羌塘地块南部晚白垩世火山岩离子探针测年及其对红层时代的约束

吴珍汉, 吴学文, 赵 珍, 陆 露, 叶培盛, 张耀玲

1)中国地质科学院, 北京 100037; 2)江西有色地质勘查一队, 江西鹰潭 335000; 3)中国地质科学院地质力学研究所, 北京 100081

羌塘地块南部晚白垩世火山岩离子探针测年及其对红层时代的约束

吴珍汉1), 吴学文2), 赵 珍1), 陆 露1), 叶培盛3), 张耀玲3)

1)中国地质科学院, 北京 100037; 2)江西有色地质勘查一队, 江西鹰潭 335000; 3)中国地质科学院地质力学研究所, 北京 100081

羌塘地块南部广泛出露陆相红层, 1:25万区域地质调查将大部分红层划归为中新统康托组, 但缺乏可靠的年代学依据。野外观测发现火山岩与红层之间存在喷发不整合接触关系, 室内从火山岩选出很多岩浆锆石; 应用离子探针U-Pb同位素测年方法精确测定岩浆锆石年龄, 能够为研究火山喷发期次和红层形成时代提供重要依据。对羌塘地块南部红层内部粗面安山岩夹层—比洛错火山岩和扎加藏布北侧红层上覆安山岩, 挑选岩浆锆石进行高精度的离子探针U-Pb同位素测年, 发现比洛错粗面安山岩锆石206Pb/238U同位素年龄为(83.3±1.3) Ma, 扎加藏布北侧安山岩锆石206Pb/238U同位素年龄为(75.65±0.82) Ma。这些年龄良好地揭示了晚白垩世不同期次的火山喷发时代, 同时为红层形成时代和红层盆地演化提供了重要的年代学约束。根据比洛错和扎加藏布北侧火山岩的锆石U-Pb同位素测年资料, 将羌塘盆地南部红层时代归属上白垩统阿布山组, 这对分析羌塘地块南部油气地质构造保存条件和构造地貌演化具有重要意义。

陆相红层; 火山岩; 晚白垩世; 离子探针U-Pb同位素测年; 羌塘地块南部

羌塘地块南部广泛出露陆相红层即紫红色-绛红色-褐红色-暗紫色砂砾岩系, 厚达数百米至千余米;下部以中厚层状巨砾岩、中砾岩、细砾岩为主, 上部以中薄层状钙质岩屑砂岩和含砾砂岩为主; 局部夹粉砂岩、泥灰岩和中基性-中酸性火山岩, 有些层位富含孢粉(曲永贵等, 2006; Wu et al., 2013)。西藏区域地质志(西藏自治区地质矿产局, 1993)和1:25万区域地质调查报告(曲永贵等, 2006; 王永胜等, 2006; 朱同兴等, 2005a, b)将羌塘地块南部大部分红层划归于中新统康托组, 但缺乏可靠的古生物化石依据和高精度的同位素年代学证据。我们在羌中隆起南侧比洛错地区和扎加藏布北侧红层盆地开展详细野外观测, 发现中酸性火山岩与红层之间存在喷发不整合接触关系, 比洛错火山岩呈比较厚的夹层赋存于红层中下部层位;通过对火山岩单颗粒锆石进行离子探针U-Pb同位素测年, 获得高精度的同位素测年资料, 为分析羌塘地块南部晚白垩世火山喷发期次和重新厘定红层形成时代提供了重要依据。

图1 羌塘地块南部地质构造简图(据吴珍汉等, 2011, 修编)Fig. 1 Sketch geological-structural map of southern Qiangtang block(modifled after WU et al., 2011)

1 取样位置和接触关系

比洛错火山岩位于羌中隆起南侧、鄂雅错东侧、班戈—双湖公路西侧(图1), 主要由粗面安山岩和粗面岩组成, 主体出露于比洛错北岸及东西两侧,总体呈近东西走向, 向东被侏罗系逆冲岩席覆盖,至昂达尔错西侧在红层构造窗部位火山岩再次出露地表。前人根据K-Ar年龄将比洛错火山岩时代定为始新世, 比洛错北岸火山岩 K-Ar年龄为(38.3±3.3) Ma(赖绍聪等, 2006), 向东延伸至昂达尔错西侧火山岩(粗面岩)K-Ar年龄为(32.6±0.6) Ma(曲永贵等, 2006)。比洛错北岸火山岩呈短轴丘状分布于红层盆地, 陆相红层和火山岩之间接触关系被第四系残坡积物覆盖(图 2a)。沿走向进行追索, 发现比洛错火山岩与红层呈喷发不整合接触关系; 比洛错西岸火山岩呈似层状夹于红层内部, 下伏淡红色砾岩, 上覆紫红色砾岩, 火山岩夹层厚约 145～180 m, 经过晚期风化剥蚀形成近东西走向低缓山丘地貌(图2b)。样品BD5171取自比洛错北岸火山岩(图 2a), 岩性为粗面安山岩, 岩石新鲜, 呈灰黑色, 斑状结构, 块状构造; 斑晶主要为斜长石和碱性长石, 还有少量角闪石和黑云母, 基质为玻晶交织结构, 发育少量针状长石微晶。

扎加藏布北侧火山岩主要分布于羌塘地块南部边缘, 主体出露于伦坡拉盆地北侧(图 1); 昂达尔错幅1:25万区域地质调查通过K-Ar和39Ar-40Ar测年,确定火山岩年龄为 103.7～115.4 Ma, 划归为早白垩世去申拉组火山岩(曲永贵等, 2006)。野外观测表明,扎加藏布北侧火山岩主要为灰紫色安山岩, 底部为灰白色流纹岩, 发育柱状节理, 缓倾斜覆盖于紫红色砾岩和含砾砂岩之上(图 2c); 火山岩与红层之间存在喷发不整合接触关系, 火山岩底部发育暗紫色冷凝边, 红层顶部发育暗褐色烘烤边, 接触带下部红层发育似层状灰白色凝灰岩(图2d)。样品BD5801取自红层上覆灰紫色安山岩(图2c), 斑状结构, 斑杂状构造, 发育轻微蚀变; 斑晶主要为长板状斜长石和角闪石, 粒度约 0.2～1 mm, 含量约 8%～10%; 基质具玻晶交织结构, 主要由微晶斜长石组成, 含量约 55%～65%; 另外含安山岩火山角砾和斜长石晶屑, 约25%～35%, 局部发育少量方解石杏仁。

图2 羌塘地块南部火山岩及接触关系野外照片Fig. 2 Photographs of volcanic rocks and red beds in southern Qiangtang block

2 火山岩锆石及U-Pb同位素测年

对样品BD5171和BD5801, 分别按照常规程序进行碎样、磁选和浮选, 再在双目镜下人工挑选锆石单矿物。选取具有清晰环带的岩浆结晶锆石(图3), 在北京离子探针中心按照标准程序(Williams et al.,1987; Compston et al., 1992; 宋彪等, 2002)进行单颗粒锆石 U-Pb同位素测年。测试中使用标准锆石SL13和TEM, SL13具有和谐年龄572 Ma, U含量为238 μg/g, 用于标定所测定的未知样品U含量; TEM具有和谐年龄417 Ma, 用于校正所测定的未知样品年龄。在样品测定过程中, TEM和未知样品交替测定, 其比例为1:3, 测定的TEM重现性为2%。数据处理采用Ludwig Squid 1.0及Isoplot程序(Ludwig, 1999, 2001), 普通铅根据实测204Pb进行校正。比洛错北岸粗面安山岩BD5171和扎加藏布北侧安山岩BD5801的U-Pb同位素测试单个数据点的误差均为1σ, 加权平均年龄具有95%的置信度。

图3 羌塘盆地火山岩锆石阴极发光影像、测点位置与年龄分布图(a-BD5171; b-BD5801)Fig. 3 Zircon crystal, measured spot and U-Pb isotopic age of volcanic rocks from southern Qiangtang block (a-BD5171; b-BD5801)

对比洛错北岸粗面安山岩 BD5171, 共选择 18颗晶形较好、环带比较清晰的岩浆锆石进行 U-Pb同位素测年(图3a); 锆石16和锆石18可能为继承锆石, 同位素组成及年龄明显不同于其它锆石, 其206Pb/238U 同位素年龄分别为(520±12) Ma与(694±13) Ma, 其它锆石206Pb/238U同位素年龄变化于(60.7±1.3)～(96.0±1.8) Ma(图3a)。锆石3～6、锆石9、锆石11～13被评判为高铀异常, 锆石17、锆石16、锆石18被评判为不谐和, 这些样品不参加谐和年龄计算。对数据符合要求的7颗岩浆锆石(序号1、2、7、8、10、14、15)进行206Pb/238U谐和年龄计算(图4b), 得到比洛错北岸 BD5171粗面安山岩的加权平均年龄为(83.3±1.3) Ma, MSWD=1.4(图4a, b)。

图4 羌塘盆地南部火山岩锆石平均年龄分布和谐和曲线图Fig. 4 Average ages and isotopic concordia curve of zircons from volcanic rocks in southern Qiangtang block

对扎加藏布北侧安山岩BD5801, 选择晶形较好、环带清晰的 16颗岩浆锆石进行 U-Pb同位素测年,锆石206Pb/238U同位素年龄比较集中, 绝大部分锆石206Pb/238U同位素年龄为(73.2±1.5)～(78.6±1.7) Ma(图3b)。锆石5、锆石7评判为高铀异常,206Pb/238U同位素年龄分别为(81.0±2.0) Ma、(83.5±1.9) Ma(图 3b),明显高于其它锆石年龄, 不参加谐和年龄加权平均计算。对数据符合要求的14颗岩浆锆石(序号1～4、6、8～16)进行206Pb/238U谐和年龄计算(图 4d), 得到扎加藏布北侧 BD5801安山岩的加权平均年龄为(75.65±0.82) Ma, MSWD=1.3(图4c, d)。

3 锆石U-Pb同位素年龄的地质解释与红层形成时代分析

比洛错北岸粗面安山岩 BD5171锆石离子探针206Pb/238U同位素年龄(83.3±1.3) Ma(图 4a, b)早于比洛错火山岩K-Ar年龄(38.3±3.3) Ma (赖绍聪等, 2006)和昂达尔错西侧粗面岩 K-Ar年龄(32.6±0.6) Ma (曲永贵等, 2006), 锆石206Pb/238U同位素年龄良好地揭示了比洛错红层盆地火山喷发时代;而火山岩K-Ar年龄与磷灰石裂变径迹年龄相近, 可能代表逆冲推覆构造运动导致的区域构造隆升时代(吴珍汉等, 2011; Wu et al., 2012)。扎加藏布北侧安山岩 BD5801锆石离子探针206Pb/238U同位素年龄(75.65±0.82) Ma(图4c, d)明显小于1:25万区域地质调查获得的K-Ar和39Ar-40Ar年龄103.7～115.4 Ma(曲永贵等, 2006), 扎加藏布北侧火山岩 K-Ar和39Ar-40Ar年龄异常可能与晚期蚀变导致同位素变化存在密切关系, 锆石206Pb/238U同位素年龄良好地揭示了羌塘地块南缘晚白垩世火山喷发时代。

比洛错北岸和扎加藏布北侧火山岩锆石离子探针206Pb/238U同位素测年不仅揭示晚白垩世火山喷发时代, 同时为羌塘地块南部红层时代提供了重要的年代学约束。比洛错北岸粗面安山岩与红层下部砾岩呈喷发不整合接触关系(图 2b), 说明比洛错地区红层盆地发育时代为晚白垩世, 火山岩接触带下伏淡红色砾岩沉积时代略早于(83.3±1.3) Ma, 火山岩上覆紫红色砾岩沉积时代晚于(83.3±1.3) Ma,红层时代归属拟由中新统康托组改为上白垩统阿布山组。扎加藏布北侧安山岩与下伏红层呈喷发不整合接触关系(图2c, d), 火山岩下伏紫红色砾岩与含砾砂岩形成时代略早于(75.65±0.82) Ma, 扎加藏布北侧安山岩与下伏红层时代归属拟由早白垩世去申拉组改为上白垩统阿布山组。综合比洛错北岸和扎加藏布北侧火山岩锆石离子探针206Pb/238U同位素测年及相关资料, 认为羌塘地块南部红层时代主要为上白垩统阿布山组, 类似于可可西里地块风火山群红层(Wu et al., 2013)。

4 结论与讨论

羌塘盆地南部火山岩锆石离子探针 U-Pb同位素测年良好地揭示了晚白垩世火山喷发时代, 同时为确定红层形成时代提供了重要地质依据。比洛错粗面安山岩和扎加藏布北侧安山岩与红层存在喷发不整合接触关系, 对比洛错北岸粗面安山岩BD5171和扎加藏布北侧安山岩BD5801, 分别挑选岩浆锆石并进行高精度的离子探针 U-Pb同位素测年, 发现比洛错粗面安山岩锆石206Pb/238U 同位素年龄为(83.3±1.3) Ma, 扎加藏布北侧安山岩锆石206Pb/238U同位素年龄为(75.65±0.82) Ma。综合比洛错北岸和扎加藏布北侧火山岩锆石206Pb/238U同位素测年及相关资料, 将比洛错红层时代归属由中新统康托组改为上白垩统阿布山组, 将扎加藏布北侧红层及上覆火山岩时代归属由早白垩世去申拉组改为上白垩统阿布山组。根据离子探针 U-Pb同位素测年及相关资料, 认为羌塘地块南部侏罗纪—早白垩世海相沉积之后, 晚白垩世阿布山期发育规模较大的陆相红层盆地, 红层沉积对海相烃源岩保存及油气形成演化具有促进作用。

羌塘盆地南部晚白垩世火山喷发与新特提斯古大洋板块沿雅鲁藏布江缝合带向北俯冲存在动力学成因联系, 比洛错火山岩可能属壳幔过渡带局部熔融产物(赖绍聪等, 2006), 其形成环境与各拉丹东始新世同碰撞花岗岩(白云山等, 2006)存在较大差异。晚白垩世阿布山组红层盆地挤压缩短变形与古近纪构造运动存在密切关系(Wu et al., 2012, 2013),羌塘地块古近纪强烈逆冲推覆构造导致三叠系—侏罗系海相烃源岩自北向南长距离水平运动(吴珍汉等, 2011), 在上白垩统阿布山组红层之上形成由三叠系砂页岩和侏罗系灰岩组成的不同规模的构造岩片(图1), 伴有强烈的褶皱变形, 逆冲断层和褶皱构造在地震剖面有良好显示(李忠雄等, 2013)。古近纪逆冲推覆构造对羌塘盆地油气资源具有显著改造和破坏作用(Wu et al., 2012), 区域构造隆升导致昂达尔错—比洛错南侧古油藏(王成善等, 2004; 王剑等, 2009)出露地表(图1)。新近纪—第四纪羌塘地块南部长期处于剥蚀夷平状态, 地壳伸展走滑居主导地位,部分地区中新世早期和第四纪分别发育古大湖(Wu et al., 2008), 湖相沉积对油气资源具有保护作用。

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SHRIMP U-Pb Isotopic Dating of the Late Cretaceous Volcanic Rocks and Its Chronological Constraint on the Red-beds in Southern Qiangtang Block

WU Zhen-han1), WU Xue-wen2), ZHAO Zhen1), LU Lu1), YE Pei-sheng3), ZHANG Yao-ling3)

1) Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100037; 2) No. 1 Nonferrous Geological Brigade of Jiangxi Province, Yingtan, Jiangxi 335000; 3) Institute of Geomechanics, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100081

Although no qualified chronological data are available for the red-beds, stratigraphic systems of redbeds outcropped widely in southern Qiangtang Block have been mostly regarded as belonging to the Miocene Kangtuo Formation according to regional geological survey at a scale 1:250,000. In this study, the red beds intercalated with volcanic rocks were discovered in the field, and magmatic zircons were selected from the volcanic rocks, which were suitable for the SHRIMP U-Pb isotopic dating so as to provide isotopic ages of high resolution for volcanic eruptions and further to give constraint on geological time of the related red-beds. The SHRIMP206Pb/238U isotopic ages of magmatic zircons are (83.3±1.3) Ma and (75.65±0.82) Ma respectively for the trachyte-andesite intercalations in red beds of northern Belog Co and the andesite overlying red-beds in northern Zagya Zangbu. These high-resolution isotopic ages not only well reveal periods of volcanic eruptions in Late Cretaceous but also provide chronological evidence for the Late Cretaceous basins of red-beds in southern Qiangtang Block. Geological time of the terrestrial red-beds outcropped widely in southern Qiangtang basin should be changed from the Miocene Kangtuo Formation to the Upper Cretaceous Abushan Formation according to the SHRIMP U-Pb isotopic dating of volcanic rocks in northern Belog Co and Zagya Zangbu. Such change issignificant for the better understanding of tectonic evolution and geological preservation conditions of oil-gas systems in southern Qiangtang Block.

terrestrial red-beds; volcanic rocks; Late Cretaceous; SHRIMP U-Pb isotopic dating; southern Qiangtang Block

P588.144; P579.3

A

10.3975/cagsb.2014.05.06

本文由青藏高原地质矿产调查评价专项“羌塘盆地油气地质构造保存条件研究”(编号: 1212011221111)资助。

2013-12-09; 改回日期: 2014-03-23。责任编辑: 闫立娟。

吴珍汉, 男, 1965年生。博士, 研究员。长期从事青藏高原区域地质调查与地质构造研究工作。通讯地址: 100037, 北京市西城区百万庄大街26号。E-mail: zhenhanwu@cags.ac.cn。