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    准东构造隆升对砂岩型铀成矿作用的制约:磷灰石裂变径迹证据

    宋继叶 秦明宽 蔡煜琦 郭强 何中波 刘章月 曹煦 陈志国

    宋继叶, 秦明宽, 蔡煜琦, 郭强, 何中波, 刘章月, 曹煦, 陈志国, 2019. 准东构造隆升对砂岩型铀成矿作用的制约:磷灰石裂变径迹证据. 地球科学, 44(11): 3910-3925. doi: 10.3799/dqkx.2018.331
    引用本文: 宋继叶, 秦明宽, 蔡煜琦, 郭强, 何中波, 刘章月, 曹煦, 陈志国, 2019. 准东构造隆升对砂岩型铀成矿作用的制约:磷灰石裂变径迹证据. 地球科学, 44(11): 3910-3925. doi: 10.3799/dqkx.2018.331
    Song Jiye, Qin Mingkuan, Cai Yuqi, Guo Qiang, He Zhongbo, Liu Zhangyue, Cao Xu, Chen Zhiguo, 2019. Uplift-Denudation of Orogenic Belts Control on the Formation of Sandstone Type Uranium (U) Deposits in Eastern Junggar, Northwest China: Implications from Apatite Fission Track (AFT). Earth Science, 44(11): 3910-3925. doi: 10.3799/dqkx.2018.331
    Citation: Song Jiye, Qin Mingkuan, Cai Yuqi, Guo Qiang, He Zhongbo, Liu Zhangyue, Cao Xu, Chen Zhiguo, 2019. Uplift-Denudation of Orogenic Belts Control on the Formation of Sandstone Type Uranium (U) Deposits in Eastern Junggar, Northwest China: Implications from Apatite Fission Track (AFT). Earth Science, 44(11): 3910-3925. doi: 10.3799/dqkx.2018.331

    准东构造隆升对砂岩型铀成矿作用的制约:磷灰石裂变径迹证据

    doi: 10.3799/dqkx.2018.331
    基金项目: 

    国防预研项目 3210402

    国防科工局核能开发科研项目 D1302

    详细信息
      作者简介:

      宋继叶(1982—), 女, 高级工程师, 博士, 现主要从事砂岩型铀成矿规律和成矿预测方面的工作

    • 中图分类号: P612

    Uplift-Denudation of Orogenic Belts Control on the Formation of Sandstone Type Uranium (U) Deposits in Eastern Junggar, Northwest China: Implications from Apatite Fission Track (AFT)

    • 摘要: 通过实测磷灰石裂变径迹方法,并结合前人研究结果,分析了准东构造隆升特征,探讨了其与地层沉积、构造响应及对砂岩型铀成矿的制约.研究表明,210~180 Ma,准东缘卡拉麦里地区持续隆升遭受剥蚀,而卡拉麦里山北部奥克什山地区隆升-剥蚀时间相对较晚,于160~80 Ma快速隆升,该期快速隆升控制了五彩湾-老君庙-将军庙与卡姆斯特地区沉积地层发育、古水流方向、区域不整合与构造掀斜等,从而控制着2个地区的砂岩型铀矿成矿条件.五彩湾-老君庙-将军庙地区下侏罗统物源充足、砂体与氧化发育,是该地区主要找矿目的层,而卡姆斯特地区随着晚侏罗世-晚白垩世,盆地东北部奥克什山乃至青格里底山的隆升,增加了物源供给,下侏罗统沉积地层在该地区表现出了更好的成矿潜力.
    • 图 1  准噶尔盆地及邻区构造地质单元与构造格架划分

      Figure 1.  Geotectonic map showing the tectonic geological unit and structural framework of Junngar basin and its adjacent areas

      何登发等(2012)修改.1.中-新生代覆盖区;2.蛇绿岩或超基性岩带;3.板块碰撞带;4.地壳俯冲带;5.国界线;6.主要断裂编号:①额尔齐斯断裂;②中天山北缘断裂;③中天山南缘断裂;④南天山山脉断裂

      图 2  准噶尔盆地东缘地质构造略图与地质剖面及采样位置

      Figure 2.  Sketch geological map and sample locations of Eastern Junggar basin

      何登发等(2012)修改.1.新生界;2.白垩系;3.侏罗系;4.三叠系;5.前古生界基底;6.花岗岩;7.逆冲推覆断层;8.断层;9.断裂编号;10.泉水;11.国界;12.采样位置; 其中,D402/1-5为李玮(2007)分析样品

      图 3  准噶尔西北缘、东北缘奥克什山锆石裂变径迹分析数据

      Figure 3.  Zircon fission track data of samples from northwestern and northeastern margins of Junggar basin

      李玮(2007)

      图 4  准噶尔盆地东缘卡拉麦里地区样品磷灰石裂变径迹单颗粒年龄分布

      Figure 4.  Single grain age distributions of apatite fission track of samples from Kalamaili area, Eastern Junngar

      图 5  准噶尔东缘奥克什山磷灰石裂变径迹单颗粒年龄分布

      Figure 5.  Single grain age distribution of apatite fission track of samples from Aokeshi area, Eastern Junngar

      李玮(2007)

      图 6  准噶尔东缘卡拉麦里地区磷灰石裂变径迹长度分布和单颗粒年龄放射图

      Figure 6.  Apatite fission-track length feature and single grain age curiegrams of samples from Kalamaili area, Eastern Junngar

      图 7  准噶尔东缘奥克什山典型样品磷灰石裂变径迹反演模拟的时间温度曲线

      Figure 7.  Temperature-time modeling results of typical samples based on the apatite fission track dating PAZ-partial annealing zone from Aokeshi area, Eastern Junngar

      李玮(2007)

      图 8  准噶尔东缘帐篷沟地区J1b/T1+2c以及K/J3sh之间的不整合接触关系

      Figure 8.  Photos of unconformity contact relationship between J1b and T1+2c and K and J3sh of Zhangpenggou area, Eastern Junngar

      图 9  准噶尔东缘卡拉麦里山南侧至博格达山构造地质剖面

      Figure 9.  Structural geological section from the south side of Kalamaili mountain to the north side of Bogeda mountain, Eastern Junngar

      何登发等(2012)修改;剖面位置见图 2B-B’所示

      图 10  准噶尔东缘卡拉麦里山北侧卡姆斯特地区构造地质剖面

      Figure 10.  Structural geological section of Kamusite area on the north side of Kalamaili mountain, Eastern Junngar

      赵淑娟等(2014)修改;剖面位置如图 2A-A’所示

      图 11  准噶尔盆地下侏罗统八道湾组沉积体系

      Figure 11.  Diagram showing Badaowan Formation sedimentary system of Lower Jurassic in Junngar basin

      图 12  准噶尔盆地下侏罗统三工河组沉积体系

      Figure 12.  Diagram showing Sangonghe Formation sedimentary system of Lower Jurassic in Junngar basin

      图 13  准噶尔盆地中侏罗世西山窑组沉积体系

      Figure 13.  Diagram showing Xishanyao Formation sedimentary system of Middle Jurassic in Junngar basin

      图 14  准噶尔盆地中侏罗世头屯河组沉积体系

      Figure 14.  Diagram showing Toutunhe Formation sedimentary system of Middle Jurassic in Junngar basin

      表 1  准噶尔盆地东缘样品裂变径迹数据

      Table 1.  Fission track data of the sample from the eastern margin of Junggar basin

      实验编号 原始编号 海拔(m) 样品位置 岩性 颗粒数(个) ρs(105/cm2Ns ρi(105/cm2Ni ρd(105/cm2Nd P2) (%) 中值年龄±1σ (Ma) 池年龄±1σ (Ma) L(μm) N
      186 JE14-35 1 205 卡拉麦里山 花岗闪长岩 32 19.049 (4 715) 26.216 (6 489) 10.766 (5 864) 0 158±10 158±8 13.5±2.4 (135)
      187 JE14-59 874 凝灰质细砂岩 35 3.184 (776) 3.784 (922) 11.615 (5 864) 99.7 197±13 197±13 13.9±2.1 (100)
      188 JE14-60 874 闪长岩 20 3.666 (284) 5.745 (445) 9.487 (5 864) 35.7 123±12 123±11 14.6±1.8 (56)
      189 JE14-62 975 闪长玢岩 35 1.62 (491) 2.316 (702) 11.463 (5 864) 85 162±12 162±12 13.4±2.1 (69)
      李丽等(2008) 03-45 1 224 花岗岩 24 1.987 (316) 9.98 (1 586) 13.54 (3 372) 0 43.2±4.7 \ 12.37±0.22 (61)
      03-46 1 189 24 1.483 (201) 7.71 (1 045) 13.53 (3 369) 0.9 41.6±4.7 \ 12.82±0.26 (60)
      03-47-2 1 475 24 16.010 (1 497) 22.01 (2 058) 13.52 (3 366) 8.5 \ 171.0±15.5 12.99±0.23 (62)
      李玮(2007) D407-1 1 580 奥克什山 花岗岩 25 1.731 (297) 4.720 (810) 9.340 (10 438) 99.8 66±5 66±5 12.6±2.2 (102)
      D407-2 1 538 22 2.457 (293) 8.586 (1 024) 9.442 (10 438) 14.1 52±4 52±4 12.8±2.7 (123)
      D407-3 1 470 24 1.419 (288) 4.257 (864) 9.545 (10 438) 46.8 61±5 61±5 11.7±2.4 (117)
      D407-4 1 408 25 3.215 (351) 9.984 (1 090) 9.648 (10 438) 99.1 60±4 60±4 11.9±2.6 (77)
      D407-5 1 328 24 1.998 (321) 6.025 (973) 9.751 (10 438) 72.1 62±4 62±4 11.2±2.6 (104)
      注:P2)为自由度(n-1)χ2值的几率,ρs、ρi和ρd分别为自发径迹密度、诱发径迹密度和标准径迹密度;NsNiNd分别为自发径迹数、诱发径迹数和标准径迹数;L为径迹长度.样品测试由北京市泽康恩科技有限公司完成,实验条件为:在25 ℃下用7%HNO3蚀刻30 s揭示自发径迹,将低铀白云母外探测器与矿物一并入反应堆辐照,之后再在25 ℃下用40%HF蚀刻20 s揭示诱发径迹,中子注量利用CN5铀玻璃标定.
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    出版历程
    • 收稿日期:  2018-09-09
    • 刊出日期:  2019-11-01

    准东构造隆升对砂岩型铀成矿作用的制约:磷灰石裂变径迹证据

      作者简介: 宋继叶(1982—), 女, 高级工程师, 博士, 现主要从事砂岩型铀成矿规律和成矿预测方面的工作
    • 1. 核工业北京地质研究院, 北京 100029
    • 2. 中核铀资源与评价技术重点实验室, 北京 100029
    • 3. 中国地质大学, 北京 100083
    • 4. 天津华北地质勘查局, 天津 300170
    基金项目:  国防预研项目 3210402国防科工局核能开发科研项目 D1302

    摘要: 通过实测磷灰石裂变径迹方法,并结合前人研究结果,分析了准东构造隆升特征,探讨了其与地层沉积、构造响应及对砂岩型铀成矿的制约.研究表明,210~180 Ma,准东缘卡拉麦里地区持续隆升遭受剥蚀,而卡拉麦里山北部奥克什山地区隆升-剥蚀时间相对较晚,于160~80 Ma快速隆升,该期快速隆升控制了五彩湾-老君庙-将军庙与卡姆斯特地区沉积地层发育、古水流方向、区域不整合与构造掀斜等,从而控制着2个地区的砂岩型铀矿成矿条件.五彩湾-老君庙-将军庙地区下侏罗统物源充足、砂体与氧化发育,是该地区主要找矿目的层,而卡姆斯特地区随着晚侏罗世-晚白垩世,盆地东北部奥克什山乃至青格里底山的隆升,增加了物源供给,下侏罗统沉积地层在该地区表现出了更好的成矿潜力.

    English Abstract

    • 准噶尔盆地位于我国新疆北部,是我国西部重要的含油气盆地之一(孙文军等, 2004),同时也是地浸砂岩型铀矿找矿有望取得突破的“攻艰”盆地之一,一旦取得重大突破,则该盆地有望成为我国西北又一个油气-煤-铀等多种能源矿产共存的典型盆地.

      准噶尔盆地位于中亚造山带的西段中部,处于哈萨克斯坦地块以东、西伯利亚克拉通以南和北天山造山带以北的交汇部位(图 1),以其完整的后碰撞演化历史、强烈的后碰撞构造-岩浆-成矿活动,成为研究后碰撞构造-岩浆-成矿的理想地区,同时对研究中亚造山带的演化有着重要的意义,在构造(孙文军等, 2004; 郭召杰等, 2006a, 2006b; 马宗晋等, 2008a, 2008b; 姜春发, 2009; Bian et al., 2010; 索艳慧等, 2012; Yang et al., 2012a, 2012b; 赵淑娟等, 2014罗婷等, 2016)、岩浆作用(Han et al., 1997; 韩宝福等, 1998, 1999, 2006; 高俊等, 2006; 苏玉平等, 2006; 赵浩等, 2018)、沉积(孙肇才, 1998; 方国庆等, 2000何登发等, 2005, 2012)、铀成矿作用(郭召杰等, 2006a; 张金带等, 2010; 吴亚平等, 2012; 宋继叶, 2014; 宋继叶等,2015)等方面取得了一系列成果.目前,通过一系列的基础地质、铀矿地质研究工作,在准噶尔盆地周缘已发现了50余个矿(矿化)点,矿化具有多层(部)位(中新生界侏罗系-新近系)、多成因(煤岩型、层间氧化型、复合成因型和地沥青型)及多期次的成矿特点;近期东准地区虽已有重要找矿突破,但尚未落实大中型及以上铀矿床.

      图  1  准噶尔盆地及邻区构造地质单元与构造格架划分

      Figure 1.  Geotectonic map showing the tectonic geological unit and structural framework of Junngar basin and its adjacent areas

      基础地质的深入研究是资源预测的先决条件,目前就有关盆缘造山带隆升-剥蚀过程的裂变径迹(Fission Track Dating,简称FT)实验研究与其不均一隆升剥蚀历史等取得了大量有益成果(王宗秀等, 2003; 郭召杰等, 2006b; 马前等, 2006李玮, 2007; 李丽等, 2008),而对盆地沉积与盆缘隆升剥蚀之间的耦合关系研究相对较少,盆缘山体隆升-剥蚀历史、剥蚀量及其对原形盆地改造及砂岩型铀矿成矿的控制作用研究基本为空白.盆山耦合关系和后期的发展演化对盆地沉积相带的展布及改造具有重要的控制作用,直接制约铀矿的形成、保存和改造(韩效忠等, 2008),加强这些方面的研究对该区铀矿找矿工作的进一步发展具有重要的意义.

      FT是揭示上地壳岩石经历的冷却历史和地壳运动过程的一种有效方法,是确定岩石低温热历史的一项技术(Green, 1981, 1985).磷灰石FT除了可以简单给出年龄外,更为重要的是径迹退火作用的研究,或多或少地可以给出地质体地热历史信息.地质体抬升之前处在部分退火带(PAZ,通常为60~110 ℃)底下并具有零年龄的岩石(磷灰石)样品记录了抬升历史(Wagner and van Den, 1992),应用FT及有效封闭温度可以计算造山带的抬升剥蚀速率、剥蚀量,同时其冷却过程可以直观地反映造山带的热演化历史、很好地解释盆山耦合沉积过程,因此在构造史、沉积物来源、地层年代及盆山耦合等方面(Hendrix et al., 1994; 胡圣标和汪集旸, 1995; Sobel and Dumitru, 1997; 张志诚和王雪松, 2004; 郑德文等, 2005; 宫红良等, 2007; 蒋荣宝等, 2008)得到了广泛应用.

      因此,本文主要通过磷灰石裂变径迹方法,并结合前人研究成果来分析准噶尔盆地东缘卡拉麦里山、奥克什山的运动史,探讨盆地东缘的隆升剥蚀与五彩湾-老君庙-将军庙地区以及卡姆斯特地区的沉积响应及其对砂岩型铀矿成矿的控制作用,为该区铀资源远景预测提供部分地质依据.

      • 研究区位于阿尔泰造山带和天山造山带的楔形交接转换部位,北部以额尔齐斯断裂带为界与阿尔泰造山带相邻(Yang et al., 2012b),南部以北天山山脉断裂为界与天山造山带相邻(图 1),这2个造山带中新生代的构造演化对准噶尔盆地东部盆缘山脉隆升、隆坳格局、沉积剥蚀及砂岩型铀矿成矿作用起着至关重要的作用.中新生代期间盆地整体位于欧亚板块的巨型中亚造山带内部,周围为次级造山带,主要受挤压作用盆地整体处于叠合盆地发育阶段,总体经历了三叠纪-侏罗纪板内压陷、白垩纪-古近纪板内均衡及新近纪-第四纪的板内压陷过程,第一阶段东缘以走滑逆冲、断块隆升为特征,主要为剥蚀作用,第二阶段为均衡隆升剥蚀区,主要为剥蚀作用,新近纪以来的第三阶段卡拉麦里山为断块隆升但引起盆地的压陷挠曲作用不明显.

      • 准噶尔盆地东部岩浆活动大规模发育,构成了与卡拉麦里断裂走向一致并受断裂控制的花岗岩带,该地区早古生界火山岩出露较少,仅出露有中奥陶统荒草坡群基性火山岩、凝灰岩、火山碎屑岩及板岩、千枚岩等;晚古生代该地层出露的火山岩系有玄武岩类、粗安岩类、英安岩类、流纹岩类、火山碎屑岩类和碎屑熔岩类,为一套较典型的陆相火山碎屑岩堆积.中新生代为陆源碎屑岩相,构成了沉积盆地的主体,尤其是侏罗系出露范围较广,是该地区找铀目标层位(图 2),其自下而上依次为八道湾组、三工河组、西山窑组和石树沟群.

        图  2  准噶尔盆地东缘地质构造略图与地质剖面及采样位置

        Figure 2.  Sketch geological map and sample locations of Eastern Junggar basin

      • 在盆地东缘卡拉麦里山蚀源区共采集新鲜岩石样品4件,岩性包括花岗闪长岩、凝灰质细砂岩、闪长岩和闪长玢岩,同时结合了李丽等(2008)在卡拉麦里山分析的3件花岗岩样品以及李玮(2007)在奥克什山分析的5件样品(图 2).准噶尔东北缘卡拉麦里地区(韩宝福等, 2006宋继叶, 2014)获得的锆石U-Pb年龄表明该地区后碰撞深成岩浆活动发生在359~265 Ma,岩性主要有斑状黑云母花岗岩、钾质花岗岩、钾质花岗斑岩,呈分异岩相关系产出.

      • FT测定方法的原理,即在一个封闭的体系内,根据母体同位素和子体同位素的含量,以及母体同位素的衰变速度来确定衰变时间的长短.裂变径迹法根据矿物中238U自发裂变产生的径迹数和自裂变的速度即可计算出发生裂变的时间(即裂变径迹年龄),根据IUGS推荐的ξ常数法和标准FT方程计算(Hurford and Green, 1982; Wagner et al., 1989; Wagner and van Den, 1992; Spotila, 2005; Reiners and Brandon, 2006)得出.

        实验编号 原始编号 海拔(m) 样品位置 岩性 颗粒数(个) ρs(105/cm2Ns ρi(105/cm2Ni ρd(105/cm2Nd P2) (%) 中值年龄±1σ (Ma) 池年龄±1σ (Ma) L(μm) N
        186 JE14-35 1 205 卡拉麦里山 花岗闪长岩 32 19.049 (4 715) 26.216 (6 489) 10.766 (5 864) 0 158±10 158±8 13.5±2.4 (135)
        187 JE14-59 874 凝灰质细砂岩 35 3.184 (776) 3.784 (922) 11.615 (5 864) 99.7 197±13 197±13 13.9±2.1 (100)
        188 JE14-60 874 闪长岩 20 3.666 (284) 5.745 (445) 9.487 (5 864) 35.7 123±12 123±11 14.6±1.8 (56)
        189 JE14-62 975 闪长玢岩 35 1.62 (491) 2.316 (702) 11.463 (5 864) 85 162±12 162±12 13.4±2.1 (69)
        李丽等(2008) 03-45 1 224 花岗岩 24 1.987 (316) 9.98 (1 586) 13.54 (3 372) 0 43.2±4.7 \ 12.37±0.22 (61)
        03-46 1 189 24 1.483 (201) 7.71 (1 045) 13.53 (3 369) 0.9 41.6±4.7 \ 12.82±0.26 (60)
        03-47-2 1 475 24 16.010 (1 497) 22.01 (2 058) 13.52 (3 366) 8.5 \ 171.0±15.5 12.99±0.23 (62)
        李玮(2007) D407-1 1 580 奥克什山 花岗岩 25 1.731 (297) 4.720 (810) 9.340 (10 438) 99.8 66±5 66±5 12.6±2.2 (102)
        D407-2 1 538 22 2.457 (293) 8.586 (1 024) 9.442 (10 438) 14.1 52±4 52±4 12.8±2.7 (123)
        D407-3 1 470 24 1.419 (288) 4.257 (864) 9.545 (10 438) 46.8 61±5 61±5 11.7±2.4 (117)
        D407-4 1 408 25 3.215 (351) 9.984 (1 090) 9.648 (10 438) 99.1 60±4 60±4 11.9±2.6 (77)
        D407-5 1 328 24 1.998 (321) 6.025 (973) 9.751 (10 438) 72.1 62±4 62±4 11.2±2.6 (104)
        注:P2)为自由度(n-1)χ2值的几率,ρs、ρi和ρd分别为自发径迹密度、诱发径迹密度和标准径迹密度;NsNiNd分别为自发径迹数、诱发径迹数和标准径迹数;L为径迹长度.样品测试由北京市泽康恩科技有限公司完成,实验条件为:在25 ℃下用7%HNO3蚀刻30 s揭示自发径迹,将低铀白云母外探测器与矿物一并入反应堆辐照,之后再在25 ℃下用40%HF蚀刻20 s揭示诱发径迹,中子注量利用CN5铀玻璃标定.

        表 1  准噶尔盆地东缘样品裂变径迹数据

        Table 1.  Fission track data of the sample from the eastern margin of Junggar basin

        本次样品测试由北京市泽康恩科技有限公司完成,实验条件为:在25 ℃下用7%HNO3蚀刻30 s揭示自发径迹,将低铀白云母外探测器与矿物一并入反应堆辐照,之后再在25 ℃下用40%HF蚀刻20 s揭示诱发径迹,中子注量利用CN5铀玻璃标定,分析结果见表 1.

      • (1)卡拉麦里山样品表观年龄为41.6~197 Ma(表 1),所有样品的表观年龄远远小于其真实地质体的年龄,说明均经历了不同程度的退火作用,绝大多数样品在晚三叠世-早侏罗世抬升剥蚀进入了退火带下限.样品03‒45,03‒46的表观年龄分别为43.2 Ma和41.6 Ma,裂变径迹长度集中在12.37~12.82 μm,比123~197 Ma的其余5件样品的裂变径迹长度(12.99~14.6 μm)稍短,表明前者在部分退火带滞留时间稍长,后者则相对短一些,前者冷却速度比后者稍慢,即抬升稍缓.

        (2)奥克什山地区花岗岩锆石裂变径迹单颗粒年龄的中值年龄为(151±10)~(124±8) Ma(李玮, 2007),锆石雷达图和年龄直方图显示(图 3)年龄组比较集中,具单峰分布,表明岩体经历了至少从晚侏罗世开始的单一的冷却隆升历史,隆升时间晚于卡拉麦里地区.其磷灰石裂变径迹集中于52~66 Ma,裂变径迹平均长度为11.2~12.8 μm,相比于卡拉麦里山地区样品的裂变径迹长度短或个别接近,表明该地区磷灰石样品在部分退火带滞留时间更长,冷却速度即抬升速度更慢.

        图  3  准噶尔西北缘、东北缘奥克什山锆石裂变径迹分析数据

        Figure 3.  Zircon fission track data of samples from northwestern and northeastern margins of Junggar basin

      • 卡拉麦里地区所测样品单颗粒磷灰石年龄统计结果表明,样品分为集中性一般和集中性差2种情况(图 4):(1)集中性一般的样品有JE14-35和JE14-60,最大的单颗粒年龄均小于地质体的真实年龄,说明其经历了中等程度退火,且距离盆缘近的JE14-60号样品单颗粒年龄值偏小,记录了中下侏罗统和上白垩统的单颗粒年龄;(2)集中性差的样品有JE14-59和JE14-62,最大单颗粒年龄接近或等于真实年龄,表明样品经历的退火作用较弱,部分保留了原岩年龄,这些样品现今高程较大,因抬升剥蚀降温至70 ℃以下时间较早,即剥蚀程度高.

        图  4  准噶尔盆地东缘卡拉麦里地区样品磷灰石裂变径迹单颗粒年龄分布

        Figure 4.  Single grain age distributions of apatite fission track of samples from Kalamaili area, Eastern Junngar

        奥克什山地区样品单颗粒年龄集中性较好(图 5),年龄主要集中于45~100 Ma,最大单颗粒年龄小于100 Ma,远远小于原岩年龄268±4 Ma(韩宝福等, 2006),表明岩体经历了较强烈的退火作用.

        图  5  准噶尔东缘奥克什山磷灰石裂变径迹单颗粒年龄分布

        Figure 5.  Single grain age distribution of apatite fission track of samples from Aokeshi area, Eastern Junngar

      • 卡拉麦里地区样品裂变径迹的平均长度为13.4~14.6 μm,标准偏差为1.8~2.4,径迹长度分布基本上为对称分布,没有歪斜或很小(图 6),总体反映该地区具有相对简单的抬升剥蚀历史.但是,样品JE14-62略具双峰型,因此我们不排除有后期热液活动的存在,将军庙地区大规模硅化木的发育以及该地区成岩度高可能与该期热液活动有关.

        图  6  准噶尔东缘卡拉麦里地区磷灰石裂变径迹长度分布和单颗粒年龄放射图

        Figure 6.  Apatite fission-track length feature and single grain age curiegrams of samples from Kalamaili area, Eastern Junngar

        奥克什山样品的平均裂变径迹长度为11.2~12.8 μm,标准偏差为2.2~2.7,平均裂变径迹长度分布特征与卡拉麦里地区基本一致,与伊犁盆地南缘样品径迹长度分布特征相似.

      • 磷灰石的温度-时间热历史模拟研究表明:卡拉麦里山中南部总体表现为自晚三叠世-早侏罗世开始的持续缓慢隆升并遭受剥蚀,结合冷却速率可划分为5个阶段:(1)210~180 Ma快速隆升阶段;(2)180~ 80 Ma缓慢隆升阶段;(3)80~40 Ma更快速隆升阶段;(4)40~20 Ma缓慢隆升(稳定)阶段;(5)约20 Ma以来的快速隆升剥蚀阶段.

        奥克什山表现为晚侏罗世以来的持续冷却隆升,结合冷却速率的不同亦可分为3个阶段,即160~80 Ma的较快冷却隆升过程,60~25 Ma缓慢冷却(稳定)阶段以及25~23 Ma的快速隆升阶段(图 7).

        图  7  准噶尔东缘奥克什山典型样品磷灰石裂变径迹反演模拟的时间温度曲线

        Figure 7.  Temperature-time modeling results of typical samples based on the apatite fission track dating PAZ-partial annealing zone from Aokeshi area, Eastern Junngar

      • 研究数据表明:卡拉麦里山中南部在210~ 180 Ma期间存在一次快速隆升事件,而侏罗系与三叠系之间为平行不整合接触关系亦是直接证据(图 8a).该期构造隆升可能与印支期中国大陆发生大规模碰撞和拼合作用(万天丰, 2011)有关,受来自印度板块向东北方向挤压碰撞,导致新疆南侧于印支期古特提斯洋的关闭、碰撞造山引起天山抬升,进而导致了卡拉麦里山中南部的快速隆升.

        图  8  准噶尔东缘帐篷沟地区J1b/T1+2c以及K/J3sh之间的不整合接触关系

        Figure 8.  Photos of unconformity contact relationship between J1b and T1+2c and K and J3sh of Zhangpenggou area, Eastern Junngar

        卡拉麦里山北侧奥克什山于160~80 Ma期间存在一期快速隆升,该期构造抬升与燕山期北美板块与伊左奈崎板块向西俯冲、挤压,受NNE和NW向构造应力作用,中国大陆逆时针转动关系密切,导致了晚侏罗系与早白垩系之间的区域不整合(图 8b).

        该期次构造隆升可能导致了五彩湾-老君庙-将军庙下侏罗统沉积地层的北东-南西或北-南的掀斜(图 9),卡姆斯特地区沉积地层的北-南或南东-北西向掀斜(图 10);掀斜幅度以五彩湾-老君庙-将军庙地区较大,物源供给亦以该地区为主,同时,可能使侏罗系首次出露地表,形成“构造天窗”,接受含氧含铀水的淋滤,为含矿目的层的形成奠定了基础.该地区八道湾组底部发育1~2层层间氧化带和铀矿化,而卡姆斯特地区八道湾组层间氧化不发育,仅在喀拉萨依断裂以北地区见到较弱的层间氧化砂体,上述氧化带与铀矿化发育情况与构造隆升研究结果吻合.

        图  9  准噶尔东缘卡拉麦里山南侧至博格达山构造地质剖面

        Figure 9.  Structural geological section from the south side of Kalamaili mountain to the north side of Bogeda mountain, Eastern Junngar

        图  10  准噶尔东缘卡拉麦里山北侧卡姆斯特地区构造地质剖面

        Figure 10.  Structural geological section of Kamusite area on the north side of Kalamaili mountain, Eastern Junngar

        卡拉麦里山北部奥克什山持续隆升使卡拉麦里山中部的物源仍然向五彩湾-老君庙-将军庙地区供给且份额比向卡姆斯特地区相对多一些,加之印支期在该地区成矿条件的准备,在五彩湾-将军庙地区形成了大量的中侏罗统铀矿化,包括大庆沟铀矿床,而卡姆斯特地区此时的铀矿化不如其发育.

      • 卡拉麦里山中南部与北侧奥克什山前后2次隆升,尤其是晚侏罗世-早白垩世期间的持续较快速隆升剥蚀,一方面使卡拉麦里山成熟度高、铀含量丰富的碱性花岗岩、中酸性火山岩遭受剥蚀并向五彩湾-老君庙-将军庙与卡姆斯特地区提供沉积物源(包括铀源);同时,古水流受该期构造隆升影响,下侏罗统沉积期以卡拉麦里山为分水岭,山南侧古水流呈北东-南西或北-南向,山北侧则呈南东-北西向(图 11),且随着山体的持续隆升,至下侏罗统三工河期,浅湖-半浅湖面积萎缩至盆地南缘山前(图 12);再至燕山期,总体呈现由周边向盆内“紧缩”的“面貌”,古水流流动方向也有与之逆时针流动的趋势(图 13),车莫古隆起初具模型并逐渐发展(图 14).

        图  11  准噶尔盆地下侏罗统八道湾组沉积体系

        Figure 11.  Diagram showing Badaowan Formation sedimentary system of Lower Jurassic in Junngar basin

        图  12  准噶尔盆地下侏罗统三工河组沉积体系

        Figure 12.  Diagram showing Sangonghe Formation sedimentary system of Lower Jurassic in Junngar basin

        图  13  准噶尔盆地中侏罗世西山窑组沉积体系

        Figure 13.  Diagram showing Xishanyao Formation sedimentary system of Middle Jurassic in Junngar basin

        图  14  准噶尔盆地中侏罗世头屯河组沉积体系

        Figure 14.  Diagram showing Toutunhe Formation sedimentary system of Middle Jurassic in Junngar basin

        五彩湾-老君庙-将军庙地区,侏罗纪早期八道湾与三工河沉积期依次沉积了一套厚度大、粒度粗、近源的冲积扇、辫状河三角洲沉积体系;西山窑组沉积期,在该地区则广泛发育湖沼和平原沼泽,河道砂体横向连续性差;至石树沟群沉积期,整体以细粒的湖相沉积为主.相反,卡拉麦里山北侧(卡姆斯特地区)在八道湾与三工河沉积期则沉积了一套沉积厚度较薄、粒度较细、单砂体不发育的辫状河三角洲沉积体系;而后期石树沟群沉积期则发育连续性较好的大规模砂体.

        说明早期卡拉麦里山中南部以及晚期奥克什山的构造隆升提供的沉积物源主要向卡拉麦里山南侧供应,主水流方向亦以北东-南西或北-南向为主,奠定了下侏罗统八道湾组、三工河组砂岩型铀矿成矿的沉积条件,尤其是五彩湾-老君庙-将军庙地区上述2套沉积地层的沉积条件.而后期,随着准盆东北部、西北部的快速隆升,为卡姆斯特地区提供了新的物源,其石树沟群的沉积条件得到改善.

      • (1)210~180 Ma,准噶尔盆地东缘卡拉麦里中南部地区开始持续隆升遭受剥蚀,而卡拉麦里山北部奥克什山地区隆升-剥蚀时间相对较晚,于晚侏罗世(160 Ma)开始.

        (2)卡拉麦里山中南部、北部奥克什山的晚三叠世-早侏罗世(210~180 Ma)和晚侏罗世-早白垩世(160~80 Ma)的2次快速隆升(尤其是后者)控制了五彩湾-老君庙-将军庙与卡姆斯特地区沉积地层发育、古水流方向、区域不整合与构造掀斜,从而控制着2个地区的砂岩型铀矿成矿条件.

        (3)五彩湾-老君庙-将军庙地区下侏罗统物源充足、砂体与氧化发育,是该地区寻找的主要找矿目的层,而卡姆斯特地区随着晚侏罗世-晚白垩世,盆地东北部奥克什山乃至青格里底山的隆升,增加了物源供给,下侏罗统沉积地层在该地区表现出了更好的成矿潜力.

    参考文献 (81)

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