伊通盆地基底火成巖的LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年及其地質(zhì)意義

鄒 瑜，陳振林，苗洪波，農(nóng)軍年

（1.中化地質(zhì)礦山總局廣西地質(zhì)勘查院；2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）；3.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)構(gòu)造與油氣資源教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；4.中國(guó)石油吉林油田公司勘探開發(fā)研究院）

0 引言

伊通盆地在構(gòu)造上位于郯廬斷裂帶北延部分佳木斯—伊通地塹的南段［1-2］，其基巖主要由火成巖（尤其花崗巖）構(gòu)成。石油地質(zhì)調(diào)查顯示，伊通盆地內(nèi)雙陽(yáng)組、奢嶺組等均具有良好的石油地質(zhì)條件［3-5］。隨著火成巖油氣藏的發(fā)現(xiàn)，火成巖油氣的成藏機(jī)制與成因研究等逐漸得到重視［6］。目前相關(guān)的研究主要集中于火成巖巖石學(xué)、巖相學(xué)等方面，而對(duì)于其年代學(xué)的研究明顯不足。此外，與伊通盆地周邊地區(qū)（松遼盆地、延邊地區(qū)等）基底火成巖的研究相比［7-13］，伊通盆地內(nèi)火成巖的研究程度明顯偏低。對(duì)于伊通盆地基底火成巖形成年代的問(wèn)題，有少量文獻(xiàn)提出伊通盆地基底與周邊地區(qū)一致，主要由燕山期與海西期的花崗巖及其他變質(zhì)巖組成［4，14-16］；許文良等［9］提出伊通地塹基底花崗巖鋯石加權(quán)平均年齡為（159±3）Ma 或（162±2）Ma，即其形成于中侏羅世晚期或晚侏羅世早期。雖然所述年代大體一致，但是并沒(méi)有很準(zhǔn)確充足的測(cè)試數(shù)據(jù)加以證明。鑒于此，筆者對(duì)伊通盆地6個(gè)基底火成巖巖心進(jìn)行了鋯石分選與LA-ICP-MS鋯石U-Pb年代學(xué)研究，并討論了其地質(zhì)意義。

1 地質(zhì)概況及樣品描述

伊通盆地位于吉林省長(zhǎng)春市和吉林市之間，自北向南依次為岔路河斷陷、鹿鄉(xiāng)斷陷和莫里青斷陷3個(gè)二級(jí)構(gòu)造單元［17］（圖1）。盆地內(nèi)主要出露古近紀(jì)、第四紀(jì)地層，僅在其邊緣有零星侏羅系與白堊系地層［3，11］。 鉆井、測(cè)井及古生物資料顯示，伊通盆地地層自下而上主要發(fā)育有前古近紀(jì)沉積地層（僅出現(xiàn)在X13井），古近系始新統(tǒng)雙陽(yáng)組、奢嶺組、永吉組，漸新統(tǒng)萬(wàn)昌組、齊家組，新近系中新統(tǒng)岔路河組和第四系。目前，伊通盆地有90多口井鉆遇基底，巖性主要由火成巖（尤其花崗巖）構(gòu)成，盆地邊緣局部出露前新生代沉積巖巖層，含有少量變質(zhì)巖。筆者對(duì)6個(gè)火成巖巖心樣品進(jìn)行了薄片鑒定分析，其巖石類型主要包括細(xì)粒花崗巖、斑狀花崗巖、二長(zhǎng)花崗巖和鉀長(zhǎng)花崗巖等，其巖石學(xué)特征見表1。

圖1 研究區(qū)構(gòu)造位置圖（據(jù)文獻(xiàn)［17］修改）Fig.1 Structural location map of the study area

2 分析方法

樣品來(lái)自于伊通盆地 6 口井（C24，C17，X5，L2，Y3和Y53井）的巖心，其破碎和制靶工作由河北省廊坊區(qū)域地質(zhì)調(diào)查研究院地質(zhì)實(shí)驗(yàn)室完成。首先將巖心樣品進(jìn)行粉碎，經(jīng)過(guò)分選使鋯石分離；然后在雙目鏡下挑選出晶形完好、透明度較好、無(wú)包裹體、無(wú)裂隙且具有代表性的鋯石顆粒粘貼在環(huán)氧樹脂表面，等樹脂固化后將鋯石的一半磨掉并拋光，使內(nèi)部結(jié)構(gòu)充分暴露；最后鍍碳并進(jìn)行陰極發(fā)光掃描電鏡顯微照相（CL）。鋯石的陰極發(fā)光（CL）以及UPb同位素定年均在中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）地質(zhì)過(guò)程與礦產(chǎn)資源國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。通過(guò)反射光、透射光以及陰極發(fā)光圖像分析，選擇顆粒內(nèi)部亮度較大、環(huán)帶比較清晰的鋯石，在鋯石激光剝蝕等離子

表1 伊通盆地基底火成巖巖心樣品巖性特征Table 1 The lithologic features of core samples from basement igneous rock in Yitong Basin

體質(zhì)譜（LA-ICP-MS）儀器上進(jìn)行U-Pb同位素定年。分析所采用的光斑直徑為30 μm，并以29Si作為外標(biāo)，運(yùn)用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500進(jìn)行分餾校正［18］，詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)原理和過(guò)程見文獻(xiàn)［19］—文獻(xiàn)［21］。數(shù)據(jù)的處理運(yùn)用實(shí)驗(yàn)室中的ICPMS DataCal程序［22-23］，年齡計(jì)算采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)程序Isoplot（ver3.0）完成，測(cè)試中同位素比值和年齡的標(biāo)準(zhǔn)誤差為1σ，分析結(jié)果如表2所示。

表2LA-ICP-MS鋯石U-Pb分析結(jié)果Table 2 LA-ICP-MS zircon U-Pb dating results

表2（續(xù)）

3 分析結(jié)果

伊通盆地基底火成巖中的鋯石除了少量外形渾圓，大部分都結(jié)晶較好，顆粒較大，呈長(zhǎng)柱狀且自形程度較好，顆粒以灰白色為主（圖2）。從圖2中可以看出，大部分鋯石內(nèi)部結(jié)構(gòu)較清晰，具有典型的巖漿震蕩環(huán)帶，指示其主要為巖漿結(jié)晶的產(chǎn)物。對(duì)樣品C24-1（黑云母二長(zhǎng)花崗巖）、C17-1（碎裂巖化條紋長(zhǎng)石二長(zhǎng)巖）、X5-1（中細(xì)?；◢弾r）、L2-1（斑狀花崗巖）、Y3-1（中細(xì)粒透閃石化綠簾石化二長(zhǎng)花崗巖）以及Y53-1（黃鐵礦化綠簾石化陽(yáng)起石化輝石閃長(zhǎng)巖）的測(cè)試點(diǎn)數(shù)分別為 15，12，8，8，13 和11。鋯石中的Th/U可以指示鋯石的成因，巖漿鋯石的Th/U一般大于0.1，變質(zhì)鋯石的Th/U一般小于0.1［5，19-20］。 由 LA-ICP-MS 鋯石 U-Pb 同位素分析可知（表2），伊通盆地基底火成巖鋯石樣品中，U的含量變化介于（166～940）×10-6，Th 的含量變化介于（65～853）×10-6，且樣品的 C24-1，C17-1，X5-1，L2-1，Y3-1和 Y53-1的 Th/U分別為 0.57～1.29，0.39～0.64，0.75～2.41，0.86～1.52，0.77～1.11 和0.52～0.97，這些數(shù)據(jù)均位于典型巖漿鋯石的Th/U范圍內(nèi)［24-28］。

圖2 鋯石陰極發(fā)光（CL）圖像Fig.2 CL images of analyzed zircons

由圖3可知，LA-ICP-MS測(cè)試的所有分析點(diǎn)均密集分布在諧和線上或其附近，基本沒(méi)有發(fā)生異常，由此證明，這些鋯石形成后，其U-Pb同位素體系都保持封閉，即測(cè)定的年齡值具有一定的可信度。樣品C24-1的206Pb/238U年齡為171～183 Ma，加權(quán)平均年齡為（176.9±1.7）Ma［圖3（a）］；C17-1 的206Pb/238U年齡為163～180 Ma，加權(quán)平均年齡為（171.6±3.0）Ma［圖3（b）］；X5-1 的206Pb/238U 年齡為 168～176 Ma，加權(quán)平均年齡為（171.9±2.4）Ma［圖3（c）］；L2-1的206Pb/238U年齡為166～178 Ma，加權(quán)平均年齡為（171.0± 2.8 ）Ma［圖3（d）］；Y3-1 的206Pb/238U 年齡為 240～257 Ma，加權(quán)平均年齡為（248.7 ± 2.4）Ma［圖3（e）］；Y53-1 的206Pb/238U 年齡為 182～192 Ma，加權(quán)平均年齡為（186.0±2.1）Ma［圖3（f）］，這些數(shù)據(jù)都顯示了所在巖體或單元的結(jié)晶年齡。

伊通盆地及周邊地區(qū)火成巖分布范圍廣、規(guī)模大，多呈巖基或巖株產(chǎn)出。將文中鋯石測(cè)試分析結(jié)果與伊通盆地前期鋯石定年分析相結(jié)合（共24個(gè)樣品）（表3），對(duì)伊通盆地基底火成巖進(jìn)行了綜合分析。

基底火成巖中鋯石的CL圖像及Th/U特征（圖2、表2）表明，此次測(cè)試的6個(gè)鋯石樣品均為巖漿鋯石，而且其余的18個(gè)樣品也為巖漿鋯石。所測(cè)樣品的年齡值均位于諧和線上或其附近（圖3），表明其結(jié)果具有實(shí)際地質(zhì)意義，鋯石的年齡反映了研究區(qū)基底巖石的形成年代。鋯石定年結(jié)果與基底年齡統(tǒng)計(jì)圖（圖4）表明，伊通盆地基底年齡主要為170～336 Ma，絕大多數(shù)花崗巖為燕山期侵入。這一結(jié)果也說(shuō)明了研究區(qū)基底主要由燕山期與海西期花崗巖及其他變質(zhì)巖組成［4-5，15］。綜合分析定年結(jié)果，伊通盆地火成巖鋯石年齡為海西期（Y14-1與Y18-1的年齡分別為（336±27）Ma，（303±14） Ma）、印支期（Y3-1 與 Y13-1 的年齡分別為（247.2±3.4）Ma，（255.7±5.7 ）Ma）以及燕山期（Xg1-1，C37-1，Y53-1，C15-1，C11-1 及 Y46-2 的年齡分別為 189.1 Ma，177.5 Ma，（186.6±2.5）Ma，（171.7±3.5 ）Ma，（173.0±4.8）Ma 和（216.7±2.9 ）Ma）。 從年齡分布上看，岔路河斷陷與鹿鄉(xiāng)斷陷的花崗巖年齡為170～190 Ma，莫里青斷陷的花崗巖年齡為186～336 Ma。

表3 伊通盆地基底火成巖鋯石定年結(jié)果Table 3 The dating of zircon from basement igneous rock in Yitong Basin

圖3 樣品鋯石U-Pb諧和圖Fig.3 The U-Pb concordia diagrams of the zircon samples

圖4 伊通盆地基底年齡分布圖Fig.4 The age distribution map of the basement in Yitong Basin

4 結(jié)論

伊通盆地基巖（花崗巖）的年齡主要為170～336 Ma，其中絕大多數(shù)形成于燕山期，少量形成于海西期，且各斷陷花崗巖的分布存在差異。岔路河斷陷與鹿鄉(xiāng)斷陷花崗巖基本形成于燕山期，而莫里青斷陷花崗巖則是海西期、印支期及燕山期均有形成。伊通盆地基巖年齡主要由二疊紀(jì)、三疊紀(jì)及侏羅紀(jì)組成，以侏羅紀(jì)花崗巖為主體。

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