天山南北麓中-新生界碎屑锆石U-Pb年代学记录、物源体系分析与陆内盆山演化

大批量、原位高精度碎屑矿物同位素分析为盆地(盆山)动力学等前沿领域的研究注入了新的活力.针对天山北麓(准噶尔盆地南缘)、天山南麓(塔里木盆地北缘)中生界及新生界露头剖面,重点通过13个(新补充4个)砂岩样品的碎屑锆石U-Pb同位素的LA-ICP-MS分析,本文解析了其年代学、物源特征及其构造属性等高分辨率信息,并开展了沉积记录与物源体系对比,探索了天山及其邻近盆地的表壳演化过程与地球动力学机制.研究显示,上三叠统-中侏罗统天山南麓碎屑锆石U-Pb年龄构成相对单一,年龄偏老(峰值区间380～450Ma),而同层位天山北麓碎屑锆石物源年龄构成总体宽泛复杂(160 ～470Ma);上侏罗统-下白垩统天山南麓碎屑锆石年龄构成复杂化(150 ～ 470Ma),而天山北麓则趋于相对简单(但仍然保留250～ 430Ma较宽范围);新近统以上,天山南、北麓主物源碎屑锆石年龄构成均趋向单一,即南麓年龄偏老(峰值区间380 ～460Ma),而北麓偏新(峰值区间260～310Ma).可能说明山盆构造分异活动可以分为四个阶段:中晚三叠世-中侏罗世平稳或渐弱,天山主分水岭位于南天山;晚侏罗世-早白垩世天山区域整体抬升剥露加剧,并伴随主分水岭相对北移;晚白垩世-古近纪相对较弱,而新近纪再度活跃并达到最强,南、北天山强烈隆升,分水岭各成系统.这也反映同期在欧亚板块南缘的一系列拼合-碰撞作用中,拉萨、印度板块对天山地区陆内构造变形和改造作用效果明显,而羌塘块体的影响较小;另一方面,与晚侏罗-早白垩世拉萨板块碰撞事件相关的天山隆升导致陆内区域气候-沉积演化的重要转折,但天山南北盆地局域气候-沉积记录的分异在新近纪印度板块碰撞以前是有限的.     

准噶尔盆地南缘中-新生界碎屑成份特征与构造期次

准噶尔盆地南缘晚侏罗世-早白垩世早期、晚白垩世及晚新生代发育的近源粗碎屑沉积显示构造活动的存在。野外剖面及镜下碎屑成份统计表明:砾岩的砾石成份、砂岩碎屑成份的物源属性主要是再旋回造山带和晚古生代的岩浆弧,但盆地南缘东段与西段的岩屑组成及物源属性存在较大的差异。其中,沉积岩岩屑在晚侏罗世—早白垩世早期、晚白垩世和晚新生代发生了相应的增加,显示盆缘沉积岩物源的隆升—剥蚀作用和构造活动的相对活跃。砂岩碎屑特征、重矿物相对含量及重矿物组合特征证明盆地南缘东、西两段的物源属性存在较大差异,特别是不稳定重矿物的增加显示晚侏罗世-早白垩世早期、晚白垩世和晚新生代为构造相对活跃的构造环境。综合中-新生界沉积碎屑特征及差异分析,准噶尔盆地南缘中-新生代盆山格局发生了3次较大的转变过程,分别对应于上述3个时期。中-新生代3次构造活动对含油气系统形成具有重要控制作用,构造活动期次与油气藏形成、调整的期次也有良好的对应关系。     

西南天山前陆盆地侏罗纪-白垩纪盆山格局——来自碎屑锆石年代学的证据

目前对天山地区,特别是天山南缘中生代盆山格局认识尚存分歧。本文着眼于侏罗纪-白垩纪这一盆山演化关键阶段,利用碎屑锆石LA-ICP-MS U-Pb定年法对西南天山前陆盆地康苏剖面中侏罗统杨叶组、下白垩统克孜勒苏群沉积开展物源分析。发现中侏罗统杨叶组碎屑锆石U-Pb年龄分布于369~2687 Ma间,基本分布在369~404 Ma(约占4%)、418~501 Ma(约占19%)和544~2687 Ma(约占77%)3个范围;下白垩统克孜勒苏群碎屑锆石U-Pb年龄分布于243~2820 Ma间,集中于253~414 Ma(约占35%)、423~489 Ma(约占27%)和668~2820 Ma(约占37%)3个范围。中侏罗统碎屑锆石年龄分布范围广,各年龄组分均较突显,反映中侏罗世西南天山前缘流域体系宽广,天山内各主要源区均得到沟通,物源范围广阔。下白垩统克孜勒苏群锆石年龄分布明显集中,反映早白垩世西南天山前缘源区范围有所缩小。西南天山前缘与库车前陆盆地的物源构成在中侏罗世存在一定差异,而在早白垩世呈现相似特征。包括西南天山前陆盆地在内的天山南缘或于早白垩世经历一期小规模构造反转,导致山-盆构造分异与抬升-剥蚀增强。     

准噶尔盆地南缘中-新生界沉积物重矿物分析与盆山格局演化

本文通过分析准噶尔盆地南缘野外剖面、部分钻井岩心和天山内部野外剖面的碎屑重矿物及其组合特征,探讨了准噶尔盆地中-新生代物源体系和盆山格局的演化。准噶尔盆地南缘至少存在3个物源体系,各物源体系的重矿物组合、含量及其反映的物源属性均存在较大差异;其中,南部天山物源还存在东、西两部的差异。不同重矿物组合出现和不稳定重矿物的增加显示中-新生代存在3个构造活动相对活跃期,即晚侏罗世—早白垩世早期、晚白垩世和晚新生代。早-中侏罗世天山内部发育多个分隔的小型盆地,盆地南部边界至少位于后峡附近,不存在地理分隔明显的天山;晚侏罗世—早白垩世早期是天山隆升、盆山格局发生转变的时期,博格达山逐渐构成盆地南缘的又一重要物源;白垩纪—古近纪盆山格局变化不大,新近纪以来的强烈挤压构造背景使得天山山脉快速隆升,盆山格局发生重大改变。准噶尔盆地南缘中-新生代构造相对活跃期和盆山格局演变与欧亚板块南缘发生的构造事件具有良好的对应关系。     

海南岛北部古生界时代:碎屑锆石U-Pb年代学约束

海南岛古生界主要分布于南部三亚地块,并在琼中地块零星出露。相对于三亚地块,琼中地块内的古生界由于缺乏古生物化石证据及精细年代学数据,其地层划分及时代归属问题一直广受争议,严重限制了对海南岛北部古生代构造属性的认识。目前,利用沉积岩碎屑锆石年龄限定地层的沉积时代已得到广泛应用。本文在野外地质调查基础上,对海南岛北部邦溪、儋州、琼海等地区原划属为古生界的相关样品进行了锆石激光U-Pb年代学研究。锆石U-Pb年代学分析表明:于邦溪地区原划为奥陶系南碧沟组中采集的变质砂岩和儋州、琼海地区原划为志留系陀烈组中采集的变质砂岩的碎屑锆石给出的最年轻206Pb/238 U表观年龄分别为373、352和369 Ma,其年龄谱系与屯昌地区二叠系砂岩相类似,总体上年龄峰值为370 Ma左右,另外在约447、980、1 969~1 520和2 681~2 328Ma呈现次要峰值。结合其他资料,本文认为前人在海南岛北部划属的下古生界中至少有部分岩石应划属石炭系—下二叠统。上述研究丰富了海南岛古生界的年代学资料,也为海南岛构造演化等问题提供了新的约束。     

准噶尔盆地南缘新生代沉积物碎屑锆石记录的天山隆升剥蚀过程

通过对准噶尔盆地南缘有精确古地磁年代控制的金沟河剖面新生代沉积物中7个砂岩样品碎屑锆石的U Pb LA ICP MS测年分析,确定安集海河组（28~23.3 Ma）和沙湾组（23.3~17.5 Ma）的砂岩样品碎屑锆石年龄主要集中在261~328 Ma（P-C）,塔西河组（17.5~13.2 Ma）样品的年龄主要集中在234~311 Ma（T-C）和369~403 Ma（D-S）,独山子组（13.2~6.0 Ma）和西域组（6.0~1 Ma）样品的年龄主要集中在264~333 Ma。经与流域内岩石地层的分布相对比,揭示至少在晚渐新世开始中天山已经隆升并剥蚀为盆地提供物源,从约中新世早期开始北天山的南缘开始隆升,加入物源供给区,从约中新世中晚期开始北天山开始明显隆升,并逐步阻碍了中天山的物源供给,成为物源的主要供给区。天山的这种逐步向北的隆升剥蚀过程,反映了印度欧亚板块碰撞的远程效应。     

库车坳陷中-新生界碎屑组分对物源类型及其构造属性的指示

沉积物源分析是认识盆山演化的重要途径.天山南麓库车坳陷不同剖面的砾岩碎屑、砂岩骨架颗粒、碎屑重矿物组分显示,它们的成熟度及演变时限总体可以类比,表明其成因演化主要受控于物源区--(古)天山的构造活动与造山作用.对碎屑沉积记录的综合分析进一步指示,天山物源总体以"再旋回造山带"类型为特征,其演变细节包括五期:①早三叠世古天山继承石炭纪以来的构造挤压和隆升,物源岩石类型主要为沉积岩、中高级变质岩,以"碰撞造山和褶皱冲断带"及"混合造山带"类型为特征;②中三叠世-中侏罗世构造活动较弱,代表高成熟度的"锆石-金红石-电气石"重矿物组合发育,主要物源岩石类型包括变质岩和酸性火山岩,与"弧造山带"以及"混合造山带"类型关系密切;③晚侏罗世-白垩纪,天山开始新一轮的构造挤压隆升,物源岩石类型复杂;④第三纪(特别是中新世)构造挤压和隆升活动加强,稳定性极差的碎屑"角闪石-辉石"组合增多,物源组分东西分异明显,西部沉积岩相对较多,物源构造属性趋向"碰撞造山和褶皱冲断带";东部结晶岩相对较多,物源构造属性复杂或以"混合造山带"类型为特征;⑤上新世南天山强烈隆升和向南推进,与前一阶段相比沉积岩物源增多,但物源构造属性基本同上.第④⑤两个阶段砾岩层和不稳定碎屑组合的发育除受控于天山强烈隆升外,可能还与气候环境的频繁变化密切相关.     

塔里木盆地西北缘乌什地区石炭系沉积与碎屑锆石年代学记录及其反映的构造演化

针对塔里木西北缘乌什地区石炭纪维宪期(Visean)至巴什基尔期(Bashkirian)连续较好的露头剖面,在沉积序列、砂岩组分及重矿物组合分析基础上,重点通过LA-ICP-MS分析砂岩样品碎屑锆石的原位U-Pb和Lu-Hf同位素,解析其年代学、物源特征及构造属性等信息。研究显示,石炭系砂岩碎屑颗粒以石英为主,火山岩屑和变质火山岩屑极少,物源构造属性主要指示再旋回造山带,且向上有向克拉通迁移的趋势;重矿物组合以锆石、电气石和TiO 2矿物等稳定重矿物为主,反映远源和相对稳定的构造背景。4个砂岩样品总体具有类似的碎屑锆石U-Pb年龄组成,主要反映三期年龄:392~496Ma、708~868Ma和893~1044Ma,其εHf(t)大多介于-15~13之间;此外也少量存在1713~1917Ma、2376~2606Ma年龄,与该区石炭系不整合下伏地层(至少志留-泥盆系)物源构成类似。对比研究显示,上述碎屑物源以塔里木基底古隆起为主,与昆仑-阿尔金造山带剥蚀物源相关的塔里木前石炭纪沉积也可能提供部分再旋回物源,并成为西北缘早石炭世维宪期前沉积的893~1044Ma年龄碎屑锆石的主要来源;而维宪期后碎屑成分成熟度的增大和893~1044Ma年龄碎屑锆石丰度的锐减可能说明与昆仑-阿尔金造山带相关物源的减少,塔里木大陆内部(隆起)成熟物源的增加。换句话说,尽管放射虫资料说明早石炭世早维宪期后南天山洋已经关闭,但直到晚石炭世巴什基尔期塔里木西北仍然延续了前石炭纪的沉积物源格局,并未记录到南天山造山事件的沉积学效应。     

黔北北部铝土矿床成矿物源碎屑锆石U-Pb年代学证据

黔北北部道真铝土矿床是黔-渝铝土矿富集区重要组成部分,铝土矿产于下伏石炭系上统黄龙组或志留系中下统韩家店组侵蚀面之上的中二叠统梁山组中,矿石中含有大量的碎屑锆石,应用LA-ICP-MS U-Pb定年方法,在道真新民、桃园、三江、三清庙等矿床的典型剖面取样,对梁山组铝土矿(岩)、黄龙组、韩家店组中的碎屑锆石进行了系统的U-Pb年代学研究,结果显示锆石U-Pb年龄变化范围较大(413~2896 Ma),但绝大部分测点位于锆石U-Pb年龄演化线上,多数年龄分布于400~700 Ma、700~1300 Ma、1700~1900 Ma和2400~2600Ma年龄段,铝土矿、韩家店组、黄龙组的锆石U-Pb年龄分布特征基本一致,主要集中于700~1300 Ma年龄段中,指示铝土矿物源复杂,韩家店组和黄龙组为铝土矿提供过物源,但最终物源应主要来源于杨子地块西缘和华夏陆块南部新元古-中元古岩浆岩,反映了铝土矿成矿物质经历过不止一个侵蚀沉积旋回的分异富集过程。     

右江盆地中三叠统砂岩LA-ICP-MS碎屑锆石U-Pb年代学

在野外考察及岩石学研究的基础上,对右江盆地不同位置的中三叠统砂岩3件样品进行LA-ICP-MS碎屑锆石U-Pb同位素测年数据,表明中三叠砂岩的物源区可能均主要存在1100、950、850、740、440、360、300和260 Ma八组年龄的地壳或再循环地壳组分,对比前人对盆地周边不同大地构造单元已有年龄数据统计结果,指示右江盆地中三叠统砂岩物源区可能主要为扬子地块、华夏地块和越北古陆,但由于扬子地块与华夏地块两个物源区影响程度不一致,盆地的不同位置表现出一定的差异。     

西准噶尔吾尔喀什尔山库鲁木苏岩基解体的锆石U-Pb年代学证据

尽管岩石学特征和接触关系标志是岩基解体的最直接、最重要的证据,但不同序列的精确同位素定年则是对岩基解体证据的重要补充。库鲁木苏岩基可解体为库鲁木苏序列和沙雀序列,野外可见库鲁木苏序列呈脉状穿入沙雀序列,在库鲁木苏序列中沙雀序列呈捕掳体被包裹,地球化学特征表明二者无演化亲缘关系。高精度LAICP-MS测年获得库鲁木苏序列年龄291.5±2.9 Ma和290.9±2.9 Ma,获得沙雀序列年龄304.9±2.5 Ma和304.1±2.9 Ma,表明二者是两期岩浆事件的产物,为库鲁木苏岩基的解体提供了年代学证据。库鲁木苏岩基的解体,不仅客观反映了岩浆的分布及活动特征,而且对进一步研究岩浆事件和构造演化具有重要的意义。     

新疆准噶尔盆地侏罗系齐古组凝灰岩SHRIMP锆石U-Pb年龄

报道了准噶尔盆地获得侏罗纪齐古组凝灰岩精确的SHRIMP锆石 U-Pb年龄164.6 Ma ± 1.4 Ma(MSWD=1.3)。该年龄值几乎相当于国际地质年表中Callovian阶的底界年龄(164.7Ma±4.0Ma)。根据地层沉积速率推算,齐古组上界年龄值应为161.8Ma,接近Callovian阶的上界(161.2Ma±4.0Ma);其上的喀拉扎组上界年龄大致在160.0 Ma左右,此年龄值应位于牛津阶(Oxfordian)的下部。另外,下白垩统下部清水河组的时代为早白垩世早期(Berriasian)。由此得出：齐古组的主体时代为中侏罗世卡洛期(Callovian), 其下部跨入了巴通期最晚期(late Late Bathonian);喀拉扎组的时代可能仅为牛津期最早期(early Early Oxfordian),反映白垩系与侏罗系之间的不整合几乎缺失了整个上侏罗统,由此推断晚侏罗世曾发生过一次较强烈的构造运动。     

新疆准噶尔盆地侏罗系齐古组凝灰岩SHRIMP 锆石U-Pb年龄

报道了准噶尔盆地获得侏罗纪齐古组凝灰岩精确的SHRIMP锆石 U-Pb年龄164.6 Ma ± 1.4 Ma(MSWD=1.3)。该年龄值几乎相当于国际地质年表中Callovian阶的底界年龄(164.7Ma±4.0Ma)。根据地层沉积速率推算,齐古组上界年龄值应为161.8Ma,接近Callovian阶的上界(161.2Ma±4.0Ma);其上的喀拉扎组上界年龄大致在160.0 Ma左右,此年龄值应位于牛津阶(Oxfordian)的下部。另外,下白垩统下部清水河组的时代为早白垩世早期(Berriasian)。由此得出：齐古组的主体时代为中侏罗世卡洛期(Callovian), 其下部跨入了巴通期最晚期(late Late Bathonian);喀拉扎组的时代可能仅为牛津期最早期(early Early Oxfordian),反映白垩系与侏罗系之间的不整合几乎缺失了整个上侏罗统,由此推断晚侏罗世曾发生过一次较强烈的构造运动。     

新疆准噶尔盆地侏罗系齐古组凝灰岩SHRIMP锆石U-Pb年龄

报道了准噶尔盆地获得侏罗纪齐古组凝灰岩精确的SHRIMP锆石U-Pb年龄164.6 Ma±1.4 Ma（MSWD=1.3）。该年龄值几乎相当于国际地质年表中Callovian阶的底界年龄（164.7Ma±4.0Ma）。根据地层沉积速率推算,齐古组上界年龄值应为161.8Ma,接近Callovian阶的上界（161.2Ma±4.0Ma）;其上的喀拉扎组上界年龄大致在160.0 Ma左右,此年龄值应位于牛津阶（Oxfordian）的下部。另外,下白垩统下部清水河组的时代为早白垩世早期（Berriasian）。由此得出：齐古组的主体时代为中侏罗世卡洛期（Callovian）,其下部跨入了巴通期最晚期（late Late Bathonian）;喀拉扎组的时代可能仅为牛津期最早期（early Early Ox-fordian）,反映白垩系与侏罗系之间的不整合几乎缺失了整个上侏罗统,由此推断晚侏罗世曾发生过一次较强烈的构造运动。     

东准噶尔巴斯克花岗岩闪长岩锆石U-Pb年龄、地球化学特征及其构造意义

巴斯克花岗闪长岩位于野马泉岛弧内,笔者等综合野外地质、岩相学、地球化学以及锆石U-Pb年代学等多学科手段,进而为该地区晚石炭世时期构造背景提供岩浆岩约束.岩石地球化学研究表明,岩株主量元素具有高硅、准铝—弱过铝质、钙碱性的I型花岗岩特征;岩石样品稀土元素总量在83.79×10-6至125.67×10-6之间,且轻/重稀...     

鄂尔多斯盆地安塞地区三叠系延长组碎屑锆石U-Pb定年及其地质意义

通过统计前人对周缘岩浆岩、变质岩体的年代学成果,对比邻区碎屑锆石年龄结果,结合区域构造背景,运用LA-ICP-MS U-Pb年代学分析方法,对鄂尔多斯盆地安塞地区三叠系延长组上部砂岩中的碎屑锆石进行系统研究,以探讨延长组长2段地层物质来源。结果表明:1)安塞地区延长组长2段沉积时代不早于230±2 Ma;2)物源来自盆地北部、东北部;3)碎屑锆石中2 600~2 400 Ma的锆石来自于阴山和大青山—乌拉山地区,与2 500 Ma克拉通化形成大规模岩浆事件相对应;2 000~1 800 Ma的锆石来自于大青山—乌拉山、集宁以及阴山地区,与吕梁运动的两幕发生裂陷盆地闭合和非造山岩浆活动和基底抬升相关;显生宙中380~350 Ma、300~250 Ma、250~230 Ma的锆石来自于大青山—乌拉山、阴山地区,记录了古亚洲洋向华北板块北缘的快速俯冲事件,对应了海西期和印支期的岩浆事件。     

哈尔滨宾县砂砾石剖面沉积物组成及碎屑锆石U-Pb测年：对沉积环境和区域构造演化的指示

黑龙江宾县宁远镇中阳村剖面的砂砾石堆积过去被认为是哈尔滨地区第四纪下限的罗家窝棚组地层,对于其地层属性和沉积环境方面的研究较为薄弱。本文在野外考察的基础上,利用沉积学、矿物学、地球化学和碎屑锆石U-Pb测年对这套砂砾石堆积剖面进行研究,对其化学风化特征、源岩性质、沉积环境以及构造背景进行讨论。结果表明,这套砾石地层分选和磨圆较差,风化程度较低,无定向性排列,砾石以花岗岩（63%）、石英砂岩（22%）为主;钛铁矿（22.5%）是最主要重矿物,其次是锆石（17.4%）、赤褐铁矿（13.4%）,其它重矿物含量较少。元素地球化学揭示,沉积物中的细颗粒组分经历了中-低等的化学风化过程,大部分沉积物经历了首次循环。砾石岩性和地球化学组成共同揭示了沉积物主要来源于长英质母岩。元素地球化学的迁移与富集以及古气候判别图解指示沉积物是干热气候条件下的近距离搬运的冲洪积物。碎屑锆石U-Pb年龄分布在较窄的范围（208~129 Ma,峰值年龄~180 Ma）,与周围潜在源区锆石年龄对比,结合地貌位置,确定其物源区位于张广才岭余脉哈尔滨东南部低山丘陵带。早侏罗世源区受到古太平洋板块俯冲作用的影响,形成大陆边缘的构造背景,哈尔滨东南低山丘陵带经历了隆升和岩浆活动。与罗家窝棚组标准地层的沉积学特征对比存在明显差异,推测宁远剖面形成时间要晚于罗家窝棚组,与白土山组大致相当。这项研究对于哈尔滨地区第四纪地层的划分具有重要意义。