鄂尔多斯盆地南部凝灰岩地质特征及其对构造体制转换的制约.pdf
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1、第 卷 第 期 年 月地 质 通 报 .收稿日期:修订日期:资助项目:国家自然科学基金项目鄂尔多斯盆地西南部三叠纪末沉积间断面发育过程及区域构造意义(批准号:)、盆地晚期后期差异隆升改造及其油气成藏效应 以鄂尔多斯盆地为例(批准号:)作者简介:张天兵()男硕士从事盆地地质与油气勘探研究:.通信作者:王建强()男博士副教授从事盆地地质构造、油气勘探与低温热年代学教学和科研:.:./.鄂尔多斯盆地南部凝灰岩地质特征及其对构造体制转换的制约张天兵王建强韩鹏彭恒赵红格 .大陆动力学国家重点实验室西北大学地质学系陕西 西安.中国石化中原油田分公司勘探开发研究院河南 濮阳.中国石油长庆油田分公司勘探开发研
2、究院低渗透油气田勘探开发国家工程实验室陕西 西安.摘要:凝灰岩是火山活动的产物沉积盆地中的凝灰岩层往往具等时性特点是探索沉积盆地与周邻造山带构造演化的重要纽带 鄂尔多斯盆地显生宙火山活动不发育但早古生代晚期和晚三叠世延长期地层中广泛分布凝灰岩夹层且主要分布在盆地南部暗示其与周邻造山带火山活动之间联系密切 前人对这 期凝灰岩分别开展了探讨但对为何分布于盆地南部、具有怎样的成因联系、构造意义等缺乏综合研究与探讨 基于前人成果对上述 期凝灰岩的展布特征、源岩判别、发育时限、区域构造背景等进行了系统研究 结果显示鄂尔多斯盆地 期凝灰岩均发育于深水较深水环境且由南到北厚度逐渐减薄元素地球化学判别显示出中
3、酸性岩浆性质与火山岛弧喷发成因联系密切主要发育时限分别集中于晚奥陶世桑比期凯迪期()和中晚三叠世拉丁期卡尼期()在时空上与鄂尔多斯盆地演化转折关键时期联系密切结合区域构造分析认为上述 期凝灰岩是秦岭造山带加里东期商丹洋盆和印支期勉略洋盆俯冲闭合过程中火山活动事件在相邻盆地的响应和记录秦岭造山带构造演化对鄂尔多斯盆地南部早古生代海相盆地消亡和中生代内陆大型湖盆发育具有重要的控制作用 上述认识对深入探讨鄂尔多斯盆地南部和秦岭造山带显生宙期间长时间尺度盆山演化具有重要的指导意义关键词:鄂尔多斯盆地南部凝灰岩晚奥陶世中晚三叠世秦岭造山带中图分类号:.文献标志码:文章编号:().凝灰岩指火山喷发产生的火
4、山灰(粒径一般小于 )经风力或水力搬运随外力地质作用逐渐减弱在沉积区形成的具凝灰结构或尘屑结构的岩石属火成岩和沉积岩之间的过渡类型具两者的双重特征(.王建强等 张本健等)沉积盆地中的凝灰岩保留了源区矿物和岩石地球化学特征记录了源区火山活动的相关信息是古构造、古环境恢复的重要载体(.)同时也是约束沉积地层时代、开展地层对比的良好工具(胡艳华等)和探索沉积盆地与相邻造山带耦合演化的纽带鄂尔多斯盆地位于华北克拉通西南部与秦岭造山带毗邻 显生宙期间盆地演化较稳定火山活动不明显沉积地层中凝灰岩总体不发育仅在早古生代晚期地层和中晚三叠世延长组 套地层中保留有凝灰岩夹层且主体分布于盆地南部(.吴素娟等)此外
5、鲜有凝灰岩的报道凝灰岩为何主要集中发育和保存于盆地早古生代和中生代地层又为何集中分布在盆地南部其分布特点和发育时限与周邻造山带(特别是秦岭造山带)和鄂尔多斯盆地的时空演化有何联系?纵观前人成果多侧重某一时代或局部地区凝灰岩夹层的地球化学特征、发育时代、构造环境等研究(邱欣卫等陈诚等吴素娟等王振涛等 .)总体缺乏将其差异性分布、发育时限、区域构造意义等作为一个整体进行综合分析与研究基于此本文在考察盆地南部凝灰岩发育地质剖面的基础上系统收集、整理和总结前人研究成果其中包括 件主量元素、件微量及稀土元素地球化学资料 件凝灰岩年龄数据 从其展布规律、岩石学、地球化学、发育时限等方面对鄂尔多斯盆地南部早
6、古生代晚期和中生代延长期 期凝灰岩特征进行了综合研究进一步探讨了上述 个阶段盆地演化的区域动力学背景从凝灰岩角度探索周邻造山带对鄂尔多斯盆地发育演化的控制和影响 区域地质概况鄂尔多斯盆地发育于华北克拉通太古宇古元古界结晶基底之上先后经历了中新元古代裂陷槽、早古生代克拉通陆表海、晚古生代克拉通坳陷、中生代内陆湖盆和新生代断陷盆地发育阶段(赵振宇等)为一多旋回叠合型沉积盆地(杨华等付玲等计波等张云等)期间虽遭受多期次改造但盆地整体构造稳定地层保存较完整现今主体残留面积约(刘池洋等)区域上鄂尔多斯盆地地处不同构造单元的结合部其南隔新生代渭河地堑与秦岭造山带接壤西跨南北构造带北隔河套盆地与阴山造山带相
7、邻东缘以吕梁山为界表现为稳定的盆地本部被周邻新生代地堑系和活动造山带环绕的盆山相间的地貌格局(图)地质调查表明鄂尔多斯盆地内火山活动不发育但盆地南部早古生代晚期地层和中晚三叠世延长组中广泛分布诸多凝灰岩夹层(邱欣卫等第 卷 第 期张天兵等:鄂尔多斯盆地南部凝灰岩地质特征及其对构造体制转换的制约图 鄂尔多斯盆地构造位置()和盆地南部与周邻构造带地质简图()(据袁卫国邱欣卫等张文正等王振涛等).()()张辉等王振涛等张文等)其中早古生代晚期凝灰岩层广泛发育于盆地南部、西南部的平凉组、赵老峪组、桃曲坡组等地层中该套地层主体以海相页岩、硅质岩、碳酸盐岩沉积为主并发育重力流、浊流、碎屑流等为代表的深水事
8、件沉积(李文厚等)中晚三叠世凝灰岩主要发育于盆地西南部的延长组从延长组长段到长段皆有分布且以长 层最发育(邱欣卫等)延长期为鄂尔多斯中生代陆相盆地发育的鼎盛时期该期地层也是盆地最重要的含油岩系主要发育河湖相及三角洲相沉积(景辅泰等)长 期湖盆范围最广水体最深盆地南部以半深湖深湖相沉积为主(张文正等)同时秦岭造山带大量研究表明显生宙以来其总体经历了震旦纪中奥陶世板块扩张中晚奥陶世晚泥盆世聚敛俯冲晚泥盆世中晚三叠世的碰撞及中新生代陆内构造演化阶段 其中中晚奥陶世和中晚三叠世是秦岭地区商丹洋盆及勉略洋盆闭合碰撞的主要阶段(.)凝灰岩展布及岩石矿物特征新鲜的火山凝灰物质可呈现绿色、红色、灰色等沉积成岩
9、及风化后往往呈现土黄色、灰绿色等常发育细纹层且纹路较清晰具明显平行层理少地 质 通 报 年数单层具有粒序性(吴素娟等)野外露头常具有一定变形暴露面多向岩层内凹陷较醒目富含粘土矿物有光滑柔润感并具有密度小、吸附性强、遇水膨胀等特点镜下观察凝灰岩一般由玻屑、晶屑及岩屑等组成(李泯星等)填隙物往往为粘土杂基还包括黑云母、磁铁矿、锆石、磷灰石等副矿物图 鄂尔多斯盆地南部中上奥陶统凝灰岩夹层野外露头及镜下矿物特征.富平赵老峪组凝灰岩与硅质岩互层富平赵老峪组凝灰岩矿物特征(正交偏光)泾阳西陵沟平凉组凝灰岩夹层西陵沟平凉组凝灰岩矿物特征(正交偏光)石英斜长石方解石黑云母.中上奥陶统凝灰岩展布及岩石矿物鄂尔多
10、斯地区早古生代凝灰岩主要出露于盆地南部富平赵老峪组蒲城金粟山组耀县桃曲坡组泾阳西陵沟和岐山曹家沟的平凉组(杨甫等王振涛等)西南部陇县龙门洞、三道沟和平凉银洞官庄的平凉组(李振宏李振宏等)盆地西北部乌海地区的乌拉力克组(吴素娟等)等均发育于中上奥陶统 凝灰岩主要以层状展布大都呈黄绿色、灰黄色少量呈紫红色具微细水平层理偶见粒序层理单层厚度从不足 至大于 最厚者达 以上 如富平赵老峪剖面凝灰岩与硅质岩不等厚互层(图)凝灰岩夹层可达 余层累计厚度约 (袁卫国等)泾阳西陵沟凝灰岩与薄层灰岩不等厚互层单层厚度从几厘米到数十厘米不等可见 余层(王振涛等)表面风化较严重(图)盆地南部钻井资料也揭示有凝灰岩夹层
11、发育但横向上分布不稳定层数较少主要分布于中奥陶统马家沟组上部厚度与古岩溶孔洞的发育程度具正相关性推测与奥陶纪末期古岩溶面发育程度存在一定的联系(李振宏)综合露头观测、钻井资料及前人成果可以看到盆地南部不同地区凝灰岩厚度与层数差异较大总体显示出由南向北、由西南向东北累计厚度逐渐减薄的特点(图)岩石学研究表明中上奥陶统凝灰岩并非纯的火山物质往往具有沉凝灰岩特点且后期蚀变强烈表现出斑脱岩的特点 镜下观察主要由火山凝灰质和正常沉积物组成凝灰质中晶屑为斜长第 卷 第 期张天兵等:鄂尔多斯盆地南部凝灰岩地质特征及其对构造体制转换的制约石、钾长石、石英呈棱角状粒径一般为.分选性较差玻屑呈细骨棒状、楔形等零星
12、散状分布消光明显被粘土质、方解石交代正常沉积物含有砂级碎屑为长石、石英岩屑大小一般为.杂乱分布填隙物为粘土杂基、钙质胶结(图、)图 鄂尔多斯盆地南部延长组凝灰岩野外露头及镜下矿物特征.彬县水北沟延长组黑色页岩下部厚层凝灰岩已风化蚀变为粘土岩彬县水北沟延长组凝灰岩蚀变强烈绢云母呈平行排列(正交偏光)彬县水北延长组凝灰岩与黑色页岩和粉砂岩互层彬县水北沟延长组凝灰岩富含长英质岩屑、石英及微斜长石(正交偏光)石英斜长石微斜长石方解石绢云母.延长组凝灰岩展布及岩石矿物延长组凝灰岩主要出露于盆地南部瑶曲衣食村铜川霸王庄、何家坊彬县水北沟延长延河等剖面多呈纹层状发育于油页岩、粉砂岩中呈浅灰黄色、砖红色、浅灰
13、色等单层厚度一般为 在瑶曲、彬县野外露头最大单层厚度超过.(图、)因暴露地表普遍已风化蚀变成粘土岩或凝灰质粘土岩、斑脱岩(图)钻井资料揭示在盆地西南部延长组长 长段中均有凝灰岩夹层发育颜色鲜艳呈紫红色、灰绿色、褐灰色、灰黄色、灰白色等单层厚度从 不等累计厚度 .以长 期最发育层数最多、厚度最大、分布范围最广 如正 井长 段岩心凝灰岩纹层接近 层(张辉等)延长组凝灰岩夹层展布特征前人已开展了较详细的研究其分布面积可超(邓秀芹等)以长 期为例凝灰岩厚度以瑶曲正宁为中心整体向北递减呈北北西南南东向展布至志丹延安一带几近消失(图)凝灰岩与砂、泥岩沉积作用同时进行纯凝灰岩较少以沉凝灰岩为主 岩石学研究表
14、明延长期凝灰岩晶屑形状从棱角状到椭圆状都有主要包括斜长石黑云母、石英、钾长石等石英颗粒为粒状直径.斜长石常为长条状长度在.之间一般蚀变成粘土 玻屑多已蚀变成粘土岩残留有玻璃状结构但大部分棱角状未固结碎片已经消失具明显消光性 岩屑直径约为.为次圆状、溶蚀状等不规则状绢云母为细鳞片状平行排列褐铁矿受氧化作用为不规则细粒状裂隙充填(图、)元素地球化学与年代学特点元素地球化学常用于分析矿物组分和岩石性质开展原岩判别、构造环境分析等(万斌等地 质 通 报 年李子颖等)尤其稀土、微量元素不易受风化、蚀变等作用影响能更好地反映凝灰岩原岩特征同时随着定年技术的发展凝灰岩的精确定年已成为确定盆地关键地质事件的重
15、要依据也是探讨大地构造环境和古气候环境的重要标尺(.)引起了国内外学者的广泛关注 近年来围绕鄂尔多斯盆地中上奥陶统凝灰岩(杨甫等李振宏李振宏等王振涛等)及三叠系延长组凝灰岩(王多云等邓胜徽等 .袁珍等赵向东)已开展了大量元素地球化学及年代学研究.中上奥陶统凝灰岩地球化学特点与发育时限本文遴选了中上奥陶统凝灰岩主量元素分析样品 件微量元素 件均为露头样品主要分布于西南部平凉陇县地区和南部富平岐山地区(表 图)从统计结果看所有样品 含量为.平均为.总体显示出中酸性特点但平凉陇县地区有 件样品含量小于富平岐山地区有 件样品小于 具基性岩特征含量为.平均为.接近大陆地壳平均含量含量较低为.平均为.含量
16、为.平均为.接近正常火成岩含量 含量为.平均为.所有样品 显示钾质特征/值变化较大介于.之间平均为.含量为.平均为.根据表 统计结果可以看到中上奥陶统凝灰 岩 .平 均 为.高于澳大利亚页岩(.)和北美页岩(.)的平均含量 富集(/)值为.平均为./值为.平均为.(/)值为.平均为.元素分馏明显具明显的负 异常(.平均为.)但 异常不明显 从微量元素蛛网图可知(图)高场强元素、等含量相对富集 元素表现明显的负异常具有火成岩的特点(杨文龙等)稀土元素球粒陨石标准化后配分曲线呈“”字形右倾曲线特征(图)轻、重稀土元素分异明显表 凝灰岩主量元素综合统计 时代地 区/()/文献来源中上奥陶统平凉陇县(
17、).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.)富平岐山().(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.)全部数据().(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.)袁卫国 李 文 厚 等 李振宏 陈诚等 王 振 涛等 延长组钻井样品().(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.)露头样品().(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.)全部数据().(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.)张文正等 赖小东等 邱 欣 卫 等 王建 强
18、等 高 璞 等 许锋等 注:括号中值为平均值第 卷 第 期张天兵等:鄂尔多斯盆地南部凝灰岩地质特征及其对构造体制转换的制约表 凝灰岩微量元素综合统计 时代地区文献来源中上奥陶统平凉陇县().(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.)富平岐山().(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.)全部数据().(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.)袁卫
19、国 李文厚等 李振宏 陈诚等 王振涛等延长组岩心样品().(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.)露头样品().(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.)全部数据().(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.)张文正等 赖小东等 邱 欣 卫 等 王建强等 高璞等 许锋等 时代地区/(/)(/)文献来源中上奥陶统平凉陇县().(.).(.).(.
20、).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.)富平岐山().(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.)全部数据().(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.)袁卫国 李文厚等 李振宏 陈诚等 王振涛等延长组岩心样品().(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.)露头样品().(.).(.
21、).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.)全部数据().(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.)张文正等 赖小东等 邱 欣 卫 等 王建强等 高璞等 许锋等 注:括号中值为平均值 利用(全碱()化学分类)图解进行源岩判别可见中上奥陶统样品点落入区域较分散在中酸性、基性甚至超基性岩浆系列均有分布特别是富平岐山地区的样品(图)考虑到凝灰岩后期发生风化和蚀变作用部分碱质元素可能被活化迁移等影响 图解判别有一定的局限性 为此结合(/)/图解进一步
22、判别样品点主要落入流纹英安岩、粗地 质 通 报 年图 鄂尔多斯盆地凝灰岩微量元素原始地幔标准化蛛网图与稀土元素球粒陨石标准化配分图.中上奥陶统凝灰岩微量元素蛛网图中上奥陶统凝灰岩稀土元素配分图延长组凝灰岩微量元素蛛网图延长组凝灰岩稀土元素配分图(标准化值据 .)面安山岩、流纹岩和安山岩等中、酸性岩浆系列(图)表明中上奥陶统凝灰岩物质来源以中、酸性岩浆为主前人对盆地南部富平赵老峪、耀县桃曲坡、泾阳西陵沟、平凉银洞官庄、岐山曹家沟剖面等凝灰岩夹层开展了大量年代学研究(表)采用的定年方法以 及 锆石 定年为主对该期凝灰岩的形成时限有了较好的约束 综合已发表的年代学数据看早古生代凝灰岩样品锆石 年龄分
23、布介于.(件样品)之间主体集中于 (图)表明其主要发育于晚奥陶世桑比期凯迪期.延长期凝灰岩地球化学特点与发育时限本文同时收集了延长组凝灰岩主量元素样品 件、微量元素样品 件均位于盆地西南部主要包括钻井岩心和露头样品其中 以上为延长组长 段凝灰岩样品 从结果看(表)延长组凝灰岩样品 含量为.平 均 为.显示出中酸性特点 含 量 总 体 为.平均为.相对较高含量为.平均为.含量为.平均为.含量为.平均为.所有样品 显示了其钾质特征/值为.平均为.含量为.平均为.第 卷 第 期张天兵等:鄂尔多斯盆地南部凝灰岩地质特征及其对构造体制转换的制约表 鄂尔多斯盆地凝灰岩锆石 年龄结果 时代样品位置采样层位定
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