巴音戈壁盆地巴北凹陷G4井火山岩锆石U-Pb年代学及其地质意义.pdf
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1、第 40 卷 第 3 期2024年 5月Uranium Geology铀矿地质Vol.40 No.3May2024巴音戈壁盆地巴北凹陷 G4井火山岩锆石 U-Pb年代学及其地质意义张海云,刘波,李鹏,叶茂,邢亚杰(核工业二八大队,内蒙古 包头 014010)摘要 巴北凹陷是巴音戈壁盆地西部拐子湖坳陷的一个次级构造单元,近年来凹陷内取得了一定的铀矿找矿成果,但是总体的工作程度较低,地层的划分对比一直存在较大争议,深部火山岩未做过年代学研究,地质年代尚不明确。为了精确划分凹陷内的沉积盖层,明确找矿目的层,本次研究选取了凹陷北部 G4线剖面进行细致解剖,系统采取样品进行岩石学、锆石 U-Pb年代学研
2、究,以期为以上问题提供证据。分析结果表明,钻井深部玄武岩所测得的锆石年龄有两组,分别为(1264.2)Ma、(243.51.7)Ma,两组锆石均为岩浆成因锆石,第一组年龄代表该套火山岩的形成时代,即早白垩世中期,第二组年龄代表火山活动捕获的早期岩浆锆石年龄。玄武岩的形成时代很好地约束了地层的形成时代,说明该层玄武岩所在地层为下白垩统苏红图组下段。基于火山岩年龄的核定,对区内沉积盖层进行了精细化划分,总结了地层划分标志,结合沉积体系、地层铀含量等综合分析,厘定了下白垩统银根组为主要的铀矿找矿目的层。关键词 玄武岩;U-Pb定年;地层划分;苏红图组;巴北凹陷;沉积体系文章编号 1000-0658(
3、2024)03-0417-11 中图分类号 P619.14 文献标志码 A巴北凹陷位于巴音戈壁盆地西北部,石油部门将该盆地与西部巴丹吉林盆地统一命名为银额盆地1。研究区的整体工作程度不高,施工的钻孔较少,各部门的地层划分存在较大差别。盆地内由于构造分割性强,各地质单元的构造与沉积体系相对独立,故研究单凹陷的沉积充填史对盆地整体的地层划分对比尤为重要。锆石 U-Pb 定年是同位素年代学研究中最有效的方法之一2。火山岩锆石年代学的研究为厘定火山活动时间、火山岩地层沉积时代3-6等提供了可靠的证据。巴北凹陷深部的火山岩目前未做过年代学的研究,前人对研究区西部哈日凹陷钻井深部的火山岩做了一定的年代学研
4、究,测得了火山岩的形成年龄5,但是由于盆地内各凹陷的构造分割性强,这些年龄不能完全代表研究区内的火山岩年龄。巴北凹陷截止目前已在北部 6 口钻井深部揭遇到了玄武岩,且均为同一层玄武岩。本次研究中选取了 G4 线 1、2 号钻孔深部的玄武岩开展岩石学分析和锆石 U-Pb 定年研究,并结合其他钻井资料开展精细化地层对比划分,进而准确厘定地层时代,为明确区内砂岩型铀矿找矿目的层奠定基础。1 地质背景巴音戈壁盆地地处中蒙交界,大地构造背景复杂,与塔里木板块、哈萨克斯坦板块、西伯利亚板块和华北板块相邻(图 1a),是古生代时期陆-陆碰撞的结合部位7-9。这种特殊的大地构造位置造成了构造活动的非均匀性,导
5、致了隆起和坳陷相间出现的局面10。中-新生代盆地对基底构造具有一定的DOI:10.3969/j.issn.1000-0658.2024.40.037基金项目 内蒙古巴音戈壁盆地及周缘铀矿资源调查评价与勘查项目(编号:202203)和中核集团集中研发项目“砂岩型铀矿多重耦合地质成矿作用与时空定位”(编号:中核科发 2021-143号)联合资助。收稿日期 2023-09-22 改回日期 2023-10-20第一作者 张海云(1993),男,工程师,本科,主要从事铀矿地质勘查工作。E-mail:张海云铀 矿 地 质第 40 卷继承性11-12。盆地北西部依据重、磁、电综合解释资料可划分为拐子湖坳陷、
6、苏红图坳陷 2 个二级坳陷。巴北凹陷为拐子湖坳陷东部的三级构造单元,凹陷面积为 1 580 km2,东部为巴东凸起,西部为巴布拉海凸起(图 1b)。巴音戈壁盆地的构造演化主要分为以下 4 个阶 段:裂 陷、拉 分 盆 地 发 生 阶 段(三 叠 纪 侏 罗纪);拉分盆地全面发展阶段(早白垩世);全面坳陷阶段(晚白垩世);挤压抬升阶段(古近纪第四纪)13。多期的构造运动使巴音戈壁盆地发育多期次的火山活动,形成了不同期的火山岩。巴北凹陷及周边地区地表主要出露有二叠纪三叠纪、早白垩世等不同时期的火山岩,同时火山岩由于不定期的喷发多呈夹层产出在沉积地层中,所以测定火山岩的年龄对沉积地层的时代厘定有较好
7、的约束作用。巴北凹陷内近年来开展了一系列铀矿带钻评价工作,钻探工作量主要集中在凹陷的东北部(图1c),发现了有利成矿的扇三角洲砂体,并取得较好的砂岩型铀矿找矿成果。在揭遇玄武岩的 6口钻井中,有 2口钻井(G4-1、G5-1)揭穿了玄武岩层,发现玄武岩层之下发育泥岩、砂岩、砾岩等沉积地层。故根据玄武岩年龄对地层开展精细化对比研究对下一步铀矿目的层的确定尤为重要。图 1 研究区构造特征图示Fig.1 Graphical representation of structural features in the study areaa巴音戈壁盆地板块构造图;b拐子湖坳陷白垩系基底埋深图;c巴北凹陷钻
8、孔分布图。哈萨克斯坦板块;塔里木板块东北端;西北利亚板块;华北(中朝)板块;1阿拉善陆块;11阿北陆缘区;12阿拉善陆隆区;13阿拉善陆拗区(断陷);14阿面(河西走廊)陆缘区;2晋陕陆块。2 样品的采集和分析方法巴北凹陷北部施工的 G4 线剖面已发现砂岩型铀工业矿孔 1 个,矿化孔 2 个,并在 3 口钻井中揭遇到玄武岩,本次对其中 G4-1、G4-2钻井深部的玄武岩开展了系统性取样,采集样品为新鲜的岩心。样品分析前进行了岩石学鉴定及去杂质处理。锆石微区原位 U-Pb 定年及微量元素含量测试利用微著地化(廊坊)科技有限公司的 LA-ICP-MS 分析系统完成。激光剥蚀(LA)使用的是美国 N
9、ewWave 公司生产的 NewWave UP-213 Nd:YAG 固体激光器,质谱 仪(ICP-MS)为 美 国 安 捷 伦 公 司 生 产 的 Agilent 7900型四极杆等离子体质谱仪。激光剥蚀过程中采用 He 为载气、Ar 为补偿气调节灵敏度,二者通过一个三通接头混合通入 ICP-418张海云,等:巴音戈壁盆地巴北凹陷 G4井火山岩锆石 U-Pb年代学及其地质意义第 3期MS。激光条件:束斑直径为 30 m,能量密度为10 J/cm2,剥蚀频率为 10 Hz。在正式的剥蚀样品之前先使用国际标准参考物质 NIST SRM610 进行仪器的最优化,使仪器达到较高的灵敏度、较低的背景值
10、与氧化物以及最稳定的信号。测试流程为先采集 20 s的背景值,之后进行 40 s的样品剥蚀,最后进行 30 s的样品吹扫。采用跳峰的方式进行数据采集,对于不同同位素的采集时间:202Hg 和232Th 为10 ms,204Pb 和206Pb 为 20 ms,207Pb 为 30 ms,208Pb和238U为 15 ms,其余元素为 6 ms。使用标准锆石 91500 作为外标进行同位素比值 校 正,标 准 锆 石 Plesovice(337 Ma)为 监 控 盲样。谐 和 年 龄 及 加 权 平 均 图 绘 制 均 采 用Isoplot(3.0)。3 分析结果3.1 岩石学特征样品新鲜面呈灰色
11、,微细粒结构,杏仁构造。杏仁体呈浑圆状或卵圆状,直径在12 mm或35 mm之间,少数在5 mm以上。杏仁体中充填硅质物,呈白色,含量约40%。镜下观察岩石呈玻晶交织结构(图2a、b),杏仁构造;由褐黑色火山玻璃(35%)和斜长石微晶(25%)组成,无色透明斜长石微晶(粒径为0.1 mm左右)散布在褐黑色火山玻璃中。岩石中可见大量杏仁体(40%),形态为圆形或卵圆形,部分杏仁中充填玉髓,玉髓呈圆球状、纤维状、束状、扇状,圆球状玉髓由中心向外呈放射状生长的长英质纤维构成(图2c、d),具十字消光;部分杏仁体中心为石英晶体,边部由内向外见 23层玉髓(纤状或隐晶质)。图 2 玄武岩样品宏观及微观特
12、征Fig.2 Macroscopic and microscopic characteristics of basalt samplesa、b灰色微细粒结构,杏仁构造;c杏仁状构造(正交偏光,25);d杏仁体中充填玉髓(正交偏光,25)。419铀 矿 地 质第 40 卷3.2 锆石 U-Pb年代学特征锆石成因矿物学、矿物内部结构的研究,对于锆石年龄的地质解释尤为关键,这也是锆石 U-Pb年代学研究的重点14-15。本次所取样品挑选了37 个锆石颗粒,阴极发光(CL)图像显示具有明显的振荡环带,多数具有扇形分带结构(图 3)。锆石的 U 和 Th 含量分别为 27.3310-62 405.221
13、0-6和 29.4610-61 422.4810-6,Th/U 值 为 0.241.18,0.4 以上的占 90%,平均为 0.70,远大于变质锆石的 Th/U 值(0.1)16,表明所选锆石均为岩浆成因17。分析数据显示,本次取得两组样品共获得锆石U-Pb谐和年龄 37个(表 1),采用206Pb/238U表面年龄为测点的锆石年龄15。H01 号样品测得的锆石 U-Pb 谐和年龄有 30 个,根据年龄分布可分为两组,第一组206Pb/238U 的加权平均年龄为(126.64.2)Ma(MSWD5.3)(图 4a)。第二组206Pb/238U 的加权平均年龄为(243.51.7)Ma(MSWD
14、7.2)(图 4b)。两组锆石均为岩浆成因锆石,第一组年龄锆石多呈半自形,具板状或条痕状吸收的特征,该组年龄代表该套火山岩的形成时代,即早白垩世。第二组年龄锆石多呈核边结构,部分锆石边部具变质增生的特征,故代表了火山活动捕获的古老岩浆锆石年龄,锆石形成时代应该为二叠纪三叠纪,这与区域上火山岩形成时代一致18。H02 号样品获得锆石 U-Pb谐和年龄 7个,该组锆石多呈自形晶,内部结构均匀,部分锆石边部具变质增生的特征,应为火山活 动 捕 获 的 围 岩 锆 石 年 龄,年 龄 主 要 分 布 在260220 Ma,与 H01号样品的第二组年龄一致,锆石形成时代为二叠纪三叠纪。图 3 H01和
15、H02 样品中的锆石阴极发光图像及测试位置Fig.3 The CL images and test positions of zircons from H01 and H02 420张海云,等:巴音戈壁盆地巴北凹陷 G4井火山岩锆石 U-Pb年代学及其地质意义第 3期表 1 玄武岩样品锆石 U-Pb测年分析数据Table 1 U-Pb dating analysis data of zircon from basalt sampleH01-01H01-02H01-03H01-04H01-05H01-06H01-07H01-08H01-09H01-10H01-11H01-12H01-13H01-
16、14H01-15H01-16H01-17H01-18H01-19H01-20H01-21H01-22H01-23H01-24H01-25H01-26H01-27H01-28H01-29H01-30H02-01H02-02H02-03H02-040.970.420.630.850.780.720.651.080.730.841.130.540.350.460.551.000.240.701.180.590.590.740.900.630.550.910.890.360.480.610.420.950.340.850.051 540.046 950.118 790.048 680.046 770.
17、049 310.051 680.064 790.050 870.050 410.048 460.052 310.048 100.053 710.051 350.063 410.055000.054 200.052 760.053 710.051 550.051 800.054 150.052 460.138 850.051 850.047 100.051 930.050 400.053 190.056 340.046 210.056 040.055 070.001 270.001 450.002 540.002 280.001 590.001 770.001 230.003 190.001 9
18、00.002 100.001 400.001 520.001 170.001 640.001 530.003 210.001 470.001 740.001 880.005 930.001 570.002 030.001 930.002 010.004 670.001 510.001 860.004 580.001 160.001 460.003 210.002 810.002 700.002 510.338 560.139 935.851 040.108 570.120 510.133 900.230 770.910 360.134 900.265 610.132 270.322 050.1
19、37 590.149 410.297 120.331 370.474 080.286 930.276 980.011 800.270 970.277 390.280 010.289 500.588 600.276 220.131 370.013 840.207 430.321 430.276 480.230 820.303 440.321 710.008 030.004 200.119 150.004 970.003 970.004 660.005 270.043 620.004 880.010 750.003 680.008 990.003 220.004 390.008 560.016 2
20、40.012 20.008 890.009 540.001 270.007 950.010 570.009 640.010 740.018 690.007 730.005 030.001 190.004 560.008 450.015 270.013 010.013 260.015 150.047 640.021 610.357 220.016 180.018 690.019 690.032 390.101 900.019 230.038 220.019 800.044 660.020 750.020 180.041 960.037 900.062 520.038 400.038 080.00
21、1 590.038 130.038 840.037 510.040 030.030 750.038 640.020 230.001 930.029 850.043 840.035 520.036 350.038 850.041 400.000 920.000 420.006 850.000 340.000 370.000 390.000 620.002 200.000 390.000 780.000 380.000 870.000 400.000 400.000 820.000 840.001 210.000 760.000 760.000 050.000 750.000 790.000 75
22、0.000 810.000 640.000 750.000 410.000 050.000 570.000 850.000 620.000 580.000 490.000 66265.246.5193 8.1132.337.1162.5271.2767.6234.8213.8121.8298.9104.3358.7256.7722.2412.1379.1318.4358.6265.3276.5377.3305.32 212.9278.953.9282.2213.6336.7464.99.4453.8416.755.7072.7137.77106.7779.5081.7853.72100.388
23、3.8593.5966.6064.6556.7467.2667.24103.9158.1370.4079.02231.6968.3487.4278.0184.9357.1365.2591.90189.4152.6360.97121.28140.73112.03106.47296.1133.01 954104.7115.5127.6210.8657.3128.5239.2126.1283.5130.9141.4264.1290.6394.0256.1248.311.9243.5248.6250.7258.2470.0247.7125.314.0191.4283.0247.9210.9269.12
24、83.26.093.7417.664.553.604.174.3523.184.378.623.306.912.873.886.7012.398.407.017.591.286.358.407.658.4611.956.154.521.193.836.4912.1510.7410.3311.64300.0137.91 969103.4119.4125.7205.5625.6122.8241.8126.4281.6132.4128.8265.0239.8390.9242.9240.910.3241.2245.7237.4253.0195.2244.4129.112.4189.6276.6225.
25、0230.2245.7261.55.652.6832.552.132.342.493.8812.892.444.842.435.372.512.505.085.197.354.704.740.314.634.884.665.004.034.662.570.323.565.233.863.643.064.1199%96%99%99%97%98%97%95%95%99%100%99%99%91%100%81%99%95%97%86%99%99%95%98%17%99%97%88%99%98%90%91%90%92%测点编号Th/U同位素比值207Pb/206Pb1207Pb/235U1206Pb/
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