銀根—額濟(jì)納旗盆地蘇紅圖坳陷H井鋯石LA-ICP-MS U-Pb定年及其地質(zhì)意義

王香增 陳治軍 任來義 劉護(hù)創(chuàng) 高怡文

(陜西延長石油(集團(tuán))有限責(zé)任公司 西安 710075)

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銀根—額濟(jì)納旗盆地蘇紅圖坳陷H井鋯石LA-ICP-MS U-Pb定年及其地質(zhì)意義

王香增 陳治軍 任來義 劉護(hù)創(chuàng) 高怡文

(陜西延長石油(集團(tuán))有限責(zé)任公司 西安 710075)

蘇紅圖坳陷位于銀根—額濟(jì)納旗盆地的北部，該區(qū)勘探程度較低，地層格架尚不明確，特別是對于深部火山巖所在地層年代存在很大爭議。研究區(qū)火山巖發(fā)育，火山活動對油氣成藏影響較大，但火山活動期次尚不明確。通過對研究區(qū)一口鉆井系統(tǒng)取樣，樣品涵蓋淺部的沉積巖和深部的火山巖，開展樣品的鋯石U-Pb年代學(xué)研究，以期為以上問題的解決提供證據(jù)。結(jié)果表明：①無論是碎屑鋯石還是火山巖鋯石，除了少數(shù)古老年齡的鋯石屬于變質(zhì)成因，其余年輕的鋯石均屬于巖漿成因鋯石。每個樣品均有3組年齡，且不同樣品的鋯石年齡組有所重疊。②深部火山巖的形成年代為早白堊世，該年齡對火山巖所在的深部地層年代具有很好的約束作用。③年輕的巖漿成因鋯石年齡可劃分為4組，分別是132.6±0.7 Ma、237.9±3.2 Ma、(255.4±6.2～263.7±2.2)Ma和(314.1±2.3～328.5)Ma，代表了研究區(qū)晚古生代以來的4期火山活動，對應(yīng)的年代分別為早白堊世、中三疊世、晚二疊世和早石炭世，其中以晚二疊世火山活動最為廣泛和強(qiáng)烈。本次研究成果為研究區(qū)地層劃分、火山巖預(yù)測等提供了有力的依據(jù)。

碎屑鋯石 火山巖鋯石 U-Pb定年 火山活動期次 蘇紅圖坳陷 銀額盆地

由于鋯石廣泛存在于各類巖石中，富含U和Th、普遍低Pb，具有非常高的礦物穩(wěn)定性，使得鋯石U-Pb定年成為同位素年代學(xué)研究中最常用和最有效的方法之一[1]?；鹕綆r鋯石年代學(xué)研究可以對火山活動時間[2-4]、地層沉積時限[5]、大地構(gòu)造活動[3-4,6]、基底信息[2]等提供依據(jù)。碎屑鋯石年代學(xué)的研究意義也更為重大，越來越廣泛地應(yīng)用于沉積物源的研究，為沉積地層時代限定[7-8]、沉積物源區(qū)示蹤[8-11]、區(qū)域性地質(zhì)構(gòu)造事件[7,10]、沉積盆地基底性質(zhì)確定[8]、構(gòu)造演化特征[10-11]等提供了強(qiáng)有力的證據(jù)。

研究區(qū)蘇紅圖坳陷位于銀根-額濟(jì)納旗盆地(以下簡稱銀額盆地)的北部，該區(qū)鉆井少，勘探程度較低，地層格架尚不明確，特別是對于火山巖所在深部地層年代的歸宿問題，不同的學(xué)者有不同的見解，有的學(xué)者認(rèn)為是古生界二疊系[12]，也有的學(xué)者認(rèn)為是中生界白堊系[13-14]，這就使得研究區(qū)地層劃分具有盲目性和多解性。研究區(qū)火山活動頻繁，持續(xù)時間長，火山巖及與火山活動有關(guān)的沉積巖分布廣泛[15-16]。前人研究表明，火山活動對油氣成藏的影響是雙重的：火山噴發(fā)提供的熱能促進(jìn)了盆地內(nèi)烴源巖的成熟及向烴類的轉(zhuǎn)化，氣孔、溶孔、溶洞、裂縫發(fā)育的火山巖可以作為良好的儲集層，較厚的火山巖也可以作為較好的蓋層[17-19]；同時，火山活動對油氣成藏也有著不利的方面，表現(xiàn)在頻繁的構(gòu)造運(yùn)動和火山活動可對油氣藏產(chǎn)生破壞作用[19]。評價火山活動對油氣成藏的影響，需要對火山活動期次和火山巖分布進(jìn)行預(yù)測，但是研究區(qū)火山活動的期次尚不明確。

前人對研究區(qū)火山巖年代學(xué)研究較少。鐘福平等[15]對蘇紅圖坳陷野外采集的火山巖樣品進(jìn)行Ar-Ar測試，得到年齡值為106.48±1.32 Ma～113.12±1.38 Ma，由于“凹隆相間”的構(gòu)造格局和火山巖分布的不連續(xù)性，使得火山巖橫向可對比性差，該年齡不能代表研究區(qū)全部火山巖年齡。本次研究中，對研究區(qū)的一口深層鉆井進(jìn)行了系統(tǒng)取樣，樣品既有淺部的沉積巖，又有深部的火山巖。對所取樣品開展巖石學(xué)分析和鋯石U-Pb定年研究，以期對研究區(qū)深部地層進(jìn)行約束、對火山活動期次進(jìn)行初步的厘定。

1 地質(zhì)背景

銀額盆地是在前寒武紀(jì)結(jié)晶地塊和古生代褶皺基底基礎(chǔ)上發(fā)育起來的中新生代沉積盆地[20]，位于塔里木、哈薩克斯坦、西伯利亞和華北4個板塊的結(jié)合部位[15](圖1)。早古生代早期到晚古生代末期，盆地一直處于被動陸緣和縫合帶上[21]。中生代以來盆地經(jīng)歷了三疊紀(jì)—早侏羅世的扭張拉分?jǐn)嘞?、晚侏羅世的擠壓抬升剝蝕、早白堊世的伸展裂谷和晚白堊世—第三紀(jì)沉降拗陷四個演化階段[21]。多期構(gòu)造運(yùn)動導(dǎo)致多期火山活動，使得銀額盆地火山巖廣泛分布(圖1)。蘇紅圖坳陷露頭區(qū)和凹陷鉆井均可見多層火山巖發(fā)育，火山巖多為噴出相玄武巖、安山巖、英安巖等，且以夾層的形式發(fā)育于沉積巖中，火山巖的年齡對沉積地層的年代有很好的指示作用。

蘇紅圖坳陷由6個凹陷和6個凸起組成，構(gòu)造格局呈現(xiàn)“凹隆相間”的特征。凹陷為單斷、斷階和雙斷式箕狀凹陷，邊界大斷層均為控制沉積的同生長斷層，構(gòu)造形態(tài)表現(xiàn)為從緩坡到陡坡的單斜形態(tài)。沉積方面，每個凹陷為一個獨立的斷陷湖盆，自成一個獨立的沉積單元，有自己的沉積中心和邊緣相帶，具有相似的構(gòu)造沉積發(fā)育史。沉積物源來自凹陷周圍的凸起或造山帶，如蘇紅圖坳陷的哈日凹陷，它的沉積物源來自凹陷周圍的哈日凸起或洪格爾吉山(圖2)。

2 樣品采集處理

H井是銀額盆地蘇紅圖坳陷哈日凹陷的一口深層鉆井，本次在該井取了4組樣品(樣品編號分別為HO1，HO2，HO3和HO4)，對其進(jìn)行巖石學(xué)和鋯石U-Pb年代學(xué)測定(圖3)。

鋯石LA-ICP-MS U-Pb定年測試分析在中國科學(xué)院青藏高原研究所大陸碰撞與高原隆升重點實驗室激光剝蝕電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(LA-ICP-MS)上完成。LA-ICP-MS激光剝蝕系統(tǒng)為美國Newwave公司生產(chǎn)的UP193FX型193nmArF準(zhǔn)分子系統(tǒng)，激光器來自于德國ATL公司，ICP-MS為Agilent7500a。激光器波長為193 nm，脈沖寬度<4 ns。斑束孔徑25 μm，激光剝蝕采樣過程以氦氣作為載氣。LA-ICP-MS詳細(xì)分析方法及數(shù)據(jù)處理參見[22]。樣品HO1、HO2、HO3和HO4中分別選取30、24、36和18粒鋯石進(jìn)行了LA-ICP-MS定年分析，分別獲得了30、24、36和19個測點的分析數(shù)據(jù)(表1)。

3 樣品巖石學(xué)特征

樣品HO1粉砂質(zhì)含量為40%，泥質(zhì)含量為60%。泥質(zhì)中見自形的微晶長石。粉砂成分為白云母、巖屑及少量石英長石碎屑，見零星碳屑(圖4a)。局部見0.05～0.1 mm溶縫，被瀝青充填(圖4b)。根據(jù)巖石礦物成分和結(jié)構(gòu)特征，綜合定性為粉砂質(zhì)泥巖。

樣品HO2粉砂質(zhì)含量為35%，泥質(zhì)含量為65%。粉砂泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，變形紋理構(gòu)造。粉砂成分為白云母、巖屑及少量石英長石碎屑，分布不均，見零星碳屑。局部見不規(guī)則溶孔群，可能為機(jī)械原因所致。根據(jù)巖石礦物成分和結(jié)構(gòu)特征，綜合定性為粉砂質(zhì)泥巖(圖4c)。

樣品HO3粉砂質(zhì)含量為70%，泥質(zhì)含量為30%。泥質(zhì)粉砂結(jié)構(gòu)，變形紋理構(gòu)造(圖4d)。粉砂成分為石英、長石、巖屑及少量白云母，見零星碳屑。雜基為泥質(zhì)，含量較多。溶孔充填方解石，局部見白云石交代，見多粒電氣石(圖4e)。根據(jù)巖石礦物成分和結(jié)構(gòu)特征，綜合定性為泥質(zhì)粉砂巖。樣品HO4呈灰褐色，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。礦物主要由斜長石、暗色礦物和鐵質(zhì)組成。斜長石占80%～82%，多呈半自形板條狀，礦物粒徑多小于0.1 mm，雜亂分布。暗色礦物占10%～15%，多被碳酸鹽礦物交代，不保留原礦物晶形，表面有鐵質(zhì)礦物析出，分布于斜長石粒間。鐵質(zhì)占3%～5%，多呈褐黑色，細(xì)粒狀，分布在斜長石粒間。巖石局部發(fā)育氣孔構(gòu)造，氣孔占巖石體積的2%～3%，氣孔大小一般為0.1～1.7 mm，多呈不規(guī)則狀，多被石英和碳酸鹽礦物充填。局部發(fā)育微細(xì)裂隙，裂隙寬為0.02 mm左右，裂隙多被碳酸鹽礦物和硅質(zhì)充填(圖4f)。主量元素中SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為56.11%，K2O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.00%，Na2O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.24%。在TAS圖解中樣品中落在玄武安山巖區(qū)域中(圖5)，而在SiO2-K2O圖解中樣品均落在高K玄武安山巖區(qū)域中(圖6)。據(jù)巖石礦物種類及結(jié)構(gòu)特征，并且綜合化學(xué)分析判定巖石為玄武安山巖。

圖1 銀額盆地構(gòu)造單元劃分和火山巖分布圖Fig.1 Tectonic units and volcanic rocks in Yingen-Ejinaqi basin

圖2 蘇紅圖坳陷哈日凹陷銀根組沉積相圖Fig.2 Sedimentary phase diagram of Yingen Formation in Hari sag

圖3 樣品分布分圖Fig.3 Distribution of sample points

測點編號Th/U同位素比值表面年齡/Ma207Pb/206Pb1σ207Pb/235U1σ206Pb/238U1σ207Pb/206Pb1σ207Pb/235U1σ206Pb/238U1σHO1-10.520.05240.002850.35850.019180.049620.00047303127311143123HO1-20.750.050960.001920.265370.009640.037770.00032396923982392HO1-30.580.052380.00290.361710.019610.050080.0005302106313153153HO1-40.820.052450.003210.347140.020770.0480.00059305115303163024HO1-50.340.052950.003080.366040.020760.050140.00064327106317153154HO1-60.550.05510.001690.381010.011110.050150.000394165132883152HO1-70.600.052890.002560.366020.017270.050190.0004532491317133163HO1-81.120.054750.003420.378640.023280.050160.00052402120326173163HO1-90.570.052850.00150.36590.009760.050210.00043224631773162HO1-100.250.072330.001391.497950.025690.150210.0010499524930109026HO1-110.790.052450.002250.363040.014980.05020.0005430574314113163HO1-120.500.052650.004480.346310.028830.047710.00092314154302223006HO1-130.460.053230.004440.367110.029980.050020.00089339153318223155HO1-140.890.053460.002410.272470.012090.036960.0003348105245102342HO1-150.620.053050.002390.366730.015980.050140.0005433179317123153HO1-160.550.17270.0020611.737160.100860.492940.003322584725848258314HO1-170.620.051090.002120.265770.010690.037730.000332457723992392HO1-180.660.071910.010640.498430.072620.050280.00145983257411493169HO1-190.820.053050.011370.362820.076170.049610.002513313433145731215HO1-200.640.05240.002970.336380.018550.046560.00058303103294142934HO1-210.600.052460.008830.355610.058960.049170.00145305343309443099HO1-220.500.052520.002640.358530.017410.049510.0006130888311133124HO1-230.530.069160.003050.484970.020720.050870.0005190472401143203HO1-240.330.056320.00140.294240.006790.03790.000274653826252402

(續(xù)表1)

測點編號Th/U同位素比值表面年齡/Ma207Pb/206Pb1σ207Pb/235U1σ206Pb/238U1σ207Pb/206Pb1σ207Pb/235U1σ206Pb/238U1σHO1-250.610.062620.006780.434850.046340.050370.00104695195367333176HO1-260.640.050980.00450.357790.031040.05090.00085240165311233205HO1-270.570.052740.005030.367510.034630.050540.00077318186318263185HO1-280.550.052860.002560.364240.017220.049990.0004832390315133143HO1-290.240.046050.002960.237940.014850.037480.00057141217122374HO1-300.660.052720.002240.36570.014940.050310.0005331774316113163HO2-10.560.052820.002380.375970.01650.051620.0004632184324123243HO2-20.620.054790.002340.306880.012870.040620.0003240498272102572HO2-30.670.052840.002840.289130.015340.039680.00035322126258122512HO2-40.520.053610.004970.349370.032080.047260.0006355213304242984HO2-51.290.068660.010960.46060.072550.048650.00125888353385503068HO2-61.020.052540.004780.294570.026550.040660.00048309208262212573HO2-70.510.085430.001242.466320.028580.209420.001331325131262812267HO2-80.770.075170.00750.499310.048850.048180.000951073208411333036HO2-90.740.0710.003740.504650.025660.051560.0007395781415173244HO2-100.110.072570.001071.744470.020730.174380.00111002141025810366HO2-110.510.05290.003970.373920.027620.051280.00067325145323203224HO2-120.660.053320.003130.368660.021340.050150.00051342136319163153HO2-130.800.052990.004460.378380.031280.051790.00084328158326233265HO2-140.550.047960.004660.329210.03170.049780.0006597216289243134HO2-150.400.078390.001281.221340.016790.113020.0007311571781086904HO2-160.860.052610.007580.359940.051030.049630.00147312265312383129HO2-170.830.085240.001222.711310.030750.230740.00151321121332813388HO2-180.410.069420.00310.49530.021270.051760.0006391168409143254HO2-190.460.053070.00250.379130.017450.051820.0004433290326133263HO2-200.480.058380.005060.430640.036780.05350.00079544196364263365HO2-210.440.065260.00390.464430.027020.051620.0007378399387193244HO2-220.470.048290.005240.373320.040190.056070.00072113237322303524HO2-230.610.058050.001930.661780.021030.082690.0006953255516135124HO2-240.440.051190.002410.290540.013190.041170.0004824983259102603HO3-10.850.064720.010430.374750.059620.0420.00118765299323442657HO3-20.750.055950.008760.321980.049630.041740.00128450290283382648HO3-30.910.051330.00340.295150.019240.041710.00047256129263152633HO3-40.820.054450.005660.303820.031350.040470.0005390237269242563HO3-51.040.052950.004410.380320.03130.05210.000618923789338894HO3-60.950.051890.0040.297620.022650.041610.00049281152265182633HO3-71.060.073490.005950.421480.033310.04160.000771027131357242635HO3-80.120.055830.001340.554760.012280.072080.000514463744884493HO3-90.920.066150.011170.36280.060420.039780.0011811378314452517HO3-100.590.056840.00390.326130.021950.041620.00054485127287172633HO3-110.760.051690.005940.295690.033710.04150.00057272233263262624HO3-120.810.051540.005670.296650.032290.041750.00066265217264252644HO3-130.620.052980.003710.383310.026470.052490.00053912140913199092HO3-140.860.051540.004620.295030.026040.041530.00066265171263202624HO3-151.010.054510.005610.300260.030520.039950.00063392236267242534HO3-160.920.052030.007160.298130.040750.041570.00069287276265322634HO3-170.800.056870.007720.320610.043150.040890.0007486309282332584HO3-180.360.055110.00230.503360.020390.066260.0005510037610051410031HO3-190.800.051670.005040.296240.028660.041590.00045271199263222633HO3-200.920.048290.007610.262650.0410.039450.00083113295237332495HO3-210.740.051560.005930.295680.033760.04160.00056266234263262633HO3-220.700.051480.005250.295220.029870.04160.00054262205263232633HO3-230.740.059530.004860.3430.027580.04180.00058587152299212644

(續(xù)表1)

測點編號Th/U同位素比值表面年齡/Ma207Pb/206Pb1σ207Pb/235U1σ206Pb/238U1σ207Pb/206Pb1σ207Pb/235U1σ206Pb/238U1σHO3-240.690.051470.004510.294280.025540.041480.0005262174262202623HO3-250.880.051490.00370.294140.020790.041450.00052263138262162623HO3-260.650.051330.00530.294770.030120.041660.00066256202262242634HO3-270.800.055550.005420.305780.029460.039930.00059434222271232524HO3-280.750.05440.003360.312190.018930.041630.00043388119276152633HO3-290.700.053790.005840.307650.033130.04150.00054362220272262623HO3-300.680.051860.006960.295910.03950.04140.00054279276263312623HO3-310.760.051510.004680.295170.026540.041570.00052264181263212633HO3-320.060.052340.002710.338630.017220.046940.00039769166770237764HO3-330.780.052020.005460.297990.031040.041560.00051286213265242623HO3-340.640.054910.008390.314140.047510.041510.00101409293277372626HO3-351.040.05420.004810.310420.027260.041550.00051379177275212623HO3-360.590.052320.007280.301080.041580.041750.00077299275267322645HO4-14.870.056970.002020.163650.005540.020840.000164906115451331HO4-23.530.052740.001770.150560.004840.020710.00015318601424132.10.9HO4-33.880.048660.001310.139110.003480.020740.00014131461323132.30.9HO4-40.100.132570.002047.381770.095550.403880.00326213212215912218715HO4-50.950.051570.002230.297120.012440.041790.0003826680264102642HO4-60.610.05150.002770.296180.015530.041720.00043263102263122633HO4-71.010.051780.005730.3010.032980.042160.00065276219267262664HO4-83.050.062020.001960.177570.005290.020770.000186754916651331HO4-91.050.051350.001950.295690.010730.041770.000392576626382642HO4-100.200.051580.00220.296690.012220.041720.0004226776264102633HO4-113.730.053410.002190.152920.006070.020770.000183467414451331HO4-120.450.165810.0018310.886360.07520.476220.002792516525136251112HO4-131.680.050830.007840.28460.043220.040610.00124233279254342578HO4-140.210.088850.000963.008420.019270.245610.00134140161410514167HO4-154.090.049060.001530.139050.004130.020560.00014151571324131.20.9HO4-163.820.049030.002540.141940.007190.0210.0001714910113561341HO4-171.010.048790.004650.139220.0130.02070.00039138174132121322HO4-181.030.04910.006080.140660.017170.020780.00044153232134151333HO4-190.330.089650.000973.034730.019690.245550.00135141861416514157

4 鋯石成因與年齡分布

鋯石成因礦物學(xué)研究表明，不同成因鋯石所測得的年齡所代表的地質(zhì)意義不同，只有對鋯石進(jìn)行成因礦物學(xué)和礦物內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，才能對測定的鋯石年齡值給予合理的地質(zhì)解釋，這也是鋯石U-Pb年代學(xué)研究的重點[23-24]。

四組樣品共選取了108個鋯石顆粒，陰極發(fā)光(CL)圖像顯示絕大多數(shù)鋯石不同程度地保留了巖漿鋯石原有的晶形，韻律振蕩環(huán)帶清晰，具扇形分帶或弱分帶的結(jié)構(gòu)，自形到半自形(圖7，8)。109個測點數(shù)據(jù)中，Th/U比值為0.10～4.87，大于0.4的占91%，表明樣品中的鋯石絕大多數(shù)為巖漿成因[1,24](表1)。其中少量鋯石結(jié)構(gòu)復(fù)雜，具有殘留晶核，邊部可見增生邊，Th/U比值較低，具有變質(zhì)鋯石的特征[23-25](圖7，8)。在選取鋯石年齡時，對于年齡小于1 000 Ma的鋯石顆粒中一般無Pb損失，放射性成因207Pb的積累也很少，因而采用206Pb/238U表面年齡為測點的鋯石年齡；對于年齡大于1 000 Ma的鋯石顆粒，因含較多放射性成因Pb而采用207Pb/206Pb表面年齡[7,26]。各組樣品鋯石成因分析和年齡分布如下：

圖4 樣品鏡下照片F(xiàn)ig.4 Microphotograghs of samples

圖5 樣品HO4 TAS 圖解Fig.5 TAS diagram for sample HO4

圖6 樣品HO4 SiO2-K2O圖解Fig.6 Diagram of SiO2 and K2O for sample HO4

圖7 HO1和HO2樣品中的鋯石陰極發(fā)光圖像及測試位置Fig.7 The CL images and test positions of zircons from HO1 and HO2

(1) 樣品HO1巖性為粉砂質(zhì)泥巖，鋯石為碎屑鋯石。選取了30個鋯石顆粒，獲得了30個測點數(shù)據(jù)，鋯石的CL圖像、U-Pb年齡諧和圖和年齡頻率圖顯示，鋯石明顯分為三類(圖7，9，10)：

第一類鋯石有5粒、5個測點(2、14、17、24、29)。鋯石顏色為深灰色，長柱狀或等軸狀，韻律環(huán)帶明顯。鋯石顆粒較大，長50～100 μm，寬60～80 μm(圖7)。Th含量為136～625×10-6，平均值為331×10-6。U含量為355～1 106×10-6，平均值為628×10-6。Pb含量為59～180×10-6，平均值為104×10-6。Th/U比值為0.24～0.89，平均為0.57(表1)。鋯石具有較高U和Th含量、較低Pb含量和較高Th/U比值的特征，自形特征明顯，具有巖漿鋯石典型的環(huán)帶韻律，屬于巖漿成因鋯石[25-27]。在LA-ICP-MS鋯石206Pb/238U和207Pb/235U諧和圖上，5個點均位于諧和曲線附近，體現(xiàn)出較好的諧和性，得到206Pb/238U的加權(quán)平均年齡為237.9±3.2 Ma(MSWD=1.4)(圖9)。從鋯石年齡分布頻率圖，該類鋯石年齡為234.0～242.5 Ma，主峰值為239.0 Ma(圖10)。第二類鋯石有23粒、23個測點(1、3、4、5、6、7、8、9、11、12、13、15、18、19、20、21、22、23、25、26、27、28、30)，為樣品HO1最主要的一類鋯石。鋯石顏色呈灰色—深灰色，短柱狀、橢圓狀、或不規(guī)則狀，半自形到自形，韻律環(huán)帶明顯。顆粒較大，長50～120 μm，寬50～80 μm(圖7)。Th含量為45～306×10-6，平均值為157×10-6。U含量為68～556×10-6，平均值為263×10-6。Pb含量為16～121×10-6，平均值為58×10-6。Th/U比值為0.34～1.12，平均為0.62，大于0.4的占96%(表1)。鋯石具有較高的U、Th含量和Th/U比值，具有巖漿鋯石典型的環(huán)帶韻律，屬于巖漿成因鋯石[25-27]。在LA-ICP-MS鋯石206Pb/238U和207Pb/235U諧和圖上，除1個點在諧和線的右下側(cè)外，其余的數(shù)據(jù)點落成一簇，均位于諧和曲線上，體現(xiàn)出很好的諧和性，無明顯Pb損失，得到其206Pb/238U的加權(quán)平均年齡為314.1±2.3 Ma(MSWD=2.4)(圖9)。從鋯石年齡分布頻率圖，該類鋯石年齡主要為291.0～325.0 Ma，主峰值為314.5 Ma(圖10)。第三類鋯石為2個(10、16)較老的年齡鋯石，年齡分別為902 Ma和2 584 Ma(表1)。鋯石的CL圖像為灰黑色，顆粒較小，長40～60 μm，寬40～50 μm。鋯石呈現(xiàn)弱分帶或云霧狀分帶特征，有渾圓狀生長紋和渾圓形內(nèi)核，邊部可見增生邊(圖7)。鋯石呈現(xiàn)較低Th含量和Th/U比值的特點，Th含量分別為76×10-6和80×10-6，U含量分別為294×10-6和147×10-6，Pb含量分別為189×10-6和345×10-6，Th/U比值分別為0.25和0.55。鋯石的顏色、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和元素含量等表明，這兩顆鋯石應(yīng)該為變質(zhì)成因鋯石[28-29]。

圖8 HO3和HO4樣品中的鋯石陰極發(fā)光圖像及測試位置Fig.8 The CL images and test positions of zircons from HO3 and HO4

圖9 鋯石U-Pb年齡諧和圖Fig.9 Zircons U-Pb age and its concordia diagram

圖10 鋯石U-Pb年齡頻率圖Fig.10 Zircons U-Pb age and its frequency diagram

(2) 樣品HO2的巖性也為粉砂質(zhì)泥巖，深度與樣品HO1相近，鋯石為碎屑鋯石。選取了24個鋯石顆粒，獲得了24個測點數(shù)據(jù)，鋯石的CL圖像、U-Pb年齡諧和圖和年齡頻率圖顯示，鋯石分為三類(圖7，9，10)：

第一類鋯石有4粒、4個測點(2、3、6、24)。鋯石顏色呈深灰色，長柱狀或等軸狀，韻律環(huán)帶明顯。顆粒較小，長40～70 μm，寬30～50 μm(圖7)。Th含量為137～422×10-6，平均值為280×10-6。U含量為226～630×10-6，平均值為426×10-6。Pb含量為45～125×10-6，平均值為82×10-6。Th/U比值為0.44～1.02，平均為0.69，均大于0.4(表1)。鋯石具有較高U、Th含量和Th/U比值，自形特征明顯，具有巖漿鋯石典型的環(huán)帶韻律，屬于巖漿成因鋯石[25-27]。在LA-ICP-MS鋯石206Pb/238U和207Pb/235U諧和圖上，4個點均位于諧和曲線上，體現(xiàn)出很好的諧和性，得到206Pb/238U的加權(quán)平均年齡為255.4±6.2 Ma(MSWD=2.7)(圖9)。從鋯石年齡分布頻率圖，該類鋯石年齡為247.0～266.0 Ma，主峰值為257.0 Ma(圖10)。

第二類鋯石有15粒、15個測點(1、4、5、8、9、11、12、13、14、16、18、19、20、21、22)，為樣品HO2最主要的一類鋯石。鋯石顏色呈灰色—深灰色，短柱狀或不規(guī)則狀，半自形到自形，韻律環(huán)帶較為明顯。顆粒長50～100 μm，寬40～80 μm(圖7)。Th含量為41～364×10-6，平均值為188×10-6。U含量為86～772×10-6，平均值為309×10-6。Pb含量為25～176×10-6，平均值為74×10-6。Th/U比值為0.41～1.29，平均為0.63，均大于0.4(表1)。鋯石具有較高的U、Th含量和Th/U比值，具有巖漿鋯石典型的環(huán)帶韻律，屬于巖漿成因鋯石[25-27]。在LA-ICP-MS鋯石206Pb/238U和207Pb/235U諧和圖上，除5個數(shù)據(jù)點在諧和線的右下側(cè)外，其余的數(shù)據(jù)點均位于諧和曲線上，體現(xiàn)出較好的諧和性，無明顯Pb損失，得到其206Pb/238U的加權(quán)平均年齡為322.0±6.9 Ma(MSWD=9.3)(圖9)。從鋯石年齡分布頻率圖，該類鋯石年齡主要為292.0～337.0 Ma，主峰值為323.5 Ma(圖10)。

第三類鋯石為5個(7、10、15、17、23)年齡較老的鋯石，年齡分別為1 325 Ma、1 002 Ma、690 Ma、1 321 Ma和512 Ma(表1)。鋯石的CL圖像為灰黑色，顆粒長60～80 μm，寬40～80 μm。鋯石顆粒呈現(xiàn)弱分帶和韻律環(huán)帶并存的特征，3個鋯石顆粒見渾圓形內(nèi)核(圖7)。鋯石Th含量為59～261×10-6，平均值為186×10-6。U含量為255～623×10-6，平均值為439×10-6。Pb含量為93～485×10-6，平均值為312×10-6。Th/U比值為0.11～0.83，平均為0.49。樣品HO2的這類鋯石年齡老，年齡跨度大，分布零散，鋯石的顏色、內(nèi)部結(jié)構(gòu)等表明這類鋯石既有巖漿成因鋯石[25-27]，又有變質(zhì)成因鋯石[28-29]。

(3) 樣品HO3巖性為泥質(zhì)粉砂巖，鋯石為碎屑鋯石。選取了36個鋯石顆粒，獲得了36個測點數(shù)據(jù)，鋯石的CL圖像、U-Pb年齡諧和圖和年齡頻率圖顯示，鋯石分為三類(圖8～10)：

第一類鋯石有31粒、31個測點(1、2、3、4、6、7、9、10、11、12、14、15、16、17、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、33、34、35、36)，為HO3最主要的一類鋯石。鋯石顏色主要為深灰色，短柱狀、等軸狀或不規(guī)則狀，絕大多數(shù)鋯石具有明顯的韻律環(huán)帶。鋯石顆粒長50～110 μm，寬40～80 μm(圖8)。Th含量為53～232×10-6，平均值為110×10-6。U含量為88～237×10-6，平均值為136×10-6。Pb含量為17～44×10-6，平均值為27×10-6。Th/U比值為0.59～1.06，平均為0.80，均大于0.4(表1)。鋯石具有較高Th/U比值，具有巖漿鋯石典型的環(huán)帶韻律，屬于巖漿成因鋯石[25-27]。在LA-ICP-MS鋯石206Pb/238U和207Pb/235U諧和圖上，除個別點在諧和線的右下側(cè)外，其余的數(shù)據(jù)點落成一簇，均位于諧和曲線上，體現(xiàn)出較好的諧和性，無明顯Pb損失，得到其206Pb/238U的加權(quán)平均年齡為261.4±1.3 Ma(MSWD=0.89)(圖9)。從鋯石年齡分布頻率圖，該類鋯石年齡為248.8～268.0 Ma，主峰值為261.5 Ma(圖10)。

第二類鋯石有2粒、2個測點(5、13)。鋯石的CL圖像為深灰色，呈韻律環(huán)帶特征。顆粒較小，長40～50 μm，寬40～50 μm(圖8)。Th含量分別為193×10-6和135×10-6，U含量分別為185×10-6和219×10-6，Pb含量分別為46×10-6和52×10-6，Th/U比值分別為1.04和0.62(表1)。鋯石具有較高Th、U含量和Th/U比值，具有巖漿鋯石典型的環(huán)帶韻律，屬于巖漿成因鋯石[25-27]。在LA-ICP-MS鋯石206Pb/238U和207Pb/235U諧和圖上，2個點均落在諧和曲線上，體現(xiàn)出很好的諧和性，206Pb/238U年齡分別為327.0±4 Ma和330.0±3 Ma，平均為328.5 Ma(圖9)。

第三類鋯石有3粒、3個測點(8、18、32)，年齡分別為449 Ma、414 Ma和296 Ma(表1)。鋯石的CL圖像為灰黑色，弱分帶或無分帶。顆粒長40～80 μm，寬40～50 μm(圖8)。Th含量為5～25×10-6，平均值為15×10-6。U含量為69～112×10-6，平均值為90×10-6。Pb含量為58～72×10-6，平均值為65×10-6。Th/U比值為0.06～0.36，平均為0.18(表1)。鋯石具有低Th、U含量和Th/U比值的特征，結(jié)合內(nèi)部結(jié)構(gòu)，這類鋯石為變質(zhì)成因鋯石[28-29]。

(4) 樣品HO4巖性為玄武安山巖，是樣品中唯一一組火山巖樣品，鋯石為火山巖鋯石。該樣品選取了18個鋯石顆粒，獲得了19個測點數(shù)據(jù)，樣品鋯石的CL圖像和U-Pb年齡諧和圖顯示，鋯石也明顯分為三類(圖8～10)：

第一類鋯石有8粒、9個測點(1、2、3、8、11、15、16、17、18)。鋯石呈灰色—灰黑色，有明顯的扇形分帶。顆粒普遍較大，長60～140 μm，寬30～130 μm。顆粒形狀以長柱狀為主，最大長寬比達(dá)3∶1(圖8)。Th含量為279～8 309×10-6，平均值為4 555×10-6。U含量為271～2 033×10-6，平均值為1 224×10-6。Pb含量為27～270×10-6，平均值為156×10-6。Th/U比值為1.01～4.87，平均為3.22(表1)。鋯石具有很高的Th、U含量和Th/U比值，具有火山巖特有的細(xì)長柱狀，屬于典型的巖漿成因鋯石[25-27]。在LA-ICP-MS鋯石206Pb/238U和207Pb/235U諧和圖上，除4個數(shù)據(jù)點在諧和線的右下側(cè)外，其余的數(shù)據(jù)點均位于諧和曲線上，體現(xiàn)出較好的諧和性，得到206Pb/238U的加權(quán)平均年齡為132.6±0.7 Ma(MSWD=0.67)(圖9)。從鋯石年齡分布頻率圖，該類鋯石年齡主要為130.5～137.0 Ma，主峰值為132.5 Ma(圖10)。

第二類鋯石有6粒、6個測點(5、6、7、9、10、13)。鋯石顏色為灰色—深灰色，短柱狀或橢圓狀，半自形到自形，韻律環(huán)帶較為明顯。顆粒較小，長50～70 μm，寬40～60 μm(圖8)。Th含量為102～960×10-6，平均值為408×10-6。U含量為101～911×10-6，平均值為498×10-6。Pb含量為20～173×10-6，平均值為94×10-6。Th/U比值為0.20～1.68，平均為0.92(表1)。鋯石具有較高的U、Th含量和Th/U比值，有巖漿鋯石典型的環(huán)帶韻律，屬于巖漿成因鋯石[25-27]。在LA-ICP-MS鋯石206Pb/238U和207Pb/235U諧和圖上，數(shù)據(jù)點均位于諧和曲線上，體現(xiàn)出很好的諧和性，得到其206Pb/238U的加權(quán)平均年齡為263.7±2.2 Ma(MSWD=0.24)(圖9)。從鋯石年齡分布頻率圖，該類鋯石年齡主要為256.5～271.5 Ma，主峰值為264.5 Ma(圖10)。

第三類鋯石為4個(4、12、14、19)較老的年齡數(shù)據(jù)，207Pb/206Pb年齡分別為2 132 Ma、2 511 Ma、1 401 Ma和1 418 Ma(表1)。鋯石的CL圖像為深灰色，顆粒長40～120 μm，寬40～100 μm。鋯石呈現(xiàn)不規(guī)則狀，有渾圓狀生長紋和渾圓形內(nèi)核，邊部可見增生邊。Th含量為13～619×10-6，平均值為340×10-6。U含量為127～2 048×10-6，平均值為1 178×10-6。Pb含量為233～2 244×10-6，平均值為1 518×10-6。Th/U比值為0.10～0.45，平均為0.27(表1)。鋯石高U、Pb含量表明鋯石年齡大，低Th/U比值和內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征表明這類鋯石應(yīng)為變質(zhì)成因鋯石[28-29]。

碎屑鋯石樣品有3個(HO1、HO2和HO3)，每個樣品有3組鋯石年齡。這3組年齡中，1組是為以變質(zhì)成因為主的鋯石的年齡，它的特點是數(shù)量少、年齡老(除了樣品HO3的一顆鋯石，其余的年齡都大于410 Ma，對應(yīng)年代為晚古生代以前)、年齡跨度大(296～2 584 Ma)、分布零散，其年齡代表了物源區(qū)古老地層的變質(zhì)作用發(fā)生的時間(圖2)，其年齡對于研究區(qū)油氣成藏的研究意義不大，因為銀額盆地為一個中生代(或晚古生代)沉積盆地。其余2組年齡為年輕的巖漿成因鋯石得到的年齡，3個樣品的年齡組有所重疊，重疊的年齡可以歸屬為同一年齡組，3個碎屑鋯石樣品可以劃分出3組年齡，分別為237.9±3.2 Ma(僅存在于HO1)、255.4±6.2 Ma～261.4±1.3 Ma(存在于HO2和HO3)和314.1±2.3 Ma～328.5 Ma(存在于HO1、HO2和HO3)，3組年齡代表了物源區(qū)3次巖漿侵入或火山活動(圖2，11)?；鹕綆r鋯石樣品只有1個(HO4)，該樣品也測出3組鋯石年齡?；鹕綆r鋯石年齡所代表的地質(zhì)意義相對簡單。最年輕的一類巖漿成因鋯石所對應(yīng)的年齡為132.6±0.7 Ma，代表了這套火山巖形成年代，年代為早白堊世。第二組鋯石也為巖漿成因鋯石，年齡為263.7±2.2 Ma，這組年齡與碎屑鋯石年齡有所重疊，年齡代表了早白堊世火山活動捕獲的古老巖漿鋯石的結(jié)晶年齡(圖11)。年齡老、分布零散的第三組鋯石年齡代表了早白堊世火山活動捕獲的古老的變質(zhì)成因的鋯石。

圖11 鋯石U-Pb年齡頻率分布對比圖Fig.11 Zircons U-Pb age and its frequency comparison diagram

5 鋯石年齡地質(zhì)意義與探討

5.1 地層時代約束

樣品HO4所在的地層為火山巖和碎屑巖的巖性組合，火山巖與沉積巖以互層形式存在于H井沉積地層的底部(圖2)。對于這套地層年代歸宿，一直存在著很大的爭議：有的學(xué)者認(rèn)為，銀額盆地是中生代斷陷盆地，沉積地層應(yīng)該屬于中生界，結(jié)合三疊系和侏羅系在研究區(qū)區(qū)域性缺失，推斷該套地層為早白堊世地層[13-14]；也有學(xué)者認(rèn)為銀額盆地眾多凹陷形成于二疊系殘余地層，所以該套地層為二疊系[12]。雖然這兩種觀點都能在構(gòu)造沉積演化方面自圓其說，但真正能說明該套地層年代的直接證據(jù)目前還沒有，使得研究區(qū)地層劃分具有盲目性和多解性。

該套地層的火山巖鋯石U-Pb年代學(xué)研究表明火山巖形成年代為早白堊世，火山巖的年齡對該套地層年齡有很好的約束作用，指示著火山巖上部地層的沉積年代應(yīng)該是早白堊世或者早白堊世以后，火山巖下部地層的沉積年代應(yīng)該是早白堊世或者早白堊世之前。火山巖鋯石U-Pb年代學(xué)研究對地層沉積時限有一定的約束作用，為地層的歸屬提供強(qiáng)有力的證據(jù)，為地層劃分提供了依據(jù)，為研究區(qū)深入研究區(qū)域構(gòu)造演化提供了有力的證據(jù)。

5.2 火山活動期次探討

前文論述表明，年齡古老(晚古生代以前，年齡大于410 Ma)的變質(zhì)鋯石對于研究區(qū)油氣成藏研究意義不大，年齡較輕(早古生代及其以后，年齡小于410 Ma)的巖漿成因鋯石年代學(xué)才是研究區(qū)油氣成藏研究所需關(guān)注的。此類鋯石年齡可分為4組，其中1組來自于火山巖鋯石，年齡為132.6±0.7 Ma；1組既來自火山巖鋯石，又來自碎屑鋯石，年齡為255.4±6.2 Ma～263.7±2.2 Ma；另外2組來自于碎屑鋯石，年齡分別是237.9±3.2 Ma、和314.1±2.3 Ma～328.5 Ma(圖11)。

來自火山巖鋯石的一組132.6±0.7 Ma年齡代表了早白堊世的一期火山活動，盆地東部的查干凹陷廣泛發(fā)育的早白堊世火山巖是該期火山活動存在的證據(jù)[15,17,19]。同時，該年齡只在下部的火山巖樣品HO4中出現(xiàn)，在上部碎屑鋯石中未見到，說明這期火山活動只是局部的，在物源區(qū)的凸起和造山帶沒有發(fā)生。

255.4±6.2 Ma～263.7±2.2 Ma和314.1±2.3 Ma～328.5 Ma兩組年齡分別代表了早石炭世和晚二疊世2期火山活動，蘇紅圖坳陷及其鄰區(qū)廣泛發(fā)育的石炭系—二疊系火山巖是這兩期火山活動的直接證據(jù)[30-32]。魏建設(shè)等[33]對采自碧云泉剖面下石炭統(tǒng)白山組、巖性為英安巖的火山巖鋯石進(jìn)行測年，得到的年齡為312.0±6.3 Ma，與本次測得的314.1±2.3 Ma～328.5 Ma年齡組相近，說明早石炭世火山活動是存在的。(255.4±6.2～263.7±2.2)Ma一組年齡既存在于火山巖樣品HO4中，又存在于碎屑鋯石樣品HO2和HO3中，說明晚二疊世火山活動具有強(qiáng)烈性和廣泛性，在凹陷邊緣的物源區(qū)和凹陷內(nèi)部均有發(fā)生(圖11)。

來自樣品HO1碎屑鋯石的一組年齡237.9±3.2 Ma，代表了沉積物源區(qū)中三疊世一期火山活動，鐘福平等認(rèn)為銀額盆地蘇紅圖坳陷、尚丹坳陷等地區(qū)存在印支期有火山活動[15,34]，本次通過鋯石U-Pb年代學(xué)研究對這期火山活動發(fā)生的時間有了更為精細(xì)的刻畫。該組年齡獲得的測點少，且僅在一個樣品中出現(xiàn)，推測其活動規(guī)模小(圖11)。

綜上所述，研究區(qū)年輕的巖漿成因鋯石年齡可劃分為4組，分別是132.6±0.7 Ma、237.9±3.2 Ma、(255.4±6.2～263.7±2.2)Ma和(314.1±2.3～328.5)Ma，代表了研究區(qū)晚古生代以來的4期火山活動，對應(yīng)的年代分別為早白堊世、中三疊世、晚二疊世和早石炭世，其中以晚二疊世火山活動最為廣泛和強(qiáng)烈。本次研究對蘇紅圖坳陷火山巖活動期次及其發(fā)生的時間有了更為精確的劃分，對預(yù)測火山巖分布、評價火山活動對油氣成藏的影響等提供了有力的依據(jù)。

6 結(jié)論與認(rèn)識

(1) 鋯石成因研究表明，無論是碎屑鋯石還是火山巖鋯石，除了少數(shù)古老年齡的鋯石屬于變質(zhì)成因，其余年輕的鋯石均屬于巖漿成因鋯石。鋯石U-Pb年齡分布表明，每個樣品均有3組年齡，且不同樣品的鋯石年齡組有所重疊。

(2) 火山巖樣品鋯石U-Pb年代學(xué)研究表明火山巖形成年代為早白堊世，火山巖的年齡對火山巖所在的H井深部地層的年代具有很好的約束作用，指示著火山巖上部地層的沉積年代應(yīng)該是早白堊世或者早白堊世以后，火山巖下部地層的沉積年代應(yīng)該是早白堊世或者早白堊世之前。

(3) 研究區(qū)年輕的巖漿成因鋯石年齡可劃分為4組，分別是132.6±0.7 Ma、237.9±3.2 Ma、(255.4±6.2～263.7±2.2)Ma和(314.1±2.3～328.5)Ma，代表了研究區(qū)晚古生代以來的4期火山活動，對應(yīng)的年代分別為早白堊世、中三疊世、晚二疊世和早石炭世，其中以晚二疊世火山活動最為廣泛和強(qiáng)烈。

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U-PbAge of Zircon and Its Geological Significance in Suhongtu Depression, Yingen-Ejinaqi Basin

WANG XiangZeng CHEN ZhiJun REN LaiYi LIU HuChuang GAO YiWen

(Shaanxi Yanchang Petroleum (Group) Corp. Ltd., Xi’an 710075, China)

Suhongtu depression is in the northern part of the Yingen-Ejinaqi basin, stratigraphic framework here is still unclear because of the low degree of exploration, especially, there is a big controversy on the location of the deep stratum with volcanic rock. The volcanic rocks in the study area are very developed, volcanic activity has larger influence on hydrocarbon accumulation, but activity times of volcanic remains unclear. In this study, systematic sampling has been carried out from a drilling well in Suhongtu depression. The samples were both shallow sedimentary rocks and deep volcanic rocks. Then, the U-Pb geochronology of the samples was studied, expecting it will provide evidence for the solution of the above problem. The results showed that: ①Whether detrital zircon or volcanic zircons, except that a few old age zircons belonged to metamorphic origin, and the rest younger zircons belonged to the magmatic origin. Zircon ages of each sample were concentrated in three groups, and some of the age groups overlapped in different samples. ②The formation age of deep volcanic rocks was early Cretaceous, it provided some restraints on the formation with deep volcanic rocks. ③The age of all the younger magmatic zircons for every samples can be divided into four age groups: 132.6±0.7 Ma, 237.9±3.2 Ma, 255.4±6.2 Ma～263.7±2.2 Ma and 314.1±2.3 Ma～328.5 Ma. The four age groups represented four volcanic activities since late Paleozoic, and the corresponding age were early Carboniferous, late Permian, middle Triassic and early Cretaceous, respectively, among these the most widely and strongly volcanic activity was late Permian. The research provided a strong basis for stratigraphic division and volcanic prediction in the study area.

detrital zircons; volcanic rock zircon; U-Pb dating; volcanic activity times; Suhongtu depression; Yingen-Ejinaqi Basin

1000-0550(2016)05-0853-15

10.14027/j.cnki.cjxb.2016.05.005

2015-11-13； 收修改稿日期： 2016-01-18

延長石油(集團(tuán))有限責(zé)任公司科技攻關(guān)項目(ycsy2015ky-A-06)[Foundation: Shanxi Yanchang Petroleum (Group) Co., Ltd. Science and Technology Project, No. ycsy2015ky-A-06]

王香增 男 1968年出生 博士 教授級高級工程師 油氣田勘探開發(fā) E-mail:sxycpcwxz@126.com

陳治軍 男 高級工程師 E-mail: chenzhijun2203@aliyun.com

P581

A