银根—额济纳旗盆地苏红图坳陷H井锆石LA-ICP-MS U-Pb定年及其地质意义

王香增 陈治军 任来义 刘护创 高怡文

(陕西延长石油(集团)有限责任公司 西安 710075)



银根—额济纳旗盆地苏红图坳陷H井锆石LA-ICP-MS U-Pb定年及其地质意义

王香增 陈治军 任来义 刘护创 高怡文

(陕西延长石油(集团)有限责任公司 西安 710075)

苏红图坳陷位于银根—额济纳旗盆地的北部，该区勘探程度较低，地层格架尚不明确，特别是对于深部火山岩所在地层年代存在很大争议。研究区火山岩发育，火山活动对油气成藏影响较大，但火山活动期次尚不明确。通过对研究区一口钻井系统取样，样品涵盖浅部的沉积岩和深部的火山岩，开展样品的锆石U-Pb年代学研究，以期为以上问题的解决提供证据。结果表明：①无论是碎屑锆石还是火山岩锆石，除了少数古老年龄的锆石属于变质成因，其余年轻的锆石均属于岩浆成因锆石。每个样品均有3组年龄，且不同样品的锆石年龄组有所重叠。②深部火山岩的形成年代为早白垩世，该年龄对火山岩所在的深部地层年代具有很好的约束作用。③年轻的岩浆成因锆石年龄可划分为4组，分别是132.6±0.7 Ma、237.9±3.2 Ma、(255.4±6.2～263.7±2.2)Ma和(314.1±2.3～328.5)Ma，代表了研究区晚古生代以来的4期火山活动，对应的年代分别为早白垩世、中三叠世、晚二叠世和早石炭世，其中以晚二叠世火山活动最为广泛和强烈。本次研究成果为研究区地层划分、火山岩预测等提供了有力的依据。

碎屑锆石 火山岩锆石 U-Pb定年 火山活动期次 苏红图坳陷 银额盆地

由于锆石广泛存在于各类岩石中，富含U和Th、普遍低Pb，具有非常高的矿物稳定性，使得锆石U-Pb定年成为同位素年代学研究中最常用和最有效的方法之一[1]。火山岩锆石年代学研究可以对火山活动时间[2-4]、地层沉积时限[5]、大地构造活动[3-4,6]、基底信息[2]等提供依据。碎屑锆石年代学的研究意义也更为重大，越来越广泛地应用于沉积物源的研究，为沉积地层时代限定[7-8]、沉积物源区示踪[8-11]、区域性地质构造事件[7,10]、沉积盆地基底性质确定[8]、构造演化特征[10-11]等提供了强有力的证据。

研究区苏红图坳陷位于银根-额济纳旗盆地(以下简称银额盆地)的北部，该区钻井少，勘探程度较低，地层格架尚不明确，特别是对于火山岩所在深部地层年代的归宿问题，不同的学者有不同的见解，有的学者认为是古生界二叠系[12]，也有的学者认为是中生界白垩系[13-14]，这就使得研究区地层划分具有盲目性和多解性。研究区火山活动频繁，持续时间长，火山岩及与火山活动有关的沉积岩分布广泛[15-16]。前人研究表明，火山活动对油气成藏的影响是双重的：火山喷发提供的热能促进了盆地内烃源岩的成熟及向烃类的转化，气孔、溶孔、溶洞、裂缝发育的火山岩可以作为良好的储集层，较厚的火山岩也可以作为较好的盖层[17-19]；同时，火山活动对油气成藏也有着不利的方面，表现在频繁的构造运动和火山活动可对油气藏产生破坏作用[19]。评价火山活动对油气成藏的影响，需要对火山活动期次和火山岩分布进行预测，但是研究区火山活动的期次尚不明确。

前人对研究区火山岩年代学研究较少。钟福平等[15]对苏红图坳陷野外采集的火山岩样品进行Ar-Ar测试，得到年龄值为106.48±1.32 Ma～113.12±1.38 Ma，由于“凹隆相间”的构造格局和火山岩分布的不连续性，使得火山岩横向可对比性差，该年龄不能代表研究区全部火山岩年龄。本次研究中，对研究区的一口深层钻井进行了系统取样，样品既有浅部的沉积岩，又有深部的火山岩。对所取样品开展岩石学分析和锆石U-Pb定年研究，以期对研究区深部地层进行约束、对火山活动期次进行初步的厘定。

1 地质背景

银额盆地是在前寒武纪结晶地块和古生代褶皱基底基础上发育起来的中新生代沉积盆地[20]，位于塔里木、哈萨克斯坦、西伯利亚和华北4个板块的结合部位[15](图1)。早古生代早期到晚古生代末期，盆地一直处于被动陆缘和缝合带上[21]。中生代以来盆地经历了三叠纪—早侏罗世的扭张拉分断陷、晚侏罗世的挤压抬升剥蚀、早白垩世的伸展裂谷和晚白垩世—第三纪沉降拗陷四个演化阶段[21]。多期构造运动导致多期火山活动，使得银额盆地火山岩广泛分布(图1)。苏红图坳陷露头区和凹陷钻井均可见多层火山岩发育，火山岩多为喷出相玄武岩、安山岩、英安岩等，且以夹层的形式发育于沉积岩中，火山岩的年龄对沉积地层的年代有很好的指示作用。

苏红图坳陷由6个凹陷和6个凸起组成，构造格局呈现“凹隆相间”的特征。凹陷为单断、断阶和双断式箕状凹陷，边界大断层均为控制沉积的同生长断层，构造形态表现为从缓坡到陡坡的单斜形态。沉积方面，每个凹陷为一个独立的断陷湖盆，自成一个独立的沉积单元，有自己的沉积中心和边缘相带，具有相似的构造沉积发育史。沉积物源来自凹陷周围的凸起或造山带，如苏红图坳陷的哈日凹陷，它的沉积物源来自凹陷周围的哈日凸起或洪格尔吉山(图2)。

2 样品采集处理

H井是银额盆地苏红图坳陷哈日凹陷的一口深层钻井，本次在该井取了4组样品(样品编号分别为HO1，HO2，HO3和HO4)，对其进行岩石学和锆石U-Pb年代学测定(图3)。

锆石LA-ICP-MS U-Pb定年测试分析在中国科学院青藏高原研究所大陆碰撞与高原隆升重点实验室激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪(LA-ICP-MS)上完成。LA-ICP-MS激光剥蚀系统为美国Newwave公司生产的UP193FX型193nmArF准分子系统，激光器来自于德国ATL公司，ICP-MS为Agilent7500a。激光器波长为193 nm，脉冲宽度<4 ns。斑束孔径25 μm，激光剥蚀采样过程以氦气作为载气。LA-ICP-MS详细分析方法及数据处理参见[22]。样品HO1、HO2、HO3和HO4中分别选取30、24、36和18粒锆石进行了LA-ICP-MS定年分析，分别获得了30、24、36和19个测点的分析数据(表1)。

3 样品岩石学特征

样品HO1粉砂质含量为40%，泥质含量为60%。泥质中见自形的微晶长石。粉砂成分为白云母、岩屑及少量石英长石碎屑，见零星碳屑(图4a)。局部见0.05～0.1 mm溶缝，被沥青充填(图4b)。根据岩石矿物成分和结构特征，综合定性为粉砂质泥岩。

样品HO2粉砂质含量为35%，泥质含量为65%。粉砂泥质结构，变形纹理构造。粉砂成分为白云母、岩屑及少量石英长石碎屑，分布不均，见零星碳屑。局部见不规则溶孔群，可能为机械原因所致。根据岩石矿物成分和结构特征，综合定性为粉砂质泥岩(图4c)。

样品HO3粉砂质含量为70%，泥质含量为30%。泥质粉砂结构，变形纹理构造(图4d)。粉砂成分为石英、长石、岩屑及少量白云母，见零星碳屑。杂基为泥质，含量较多。溶孔充填方解石，局部见白云石交代，见多粒电气石(图4e)。根据岩石矿物成分和结构特征，综合定性为泥质粉砂岩。样品HO4呈灰褐色，隐晶质结构，块状构造。矿物主要由斜长石、暗色矿物和铁质组成。斜长石占80%～82%，多呈半自形板条状，矿物粒径多小于0.1 mm，杂乱分布。暗色矿物占10%～15%，多被碳酸盐矿物交代，不保留原矿物晶形，表面有铁质矿物析出，分布于斜长石粒间。铁质占3%～5%，多呈褐黑色，细粒状，分布在斜长石粒间。岩石局部发育气孔构造，气孔占岩石体积的2%～3%，气孔大小一般为0.1～1.7 mm，多呈不规则状，多被石英和碳酸盐矿物充填。局部发育微细裂隙，裂隙宽为0.02 mm左右，裂隙多被碳酸盐矿物和硅质充填(图4f)。主量元素中SiO2质量分数为56.11%，K2O的质量分数为3.00%，Na2O的质量分数为3.24%。在TAS图解中样品中落在玄武安山岩区域中(图5)，而在SiO2-K2O图解中样品均落在高K玄武安山岩区域中(图6)。据岩石矿物种类及结构特征，并且综合化学分析判定岩石为玄武安山岩。

图1 银额盆地构造单元划分和火山岩分布图Fig.1 Tectonic units and volcanic rocks in Yingen-Ejinaqi basin

图2 苏红图坳陷哈日凹陷银根组沉积相图Fig.2 Sedimentary phase diagram of Yingen Formation in Hari sag

图3 样品分布分图Fig.3 Distribution of sample points

测点编号Th/U同位素比值表面年龄/Ma207Pb/206Pb1σ207Pb/235U1σ206Pb/238U1σ207Pb/206Pb1σ207Pb/235U1σ206Pb/238U1σHO1-10.520.05240.002850.35850.019180.049620.00047303127311143123HO1-20.750.050960.001920.265370.009640.037770.00032396923982392HO1-30.580.052380.00290.361710.019610.050080.0005302106313153153HO1-40.820.052450.003210.347140.020770.0480.00059305115303163024HO1-50.340.052950.003080.366040.020760.050140.00064327106317153154HO1-60.550.05510.001690.381010.011110.050150.000394165132883152HO1-70.600.052890.002560.366020.017270.050190.0004532491317133163HO1-81.120.054750.003420.378640.023280.050160.00052402120326173163HO1-90.570.052850.00150.36590.009760.050210.00043224631773162HO1-100.250.072330.001391.497950.025690.150210.0010499524930109026HO1-110.790.052450.002250.363040.014980.05020.0005430574314113163HO1-120.500.052650.004480.346310.028830.047710.00092314154302223006HO1-130.460.053230.004440.367110.029980.050020.00089339153318223155HO1-140.890.053460.002410.272470.012090.036960.0003348105245102342HO1-150.620.053050.002390.366730.015980.050140.0005433179317123153HO1-160.550.17270.0020611.737160.100860.492940.003322584725848258314HO1-170.620.051090.002120.265770.010690.037730.000332457723992392HO1-180.660.071910.010640.498430.072620.050280.00145983257411493169HO1-190.820.053050.011370.362820.076170.049610.002513313433145731215HO1-200.640.05240.002970.336380.018550.046560.00058303103294142934HO1-210.600.052460.008830.355610.058960.049170.00145305343309443099HO1-220.500.052520.002640.358530.017410.049510.0006130888311133124HO1-230.530.069160.003050.484970.020720.050870.0005190472401143203HO1-240.330.056320.00140.294240.006790.03790.000274653826252402

(续表1)

测点编号Th/U同位素比值表面年龄/Ma207Pb/206Pb1σ207Pb/235U1σ206Pb/238U1σ207Pb/206Pb1σ207Pb/235U1σ206Pb/238U1σHO1-250.610.062620.006780.434850.046340.050370.00104695195367333176HO1-260.640.050980.00450.357790.031040.05090.00085240165311233205HO1-270.570.052740.005030.367510.034630.050540.00077318186318263185HO1-280.550.052860.002560.364240.017220.049990.0004832390315133143HO1-290.240.046050.002960.237940.014850.037480.00057141217122374HO1-300.660.052720.002240.36570.014940.050310.0005331774316113163HO2-10.560.052820.002380.375970.01650.051620.0004632184324123243HO2-20.620.054790.002340.306880.012870.040620.0003240498272102572HO2-30.670.052840.002840.289130.015340.039680.00035322126258122512HO2-40.520.053610.004970.349370.032080.047260.0006355213304242984HO2-51.290.068660.010960.46060.072550.048650.00125888353385503068HO2-61.020.052540.004780.294570.026550.040660.00048309208262212573HO2-70.510.085430.001242.466320.028580.209420.001331325131262812267HO2-80.770.075170.00750.499310.048850.048180.000951073208411333036HO2-90.740.0710.003740.504650.025660.051560.0007395781415173244HO2-100.110.072570.001071.744470.020730.174380.00111002141025810366HO2-110.510.05290.003970.373920.027620.051280.00067325145323203224HO2-120.660.053320.003130.368660.021340.050150.00051342136319163153HO2-130.800.052990.004460.378380.031280.051790.00084328158326233265HO2-140.550.047960.004660.329210.03170.049780.0006597216289243134HO2-150.400.078390.001281.221340.016790.113020.0007311571781086904HO2-160.860.052610.007580.359940.051030.049630.00147312265312383129HO2-170.830.085240.001222.711310.030750.230740.00151321121332813388HO2-180.410.069420.00310.49530.021270.051760.0006391168409143254HO2-190.460.053070.00250.379130.017450.051820.0004433290326133263HO2-200.480.058380.005060.430640.036780.05350.00079544196364263365HO2-210.440.065260.00390.464430.027020.051620.0007378399387193244HO2-220.470.048290.005240.373320.040190.056070.00072113237322303524HO2-230.610.058050.001930.661780.021030.082690.0006953255516135124HO2-240.440.051190.002410.290540.013190.041170.0004824983259102603HO3-10.850.064720.010430.374750.059620.0420.00118765299323442657HO3-20.750.055950.008760.321980.049630.041740.00128450290283382648HO3-30.910.051330.00340.295150.019240.041710.00047256129263152633HO3-40.820.054450.005660.303820.031350.040470.0005390237269242563HO3-51.040.052950.004410.380320.03130.05210.000618923789338894HO3-60.950.051890.0040.297620.022650.041610.00049281152265182633HO3-71.060.073490.005950.421480.033310.04160.000771027131357242635HO3-80.120.055830.001340.554760.012280.072080.000514463744884493HO3-90.920.066150.011170.36280.060420.039780.0011811378314452517HO3-100.590.056840.00390.326130.021950.041620.00054485127287172633HO3-110.760.051690.005940.295690.033710.04150.00057272233263262624HO3-120.810.051540.005670.296650.032290.041750.00066265217264252644HO3-130.620.052980.003710.383310.026470.052490.00053912140913199092HO3-140.860.051540.004620.295030.026040.041530.00066265171263202624HO3-151.010.054510.005610.300260.030520.039950.00063392236267242534HO3-160.920.052030.007160.298130.040750.041570.00069287276265322634HO3-170.800.056870.007720.320610.043150.040890.0007486309282332584HO3-180.360.055110.00230.503360.020390.066260.0005510037610051410031HO3-190.800.051670.005040.296240.028660.041590.00045271199263222633HO3-200.920.048290.007610.262650.0410.039450.00083113295237332495HO3-210.740.051560.005930.295680.033760.04160.00056266234263262633HO3-220.700.051480.005250.295220.029870.04160.00054262205263232633HO3-230.740.059530.004860.3430.027580.04180.00058587152299212644

(续表1)

测点编号Th/U同位素比值表面年龄/Ma207Pb/206Pb1σ207Pb/235U1σ206Pb/238U1σ207Pb/206Pb1σ207Pb/235U1σ206Pb/238U1σHO3-240.690.051470.004510.294280.025540.041480.0005262174262202623HO3-250.880.051490.00370.294140.020790.041450.00052263138262162623HO3-260.650.051330.00530.294770.030120.041660.00066256202262242634HO3-270.800.055550.005420.305780.029460.039930.00059434222271232524HO3-280.750.05440.003360.312190.018930.041630.00043388119276152633HO3-290.700.053790.005840.307650.033130.04150.00054362220272262623HO3-300.680.051860.006960.295910.03950.04140.00054279276263312623HO3-310.760.051510.004680.295170.026540.041570.00052264181263212633HO3-320.060.052340.002710.338630.017220.046940.00039769166770237764HO3-330.780.052020.005460.297990.031040.041560.00051286213265242623HO3-340.640.054910.008390.314140.047510.041510.00101409293277372626HO3-351.040.05420.004810.310420.027260.041550.00051379177275212623HO3-360.590.052320.007280.301080.041580.041750.00077299275267322645HO4-14.870.056970.002020.163650.005540.020840.000164906115451331HO4-23.530.052740.001770.150560.004840.020710.00015318601424132.10.9HO4-33.880.048660.001310.139110.003480.020740.00014131461323132.30.9HO4-40.100.132570.002047.381770.095550.403880.00326213212215912218715HO4-50.950.051570.002230.297120.012440.041790.0003826680264102642HO4-60.610.05150.002770.296180.015530.041720.00043263102263122633HO4-71.010.051780.005730.3010.032980.042160.00065276219267262664HO4-83.050.062020.001960.177570.005290.020770.000186754916651331HO4-91.050.051350.001950.295690.010730.041770.000392576626382642HO4-100.200.051580.00220.296690.012220.041720.0004226776264102633HO4-113.730.053410.002190.152920.006070.020770.000183467414451331HO4-120.450.165810.0018310.886360.07520.476220.002792516525136251112HO4-131.680.050830.007840.28460.043220.040610.00124233279254342578HO4-140.210.088850.000963.008420.019270.245610.00134140161410514167HO4-154.090.049060.001530.139050.004130.020560.00014151571324131.20.9HO4-163.820.049030.002540.141940.007190.0210.0001714910113561341HO4-171.010.048790.004650.139220.0130.02070.00039138174132121322HO4-181.030.04910.006080.140660.017170.020780.00044153232134151333HO4-190.330.089650.000973.034730.019690.245550.00135141861416514157

4 锆石成因与年龄分布

锆石成因矿物学研究表明，不同成因锆石所测得的年龄所代表的地质意义不同，只有对锆石进行成因矿物学和矿物内部结构进行研究，才能对测定的锆石年龄值给予合理的地质解释，这也是锆石U-Pb年代学研究的重点[23-24]。

四组样品共选取了108个锆石颗粒，阴极发光(CL)图像显示绝大多数锆石不同程度地保留了岩浆锆石原有的晶形，韵律振荡环带清晰，具扇形分带或弱分带的结构，自形到半自形(图7，8)。109个测点数据中，Th/U比值为0.10～4.87，大于0.4的占91%，表明样品中的锆石绝大多数为岩浆成因[1,24](表1)。其中少量锆石结构复杂，具有残留晶核，边部可见增生边，Th/U比值较低，具有变质锆石的特征[23-25](图7，8)。在选取锆石年龄时，对于年龄小于1 000 Ma的锆石颗粒中一般无Pb损失，放射性成因207Pb的积累也很少，因而采用206Pb/238U表面年龄为测点的锆石年龄；对于年龄大于1 000 Ma的锆石颗粒，因含较多放射性成因Pb而采用207Pb/206Pb表面年龄[7,26]。各组样品锆石成因分析和年龄分布如下：

图4 样品镜下照片Fig.4 Microphotograghs of samples

图5 样品HO4 TAS 图解Fig.5 TAS diagram for sample HO4

图6 样品HO4 SiO2-K2O图解Fig.6 Diagram of SiO2 and K2O for sample HO4

图7 HO1和HO2样品中的锆石阴极发光图像及测试位置Fig.7 The CL images and test positions of zircons from HO1 and HO2

(1) 样品HO1岩性为粉砂质泥岩，锆石为碎屑锆石。选取了30个锆石颗粒，获得了30个测点数据，锆石的CL图像、U-Pb年龄谐和图和年龄频率图显示，锆石明显分为三类(图7，9，10)：

第一类锆石有5粒、5个测点(2、14、17、24、29)。锆石颜色为深灰色，长柱状或等轴状，韵律环带明显。锆石颗粒较大，长50～100 μm，宽60～80 μm(图7)。Th含量为136～625×10-6，平均值为331×10-6。U含量为355～1 106×10-6，平均值为628×10-6。Pb含量为59～180×10-6，平均值为104×10-6。Th/U比值为0.24～0.89，平均为0.57(表1)。锆石具有较高U和Th含量、较低Pb含量和较高Th/U比值的特征，自形特征明显，具有岩浆锆石典型的环带韵律，属于岩浆成因锆石[25-27]。在LA-ICP-MS锆石206Pb/238U和207Pb/235U谐和图上，5个点均位于谐和曲线附近，体现出较好的谐和性，得到206Pb/238U的加权平均年龄为237.9±3.2 Ma(MSWD=1.4)(图9)。从锆石年龄分布频率图，该类锆石年龄为234.0～242.5 Ma，主峰值为239.0 Ma(图10)。第二类锆石有23粒、23个测点(1、3、4、5、6、7、8、9、11、12、13、15、18、19、20、21、22、23、25、26、27、28、30)，为样品HO1最主要的一类锆石。锆石颜色呈灰色—深灰色，短柱状、椭圆状、或不规则状，半自形到自形，韵律环带明显。颗粒较大，长50～120 μm，宽50～80 μm(图7)。Th含量为45～306×10-6，平均值为157×10-6。U含量为68～556×10-6，平均值为263×10-6。Pb含量为16～121×10-6，平均值为58×10-6。Th/U比值为0.34～1.12，平均为0.62，大于0.4的占96%(表1)。锆石具有较高的U、Th含量和Th/U比值，具有岩浆锆石典型的环带韵律，属于岩浆成因锆石[25-27]。在LA-ICP-MS锆石206Pb/238U和207Pb/235U谐和图上，除1个点在谐和线的右下侧外，其余的数据点落成一簇，均位于谐和曲线上，体现出很好的谐和性，无明显Pb损失，得到其206Pb/238U的加权平均年龄为314.1±2.3 Ma(MSWD=2.4)(图9)。从锆石年龄分布频率图，该类锆石年龄主要为291.0～325.0 Ma，主峰值为314.5 Ma(图10)。第三类锆石为2个(10、16)较老的年龄锆石，年龄分别为902 Ma和2 584 Ma(表1)。锆石的CL图像为灰黑色，颗粒较小，长40～60 μm，宽40～50 μm。锆石呈现弱分带或云雾状分带特征，有浑圆状生长纹和浑圆形内核，边部可见增生边(图7)。锆石呈现较低Th含量和Th/U比值的特点，Th含量分别为76×10-6和80×10-6，U含量分别为294×10-6和147×10-6，Pb含量分别为189×10-6和345×10-6，Th/U比值分别为0.25和0.55。锆石的颜色、内部结构和元素含量等表明，这两颗锆石应该为变质成因锆石[28-29]。

图8 HO3和HO4样品中的锆石阴极发光图像及测试位置Fig.8 The CL images and test positions of zircons from HO3 and HO4

图9 锆石U-Pb年龄谐和图Fig.9 Zircons U-Pb age and its concordia diagram

图10 锆石U-Pb年龄频率图Fig.10 Zircons U-Pb age and its frequency diagram

(2) 样品HO2的岩性也为粉砂质泥岩，深度与样品HO1相近，锆石为碎屑锆石。选取了24个锆石颗粒，获得了24个测点数据，锆石的CL图像、U-Pb年龄谐和图和年龄频率图显示，锆石分为三类(图7，9，10)：

第一类锆石有4粒、4个测点(2、3、6、24)。锆石颜色呈深灰色，长柱状或等轴状，韵律环带明显。颗粒较小，长40～70 μm，宽30～50 μm(图7)。Th含量为137～422×10-6，平均值为280×10-6。U含量为226～630×10-6，平均值为426×10-6。Pb含量为45～125×10-6，平均值为82×10-6。Th/U比值为0.44～1.02，平均为0.69，均大于0.4(表1)。锆石具有较高U、Th含量和Th/U比值，自形特征明显，具有岩浆锆石典型的环带韵律，属于岩浆成因锆石[25-27]。在LA-ICP-MS锆石206Pb/238U和207Pb/235U谐和图上，4个点均位于谐和曲线上，体现出很好的谐和性，得到206Pb/238U的加权平均年龄为255.4±6.2 Ma(MSWD=2.7)(图9)。从锆石年龄分布频率图，该类锆石年龄为247.0～266.0 Ma，主峰值为257.0 Ma(图10)。

第二类锆石有15粒、15个测点(1、4、5、8、9、11、12、13、14、16、18、19、20、21、22)，为样品HO2最主要的一类锆石。锆石颜色呈灰色—深灰色，短柱状或不规则状，半自形到自形，韵律环带较为明显。颗粒长50～100 μm，宽40～80 μm(图7)。Th含量为41～364×10-6，平均值为188×10-6。U含量为86～772×10-6，平均值为309×10-6。Pb含量为25～176×10-6，平均值为74×10-6。Th/U比值为0.41～1.29，平均为0.63，均大于0.4(表1)。锆石具有较高的U、Th含量和Th/U比值，具有岩浆锆石典型的环带韵律，属于岩浆成因锆石[25-27]。在LA-ICP-MS锆石206Pb/238U和207Pb/235U谐和图上，除5个数据点在谐和线的右下侧外，其余的数据点均位于谐和曲线上，体现出较好的谐和性，无明显Pb损失，得到其206Pb/238U的加权平均年龄为322.0±6.9 Ma(MSWD=9.3)(图9)。从锆石年龄分布频率图，该类锆石年龄主要为292.0～337.0 Ma，主峰值为323.5 Ma(图10)。

第三类锆石为5个(7、10、15、17、23)年龄较老的锆石，年龄分别为1 325 Ma、1 002 Ma、690 Ma、1 321 Ma和512 Ma(表1)。锆石的CL图像为灰黑色，颗粒长60～80 μm，宽40～80 μm。锆石颗粒呈现弱分带和韵律环带并存的特征，3个锆石颗粒见浑圆形内核(图7)。锆石Th含量为59～261×10-6，平均值为186×10-6。U含量为255～623×10-6，平均值为439×10-6。Pb含量为93～485×10-6，平均值为312×10-6。Th/U比值为0.11～0.83，平均为0.49。样品HO2的这类锆石年龄老，年龄跨度大，分布零散，锆石的颜色、内部结构等表明这类锆石既有岩浆成因锆石[25-27]，又有变质成因锆石[28-29]。

(3) 样品HO3岩性为泥质粉砂岩，锆石为碎屑锆石。选取了36个锆石颗粒，获得了36个测点数据，锆石的CL图像、U-Pb年龄谐和图和年龄频率图显示，锆石分为三类(图8～10)：

第一类锆石有31粒、31个测点(1、2、3、4、6、7、9、10、11、12、14、15、16、17、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、33、34、35、36)，为HO3最主要的一类锆石。锆石颜色主要为深灰色，短柱状、等轴状或不规则状，绝大多数锆石具有明显的韵律环带。锆石颗粒长50～110 μm，宽40～80 μm(图8)。Th含量为53～232×10-6，平均值为110×10-6。U含量为88～237×10-6，平均值为136×10-6。Pb含量为17～44×10-6，平均值为27×10-6。Th/U比值为0.59～1.06，平均为0.80，均大于0.4(表1)。锆石具有较高Th/U比值，具有岩浆锆石典型的环带韵律，属于岩浆成因锆石[25-27]。在LA-ICP-MS锆石206Pb/238U和207Pb/235U谐和图上，除个别点在谐和线的右下侧外，其余的数据点落成一簇，均位于谐和曲线上，体现出较好的谐和性，无明显Pb损失，得到其206Pb/238U的加权平均年龄为261.4±1.3 Ma(MSWD=0.89)(图9)。从锆石年龄分布频率图，该类锆石年龄为248.8～268.0 Ma，主峰值为261.5 Ma(图10)。

第二类锆石有2粒、2个测点(5、13)。锆石的CL图像为深灰色，呈韵律环带特征。颗粒较小，长40～50 μm，宽40～50 μm(图8)。Th含量分别为193×10-6和135×10-6，U含量分别为185×10-6和219×10-6，Pb含量分别为46×10-6和52×10-6，Th/U比值分别为1.04和0.62(表1)。锆石具有较高Th、U含量和Th/U比值，具有岩浆锆石典型的环带韵律，属于岩浆成因锆石[25-27]。在LA-ICP-MS锆石206Pb/238U和207Pb/235U谐和图上，2个点均落在谐和曲线上，体现出很好的谐和性，206Pb/238U年龄分别为327.0±4 Ma和330.0±3 Ma，平均为328.5 Ma(图9)。

第三类锆石有3粒、3个测点(8、18、32)，年龄分别为449 Ma、414 Ma和296 Ma(表1)。锆石的CL图像为灰黑色，弱分带或无分带。颗粒长40～80 μm，宽40～50 μm(图8)。Th含量为5～25×10-6，平均值为15×10-6。U含量为69～112×10-6，平均值为90×10-6。Pb含量为58～72×10-6，平均值为65×10-6。Th/U比值为0.06～0.36，平均为0.18(表1)。锆石具有低Th、U含量和Th/U比值的特征，结合内部结构，这类锆石为变质成因锆石[28-29]。

(4) 样品HO4岩性为玄武安山岩，是样品中唯一一组火山岩样品，锆石为火山岩锆石。该样品选取了18个锆石颗粒，获得了19个测点数据，样品锆石的CL图像和U-Pb年龄谐和图显示，锆石也明显分为三类(图8～10)：

第一类锆石有8粒、9个测点(1、2、3、8、11、15、16、17、18)。锆石呈灰色—灰黑色，有明显的扇形分带。颗粒普遍较大，长60～140 μm，宽30～130 μm。颗粒形状以长柱状为主，最大长宽比达3∶1(图8)。Th含量为279～8 309×10-6，平均值为4 555×10-6。U含量为271～2 033×10-6，平均值为1 224×10-6。Pb含量为27～270×10-6，平均值为156×10-6。Th/U比值为1.01～4.87，平均为3.22(表1)。锆石具有很高的Th、U含量和Th/U比值，具有火山岩特有的细长柱状，属于典型的岩浆成因锆石[25-27]。在LA-ICP-MS锆石206Pb/238U和207Pb/235U谐和图上，除4个数据点在谐和线的右下侧外，其余的数据点均位于谐和曲线上，体现出较好的谐和性，得到206Pb/238U的加权平均年龄为132.6±0.7 Ma(MSWD=0.67)(图9)。从锆石年龄分布频率图，该类锆石年龄主要为130.5～137.0 Ma，主峰值为132.5 Ma(图10)。

第二类锆石有6粒、6个测点(5、6、7、9、10、13)。锆石颜色为灰色—深灰色，短柱状或椭圆状，半自形到自形，韵律环带较为明显。颗粒较小，长50～70 μm，宽40～60 μm(图8)。Th含量为102～960×10-6，平均值为408×10-6。U含量为101～911×10-6，平均值为498×10-6。Pb含量为20～173×10-6，平均值为94×10-6。Th/U比值为0.20～1.68，平均为0.92(表1)。锆石具有较高的U、Th含量和Th/U比值，有岩浆锆石典型的环带韵律，属于岩浆成因锆石[25-27]。在LA-ICP-MS锆石206Pb/238U和207Pb/235U谐和图上，数据点均位于谐和曲线上，体现出很好的谐和性，得到其206Pb/238U的加权平均年龄为263.7±2.2 Ma(MSWD=0.24)(图9)。从锆石年龄分布频率图，该类锆石年龄主要为256.5～271.5 Ma，主峰值为264.5 Ma(图10)。

第三类锆石为4个(4、12、14、19)较老的年龄数据，207Pb/206Pb年龄分别为2 132 Ma、2 511 Ma、1 401 Ma和1 418 Ma(表1)。锆石的CL图像为深灰色，颗粒长40～120 μm，宽40～100 μm。锆石呈现不规则状，有浑圆状生长纹和浑圆形内核，边部可见增生边。Th含量为13～619×10-6，平均值为340×10-6。U含量为127～2 048×10-6，平均值为1 178×10-6。Pb含量为233～2 244×10-6，平均值为1 518×10-6。Th/U比值为0.10～0.45，平均为0.27(表1)。锆石高U、Pb含量表明锆石年龄大，低Th/U比值和内部结构特征表明这类锆石应为变质成因锆石[28-29]。

碎屑锆石样品有3个(HO1、HO2和HO3)，每个样品有3组锆石年龄。这3组年龄中，1组是为以变质成因为主的锆石的年龄，它的特点是数量少、年龄老(除了样品HO3的一颗锆石，其余的年龄都大于410 Ma，对应年代为晚古生代以前)、年龄跨度大(296～2 584 Ma)、分布零散，其年龄代表了物源区古老地层的变质作用发生的时间(图2)，其年龄对于研究区油气成藏的研究意义不大，因为银额盆地为一个中生代(或晚古生代)沉积盆地。其余2组年龄为年轻的岩浆成因锆石得到的年龄，3个样品的年龄组有所重叠，重叠的年龄可以归属为同一年龄组，3个碎屑锆石样品可以划分出3组年龄，分别为237.9±3.2 Ma(仅存在于HO1)、255.4±6.2 Ma～261.4±1.3 Ma(存在于HO2和HO3)和314.1±2.3 Ma～328.5 Ma(存在于HO1、HO2和HO3)，3组年龄代表了物源区3次岩浆侵入或火山活动(图2，11)。火山岩锆石样品只有1个(HO4)，该样品也测出3组锆石年龄。火山岩锆石年龄所代表的地质意义相对简单。最年轻的一类岩浆成因锆石所对应的年龄为132.6±0.7 Ma，代表了这套火山岩形成年代，年代为早白垩世。第二组锆石也为岩浆成因锆石，年龄为263.7±2.2 Ma，这组年龄与碎屑锆石年龄有所重叠，年龄代表了早白垩世火山活动捕获的古老岩浆锆石的结晶年龄(图11)。年龄老、分布零散的第三组锆石年龄代表了早白垩世火山活动捕获的古老的变质成因的锆石。

图11 锆石U-Pb年龄频率分布对比图Fig.11 Zircons U-Pb age and its frequency comparison diagram

5 锆石年龄地质意义与探讨

5.1 地层时代约束

样品HO4所在的地层为火山岩和碎屑岩的岩性组合，火山岩与沉积岩以互层形式存在于H井沉积地层的底部(图2)。对于这套地层年代归宿，一直存在着很大的争议：有的学者认为，银额盆地是中生代断陷盆地，沉积地层应该属于中生界，结合三叠系和侏罗系在研究区区域性缺失，推断该套地层为早白垩世地层[13-14]；也有学者认为银额盆地众多凹陷形成于二叠系残余地层，所以该套地层为二叠系[12]。虽然这两种观点都能在构造沉积演化方面自圆其说，但真正能说明该套地层年代的直接证据目前还没有，使得研究区地层划分具有盲目性和多解性。

该套地层的火山岩锆石U-Pb年代学研究表明火山岩形成年代为早白垩世，火山岩的年龄对该套地层年龄有很好的约束作用，指示着火山岩上部地层的沉积年代应该是早白垩世或者早白垩世以后，火山岩下部地层的沉积年代应该是早白垩世或者早白垩世之前。火山岩锆石U-Pb年代学研究对地层沉积时限有一定的约束作用，为地层的归属提供强有力的证据，为地层划分提供了依据，为研究区深入研究区域构造演化提供了有力的证据。

5.2 火山活动期次探讨

前文论述表明，年龄古老(晚古生代以前，年龄大于410 Ma)的变质锆石对于研究区油气成藏研究意义不大，年龄较轻(早古生代及其以后，年龄小于410 Ma)的岩浆成因锆石年代学才是研究区油气成藏研究所需关注的。此类锆石年龄可分为4组，其中1组来自于火山岩锆石，年龄为132.6±0.7 Ma；1组既来自火山岩锆石，又来自碎屑锆石，年龄为255.4±6.2 Ma～263.7±2.2 Ma；另外2组来自于碎屑锆石，年龄分别是237.9±3.2 Ma、和314.1±2.3 Ma～328.5 Ma(图11)。

来自火山岩锆石的一组132.6±0.7 Ma年龄代表了早白垩世的一期火山活动，盆地东部的查干凹陷广泛发育的早白垩世火山岩是该期火山活动存在的证据[15,17,19]。同时，该年龄只在下部的火山岩样品HO4中出现，在上部碎屑锆石中未见到，说明这期火山活动只是局部的，在物源区的凸起和造山带没有发生。

255.4±6.2 Ma～263.7±2.2 Ma和314.1±2.3 Ma～328.5 Ma两组年龄分别代表了早石炭世和晚二叠世2期火山活动，苏红图坳陷及其邻区广泛发育的石炭系—二叠系火山岩是这两期火山活动的直接证据[30-32]。魏建设等[33]对采自碧云泉剖面下石炭统白山组、岩性为英安岩的火山岩锆石进行测年，得到的年龄为312.0±6.3 Ma，与本次测得的314.1±2.3 Ma～328.5 Ma年龄组相近，说明早石炭世火山活动是存在的。(255.4±6.2～263.7±2.2)Ma一组年龄既存在于火山岩样品HO4中，又存在于碎屑锆石样品HO2和HO3中，说明晚二叠世火山活动具有强烈性和广泛性，在凹陷边缘的物源区和凹陷内部均有发生(图11)。

来自样品HO1碎屑锆石的一组年龄237.9±3.2 Ma，代表了沉积物源区中三叠世一期火山活动，钟福平等认为银额盆地苏红图坳陷、尚丹坳陷等地区存在印支期有火山活动[15,34]，本次通过锆石U-Pb年代学研究对这期火山活动发生的时间有了更为精细的刻画。该组年龄获得的测点少，且仅在一个样品中出现，推测其活动规模小(图11)。

综上所述，研究区年轻的岩浆成因锆石年龄可划分为4组，分别是132.6±0.7 Ma、237.9±3.2 Ma、(255.4±6.2～263.7±2.2)Ma和(314.1±2.3～328.5)Ma，代表了研究区晚古生代以来的4期火山活动，对应的年代分别为早白垩世、中三叠世、晚二叠世和早石炭世，其中以晚二叠世火山活动最为广泛和强烈。本次研究对苏红图坳陷火山岩活动期次及其发生的时间有了更为精确的划分，对预测火山岩分布、评价火山活动对油气成藏的影响等提供了有力的依据。

6 结论与认识

(1) 锆石成因研究表明，无论是碎屑锆石还是火山岩锆石，除了少数古老年龄的锆石属于变质成因，其余年轻的锆石均属于岩浆成因锆石。锆石U-Pb年龄分布表明，每个样品均有3组年龄，且不同样品的锆石年龄组有所重叠。

(2) 火山岩样品锆石U-Pb年代学研究表明火山岩形成年代为早白垩世，火山岩的年龄对火山岩所在的H井深部地层的年代具有很好的约束作用，指示着火山岩上部地层的沉积年代应该是早白垩世或者早白垩世以后，火山岩下部地层的沉积年代应该是早白垩世或者早白垩世之前。

(3) 研究区年轻的岩浆成因锆石年龄可划分为4组，分别是132.6±0.7 Ma、237.9±3.2 Ma、(255.4±6.2～263.7±2.2)Ma和(314.1±2.3～328.5)Ma，代表了研究区晚古生代以来的4期火山活动，对应的年代分别为早白垩世、中三叠世、晚二叠世和早石炭世，其中以晚二叠世火山活动最为广泛和强烈。

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U-PbAge of Zircon and Its Geological Significance in Suhongtu Depression, Yingen-Ejinaqi Basin

WANG XiangZeng CHEN ZhiJun REN LaiYi LIU HuChuang GAO YiWen

(Shaanxi Yanchang Petroleum (Group) Corp. Ltd., Xi’an 710075, China)

Suhongtu depression is in the northern part of the Yingen-Ejinaqi basin, stratigraphic framework here is still unclear because of the low degree of exploration, especially, there is a big controversy on the location of the deep stratum with volcanic rock. The volcanic rocks in the study area are very developed, volcanic activity has larger influence on hydrocarbon accumulation, but activity times of volcanic remains unclear. In this study, systematic sampling has been carried out from a drilling well in Suhongtu depression. The samples were both shallow sedimentary rocks and deep volcanic rocks. Then, the U-Pb geochronology of the samples was studied, expecting it will provide evidence for the solution of the above problem. The results showed that: ①Whether detrital zircon or volcanic zircons, except that a few old age zircons belonged to metamorphic origin, and the rest younger zircons belonged to the magmatic origin. Zircon ages of each sample were concentrated in three groups, and some of the age groups overlapped in different samples. ②The formation age of deep volcanic rocks was early Cretaceous, it provided some restraints on the formation with deep volcanic rocks. ③The age of all the younger magmatic zircons for every samples can be divided into four age groups: 132.6±0.7 Ma, 237.9±3.2 Ma, 255.4±6.2 Ma～263.7±2.2 Ma and 314.1±2.3 Ma～328.5 Ma. The four age groups represented four volcanic activities since late Paleozoic, and the corresponding age were early Carboniferous, late Permian, middle Triassic and early Cretaceous, respectively, among these the most widely and strongly volcanic activity was late Permian. The research provided a strong basis for stratigraphic division and volcanic prediction in the study area.

detrital zircons; volcanic rock zircon; U-Pb dating; volcanic activity times; Suhongtu depression; Yingen-Ejinaqi Basin

1000-0550(2016)05-0853-15

10.14027/j.cnki.cjxb.2016.05.005

2015-11-13； 收修改稿日期： 2016-01-18

延长石油(集团)有限责任公司科技攻关项目(ycsy2015ky-A-06)[Foundation: Shanxi Yanchang Petroleum (Group) Co., Ltd. Science and Technology Project, No. ycsy2015ky-A-06]

王香增 男 1968年出生 博士 教授级高级工程师 油气田勘探开发 E-mail:sxycpcwxz@126.com

陈治军 男 高级工程师 E-mail: chenzhijun2203@aliyun.com

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