利用碎屑锆石U-Pb年龄谱对志留纪塔西北柯坪地区的构造背景分析

王巧玲

(西安石油大学 地球科学与工程学院,陕西 西安 710065)

1 区域地质概况

柯坪地区地处塔里木盆地西北缘,阿克苏市西部,属于塔里木地台的一部分。研究区在区域构造单元上属柯坪断隆构造区。塔里木盆地西北缘柯坪逆冲带是天山和塔里木盆地在新生代盆山耦合作用下形成的构造变形区,主要发育逆冲断裂,逆冲方向是从天山向塔里木盆地内逆冲[1-3]。

2 锆石年龄数据分析

2.1 判别原理

碎屑锆石频谱反映盆地沉积时的构造背景,根据锆石的U-Pb年龄做直方图及频率分布图可很好地展现其与沉积物年龄的差别[4](图1),并判别构造背景。该图是Cawood通过总结全球各地典型盆地数据的基础上绘制的,红色的垂直箭头指沉积物的沉积年龄,横截面图显示的是各个盆地的简要构造背景[5-7]。

图2中A、B指会聚板块边缘,弧两侧的盆地由于在其构造背景下接受邻近克拉通的沉积物输入,因此含有高比例的年龄接近样品沉积年龄的碎屑;C、D指碰撞挤压环境,如前陆盆地,样品包括年龄接近样品沉积年龄的碎屑,反映由于岩浆作用来自碰撞和汇聚板块边缘的沉积输入,还包括一些来自更古老的物源处的沉积物;E、F指伸展构造背景,在该构造背景中的盆地一般缺乏同沉积岩浆活动,含有高比例的来自更古老的物源处的沉积碎屑[8-9]。

图1 塔里木盆地西北缘地区构造简图

碎屑锆石记录的是两个主要变量的总和:同沉积岩浆活动的存在或匮乏,所记录的年龄整体跨越的时代和所占的比例。这些变量的影响可以通过绘出已测量的单个碎屑锆石颗粒的结晶年龄及其沉积年龄的频率分布图来描述(图3)。

图2 用于判别盆地构造背景的锆石年龄直方图及频率分布

图3 用于判别盆地构造背景的锆石年龄累积频率

2.2 柯坪地区砂岩锆石年龄数据分析

本文所分析的锆石年龄数据,其中样品DWG5取自阿克苏市大湾沟剖面的柯坪塔格组上段,为绿色含沥青砂岩;样品SHC1取自阿克苏市沙井子四石厂剖面的塔塔埃尔塔格组下段,为粉砂岩。

2.2.1 锆石年龄以及构造背景分析

根据锆石年龄数据分别做样品DWG5和SHC1的锆石年龄直方图及频率分布图(图4、5)。

图4中,对56粒锆石进行了U-Pb定年分析,锆石U-Pb年龄变化介于524±7～2 638±20 Ma,依据年龄分布直方图可分为524～1 245 Ma、1 550～2 037 Ma、2 158～2 638 Ma 3个年龄区间,分别占总数的17.86%、23.21%。其中多个测试点的Th/U比值介于0.51～3.78之间,多数为岩浆锆石。

图4 柯坪地区砂岩样品DWG5锆石年龄直方图及频率分布

图5 柯坪地区砂岩样品SHC1锆石年龄直方图及频率分布

图5中,对45粒锆石进行U-Pb定年分析,锆石U-Pb年龄变化介于391±5～2 586±22 Ma,依据锆石的年龄分布直方图,可分为391～615 Ma、725～1 141 Ma、1 729～2 044 Ma、2 125～2 586 Ma 4个年龄区间,分别占总数的24.44%、53.33%、13.33%、8.89%。45颗锆石的Th/U比值均介于0.64～10.4之间,全部为岩浆锆石。

2.2.2 锆石年龄累积频率图及构造背景分析

根据数据分别做样品DWG5和SHC1的锆石年龄累积频率分布如图6、7所示。

根据图6,可认为样品DWG5的沉积年龄为524 Ma。样品的锆石年龄累积频率曲线主要在500～800 Ma急剧攀升;在1 300～2 000 Ma增长速度也较为迅速。

根据图7,可认为样品SHC1的沉积年龄为391 Ma。锆石年龄累积频率曲线主要在400～650 Ma急剧攀升,在1 300～1 900 Ma相对较为平缓的攀升。

将图6、7叠合到图3上如图8所示,虚线为样品DWG5的累积频率分布曲线,带点虚线为样品SHC1的累积频率分布曲线,可以清楚看到这两条曲线落在图中的曲线所包含的区域内,因此可以判定它们沉积时的构造背景应该为碰撞挤压环境[7-10]。

图6 柯坪地区砂岩样品DWG5锆石年龄累积频率分布

图7 柯坪地区砂岩样品SCH1锆石年龄累积频率分布

图8 砂岩样品DWG5与SCH1的锆石年龄累积频率曲线在模式图版上的投影

3 地球化学数据分析

除了气候、地形和成岩作用,一般认为碎屑岩组分主要受物源区母岩性质和构造背景影响,因此利用碎屑岩的化学成分可以判断母岩特征,塔中地区志留系砂岩常量元素的分析数据此处引用SiO2-K2O/Na2O判别图解(图9)[11]。

图9 塔中地区志留系砂岩常量元素构造背景SiO2-K2O/Na2O判别图

观察发现在图9中,样品数据几乎都落在活动大陆边缘的区域内,因此可以判定塔中地区志留系砂岩形成时的构造背景为活动大陆边缘。

4 结 论

(1)塔里木盆地柯坪地区砂岩样品DWG5和SCH1的锆石年龄分别在524±7～2 638±20 Ma和391±5～2 586±22 Ma范围内,将它们的锆石年龄累积频率分布图与Cawood图叠合,可发现两个样品的曲线基本都落在挤压环境区域内,据此判断其形成时的构造背景为挤压环境。

(2)对塔里木盆地塔中地区的砂岩样品做地球化学数据分析,将其常量元素值投点在SiO2-K2O/Na2O构造背景判别图解上,其构造背景显示为活动大陆边缘,这与挤压环境的认识结论具有相似性。

(3)综合塔里木盆地下志留统柯坪地区砂岩样品的锆石年龄分析结果与塔中地区砂岩样品的地化分析结果,并结合前人研究,可认为塔里木盆地在早志留世整体处于区域挤压背景。

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