羌塘地塊南部晚白堊世火山巖離子探針測年及其對紅層時代的約束

吳珍漢, 吳學文, 趙 珍, 陸 露, 葉培盛, 張耀玲

1)中國地質科學院, 北京 100037; 2)江西有色地質勘查一隊, 江西鷹潭 335000; 3)中國地質科學院地質力學研究所, 北京 100081

羌塘地塊南部晚白堊世火山巖離子探針測年及其對紅層時代的約束

吳珍漢1), 吳學文2), 趙 珍1), 陸 露1), 葉培盛3), 張耀玲3)

1)中國地質科學院, 北京 100037; 2)江西有色地質勘查一隊, 江西鷹潭 335000; 3)中國地質科學院地質力學研究所, 北京 100081

羌塘地塊南部廣泛出露陸相紅層, 1:25萬區域地質調查將大部分紅層劃歸為中新統康托組, 但缺乏可靠的年代學依據。野外觀測發現火山巖與紅層之間存在噴發不整合接觸關系, 室內從火山巖選出很多巖漿鋯石; 應用離子探針U-Pb同位素測年方法精確測定巖漿鋯石年齡, 能夠為研究火山噴發期次和紅層形成時代提供重要依據。對羌塘地塊南部紅層內部粗面安山巖夾層—比洛錯火山巖和扎加藏布北側紅層上覆安山巖, 挑選巖漿鋯石進行高精度的離子探針U-Pb同位素測年, 發現比洛錯粗面安山巖鋯石206Pb/238U同位素年齡為(83.3±1.3) Ma, 扎加藏布北側安山巖鋯石206Pb/238U同位素年齡為(75.65±0.82) Ma。這些年齡良好地揭示了晚白堊世不同期次的火山噴發時代, 同時為紅層形成時代和紅層盆地演化提供了重要的年代學約束。根據比洛錯和扎加藏布北側火山巖的鋯石U-Pb同位素測年資料, 將羌塘盆地南部紅層時代歸屬上白堊統阿布山組, 這對分析羌塘地塊南部油氣地質構造保存條件和構造地貌演化具有重要意義。

陸相紅層; 火山巖; 晚白堊世; 離子探針U-Pb同位素測年; 羌塘地塊南部

羌塘地塊南部廣泛出露陸相紅層即紫紅色-絳紅色-褐紅色-暗紫色砂礫巖系, 厚達數百米至千余米;下部以中厚層狀巨礫巖、中礫巖、細礫巖為主, 上部以中薄層狀鈣質巖屑砂巖和含礫砂巖為主; 局部夾粉砂巖、泥灰巖和中基性-中酸性火山巖, 有些層位富含孢粉(曲永貴等, 2006; Wu et al., 2013)。西藏區域地質志(西藏自治區地質礦產局, 1993)和1:25萬區域地質調查報告(曲永貴等, 2006; 王永勝等, 2006; 朱同興等, 2005a, b)將羌塘地塊南部大部分紅層劃歸于中新統康托組, 但缺乏可靠的古生物化石依據和高精度的同位素年代學證據。我們在羌中隆起南側比洛錯地區和扎加藏布北側紅層盆地開展詳細野外觀測, 發現中酸性火山巖與紅層之間存在噴發不整合接觸關系, 比洛錯火山巖呈比較厚的夾層賦存于紅層中下部層位;通過對火山巖單顆粒鋯石進行離子探針U-Pb同位素測年, 獲得高精度的同位素測年資料, 為分析羌塘地塊南部晚白堊世火山噴發期次和重新厘定紅層形成時代提供了重要依據。

圖1 羌塘地塊南部地質構造簡圖(據吳珍漢等, 2011, 修編)Fig. 1 Sketch geological-structural map of southern Qiangtang block(modifled after WU et al., 2011)

1 取樣位置和接觸關系

比洛錯火山巖位于羌中隆起南側、鄂雅錯東側、班戈—雙湖公路西側(圖1), 主要由粗面安山巖和粗面巖組成, 主體出露于比洛錯北岸及東西兩側,總體呈近東西走向, 向東被侏羅系逆沖巖席覆蓋,至昂達爾錯西側在紅層構造窗部位火山巖再次出露地表。前人根據K-Ar年齡將比洛錯火山巖時代定為始新世, 比洛錯北岸火山巖 K-Ar年齡為(38.3±3.3) Ma(賴紹聰等, 2006), 向東延伸至昂達爾錯西側火山巖(粗面巖)K-Ar年齡為(32.6±0.6) Ma(曲永貴等, 2006)。比洛錯北岸火山巖呈短軸丘狀分布于紅層盆地, 陸相紅層和火山巖之間接觸關系被第四系殘坡積物覆蓋(圖 2a)。沿走向進行追索, 發現比洛錯火山巖與紅層呈噴發不整合接觸關系; 比洛錯西岸火山巖呈似層狀夾于紅層內部, 下伏淡紅色礫巖, 上覆紫紅色礫巖, 火山巖夾層厚約 145～180 m, 經過晚期風化剝蝕形成近東西走向低緩山丘地貌(圖2b)。樣品BD5171取自比洛錯北岸火山巖(圖 2a), 巖性為粗面安山巖, 巖石新鮮, 呈灰黑色, 斑狀結構, 塊狀構造; 斑晶主要為斜長石和堿性長石, 還有少量角閃石和黑云母, 基質為玻晶交織結構, 發育少量針狀長石微晶。

扎加藏布北側火山巖主要分布于羌塘地塊南部邊緣, 主體出露于倫坡拉盆地北側(圖 1); 昂達爾錯幅1:25萬區域地質調查通過K-Ar和39Ar-40Ar測年,確定火山巖年齡為 103.7～115.4 Ma, 劃歸為早白堊世去申拉組火山巖(曲永貴等, 2006)。野外觀測表明,扎加藏布北側火山巖主要為灰紫色安山巖, 底部為灰白色流紋巖, 發育柱狀節理, 緩傾斜覆蓋于紫紅色礫巖和含礫砂巖之上(圖 2c); 火山巖與紅層之間存在噴發不整合接觸關系, 火山巖底部發育暗紫色冷凝邊, 紅層頂部發育暗褐色烘烤邊, 接觸帶下部紅層發育似層狀灰白色凝灰巖(圖2d)。樣品BD5801取自紅層上覆灰紫色安山巖(圖2c), 斑狀結構, 斑雜狀構造, 發育輕微蝕變; 斑晶主要為長板狀斜長石和角閃石, 粒度約 0.2～1 mm, 含量約 8%～10%; 基質具玻晶交織結構, 主要由微晶斜長石組成, 含量約 55%～65%; 另外含安山巖火山角礫和斜長石晶屑, 約25%～35%, 局部發育少量方解石杏仁。

圖2 羌塘地塊南部火山巖及接觸關系野外照片Fig. 2 Photographs of volcanic rocks and red beds in southern Qiangtang block

2 火山巖鋯石及U-Pb同位素測年

對樣品BD5171和BD5801, 分別按照常規程序進行碎樣、磁選和浮選, 再在雙目鏡下人工挑選鋯石單礦物。選取具有清晰環帶的巖漿結晶鋯石(圖3), 在北京離子探針中心按照標準程序(Williams et al.,1987; Compston et al., 1992; 宋彪等, 2002)進行單顆粒鋯石 U-Pb同位素測年。測試中使用標準鋯石SL13和TEM, SL13具有和諧年齡572 Ma, U含量為238 μg/g, 用于標定所測定的未知樣品U含量; TEM具有和諧年齡417 Ma, 用于校正所測定的未知樣品年齡。在樣品測定過程中, TEM和未知樣品交替測定, 其比例為1:3, 測定的TEM重現性為2%。數據處理采用Ludwig Squid 1.0及Isoplot程序(Ludwig, 1999, 2001), 普通鉛根據實測204Pb進行校正。比洛錯北岸粗面安山巖BD5171和扎加藏布北側安山巖BD5801的U-Pb同位素測試單個數據點的誤差均為1σ, 加權平均年齡具有95%的置信度。

圖3 羌塘盆地火山巖鋯石陰極發光影像、測點位置與年齡分布圖(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)

對比洛錯北岸粗面安山巖 BD5171, 共選擇 18顆晶形較好、環帶比較清晰的巖漿鋯石進行 U-Pb同位素測年(圖3a); 鋯石16和鋯石18可能為繼承鋯石, 同位素組成及年齡明顯不同于其它鋯石, 其206Pb/238U 同位素年齡分別為(520±12) Ma與(694±13) Ma, 其它鋯石206Pb/238U同位素年齡變化于(60.7±1.3)～(96.0±1.8) Ma(圖3a)。鋯石3～6、鋯石9、鋯石11～13被評判為高鈾異常, 鋯石17、鋯石16、鋯石18被評判為不諧和, 這些樣品不參加諧和年齡計算。對數據符合要求的7顆巖漿鋯石(序號1、2、7、8、10、14、15)進行206Pb/238U諧和年齡計算(圖4b), 得到比洛錯北岸 BD5171粗面安山巖的加權平均年齡為(83.3±1.3) Ma, MSWD=1.4(圖4a, b)。

圖4 羌塘盆地南部火山巖鋯石平均年齡分布和諧和曲線圖Fig. 4 Average ages and isotopic concordia curve of zircons from volcanic rocks in southern Qiangtang block

對扎加藏布北側安山巖BD5801, 選擇晶形較好、環帶清晰的 16顆巖漿鋯石進行 U-Pb同位素測年,鋯石206Pb/238U同位素年齡比較集中, 絕大部分鋯石206Pb/238U同位素年齡為(73.2±1.5)～(78.6±1.7) Ma(圖3b)。鋯石5、鋯石7評判為高鈾異常,206Pb/238U同位素年齡分別為(81.0±2.0) Ma、(83.5±1.9) Ma(圖 3b),明顯高于其它鋯石年齡, 不參加諧和年齡加權平均計算。對數據符合要求的14顆巖漿鋯石(序號1～4、6、8～16)進行206Pb/238U諧和年齡計算(圖 4d), 得到扎加藏布北側 BD5801安山巖的加權平均年齡為(75.65±0.82) Ma, MSWD=1.3(圖4c, d)。

3 鋯石U-Pb同位素年齡的地質解釋與紅層形成時代分析

比洛錯北岸粗面安山巖 BD5171鋯石離子探針206Pb/238U同位素年齡(83.3±1.3) Ma(圖 4a, b)早于比洛錯火山巖K-Ar年齡(38.3±3.3) Ma (賴紹聰等, 2006)和昂達爾錯西側粗面巖 K-Ar年齡(32.6±0.6) Ma (曲永貴等, 2006), 鋯石206Pb/238U同位素年齡良好地揭示了比洛錯紅層盆地火山噴發時代;而火山巖K-Ar年齡與磷灰石裂變徑跡年齡相近, 可能代表逆沖推覆構造運動導致的區域構造隆升時代(吳珍漢等, 2011; Wu et al., 2012)。扎加藏布北側安山巖 BD5801鋯石離子探針206Pb/238U同位素年齡(75.65±0.82) Ma(圖4c, d)明顯小于1:25萬區域地質調查獲得的K-Ar和39Ar-40Ar年齡103.7～115.4 Ma(曲永貴等, 2006), 扎加藏布北側火山巖 K-Ar和39Ar-40Ar年齡異常可能與晚期蝕變導致同位素變化存在密切關系, 鋯石206Pb/238U同位素年齡良好地揭示了羌塘地塊南緣晚白堊世火山噴發時代。

比洛錯北岸和扎加藏布北側火山巖鋯石離子探針206Pb/238U同位素測年不僅揭示晚白堊世火山噴發時代, 同時為羌塘地塊南部紅層時代提供了重要的年代學約束。比洛錯北岸粗面安山巖與紅層下部礫巖呈噴發不整合接觸關系(圖 2b), 說明比洛錯地區紅層盆地發育時代為晚白堊世, 火山巖接觸帶下伏淡紅色礫巖沉積時代略早于(83.3±1.3) Ma, 火山巖上覆紫紅色礫巖沉積時代晚于(83.3±1.3) Ma,紅層時代歸屬擬由中新統康托組改為上白堊統阿布山組。扎加藏布北側安山巖與下伏紅層呈噴發不整合接觸關系(圖2c, d), 火山巖下伏紫紅色礫巖與含礫砂巖形成時代略早于(75.65±0.82) Ma, 扎加藏布北側安山巖與下伏紅層時代歸屬擬由早白堊世去申拉組改為上白堊統阿布山組。綜合比洛錯北岸和扎加藏布北側火山巖鋯石離子探針206Pb/238U同位素測年及相關資料, 認為羌塘地塊南部紅層時代主要為上白堊統阿布山組, 類似于可可西里地塊風火山群紅層(Wu et al., 2013)。

4 結論與討論

羌塘盆地南部火山巖鋯石離子探針 U-Pb同位素測年良好地揭示了晚白堊世火山噴發時代, 同時為確定紅層形成時代提供了重要地質依據。比洛錯粗面安山巖和扎加藏布北側安山巖與紅層存在噴發不整合接觸關系, 對比洛錯北岸粗面安山巖BD5171和扎加藏布北側安山巖BD5801, 分別挑選巖漿鋯石并進行高精度的離子探針 U-Pb同位素測年, 發現比洛錯粗面安山巖鋯石206Pb/238U 同位素年齡為(83.3±1.3) Ma, 扎加藏布北側安山巖鋯石206Pb/238U同位素年齡為(75.65±0.82) Ma。綜合比洛錯北岸和扎加藏布北側火山巖鋯石206Pb/238U同位素測年及相關資料, 將比洛錯紅層時代歸屬由中新統康托組改為上白堊統阿布山組, 將扎加藏布北側紅層及上覆火山巖時代歸屬由早白堊世去申拉組改為上白堊統阿布山組。根據離子探針 U-Pb同位素測年及相關資料, 認為羌塘地塊南部侏羅紀—早白堊世海相沉積之后, 晚白堊世阿布山期發育規模較大的陸相紅層盆地, 紅層沉積對海相烴源巖保存及油氣形成演化具有促進作用。

羌塘盆地南部晚白堊世火山噴發與新特提斯古大洋板塊沿雅魯藏布江縫合帶向北俯沖存在動力學成因聯系, 比洛錯火山巖可能屬殼幔過渡帶局部熔融產物(賴紹聰等, 2006), 其形成環境與各拉丹東始新世同碰撞花崗巖(白云山等, 2006)存在較大差異。晚白堊世阿布山組紅層盆地擠壓縮短變形與古近紀構造運動存在密切關系(Wu et al., 2012, 2013),羌塘地塊古近紀強烈逆沖推覆構造導致三疊系—侏羅系海相烴源巖自北向南長距離水平運動(吳珍漢等, 2011), 在上白堊統阿布山組紅層之上形成由三疊系砂頁巖和侏羅系灰巖組成的不同規模的構造巖片(圖1), 伴有強烈的褶皺變形, 逆沖斷層和褶皺構造在地震剖面有良好顯示(李忠雄等, 2013)。古近紀逆沖推覆構造對羌塘盆地油氣資源具有顯著改造和破壞作用(Wu et al., 2012), 區域構造隆升導致昂達爾錯—比洛錯南側古油藏(王成善等, 2004; 王劍等, 2009)出露地表(圖1)。新近紀—第四紀羌塘地塊南部長期處于剝蝕夷平狀態, 地殼伸展走滑居主導地位,部分地區中新世早期和第四紀分別發育古大湖(Wu et al., 2008), 湖相沉積對油氣資源具有保護作用。

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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

本文由青藏高原地質礦產調查評價專項“羌塘盆地油氣地質構造保存條件研究”(編號: 1212011221111)資助。

2013-12-09; 改回日期: 2014-03-23。責任編輯: 閆立娟。

吳珍漢, 男, 1965年生。博士, 研究員。長期從事青藏高原區域地質調查與地質構造研究工作。通訊地址: 100037, 北京市西城區百萬莊大街26號。E-mail: zhenhanwu@cags.ac.cn。