漠河盆地额木尔河群锆石U-Pb年龄及地质意义

赵立国，杨晓平，赵省民，刘 渊，张文龙

(1.黑龙江省地质调查研究总院齐齐哈尔分院，哈尔滨150036;2.中国地质调查局油气资源调查中心，北京100029)

0 引言

漠河盆地位于大兴安岭北段，大地构造位置处于兴蒙造山带东北段，为典型的中生代陆相盆地，其内沉积了巨厚的中生代河湖相碎屑岩，具有良好的油气形成条件和巨大成藏潜力［1］，为近年来天然气水合物和页岩气等非常规油气调查的重点地区之一。但受限于森林覆盖，该地区地质研究程度较低，已完成的区域地质填图和专题研究成果对漠河盆地性质及中生代地层时代还存在不同的认识［1～6］。

漠河盆地被认为是与蒙古—鄂霍茨克海槽封闭时洋壳向南俯冲后伸展作用有关的活动大陆边缘前陆盆地［3～5］，并在侏罗纪接受了以额木尔河群为主体的河湖相沉积。黑龙江省地质矿产局将额木尔河群划分为绣峰组 (J1-2x)、二十二站组 (J2er)、漠河组 (J2m)、开库康组 (J3k)，并根据植物化石、双壳类化石和介形虫类化石将上述4个组的时代厘定为早—晚侏罗世［7］。李锦轶等［3］通过对绣峰组下部砾岩砾石成分及年代学研究，认为绣峰组砾岩形成时代可能是早白垩世;孙广瑞等［8］通过二十二站组介形虫类化石的研究，认为二十二站组形成于中—晚侏罗世。笔者对二十二站组中火山岩夹层及下伏绣峰组碎屑岩锆石U-Pb年龄结果表明，漠河前陆盆地形成于中—晚侏罗世，这一认识为漠河盆地构造演化提供了重要的年代学约束。

1 区域地质背景

漠河盆地的沉积层主要由侏罗系额木尔河群河湖相沉积岩系组成，下部不整合于元古代—古生代结晶基底之上，上部被晚侏罗世—早白垩世基性—酸性火山岩不整合覆盖 (见图1)。

图1 漠河盆地地质简图与测年样品分布位置Fig.1 A generalized geologic map of Mohe Basin and location of the samples

绣峰组主要分布于漠河盆地南缘，呈北东东向展布，厚度大于2200 m，底部为一套冲积扇-辫状河相沉积的粗砾岩、细砾岩和粗砂岩，夹少量煤线;中上部为一套曲流河-湖泊三角洲相的粗砂岩、细砂岩、粉砂岩夹泥岩组合，局部发育河道相砾岩及浅湖相粉砂岩、泥岩及细砂岩，侧向上与二十二站组为横向相变关系。在绣峰林场东北 (经纬度:125°10'24″，52°43'48″)绣峰组底部厚层含砾粗砂岩中采集1个锆石U-Pb测年样品。

二十二站组主要分布于盆地南缘中心地带，呈北东东向展布，与上部漠河组和下部绣峰组均为整合接触，地层厚度大于2000 m，主要由滨湖、浅湖、三角洲及沼泽相沉积组成，含少量酸性凝灰岩夹层。暗色泥岩较厚，属较好的烃源岩。在绣峰林场东北 (经纬度:125°0'58″，52°40'37″)二十二站组下部采集1个流纹质凝灰岩锆石U-Pb测年样品。

漠河组主要分布于盆地西部中心地带，呈北东东向展布，底部整合于二十二站组之上，上部被晚侏罗世塔木兰沟组不整合覆盖，地层厚度大于1200 m。以滨湖、浅湖—半深湖为主，岩相较稳定，岩石成分成熟度高，暗色泥岩层厚。

开库康组主要分布在漠河盆地北部，为一套较粗碎屑的河流相沉积建造，岩石组合为灰黄色、灰白色粗粒砂岩、砾岩，夹少量粉砂岩、粉砂质泥岩和沉凝灰岩等，岩石组合与绣峰组类似，砾岩砾石成分中含有中生代沉积岩组分。

2 测年方法

锆石分选工作在河北省区域地质矿产调查研究所实验室完成。首先用水将重约10 kg样品表面清洗并晾干，并粉碎至0.18 mm(80目)，经过用水粗淘、强磁分选、电磁分选和酒精细淘之后，在显微镜下手工挑选出锆石。测年样品靶在天津地质矿产研究所同位素实验室制备，在实体显微镜下挑选裂隙相对少、表面尽量洁净、透明度相对较高的锆石约200粒制作环氧树脂样品靶，经过打磨和抛光后，拍摄反射光、透射光和阴极发光图像。

锆石U-Pb测年在天津地质矿产研究所同位素实验室激光烧蚀多接收器等离子体质谱仪(LA-MC-ICPMS)上完成。激光烧蚀多接器电感耦合等离子体质谱仪为德国Thermo Fisher公司制造的Neptune质谱仪，其离子光学通路采用能量聚焦和质量聚焦的双聚焦设计，并采用动态变焦 (ZOOM)使质量色散达到17%;与等离子体质谱仪配套的进样设备激光器为美国ESI公司生产的UP193-FX ArF准分子激光器，激光波长193 nm，脉冲宽度5 ns，束斑直径为1，2，10，20，35，50，75，100和150μm可调，脉冲频率1～200 Hz连续可调。利用193 nm激光器对锆石进行剥蚀，利用动态变焦扩大色散同时接收质量数相差很大的U-Pb同位素，从而进行锆石微区U-Pb同位素原位同时测定。采用TEMORA和GJ-1作为外部锆石年龄标准进行U、Pb同位素分馏校正。详细的实验流程见文献 ［9］。

3 测试结果

3.1 绣峰组含砾粗砂岩 (B2286)

绣峰林场含砾粗砂岩呈浅灰色砾质砂状结构，块状层理构造，接触式胶结，岩石分选较好，砂屑0.5～2.0 mm，含量大于50%;砾石大小2.0～4.5 mm，含量约占30%，多次棱角状、次圆状，砾石成分为中酸性熔岩、片岩、板岩、片麻岩及花岗岩;岩屑成分为中酸性熔岩、片岩和板岩，次棱角状，含量约占5%;砂屑成分为石英、长石、绿帘石及云母，其中石英占20%，长石占36%，云母占5%，绿帘石占1%;填隙物为黏土矿物细小鳞片状充填在碎屑周围，含量约3%。

锆石阴极发光图像 (CL)显示含砾粗砂岩中锆石由相对均一的深灰色短柱状晶体组成，均发育韵律环带结构 (见图2a)，Th/U比值均大于0.1(见表1)，指示了其岩浆成因，说明绣峰组碎屑锆石主要来源于先存火山岩和侵入岩，搬运距离短，没有经过明显的磨圆。部分锆石含有灰白色继承锆石核。对25个锆石颗粒的25个测点进行了分析，其中2个无环带结构的继承锆石核207Pb/206Pb表面年龄分别为2066±14 Ma和2195±14 Ma，时代为古元古代。其余23个短柱状岩浆锆石分析点的206Pb/238U表面年龄介于805～167 Ma之间，并具有429～346 Ma和190～167 Ma的峰值分布。5个最年轻的锆石测点 (3、14、16、23和24号点)的206Pb/238U加权平均年龄为167±2 Ma(见图3a)，该年龄限制了绣峰组形成时代的下限，即绣峰组沉积时代不早于中侏罗世中期。

3.2 二十二站组流纹质玻屑凝灰岩 (B1153)

图2 锆石阴极发光图像及年龄Fig.2 Zircon cathode luminescence images and ages

图3 锆石U-Pb年龄谐和图Fig.3 Concordia diagrams of zircon U-Pb age

绣峰林场东北二十二站组下部砂岩层中夹厚3～5 m的流纹质凝灰岩，岩石呈灰白色，具有凝灰结构，层状构造，由玻屑、岩屑、晶屑及火山灰组成。岩屑成分为火山凝灰岩、英安岩、花岗岩、流纹岩、变酸性熔岩和云英片岩等，多被熔蚀成浑圆形，大小0.20～0.75 mm，稀疏分布在玻屑凝灰岩中，含量约25%;晶屑主要为石英和长石，边缘被熔蚀，呈不规则状和尖棱角状，大小0.1～0.5 mm，含量约10%;玻屑呈块状、树枝状或弓形，多脱玻化，可见其轮廓，呈隐晶状集合体，含量约35%;火山尘为细小碎粒状，脱玻后填充在玻屑间隙中。

锆石阴极发光图像表明流纹质凝灰岩中锆石由深灰色短柱状、棱角状和近等轴状锆石组成，均发育韵律环带结构 (见图2b)，指示了其岩浆成因。对20个岩浆锆石颗粒的20个测点进行了分析，20个岩浆锆石分析点的206Pb/238U表面年龄介于153～148 Ma之间，在谐和图上成群分布，20个锆石测点的206Pb/238U加权年龄平均值为148±2 Ma(见图3b)，此年龄被解释为火山岩的喷发年龄，时代为晚侏罗世。

4 讨论与结论

4.1 额木尔河群的形成时代

一般认为漠河盆地绣峰组、二十二站组、漠河组和开库康组等沉积岩系形成于侏罗纪［7］。

表1 绣峰组含砾粗砂岩与二十二站组流纹质凝灰岩锆石U-Pb同位素年龄测定结果Table 1 Results of zircon U-Pb isotopic dating for gritstone in Xiufeng Formation and rhyolitic tuff in Ershierzhan Formation

根据近期在绣峰组中发现的中侏罗世晚期植物化石 Coniopteris，Neocalamites，Ginkgodigitata Heer，二十二站组中—晚侏罗世双壳类Ferganoconcha-Margaritifera-Unio和介形虫类Eoparacyris-Rhinocypris-Mantelliana化石，漠河组中侏罗世Coniopteris-Phoenicopsis植物化石，开库康组晚侏罗世Coniopteris—Phoenicopsis植物群和Ruffordia—Onychiopsis化石组合，认为额木尔河群的形成时代为中—晚侏罗世。

最新的国际地层表将侏罗纪划分为3个统［10］，根据划分方案，早侏罗世与晚三叠世分界年龄为距今199.6±0.6 Ma，而早、中侏罗世分界年龄为距今175.6±2.0 Ma，中、晚侏罗世分界年龄为距今161.2±4.0 Ma，晚侏罗世与早白垩世分界年龄为距今145.5±4.0 Ma。绣峰组碎屑岩锆石最年轻的U-Pb年龄为距今167±2 Ma，由此限定的地层时代属于中侏罗世中期，与化石反映的时代一致;二十二站组流纹质凝灰岩锆石U-Pb年龄为距今148±2 Ma，时代属于晚侏罗世，与化石反映的时代基本一致。可见，额木尔河群形成时代为中—晚侏罗世，而不是传统认为的早—晚侏罗世。结合前人化石资料，将额木尔河群自下而上重新厘定为绣峰组 (J2x)、二十二站组 (J3er)、漠河组 (J3m)和开库康组 (J3k)。

4.2 漠河盆地中生代盆地沉积物源与基底时代

在漠河盆地上侏罗统绣峰组含砾粗砂岩中获得了多组碎屑锆石U-Pb年龄，显示了多物源沉积特征，最老物源为古元古代兴华渡口岩群。本次获得的2066 Ma、2195 Ma年龄，是兴华渡口岩群迄今为止最老的岩浆锆石年龄，为兴华渡口岩群形成时代提供了新的证据;本次获得的805 Ma、799 Ma的2个年龄数据证实了额尔古纳地块结晶基底中存在新元古代侵入岩;大量的346～429 Ma和230～280 Ma年龄数据反映了绣峰组的物源以晚古生代和中生代花岗岩类为主，进一步说明了漠河盆地南缘存在大量隆升剥露地表的晚古生代—中生代花岗岩类;167～190 Ma年龄数据说明绣峰组的最新物源有早中侏罗世侵入岩，暗示绣峰组沉积下限不早于早侏罗世，也暗示了漠河前陆盆地形成于中侏罗世中期。

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