額濟(jì)納旗大狐貍山地區(qū)干泉組火山巖鋯石U-Pb測(cè)年及其意義

陳高潮，史冀忠，姜亭，張慧元，李渭，王寶文

(西安地質(zhì)調(diào)查中心，陜西 西安 710054)

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額濟(jì)納旗大狐貍山地區(qū)干泉組火山巖鋯石U-Pb測(cè)年及其意義

陳高潮，史冀忠，姜亭，張慧元，李渭，王寶文

(西安地質(zhì)調(diào)查中心，陜西 西安 710054)

摘要：銀額盆地干泉組火山巖段和碎屑巖段在大狐貍山地區(qū)出露較全，火山巖段由含晶屑玄武巖和中酸性火山巖構(gòu)成雙峰式火山巖組合。本次研究在含晶屑玄武巖中獲得(305.2±3.9)Ma(MSWD=7.9)的LA-ICP-MS單顆粒鋯石微區(qū)U-Pb同位素年齡，表明干泉組火山巖時(shí)代為晚石炭世，結(jié)合地層間接觸關(guān)系，將干泉組時(shí)代定為晚石炭世一早二疊世。這一資料對(duì)于分析銀額盆地北部紅石山-黑鷹山坳陷充填演化意義重大，晚石炭世盆地屬于裂谷盆地，發(fā)生快速裂解沉積巨厚的碎屑巖-火山巖。

關(guān)鍵詞：LA-ICP-MS鋯石U-Pb測(cè)年；干泉組；晚石炭世

甘蒙北山北部大狐貍山地區(qū)是銀額盆地北部紅石山-黑鷹山坳陷干泉組出露相對(duì)較全的地區(qū)，大狐貍山以西干泉組主要為基性及中酸性火山熔巖、火山碎屑巖，以東為正常沉積巖，而在大狐貍山地區(qū)火山巖段和碎屑巖段都有出露，是建立干泉組地層層序和分析晚古生代銀額盆地充填演化不可多得的地區(qū)之一。該套地層化石稀少，屬于缺少帶化石的啞地層，1∶20萬《嘎順淖爾》幅區(qū)調(diào)報(bào)告主要依據(jù)：①大狐貍山干泉組碎屑巖段被華力西中期侵入體侵入。②小狐貍山干泉組與下伏晚石炭世石板山組平行不整合接觸。③研究區(qū)以西的六駝山早中二疊世雙堡塘組—菊石灘組平行不整合于干泉組火山巖段之上，將其時(shí)代劃為晚石炭世 (石炭紀(jì)三分)。由于干泉組缺少確切的時(shí)代依據(jù)，給研究銀額盆地北部紅石山-黑鷹山坳陷沉積充填帶來諸多疑慮。近幾年開展的“銀額盆地及其鄰區(qū)石炭—二疊系油氣資源遠(yuǎn)景調(diào)查項(xiàng)目”調(diào)查，認(rèn)為干泉組與下伏泥盆紀(jì)雀兒山群之間不整合接觸關(guān)系并不清楚，區(qū)域上紅石山-黑鷹山坳陷石炭紀(jì)—二疊紀(jì)地層發(fā)育，并且早石炭世綠條山組不整合于泥盆紀(jì)雀兒山群之上，研究區(qū)內(nèi)石炭二疊紀(jì)基本未發(fā)生比較大的構(gòu)造事件(盧進(jìn)才等，2011；陳高潮等，2011)。因此，查清干泉組的時(shí)代對(duì)銀額盆地北部紅石山-黑鷹山坳陷充填序列建立意義重大。筆者主要通過干泉組上段火山巖鋯石U-Pb精確定年約束干泉組時(shí)代，為盆地充填序列分析提供基礎(chǔ)地層資料。

1地質(zhì)背景和樣品特征

1.1地質(zhì)背景

研究區(qū)位于塔里木板塊、華北板塊、哈薩克斯坦板塊的交接部位，區(qū)域構(gòu)造上屬于天山興蒙造山帶中段西部；中泥盆世天山-蒙古洋(古亞洲洋的南支)閉合，華北地塊、塔里木地塊、哈薩克斯坦地塊連接在一起，形成大面積的新生陸殼；石炭—二疊紀(jì)在新生陸殼基礎(chǔ)上板內(nèi)伸展裂解，沉積巨厚火山-碎屑巖(徐學(xué)義等，2008)。區(qū)內(nèi)主要出露奧陶紀(jì)—二疊紀(jì)和侏羅紀(jì)—白堊紀(jì)地層，早石炭沉積綠條山組和白山組火山-碎屑巖系，早石炭世末期裂谷填平補(bǔ)齊；晚石炭世盆地再次裂開沉積火山-碎屑巖；早中二疊世沉積濱淺海相碎屑巖-火山巖；侏羅紀(jì)—白堊紀(jì)發(fā)育陸相碎屑沉積。斷裂構(gòu)造有NWW和NE向兩組，以NWW向斷裂為主。

1.2地層特征及樣品特征

研究區(qū)內(nèi)干泉組呈北東東向出露于大狐貍山南側(cè)和小狐貍山一帶，兩處干泉組被第四系沉積分隔彼此不相連，出露面積55km2(圖1)。小狐貍山干泉組平行不整合于晚石炭世早期石板山組之上，與奧陶系、泥盆系斷層接觸，南側(cè)被第四系覆蓋，干泉組下部巖性為淺灰色、灰黃色厚層塊狀礫巖、砂礫巖夾長(zhǎng)石雜砂巖，向上砂巖夾層增多，礫巖底面沖刷構(gòu)造明顯；上部巖性為灰綠色薄層粉砂巖。

大狐貍山南側(cè)干泉組北與泥盆系斷層接觸，并被華力西中期中粒石英閃長(zhǎng)巖侵入，西側(cè)被早中侏羅世龍鳳山群不整合覆蓋，南、東側(cè)被第四系覆蓋，頂?shù)撞蝗?，按照巖性組合特征將干泉組分為下部碎屑巖段和上部火山巖段，碎屑巖段巖性為灰色、深灰色粉砂質(zhì)泥巖、細(xì)砂巖、粉砂巖夾長(zhǎng)石砂巖和少量砂礫巖；火山巖段為暗灰綠色安山巖、含晶屑玄武巖、灰色、淺灰色安山質(zhì)含礫凝灰熔巖、晶屑巖屑凝灰角礫巖、英安巖，二者之間整合接觸。由于小狐貍山干泉組平行不整合于產(chǎn)腕足Echinoconchuspunctatus，Hustediasp.化石的石板山組之上，而大狐貍山地區(qū)干泉組與泥盆紀(jì)雀兒山群斷層接觸，未見底，綜合分析，筆者認(rèn)為小狐貍山干泉組屬于碎屑巖段下部，大狐貍山干泉組屬于碎屑巖段上部地層，兩者構(gòu)成干泉組碎屑巖段，顯示由粗變細(xì)的退積型沉積層序(圖2)，是盆地水體逐漸變深接受沉積的物質(zhì)記錄。

樣品采自額濟(jì)納旗大狐貍山干泉組上段火山巖中，巖性為暗綠色含晶屑玄武巖，采樣坐標(biāo)：N42°20′16.7″，E100°04′35.3″，H：971m。暗綠色含屑玄武巖呈少斑結(jié)構(gòu)，基質(zhì)為玻晶交織結(jié)構(gòu)，杏仁狀構(gòu)造，斑晶斜長(zhǎng)石含量極低，晶體呈板狀，粒徑大小為0.32×0.15mm～0.14×0.45mm；長(zhǎng)石和輝石晶體碎屑構(gòu)成細(xì)小的火山碎屑物，被細(xì)小的石英、纖閃石、綠泥石等礦物替代，含量<5%；基質(zhì)由細(xì)小的斜長(zhǎng)石和火山玻璃組成，斜長(zhǎng)石晶體多呈細(xì)長(zhǎng)的小板條狀、纖維狀，晶體空隙被火山玻璃充填，形成玻晶交織結(jié)構(gòu)，火山玻璃部分已脫玻化被簾石和綠泥石交代；杏仁多為橢圓形，主要為方解石、石英、綠泥石，大小0.5～3.5mm。

O.咸水湖組+羅雅楚山組；S.園包山組+公婆泉群；D.雀兒山群；C2s.石板山組；C2P1g1.干泉組下段；C2P1g2.干泉組上段；J.龍鳳山群；K.赤金堡群；Q.第四系；1.平行不整合；2.角度不整合；3.斷層；4.采樣位置圖1　大狐貍山地區(qū)區(qū)域地質(zhì)簡(jiǎn)圖Fig.1　Geological sketch map of Dahulishan

2實(shí)驗(yàn)條件及定年結(jié)果

2.1實(shí)驗(yàn)條件

在野外采集40kg樣品，經(jīng)無污染粉碎至80～100目，然后通過重液、精淘分離，按常規(guī)方法分選鋯石，在雙目境下挑選出晶體完好、具有代表性的單顆粒鋯石，然后將樣品鋯石置于環(huán)氧樹脂中，待固結(jié)后拋磨至鋯石粒徑的大約1/2，使鋯石內(nèi)部充分暴露，最后進(jìn)行鋯石的光學(xué)、CL顯微圖像及激光剝蝕等離子體質(zhì)譜(LA-ICPMS)分析。

鋯石陰極發(fā)光(CL)圖像和LA-ICPMS鋯石微區(qū)原位單點(diǎn)定年在西北大學(xué)大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測(cè)定，在Agilent7500型ICP-MS和德國(guó)Lambda Physik公司的ComPex102 ArF準(zhǔn)分子激光器(工作物質(zhì)ArF，波長(zhǎng)193 nm)以及MicroLas公司的GeoLas 200 M光學(xué)系統(tǒng)的聯(lián)機(jī)上進(jìn)行。激光束斑直徑為30μm，激光剝蝕樣品的深度為20～40μm。實(shí)驗(yàn)中采用He作為剝蝕物質(zhì)的載氣，用美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院研制的人工合成硅酸鹽玻璃標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)NIST SRM610進(jìn)行儀器最佳化，采樣方式為單點(diǎn)剝蝕，數(shù)據(jù)采集選用一個(gè)質(zhì)量峰一點(diǎn)的跳峰方式，每完成4～5個(gè)測(cè)點(diǎn)的樣品測(cè)定，加測(cè)標(biāo)樣一次。在所測(cè)鋯石樣品分析15～20個(gè)點(diǎn)前后各測(cè)2次NIST SRM610。鋯石年齡采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500作為外標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，元素含量采用NISTSRM610作為外標(biāo)，29Si作為內(nèi)標(biāo)。詳細(xì)分析步驟和數(shù)據(jù)處理方法參見相關(guān)文獻(xiàn)(HORNI，2000；BALLARDJ R，2001；KOSLERJ，2002；YUAN H L，2003)。采用glitter(ver4.0， Macquarie University)程序?qū)︿喪耐凰乇戎导霸睾窟M(jìn)行計(jì)算，并按照Ander-sen Tom的方法(Andersen，2002)，用LAM-ICPMSCommon Lead Correction(ver3·15)對(duì)其進(jìn)行了普通鉛校正，年齡計(jì)算及諧和圖采用Isoplot(ver3·0)完成，分析數(shù)據(jù)列于表1。

圖2　大狐貍山地區(qū)干泉組綜合柱狀圖Fig.2　Stratigraphic column of Ganquan Formation in Dahulishan area

2.2鋯石特征和同位素測(cè)年結(jié)果

CL圖像反映鋯石的內(nèi)部結(jié)構(gòu)較清楚，巖漿鋯石CL圖像上可見明顯的巖漿振蕩生長(zhǎng)環(huán)帶或?qū)捑彽膸r漿生長(zhǎng)環(huán)帶；變質(zhì)鋯石CL圖像比較復(fù)雜，一般為無分帶或弱分帶的特征(李長(zhǎng)民，2009)。研究表明不同成因鋯石具有不同的Th、U含量及Th/U值(錢一雄，2007)，巖漿鋯石的Th、U含量較高，Th/U值較大(一般>0.4)；變質(zhì)鋯石的Th、U含量低，Th/U值小(一般<0.1)(HERMANNJ，2001；唐俊華等，2008)。大狐貍山干泉組上段含屑玄武巖鋯石晶粒無色透明，呈短柱狀或等粒狀，大小50～150μm。CL圖像(圖3)揭示鋯石具有明顯的振蕩環(huán)帶，顯示了高溫環(huán)境巖漿鋯石的特點(diǎn)(吳元保等，2004)，Th/U值為0.41～0.90，僅有1粒鋯石Th/U為0.38，略小于0.4。由上所述可以看出參與測(cè)年鋯石全為巖漿鋯石。干泉組上段含屑玄武巖中鋯石204Pb、206Pb、207Pb、208Pb、232Th、238U含量及Th/U值(表1)，204Pb值為(<0.63～2.30)×10-6；206Pb值為(39.27～2 149.21)×10-6；207Pb值為(2.23～8.42)×10-6；208Pb值為(2.51～12.92)×10-6；U值為(189.92～729.47)×10-6；Th為(92.32～379.88)×10-6。分析測(cè)試結(jié)果所有14個(gè)分析點(diǎn)206Pb/238U年齡加權(quán)平均為(305.2±3.9)Ma(MSWD=7.9)(圖4)，代表大狐貍山干泉組上段含屑玄武巖結(jié)晶年齡。

圖3　大狐貍山干泉組上段玄武巖鋯石CL圖像及測(cè)年點(diǎn)圖Fig.3　Zircon CL images and dating spots of basalt from Dahulishan Ganquan Formation

圖4　大狐貍山干泉組上段玄武巖鋯石U-Pb諧和圖Fig.4　Zircon U-Pbconcordancy diagram of GanquanFormation in Dahulishan area

3討論

大狐貍山地區(qū)是晚古生代銀額盆地北部紅石山-黑鷹山坳陷干泉組出露較全地區(qū)，向西至哈珠北干泉組發(fā)育雙峰式火山巖，由玄武巖、玄武安山巖、英安巖、流紋巖構(gòu)成多個(gè)火山旋回，缺少或中性巖占比例很小，顯示張性環(huán)境特征；向東到小狐貍山地區(qū)僅見厚度巨大近源沖洪積相粗碎屑沉積和濱淺海相細(xì)砂巖、粉砂巖，與晚石炭早期石板山組平行不整合接觸，代表干泉組最早期沉積；大狐貍山干泉組未見頂?shù)?，碎屑巖段下部為深灰色-灰黑色粉砂巖、泥巖、粉砂質(zhì)泥巖夾長(zhǎng)石雜砂巖、砂礫巖，粉砂質(zhì)泥巖中夾赤鐵礦透鏡體，砂礫巖底部沖刷構(gòu)造明顯，礫石為次圓狀、分選差，為淺海陸棚-深海相環(huán)境水下扇沉積，水下扇沉積發(fā)育反映了盆地快速裂解期盆緣沉積再次搬運(yùn)沉積，與盆地快速裂解期對(duì)應(yīng)；碎屑巖段上部為深灰色、灰色粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖夾長(zhǎng)石細(xì)砂巖，偶夾硅化灰?guī)r透鏡體，具復(fù)理石沉積特征。干泉組碎屑巖段總體上表現(xiàn)為沖積相粗碎屑沉積-濱淺海相碎屑沉積-深海復(fù)理石沉積，反映晚石炭世—早二疊世紅石山-黑鷹山坳陷水體逐漸變深的過程。

前人研究成果認(rèn)為古亞洲洋于晚泥盆紀(jì)前已經(jīng)消亡，晚泥盆紀(jì)以后進(jìn)入板內(nèi)演化階段(徐學(xué)義等，2008；李向民等，2011；高長(zhǎng)林等，2006)。干泉組雙峰式火山巖特征和地層下粗上細(xì)結(jié)構(gòu)表明晚石炭世紅石山-黑鷹山坳陷不斷裂解的過程。

1∶20萬《六駝山》幅區(qū)調(diào)報(bào)告中介紹干泉組火山巖段與上覆早中二疊世雙堡塘組—菊石灘組平行不整合接觸，產(chǎn)腕足化石Paragastriocerassp.，Waagenocerassp.，Uralocerassp.，其中Paragastriocerassp.為茅口期帶化石，考慮到產(chǎn)化石層之下尚有271m厚碎屑巖地層，雙堡塘組—菊石灘組時(shí)代屬于隆林階—冷塢階。小狐貍山地區(qū)干泉組平行不整合于石板山組之上，而小狐貍山東黃石坪地區(qū)石板山組產(chǎn)腕足Echinoconchuspunctatus，Hustediasp.，時(shí)代為晚石炭世羅蘇階—達(dá)拉階。小狐貍山干泉組為厚度>790m的沖洪積礫巖、砂礫巖，薄層粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖，自下而上碎屑巖粒度變細(xì)，頂被第四系覆蓋未見剖面頂，總體上表現(xiàn)為由沖洪積環(huán)境-濱淺海相的海進(jìn)退積；大狐貍山干泉組下段碎屑巖為粉砂泥質(zhì)沉積，與小狐貍山干泉組未見直接接觸，但通過盆地演化及沉積建造分析，大狐貍山和小狐貍山干泉組應(yīng)為上下關(guān)系。本次在干泉組上段火山巖年齡獲得鋯石U-Pb加權(quán)平均年齡(305.2±3.9) Ma(MSWD=7.9)，為晚石炭世。綜合考慮大狐貍山干泉組上段未見頂，研究區(qū)西側(cè)六駝山干泉組與上覆隆林階—冷塢階雙堡塘組-菊石灘組平行不整合接觸，因此筆者認(rèn)為干泉組形成時(shí)代為晚石炭消遙階—早二疊世紫松階，與前人地層時(shí)代劃分基本一致。

干泉組時(shí)代的確定明確了晚古生代銀額盆地西部紅石山-黑鷹山坳陷存在晚石炭世逍遙階—早二疊世紫松階沉積，中段淺海陸棚相細(xì)碎屑巖沉積和上段火山巖代表盆地范圍最大沉積，這與區(qū)域上銀額盆地東部阿木山期沉積范圍達(dá)到最大相一致。

4結(jié)論

小狐貍山干泉組和大狐貍山干泉組是上下疊置關(guān)系，它們二者共同組成紅石山-黑鷹山坳陷干泉組完整的層序。紅石山-黑鷹山坳陷干泉組在大狐貍山地區(qū)火山巖段和碎屑巖段相對(duì)完整，火山巖段含屑玄武巖獲得鋯石U-Pb加權(quán)平均年齡(305.2±3.9) Ma(MSWD=7.9)，綜合區(qū)域上干泉組與上下地層關(guān)系，其時(shí)代應(yīng)為晚石炭世逍遙階—早二疊世紫松階。

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收稿日期：2015-04-23；修回日期： 2016-01-26

基金項(xiàng)目：中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局大調(diào)查“銀額盆地及其鄰區(qū)石炭-二疊系油氣遠(yuǎn)景調(diào)查”(1212011120962)

作者簡(jiǎn)介：陳高潮(1968-)，男，陜西周至人，教授級(jí)高工，本科，從事造山帶與盆地研究工作。E-mail：sxxycc08@163.com

中圖分類號(hào)：P588.14

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1009-6248(2016)02-0141-08

Zircon U-PbDating about Volcanic Rocks of Ganquan Formation in Dahulishan Area，Ejina Banner and Its Geological Implication

CHEN Gaochao， SHI Jizhong， JIANG Ting， ZHANG Huiyuan， LI Wei， WANG Baowen

(Xi’an Center of Geological Survey， China Geological Survey， Xi’an 710054， Shaanxi， China)

Abstract：Volcanic and clastic rock members of Ganquan Formation within Yin'e basin hasoutcropped in Dahulishan area very well. The volcanic rock member is consists of basalt with crystal pyroclast and intermediate-acidic volcanic rocks， forming a bimodal volcanic rock assemblage.Through using LA-ICP-MS zircon U-Pb dating， the isotopic ages of (305.2±3.9)Ma(MSWD=7.9) for basalt with crystal pyroclast have been obtained in this paper， indicating the age for the strata of Ganquan Formation is Late Carboniferous. Combining with the contact relationships among these strata， it’s determined that the age of Ganquan Formation is Late Carboniferous -Early Permian. This data has a great significance for analyzing the depression and filling evolution process of Hongshishan - Heiyingshan in the northern part of Yin'e basin. Thus， this Late Carboniferous basin belongs to the rift basin， developing a rapid cleavage and depositing a giant thick clastic rocks and volcanic rocks.

Keywords：LA-ICP-MS zircon U-Pb dating; Ganquan Formation; Late Carboniferous