Zircon U-Pb Age from Basement Granites in Yishu Graben and Its Tectonic Implications
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摘要: 为了探讨伊舒地堑与松辽盆地基底的构造演化历史, 对位于伊舒地堑中的2个基底花岗岩进行了锆石LA-ICP-MS U-Pb定年研究, 并与松辽盆地基底花岗岩进行了对比.研究结果表明, 伊舒地堑基底花岗岩中的锆石呈自形或半自形, 并具有典型的岩浆生长环带, 个别发育有核边结构, 锆石的Th/U比值介于0.32 ~ 2.76, 暗示其岩浆成因.CH11井花岗岩中锆石18个测点206Pb/238U加权平均年龄为162±2 Ma, X13井花岗岩中锆石13个测点206Pb/238U加权平均年龄为159 ± 3 Ma, 其核部存在176 ±1 Ma的谐和年龄.上述结果表明, 伊舒地堑中基底花岗岩形成于中侏罗世晚期或晚侏罗世早期, 它们与松辽盆地基底中最晚期花岗岩的形成时间相同.这暗示伊舒地堑与松辽盆地自燕山期以来具有类似的基底演化历史. 176 ±1 Ma继承锆石的存在也证明了上述认识.Abstract: LA-ICP-MS zircon U-Pb dating was carried out for two basement granites from the Yishu graben to compare the tectonic evolutionary history between the Yishu graben and Songliao basin. The results indicate that most of zircons from the basement granites are euhedral to subhedral in shape and show the typical oscillatory zoning with magmatic origin, some of which display the core-rim structure. Their Th/U ratios range from 0.32 to 2.76, implying that they should be from crystallization of magma. The dating results indicate that a weighted mean 206pb/238U age is 162±2 Ma for the basement granite from CHll well (sample No. CHll), and that weighted mean 206Pb/238U ages are 159±3 Ma and 176± 1 Ma for rims and cores of zircons from the granite in X13 well (sample No. X13), respectively. It is suggested that the basement granites were formed in late stage of the Middle Jurassic or the beginning of the Late Jurassic, which is consistent with ones of the latest basement granites from the Songliao basin. Therefore, it is proposed that the Yishu graben displays similar evolutionary history with the Songliao basin since the Yanshannian movement, which is also proved by the occurrence of the inherited zircons with age of 176±1 Ma.
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Key words:
- Yishu graben /
- basement /
- granite /
- zircon /
- LA-ICP-MS U-Pb dating /
- Songliao basin
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0. 引言
伊舒地堑作为中国东部中生代大陆边缘一条重要的断裂, 其形成、发展及成因一直是人们研究的热点问题之一(孙万军等, 2004; 刘万崧等, 2005).近年来, 伊舒地堑区油气勘探取得的突破, 使得它与松辽盆地之间成因关系的研究显得更为重要.松辽盆地是否存在东部边缘(张岳桥等, 2004)、伊舒地堑与松辽盆地东部边缘有无联系(王永春, 2001)、二者是否具有相同的演化历史? 直到目前这些问题仍然没有得到满意的回答.本文对伊舒地堑区2个钻遇基底花岗岩中的锆石进行了LA-ICP-MS U-Pb定年研究, 并与松辽盆地基底花岗岩研究的最新成果进行了对比, 从基底形成时间角度讨论了伊舒地堑与松辽盆地之间的关系.
1. 地质概况与样品描述
伊舒地堑位于松辽盆地的东南、佳伊断裂的南段, 属于第三系断陷盆地.第三系厚2 000 ~ 3 000 m, 主要岩石类型为砂砾岩、砂岩和灰黑色、灰绿色泥岩, 角度不整合于基底之上.个别地段的钻孔钻遇了白垩纪地层, 岩性主要为红色砂砾岩.第三系或白垩系不整合在基底岩石之上.基底的主要岩石类型以海西和燕山期花岗岩为主, 还有少量的古生代变质岩(片岩、片理化大理岩)和中生代火山岩(流纹质火山角砾岩、凝灰岩、火山角砾凝灰岩).本文研究的2个基底花岗质岩石样品采自伊通地堑莫里青—鹿乡断陷五星构造带上, 具体采样位置见图 1和图 2.
图 1 伊舒地堑构造单元划分和基底花岗岩定年样品分布1.靠山屯凹陷; 2.马鞍山断阶带﹔3.尖山隆起带; 4.大南凹陷; 5.五星构造带; 6.梁家构造带; 7.新安堡凹陷; 8.万昌构造带; 9.波泥河―大平凹陷; 10.孤店斜坡带Fig. 1. Sketch geological map showing tectonic units and sampling locations for the Yishu graben
图 2 星13井和昌11井岩性柱状图和采样位置Fig. 2. Column diagram of X13 and Ch11 wells showing lithology and sampling position在星13井和昌11井的基底中取得了花岗岩的岩心样品, 从手标本上观察, 岩石呈碎裂结构, 其岩相学特征如下:
星13井(样品X13) : 钾长花岗岩, 中粒花岗结构, 块状构造, 主要矿物为石英、钾长石、少量的斜长石和黑云母.钾长石成分为正长石和条纹长石, 正长石表面具高岭土化, 见有卡式双晶, 条纹长石呈树枝状和细条纹状; 斜长石可见聚片双晶.石英含量约30 %, 钾长石59 %(正长石44 %, 条纹长石15 %), 斜长石含量10 %, 黑云母占1 %.副矿物为锆石和少量不透明矿物.岩石具碳酸盐化.
昌11井(样品CH11) : 二长花岗岩, 细粒花岗结构, 块状构造, 岩石具明显的碎裂结构.主要矿物为石英、钾长石和斜长石.石英颗粒之间呈镶嵌状, 具波状消光, 显示碎裂结构的特征, 钾长石的成分为微斜长石和条纹长石, 以微斜长石为主; 斜长石具明显的聚片双晶.石英含量约40 %, 斜长石30 %, 钾长石27 %.岩石中见绢云母化、碳酸盐化蚀变, 沿裂隙的绢云母化蚀变相对更强一些.此外, 副矿物为锆石、磷灰石和绿帘石.
2. 分析方法
样品破碎和锆石挑选由河北省廊坊区域地质调查研究院地质实验室完成.锆石的阴极发光(C L) 图像照射在中国科学院地质与地球物理研究所电子探针室完成(图 3).通过对反射光、透射光和阴极发光图像分析, 选择测点位置, 然后采用激光剥蚀等离子体分析技术(LA-ICP-MS) 对锆石进行微区原位单点U-Pb同位素定年.应用标准锆石91500进行分馏校正.锆石U-Pb同位素分析在西北大学大陆动力学重点实验室的LA-ICP-MS仪器上用标准测定程序进行.详细的实验原理和流程见参考文献(Yuan et al., 2004).利用本方法对标准锆石TEMORA 1作为未知样品, 测定获得的年龄为415 ±4 Ma(MSWD =0.112, n =24) (Yuan et al., 2004), 该锆石的ID-TIM S年龄为416.75 ±0.24 Ma (Black et al., 2003).激光束的束斑为30 μm.实验获得的数据采用Andersen(2002)的方法进行同位素比值的校正, 以扣除普通Pb的影响(Andersen, 2002).同位素比值和年龄误差为1σ(图 4).
图 3 伊舒地堑区基底花岗岩中部分错石阴极发光图像Fig. 3. Cathodoluminescence(CL) images of selected zircons from the basement granites in the Yishu graben
图 4 伊舒地堑区基底花岗岩中错石U-Pb谐和图Fig. 4. U-Pb concordia plots for zircons from the basement granites in the Yishu graben3. 分析结果
伊舒地堑区2个基底花岗岩中部分锆石的阴极发光(CL) 图像见图 3, U-Pb谐和图见图 4, 分析数据见表 1.
表 1 伊舒地堑区基底花岗岩中错石LA-ICP-MS U-Pb分析结果Table Supplementary Table LA-ICP-MS zircon U-Pb dating data from the basement granites in the Yishu graben
样品CH 11锆石C L图像显示(图 3a), 锆石呈自形-半自形, 发育典型的岩浆生长环带.锆石的Th/U比值介于0.40 ~ 1.95之间(表 1).18个测点的年龄介于155 ~ 171 Ma之间, 其加权平均年龄为162 ± 2 Ma, 代表了花岗岩的形成时代.
样品X13花岗岩中的锆石呈长柱状自形-半自形, 均发育有典型的岩浆生长环带, 部分锆石具有核边结构(图 3b), 其Th/U比值介于0.32 ~ 2.76之间(表 1).锆石边部206Pb/238 U年龄值介于152 ~ 166 Ma之间(表 1), 13个测点206Pb/238U加权平均年龄为1 5 9 ±3 Ma.此外, 位于核部3个测点206Pb/238U加权平均年龄为176 ±1 Ma.前者代表了花岗岩的形成时代, 后者反映了继承锆石的形成时代.
4. 年代学的地质意义
松辽盆地是否存在东部边缘, 这一直是国内地质学家们争论的问题, 造成这一问题存在的主要原因是该区受中生代晚期和新生代构造的改造比较强烈, 同时缺乏对东部中生代盆地系统的沉积学和沉积环境分析以及盆地基底岩石年代学和区域构造演化历史的研究.本文对伊舒地堑基底花岗岩的年代学研究对此提供了一定的制约.
首先, 伊舒地堑基底花岗岩中存在有176 Ma年龄的继承锆石, 它们所具有的较高的Th/U比值暗示该期岩浆作用的存在, 这与松辽盆地基底花岗岩中早侏罗世晚期(178 Ma) 捕获锆石或继承锆石的存在相一致(高福红等, 2007).这表明松辽盆地基底和东部伊舒地堑基底共同经历了该期岩浆热事件, 意味着它们可能具有相似的演化历史.这期岩浆事件在大兴安岭地区(葛文春等, 2005)、张广才岭地区以及华北克拉通的北缘均有发现(孙德有, 2001).
其次, 从伊舒地堑2个基底花岗岩锆石的LAICP-MS U-Pb定年结果可以看出, 它们形成于中生代中侏罗世晚期或晚侏罗世早期, 这与松辽盆地基底中最晚一期花岗岩的形成时间(Wu et al., 2000; 高福红等, 2007) (峰期为164 Ma) 相吻合, 同时, 该期岩浆事件在张广才岭、华北克拉通东部以及延边地区也是广泛存在的(Zhang et al., 2004; Wu et al., 2005).由此可见, 中侏罗世(164 Ma) 岩浆事件在东北地区是广泛存在的, 它们构成了松辽盆地和东部伊舒地堑基底形成的最后一次构造岩浆热事件.就此而言, 松辽盆地和东部伊舒地堑自燕山期以来应具有相似的演化历史.
衷心感谢河北省廊坊地调院实验室李林庆主任在样品分离和挑选过程中给予的帮助, 同时感谢西北大学大陆动力学重点实验室在锆石LA-ICP-MS U-Pb定年分析中给予的支持. -
图 1 伊舒地堑构造单元划分和基底花岗岩定年样品分布
1.靠山屯凹陷; 2.马鞍山断阶带﹔3.尖山隆起带; 4.大南凹陷; 5.五星构造带; 6.梁家构造带; 7.新安堡凹陷; 8.万昌构造带; 9.波泥河―大平凹陷; 10.孤店斜坡带
Fig. 1. Sketch geological map showing tectonic units and sampling locations for the Yishu graben
图 2 星13井和昌11井岩性柱状图和采样位置
Fig. 2. Column diagram of X13 and Ch11 wells showing lithology and sampling position
图 3 伊舒地堑区基底花岗岩中部分错石阴极发光图像
Fig. 3. Cathodoluminescence(CL) images of selected zircons from the basement granites in the Yishu graben
图 4 伊舒地堑区基底花岗岩中错石U-Pb谐和图
Fig. 4. U-Pb concordia plots for zircons from the basement granites in the Yishu graben
表 1 伊舒地堑区基底花岗岩中错石LA-ICP-MS U-Pb分析结果
Table 1. LA-ICP-MS zircon U-Pb dating data from the basement granites in the Yishu graben
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