内蒙古扎鲁特旗地区原色日巴彦敖包组碎屑LA-ICP-MS锆石U-Pb测年

内蒙古扎鲁特旗嘎亥图镇塔格他图-包尔温都尔一带，发育一套总体呈北东向展布的砂板岩夹浅变质中酸性火山碎屑岩的岩性组合，地层倾向300～350°，倾角变化较大，在15～70°之间。该套地层在1∶20万区域地质调查中划为下二叠统大石寨组*辽宁省第二区域地质测量队.1∶20万扎鲁特旗幅(L-51-31)、阿鲁科尔沁旗幅(K-51-1)区域地质调查报告.1972.。2006～2008年内蒙古自治区地质调查院，在扎鲁特旗北部地区从事1∶5万区域地质调查时，在原划为下二叠统大石寨组中首次采集到了疑似早石炭世古植物化石Archaeocalamitessp.(古卢木)，以化石为依据，将该套地层对比为色日巴彦敖包组，时代为晚泥盆世-早石炭世[1]。2010～2012年中国地质调查局沈阳地质调查中心，在扎鲁特旗地区开展1∶25万区域地质调查中，认为原色日巴彦敖包组从岩貌及岩性组合特征上是2套地层的可能性更大，在原色日巴彦敖包组采集了3件碎屑岩同位素测年样品(样品采在产古植物化石Archaeocalamitessp.(古卢木)的层位)，对采集的样品采用LA-ICP-MS技术，进行了锆石U-Pb年龄测定(其中2件的年龄数据已发表[2])，旨在通过锆石测年为该套地层提供同位素年代学依据。

1 地质概况与样品采集

研究区位于内蒙古扎鲁特旗北部，即贺根山-嫩江-黑河以南，西拉木伦河-长春-延吉以北，区内主要出露上古生界二叠系林西组及中生代晚侏罗世火山岩。

测年样品采在原色日巴彦敖包组产出疑似古卢木化石的层位(图1)。样品Dt035TW(采样点坐标：21343549,4964165)，岩性为褐灰色沉凝灰岩，具块状构造，岩石具砂状结构、凝灰结构和泥质结构。显微镜下鉴定结果：主要由长石碎屑(约15%)、石英碎屑(约5%)、填隙物(约70%)组成。长石碎屑，棱角状，见聚片双晶发育，粒度0.02～0.5mm；石英碎屑，棱角状，粒度0.02～0.3mm；填隙物呈鳞片状，由黏土物质、铁质和褐色云母类矿物组成。岩石中石英岩脉发育，局部见斜长岩脉发育，石英岩脉和斜长岩脉各占5%左右。

图 1 研究区地质图(据文献[2]，有修改)

2 样品测试

测年样品的加工和锆石挑选工作由河北省地质测绘院岩矿实验测试中心完成。锆石制耙、阴极发光图像处理、锆石U-Pb同位素定年均由中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室(GPMR)完成。

激光剥蚀系统为GeoLas 2005，激光束斑直径为32μm，激光剥蚀过程中采用He作为剥蚀物质的载气，Ar为补偿气以调节灵敏度；ICP-MS为Agilent 7500a，采用国际标准锆石91500作外标进行同位素质量分馏校正。对分析数据包括锆石微量元素、同位素比值及年龄计算的处理，采用软件ICPMSDataCa[3,4]完成。详细的仪器操作条件和数据处理方法同文献[3,4]。

3 分析测试结果

笔者对原色日巴彦敖包组样号Dt035TW沉凝灰岩样品中的108粒锆石进行了LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素分析(表1)。从代表性锆石阴极发光(CL)图像(图2)中可以看出锆石呈柱状、椭圆、不规则形状产出，锆石多具有不同程度的溶蚀、破碎、磨圆；锆石颗粒较小，多数分布在70～180μm之间；具有明显的岩浆震荡环带，且Th/U介于0.18～2.53之间，绝大多数样品Th/U大于0.4，与CL图像分析结果一致，说明所测锆石绝大部分为岩浆锆石。

表1 扎鲁特旗地区侏罗纪沉凝灰岩碎屑LA-ICP-MS锆石U-Pb分析结果

续表1

注：标星号“*”的样品数据为不谐和的数据；1σ为误差限。

图2 锆石CL图像

图3 沉凝灰岩样品锆石U-Pb谐和图

图4 锆石年龄频率分布

样品测试分析的108个测试点，碎屑锆石年龄谱显示：锆石年龄分布于141±14～533±5Ma之间(图2)，其中Dt035TW-11等10个测点年为不谐和年龄(详见数据表，不谐和的原因可能是锆石在遭受变质过程中铅丢失造成的)，年龄计算时已剔除，其余98个测试分析点具有谐和或基本谐和的年龄，数据基本位于谐和曲线上及其附近(图3)。从锆石U-Pb年龄分布图(图4)中可以看出，样品测试数据按年龄值和频率分布特征可大致分为2组：第一组锆石206Pb/238U年龄集中在141～199Ma之间，峰值年龄为163Ma，其中最年轻的年龄为141±14Ma，该组年龄限定了其沉积下限年龄，占有效点数的96%(n=94)；另一组206Pb/238U较少，谐和年龄主要有4个，分别为207±8Ma、227±4Ma、263±2Ma、533±5Ma。

4 讨论

《内蒙古自治区岩石地层》[5]对色日巴彦敖包组的定义：指分布于苏尼特左旗至阿巴嘎旗一带，不整合于温都尔庙群之上的一套海相碎屑岩组合，主要由复成分砾岩、杂砂岩、长石石英砂岩及少许火山物质组成，偶夹薄层灰岩或灰岩透镜体。内蒙古地质调查院[3]厘定的色日巴彦敖包组，疑似古植物化石Archaeocalamitessp.(古卢木)是其厘定色日巴彦敖包组的主要依据，在扎鲁特旗地区未见到其与古生代地层的直接接触，在塔格他图一带被中侏罗统塔木兰沟组和上侏罗统满克头鄂博组火山岩不整合覆盖；在包尔温都尔一带被早白垩世中细粒(石英)闪长岩侵入。所以，从地层叠置关系上不能确定该组的层位。笔者的测年样品沉凝灰岩采自化石产出层位，碎屑锆石的测年分析显示最年轻的锆石年龄为141±14Ma，推测该地层沉积下限约为141Ma。李晓海的2个碎屑锆石样品采在产出植物化石层位的下伏地层中(采样位置见图1)，分析数据显示砂岩碎屑锆石的最小年龄为252Ma，并结合岩性组合特征，将其划为上二叠统林西组[2]。所以，该次研究和李晓海[2]采集的2件碎屑岩测年样品的分析数据为原色日巴彦敖包组是两套地层提供了同位素年代学的证据。

化石产出层位所在剖面岩性组合为酸性火山碎屑岩夹沉积岩，从岩性组合特征来看，其与白音高老组十分相似(根据内蒙古自治区岩石地层[5]和内蒙古自治区区域地质志[6]对白音高老组的描述，该组上部为酸性熔岩、凝灰岩、英安质熔结凝灰岩，下部为凝灰质砂砾岩、细砂岩夹粉砂质泥质页岩及少量酸性凝灰岩、熔岩)。近年来对大兴安岭地区白音高老组火山岩的研究，获得了大量的同位素年代学数据[7～20]，不同学者根据所取得的年龄数据将其置于上侏罗统[7～12]和下白垩统[13～20]。孙德有[21]、李世超[22]的研究也证明了大兴安岭火山岩具有明显的穿时性。该次研究取得141Ma的年龄值与苟军[13](141～139Ma，流纹岩)及黄明达[20](144Ma，流纹岩)所取得的数据非常接近。综上，笔者认为从年龄数据及岩性组合上将测年样品产出层位划为白音高老组都是相对合理的。按照最新的中国地层委员会发表的中国地层表(试用稿)，将侏罗纪与白垩纪之间的界线置于145Ma，所以该样品所在层位应为下白垩统。

5 结论

1)根据原色日巴彦敖包组碎屑锆石U-Pb定年结果，测年沉凝灰岩碎屑锆石的最小年龄为141Ma，结合岩性组合特征，将其划为下白垩统白音高老组。

2)结合已发表的论文数据，建议将原划为色日巴彦敖包组的地层解体为上二叠统林西组和下白垩统白音高老组。

3)内蒙古扎鲁特旗地区原色日巴彦敖包组的解体，将对深刻认识该区的地质构造演化起到积极的推进作用。

在论文写作过程中得到了沈阳地质调查中心张海华工程师的指导，在此表示感谢。

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