塔里木盆地早古生代桑塔木組輝綠巖SHRIMP鋯石U-Pb年齡及成因討論

馬慶佑,唐照星,韓強(qiáng)

(1.中國(guó)石化西北油田分公司勘探開發(fā)研究院,新疆 烏魯木齊 830011；2.中國(guó)石化西北油田分公司塔河采油二廠,新疆 輪臺(tái) 841604)

塔里木盆地發(fā)育了多期地質(zhì)熱事件(陳漢林等，1997；潘家偉等，2011)，這些地質(zhì)熱事件直接影響了盆地的油氣形成與演化。前人雖然開展過(guò)大量的火山巖年代測(cè)定(吳根耀，2012；劉亞雷，2012；鄔光輝，2009；錢一雄，2007)，但都基于盆地周邊露頭或二疊系巖心樣品，除劉亞雷等(2012)對(duì)奧陶紀(jì)灰?guī)r中的變質(zhì)輝綠巖脈開展過(guò)K-Ar測(cè)年外，總體上對(duì)奧陶系內(nèi)巖脈的研究較少。陳漢林等(1997)和潘家偉等(2011)在塔里木盆地火山巖中利用40Ar-39Ar、K-Ar和SHRIMP U-Pb法還測(cè)出了寒武紀(jì)、石炭紀(jì)、三疊紀(jì)、白堊紀(jì)等時(shí)代的巖漿活動(dòng)或蝕變年齡，但這些樣品限于露頭所采，除SHRIMP U-Pb測(cè)年外，其余測(cè)年手段誤差較大，所測(cè)得年齡的可信度還欠充分。可見，塔里木盆地井下在不同時(shí)代地層中鉆遇的大量巖脈，除主要反映二疊紀(jì)巖漿活動(dòng)及少量前寒武紀(jì)(塔參1井等)巖漿活動(dòng)之外，有無(wú)其他時(shí)代的巖漿活動(dòng)仍缺乏確鑿證據(jù)。塔里木盆地內(nèi)大量的地震剖面顯示出滿加爾坳陷及周緣上奧陶統(tǒng)(筆者稱其為桑塔木組)大量的火山巖漿活動(dòng)(包括火山碎屑巖)，但年代未證實(shí)。為解決這一問(wèn)題，筆者通過(guò)采集塔里木盆地順北1井奧陶紀(jì)桑塔木組內(nèi)的輝綠巖巖脈樣品進(jìn)行SHRIMP鋯石U-Pb定年，試圖討論這期巖漿活動(dòng)的時(shí)代及其可能的成因，旨在為該地區(qū)乃至整個(gè)盆地地質(zhì)熱事件的研究提供參考。

1 地質(zhì)背景與巖石學(xué)特征

1.1 地質(zhì)背景

順北1井位于塔里木盆地中部，構(gòu)造位置屬于順托果勒低隆(圖1)，該低隆起是塔里木盆地中夾持于沙雅隆起和卡塔克隆起、滿加爾坳陷和阿瓦提坳陷之間的“馬鞍形”低隆起(馬慶佑等，2015)，歷經(jīng)多次構(gòu)造變動(dòng)后形成現(xiàn)今的構(gòu)造格局。順托果勒低隆起是加里東中期形成，并在華力西早期運(yùn)動(dòng)中加強(qiáng)改造的古隆起，現(xiàn)今的構(gòu)造形態(tài)是一個(gè)向西北傾沒(méi)的單斜，發(fā)育一系列北東走滑斷裂帶，這些北東向走滑斷裂向下斷穿寒武系，向上斷至二疊系或以上地層，分析是加里東中期Ⅲ幕(晚奧陶世)形成，加里東晚期—華力西早期為主活動(dòng)期，華力西晚期—燕山期定型。順北1井區(qū)是華力西晚期二疊紀(jì)巖漿活動(dòng)最強(qiáng)烈的地區(qū)之一，二疊系內(nèi)普遍發(fā)育層狀分布的玄武巖、凝灰?guī)r，毋庸置疑該地區(qū)二疊紀(jì)發(fā)生過(guò)強(qiáng)烈的巖漿活動(dòng)。但是，對(duì)于該地區(qū)奧陶系內(nèi)分布范圍較大的侵入巖體(圖1)，還不能從地質(zhì)角度準(zhǔn)確地確定其巖漿活動(dòng)時(shí)代，所以同位素定年就成為確定該地區(qū)侵入巖形成時(shí)代的主要方法。

1.2 樣品巖石學(xué)特征

樣品采自塔里木盆地順托果勒低隆起西部順北1井的巖屑，巖石類型為輝綠巖。順北1井位于順托果勒低隆起順北1號(hào)斷裂構(gòu)造帶上(圖1)，在該井上奧陶統(tǒng)桑塔木組鉆遇約40m厚的輝綠巖脈，穿插桑塔木組泥巖、灰質(zhì)泥巖之中。本次采集的巖屑樣品位于井深6 905～6 945m處，巖性特征為嵌晶含長(zhǎng)石結(jié)構(gòu)的輝綠巖(圖2)，主要礦物成分有斜長(zhǎng)石和輝石(圖2a)，兩者約占85%，其次含少量橄欖石和磁鐵礦，斜長(zhǎng)石呈板條狀雜亂分布，斜長(zhǎng)石格架間分布著其余礦物成分(圖2b)。

2 實(shí)驗(yàn)條件及定年結(jié)果

在順北1井井深6 905～6 945m處挑選出1kg巖漿巖巖屑樣品，并在其中挑選出了80顆鋯石，進(jìn)行SHRIMP鋯石U-Pb定年的樣品分選，制靶以及陰極發(fā)光圖像在北京離子探針中心SHRIMPⅡ上完成，測(cè)年方法和原理見MCKIBBEN M A，1998。測(cè)定時(shí)一次離子流強(qiáng)度為4～5nA。一次離子流束斑直徑約為30μm。數(shù)據(jù)收集之前的清洗時(shí)間為120～150s。每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)測(cè)定由5組掃描給出，鋯石標(biāo)準(zhǔn)M257(U含量為840×10-6)用于未知樣品U含量標(biāo)定，數(shù)據(jù)處理采用SQUID1.02 和ISOPLOT3.00 程序(LUDWIG K R.，2001，2003)。

輝綠巖(樣品SHUNB1)中鋯石大部分呈長(zhǎng)板柱狀(圖3)，粒徑為40～150μm，長(zhǎng)寬比2∶1～3∶1，自形程度高，大部分鋯石有亮暗相間分布的環(huán)帶(圖3a)，表明其多為巖漿鋯石，且這些明暗相間分布的環(huán)帶寬窄不一，表明這些巖漿巖鋯石經(jīng)歷了較長(zhǎng)時(shí)間的溫度結(jié)晶(陳高潮等，2016)；而少量鋯石核部為灰黑色(圖3b)，可見灰白色殘留核，邊部為明亮的發(fā)光特征，可能是采集的順北1井巖屑中夾雜的其余組分的鋯石，測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)偏老的年齡值也反映出不是同一次構(gòu)造熱事件的年齡記錄(孫會(huì)一等，2016)。前人研究表明不同成因類型的鋯石具有不同的Th、U含量及Th/U值(錢一雄等，2007)，這是因?yàn)門h4+比U4+具有更大的離子半徑，在鋯石晶格中Th比U更不穩(wěn)定，變質(zhì)重結(jié)晶過(guò)程中，Th比U更容易被逐出鋯石的晶格，造成重結(jié)晶變質(zhì)鋯石具有相對(duì)較低的Th/U值，所以巖漿鋯石的Th/U值一般大于0.4；變質(zhì)鋯石Th、U含量較低，Th/U值一般小于0.1。

1.鉆井;2.一級(jí)構(gòu)造單元邊界;3.地震剖面位置;4.輝綠巖;5.泥巖;6.灰質(zhì)泥巖;7.含灰泥巖;8.泥灰?guī)r;9.含泥灰?guī)r;10.泥晶灰?guī)r;11.砂屑泥晶灰?guī)r;12.侵入體分布范圍圖1 采樣井構(gòu)造位置及鉆井柱狀圖Fig.1 Structural location and strata histogram of the sampling well

圖2 順北1井樣品顯微照片(正交偏光)Fig.2 Sample photomicrograph of the Shunbei 1 well(crossed polars)

圖3 順北1井奧陶系輝綠巖鋯石陰極發(fā)光圖像及206Pb /238U年齡圖Fig.3 Cathodoluminescence images and 206Pb/238U ages of zircons domains from Sangtamu Formation diabase of the Shunbei 1 well

SHUNB1樣品測(cè)試共獲得數(shù)據(jù)點(diǎn)22個(gè)(表1)，樣品238U含量變化于47×10-6～1 328×10-6，232Th含量為1×10-6～625×10-6，變化范圍較大。鋯石的Th、U比值較高，在0～1.09，絕大多數(shù)鋯石的Th、U比值高于0.4，僅有4顆鋯石Th/U值略低于0.4，除SHUNB1-21測(cè)點(diǎn)外，其余3顆Th/U值也大于0.1，符合巖漿鋯石的特征。這22個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)中，有10個(gè)分析點(diǎn)集中于協(xié)和線及其附近(圖4)，206Pb /238U加權(quán)平均年齡為(444±3)Ma(MSWD=1.9)，代表了輝綠巖的侵入年齡。

3 形成時(shí)代及成因探討

塔里木盆地內(nèi)部多口鉆井(如塔中31、順北1等)在上奧陶統(tǒng)桑塔木組鉆遇了一套輝綠巖，該期侵入巖在地震剖面有明顯的顯示(圖5)。侵入巖中心呈漏斗形穿插入上奧陶統(tǒng)桑塔木組，向外大部分地區(qū)沿層侵入。前述確定該輝綠巖SHRIMP U-Pb鋯石年齡為(444±3)Ma，表明該期侵入巖形成時(shí)代為晚奧陶世。從地震剖面來(lái)看，輝綠巖侵入層位一般未穿插入志留系，推測(cè)巖漿活動(dòng)發(fā)生在志留系沉積前，也可從側(cè)面佐證侵入時(shí)代為晚奧陶世。從侵入范圍來(lái)看，主要分布在盆地順托果勒低隆、塔中隆起、古城墟隆起等地，分布面積達(dá)幾萬(wàn)平方千米。

圖4 順北1井奧陶系輝綠巖鋯石SHRIMP U-Pb年齡諧和圖Fig.4 SHRIMP U-Pb concordia diagrams for zircons from Sangtamu Formation diabase of the Shunbei 1 well

圖5 塔里木盆地火成巖侵入體地震剖面(剖面位置見如1)Fig.5 Seismic profile of igneous intrusions in Tarim Basin(Location in Fig.1)

表1 順北1井輝綠巖(SHUNB1)鋯石SHRIMP U-Pb年齡表Tab.1 SHRIMP zircon U-Pb data from Sangtamu Formation diabase of the Shunbei 1 well

塔里木盆地及周緣年代學(xué)研究表明，早古生代早—中期，塔里木盆地處在始特提斯洋的多地體/多島弧環(huán)境(賈承造等，2003；許志琴等，2011)，夾持在西昆侖洋、阿爾金洋及南天山洋之間。塔里木盆地南緣與西昆侖造山帶相接，盆地南緣鐵克里克地區(qū)的變質(zhì)巖基底可能形成于南華紀(jì)(張傳林等，2007；張建新等，2011)，其上發(fā)育大量的中酸性侵入巖和花崗閃長(zhǎng)巖，鋯石U/Pb年齡集中在449～494Ma(賈承造等，2003)，表明西昆侖地體為中晚奧陶世的碰撞造山帶。盆地東南緣阿爾金地體上，阿爾金造山帶形成于寒武—奧陶紀(jì)，經(jīng)歷了洋殼閉合→活動(dòng)陸緣增生→弧-陸碰撞→陸-陸碰撞和陸殼深俯沖過(guò)程(張傳林等，2007；張建新等，2011；許志琴等，2011)，阿爾金洋盆俯沖增生-塊體碰撞造山的初始時(shí)代為480～440Ma，折返及晚造山時(shí)限為440～397Ma(許志琴等，2011)。中晚奧陶世西昆侖和阿爾金造山運(yùn)動(dòng)使塔里木盆地南緣從伸展轉(zhuǎn)為擠壓構(gòu)造背景，隨著西昆侖-阿爾金洋盆與塔里木板塊南緣逐漸俯沖碰撞，觸發(fā)了地殼深源玄武質(zhì)巖漿向地殼淺部侵入結(jié)晶。同時(shí)由于該地區(qū)斷穿基底的走滑斷裂帶較發(fā)育，造成盆地內(nèi)部沿走滑斷裂等薄弱帶發(fā)生大規(guī)模的火山侵入活動(dòng)，塔里木盆地中北部順托果勒低隆普遍發(fā)育的奧陶系桑塔木組內(nèi)的輝綠巖侵入體，經(jīng)本次SHRIMP U-Pb鋯石定年為(444±3)Ma，表明是中晚奧陶世塔里木盆地南緣西昆侖-阿爾金洋盆的這期造山活動(dòng)在盆地內(nèi)形成的構(gòu)造反映。

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