地质通报  2019, Vol. 38 Issue (4): 656-666  
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张惠, 王纳申, 孟祥振, 孟展. 银额盆地苏红图坳陷北部埋汗哈达组碎屑锆石U-Pb测年及其地质意义[J]. 地质通报, 2019, 38(4): 656-666.
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Zhang H, Wang N S, Meng X Z, Meng Z. Detrital zircon U-Pb dating of Maihanhada Formation in Yin'E Basin of northern Suhongtu depression and its geological significance[J]. Geological Bulletin of China, 2019, 38(4): 656-666.
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基金项目

国家自然科学基金项目《中国非常规油气储层特征、分类及地质模型建立》(批准号:41390451)

作者简介

张惠(1976-), 女, 博士, 讲师, 从事石油地质学研究。E-mail:zhanghui@xsyu.edu.com

通讯作者

王纳申(1992-), 男, 在读硕士生, 从事油气成藏地质学研究。E-mail:wangnashen@163.com

文章历史

收稿日期: 2018-03-15
修订日期: 2018-11-03
银额盆地苏红图坳陷北部埋汗哈达组碎屑锆石U-Pb测年及其地质意义
张惠1 , 王纳申1 , 孟祥振2 , 孟展2     
1. 西安石油大学地球科学与工程学院, 陕西 西安 710065;
2. 延长油田股份有限公司, 陕西 延安 716000
摘要: 巴北凹陷是银根-额济纳旗盆地(简称银额盆地)苏红图坳陷北部的一个次级构造单元,通过埋汗哈达组的孢粉组合特征研究及碎屑锆石U-Pb同位素测试,探讨了地层年代及物源方向。从孢粉组合特征可以看出,除晚古生代和中生代都存在的类型外,仅在白垩纪出现的类型没有见到,且见到的绝大多数类型都出现在晚古生代和三叠纪;银额盆地苏红图坳陷北部埋汗哈达组碎屑岩锆石阴极发光图像和Th/U值(>0.4),表明大部分属于岩浆成因锆石。锆石年龄分布在246~1010Ma之间,集中分布在246~390Ma、400~560Ma,最年轻的峰值为260Ma。综合分析后将埋汗哈达组归入二叠系,与切刀古隆起和巴彦诺尔公-狼山-阴山一带岩浆岩的年龄分布相似,由此认为,切刀古隆起和巴彦诺尔公-狼山-阴山一带的岩浆岩可能为埋汗哈达组的沉积物质来源。
关键词: LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄    苏红图坳陷    埋汗哈达组    银额盆地    
Detrital zircon U-Pb dating of Maihanhada Formation in Yin'E Basin of northern Suhongtu depression and its geological significance
ZHANG Hui1, WANG Nashen1, MENG Xiangzhen2, MENG Zhan2     
1. School of Earth Sciences and Engineering, Xi'an Shiyou University, Xi'an 710065, Shaanxi, China;
2. Yanchang Oilfield Joint-Stock Co., Ltd., Yan'an 716000, Shaanxi, China
Abstract: The Babei Sag is a secondary tectonic unit in the north of Suhongtu Depression in Yingen-Ejinaqi Basin(or Yin'E Basin). Based on the sporopollen assemblages and U-Pb isotope tests of clastic zircons of the Maihanhada Formation, the stratigraphic age and provenance direction are studied. The characteristics of sporopollen assemblages show that except for the types existing in the Late Paleozoic and Mesozoic, the types appearing only in the Cretaceous are not found, and most of the types appearing in the Late Paleozoic and Triassic. The CL image and Th/U(>0.4)of zircons in the clastic rocks of the Maihanhada Formation in the Northern Suhongtu depression, Yin-E basin, indicate that most of them belong to the zircons of magma, and the age distribution of zircons is between 246Ma and 1010Ma, the concentrated distribution is the 246~390Ma, 400~560Ma. The youngest peak is 260Ma. The geological age of the Maihanhada Formation should be Permian. And the age distributions of the magmatic rocks in the area of the dagger and the Bayannuoer-Langshan-Yinshan are similar, so the two are the possible sedimentary material sources of the Maihanhada Formation.
Key words: LA-ICP-MS zircon U-Pb age    northern Suhongtu depression    Maihanhada Formation    Yin'E Basin    

近年来,随着物质来源分析方法逐渐向定量化发展,碎屑锆石同位素定年技术得到发展和应用。利用锆石颗粒的阴极发光图像和沉积物中碎屑锆石微区原位的U-Pb年龄及其分布特征,可以对比、判断物质来源[1-4],也可以约束沉积地层的年龄[5-7]

根据新一轮全国油气资源评价,银根-额济纳旗盆地(后文简称银额盆地)石油地质资源量的期望值为3.09×108t,石油资源的总量较多,但资源分散,资源丰度低。根据区域地质研究,石炭纪小独山期—二叠纪祥播期是巴丹吉林裂谷盆地演化的鼎盛时期,滨海相临滨亚相泥页岩分布范围最广泛,厚度最大[2]

巴北凹陷位于苏红图坳陷北部(图 1),是石炭系、二叠系褶皱基底上发育起来的中新生界断陷盆地,面积1580km2,东邻巴东凸起,西为巴布拉海凸起,北至蒙古边界。巴北凹陷是以下白垩统为主体的不对称单断式箕状凹陷,表现为西断东超的特点。巴北凹陷现今只有一口参数井,勘探程度极低,其物源方向还不清楚。本文探讨巴北凹陷埋汗哈达组的地层归属及物源,为以后的勘探工作提供重要资料。

图 1 银额盆地地质简图(据参考文献[1-18]修改) Fig.1 Geological sketch map of Yin'E Basin
1 地质概况

埋汗哈达组由郑昭昌等在1979年命名于内蒙古自治区阿拉善左旗笋布尔乡埋汗哈达[4, 6]。研究表明,研究区经历了石炭纪—早二叠世早期的上超沉积之后,自早二叠世隆林期,表现为以海退为主的下超沉积[8-10]。该期沉积地层在盆地分布较广,但比晚石炭世—早二叠世早期盆地范围小,西部沉积双堡塘组,东部沉积埋汗哈达组[10-14]。本沉积阶段见到的露头有埋汗哈达剖面(北部)和芒罕超克剖面(南部)、哲斯敖包剖面(东部)。浅海陆棚相主要分布在红柳井北—芒罕超克北—杭乌拉一线以北;埋汗哈达期碳酸盐岩不发育,仅马鬃山东和杭乌拉地区各发育一碳酸盐岩台地,分布范围均较小。采样位置位于马鬃山-拐子湖中间隆起带,紧临切刀古陆,主要位于滨海相沉积区,沉积逐渐由滨海区变为浅海区。采样位置岩性为泥岩、泥质细砂岩、砂质泥岩、凝灰质泥岩、板岩、变质砾岩等,经薄片鉴定,主要为千枚岩质岩屑砂岩、砾岩、长英质片麻岩、砾石等(图 2)。埋汗哈达组的电性特征与下伏地层相比,电阻曲线呈现明显的锯齿状、梳状高值,下部电阻率跳跃明显,呈梳状排列;与中上部电阻率相比,电阻率曲线较平直,小齿状明显差异;自然电位下部偏正,曲线变化跳跃明显,中上部较平直,偏负异常,区别明显。自然伽马、声波时差曲线具有类似特征。其顶部深灰色含灰泥岩为二叠系与巴音戈壁组分界线,具有电位偏正异常、自然伽马突然增大,声波时差、电阻率密度明显变小的特点(图 2)。

图 2 埋汗哈达组电性特征 Fig.2 Electric characteristics of Maihanhada Formation
2 孢粉组合特征 2.1 孢粉组合

BC井是研究区唯一的钻井,在BC井深2233.81~2234.55m取得4块样品。以蕨类孢子化石为主,其中以刺环孢Spinozonotriletes图版Ⅰ-a)、带环孢Cingulatisporites、稀饰环孢Kraeuselisporites和二肋粉Lueckisporites为代表。

图版Ⅰ   PlateⅠ   a.刺环孢Spinozonotriletes;b.三角瘤面孢Lophotriletes;c.三角刺面孢Acanthotriletes;d.稀饰环孢Kraeuselisporites;e.瘤环孢Lophozonotriletes;f.二肋粉Lueckisporites;g.膜环孢Hymenozonotriletes;h.宽沟粉Urmites

在井下2233.81m的B22号样品仅见8粒蕨类孢子化石,分别为三角粒面孢Granulatisporites、三角光面孢Leiotriletes、三角瘤面孢Lophotriletes图版Ⅰ-b )、锥刺圆形孢Apiculatisporites、圆形粒面孢Cyclogranisporites、层环孢Densoisporites、破口孢Coptospora和刺环孢Spinozonotriletes。其中刺环孢Spinozonotriletes在新疆北部克拉玛依百口泉井区石炭纪车排子组较丰富,在B22号样品中出现,不排除再沉积的可能。

在井下2234.49 m的B24号样品仅见18粒孢粉及藻类化石,分别是三角粒面孢Granulatisporites、三角光面孢Leiotriletes、三角刺面孢Acanthotriletes图版Ⅰ- c)、锥刺圆形孢Apiculatisporites、带环孢Cingulatisporites、圆形块瘤孢Verrucosisporites、稀饰环孢Kraeuselisporites图版Ⅰ- d)、瘤环孢Lophozonotriletes?图版Ⅰ-e)、蠕瘤孢Convolutispora?、二肋粉Lueckisporites图版Ⅰ- f)、棘突球藻Gorgonisphaeridium等,其中带环孢Cingulatisporites、稀饰环孢Kraeuselisporites、瘤环孢Lophozonotriletes?、蠕瘤孢Convolutispora?、二肋粉Lueckisporites和棘突球藻Gorgonisphaeridium在晚古生代石炭纪—二叠纪较多,带环孢Cingulatisporites、稀饰环孢Kraeuselisporites在早中生代早中三叠世很丰富,二肋粉Lueckisporites在二叠纪很丰富。结合上覆样品的孢粉组合特征,B24号样品属于二叠纪的可能性最大。

在井下2233.86m的B47号样品见34粒孢粉化石,以蕨类孢子为主(31粒),裸子类花粉极少(3粒)。蕨类孢子见三角粒面孢Granulatisporites、三角光面孢Leiotriletes、三角瘤面孢Lophotriletes、三角刺面孢Acanthotriletes、锥刺圆形孢Apiculatisporites、密穴孢Foveotriletes、圆形粒面孢Cyclogranisporites、三角块瘤孢Converrucosisporites、带环孢Cingulatisporites、圆形块瘤孢Verrucosisporites、层环孢Densoisporites、稀饰环孢Kraeuselisporites、瘤环孢Lophozonotriletes?、刺环孢Spinozonotriletes、膜环孢Hymenozonotriletes图版Ⅰ-g )、无脉蕨孢Aneurospora、窄环孢Stenozonotriletes等,裸子类花粉见苏铁粉Cycadopites、二肋粉Lueckisporites、宽沟粉Urmites图版Ⅰ-h)等。结合上覆样品的孢粉组合特征,B47号样品属于二叠纪的可能性最大。

在井下2234.55m的B48号样品仅见到8粒蕨类孢子化石,它们是三角粒面孢Granulatisporites、三角光面孢Leiotriletes、锥刺圆形孢Apiculatisporites、蠕瘤孢Convolutispora?、层环孢Densoisporites、刺环孢Spinozonotriletes和带环孢Cingulatisporites,属于晚古生代常见分子,刺环孢Spinozonotriletes时代较老,目前仅在新疆北部克拉玛依百口泉井区石炭纪车排子组、和布克赛尔县和石炭纪布克河组上段有发现,在当前样品中出现,不能排除再沉积的可能。

2.2 样品特征

样品岩性复杂,以千枚岩质岩屑砾岩为主,还有极细-细粒千枚岩质岩屑砂岩、长英质片麻岩砾石等。总的来说,碎屑颗粒成分主要为石英、长石和岩屑。岩屑含量较多,以变质岩屑为主,变质岩屑占75.7%,火成岩屑占14.3%。填隙物主要为铁方解石,占3.1%。结构特征多样,分选性差,磨圆度为次棱角状,胶结类型为加大-孔隙式,或钙质充填孔隙或铁方解石连晶状充填孔隙,岩石致密,属于近源沉积物。

3 样品测试及结果分析 3.1 分析方法

采用常规方法分选出锆石后,将锆石样品颗粒及锆石标样制成环氧树脂靶[7],然后抛光使其暴露一半晶面。样品靶制成后,首先在光学显微镜下对被测样品进行照相(包括透射光和反射光),然后在扫描电镜实验室进行锆石阴极发光(CL)图像分析,以检查锆石的内部结构,选择适宜的测试点位。样品靶在真空下镀金以备分析[9-13]

锆石阴极发光图像分析和LA-ICP-MS锆石微区原位单点定年在西北大学大陆动力学国家重点实验室测定,使用仪器分别为Agilent7500型ICPMS,德国Lambda Physik公司生产的ComPex102 ArF准分子激光器(工作物质ArF,波长193nm),以及MicroLas公司生产的GeoLas 200 M光学系统(激光束斑直径为30μm,激光剥蚀样品的深度为20~ 40μm)。实验中采用氦作为剥蚀物质的载气,用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NIST SRM610进行仪器最佳化,采样方式为单点剥蚀,数据采集选用一个质量峰一点的跳峰方式,每完成4~5个测点的样品测定加测标样1次。在所测锆石样品分析15~20个点前后各测2次NIST SRM610。用LAM_ICPMSCommon Lead Correction(ver3.15)对其进行普通铅校正,年龄计算及谐和图绘制采用Isoplot(ver3.0)完成[10-15]

3.2 结果分析

B25、B31、B42样品锆石U-Pb同位素测定结果列于表 1。样品碎屑锆石粒度为100~160μm;形态为他形椭圆状-自形短柱状。在锆石CL图像中,大部分锆石具有清晰的振荡环带(图 3)。数据点在锆石U-Pb谐和图上基本沿谐和线分布(图 4)。129颗具岩浆环带锆石测试结果表明,206Pb/238U年龄介于246~1010Ma之间,1个主要峰值为279Ma,4个次峰值分别为306Ma、340Ma、415Ma、452Ma。

表 1 银额盆地巴北凹陷埋汗哈达组碎屑锆石LA-ICP-MS U-Th-Pb定年结果 Table 1 Detrital zircon LA-ICP-MS U-Th-Pb dating results of Maihanhada Formation in Babei Sag, Yin'E Basin
图 3 样品碎屑锆石阴极发光图像 Fig.3 Cathodoluminescence images of zircon sample
图 4 锆石样品U-Pb谐和图和年龄谱 Fig.4 U-Pb concordia diagrams and age spectrums of zircon samples
4 讨论 4.1 地层时代与最大沉积年龄

碎屑锆石最年轻的颗粒年龄常被用作确定地层最大沉积年龄[18-20]。2009年Dickinson等[16]提出可以用多种方法确定地层的最大沉积年龄,并认为利用多种方法获得的地层最大沉积年龄是最精确的[21-23]。确定地层的最大沉积年龄共有7种方法:①最年轻图像碎屑锆石年龄(YPP);②加权平均年龄(YC1σ)(+3);③加权平均年龄(YC2σ)(+3);④算术平均年龄(WA);⑤最年轻单颗粒年龄(YSG);⑥最年轻碎屑锆石年龄(YDZ);⑦ Tuffzirc年龄(+6)[12-13]。因为Tuffzirc年龄需要利用最年轻的6颗碎屑锆石或锆石颗粒数大于10进行计算,本文受限于年轻锆石颗粒不足,因此不适用该方法确定地层最大沉积年龄。本文通过6种不同的计算方法发现WA、YC2σ(+3)计算的最大沉积年龄偏大,YDZ的最大沉积年龄偏小。故而,本文采用最年轻碎屑锆石年龄作为地层的最大沉积年龄。

巴北凹陷埋汗哈达组样品锆石U-Pb年龄数据的整合统计编图(图 4)结果表明,测年数据统计分析的年轻组分峰值年龄概率事件估计,埋汗哈达组地层沉积时代的下限应该不老于260Ma。

从孢粉组合特征可以看出,除晚古生代和中生代都存在的类型外,仅在白垩纪出现的类型没有见到,且见到的绝大多数类型都出现在晚古生代和三叠纪。蕨类孢子中的层环孢Densoisporites、瘤环孢Lophozonotriletes?、稀饰环孢Kraeuselisporites、窄角凹环孢Murospora、刺环孢Spinozonotriletes、芦木孢Calamospora、蠕瘤孢Convolutispora?、膜环孢Hymenozonotriletes、多环孢Polycingulatisporites等,裸子类花粉中的科达粉Cordaitina、二肋粉Lueckisporites、单肋粉Chordasporites、萨氏粉Samoilovitchisaccites、弗氏粉Florinites、叉肋粉Vittatina、碟囊粉Platysaccus、单束多肋粉Protohaploxypinus、罗汉松型多肋粉Striatopodocarpites等在晚古生代二叠纪出现的频率较高,因此当前组合指示的地质时代为二叠纪的可能性最大。这与碎屑锆石U-Pb测年结果不矛盾,故将巴北凹陷埋汗哈达组划归为二叠系。

4.2 物源分析

利用碎屑锆石U-Pb方法分析物源的传统做法是:将沉积岩的碎屑锆石年龄谱与周缘造山带结晶岩体的年龄进行对比,若年龄匹配,可将其解释为潜在的物源之一[16-27]

银额盆地巴北凹陷埋汗哈达组样品中碎屑锆石年龄谱的主要峰值为276Ma、306Ma,其锆石年龄变化于240~390Ma之间,与好比如地区白山组碎屑锆石年龄记录类似。前人研究表明,白山组的物源主要来自切刀古隆起[4]。因此,样品中240~390Ma的锆石反映的物质来源应为切刀古隆起(图 5)。

图 5 年龄谱对比图[1-2] Fig.5 Comparison of age spectra

图 5所示,次要峰值为415Ma、452Ma的锆石年龄变化介于400~560Ma之间。从年龄谱对比可看出,与巴彦诺尔公—狼山—阴山一带的岩浆岩年龄分布具有较强的一致性[1]

综上所述,巴彦诺尔公—狼山—阴山一带岩浆岩、切刀古隆起为埋汗哈达组提供了重要物源。

5 结论

(1)运用LA-ICP-MS U-Pb定年方法,对银额盆地巴北凹陷的3块岩样进行了碎屑锆石测年。结果显示,3个样品都存在260~340Ma、400~530Ma两个相近的年龄区间,与之对应的峰值年龄主要集中在271~321Ma、414~528Ma。由此认为,银额盆地巴北凹陷沉积物源具有双向性,该区应为双向物源区。

(2)银额盆地巴北凹陷埋汗哈达组岩浆成因碎屑锆石年龄谱记录了约276Ma、306Ma的主要年龄和约260Ma的最年轻峰值,说明埋汗哈达组开始沉积的时代应不早于260Ma。结合孢粉组合的对比综合分析,将埋汗哈达组归入二叠系。

(3)通过相邻地区的锆石年龄对比,切刀古隆起和巴彦诺尔公—狼山—阴山一带的岩浆岩是巴北凹陷埋汗哈达组可能的沉积物质来源。

致谢: 样品现场采集和实验测试分析分别得到陕西延长石油(集团)有限责任公司油气勘探公司郭德运教授级高工、王东辉、潘宾锋高级工程师和西北大学大地动力学国家重点实验室的大力支持,审稿专家提出了宝贵的修改意见,在此一并致以诚挚的感谢。

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