高邮凹陷辉绿岩锆石U-Pb年代学特征及其地质意义

2021-05-11谢成龙荆翰林娄国泉刘传泽

合肥工业大学学报（自然科学版） 2021年4期

谢成龙,荆翰林,王力,娄国泉,刘传泽

(1.合肥工业大学资源与环境工程学院,安徽合肥 230009; 2.中国石油化工集团有限公司江苏油田分公司物探技术研究院,江苏南京 210046)

0 引言

高邮凹陷作为苏北盆地主要产油凹陷之一,自发现以来相关研究成果较丰富,但多数集中在油气储层特征、地球物理勘探、基底断裂及盆地构造演化特征等方面[1-2]。对于区内广泛发育的新生代辉绿岩,相关研究很少,文献[3-5]从构造层面认为其侵入时期为三垛沉积期。区域跨度上,苏北盆地与渤海湾盆地等同为新生代盆地,在盆地结构、构造特征、形成背景等方面存在一定的相似性[6-8];同处于中国东部地区中、新生代盆地群,其形成演化历程受太平洋板块俯冲后撤及郯庐断裂带活动影响。该区域晚中生代至新生代时期岩浆活动强烈[9-14],对于区域上不同的岩浆活动,以及岩浆活动期间形成的基性岩(玄武岩、辉绿岩)之间的联系等问题,都有待进一步研究。

1 区域地质背景

苏北盆地是苏北-南黄海盆地的陆上部分,北邻滨海隆起,南抵苏南隆起,西接郯庐断裂带,东至黄海盆地。该盆地自晚白垩世以来经历了仪征运动、吴堡运动、真武运动及三垛运动等多期构造运动,盆地自上而下发育上白垩统泰州组、古新统阜宁组、始新统戴南组、三垛组、新近系盐城组及第四系东台组。高邮凹陷位于东台坳陷中部地区,凹陷西段自南向北发育真① 、真② 及汉留断层,东段发育吴① 、吴② 断层,并与溱潼、海安凹陷相邻,西侧经菱塘桥低凸起与金湖凹陷相连。高邮凹陷是苏北盆地最大的独立凹陷,也是盆地内岩浆活动最强烈的凹陷。

高邮凹陷区域地质背景和采样点位置如图1所示。

图1 高邮凹陷区域地质背景和采样点位置

2 样品来源及特征

此次采集的样品来自江苏油田邵伯岩芯库,多为辉绿岩岩芯。对样品进行岩相学鉴定,NS09、NS20样品的岩相学照片如图2所示。

辉绿岩发生轻微蚀变现象,新鲜面暗绿色,辉绿结构,块状构造;岩石主要由斜长石、辉石、橄榄石、皂石及少量不透明矿物组成,斜长石占比为63%～72%,辉石占比为18%～25%,皂石占比为5%～12%,橄榄石占比约为12%,不透明矿物占比约为3%。

斜长石呈自形-半自形粒状,表面干净,多发育聚片双晶或卡钠复合双晶,部分见穿插双晶;辉石多呈他形粒状,少数半自形柱状,充填于斜长石的晶隙中,淡褐色,无多色性,多具裂纹,正高突起,干涉色一级黄至二级蓝绿,斜消光;橄榄石呈半自形柱状,无色,正高突起,裂纹发育,干涉色二级,平行消光;皂石呈鳞片状集合体充填于斜长石晶隙,为交代橄榄石的次生产物,部分仍保留橄榄石的晶形,浅绿色,多色性弱,干涉色受颜色影响呈黄色或黄绿色;不透明矿物多呈半自形-他形粒状,浸染状分布。

图2 高邮凹陷辉绿岩NS09、NS20岩相学照片

3 分析测试方法及结果

锆石制靶及阴极发光(cathodeluminescence,CL)图像是在重庆宇劲科技有限公司完成,激光剥蚀-电感耦合等离子质谱仪(laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometry,LA-ICP-MS)锆石U-Pb定年测试分析是在合肥工业大学资源与环境工程学院LA-ICP-MS实验室完成。具体实验流程参见文献[15-16]。

此次高邮凹陷辉绿岩锆石U-Pb测年共有4组样品——NS09(取自阜二段)、NS20(取自阜三段)、NS23(取自阜四段)及NS26(取自阜二段),部分锆石CL图像如图3所示,同位素测定结果部分数据见表1所列。

图3 高邮凹陷辉绿岩新生代锆石部分CL图像

表1 高邮凹陷辉绿岩新生代锆石U-Pb年龄部分分析结果

续表

新生代的锆石CL图像整体较暗,不发育核边结构,图像显示发育条痕状吸收,自形程度较高,多为长柱状,与基性岩中原生锆石的特征一致,表明其为岩浆成因锆石。在剔除谐和度较低的测点后,LA-ICP-MS U-Pb年龄谐和图如图4所示,其上交点年龄即代表了锆石的结晶年龄。

样品NS09仅发现1颗新生代锆石,w(Th)为9 463×10-6,w(U)为3 192×10-6,w(Th)/w(U)为2.96,远大于0.10,表明为岩浆成因锆石[17-18],其表面年龄为(45.3±1.3) Ma。对于该样品,虽然1颗锆石的可信度较低,但鉴于该锆石年龄与地质事实吻合度较高,认为该年龄可以代表该辉绿岩样品的侵位时代。

样品NS20锆石的w(Th)为(144～492)×10-6,w(U)为(308～648)×10-6,w(Th)/w(U)在0.47～0.76之间,表面年龄为(46.5±1.5)～(61.3±2.2) Ma。对于该样品,去除年龄为(46.5±1.5) Ma的不可信锆石(谐和度低),用其余4颗计算加权平均年龄及谐和图曲线,3个样点落在谐和曲线上,加权平均年龄为(59.8±1.7) Ma(图4a、图4b),为阜宁组时期产物。

样品NS23锆石的w(Th)为(1 309～11 646)×10-6,w(U)为(770～4 625)×10-6,w(Th)/w(U)在1.45～4.60之间,表面年龄在(38.1±1.1)～(45.9±1.3) Ma之间。取其中谐和度较好的前10颗锆石计算加权平均年龄及谐和图曲线,其中5个样点落在谐和曲线上,加权平均年龄为(40.5±0.7) Ma(图4c、图4d),代表辉绿岩侵位于阜宁组时代。

样品NS26锆石的w(Th)为(1 701～10 459)×10-6,w(U)为(917～4 430)×10-6,w(Th)/w(U)在1.83～2.36之间,表面年龄在(43.2±1.2)～(46.4±1.3) Ma之间。对该样品5颗新生代锆石计算加权平均年龄及谐和图曲线,3个样点落在谐和曲线上,加权平均年龄为(44.8±1.1) Ma(图4e、图4f),代表辉绿岩上升侵位阜宁组时代。

上述各样品的加权平均年龄代表了岩浆的结晶时间,表明高邮凹陷新生代火成岩结晶年龄为新生代早古近纪。

图4 高邮凹陷辉绿岩新生代锆石U-Pb谐和年龄

4 讨论

4.1 辉绿岩侵位时代

从侵位地层看,高邮凹陷辉绿岩主要有上、下2套,下套辉绿岩主要侵位于阜宁组地层,上套辉绿岩主要侵位于三垛组、戴南组地层,少量侵位于阜四段。对于这2套辉绿岩侵入时期,以往的研究仅从构造层面进行分析,认为上、下2套同为三垛时期的产物[3-5],而没有精确的同位素年代学限定。阜宁组地层时代为65.0～54.9 Ma,于吴堡期形成。此次采集到的样品均来自阜宁组,且年龄跨度较大,单颗粒年龄在38.1～61.3 Ma,表明该辉绿岩至少包含了吴堡期年龄信息。因此,本文认为高邮凹陷辉绿岩在吴堡期就已经开始侵入,并非是相关文献所认为的上、下2套辉绿岩均只在三垛期侵位。

上述高邮凹陷辉绿岩的侵位时代,为后续进一步研究盆地成盆机制及动力学演化进程、讨论中国东部新生代岩浆活动提供了精确的年代学依据。

4.2 区域动力学意义

在大地构造尺度上,苏北盆地处于中、新生代西太平洋构造域的弧后拉张背景下,属于滨太平洋构造域的一部分[19],盆地北接苏鲁造山带,西靠郯庐断裂带,其中郯庐断裂带是全球少有的巨型断裂带之一。郯庐断裂带自中生代形成以来,沿断裂带附近发育了几个大的伸展盆地,如合肥盆地、苏北盆地、渤海湾盆地等[9, 20-25]。在伊泽奈崎及后续板块向欧亚大陆俯冲后的回卷期间,郯庐断裂带转为强烈的伸展活动,造成了早白垩世和新生代时期的大规模岩浆活动[26-30],中国东部晚中生代至新生代时期的岩浆活动及地质演化进程受古太平洋板块俯冲影响已成为共识[10, 31-40]。

渤海湾盆地与苏北盆地分别发育于郯庐断裂带两侧,均为受郯庐断裂带及太平洋板块俯冲控制的中新生代陆相含油气断陷盆地,且同处于滨太平洋构造域的弧后拉张背景下,具有诸多相似点。依据文献[41]有关渤海湾盆地中新生代玄武质火山岩K-Ar年龄数据,以及文献[42]关于渤海湾盆地第三纪岩浆旋回的划分,在65.0～44.1 Ma期间,全区火山岩分布广泛,各凹陷内均有分布,岩浆活动强烈。在古新世—早始新世渤海湾盆地4个凹陷的火山岩同位素K-Ar年龄[41]分别为：辽东凹陷，65.0～46.4 Ma；潍北凹陷，62.4 Ma；南堡凹陷，57.1 Ma；黄骅坳陷，53.4 Ma。对于苏北盆地,其侵位年龄多集中于40 Ma左右,50 Ma之前的辉绿岩较少,指示该盆地的岩浆活动总体上普遍晚于渤海湾盆地。在浙江地区,新生代岩浆岩年龄多集中在40～20 Ma[40,43-47],总体上晚于苏北盆地内的新生代岩浆岩发育时间。

中国东部太平洋板块俯冲与岩浆活动关系如图5所示。晚白垩世—早古近纪(约60 Ma),伊泽奈崎板块消失,太平洋板块开始沿北北西向俯冲于欧亚大陆,俯冲板片随后发生回卷并出现弧后伸展[48]。受太平洋板块俯冲影响,郯庐断裂带中南段于该时期转型成为伸展构造,并控制发育了沿线的晚中—新生代伸展盆地群,发生了大规模的岩浆侵位及玄武岩喷发[9,14,24,29,49]。依据上述与渤海湾盆地的年龄对比,可以发现由于太平洋俯冲板块回卷、海沟后撤的影响,强烈的岩浆活动自辽东辽河盆地开始启动,沿东南移向渤海湾盆地,随着板块后撤运动的进行,苏北盆地继而发生强烈的岩浆活动;郯庐断裂带在弧后伸展过程中加剧了断裂带沿线岩石圈的伸展强度,从而控制了一系列盆地和岩浆活动的发育。不考虑受采样条件限制这一不确定因素,区域上岩浆活动的时空差异与太平洋板块的俯冲及弧后伸展变化是吻合的,即海沟向东南沿海后撤,弧后伸展及岩浆活动也逐渐向东南方向移动。