第一作者简介 陈治军,男,1980年生,陕西延长石油(集团)有限责任公司研究院高级工程师,主要从事沉积学、油气地球化学研究。E-mail: chenzhijun2203@aliyun.com。
前人认为银额盆地下白垩统物源主要来自凹陷周缘的造山带或凸起区,但对于下白垩统的物源具体属于何套地层、确切源区位置等问题,并未开展过相关研究。笔者以哈日凹陷为例,通过对该凹陷下白垩统 8个沉积岩样品开展地球化学和碎屑锆石 U- Pb年代学研究,以期解决以上问题。研究结果表明: ( 1)碎屑锆石按年龄可以分为三叠纪锆石、二叠纪锆石、石炭纪锆石和古老锆石 4类,对应的年龄分别为 237.9± 3.2~238.3± 8.
About the first author Chen Zhi-Jun,born in 1980,is a senior engineer at Reseach Institute of Yanchang Petroleum(Group)Co.Ltd. He is mainly engaged in the researches of sedimentology and hydrocarbon geochemistry. E-mail: chenzhijun2203@aliyun.com.
It is generally recognized that the source of Lower Cretaceous in Yingen-Ejinaqi Basin is from orogenic belt or uplift around the sags,but some queries about provenance were still unanswered,such as the specific formations,exact source area ,etc. In this paper,taking Hari Sag as an example,based on geochemical test analysis and zircon U-Pb dating of 8 drilling rock samplings,the study of geochemical characteristics and detrital zircon U-Pb chronology were carried out. The results showed that: (1)Zircon could be divided into 4 types by age,they are Triassic zircons,Permian zircons,Carboniferous zircons and ancient zircons,and the corresponding age were 237.9±3.2-238.3±8.
前人对银根— 额济纳旗盆地(以下简称银额盆地)下白垩统的沉积特征研究较多, 认识也较为统一。早白垩世为断陷盆地全面发展期(陈建平等, 2001; 吴茂炳和王新民, 2003; 林卫东等, 2004; 旷红伟等, 2013), 发育扇三角洲— 湖泊沉积体系, 沉积相类型主要有湖泊相、扇三角洲相、水下扇相、冲积扇相、河流相等(陈建平等, 2001; 张代生等, 2003; 林卫东等, 2004)。“ 多隆多凹、隆凹相间” 的构造格局使得各凹陷具有多物源和近物源的特点, 物源主要来自凹陷周缘的造山带和凸起区(张代生等, 2003; 林卫东等, 2004)。但是, 对于下白垩统物源具体属于何套地层、确切源区位置等问题, 前人未开展过相关的研究。而探索这些问题, 对于恢复银额盆地早白垩世原型盆地、建立早白垩世沉积古地理模型、探索早白垩世沉积构造演化特征等均具有重要的意义。
锆石是应用最广泛的矿物之一, 普遍存在于岩浆岩、变质岩和沉积岩中。由于锆石对风化及磨损具有相对较强的抵抗力(Cawood et al., 2012; 郭佩等, 2017)、具有很高的矿物稳定性, 因此锆石U-Pb定年成为同位素年代学研究中最行之有效的方法之一(吴元宝和郑永飞, 2004)。碎屑锆石蕴含丰富的源区信息(宋芳等, 2016), 前人将其广泛应用于限定沉积地层时代(Dhuime et al., 2007; 冯乔等, 2015)、研究沉积物源(张进等, 2012; 王盟等, 2013; Horton et al., 2015; 何景文等, 2016; 向忠金等, 2016)、推测物源的贡献率(Saylor et al., 2013)、分析古地理环境(Lowe et al., 2011; Mackey et al., 2012)、确定区域剥蚀速率(Lawton et al., 2010; Bernet et al., 2013)、探讨构造演化特征(张进等, 2012; 王盟等, 2013)等方面。王香增等(2016)通过对银额盆地哈日凹陷内的钻井岩样开展锆石U-Pb年代学研究, 将其应用于地层沉积时限分析, 并将银额盆地晚古生代
以来火山活动分为早石炭世、晚二叠世、中三叠世和早白垩世4期。卢进才等(2013)通过对北山红石山地区晚古生代火山岩开展锆石U-Pb年代学研究, 对该区的晚古生界进行了修订, 并对古亚洲洋的闭合与增生造山时间进行了厘定。总的说来, 银额盆地锆石U-Pb年代学研究甚少, 且研究对象以古生代火山岩锆石居多, 对于碎屑锆石U-Pb年代学及其在沉积物源中的应用少有人涉足。鉴于此, 文中以哈日凹陷为例, 对该凹陷内岩心的下白垩统沉积岩进行取样, 开展相关的地球化学、碎屑锆石U-Pb年代学等研究, 旨在探讨其物源特征。
银额盆地是一个发育在前寒武纪结晶地块和古生代褶皱基底之上的侏罗纪— 白垩纪断陷湖盆群, 中生代以来主要经历了早白垩世断陷、晚白垩世拗陷、古近纪到第四纪挤压抬升等主要构造演化阶段, 中生界主要发育扇三角洲— 湖泊沉积体系(林卫东等, 2004; 郝银全等, 2006; 刘春燕等, 2006; 钟福平等, 2014)。银额盆地的一级构造单元有北部坳陷带、南部坳陷带和中央隆起带, 亚一级构造单元又可划分为7个坳陷和5个隆起, 二级构造单元共有31个凹陷和25个凸起(张代生, 2003)。
哈日凹陷是银额盆地中北部苏红图坳陷的一个次级构造单元, 凹陷西北部与洪格尔吉山相连, 南部毗邻宗乃山隆起, 东部为切刀山, 西接达古坳陷的拐子湖凹陷(图 1)。凹陷呈“ 东断西超” 的箕状结构, 平面形态为北东— 南西向展布的狭长条状, 面积约为1350ikm2。钻井记录揭示, 哈日凹陷的沉积地层自下而上有石炭系、二叠系、白垩系和第四系, 白垩系可分为下白垩统和上白垩统, 下白垩统自下而上包括巴音戈壁组、苏红图组和银根组, 上白垩统仅有乌兰苏海组。同区域情况一样, 哈日凹陷主要的沉积地层为下白垩统, 发育扇三角洲— 湖泊沉积体系(王小多等, 2015)。凹陷周缘地层出露见图 1: 西北部洪格尔吉山出露的地层主要有珊瑚井组(T1s)、哈尔苏海组(P3h)、阿其德组(P2a)、埋汗哈达组(P1-2h)、阿木山组(C2P1a)、绿条山组(C1l)、西坪山组(D3x)、园包山组(S1y)、西双赢山组(∈ 2-3x)等的沉积岩或变质岩及二叠纪的侵入岩等; 东北部切刀山出露的地层主要有T1s、P3h、C2P1a、C1l、S1y、∈ 2-3x等的沉积岩或变质岩、三叠纪的侵入岩、二叠纪的侵入岩、北山杂岩(Ar2-Pt1B)等; 南部宗乃山隆起出露的地层主要有白垩系(K)、P3h和C2P1a的沉积岩及二叠纪和石炭纪的侵入岩、龙首山杂岩(Ar2-Pt1L)等。
本次研究中, 对哈日凹陷H1井、H2井和H3井下白垩统的沉积岩进行系统取样, 样品数量为8个, 编号为H1-1~H1-6、H2-1和H3-1(图 2)。对2个样品(H2-1和H3-1)开展地球化学测试分析, 对所有样品开展锆石LA-ICP-MS U-Pb年代学测试。样品岩性为粉砂质泥岩、粉砂岩、泥质粉砂岩、砂砾岩等。样品所在层位为下白垩统苏红图组和巴音戈壁组, 其中苏红图组4个(H1-1~H1-3和H3-1)、巴音戈壁组4个(H1-4~H1-6和H2-1)。
锆石LA-ICP-MS U-Pb测年分析由中国科学院青藏高原研究所大陆碰撞与高原隆升重点实验室完成, 测试仪器为激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪, 激光剥蚀系统为美国Newwave公司生产的UP193FX型193inmArF准分子系统, 激光器来自于德国ATL公司, 激光器波长为193inm, 脉冲宽度小于4 ns, 斑束孔径25iμ m。激光剥蚀采样以氦气作为载气, 氦气携带样品气溶胶在进入ICP之前通过一个“ T” 型三通接头与氩气混合。通过调节氦气和氩气气流大小, 以获得NIST SRM 612(美国国家标准技术研究院研制的人工合成硅酸盐玻璃标准参考物质)最佳信号为条件实现测试系统最优化, 优化条件主要为信号灵敏度最高、氧化物产率最低、双电荷干扰最小、气体空白最低和信号强度最稳定。未知样品测试时采样方式为单点剥蚀、跳峰采集。单点采集时间模式为: 15~20 s气体空+40 s样品剥蚀+45~55 s冲洗。每6个未知样品点插入一组标样(锆石标样和成分标样), 标样及处理过程参见苏慧敏等(2013)和王香增等(2016)。
地球化学测试分析由北京燕都中实测试技术有限公司完成, 开展的测试项目有主量元素、微量元素和稀土元素测试。测试流程如下: 将岩石粉碎至厘米级的块体, 选取无蚀变及脉体穿插的新鲜样品用纯化水冲洗干净, 烘干并粉碎至200目以备测试使用。
主量元素测试时, 首先将粉末样品称量后加无水高纯四硼酸锂(Li2B4O7)助熔剂混合, 样品与Li2B4O7的比例为1︰8, 使用融样机加热至1150i℃, 使其在坩埚中熔融成均一玻璃片体, 后使用荷兰PANalytical公司生产的Zetium X射线荧光光谱仪进行X射线荧光光谱分析, 分析结果保证数据误差小于1%。微量元素和稀土元素测试时, 将200目粉末样品称量并置放入聚四氟乙烯溶样罐, 加入HF和HNO3, 放入干燥箱中保持190i℃温度, 72 h后取出, 经过赶酸并将溶液定溶为稀溶液后上机测试, 测试仪器为德国耶拿aurora M90电感耦合等离子体质谱仪, 所测数据以标样GSR-2进行质量监控, 分析误差小于5%, 部分挥发性元素及极低含量元素分析的误差小于10%。
3.1.1 主量元素
巴音戈壁组泥质粉砂岩样品H2-1和苏红图组粉砂质泥岩样品H3-1主量元素测试结果见表 1。样品H2-1和H3-1的SiO2含量分别为65.28%和46.45%, MnO含量分别为0.10%和0.12%, Al2O3含量分别为12.84%和17.02%, MgO含量分别为1.11%和3.64%, K2O含量为分别为1.90%和3.89%, Na2O含量为分别为4.96%和5.37%, 烧失量分别为4.56%和9.42%。尽管在沉积过程中碎屑岩的地球化学成分会受到改造作用的影响, 但碎屑岩的地球化学成分仍然主要受控于物源区(Rollison, 1993; Rudnick and Gao, 2003; 张雷等, 2008)。样品H2-1和H3-1主量元素特征与上地壳平均值(Rudnick and Gao, 2003)相比, 具有富集MnO和Na2O, 贫Al2O3、SiO2、TiO2、MgO和K2O的特征。SiO2含量中等, 且薄片分析可见石英多呈棱角— 次棱角状, 指示岩石具有近源沉积的特征。与邻区石炭纪和二叠纪形成于板内裂谷环境的亚碱性岩浆岩的主量元素特征相比, 他们均具有低Ti、贫Al、wNa2O> wK2O等特征①, 表明哈日凹陷下白垩统沉积岩可能与邻区的石炭纪— 二叠纪岩浆岩有一定的亲缘关系。
3.1.2 稀土元素和微量元素
从稀土元素和微量元素测试结果来看, 巴音戈壁组和苏红图组碎屑岩样品的数据非常接近(表 1)。H2-1和H3-1的稀土总量(Σ REE)分别为146.87 μ g/g和162.86 μ g/g, 轻重稀土元素比值Σ Ce/Σ Y分别为6.13和7.15, (La/Yb)N分别为6.65和8.56, 稀土元素球粒陨石标准化配分模式均呈右倾型(图 3-b), 表明样品的轻重稀土元素分馏明显, 且具有轻稀土元素相对富集、重稀土元素相对亏损的特征。样品H3-1和H2-1的(La/Sm)N分别为3.18和3.45, (Gd/Yb)N分别为1.46和1.69, 表明轻稀土元素和重稀土元素内部均有弱分馏。样品H3-1和H2-1的δ Eu分别为0.61和0.58, 表明样品均具有负铕异常。H2-1和H3-1微量元素数据极为相近(表 1), 微量元素原始地幔标准化蛛网图(图 3-a)显示, 2个样品均贫Ta、Nb和Sr, 而Rb、Th、U和Pb相对富集。
前人对哈日凹陷邻区的研究成果表明①: 二叠纪和石炭纪岩浆岩稀土总量平均为83.10 μ g/g和113.73 μ g/g, Σ Ce/Σ Y平均为4.51和7.18, (La/Yb)N平均为3.81和8.46, (La/Sm)N平均为1.79和2.47, (Gd/Yb)N平均为1.51和2.32, δ Eu平均为0.95和0.97。哈日凹陷下白垩统沉积岩与邻区石炭纪和二叠纪岩浆岩稀土元素特征具有一定的相似性, 均表现为稀土元素总量较高、轻稀土元素相对富集、重稀土元素相对亏损、轻稀土和重稀土元素内部均有弱分馏、稀土元素球粒陨石标准化配分模式呈右倾型等特征, 进一步表明哈日凹陷下白垩统沉积岩与邻区的石炭纪— 二叠纪岩浆岩有一定的亲缘关系(图 3-b, 3-d, 3-f)。微量元素原始地幔标准化蛛网图(图 3-a, 3-c, 3-e)对比发现, 哈日凹陷下白垩统沉积岩与邻区石炭纪和二叠纪岩浆岩除了个别元素的含量有细微差异外, 曲线特征具有很高的相似性, 均有较高的Pb富集程度, 也表明下白垩统沉积岩与邻区的石炭纪— 二叠纪岩浆岩亦有一定的亲缘关系。
8个样品共选取了187个锆石颗粒、187个测点开展LA-ICP-MS U-Pb测年, 获得了187组年龄数据。按照年龄特征, 锆石可分为4类, 分别为三叠纪锆石、二叠纪锆石、石炭纪锆石和古老锆石(表 2)。
3.2.1 三叠纪锆石
该类锆石存在于样品H1-1和H1-6中, 共有锆石颗粒15粒, 获得了15组测点数据, 占总测点数据的8.0%(表 2)。样品H1-1获得了5组测点数据, 获得的 206Pb/238U加权平均年龄为237.9± 3.2iMa(MSWD=1.4); 样品H1-6获得了10组测点数据, 206Pb/238U加权平均年龄为238.3± 5.2iMa(MSWD=8.4)。LA-ICP-MS锆石 207Pb/235 U和 206Pb/238U谐和图显示, 所有的点均在谐和曲线附近, 体现出非常好的谐和性(图 4)。
阴极发光(CL)图像显示, 三叠纪锆石多为灰色— 深灰色, 长柱状或椭圆状。锆石颗粒较大, 长50~145iμ m, 宽35~80iμ m(图 5, 表 2)。这类锆石普遍具有较低的Pb含量、较高的Th和U含量、较高的Th/U值等特征(图 6), 绝大多数锆石自形特征明显且不同程度地保留了岩浆锆石原有的晶形, 明显具有环带韵律(岩浆锆石典型特征), 表明三叠纪锆石应属于岩浆成因锆石(Hoskin and Black, 2000; 雷玮琰等, 2013; 冯乔等, 2015)。
3.2.2 二叠纪锆石
该类锆石在除了样品H1-1的其他样品(H1-2、H1-3、H1-4、H1-5、H1-6、H2-1和H3-1)中均有发现, 共有锆石颗粒88粒, 获得88组测点数据, 占总测点数据的47.1%(表 2)。样品H1-2获得了4组测点数据, 206Pb/238U加权平均年龄为255.4± 6.2iMa(MSWD=2.7); 样品H1-3获得了8组测点数据, 得到的 206Pb/238U加权平均年龄为258.8± 6.9iMa(MSWD=5.5); 样品H1-4获得了31组测点数据, 206Pb/238U加权平均年龄为261.6± 2.2iMa(MSWD=0.9); 样品H1-5获得了20组测点数据, 得到的 206Pb/238U加权平均年龄为262.9± 3.5iMa(MSWD=3.6); 样品H1-6获得了7组测点数据, 206Pb/238U加权平均年龄为261.6± 5.3iMa(MSWD=3.4); 样品H2-1获得了12组测点数据, 得到的 206Pb/238U加权平均年龄为285.9± 4.3iMa(MSWD=9.4); 样品H3-1获得了6组测点数据, 206Pb/238U加权平均年龄为255.0± 9.7iMa(MSWD=19.0)。 207Pb/235 U和 206Pb/238U谐和图(图 4)表明, 该类锆石所有点都落在谐和曲线上, 体现出非常好的谐和性, 无明显Pb损失。
二叠纪锆石为灰色— 深灰色, 呈长条状、短柱状、椭圆状、不规则状等。锆石颗粒较大, 长40~130iμ m, 宽30~100iμ m(图 5, 表 2)。样品H1-2、H1-4、H2-1和H3-1的Th含量为38~498 μ g/g, 平均值为155 μ g/g; U含量为78~720 μ g/g, 平均值为233 μ g/g; Pb含量为5~125 μ g/g, 平均值为28 μ g/g; Th/U值为0.37~1.13, 平均为0.72, 且大于0.4的数据占98%。该类锆石普遍具有较高的Th/U值(图 6), 大多数锆石自形特征明显并保留了岩浆锆石原有的晶形, 具有明显的环带韵律, 表明锆石应属于岩浆成因锆石(Hoskin and Black, 2000; 雷玮琰等, 2013; 冯乔等, 2015)。
3.2.3 石炭纪锆石
该类锆石在除了样品H1-6的所有样品(H1-1、H1-2、H1-3、H1-4、H1-5、H2-1和、H3-1)中均有发现, 共有锆石颗粒62粒, 获得了62组测点数据, 占总测点数据的33.2%(表 2)。样品H1-1获得了23组测点数据, 得到的 206Pb/238U加权平均年龄为314.1± 2.3iMa(MSWD=2.4); 样品H1-2获得了15组测点数据, 206Pb/238U加权平均年龄为322.0± 6.9iMa(MSWD=9.3); 样品H1-3获得了6组测点数据, 得到的 206Pb/238U加权平均年龄为308.0± 7.0iMa(MSWD=2.6); 样品H1-4获得了2组测点数据, 206Pb/238U年龄分别为327.0± 4.0iMa和330.0± 3.0iMa(表 2); 样品H1-5获得了4个测点的U-Pb年龄数据, 获得的 206Pb/238U加权平均年龄为307.0± 23.0iMa(MSWD=13.0); 样品H2-1获得了3组测点数据, 得到的 206Pb/238U加权平均年龄为310.7± 3.1iMa(MSWD=0.1); 样品H3-1获得了9组测点数据, 206Pb/238U加权平均年龄为313.3± 7.4iMa(MSWD=14.0)。从LA-ICP-MS锆石 206Pb/238U和 207Pb/235U谐和图(图 4)可以看出, 绝大多数点都处于谐和曲线上, 体现出非常好的谐和性。
CL图像显示, 该类锆石多为深灰色, 呈短柱状、椭圆状、不规则状等。锆石颗粒较大, 长40~140iμ m, 宽40~90iμ m(图 5, 表 2)。样品H1-1、H1-2、H1-4、H2-1和H3-1的Th含量为41~535 μ g/g, 平均值为169 μ g/g; Th/U值为0.18~1.32, 平均为0.64, 其中大于0.4的数据占94%。锆石具有较低的Pb含量、较高的Th和U含量、较高的Th/U值等特征(图 6), 且绝大多数锆石自形特征明显, 不同程度地保留了岩浆锆石原有的晶形, 明显具有环带韵律, 表明石炭纪锆石应属于岩浆成因(Hoskin and Black, 2000; 雷玮琰等, 2013; 冯乔等, 2015)。
3.2.4 古老锆石
本研究中定义的古老锆石是指年龄大于419.2± 3.2iMa的锆石, 即晚古生代以前的锆石。该类锆石在除去样品H1-5的所有样品(H1-1、H1-2、H1-3、H1-4、H1-6、H2-1和H3-1)中均有发现, 共有锆石颗粒22粒, 获得了22组测点数据, 占总测点数据的11.8%(表 2)。
样品H1-1获得了2组测点数据, 年龄为902.0± 6.0iMa和2584.0± 14.0iMa; 样品H1-2获得了5组测点数据, 年龄分别为512.0± 4.0iMa、690.0± 4.0iMa、1002.0± 6.0iMa、1321.0± 8.0iMa和1325.0± 7.0iMa; 样品H1-3获得了5组测点数据, 年龄分别为693.0± 11.0iMa、884.0± 9.0iMa、1308.0± 47.0iMa、1368.0± 11.0iMa和1370.0± 45.0iMa; 样品H1-4获得了1组测点数据, 年龄为449.0± 3.0iMa。样品H1-6获得了1组测点数据, 年龄为1472.0± 13.0iMa; 样品H2-1获得了5组测点数据, 年龄分别为450.0± 3.0iMa、874.0± 5.0iMa、883.0± 6.0iMa、920.0± 10.0iMa和943.0± 9.0iMa; 样品H3-1获得了3组测点数据, 年龄为434.0± 4.0iMa、438.0± 3.0iMa和1205.0± 11.0iMa。
此类锆石颗粒较小, 长30~110iμ m, 宽30~90iμ m(图 5, 表 2); Th含量为51~261 μ g/g, 平均值为141 μ g/g; U含量为140~623 μ g/g, 平均值为382 μ g/g; Pb含量为33~496 μ g/g, 平均值为165 μ g/g; Th/U值为0.12~0.85, 平均为0.4, 其中大于0.4的数据占65%。这类锆石的年龄虽然跨度大、分布较为零散, 但从成因上可分为2类:第1类为岩浆成因锆石, 古老锆石大多数属于此类; 多为深灰色或灰黑色, 呈圆形、椭圆状、短柱状等; 锆石具有较高的U和Th含量、较低的Pb含量和较高的Th/U值的特征; 锆石不同程度地保留了岩浆锆石原有的晶形, 韵律振荡环带清晰, 自形特征明显(图 5)。第2类为变质成因锆石, 古老锆石中仅少数属于此类; 颜色呈浅灰色, 形状为不规则状(图 5); 锆石Th/U值较低, 结构复杂, 具有残留晶核, 边部可见增生边, 具有典型的变质成因锆石的特征(Willams and Claesson, 1987; Liata et al., 2002)。
综上所述, 8个沉积岩的锆石年龄中, 三叠纪锆石的年龄为237.9± 3.2~238.3± 8.4iMa, 二叠纪锆石的年龄为255.0± 9.7~285.9± 4.3iMa, 石炭纪锆石的年龄为307.0± 23.0~330.0± 3.0iMa, 古老锆石的年龄为434.0± 4.0~2584.0± 14.0iMa。三叠纪锆石、二叠纪锆石和石炭纪锆石均属于岩浆成因, 年龄相对集中。古老锆石的年龄跨度大、分布零散, 主要属于岩浆成因, 其次为变质成因。
前人研究表明, 银额盆地的区域构造演化可划分为5个阶段: 太古宙— 古元古代结晶基底形成阶段、中新元古代沉积变质基底形成阶段、南华纪— 早泥盆世板块构造演化阶段、石炭纪— 二叠纪板内裂谷和裂陷构造演化阶段、中新生代陆内盆山构造演化阶段, 其中石炭纪— 二叠纪为加里东— 早华力西期构造带强烈活化时期, 多期的火山活动和岩浆侵入活动是这个阶段的重要构造特征(荆国强, 2010; 付星辉等, 2016)。白垩纪以来, 银额盆地主要经历了早白垩世断陷发展期、晚白垩世坳陷期、新生代以来挤压抬升期等构造演化阶段(刘春燕等, 2006)。也就是说, 银额盆地现今的“ 盆山” 构造格局与白垩纪基本相似, 并未发生实质性的变化, 凸起区和造山带持续接受剥蚀, 凹陷内部持续接受沉积, 笔者能够从现今的构造格局和地貌特征获取早白垩世沉积物源的有关信息。哈日凹陷下白垩统潜在的源区有西北部的洪格尔吉山、南部的宗乃山和东部的切刀山, 下白垩统碎屑锆石的来源能够从凹陷周缘的现今露头得以推测。
三叠纪沉积地层在哈日凹陷西北部的洪格尔吉山和东部的切刀山分布有零星露头, 层位为珊瑚井组, 属正常沉积岩, 地层中没有三叠纪岩浆锆石存在。三叠纪侵入岩在哈日凹陷周缘有所分布, 但分布极为局限, 仅在凹陷东部的切刀山地区有零星分布(图 1), 应为哈日凹陷下白垩统碎屑岩中三叠纪锆石的主要来源。分布零星的三叠纪侵入岩反映在碎屑锆石年龄组成上, 8个沉积岩的碎屑锆石中三叠纪锆石所占比例很小, 仅占总锆石数量的8.0%(表 2)。对于哈日凹陷周缘三叠纪侵入岩前人未开展测年研究, 但对于盆地东部狼山地区的三叠纪侵入岩年代学前人开展过研究工作, 该区三叠纪侵入岩岩性为二长花岗岩、钾长花岗岩、白云母花岗岩等, 锆石U-Pb测年、黑云母Ar-Ar同位素定年等获得的侵入岩年龄为234.0± 12.0~246.0± 2.5iMa(王廷印等, 1998; 高洪雷, 2010; 鲁有朋等, 2015; 付星辉等, 2016)。本次获得的三叠纪锆石年龄与其一致。
二叠纪侵入岩在哈日凹陷东部切刀山地区、西北部洪格尔吉山和南部宗乃山均有广泛分布, 广泛分布的二叠纪侵入岩构成了二叠纪锆石主要来源(图 1)。同时, 埋汗哈达地区的二叠系埋汗哈达组、阿其德组整体以滨浅海相碎屑岩为主, 但碎屑岩中有中— 薄层火山岩夹层, 火山岩岩性主要为安山岩, 这些火山岩为二叠纪锆石提供了次要来源(图 1)。王廷印等(1994)对洪格尔吉山二叠纪侵入岩开展过锆石U-Pb年代学研究, 厘定的该套火山岩年龄为251.3iMa。荆国强(2010)对宗乃山二叠纪侵入岩开展锆石U-Pb测年, 获得的年龄为250.0± 3.4iMa和275.3± 5.8iMa。前人对杭乌拉地区二叠系哈尔苏海组碎屑锆石进行U-Pb测年①, 获得的二叠纪锆石年龄为263.0± 39.0iMa。哈日凹陷下白垩统碎屑锆石获得的二叠纪锆石年龄为255.0± 9.7~285.9± 4.3iMa, 与前人研究成果基本一致。
由于哈日凹陷周缘出露的石炭系地层有阿木山组和绿条山组, 而这些地层的露头中均未见火山岩。石炭纪侵入岩应该为石炭纪锆石的主要来源, 哈日凹陷周缘石炭纪侵入岩的岩性以花岗岩、闪长玢岩为主, 主要分布于凹陷南部的宗乃山, 凹陷西北部的洪格尔吉山只有零星分布(图 1)。前人对杭乌拉地区二叠系哈尔苏海组碎屑锆石进行U-Pb测年分析①, 获得的石炭纪锆石年龄为314.7± 9.8iMa, 该年龄与样品H1-1石炭纪锆石年龄一致。同时, 对宗乃山恩格尔乌苏地区石炭纪侵入岩开展锆石U-Pb测年①, 获得的年龄为324.0± 3.9iMa, 与样品H1-2石炭纪锆石年龄基本一致。
虽然晚古生代以前的锆石数量少、分布零散、年龄跨度大, 但几乎在所有的样品中均有该类锆石发现, 且锆石以岩浆成因为主, 变质成因为辅。从哈日凹陷周缘现今露头(图 1)可以看出, 下白垩统古老锆石来源可能有2种:第1种来源为物源区石炭系和二叠系沉积岩中碎屑锆石再沉积, 前人对洪格尔吉山埋汗哈达地区二叠系阿其德组和埋汗哈达组、宗乃山恩格尔乌苏地区石炭系— 二叠系阿木山组、杭乌拉地区二叠系哈尔苏海组和埋汗哈达组等的碎屑锆石开展测年分析①, 获得的年龄有403.8± 8.7iMa、429.1± 5.3iMa、436.0± 13.0iMa、454.6± 4.0iMa、699.0± 84.0iMa、1016.0± 57.0iMa、1467.0± 110.0iMa等, 与本次研究中的古老碎屑锆石年龄高度一致, 因此哈日凹陷下白垩统沉积岩中古老锆石应该主要来自物源区石炭纪和二叠纪沉积地层。由于宗乃山地区石炭纪和二叠纪沉积地层分布有限, 而洪格尔吉山地区石炭纪和二叠纪沉积地层分布广泛, 故哈日凹陷下白垩统古老锆石应主要来自于洪格尔吉山。第2种可能来源为源区古老地层(晚古生代以前的地层)中结晶锆石经过搬运后沉积在哈日凹陷。哈日凹陷周缘晚古生代以前的地层有不同程度的出露, 出露的地层有志留系园包山组、寒武系西双赢山组、北山杂岩、龙首山杂岩等, 这些地层的研究程度低, 地层中有无岩浆锆石和变质锆石存在、锆石年龄与本研究中古老锆石年龄的关系等不得而知。
因此, 从锆石来源来看: 三叠纪锆石主要来源于三叠纪侵入岩, 而三叠纪侵入岩主要分布于凹陷东部的切刀山地区; 二叠纪锆石来源于二叠纪侵入岩和沉积岩地层, 这些地层在凹陷东部的切刀山地区、西北部的洪格尔吉山地区和南部的宗乃山地区均有广泛分布; 石炭纪锆石主要来源于石炭纪侵入岩, 石炭纪侵入岩主要分布于凹陷南部的宗乃山地区; 而古老锆石应该主要为物源区石炭系和二叠系沉积岩中碎屑锆石再沉积, 而石炭系和二叠系沉积地层主要出露于凹陷西北部的洪格尔吉山。
在将碎屑锆石用于沉积物物源研究时, 为了使所测的年龄具有代表性, 通常要求从单个样品中挑选出较多的锆石开展测年分析。本次研究中, 虽然部分样品开展测年分析的锆石数量较少, 但样品数量多、样品岩性丰富(粉砂质泥岩、粉砂岩、泥质粉砂岩、砂砾岩等)、取样具有系统性, 所获得的锆石年龄具有一定的代表性, 对下白垩统沉积物源具有很好的指示作用。
哈日凹陷下白垩统沉积岩锆石类型多、锆石年龄跨度大(图 5; 图 6), 碎屑锆石的多样性反映出下白垩统具有多物源混合沉积的特征。在下白垩统8个沉积岩样品、187组年龄测点数据中, 二叠纪年龄有88组, 占总测点数据的47.1%; 石炭纪年龄有62组, 占总测点数据的33.2%。锆石的来源对物源地层有很好的指示作用, 二叠纪锆石来源于二叠纪侵入岩和沉积岩地层, 石炭纪锆石主要来石炭纪侵入岩。因此, 哈日凹陷下白垩统以二叠系和石炭系物源供给为主, 包括二叠纪和石炭纪侵入岩和沉积岩。
在对哈日凹陷下白垩统巴音戈壁组和苏红图组碎屑锆石年龄分布频率进行分析后, 发现巴音戈壁组和苏红图组物源特征存在一些差异。
巴音戈壁组样品为4个, 共获得了96组测点数据(图 7)。其中三叠纪锆石年龄数据为10组, 占总测点数据的10.4%; 二叠纪锆石年龄数据为70组, 占总测点数据的72.9%; 石炭纪锆石年龄数据为9组, 占总测点数据的9.4%; 古老锆石年龄数据为7组, 占总测点数据的7.3%。巴音戈壁组具有多物源的特征, 物源来自于哈日凹陷西北部的洪格尔吉山、凹陷南部的宗乃山和凹陷东部的切刀山地区。
苏红图组样品为4个, 共获得了91组测点数据(图 7)。其中三叠纪锆石年龄数据为5组, 占总测点数据的5.5%; 二叠纪锆石年龄数据为18组, 占总测点数据的19.8%; 石炭纪锆石年龄数据为53组, 占总测点数据的58.2%; 古老锆石年龄数据为15组, 占总测点数据的16.5%。苏红图组也具有多物源的特征, 物源来自于哈日凹陷西北部的洪格尔吉山、凹陷南部的宗乃山和凹陷东部的切刀山地区。石炭纪锆石的较高占比预示着石炭纪侵入岩对哈日凹陷苏红图组有着较高的物源贡献率, 而石炭纪侵入岩主要分布于凹陷南部的宗乃山地区, 宗乃山地区可能对苏红图组有较大的物源贡献率。
综上所述, 碎屑锆石虽然年龄跨度大, 但大部分年龄集中在三叠纪、二叠纪和石炭纪。结合锆石来源, 哈日凹陷下白垩统存在多源区的特征, 凹陷西北部的洪格尔吉山、凹陷南部的宗乃山和凹陷东部的切刀山地区均对其有物源贡献。同时, 巴音戈壁组和苏红图组碎屑锆石年龄分布的差异, 指示这3个物源区对哈日凹陷巴音戈壁组和苏红图组的物源贡献率有一定的差异, 如宗乃山地区可能对苏红图组有较大的物源贡献率, 这种物源贡献率的差异可能由沉积物迁移距离、源区地质体剥蚀速率、构造运动等原因所致。哈日凹陷下白垩统沉积岩碎屑锆石U-Pb年代学特征, 能为沉积物源研究提供重要的信息, 解决了哈日凹陷下白垩统主要物源地层、源区特征等难题, 这对于恢复银额盆地早白垩世原型盆地、建立早白垩世沉积古地理模型、探索早白垩世沉积构造演化特征等均具有重要的意义。
1)对取自银额盆地哈日凹陷下白垩统8个沉积岩样品开展碎屑锆石LA-ICP-MS U-Pb年代学测试, 结果显示锆石按年龄组成可以分为三叠纪锆石、二叠纪锆石、石炭纪锆石和古老锆石4类, 对应的年龄分别为237.9± 3.2~238.3± 8.4iMa、255.0± 9.7~285.9± 4.3iMa、307.0± 23.0~330.0± 3.0iMa和434.0± 4.0~2584.0± 14.0iMa。
2)碎屑锆石的多样性反映哈日凹陷下白垩统具有多物源混合沉积的特征, 微量元素特征和锆石年龄组成均表明哈日凹陷下白垩统以二叠系和石炭系物源供给为主, 包括二叠纪和石炭纪侵入岩和沉积岩。
3)锆石年龄分布对哈日凹陷下白垩统的物源区有一定的指示作用, 哈日凹陷下白垩统存在多源区的特征, 凹陷西北部的洪格尔吉山、凹陷南部的宗乃山和凹陷东部的切刀山均对其有物源贡献。
4)3个物源区对哈日凹陷巴音戈壁组和苏红图组的物源贡献率有一定的差异, 如宗乃山地区可能对苏红图组有较大的物源贡献率, 这种物源贡献率的差异可能由沉积物迁移距离、源区地质体剥蚀速率、构造运动等原因所致。
作者声明没有竞争性利益冲突.