甘肃河西走廊东段的武威西沟、天祝石板沟和冷龙岭、景泰十里沟、以及靖远宝积山和王家山等地区的陆相三叠系地层较为发育, 目前学者主要从地层划分和对比方面对其进行了研究^{[ 1~ 5]}。佟再三等^{[ 1]}曾报道了靖远宝积山矿区三叠系的火山凝灰岩夹层特征, 并指出其有重要地层划分和对比意义。孙柏年等^{[ 2]}对靖远宝积山—窑磁矿区三叠系火山凝灰岩中的植物化石进行了研究, 认为上三叠统南营儿群具穿时性, 建议将南营儿群底部（包括火山岩）应从上三叠统划分出来, 时代应为中三叠世晚期。作者曾对靖远宝积山凝灰岩进行了锆石SHRIMP U-Pb定年测试, 获得南营儿底部稳定分布的凝灰岩沉积年龄为244.1±3.8Ma, 并证实靖远宝积山凝灰岩可以与鄂尔多斯盆地延长组长7底部分布的凝灰岩对比, 该套凝灰岩夹层可以作为区域地层划分和对比的标志层^{[ 6]}。近期, 作者又在靖远王家山矿区附近的三¹叠系地层中新发现了三层凝灰岩夹层, 其中以中间层（B层）分布最为稳定, 作者对其进行了锆石SHRIMP U-Pb定年测试, 以证实该层火山凝灰岩是否可以与靖远宝积山凝灰岩层相对比。区域地层划分和对比是一项基础的地质科研工作, 本文首次对王家山凝灰岩进行了高精度的锆石U-Pb定年分析, 为解决河西走廊地区南营儿群的底部是否存在中三叠世地层, 提供同位素年代学方面的证据。

研究区位于同心—固原断裂、龙首山断裂与中祁连北缘断裂三角交汇部位, 北部与华北地块相邻, 南部与西秦岭造山带相望^{[ 7]}, 该地区出露的地层较为齐全, 从中寒武统黑茨沟组至第四系马兰组均有发育（图1）。1987年, 佟再三等^{[ 1]}报道了靖远宝积山矿区三叠系的底部3层（A, B, C）凝灰层, 其中以中间B层侧向分布最为稳定, 具有特有的砖红色, 易于识别, 可以作为地层对比的标志层。孙伯年等^{[ 2]}研究了B层凝灰岩中的植物化石, 鉴定有 Equisetites sarrani（Zeiller） Harris, Equisetitesspp., Equisetostachyssp., Neocalamites cf. meiiani（Brongn.） Halle, Neocalamitessp., Sphenopterissp., Sphenobaierasp. 等, 时代为中三叠世晚期。谢万华等^{[ 4]}报到了靖远窑磁南营儿群地层剖面特征, 其中位于南营儿组底部的第4层为砖红色凝灰质细砂岩, 厚度约1m。作者曾对位于国道109边白银车管所附近的宝积山凝灰岩进行了锆石SHRIMP U-Pb定年, 获得其沉积年龄为（244.1±3.8）Ma^{[ 6]}。近期, 作者又在靖远王家山矿区附近的南营儿群地层中新发现3层凝灰岩层, 夹于南营儿群地层底部, 以中间层（B层）侧向分布最为稳定, 具有特有的砖红色（图2）, 厚度约为2.8m, 作者对其进行了采样, 用于锆石U-Pb测年分析。

图1

Fig.1

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图1 研究区地质简图及取样位置（引自文献[7]及中国1:150万地质图）Fig.1 The geologic sketch of the study area and the sampling position（after from [7] refs and 1:1 500 000 geological map of China）

图2

Fig.2

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图2 靖远王家山凝灰岩的B层露头照片（a）远景露头照片；（b）近景露头照片, 显示典型的砖红色特征Fig.2 The outcrop pictures of B layer tuff in Wangjiashan area of Jingyuan County（a）Long range outcrop picture; （b）Close range outcrop picture and shown typical lateritious feature

将野外采集的B层凝灰岩样品送往河北省廊坊市区域地质调查院, 进行专业化锆石挑选工作。然后, 将挑选好的锆石颗粒送往中国地质科学院北京离子探针中心, 进行测试前的制靶工作。制靶的大致流程是将挑选好的锆石颗粒与多颗标准锆石（TEM）按样品编号分组, 一起用环氧树脂固定在玻璃片上, 经过固结、抛光等工序, 然后在显微镜下进行反射光和透射光观察和拍照, 观察锆石颗粒表面裂隙等特征。锆石U-Pb测年是在澳大利亚科廷大学离子探针中心的SHRIMP II上完成的, 具体测试原理及操作流程参见Williams^{[ 8]}和Compston^{[ 9]}等的文献。原始数据的处理和锆石U-Pb谐和曲线的绘制是采样Ludwig编写的Isoplot软件^{[ 10]}完成的。单个测试点的同位素比值误差和年龄误差, 分别为1σ相对误差和1σ绝对误差,²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄加权平均值的误差为95%置信度误差。

岩浆锆石的阴极发光照片通常显示典型的震荡环带或者扇形分带结构, 晶形常为半自形到自形^{[ 11]}。王家山的凝灰岩锆石阴极发光照片显示典型的震荡环带或者扇形分带结构, 显示岩浆成因锆石特征（见图3）。除了测点编号为13.1的锆石Th/U比值为0.20, 小于0.4以外, 其余13颗锆石的Th/U比值介于0.40~0.95之间, 均大于0.4, 显示岩浆成因锆石特征^{[ 11]}。这批锆石共测试了14颗, 各测点的具体Th含量, U含量, 以及Th/U比值, U-Pb表面年龄详见表1。在²⁰⁷Pb/²³⁵U—²⁰⁶Pb/²³⁸U关系图解上, 所有14个测点的数据投点均落在谐和曲线上或者附近（图4A）。测点2.1获得的²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄为（1364±23）Ma；测点13.1获得的²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄为（427±8）Ma, 这2颗锆石晶形呈现浑圆, 可能代表了王家山凝灰岩的继承锆石的年龄。其余12颗锆石获得一组²⁰⁶Pb/²³⁸U加权平均年龄（244.9±2.8）Ma（ MSWD=0.40）, 结合这12锆石的阴极发光图片特征（图3）及Th/U比值, 认为该组年龄代表了王家山凝灰岩的沉积年龄。

表1

Table 1

表1(Table 1)

表1 靖远王家山凝灰岩锆石SHRIMP U-Pb测年结果 Table 1 Zircon SHRIMP U-Pb dating results of tuff from Wangjiashan, Jingyuan County 点号 U(10-6) Th(10-6) 206Pb*(10-6) Th/U Pbc/% 207Pb*/206Pb* ±% 207Pb*/235U ±% 206Pb*/238U ±% 206Pb*/238年龄±1σ 1.1 436 206 14.3 0.47 0.00 0.0502 2.4 0.2650 3.2 0.0383 2.1 242±5 2.1 254 109 51.5 0.43 0.20 0.0849 1.2 2.7588 2.2 0.2356 1.9 1 364±23 3.1 585 399 19.7 0.68 0.52 0.0489 3.5 0.2637 4.1 0.0391 2.1 247±5 4.1 408 318 13.5 0.78 0.00 0.0552 1.9 0.2927 2.8 0.0384 2.0 243±5 5.1 464 211 15.5 0.45 2.57 0.0589 7.3 0.3156 7.6 0.0388 2.0 246±5 6.1 540 257 17.7 0.48 0.43 0.0481 4.7 0.2533 5.2 0.0382 2.2 242±5 7.1 517 256 17.4 0.50 0.00 0.0521 2.7 0.2812 3.4 0.0391 2.0 248±5 8.1 569 284 19.4 0.50 0.12 0.0501 2.1 0.2741 2.8 0.0397 1.8 251±4 9.1 368 146 12.1 0.40 0.23 0.0516 3.4 0.2718 3.8 0.0382 1.8 241±4 10.1 896 849 29.7 0.95 8.06 0.0436 14.0 0.2315 14.2 0.0385 2.1 244±5 11.1 383 248 12.6 0.65 3.01 0.0525 16.8 0.2763 17.0 0.0382 2.4 241±6 12.1 548 281 18.3 0.51 0.48 0.0470 3.6 0.2521 4.1 0.0389 1.9 246±5 13.1 1058 213 62.3 0.20 0.27 0.0536 1.5 0.0565 2.3 0.0685 1.8 427±8 14.1 388 159 13.0 0.41 0.00 0.0549 2.9 0.2943 3.4 0.0389 1.8 246±4 注：Pb*表示放射成因铅, Pbc表示普通铅, 年龄值依据204Pb进行普通铅校正

表1 靖远王家山凝灰岩锆石SHRIMP U-Pb测年结果 Table 1 Zircon SHRIMP U-Pb dating results of tuff from Wangjiashan, Jingyuan County

图3

Fig.3

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图3 靖远王家山凝灰岩锆石阴极发光照片及锆石测点位置Fig.3 Cathodoluminescence images and analytical points of zircons selected from Wangjiashan tuff , Jingyuan County

依据靖远王家山凝灰岩锆石的阴极发光照片特征, 以及锆石Th/U比值, 可以得出其为岩浆成因锆石, 其年龄代表了凝灰岩的沉积年龄为（244.9±2.8）Ma。根据国际地层委员会给出最新（2013年版）上三叠统卡尼阶的底界年龄为~237Ma^{[ 12]}, 中三叠统拉丁阶的底界年龄为~242Ma^{[ 13]}, 有力说明南营儿群的底部存在中三叠世早期地层。杜宝安^{[ 14]}曾对靖远王家山地区的南营儿群中的孢粉组合特征进行了研究, 结果显示占种属相当数量的分子存在于早及中三叠世, 当前孢粉组合的时代应不属三叠纪晚期；但同时孢粉组合中亦有如 Punctatisporites crassiradiata de Jersey、 Dictyophyllidites harrisii Couper、 Parataeniaesporites pseudostriatus Liu（或属 PrototaeniaesporitesZhang）、 Lycopodiumsporites subrotundus(K—M.) Pocock等常见于T₃—J₁的分子。这也说明南营儿群地层具有一定的穿时性。孙柏年等^{[ 2]}曾对靖远—窑磁矿区三叠系火山岩中的植物化石进行了研究, 结果显示有： Equisetites sarrani（Zeiller） Harris, Equisetitesspp., Equisetostachyssp., Neocalamites cf. meiiani（Brongn.） Halle, Neocalamitessp., Sphenopterissp., Sphenobaierasp. 等植物群分子, 可与白银丁家窑组、陕北铜川组植物组合相比较, 建议将南营儿群底部（包括火山岩）应从上三叠统划分出来, 命名为丁家窑组, 时代为中三叠世晚期^{[ 2, 3]}, 但这一研究成果一直缺少高精度、高可置信度的同位素年代学方面的资料支持。

图4

Fig.4

Figure Option ViewDownloadNew Window

图4 靖远王家山凝灰岩锆石UPb年龄谐和曲线及 加权平均年龄图(a)王家山凝灰岩锆石UPb年龄谐和曲线；(b)12颗锆石U-Pb年龄相对集中部分的谐和曲线；(c)12颗锆石U-Pb加权平均年龄图Fig.4 A U-Pb concordia diagram and weighted average age of tuff zircon in Wangjiashan area, Jingyuan County(a)A U-Pb concordia diagram of Wangjiashan tuff zircon; (b)Concordia diagram of 12 zircon grains that are relatively intensive U-Pb age of tuff zircons; (c)The weighted average age diagram of 12 zircon grains selected from Wangjiashan tuff

在1:150万中国地质图中, 靖远王家山地区附近的三叠系地层被划为上三叠统南营儿群（见图1）。本文获得的高精度、高可置信度的凝灰岩的沉积年龄为（244.9±2.8）Ma。同时, 作者曾对靖远宝积山凝灰岩进行了锆石SHRIMP U-Pb定年分析, 获得宝积山凝灰岩的沉积年龄为（244.1±3.8）Ma^{[ 6]}, 二者在误差范围内相当一致, 也就是说它们为同一期火山喷发的沉积产物, 它们可以作为该地区地层划分和对比的标志层。考虑到上三叠统卡尼阶的底界年龄为~237Ma^{[ 12]}, 中三叠统拉丁阶的底界年龄为~242Ma^{[ 13]}, 建议将南营儿群底部的凝灰岩及其以下地层划归中三叠统丁家窑组范围之内。

通过上面的讨论, 得出以下结论：φ靖远王家山的凝灰岩沉积年龄为（244.9±2.8）Ma, 这也证实南营儿群底部存在中三叠世早期地层；κ王家山凝灰岩与宝积山凝灰岩的沉积年龄在误差范围内一致, 它们为同一期火山喷发事件的沉积产物, 该凝灰岩层可以作为该区域地层划分和对比的标志层；③本文获得的高精度、高可置信度凝灰岩锆石U-Pb年龄, 加之作者之前获得的研究成果, 为该地区中、上三叠统地层划分与对比, 以及为最终建立北方陆相三叠纪年代地层对比格架, 都有一定的地层学意义。