鄂尔多斯盆地西南部早中生代侵入岩脉的形成时代及成因.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基底岩石的地质记录及构造意义 来自探井基底岩芯片麻岩和盖层砂岩研究的证据(批准号:)、国家科技重大专项子课题项目碎屑岩输导层结构模型中成岩演化过程与流体流动特征(编号:)、中国石油天然气股份公司重大科技专项项目鄂尔多斯盆地南部上古生界物源分析及砂体展布规律研究(编号:)和青海大学青年科研基金项目北秦岭造山带 构造热事件及其构造背景(编号:)作者简介:侯云东()男高级工程师从事碎屑岩沉积学、储层等地质综合研究:.通信作者:蒋子文()男博士讲师从事地球化学和沉积盆地分析研究:.罗静兰()女硕士教授
2、从事碎屑岩储层与成岩作用及火山岩成因、岩相学及储层地质学研究:.:./.鄂尔多斯盆地西南部早中生代侵入岩脉的形成时代及成因侯云东蒋子文刘新社罗静兰范立勇胡新友杜一凡 .中国石油长庆油田分公司勘探开发研究院陕西 西安.青海大学地质工程系/青藏高原北缘新生代资源环境重点实验室青海 西宁.西北大学地质学系/大陆动力学国家重点实验室陕西 西安././摘要:鄂尔多斯盆地西南部龙门地区早中生代侵入岩是盆地内少有的岩浆活动记录为探讨盆地早中生代形成构造背景提供了理想的研究对象 对鄂尔多斯盆地龙门地区早中生代侵入岩开展岩相学、岩石地球化学及年代学研究 结果表明侵入岩为钙碱性高钾钙碱性闪长玢岩和二长玢岩二者均呈
3、低、和 含量富集 和 贫 亏损、和 的特征锆石().主要为古元古代和部分新太古代陆壳物质部分熔融的产物 二长玢岩的轻、重稀土元素分馏略低于闪长玢岩具有更低的、和高的、/值指示其为压力较高条件下盆地基底较深陆壳物质部分熔融的产物闪长玢岩则为较低压力下的较浅基底陆壳物质熔融的产物 两类岩石均获得 的形成年龄与盆地以南秦岭造山带早中生代洋盆俯冲闭合、陆陆碰撞挤压初期的岩浆活动一致表明秦岭造山带早中生代以来的构造岩浆活动影响到鄂尔多斯盆地西南部地区盆地内早中生代侵入岩的出现是秦岭勉略洋盆向北俯冲汇聚挤压环境背景下鄂尔多斯盆地基底不同深度陆壳物质部分熔融侵入的结果 类岩石的形成年龄与盆地南缘秦岭造山带中
4、生代构造转折时期相对应即从晚三叠世长 段沉积开始鄂尔多斯盆地由之前的挤压环境开始向伸展环境转变关键词:锆石 年龄岩石地球化学侵入岩脉鄂尔多斯盆地中图分类号:.文献标志码:文章编号:()./.沉积盆地中的岩浆活动很大程度上受周缘造山带构造热事件及演化过程的影响对盆地中各类矿产的形成、聚集和保存会产生重要影响 鄂尔多斯盆地是华北地块西部一大型中生代内陆盆地其西南缘紧邻秦祁贺兰六盘山交汇地带 与盆地内部相比盆地西南部显示了较高程度的活动性表现在古生代晚期地层中存在岩浆侵入体 前人已由这些侵入岩中获得 和 两期年龄(翁凯等)与盆地南部秦岭造山带早中生代早期和晚中生代晚期岩浆活动时期基本一致(王晓霞等)
5、反映了秦岭祁连造山带中生代构造演化对鄂尔多斯盆地西南部的演化过程产生了重要影响 前人已在鄂尔多斯盆地内部中生代地层中发现了多层火山凝灰岩(梁庆韶等)但侵入于盆地地层中的岩浆侵入体十分有限这些岩体是周缘造山带演化过程对盆地影响的重要岩浆活动记录也是探讨盆地中生代演化构造背景的理想地质体对其形成时代、成因及其形成环境的研究对深入认识鄂尔多斯盆地中生代演化过程及其油气资源勘探与开发均具有重要的理论及实际意义本文对鄂尔多斯盆地西南部 井侵入于上古生界二叠系石盒子组中的侵入岩进行岩相学、岩石地球化学、锆石 年龄及锆石 同位素组成研究确定侵入岩的形成时代探讨岩石成因及其形成的构造背景为鄂尔多斯盆地西南部地
6、区早中生代时期盆地演化和构造背景提供约束并为该区油气等多种资源的勘探与开发提供重要参考依据 地质背景研究区位于鄂尔多斯盆地西南部陇县东北部(图)该区沉积演化过程不仅受秦岭和祁连造山带形成演化过程的影响还受到南部渭河地堑形成过程的叠加改造(王宗起等宋立军等 .)盆地南部后期抬升翘起在其南缘出露中元古界蓟县系古生界寒武系、奥陶系、二叠系中生界三叠系、侏罗系、白垩系等(翁凯)盆地内部基本被第四系覆盖仅局部侵蚀沟壑区出露白垩系、侏罗系和中上三叠统(图)鄂尔多斯盆地西南部岩浆活动的记录除在陇县西北和北部的安沟二线子及铜城地区有少量出露外盆地内部有一定规模的岩体呈隐伏状分布于甘肃省灵台县龙门地区(翁凯雷盼
7、盼尤佳)(图)已在龙门乡南部多口探井中的古生界不同地层中钻遇侵入体与地层呈明显侵入关系本次研究样品取自鄂尔多斯盆地西南部钻遇侵入体的 井(图)钻遇侵入体的深度在 被侵入的沉积地层为二叠系石盒子组下部盒 段(图)限定该期岩浆活动发生于中二叠世之后 样品及分析方法.样品及岩相学特征在 井中侵入于中二叠统盒 段的 段脉岩中采集了 件新鲜岩心样品分别为、和 第 卷 第 期侯云东等:鄂尔多斯盆地西南部早中生代侵入岩脉的形成时代及成因 图 鄂尔多斯盆西南部地质简图(据翁凯 修改)及鄂尔多斯盆地构造单元划分图(据杨献忠等 修改).()()和 采自井深.段的脉体岩石为暗灰色具均一块状构造和斑状结构(图、)斑晶
8、含量约 主要为自形板条状中性斜长石()略呈定向排列(图、)可见少量不同程度绿泥石化的自形角闪石斑晶()基质主要由斜长石和不透明矿物及隐晶质组成(图、)据此定为闪长玢岩、和 采自井深 段的脉岩岩石为灰色同样具块状构造和斑状结构(图、)斑晶含量 自形程度不高主要为板柱状斜长石()和少量正长石()及角闪石斑晶()斜长石多绢云母化正长石发生高岭土化角闪石多绿泥石化(图、)基质由细粒长石及隐晶质等组成定名为二长玢岩.分析方法对 件样品进行了全岩主量和微量元素测试分析并对 和 两件样品进行了锆石 原位 定年测试所有锆石 定年分析结果用 程序进行铅校正同时对 样品进行锆石原位 同位素测试 所有测试分析均在西
9、北大学大陆动力学国家重点实验室完成 全岩主量元 素 测 试 采 用 ()玻 璃 熔 饼 法 使 用 日 本 理 学()扫描型全自动 射线荧光光谱仪进行分析分析精度优于 详细仪器参数及测试过程见王建其等()全岩微量元素使用美国 公司 仪器进行测试其中、和(除 和)等元素的分析精度优于 其他低浓度元素的分析精度介于 之间样 品 制 备 及 测 试 过 程 见 刘 晔 等()锆石 同位素测试采用 技术使用连接 波长的氟化氩准分子激光器的 型 仪器进行测试 测试过程以氦气作为剥蚀物质的载气激光束斑直径为 激光脉冲宽度为 详细参数 及 测 试 过 程 见 .()使 用(.)软 件 计 算/、/、/和/值
10、经过()的方法进行普通铅校正后用.程序绘制锆石年龄相关图件锆石原位 同位素测试采用 多接收电感耦合等离子体质谱仪()参照锆石阴极发光()图像在已进行锆石 测年的测点上或同域内测定 激光束斑直径为 激光频率为 脉冲能量为 剥蚀时间为 用锆石、和 作外标 仪器运行条件和详细的分析流程及数据精度见 .()的描述()、和/等值采用吴福元等()推荐的公式计算获得 结 果.锆石 年龄和 同位素特征闪长玢岩()和二长玢岩()件样品锆石多呈自形柱状长 宽 长/宽比多为(图)锆石阴极发光()地 质 通 报 年图 井二叠系盒 段地层柱状图及采样位置.图 鄂尔多斯盆地西南部 井盒 段侵入岩显微照片.单偏光.正交偏光
11、.单偏光.正交偏光斜长石绿泥石化角闪石正长石第 卷 第 期侯云东等:鄂尔多斯盆地西南部早中生代侵入岩脉的形成时代及成因图 和 样品锆石阴极发光图像(标注年龄为普通铅校正后的锆石谐和年龄).图像显示多数锆石具岩浆成因的振荡环带结构(图)其/值多大于.(介于.之间)反 映 为 岩 浆 成 因 锆 石(.)部分锆石具有核幔结构幔部发光十分微弱说明锆石结晶后可能受到后期较强热事件的改造(图)闪长玢岩()粒锆石和二长玢岩()个锆石测年分析结果(表)显示锆石谐和年龄均呈现 组年龄分布特征除部分锆石年龄位于谐和线上外多数锆石年龄沿不一致线或偏离不一致线分布(图)其中较老一组 颗锆石的年龄介于.之间(表)另一
12、组年轻的 颗锆石/谐和年龄介于 之间可进一步分为 个次组年龄:第一组 样品 颗锆石幔部获得了 和 年龄(图)第二组 样品 颗锆石和 样品 颗锆石/年龄介于 之间年龄加权平均值为.(图)第三组 样品中 颗锆石和 样品中 个锆石测点的/年龄介于 之间年龄分布较分散闪长玢岩()样品约 的锆石原位 同位素测试结果见表 由其结晶年龄计算获得的锆石()值均为负值变化于.之间(表 图)锆石 两阶段模式年龄()介于 之间(表).主量元素特征岩相学观察揭示岩石中的矿物均已发生不同程度的蚀变因此造成全岩主量元素分析结果中具有很高的烧失量(.表)基于此对这些岩石的主量元素剔除烧失量后做均一化计算结果表明 和 样品的
13、 .相对富钾(/.)在 图解上投点位于二长岩和二长岩与正长岩交界区域(图)地 质 通 报 年书 书 书?第 卷 第 期侯云东等:鄂尔多斯盆地西南部早中生代侵入岩脉的形成时代及成因书 书 书?地 质 通 报 年书 书 书?第 卷 第 期侯云东等:鄂尔多斯盆地西南部早中生代侵入岩脉的形成时代及成因表 样品锆石原位 同位素分析数据 测点号年龄/()/.图 闪长玢岩()和二长玢岩()锆石 年龄谐和图.()()图 闪长玢岩样品锆石年龄()图.().在 图解中分布于钙碱性和碱性区域(图)其里特曼指数(为.和.)也指示为钙碱性和碱性岩系 硅钾图解中投点位于高钾钙碱性系列和钾玄岩系列(图)/图解中投点均落于准
14、铝质区域(图)/值为.和.属铝不饱和岩石、样品具有相对较高的 含量(.)富碱(.)高钠(/.)低 和 图解上投点位于石英二长岩区域(图)图解上投点落于钙碱性和碱性交界区域(图)与里特曼指数指示的钙碱性岩系一致(为.)硅钾图解中投点除 样品落于钙碱性系列区域外其余样品位于高钾钙碱性系地 质 通 报 年表 样品主量、微量和稀土元素分析结果 样号样号深度/.深度/.岩性闪长玢岩二长玢岩岩性闪长玢岩二长玢岩.总和.烧失量././././.(/).(/).(/)./././.锆石饱和温度/注:主量元素含量单位为微量和稀土元素含量单位为 /()摩尔数分数比/()摩尔数分数比表示全铁的含量/()/)锆石饱和
15、温度/.(/溶体).()该计算公式据 .()所提出的公式变形而来第 卷 第 期侯云东等:鄂尔多斯盆地西南部早中生代侵入岩脉的形成时代及成因图 样品 图解(底图据)、图解(底图据)、硅钾图解(底图据 .)和/图解(底图据 .).()()()/()列区域(图)/图解中投点落于准铝质与过铝质交界区域(图)/值为.属于准铝质高钾钙碱性岩石.稀土和微量元素特征闪长玢岩样品的稀土元素总量()高()(表)富集轻稀土元素轻、重稀土元素分馏明显(/).)(/).(/).轻稀土元素分馏程度明显大于重稀土元素其 .稀土元素配分呈弱 负异常右倾谱型(图)二长玢岩样品的稀土元素总量为 (/).(/).呈现出基本无 异常
16、的右倾稀土元素配分曲线(图)所有样品的稀土元素配分曲线基本类似于陆壳稀土元素谱型呈现轻稀土元素富集的右倾稀土元素谱型但其轻、重稀土元素分馏明显高于大陆上地壳稀土元素分馏(图)闪长玢岩和二长玢岩的微量元素均相对富集强不相容和大离子亲石元素亏损高场强元素明显亏损、和 表现为、峰和、谷显示来自陆壳物质源区的微量元素特征(李再会等)相比而言闪长玢岩的微量元素和稀土元素含量明显高于二长玢岩(图表)暗示两者的形成和源区组成存在一定差异 讨 论.岩浆侵入时代与岩浆活动有关的锆石通常可分为早期岩浆作用阶段结晶出的锆石和岩浆后期热液阶段改造地 质 通 报 年图 鄂尔多斯盆地西南部 井盒 段侵入岩稀土元素球粒陨石
17、标准化配分型式()和微量元素原始地幔标准化蛛网图()(标准化数据据 .).()()和结晶的锆石 岩浆结晶形成的锆石具有形成温度高常呈晶面发育的自形晶产出并发育清晰的岩浆振荡环带 岩浆结晶锆石经受热液改造后其颗粒边缘会出现晶棱圆化、港湾状形态且新增生的幔部不存在韵律振荡环带结构而且会不同程度富集 导致其很低的/值(吴元保等)与岩浆后期热液活动有关的锆石是由热液流体或饱和残余熔体沉淀形成形成温度介于 之间(.)这种锆石既可保留从流体欠饱和状态下形成的岩浆振荡生长域到流体饱和岩浆条件下产生的岩浆振荡生长域的岩浆结晶历史也可以热液增生或置换早期锆石边缘的幔出现()这种由热液沉淀增生于岩浆锆石的幔部多表
18、现为无岩浆振荡环带的暗色域(魏安军等)岩浆锆石轻稀土元素亏损、重稀土元素强烈富集具明显的 正异常和 负异常的左倾稀土元素配分模式()与岩浆锆石相比热液成因锆石具明显高的、和 等以及高(/)和(/)值(.)通常显示富集轻稀土元素、无明显或弱 正异常的较平坦的稀土元素配分模式(.)研究区闪长玢岩()和二长玢岩()锆石测年结果显示 组年龄分布较老一组的 颗锆石年龄介于.之间这些锆石除少数呈无规则的内部结构外多数锆石具韵律环带(图)其、含量分别介于 和 之间/.(表)说明除岩浆锆石外还存在少量变质锆石 这些明显老于盆地沉积盖层的锆石年龄显然是盆地基底结晶岩系岩浆和变质作用的记录代表了盆地基底组成特征
19、另一组年轻的 颗锆石年龄介于 之间这些锆石的 图像和元素组成存在一定差异 其中 颗锆石获得 的年龄距离谐和线较近另外 颗锆石年龄基本位于谐和线上(图)均具有明显的岩浆振荡环带结构(图)相对低、含量(表)呈现轻稀土元素亏损、正异常和 负异常的左倾稀土元素配分模式(图)此外其较高的(/)和(/)值以及 与 负相关(图)呈现出典型岩浆成因锆石的特征是该期岩浆活动由岩浆中结晶的锆石这些锆石获得的 的/年龄加权平均值为岩浆侵入冷凝结晶年龄而 的锆石应是岩浆上升过程中由围岩捕获的结果 其余 颗锆石(包括 样品中 颗锆石和 样品中 颗锆石)也有较好的晶形它们的年龄介于.之间但这些锆石 图像发光很弱也存在不同
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