溫升福，劉曼麗，劉 瑋，李瑞磊，茍 軍，武鵬飛，王天豪，柳小明，孫德有

1.吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，長春 130061

2.中國石化東北油氣分公司，長春 130062

3.西北大學(xué)大陸動力學(xué)國家重點實驗室，西安 710069

0 引言

松遼盆地是我國東部的一個中-新生代陸相含油氣沉積盆地，具有下部斷陷、上部凹陷的二元結(jié)構(gòu)。盆地內(nèi)火山巖時代的確定以及層位的劃分對油氣藏勘探開發(fā)具有重要影響，例如根據(jù)火山巖夾層的絕對地質(zhì)年齡，可以約束盆地中沉積啞地層的時代和對比。近幾年來，松遼盆地長嶺斷陷火山巖天然氣勘探取得了重大突破，然而有關(guān)該區(qū)火山巖的詳細劃分和各組火山巖的時代還存在爭議[1-6]，導(dǎo)致部分地層歸屬及區(qū)域地層對比出現(xiàn)了困惑，如東嶺區(qū)塊的大量火山巖是火石嶺組還是營城組，這嚴重制約了油氣田進一步的勘探與開發(fā)；且盆地內(nèi)火山巖的研究工作主要集中在酸性巖[6-11]，對基性巖的研究相對薄弱。為準確厘定長嶺斷陷火山巖的形成時代以及層位歸屬，筆者對松遼盆地南部長嶺斷陷中基性火山巖開展了鋯石年代學(xué)和巖石地球化學(xué)的研究，并進一步探討了松遼盆地長嶺斷陷中基性火山巖的成因。

1 地質(zhì)概況及巖石學(xué)特征

長嶺斷陷位于松遼盆地南部，斷陷構(gòu)造層從下向上包括火石嶺組、沙河子組和營城組。沙河子組以沉積巖為主。火石嶺組以中基性火山巖為主。營城組火山巖可以分為3段：一段主體為酸性火山巖——流紋巖及火山碎屑巖，底部或下部為中基性火山巖；二段為沉積的砂巖、礫巖、凝灰質(zhì)砂巖、粉砂巖、泥巖夾凝灰?guī)r和薄煤層；三段主要為玄武巖、安山巖、流紋巖和流紋質(zhì)火山碎屑巖[12]。本次所研究的火山巖樣品來自長嶺斷陷5口鉆井，分別為松南102井、松南180井、松南185井、雙1井、松南308井（圖1）。巖相學(xué)觀察表明，這些火山巖主要由橄欖玄武巖和安山巖組成，所采火山巖的簡要巖石學(xué)特征（圖2）如下。

圖1 松遼盆地長嶺斷陷構(gòu)造及采樣位置圖Fig.1 Tectonic map and sampling location of Changling depression in the Songliao basin

橄欖玄武巖（圖2a，b）：呈黑色、灰色，塊狀構(gòu)造，斑狀結(jié)構(gòu)，斑晶為橄欖石、斜長石。部分橄欖石碳酸鹽化和皂石化，橄欖石體積分數(shù)2%左右，粒度0.2～1.5mm。斜長石碳酸鹽化，體積分數(shù)為3%～5%，粒度0.3mm×0.5mm～1.6mm×1.9mm。基質(zhì)交織結(jié)構(gòu)、間粒-間隱結(jié)構(gòu)，由斜長石、橄欖石、輝石、磁鐵礦和磷灰石以及隱晶質(zhì)組成，其中橄欖石弱伊丁石化（圖2b）。

圖2 長嶺斷陷中基性火山巖照片F(xiàn)ig.2 Photos of the intermediate-basic volcanic rocks from Changling depression

安山巖（圖2c，d，e，f）：灰白色、灰綠色、灰黑色、紫紅色，杏仁構(gòu)造、塊狀構(gòu)造，斑狀結(jié)構(gòu)，斑晶為斜長石、黑云母、角閃石，少量鉀長石。斜長石斑晶體積分數(shù)為3%～20%，斑晶粒度0.1mm×0.4mm～1.5mm×3.5mm，個別顆粒發(fā)育環(huán)帶，有絹云母化和碳酸鹽化現(xiàn)象。部分黑云母和角閃石暗化或蝕變成綠泥石，體積分數(shù)為2%左右，粒度0.3～0.5 mm。鉀長石斑晶體積分數(shù)為2%左右，粒度0.2mm×0.5mm～0.3mm×1.1mm?；|(zhì)?；豢椊Y(jié)構(gòu)、交織結(jié)構(gòu)，由斜長石、輝石小顆粒、隱晶質(zhì)及玻璃質(zhì)組成。

2 樣品制備及分析方法

鋯石分選工作在河北省廊坊誠信地質(zhì)服務(wù)有限公司完成。鋯石制靶、顯微圖像采集、U-Pb年齡以及元素地球化學(xué)數(shù)據(jù)分析等均在西北大學(xué)大陸動力學(xué)國家重點實驗室完成。鋯石數(shù)據(jù)分析使用193 nm的ComPex102型ArF準分子激光器和Agilent7500a型ICP-MS儀器，采用高純He氣作為剝蝕物質(zhì)的載氣，用美國國家標準技術(shù)研究院研制的人工合成硅酸鹽玻璃標準參考物質(zhì)NIST610進行儀器最佳化，使用哈佛大學(xué)國際標準鋯石91500作為外標。本次鋯石測定過程中激光束斑直徑為20～30μm。

所采集的樣品首先經(jīng)薄片顯微鏡下鑒定，選取蝕變較弱且杏仁體含量較少的樣品，由于蝕變很弱，所以對主微量元素分析沒有影響。對存在杏仁體的樣品進行手工挑選，剔除杏仁體之后做化學(xué)分析，樣品的粉碎加工均在無污染設(shè)備中進行。主量元素采用X射線熒光光譜（XRF）玻璃熔片法分析，分析精度和準確度優(yōu)于5%；稀土和微量元素采用電感耦合等離子質(zhì)譜（ICP-MS）分析方法，分析精度和準確度一般優(yōu)于10%。

3 分析結(jié)果

3.1 鋯石U-Pb年代學(xué)

對采自松遼盆地長嶺斷陷2件玄武巖樣品進行了LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素分析，分析結(jié)果如表1和圖3所示。CL圖像顯示，所測玄武巖樣品（SN180-1、SN180-2）的鋯石顆粒晶形較好，具環(huán)帶或條帶狀結(jié)構(gòu)，鋯石的Th／U值均大于0.10（表1），分別為0.15～1.31、0.23～1.24，為典型巖漿成因的鋯石。

松南180井樣品號SN180-1：樣品采自井深2468.60～2468.80m處，原定火石嶺組，巖性為灰白色杏仁狀安山巖。除去7個數(shù)據(jù)明顯不諧和或同位素分析曲線差的測點數(shù)據(jù)外（圖3），其余15個鋯石分析點均位于U-Pb諧和線上或其附近，結(jié)果顯示有效測點206Pb／238U表面年齡主要集中在98～117Ma，加權(quán)平均年齡為（106±3）Ma，MSWD＝9.3，代表巖石的形成時間。此外測點中還出現(xiàn)了3個160～176Ma中-晚侏羅世的年齡數(shù)據(jù)，應(yīng)為捕獲鋯石年齡。

松南180井樣品號SN180-2：樣品采自井深2708.60～2708.70m處，原定火石嶺組，巖性為灰綠色杏仁狀安山巖。除去11個數(shù)據(jù)明顯不諧和或同位素分析曲線差的測點數(shù)據(jù)外，其余8個分析點均位于諧和線上或其附近（圖3），206Pb／238U表面年齡為111～118Ma，加權(quán)平均年齡為（116±1）Ma，MSWD＝1.2，代表了該火山巖的形成年齡，屬早白堊世晚期。其他鋯石顆粒的206Pb／238U或207Pb／235U表面年齡為143、236、304～311、448、676、850和2540Ma等不同時代，是捕獲鋯石或殘留鋯石的年齡。

本次定年結(jié)果顯示長嶺斷陷松南180井中基性火山巖形成于106～116Ma的早白堊世晚期，與吳群[2]在長嶺凹陷營城組所做的定年結(jié)果（104.97±0.74）Ma一致，也和前人[1，2，5-12]在松遼盆地整個范圍內(nèi)所測營城組火山巖樣品鋯石U-Pb年齡一致，年齡顯示所測松南180井原定火石嶺組的火山巖應(yīng)為營城組火山巖，形成于早白堊世晚期。

3.2 巖石地球化學(xué)特征

表2列出了中基性火山巖樣品的主量和微量分析結(jié)果。由表2可知，松遼盆地長嶺斷陷中基性火山巖的w（SiO2）為42.23%～51.42%，Al2O3質(zhì)量分數(shù)較高（w（Al2O3）＝15.86%～18.32%），堿質(zhì)量分數(shù)較高（w（K2O＋Na2O）＝4.52%～8.24%），樣品都具有較高的w（TiO2）（2.52%～3.26%），顯示出高鈦火山巖的特征。鎂質(zhì)量分數(shù)較低（w（MgO）＝1.73%～6.56%），鎂指數(shù)較?。∕g＃＝0.27～0.53）（表2）。在火山巖TAS分類圖解（圖4）上，樣品屬于堿性系列，火山巖主要為玄武巖、粗面玄武巖和玄武質(zhì)粗面安山巖。

稀土元素球粒隕石標準化配分圖（圖5a）顯示：所有樣品都表現(xiàn)出相同的變化趨勢，具有輕稀土元素富集的右傾特征。稀土元素總量較高（w（∑REE）＝（164.98～257.27）×10-6），輕重稀土分餾明顯（（La／Yb）N＝6.60～10.96），微弱銪異常（δEu＝0.85～1.02）。微量元素原始地幔標準化圖（圖5b）顯示：Rb、K相對虧損，既可能是富Rb和K的礦物相（如鉀長石和金云母）分離結(jié)晶的結(jié)果，也可能是蝕變作用所致[16-18]，由巖相學(xué)觀察可知巖石發(fā)生了微弱的綠泥石化。因此，樣品中表現(xiàn)的Rb、K的虧損現(xiàn)象可能主要由蝕變所引起的。高場強元素Nb、Ta弱富集，大離子親石元素和輕稀土元素的富集暗示巖漿可能來自富集地幔，稀土元素和微量元素配分模式類似于洋島玄武巖（圖5）也更說明了這一點。長嶺中基性火山巖與來自軟流圈地幔的大同堿性玄武巖的稀土元素和微量元素配分模式類似[19]?；鹕綆r相容元素質(zhì)量分數(shù)較低，w（Cr）＝（5.30～184.00）×10-6，w（Co）＝（21.7～38.9）×10-6，w（Ni）＝（2.9～97.8）×10-6，表明巖漿分異早期經(jīng)歷了一定程度橄欖石的分離結(jié)晶作用，這與巖石中斑晶橄欖石的存在相吻合。

圖3 長嶺斷陷中基性火山巖鋯石U-Pb年齡諧和圖Fig.3 Zircon U-Pb concordian diagrams for the intermediate-basic volcanic rocks from Changling depression

表1 長嶺斷陷中基性火山巖鋯石U-Pb同位素分析結(jié)果Table1 Zircon U-Pb dating results for the volcanic rocks from Changling depression

表2 長嶺斷陷中基性火山巖地球化學(xué)分析結(jié)果Table2 Geochemical data of intermediate-basic volcanic rocks from Changling depression

圖4 長嶺斷陷中基性火山巖TAS分類圖Fig.4 TAS of intermediate-basic volcanic rocks from Changling depression

4 討論

長嶺斷陷營城組玄武質(zhì)火山巖富集高場強元素Nb和Ta，其Nb／Ta為16.8～17.4，接近原始地幔值（17.5），Zr／Hf值為41.1～45.9，高于原始地幔值（36.25）[14]，同時研究區(qū)玄武巖不具 Nb、Ta、Zr、Ti的負異常，表明巖漿上升過程中幾乎未受到地殼物質(zhì)的混染，其地球化學(xué)特征反映了巖漿源區(qū)的性質(zhì)。

研究區(qū)玄武巖微量元素比值Ce／Pb的平均值為26.7，La／Nb的平均值為0.88，與 OIB相近（Ce／PbOIB＝25，La／NbOIB＝0.77[14]），且稀土元素球粒隕石標準化配分圖（圖5a）和微量元素原始地幔標準化圖（圖5b）具有與OIB相似的特征。在Nb／Yb-Th／Yb和Ta／Yb-Th／Yb圖解（圖6）中樣品落入MORB-OIB排列上且靠近OIB端元，進一步說明長嶺斷陷玄武巖與大洋玄武巖有著相近的來源，并且在巖漿到達地表之前沒有受到地殼物質(zhì)的明顯混染。

圖5 長嶺斷陷中基性火山巖稀土元素配分模式圖（a）和微量元素蛛網(wǎng)圖（b）Fig.5 Chondrite-normalized REE distribution pattern （a）and primitive mantle-normalized spidergram （b）of intermediate-basic volcanic rocks from Changling depression

研究表明，軟流圈地幔來源的巖漿具有相對較低的輕稀土元素／高場強元素比值（LREE／HFSE），如美國盆嶺省軟流圈地幔來源的玄武巖La／Nb＜1.50，而內(nèi)華達州起源于富集巖石圈地幔的熔巖La／Nb＞1.50[22]?？屏_拉多州西北未受巖石圈地幔或地殼混染的軟流圈地幔來源的火山巖La／Ta＜22，而La／Ta＞30的火山巖漿受到巖石圈地幔或地殼的影響[23]。長嶺斷陷玄武質(zhì)火山巖的La／Nb＝0.67～1.03（＜1.50），La／Ta＝11.65～17.74（＜22.00），同時，這些火山巖具有與OIB一致的稀土元素模式、微量元素曲線和Ce／Pb值[14]，暗示巖漿可能起源于軟流圈地幔。Na／Ti值和源區(qū)部分熔融時的壓力密切相關(guān)，由于DCpx／熔體Na隨著壓力的增加而降低，而單斜輝石和石榴子石的基本不變[19，24]，熔體的 Na／Ti值隨著平均壓力的增加而降低。長嶺斷陷中基性火山巖的Na／Ti值為1.8～2.5，與漢諾壩玄武巖的 Na／Ti值相近[15，25]，表明長嶺斷陷玄武巖的原始巖漿產(chǎn)生于和漢諾壩玄武巖相近的壓力條件下。研究表明，漢諾壩玄武巖起源于100km以下的深度[24-25]，暗示長嶺斷陷玄武巖也起源于100km以下的深處，進一步說明長嶺斷陷中基性火山巖起源于軟流圈地幔。再次，長嶺斷陷中基性火山巖與來自軟流圈地幔的大同堿性玄武巖[15]有著極為相似的地化特征（圖5），暗示長嶺斷陷玄武巖和大同堿性玄武巖有著相似的巖漿源區(qū)，即軟流圈地幔。

圖6 長嶺斷陷中基性火山巖Nb／Yb-Th／Yb圖解（a）和Ta／Yb-Th／Yb圖解（b）（底圖據(jù)文獻[20-21]）Fig.6 Nb／Yb-Th／Yb（a）and Ta／Yb-Th／Yb（b）diagrams of intermediate-basic volcanic rocks from Changling depression（the bas map after reference[20-21]）

Ce／Yb與Sm／Yb的變化圖可以用來區(qū)分尖晶石相橄欖石的熔融和石榴子相橄欖石的熔融。因為Yb在石榴子石中是相容的，而Ce、Sm是不相容的。當熔融程度低時，Ce／Yb與Sm／Yb會產(chǎn)生強烈的分異。與之相反，在尖晶石相橄欖石熔融時，Ce／Yb與Sm／Yb只產(chǎn)生輕微的分異[26]。圖7顯示研究區(qū)玄武巖的巖漿源區(qū)具有石榴子相橄欖巖特征，其部分熔融的程度為12%～15%。

圖7 長嶺斷陷中基性火山巖（Ce／Yb）N-（Sm／Yb）N 變化圖（底圖據(jù)文獻[26]）Fig.7 Variation of normarized Sm／Yb versus Ce／Yb of intermediate-basic volcanic rocks from Changling depression（the base map modified after reference[26]）

由地球化學(xué)分析可知，長嶺斷陷玄武質(zhì)火山巖具有富集輕稀土元素和大離子親石元素的特征，表明其源區(qū)可能經(jīng)歷了流體／熔體的交代富集作用。利用不相容元素比值可以區(qū)分源區(qū)地幔交代介質(zhì)的來源，受板內(nèi)軟流圈小比例部分熔融的富硅富堿流體或富CO2流體交代過的地幔部分熔融形成的巖漿，同時富集大離子親石元素和高場強元素[27-28]，而受俯沖洋殼析出流體交代過的地幔則具有明顯的Nb、Ta虧損和Nb／Ta分異[29]。研究區(qū)火山巖同時富集大離子親石元素和高場強元素Nb、Ta，且具有與原始地幔一致的Nb／Ta值（16.8～17.4）。因此，這些火山巖源區(qū)地幔富集的機制明顯與俯沖流體無關(guān)，上述特征可能指示深部地幔流體的對源區(qū)的貢獻。在 Nb／Yb-Th／Yb和 Ta／Yb-Th／Yb圖解（圖6）中樣品落入MORB-OIB排列上且靠近OIB端元，與板內(nèi)地幔交代富集趨勢一致，進一步說明火山巖漿源區(qū)經(jīng)歷了地幔流體的交代。

5 結(jié)論

1）松南180井原定為火石嶺組的火山巖應(yīng)為營城組火山巖。

2）長嶺斷陷中基性火山巖具有洋島玄武巖的地球化學(xué)特征，巖漿源區(qū)為軟流圈地幔，經(jīng)歷了深部地幔流體的交代富集作用，巖漿未遭受地殼物質(zhì)的混染。

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