿勒通溝冰期(庫魯克塔格地區(qū))、江口冰期(華南地區(qū))和Sturtian冰期(國際)相對應(yīng)，尤爾美那克冰期(阿克蘇地區(qū))、特瑞愛肯冰期(庫魯克塔格地區(qū))、南沱冰期(華南地區(qū))和Marinoan冰期(國際)相對應(yīng)。

致謝：感謝審稿專家對本文提出寶貴的修改意見。