內蒙古扎魯特旗地區原色日巴彥敖包組碎屑LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年

內蒙古扎魯特旗嘎亥圖鎮塔格他圖-包爾溫都爾一帶，發育一套總體呈北東向展布的砂板巖夾淺變質中酸性火山碎屑巖的巖性組合，地層傾向300～350°，傾角變化較大，在15～70°之間。該套地層在1∶20萬區域地質調查中劃為下二疊統大石寨組*遼寧省第二區域地質測量隊.1∶20萬扎魯特旗幅(L-51-31)、阿魯科爾沁旗幅(K-51-1)區域地質調查報告.1972.。2006～2008年內蒙古自治區地質調查院，在扎魯特旗北部地區從事1∶5萬區域地質調查時，在原劃為下二疊統大石寨組中首次采集到了疑似早石炭世古植物化石Archaeocalamitessp.(古盧木)，以化石為依據，將該套地層對比為色日巴彥敖包組，時代為晚泥盆世-早石炭世[1]。2010～2012年中國地質調查局沈陽地質調查中心，在扎魯特旗地區開展1∶25萬區域地質調查中，認為原色日巴彥敖包組從巖貌及巖性組合特征上是2套地層的可能性更大，在原色日巴彥敖包組采集了3件碎屑巖同位素測年樣品(樣品采在產古植物化石Archaeocalamitessp.(古盧木)的層位)，對采集的樣品采用LA-ICP-MS技術，進行了鋯石U-Pb年齡測定(其中2件的年齡數據已發表[2])，旨在通過鋯石測年為該套地層提供同位素年代學依據。

1 地質概況與樣品采集

研究區位于內蒙古扎魯特旗北部，即賀根山-嫩江-黑河以南，西拉木倫河-長春-延吉以北，區內主要出露上古生界二疊系林西組及中生代晚侏羅世火山巖。

測年樣品采在原色日巴彥敖包組產出疑似古盧木化石的層位(圖1)。樣品Dt035TW(采樣點坐標：21343549,4964165)，巖性為褐灰色沉凝灰巖，具塊狀構造，巖石具砂狀結構、凝灰結構和泥質結構。顯微鏡下鑒定結果：主要由長石碎屑(約15%)、石英碎屑(約5%)、填隙物(約70%)組成。長石碎屑，棱角狀，見聚片雙晶發育，粒度0.02～0.5mm；石英碎屑，棱角狀，粒度0.02～0.3mm；填隙物呈鱗片狀，由黏土物質、鐵質和褐色云母類礦物組成。巖石中石英巖脈發育，局部見斜長巖脈發育，石英巖脈和斜長巖脈各占5%左右。

圖 1 研究區地質圖(據文獻[2]，有修改)

2 樣品測試

測年樣品的加工和鋯石挑選工作由河北省地質測繪院巖礦實驗測試中心完成。鋯石制耙、陰極發光圖像處理、鋯石U-Pb同位素定年均由中國地質大學(武漢)地質過程與礦產資源國家重點實驗室(GPMR)完成。

激光剝蝕系統為GeoLas 2005，激光束斑直徑為32μm，激光剝蝕過程中采用He作為剝蝕物質的載氣，Ar為補償氣以調節靈敏度；ICP-MS為Agilent 7500a，采用國際標準鋯石91500作外標進行同位素質量分餾校正。對分析數據包括鋯石微量元素、同位素比值及年齡計算的處理，采用軟件ICPMSDataCa[3,4]完成。詳細的儀器操作條件和數據處理方法同文獻[3,4]。

3 分析測試結果

筆者對原色日巴彥敖包組樣號Dt035TW沉凝灰巖樣品中的108粒鋯石進行了LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素分析(表1)。從代表性鋯石陰極發光(CL)圖像(圖2)中可以看出鋯石呈柱狀、橢圓、不規則形狀產出，鋯石多具有不同程度的溶蝕、破碎、磨圓；鋯石顆粒較小，多數分布在70～180μm之間；具有明顯的巖漿震蕩環帶，且Th/U介于0.18～2.53之間，絕大多數樣品Th/U大于0.4，與CL圖像分析結果一致，說明所測鋯石絕大部分為巖漿鋯石。

表1 扎魯特旗地區侏羅紀沉凝灰巖碎屑LA-ICP-MS鋯石U-Pb分析結果

續表1

注：標星號“*”的樣品數據為不諧和的數據；1σ為誤差限。

圖2 鋯石CL圖像

圖3 沉凝灰巖樣品鋯石U-Pb諧和圖

圖4 鋯石年齡頻率分布

樣品測試分析的108個測試點，碎屑鋯石年齡譜顯示：鋯石年齡分布于141±14～533±5Ma之間(圖2)，其中Dt035TW-11等10個測點年為不諧和年齡(詳見數據表，不諧和的原因可能是鋯石在遭受變質過程中鉛丟失造成的)，年齡計算時已剔除，其余98個測試分析點具有諧和或基本諧和的年齡，數據基本位于諧和曲線上及其附近(圖3)。從鋯石U-Pb年齡分布圖(圖4)中可以看出，樣品測試數據按年齡值和頻率分布特征可大致分為2組：第一組鋯石206Pb/238U年齡集中在141～199Ma之間，峰值年齡為163Ma，其中最年輕的年齡為141±14Ma，該組年齡限定了其沉積下限年齡，占有效點數的96%(n=94)；另一組206Pb/238U較少，諧和年齡主要有4個，分別為207±8Ma、227±4Ma、263±2Ma、533±5Ma。

4 討論

《內蒙古自治區巖石地層》[5]對色日巴彥敖包組的定義：指分布于蘇尼特左旗至阿巴嘎旗一帶，不整合于溫都爾廟群之上的一套海相碎屑巖組合，主要由復成分礫巖、雜砂巖、長石石英砂巖及少許火山物質組成，偶夾薄層灰巖或灰巖透鏡體。內蒙古地質調查院[3]厘定的色日巴彥敖包組，疑似古植物化石Archaeocalamitessp.(古盧木)是其厘定色日巴彥敖包組的主要依據，在扎魯特旗地區未見到其與古生代地層的直接接觸，在塔格他圖一帶被中侏羅統塔木蘭溝組和上侏羅統滿克頭鄂博組火山巖不整合覆蓋；在包爾溫都爾一帶被早白堊世中細粒(石英)閃長巖侵入。所以，從地層疊置關系上不能確定該組的層位。筆者的測年樣品沉凝灰巖采自化石產出層位，碎屑鋯石的測年分析顯示最年輕的鋯石年齡為141±14Ma，推測該地層沉積下限約為141Ma。李曉海的2個碎屑鋯石樣品采在產出植物化石層位的下伏地層中(采樣位置見圖1)，分析數據顯示砂巖碎屑鋯石的最小年齡為252Ma，并結合巖性組合特征，將其劃為上二疊統林西組[2]。所以，該次研究和李曉海[2]采集的2件碎屑巖測年樣品的分析數據為原色日巴彥敖包組是兩套地層提供了同位素年代學的證據。

化石產出層位所在剖面巖性組合為酸性火山碎屑巖夾沉積巖，從巖性組合特征來看，其與白音高老組十分相似(根據內蒙古自治區巖石地層[5]和內蒙古自治區區域地質志[6]對白音高老組的描述，該組上部為酸性熔巖、凝灰巖、英安質熔結凝灰巖，下部為凝灰質砂礫巖、細砂巖夾粉砂質泥質頁巖及少量酸性凝灰巖、熔巖)。近年來對大興安嶺地區白音高老組火山巖的研究，獲得了大量的同位素年代學數據[7～20]，不同學者根據所取得的年齡數據將其置于上侏羅統[7～12]和下白堊統[13～20]。孫德有[21]、李世超[22]的研究也證明了大興安嶺火山巖具有明顯的穿時性。該次研究取得141Ma的年齡值與茍軍[13](141～139Ma，流紋巖)及黃明達[20](144Ma，流紋巖)所取得的數據非常接近。綜上，筆者認為從年齡數據及巖性組合上將測年樣品產出層位劃為白音高老組都是相對合理的。按照最新的中國地層委員會發表的中國地層表(試用稿)，將侏羅紀與白堊紀之間的界線置于145Ma，所以該樣品所在層位應為下白堊統。

5 結論

1)根據原色日巴彥敖包組碎屑鋯石U-Pb定年結果，測年沉凝灰巖碎屑鋯石的最小年齡為141Ma，結合巖性組合特征，將其劃為下白堊統白音高老組。

2)結合已發表的論文數據，建議將原劃為色日巴彥敖包組的地層解體為上二疊統林西組和下白堊統白音高老組。

3)內蒙古扎魯特旗地區原色日巴彥敖包組的解體，將對深刻認識該區的地質構造演化起到積極的推進作用。

在論文寫作過程中得到了沈陽地質調查中心張海華工程師的指導，在此表示感謝。

[1]王弢,路躍軍,章培春,等.內蒙古扎魯特旗北色日巴彥敖包組的厘定[J].地質與資源,2012,21(2):200～204.

[2]李曉海,宗文明,蘇飛,等.內蒙古扎魯特旗上二疊統林西組碎屑鋯石LA-IC-MS U-Pb測年及意義[J].地質與資源,2015,24(5):461～472.

[3]Liu Y S,Hu Z C,Gao S,etal.In situ analysis of major and trace elements of anhydrous minerals by LA-ICP-MS without applying an internal standard[J].Chemical Geology,2008,257(1-2):34～43.

[4]Liu Y S,Gao S,Hu Z C,etal.Continental and oceanic crust recycling-induced melt-peridotite interactions in the Trans elements in zircons from mantle xenoliths[J].Journal of Petrology,2010,51(1-2):537～571.

[5]內蒙古自治區地質礦產局.內蒙古自治區巖石地層(全國地層多重劃分對比研究)[M].武漢:中國地質大學出版社,1996.

[6]內蒙古自治區地質礦產局.內蒙古自治區區域地質志[M].北京:地質出版社,1982.

[7]王惠,郭靈俊,白翠霞,等.大興安嶺中北部晚侏羅世-早白堊世地層新認識[J].地質通報,2005,24(9):867～871.

[8]邵積東,譚強,王惠,等.大興安嶺地區中生代地層特征及侏羅-白堊紀界線的討論[J].地層學雜志,2005,29(增刊):573～578.

[9]劉世偉.大興安嶺地區中生代火山巖巖石地層的劃分和對比問題[J].地質與資源,2009,18(4):241～244.

[10]邵積東,王惠,安存杰,等.大興安嶺北部地區晚侏羅世-早白堊世地層劃分有關問題的討論中生代地層特征及侏羅——白堊紀界線的討論[J].地質與資源,2011,20(1):4～11.

[11]邵積東.內蒙古境內有關重大基礎地質問題的討論[J].西部資源,2012,(3):47～50.

[12]周其林,王獻忠,吉峰,等.大興安嶺中生代火山巖地層對比[J].地質論評,2013,59(6):1077～1084.

[13]茍軍,孫德有,趙忠華,等.滿洲里南部白音高老組流紋巖鋯石U-Pb定年及巖石成因[J].巖石學報,2010,26(1):333～344.

[14]楊揚,高福紅,陳井勝,等.赤峰地區中生代火山巖鋯石U-Pb年代學證據[J].吉林大學學報(地球科學版),2012,42(增刊2):257～268.

[15]秦濤,鄭常青,崔天日,等.內蒙古扎蘭屯地區白音高老組火山巖地球化學、年代學及其地質意義[J].地質與資源,2014,23(2):146～153.

[16]張樂彤,李世超,趙慶英,等.大興安嶺中段白音高老組火山巖的形成時代及地球化學特征[J].世界地質,2015,34(1):44～54.

[17]張學斌,周長紅,來林,等.錫林浩特東部早白堊世白音高老組巖石地球化學特征、LA-MC-ICP-MS鋯石U-Pb年齡及地質意義[J].地質與勘探,2015,51(2):290～302.

[18]聶立軍,賈海明,王聰,等.大興安嶺中段白音高老組流紋巖年代學、地球化學及其地質意義[J].世界地質,2015,34(2):296～304.

[19]司秋亮,崔天日,王恩德,等.大興安嶺柴河白音高老組流紋巖鋯石U-Pb定年及成因探討[J].東北大學學報(自然科學版),2016,37(3):412～415.

[20]黃明達,崔曉莊,裴圣良,等.興安地塊白音高老組鋯石U-Pb年齡及其構造意義[J].中國煤炭地質,2016,28(11):30～37.

[21]孫德有,茍軍,任云生,等.滿洲里南部瑪尼吐組火山巖鋯石U-Pb年齡與地球化學特征[J].巖石學報,2011,27(10):3083～3094.

[22]李世超,徐仲元,劉正宏,等.大興安嶺中段瑪尼吐組火山巖LA-IC-MS 鋯石U-Pb年齡及地球化學特征[J].地質通報,2013,32(2～3):399～407.