漠河盆地額木爾河群鋯石U-Pb年齡及地質意義

趙立國，楊曉平，趙省民，劉 淵，張文龍

(1.黑龍江省地質調查研究總院齊齊哈爾分院，哈爾濱150036;2.中國地質調查局油氣資源調查中心，北京100029)

0 引言

漠河盆地位于大興安嶺北段，大地構造位置處于興蒙造山帶東北段，為典型的中生代陸相盆地，其內沉積了巨厚的中生代河湖相碎屑巖，具有良好的油氣形成條件和巨大成藏潛力［1］，為近年來天然氣水合物和頁巖氣等非常規(guī)油氣調查的重點地區(qū)之一。但受限于森林覆蓋，該地區(qū)地質研究程度較低，已完成的區(qū)域地質填圖和專題研究成果對漠河盆地性質及中生代地層時代還存在不同的認識［1～6］。

漠河盆地被認為是與蒙古—鄂霍茨克海槽封閉時洋殼向南俯沖后伸展作用有關的活動大陸邊緣前陸盆地［3～5］，并在侏羅紀接受了以額木爾河群為主體的河湖相沉積。黑龍江省地質礦產局將額木爾河群劃分為繡峰組 (J1-2x)、二十二站組 (J2er)、漠河組 (J2m)、開庫康組 (J3k)，并根據植物化石、雙殼類化石和介形蟲類化石將上述4個組的時代厘定為早—晚侏羅世［7］。李錦軼等［3］通過對繡峰組下部礫巖礫石成分及年代學研究，認為繡峰組礫巖形成時代可能是早白堊世;孫廣瑞等［8］通過二十二站組介形蟲類化石的研究，認為二十二站組形成于中—晚侏羅世。筆者對二十二站組中火山巖夾層及下伏繡峰組碎屑巖鋯石U-Pb年齡結果表明，漠河前陸盆地形成于中—晚侏羅世，這一認識為漠河盆地構造演化提供了重要的年代學約束。

1 區(qū)域地質背景

漠河盆地的沉積層主要由侏羅系額木爾河群河湖相沉積巖系組成，下部不整合于元古代—古生代結晶基底之上，上部被晚侏羅世—早白堊世基性—酸性火山巖不整合覆蓋 (見圖1)。

圖1 漠河盆地地質簡圖與測年樣品分布位置Fig.1 A generalized geologic map of Mohe Basin and location of the samples

繡峰組主要分布于漠河盆地南緣，呈北東東向展布，厚度大于2200 m，底部為一套沖積扇-辮狀河相沉積的粗礫巖、細礫巖和粗砂巖，夾少量煤線;中上部為一套曲流河-湖泊三角洲相的粗砂巖、細砂巖、粉砂巖夾泥巖組合，局部發(fā)育河道相礫巖及淺湖相粉砂巖、泥巖及細砂巖，側向上與二十二站組為橫向相變關系。在繡峰林場東北 (經緯度:125°10'24″，52°43'48″)繡峰組底部厚層含礫粗砂巖中采集1個鋯石U-Pb測年樣品。

二十二站組主要分布于盆地南緣中心地帶，呈北東東向展布，與上部漠河組和下部繡峰組均為整合接觸，地層厚度大于2000 m，主要由濱湖、淺湖、三角洲及沼澤相沉積組成，含少量酸性凝灰?guī)r夾層。暗色泥巖較厚，屬較好的烴源巖。在繡峰林場東北 (經緯度:125°0'58″，52°40'37″)二十二站組下部采集1個流紋質凝灰?guī)r鋯石U-Pb測年樣品。

漠河組主要分布于盆地西部中心地帶，呈北東東向展布，底部整合于二十二站組之上，上部被晚侏羅世塔木蘭溝組不整合覆蓋，地層厚度大于1200 m。以濱湖、淺湖—半深湖為主，巖相較穩(wěn)定，巖石成分成熟度高，暗色泥巖層厚。

開庫康組主要分布在漠河盆地北部，為一套較粗碎屑的河流相沉積建造，巖石組合為灰黃色、灰白色粗粒砂巖、礫巖，夾少量粉砂巖、粉砂質泥巖和沉凝灰?guī)r等，巖石組合與繡峰組類似，礫巖礫石成分中含有中生代沉積巖組分。

2 測年方法

鋯石分選工作在河北省區(qū)域地質礦產調查研究所實驗室完成。首先用水將重約10 kg樣品表面清洗并晾干，并粉碎至0.18 mm(80目)，經過用水粗淘、強磁分選、電磁分選和酒精細淘之后，在顯微鏡下手工挑選出鋯石。測年樣品靶在天津地質礦產研究所同位素實驗室制備，在實體顯微鏡下挑選裂隙相對少、表面盡量潔凈、透明度相對較高的鋯石約200粒制作環(huán)氧樹脂樣品靶，經過打磨和拋光后，拍攝反射光、透射光和陰極發(fā)光圖像。

鋯石U-Pb測年在天津地質礦產研究所同位素實驗室激光燒蝕多接收器等離子體質譜儀(LA-MC-ICPMS)上完成。激光燒蝕多接器電感耦合等離子體質譜儀為德國Thermo Fisher公司制造的Neptune質譜儀，其離子光學通路采用能量聚焦和質量聚焦的雙聚焦設計，并采用動態(tài)變焦 (ZOOM)使質量色散達到17%;與等離子體質譜儀配套的進樣設備激光器為美國ESI公司生產的UP193-FX ArF準分子激光器，激光波長193 nm，脈沖寬度5 ns，束斑直徑為1，2，10，20，35，50，75，100和150μm可調，脈沖頻率1～200 Hz連續(xù)可調。利用193 nm激光器對鋯石進行剝蝕，利用動態(tài)變焦擴大色散同時接收質量數相差很大的U-Pb同位素，從而進行鋯石微區(qū)U-Pb同位素原位同時測定。采用TEMORA和GJ-1作為外部鋯石年齡標準進行U、Pb同位素分餾校正。詳細的實驗流程見文獻 ［9］。

3 測試結果

3.1 繡峰組含礫粗砂巖 (B2286)

繡峰林場含礫粗砂巖呈淺灰色礫質砂狀結構，塊狀層理構造，接觸式膠結，巖石分選較好，砂屑0.5～2.0 mm，含量大于50%;礫石大小2.0～4.5 mm，含量約占30%，多次棱角狀、次圓狀，礫石成分為中酸性熔巖、片巖、板巖、片麻巖及花崗巖;巖屑成分為中酸性熔巖、片巖和板巖，次棱角狀，含量約占5%;砂屑成分為石英、長石、綠簾石及云母，其中石英占20%，長石占36%，云母占5%，綠簾石占1%;填隙物為黏土礦物細小鱗片狀充填在碎屑周圍，含量約3%。

鋯石陰極發(fā)光圖像 (CL)顯示含礫粗砂巖中鋯石由相對均一的深灰色短柱狀晶體組成，均發(fā)育韻律環(huán)帶結構 (見圖2a)，Th/U比值均大于0.1(見表1)，指示了其巖漿成因，說明繡峰組碎屑鋯石主要來源于先存火山巖和侵入巖，搬運距離短，沒有經過明顯的磨圓。部分鋯石含有灰白色繼承鋯石核。對25個鋯石顆粒的25個測點進行了分析，其中2個無環(huán)帶結構的繼承鋯石核207Pb/206Pb表面年齡分別為2066±14 Ma和2195±14 Ma，時代為古元古代。其余23個短柱狀巖漿鋯石分析點的206Pb/238U表面年齡介于805～167 Ma之間，并具有429～346 Ma和190～167 Ma的峰值分布。5個最年輕的鋯石測點 (3、14、16、23和24號點)的206Pb/238U加權平均年齡為167±2 Ma(見圖3a)，該年齡限制了繡峰組形成時代的下限，即繡峰組沉積時代不早于中侏羅世中期。

3.2 二十二站組流紋質玻屑凝灰?guī)r (B1153)

圖2 鋯石陰極發(fā)光圖像及年齡Fig.2 Zircon cathode luminescence images and ages

圖3 鋯石U-Pb年齡諧和圖Fig.3 Concordia diagrams of zircon U-Pb age

繡峰林場東北二十二站組下部砂巖層中夾厚3～5 m的流紋質凝灰?guī)r，巖石呈灰白色，具有凝灰結構，層狀構造，由玻屑、巖屑、晶屑及火山灰組成。巖屑成分為火山凝灰?guī)r、英安巖、花崗巖、流紋巖、變酸性熔巖和云英片巖等，多被熔蝕成渾圓形，大小0.20～0.75 mm，稀疏分布在玻屑凝灰?guī)r中，含量約25%;晶屑主要為石英和長石，邊緣被熔蝕，呈不規(guī)則狀和尖棱角狀，大小0.1～0.5 mm，含量約10%;玻屑呈塊狀、樹枝狀或弓形，多脫?；梢娖漭喞?，呈隱晶狀集合體，含量約35%;火山塵為細小碎粒狀，脫玻后填充在玻屑間隙中。

鋯石陰極發(fā)光圖像表明流紋質凝灰?guī)r中鋯石由深灰色短柱狀、棱角狀和近等軸狀鋯石組成，均發(fā)育韻律環(huán)帶結構 (見圖2b)，指示了其巖漿成因。對20個巖漿鋯石顆粒的20個測點進行了分析，20個巖漿鋯石分析點的206Pb/238U表面年齡介于153～148 Ma之間，在諧和圖上成群分布，20個鋯石測點的206Pb/238U加權年齡平均值為148±2 Ma(見圖3b)，此年齡被解釋為火山巖的噴發(fā)年齡，時代為晚侏羅世。

4 討論與結論

4.1 額木爾河群的形成時代

一般認為漠河盆地繡峰組、二十二站組、漠河組和開庫康組等沉積巖系形成于侏羅紀［7］。

表1 繡峰組含礫粗砂巖與二十二站組流紋質凝灰?guī)r鋯石U-Pb同位素年齡測定結果Table 1 Results of zircon U-Pb isotopic dating for gritstone in Xiufeng Formation and rhyolitic tuff in Ershierzhan Formation

根據近期在繡峰組中發(fā)現(xiàn)的中侏羅世晚期植物化石 Coniopteris，Neocalamites，Ginkgodigitata Heer，二十二站組中—晚侏羅世雙殼類Ferganoconcha-Margaritifera-Unio和介形蟲類Eoparacyris-Rhinocypris-Mantelliana化石，漠河組中侏羅世Coniopteris-Phoenicopsis植物化石，開庫康組晚侏羅世Coniopteris—Phoenicopsis植物群和Ruffordia—Onychiopsis化石組合，認為額木爾河群的形成時代為中—晚侏羅世。

最新的國際地層表將侏羅紀劃分為3個統(tǒng)［10］，根據劃分方案，早侏羅世與晚三疊世分界年齡為距今199.6±0.6 Ma，而早、中侏羅世分界年齡為距今175.6±2.0 Ma，中、晚侏羅世分界年齡為距今161.2±4.0 Ma，晚侏羅世與早白堊世分界年齡為距今145.5±4.0 Ma。繡峰組碎屑巖鋯石最年輕的U-Pb年齡為距今167±2 Ma，由此限定的地層時代屬于中侏羅世中期，與化石反映的時代一致;二十二站組流紋質凝灰?guī)r鋯石U-Pb年齡為距今148±2 Ma，時代屬于晚侏羅世，與化石反映的時代基本一致?？梢姡~木爾河群形成時代為中—晚侏羅世，而不是傳統(tǒng)認為的早—晚侏羅世。結合前人化石資料，將額木爾河群自下而上重新厘定為繡峰組 (J2x)、二十二站組 (J3er)、漠河組 (J3m)和開庫康組 (J3k)。

4.2 漠河盆地中生代盆地沉積物源與基底時代

在漠河盆地上侏羅統(tǒng)繡峰組含礫粗砂巖中獲得了多組碎屑鋯石U-Pb年齡，顯示了多物源沉積特征，最老物源為古元古代興華渡口巖群。本次獲得的2066 Ma、2195 Ma年齡，是興華渡口巖群迄今為止最老的巖漿鋯石年齡，為興華渡口巖群形成時代提供了新的證據;本次獲得的805 Ma、799 Ma的2個年齡數據證實了額爾古納地塊結晶基底中存在新元古代侵入巖;大量的346～429 Ma和230～280 Ma年齡數據反映了繡峰組的物源以晚古生代和中生代花崗巖類為主，進一步說明了漠河盆地南緣存在大量隆升剝露地表的晚古生代—中生代花崗巖類;167～190 Ma年齡數據說明繡峰組的最新物源有早中侏羅世侵入巖，暗示繡峰組沉積下限不早于早侏羅世，也暗示了漠河前陸盆地形成于中侏羅世中期。

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