塔里木盆地早古生代桑塔木组辉绿岩SHRIMP锆石U-Pb年龄及成因讨论

马庆佑,唐照星,韩强

(1.中国石化西北油田分公司勘探开发研究院,新疆 乌鲁木齐 830011；2.中国石化西北油田分公司塔河采油二厂,新疆 轮台 841604)

塔里木盆地发育了多期地质热事件(陈汉林等，1997；潘家伟等，2011)，这些地质热事件直接影响了盆地的油气形成与演化。前人虽然开展过大量的火山岩年代测定(吴根耀，2012；刘亚雷，2012；邬光辉，2009；钱一雄，2007)，但都基于盆地周边露头或二叠系岩心样品，除刘亚雷等(2012)对奥陶纪灰岩中的变质辉绿岩脉开展过K-Ar测年外，总体上对奥陶系内岩脉的研究较少。陈汉林等(1997)和潘家伟等(2011)在塔里木盆地火山岩中利用40Ar-39Ar、K-Ar和SHRIMP U-Pb法还测出了寒武纪、石炭纪、三叠纪、白垩纪等时代的岩浆活动或蚀变年龄，但这些样品限于露头所采，除SHRIMP U-Pb测年外，其余测年手段误差较大，所测得年龄的可信度还欠充分。可见，塔里木盆地井下在不同时代地层中钻遇的大量岩脉，除主要反映二叠纪岩浆活动及少量前寒武纪(塔参1井等)岩浆活动之外，有无其他时代的岩浆活动仍缺乏确凿证据。塔里木盆地内大量的地震剖面显示出满加尔坳陷及周缘上奥陶统(笔者称其为桑塔木组)大量的火山岩浆活动(包括火山碎屑岩)，但年代未证实。为解决这一问题，笔者通过采集塔里木盆地顺北1井奥陶纪桑塔木组内的辉绿岩岩脉样品进行SHRIMP锆石U-Pb定年，试图讨论这期岩浆活动的时代及其可能的成因，旨在为该地区乃至整个盆地地质热事件的研究提供参考。

1 地质背景与岩石学特征

1.1 地质背景

顺北1井位于塔里木盆地中部，构造位置属于顺托果勒低隆(图1)，该低隆起是塔里木盆地中夹持于沙雅隆起和卡塔克隆起、满加尔坳陷和阿瓦提坳陷之间的“马鞍形”低隆起(马庆佑等，2015)，历经多次构造变动后形成现今的构造格局。顺托果勒低隆起是加里东中期形成，并在华力西早期运动中加强改造的古隆起，现今的构造形态是一个向西北倾没的单斜，发育一系列北东走滑断裂带，这些北东向走滑断裂向下断穿寒武系，向上断至二叠系或以上地层，分析是加里东中期Ⅲ幕(晚奥陶世)形成，加里东晚期—华力西早期为主活动期，华力西晚期—燕山期定型。顺北1井区是华力西晚期二叠纪岩浆活动最强烈的地区之一，二叠系内普遍发育层状分布的玄武岩、凝灰岩，毋庸置疑该地区二叠纪发生过强烈的岩浆活动。但是，对于该地区奥陶系内分布范围较大的侵入岩体(图1)，还不能从地质角度准确地确定其岩浆活动时代，所以同位素定年就成为确定该地区侵入岩形成时代的主要方法。

1.2 样品岩石学特征

样品采自塔里木盆地顺托果勒低隆起西部顺北1井的岩屑，岩石类型为辉绿岩。顺北1井位于顺托果勒低隆起顺北1号断裂构造带上(图1)，在该井上奥陶统桑塔木组钻遇约40m厚的辉绿岩脉，穿插桑塔木组泥岩、灰质泥岩之中。本次采集的岩屑样品位于井深6 905～6 945m处，岩性特征为嵌晶含长石结构的辉绿岩(图2)，主要矿物成分有斜长石和辉石(图2a)，两者约占85%，其次含少量橄榄石和磁铁矿，斜长石呈板条状杂乱分布，斜长石格架间分布着其余矿物成分(图2b)。

2 实验条件及定年结果

在顺北1井井深6 905～6 945m处挑选出1kg岩浆岩岩屑样品，并在其中挑选出了80颗锆石，进行SHRIMP锆石U-Pb定年的样品分选，制靶以及阴极发光图像在北京离子探针中心SHRIMPⅡ上完成，测年方法和原理见MCKIBBEN M A，1998。测定时一次离子流强度为4～5nA。一次离子流束斑直径约为30μm。数据收集之前的清洗时间为120～150s。每个数据点测定由5组扫描给出，锆石标准M257(U含量为840×10-6)用于未知样品U含量标定，数据处理采用SQUID1.02 和ISOPLOT3.00 程序(LUDWIG K R.，2001，2003)。

辉绿岩(样品SHUNB1)中锆石大部分呈长板柱状(图3)，粒径为40～150μm，长宽比2∶1～3∶1，自形程度高，大部分锆石有亮暗相间分布的环带(图3a)，表明其多为岩浆锆石，且这些明暗相间分布的环带宽窄不一，表明这些岩浆岩锆石经历了较长时间的温度结晶(陈高潮等，2016)；而少量锆石核部为灰黑色(图3b)，可见灰白色残留核，边部为明亮的发光特征，可能是采集的顺北1井岩屑中夹杂的其余组分的锆石，测点数据偏老的年龄值也反映出不是同一次构造热事件的年龄记录(孙会一等，2016)。前人研究表明不同成因类型的锆石具有不同的Th、U含量及Th/U值(钱一雄等，2007)，这是因为Th4+比U4+具有更大的离子半径，在锆石晶格中Th比U更不稳定，变质重结晶过程中，Th比U更容易被逐出锆石的晶格，造成重结晶变质锆石具有相对较低的Th/U值，所以岩浆锆石的Th/U值一般大于0.4；变质锆石Th、U含量较低，Th/U值一般小于0.1。

1.钻井;2.一级构造单元边界;3.地震剖面位置;4.辉绿岩;5.泥岩;6.灰质泥岩;7.含灰泥岩;8.泥灰岩;9.含泥灰岩;10.泥晶灰岩;11.砂屑泥晶灰岩;12.侵入体分布范围图1 采样井构造位置及钻井柱状图Fig.1 Structural location and strata histogram of the sampling well

图2 顺北1井样品显微照片(正交偏光)Fig.2 Sample photomicrograph of the Shunbei 1 well(crossed polars)

图3 顺北1井奥陶系辉绿岩锆石阴极发光图像及206Pb /238U年龄图Fig.3 Cathodoluminescence images and 206Pb/238U ages of zircons domains from Sangtamu Formation diabase of the Shunbei 1 well

SHUNB1样品测试共获得数据点22个(表1)，样品238U含量变化于47×10-6～1 328×10-6，232Th含量为1×10-6～625×10-6，变化范围较大。锆石的Th、U比值较高，在0～1.09，绝大多数锆石的Th、U比值高于0.4，仅有4颗锆石Th/U值略低于0.4，除SHUNB1-21测点外，其余3颗Th/U值也大于0.1，符合岩浆锆石的特征。这22个数据点中，有10个分析点集中于协和线及其附近(图4)，206Pb /238U加权平均年龄为(444±3)Ma(MSWD=1.9)，代表了辉绿岩的侵入年龄。

3 形成时代及成因探讨

塔里木盆地内部多口钻井(如塔中31、顺北1等)在上奥陶统桑塔木组钻遇了一套辉绿岩，该期侵入岩在地震剖面有明显的显示(图5)。侵入岩中心呈漏斗形穿插入上奥陶统桑塔木组，向外大部分地区沿层侵入。前述确定该辉绿岩SHRIMP U-Pb锆石年龄为(444±3)Ma，表明该期侵入岩形成时代为晚奥陶世。从地震剖面来看，辉绿岩侵入层位一般未穿插入志留系，推测岩浆活动发生在志留系沉积前，也可从侧面佐证侵入时代为晚奥陶世。从侵入范围来看，主要分布在盆地顺托果勒低隆、塔中隆起、古城墟隆起等地，分布面积达几万平方千米。

图4 顺北1井奥陶系辉绿岩锆石SHRIMP U-Pb年龄谐和图Fig.4 SHRIMP U-Pb concordia diagrams for zircons from Sangtamu Formation diabase of the Shunbei 1 well

图5 塔里木盆地火成岩侵入体地震剖面(剖面位置见如1)Fig.5 Seismic profile of igneous intrusions in Tarim Basin(Location in Fig.1)

表1 顺北1井辉绿岩(SHUNB1)锆石SHRIMP U-Pb年龄表Tab.1 SHRIMP zircon U-Pb data from Sangtamu Formation diabase of the Shunbei 1 well

塔里木盆地及周缘年代学研究表明，早古生代早—中期，塔里木盆地处在始特提斯洋的多地体/多岛弧环境(贾承造等，2003；许志琴等，2011)，夹持在西昆仑洋、阿尔金洋及南天山洋之间。塔里木盆地南缘与西昆仑造山带相接，盆地南缘铁克里克地区的变质岩基底可能形成于南华纪(张传林等，2007；张建新等，2011)，其上发育大量的中酸性侵入岩和花岗闪长岩，锆石U/Pb年龄集中在449～494Ma(贾承造等，2003)，表明西昆仑地体为中晚奥陶世的碰撞造山带。盆地东南缘阿尔金地体上，阿尔金造山带形成于寒武—奥陶纪，经历了洋壳闭合→活动陆缘增生→弧-陆碰撞→陆-陆碰撞和陆壳深俯冲过程(张传林等，2007；张建新等，2011；许志琴等，2011)，阿尔金洋盆俯冲增生-块体碰撞造山的初始時代为480～440Ma，折返及晚造山时限为440～397Ma(许志琴等，2011)。中晚奥陶世西昆仑和阿尔金造山运动使塔里木盆地南缘从伸展转为挤压构造背景，随着西昆仑-阿尔金洋盆与塔里木板块南缘逐渐俯冲碰撞，触发了地壳深源玄武质岩浆向地壳浅部侵入结晶。同时由于该地区断穿基底的走滑断裂带较发育，造成盆地内部沿走滑断裂等薄弱带发生大规模的火山侵入活动，塔里木盆地中北部顺托果勒低隆普遍发育的奥陶系桑塔木组内的辉绿岩侵入体，经本次SHRIMP U-Pb锆石定年为(444±3)Ma，表明是中晚奥陶世塔里木盆地南缘西昆仑-阿尔金洋盆的这期造山活动在盆地内形成的构造反映。

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