羌塘地塊南部晚白堊世火山巖離子探針測(cè)年及其對(duì)紅層時(shí)代的約束

吳珍漢, 吳學(xué)文, 趙 珍, 陸 露, 葉培盛, 張耀玲

1)中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院, 北京 100037; 2)江西有色地質(zhì)勘查一隊(duì), 江西鷹潭 335000; 3)中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所, 北京 100081

羌塘地塊南部晚白堊世火山巖離子探針測(cè)年及其對(duì)紅層時(shí)代的約束

吳珍漢1), 吳學(xué)文2), 趙 珍1), 陸 露1), 葉培盛3), 張耀玲3)

1)中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院, 北京 100037; 2)江西有色地質(zhì)勘查一隊(duì), 江西鷹潭 335000; 3)中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所, 北京 100081

羌塘地塊南部廣泛出露陸相紅層, 1:25萬(wàn)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查將大部分紅層劃歸為中新統(tǒng)康托組, 但缺乏可靠的年代學(xué)依據(jù)。野外觀測(cè)發(fā)現(xiàn)火山巖與紅層之間存在噴發(fā)不整合接觸關(guān)系, 室內(nèi)從火山巖選出很多巖漿鋯石; 應(yīng)用離子探針U-Pb同位素測(cè)年方法精確測(cè)定巖漿鋯石年齡, 能夠?yàn)檠芯炕鹕絿姲l(fā)期次和紅層形成時(shí)代提供重要依據(jù)。對(duì)羌塘地塊南部紅層內(nèi)部粗面安山巖夾層—比洛錯(cuò)火山巖和扎加藏布北側(cè)紅層上覆安山巖, 挑選巖漿鋯石進(jìn)行高精度的離子探針U-Pb同位素測(cè)年, 發(fā)現(xiàn)比洛錯(cuò)粗面安山巖鋯石206Pb/238U同位素年齡為(83.3±1.3) Ma, 扎加藏布北側(cè)安山巖鋯石206Pb/238U同位素年齡為(75.65±0.82) Ma。這些年齡良好地揭示了晚白堊世不同期次的火山噴發(fā)時(shí)代, 同時(shí)為紅層形成時(shí)代和紅層盆地演化提供了重要的年代學(xué)約束。根據(jù)比洛錯(cuò)和扎加藏布北側(cè)火山巖的鋯石U-Pb同位素測(cè)年資料, 將羌塘盆地南部紅層時(shí)代歸屬上白堊統(tǒng)阿布山組, 這對(duì)分析羌塘地塊南部油氣地質(zhì)構(gòu)造保存條件和構(gòu)造地貌演化具有重要意義。

陸相紅層; 火山巖; 晚白堊世; 離子探針U-Pb同位素測(cè)年; 羌塘地塊南部

羌塘地塊南部廣泛出露陸相紅層即紫紅色-絳紅色-褐紅色-暗紫色砂礫巖系, 厚達(dá)數(shù)百米至千余米;下部以中厚層狀巨礫巖、中礫巖、細(xì)礫巖為主, 上部以中薄層狀鈣質(zhì)巖屑砂巖和含礫砂巖為主; 局部夾粉砂巖、泥灰?guī)r和中基性-中酸性火山巖, 有些層位富含孢粉(曲永貴等, 2006; Wu et al., 2013)。西藏區(qū)域地質(zhì)志(西藏自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局, 1993)和1:25萬(wàn)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告(曲永貴等, 2006; 王永勝等, 2006; 朱同興等, 2005a, b)將羌塘地塊南部大部分紅層劃歸于中新統(tǒng)康托組, 但缺乏可靠的古生物化石依據(jù)和高精度的同位素年代學(xué)證據(jù)。我們?cè)谇贾新∑鹉蟼?cè)比洛錯(cuò)地區(qū)和扎加藏布北側(cè)紅層盆地開(kāi)展詳細(xì)野外觀測(cè), 發(fā)現(xiàn)中酸性火山巖與紅層之間存在噴發(fā)不整合接觸關(guān)系, 比洛錯(cuò)火山巖呈比較厚的夾層賦存于紅層中下部層位;通過(guò)對(duì)火山巖單顆粒鋯石進(jìn)行離子探針U-Pb同位素測(cè)年, 獲得高精度的同位素測(cè)年資料, 為分析羌塘地塊南部晚白堊世火山噴發(fā)期次和重新厘定紅層形成時(shí)代提供了重要依據(jù)。

圖1 羌塘地塊南部地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)圖(據(jù)吳珍漢等, 2011, 修編)Fig. 1 Sketch geological-structural map of southern Qiangtang block(modifled after WU et al., 2011)

1 取樣位置和接觸關(guān)系

比洛錯(cuò)火山巖位于羌中隆起南側(cè)、鄂雅錯(cuò)東側(cè)、班戈—雙湖公路西側(cè)(圖1), 主要由粗面安山巖和粗面巖組成, 主體出露于比洛錯(cuò)北岸及東西兩側(cè),總體呈近東西走向, 向東被侏羅系逆沖巖席覆蓋,至昂達(dá)爾錯(cuò)西側(cè)在紅層構(gòu)造窗部位火山巖再次出露地表。前人根據(jù)K-Ar年齡將比洛錯(cuò)火山巖時(shí)代定為始新世, 比洛錯(cuò)北岸火山巖 K-Ar年齡為(38.3±3.3) Ma(賴紹聰?shù)? 2006), 向東延伸至昂達(dá)爾錯(cuò)西側(cè)火山巖(粗面巖)K-Ar年齡為(32.6±0.6) Ma(曲永貴等, 2006)。比洛錯(cuò)北岸火山巖呈短軸丘狀分布于紅層盆地, 陸相紅層和火山巖之間接觸關(guān)系被第四系殘坡積物覆蓋(圖 2a)。沿走向進(jìn)行追索, 發(fā)現(xiàn)比洛錯(cuò)火山巖與紅層呈噴發(fā)不整合接觸關(guān)系; 比洛錯(cuò)西岸火山巖呈似層狀?yuàn)A于紅層內(nèi)部, 下伏淡紅色礫巖, 上覆紫紅色礫巖, 火山巖夾層厚約 145～180 m, 經(jīng)過(guò)晚期風(fēng)化剝蝕形成近東西走向低緩山丘地貌(圖2b)。樣品BD5171取自比洛錯(cuò)北岸火山巖(圖 2a), 巖性為粗面安山巖, 巖石新鮮, 呈灰黑色, 斑狀結(jié)構(gòu), 塊狀構(gòu)造; 斑晶主要為斜長(zhǎng)石和堿性長(zhǎng)石, 還有少量角閃石和黑云母, 基質(zhì)為玻晶交織結(jié)構(gòu), 發(fā)育少量針狀長(zhǎng)石微晶。

扎加藏布北側(cè)火山巖主要分布于羌塘地塊南部邊緣, 主體出露于倫坡拉盆地北側(cè)(圖 1); 昂達(dá)爾錯(cuò)幅1:25萬(wàn)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查通過(guò)K-Ar和39Ar-40Ar測(cè)年,確定火山巖年齡為 103.7～115.4 Ma, 劃歸為早白堊世去申拉組火山巖(曲永貴等, 2006)。野外觀測(cè)表明,扎加藏布北側(cè)火山巖主要為灰紫色安山巖, 底部為灰白色流紋巖, 發(fā)育柱狀節(jié)理, 緩傾斜覆蓋于紫紅色礫巖和含礫砂巖之上(圖 2c); 火山巖與紅層之間存在噴發(fā)不整合接觸關(guān)系, 火山巖底部發(fā)育暗紫色冷凝邊, 紅層頂部發(fā)育暗褐色烘烤邊, 接觸帶下部紅層發(fā)育似層狀灰白色凝灰?guī)r(圖2d)。樣品BD5801取自紅層上覆灰紫色安山巖(圖2c), 斑狀結(jié)構(gòu), 斑雜狀構(gòu)造, 發(fā)育輕微蝕變; 斑晶主要為長(zhǎng)板狀斜長(zhǎng)石和角閃石, 粒度約 0.2～1 mm, 含量約 8%～10%; 基質(zhì)具玻晶交織結(jié)構(gòu), 主要由微晶斜長(zhǎng)石組成, 含量約 55%～65%; 另外含安山巖火山角礫和斜長(zhǎng)石晶屑, 約25%～35%, 局部發(fā)育少量方解石杏仁。

圖2 羌塘地塊南部火山巖及接觸關(guān)系野外照片F(xiàn)ig. 2 Photographs of volcanic rocks and red beds in southern Qiangtang block

2 火山巖鋯石及U-Pb同位素測(cè)年

對(duì)樣品BD5171和BD5801, 分別按照常規(guī)程序進(jìn)行碎樣、磁選和浮選, 再在雙目鏡下人工挑選鋯石單礦物。選取具有清晰環(huán)帶的巖漿結(jié)晶鋯石(圖3), 在北京離子探針中心按照標(biāo)準(zhǔn)程序(Williams et al.,1987; Compston et al., 1992; 宋彪等, 2002)進(jìn)行單顆粒鋯石 U-Pb同位素測(cè)年。測(cè)試中使用標(biāo)準(zhǔn)鋯石SL13和TEM, SL13具有和諧年齡572 Ma, U含量為238 μg/g, 用于標(biāo)定所測(cè)定的未知樣品U含量; TEM具有和諧年齡417 Ma, 用于校正所測(cè)定的未知樣品年齡。在樣品測(cè)定過(guò)程中, TEM和未知樣品交替測(cè)定, 其比例為1:3, 測(cè)定的TEM重現(xiàn)性為2%。數(shù)據(jù)處理采用Ludwig Squid 1.0及Isoplot程序(Ludwig, 1999, 2001), 普通鉛根據(jù)實(shí)測(cè)204Pb進(jìn)行校正。比洛錯(cuò)北岸粗面安山巖BD5171和扎加藏布北側(cè)安山巖BD5801的U-Pb同位素測(cè)試單個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的誤差均為1σ, 加權(quán)平均年齡具有95%的置信度。

圖3 羌塘盆地火山巖鋯石陰極發(fā)光影像、測(cè)點(diǎn)位置與年齡分布圖(a-BD5171; b-BD5801)Fig. 3 Zircon crystal, measured spot and U-Pb isotopic age of volcanic rocks from southern Qiangtang block (a-BD5171; b-BD5801)

對(duì)比洛錯(cuò)北岸粗面安山巖 BD5171, 共選擇 18顆晶形較好、環(huán)帶比較清晰的巖漿鋯石進(jìn)行 U-Pb同位素測(cè)年(圖3a); 鋯石16和鋯石18可能為繼承鋯石, 同位素組成及年齡明顯不同于其它鋯石, 其206Pb/238U 同位素年齡分別為(520±12) Ma與(694±13) Ma, 其它鋯石206Pb/238U同位素年齡變化于(60.7±1.3)～(96.0±1.8) Ma(圖3a)。鋯石3～6、鋯石9、鋯石11～13被評(píng)判為高鈾異常, 鋯石17、鋯石16、鋯石18被評(píng)判為不諧和, 這些樣品不參加諧和年齡計(jì)算。對(duì)數(shù)據(jù)符合要求的7顆巖漿鋯石(序號(hào)1、2、7、8、10、14、15)進(jìn)行206Pb/238U諧和年齡計(jì)算(圖4b), 得到比洛錯(cuò)北岸 BD5171粗面安山巖的加權(quán)平均年齡為(83.3±1.3) Ma, MSWD=1.4(圖4a, b)。

圖4 羌塘盆地南部火山巖鋯石平均年齡分布和諧和曲線圖Fig. 4 Average ages and isotopic concordia curve of zircons from volcanic rocks in southern Qiangtang block

對(duì)扎加藏布北側(cè)安山巖BD5801, 選擇晶形較好、環(huán)帶清晰的 16顆巖漿鋯石進(jìn)行 U-Pb同位素測(cè)年,鋯石206Pb/238U同位素年齡比較集中, 絕大部分鋯石206Pb/238U同位素年齡為(73.2±1.5)～(78.6±1.7) Ma(圖3b)。鋯石5、鋯石7評(píng)判為高鈾異常,206Pb/238U同位素年齡分別為(81.0±2.0) Ma、(83.5±1.9) Ma(圖 3b),明顯高于其它鋯石年齡, 不參加諧和年齡加權(quán)平均計(jì)算。對(duì)數(shù)據(jù)符合要求的14顆巖漿鋯石(序號(hào)1～4、6、8～16)進(jìn)行206Pb/238U諧和年齡計(jì)算(圖 4d), 得到扎加藏布北側(cè) BD5801安山巖的加權(quán)平均年齡為(75.65±0.82) Ma, MSWD=1.3(圖4c, d)。

3 鋯石U-Pb同位素年齡的地質(zhì)解釋與紅層形成時(shí)代分析

比洛錯(cuò)北岸粗面安山巖 BD5171鋯石離子探針206Pb/238U同位素年齡(83.3±1.3) Ma(圖 4a, b)早于比洛錯(cuò)火山巖K-Ar年齡(38.3±3.3) Ma (賴紹聰?shù)? 2006)和昂達(dá)爾錯(cuò)西側(cè)粗面巖 K-Ar年齡(32.6±0.6) Ma (曲永貴等, 2006), 鋯石206Pb/238U同位素年齡良好地揭示了比洛錯(cuò)紅層盆地火山噴發(fā)時(shí)代;而火山巖K-Ar年齡與磷灰石裂變徑跡年齡相近, 可能代表逆沖推覆構(gòu)造運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的區(qū)域構(gòu)造隆升時(shí)代(吳珍漢等, 2011; Wu et al., 2012)。扎加藏布北側(cè)安山巖 BD5801鋯石離子探針206Pb/238U同位素年齡(75.65±0.82) Ma(圖4c, d)明顯小于1:25萬(wàn)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查獲得的K-Ar和39Ar-40Ar年齡103.7～115.4 Ma(曲永貴等, 2006), 扎加藏布北側(cè)火山巖 K-Ar和39Ar-40Ar年齡異?？赡芘c晚期蝕變導(dǎo)致同位素變化存在密切關(guān)系, 鋯石206Pb/238U同位素年齡良好地揭示了羌塘地塊南緣晚白堊世火山噴發(fā)時(shí)代。

比洛錯(cuò)北岸和扎加藏布北側(cè)火山巖鋯石離子探針206Pb/238U同位素測(cè)年不僅揭示晚白堊世火山噴發(fā)時(shí)代, 同時(shí)為羌塘地塊南部紅層時(shí)代提供了重要的年代學(xué)約束。比洛錯(cuò)北岸粗面安山巖與紅層下部礫巖呈噴發(fā)不整合接觸關(guān)系(圖 2b), 說(shuō)明比洛錯(cuò)地區(qū)紅層盆地發(fā)育時(shí)代為晚白堊世, 火山巖接觸帶下伏淡紅色礫巖沉積時(shí)代略早于(83.3±1.3) Ma, 火山巖上覆紫紅色礫巖沉積時(shí)代晚于(83.3±1.3) Ma,紅層時(shí)代歸屬擬由中新統(tǒng)康托組改為上白堊統(tǒng)阿布山組。扎加藏布北側(cè)安山巖與下伏紅層呈噴發(fā)不整合接觸關(guān)系(圖2c, d), 火山巖下伏紫紅色礫巖與含礫砂巖形成時(shí)代略早于(75.65±0.82) Ma, 扎加藏布北側(cè)安山巖與下伏紅層時(shí)代歸屬擬由早白堊世去申拉組改為上白堊統(tǒng)阿布山組。綜合比洛錯(cuò)北岸和扎加藏布北側(cè)火山巖鋯石離子探針206Pb/238U同位素測(cè)年及相關(guān)資料, 認(rèn)為羌塘地塊南部紅層時(shí)代主要為上白堊統(tǒng)阿布山組, 類似于可可西里地塊風(fēng)火山群紅層(Wu et al., 2013)。

4 結(jié)論與討論

羌塘盆地南部火山巖鋯石離子探針 U-Pb同位素測(cè)年良好地揭示了晚白堊世火山噴發(fā)時(shí)代, 同時(shí)為確定紅層形成時(shí)代提供了重要地質(zhì)依據(jù)。比洛錯(cuò)粗面安山巖和扎加藏布北側(cè)安山巖與紅層存在噴發(fā)不整合接觸關(guān)系, 對(duì)比洛錯(cuò)北岸粗面安山巖BD5171和扎加藏布北側(cè)安山巖BD5801, 分別挑選巖漿鋯石并進(jìn)行高精度的離子探針 U-Pb同位素測(cè)年, 發(fā)現(xiàn)比洛錯(cuò)粗面安山巖鋯石206Pb/238U 同位素年齡為(83.3±1.3) Ma, 扎加藏布北側(cè)安山巖鋯石206Pb/238U同位素年齡為(75.65±0.82) Ma。綜合比洛錯(cuò)北岸和扎加藏布北側(cè)火山巖鋯石206Pb/238U同位素測(cè)年及相關(guān)資料, 將比洛錯(cuò)紅層時(shí)代歸屬由中新統(tǒng)康托組改為上白堊統(tǒng)阿布山組, 將扎加藏布北側(cè)紅層及上覆火山巖時(shí)代歸屬由早白堊世去申拉組改為上白堊統(tǒng)阿布山組。根據(jù)離子探針 U-Pb同位素測(cè)年及相關(guān)資料, 認(rèn)為羌塘地塊南部侏羅紀(jì)—早白堊世海相沉積之后, 晚白堊世阿布山期發(fā)育規(guī)模較大的陸相紅層盆地, 紅層沉積對(duì)海相烴源巖保存及油氣形成演化具有促進(jìn)作用。

羌塘盆地南部晚白堊世火山噴發(fā)與新特提斯古大洋板塊沿雅魯藏布江縫合帶向北俯沖存在動(dòng)力學(xué)成因聯(lián)系, 比洛錯(cuò)火山巖可能屬殼幔過(guò)渡帶局部熔融產(chǎn)物(賴紹聰?shù)? 2006), 其形成環(huán)境與各拉丹東始新世同碰撞花崗巖(白云山等, 2006)存在較大差異。晚白堊世阿布山組紅層盆地?cái)D壓縮短變形與古近紀(jì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)存在密切關(guān)系(Wu et al., 2012, 2013),羌塘地塊古近紀(jì)強(qiáng)烈逆沖推覆構(gòu)造導(dǎo)致三疊系—侏羅系海相烴源巖自北向南長(zhǎng)距離水平運(yùn)動(dòng)(吳珍漢等, 2011), 在上白堊統(tǒng)阿布山組紅層之上形成由三疊系砂頁(yè)巖和侏羅系灰?guī)r組成的不同規(guī)模的構(gòu)造巖片(圖1), 伴有強(qiáng)烈的褶皺變形, 逆沖斷層和褶皺構(gòu)造在地震剖面有良好顯示(李忠雄等, 2013)。古近紀(jì)逆沖推覆構(gòu)造對(duì)羌塘盆地油氣資源具有顯著改造和破壞作用(Wu et al., 2012), 區(qū)域構(gòu)造隆升導(dǎo)致昂達(dá)爾錯(cuò)—比洛錯(cuò)南側(cè)古油藏(王成善等, 2004; 王劍等, 2009)出露地表(圖1)。新近紀(jì)—第四紀(jì)羌塘地塊南部長(zhǎng)期處于剝蝕夷平狀態(tài), 地殼伸展走滑居主導(dǎo)地位,部分地區(qū)中新世早期和第四紀(jì)分別發(fā)育古大湖(Wu et al., 2008), 湖相沉積對(duì)油氣資源具有保護(hù)作用。

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SHRIMP U-Pb Isotopic Dating of the Late Cretaceous Volcanic Rocks and Its Chronological Constraint on the Red-beds in Southern Qiangtang Block

WU Zhen-han1), WU Xue-wen2), ZHAO Zhen1), LU Lu1), YE Pei-sheng3), ZHANG Yao-ling3)

1) Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100037; 2) No. 1 Nonferrous Geological Brigade of Jiangxi Province, Yingtan, Jiangxi 335000; 3) Institute of Geomechanics, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100081

Although no qualified chronological data are available for the red-beds, stratigraphic systems of redbeds outcropped widely in southern Qiangtang Block have been mostly regarded as belonging to the Miocene Kangtuo Formation according to regional geological survey at a scale 1:250,000. In this study, the red beds intercalated with volcanic rocks were discovered in the field, and magmatic zircons were selected from the volcanic rocks, which were suitable for the SHRIMP U-Pb isotopic dating so as to provide isotopic ages of high resolution for volcanic eruptions and further to give constraint on geological time of the related red-beds. The SHRIMP206Pb/238U isotopic ages of magmatic zircons are (83.3±1.3) Ma and (75.65±0.82) Ma respectively for the trachyte-andesite intercalations in red beds of northern Belog Co and the andesite overlying red-beds in northern Zagya Zangbu. These high-resolution isotopic ages not only well reveal periods of volcanic eruptions in Late Cretaceous but also provide chronological evidence for the Late Cretaceous basins of red-beds in southern Qiangtang Block. Geological time of the terrestrial red-beds outcropped widely in southern Qiangtang basin should be changed from the Miocene Kangtuo Formation to the Upper Cretaceous Abushan Formation according to the SHRIMP U-Pb isotopic dating of volcanic rocks in northern Belog Co and Zagya Zangbu. Such change issignificant for the better understanding of tectonic evolution and geological preservation conditions of oil-gas systems in southern Qiangtang Block.

terrestrial red-beds; volcanic rocks; Late Cretaceous; SHRIMP U-Pb isotopic dating; southern Qiangtang Block

P588.144; P579.3

A

10.3975/cagsb.2014.05.06

本文由青藏高原地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查評(píng)價(jià)專項(xiàng)“羌塘盆地油氣地質(zhì)構(gòu)造保存條件研究”(編號(hào): 1212011221111)資助。

2013-12-09; 改回日期: 2014-03-23。責(zé)任編輯: 閆立娟。

吳珍漢, 男, 1965年生。博士, 研究員。長(zhǎng)期從事青藏高原區(qū)域地質(zhì)調(diào)查與地質(zhì)構(gòu)造研究工作。通訊地址: 100037, 北京市西城區(qū)百萬(wàn)莊大街26號(hào)。E-mail: zhenhanwu@cags.ac.cn。