張海華，張 健，陳樹旺，鄭月娟，蘇 飛，卞雄飛，黃 欣，李曉海，張德軍，孫 雷中國地質(zhì)調(diào)查局 沈陽地質(zhì)調(diào)查中心，遼寧沈陽110034

0 前言

松遼盆地位于中國東北地區(qū)，北與西伯利亞板塊相鄰，南部與華北板塊相接，是一個(gè)構(gòu)造演化的疊合區(qū)域.自晚古生代起，松遼盆地可能經(jīng)歷了多期次、多方向的板片俯沖及火山－巖漿事件等復(fù)雜的構(gòu)造演化影響.與白堊系基礎(chǔ)地質(zhì)研究相比，盆地前中生代地層、巖漿事件、構(gòu)造演化及盆地基底的研究明顯薄弱，同時(shí)松遼盆地覆蓋嚴(yán)重，基巖較少出露（圖1），這給盆地內(nèi)火山－巖漿事件的研究帶來較大的困難，也致使以往晚古生代以來的巖漿作用及構(gòu)造演化的調(diào)查工作多集中于松遼盆地的外圍露頭區(qū)，針對(duì)松遼盆地內(nèi)的研究和調(diào)查十分薄弱和缺乏.

松遼盆地是大型的含油氣盆地，富含石油及天然氣等沉積礦產(chǎn).在以往的油氣勘探中，松遼盆地主要的勘探目的層為白堊系，在經(jīng)歷了多年的勘探開發(fā)后，如今已經(jīng)進(jìn)入了尋找新的油氣藏和盆地深層系油氣資源的階段.近年來松遼盆地及外圍石炭系—二疊系油氣基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查工作表明，松遼盆地上二疊統(tǒng)具有良好的油氣資源前景，松遼盆地四深1井見多層石炭系—二疊系天然氣顯示，肇深8井營城組所產(chǎn)天然氣來源于石炭系—二疊系［1］，松遼盆地深層系石炭系—二疊系見豐富的油氣資源［2-3］.但關(guān)于二疊系地層的確認(rèn)，在盆地內(nèi)大多只是依據(jù)局部鉆孔的古生物化石以及巖石組合和地層對(duì)比［4］，而基于巖漿巖、碎屑巖同位素年代學(xué)的研究鮮有報(bào)道，對(duì)于地質(zhì)條件和構(gòu)造演化復(fù)雜的大型盆地而言，地層時(shí)代的研究缺乏精確的同位素年代學(xué)證據(jù).

近年來，中國地質(zhì)調(diào)查局沈陽地質(zhì)調(diào)查中心在松遼盆地北部開展了石炭系—二疊系油氣地質(zhì)調(diào)查工作，進(jìn)行了地質(zhì)調(diào)查井鉆探，對(duì)所取巖心進(jìn)行了系統(tǒng)的描述和取樣分析.本文旨在對(duì)松遼盆地北部黑富地3井井段侵入到碎屑巖中的脈巖樣品進(jìn)行同位素鋯石U－Pb年代學(xué)分析，結(jié)合區(qū)域已有的研究成果，確定侵入巖的時(shí)代，探討侵入巖的期次及構(gòu)造演化特征，同時(shí)對(duì)碎屑巖地層進(jìn)行時(shí)代約束，以期為松遼盆地基礎(chǔ)地質(zhì)研究及油氣資源調(diào)查提供基礎(chǔ)資料.

1 區(qū)域地質(zhì)概況

研究區(qū)位于松遼盆地北部齊齊哈爾市富?？h.松遼盆地處于西伯利亞板塊、華北板塊和太平洋板塊挾持的構(gòu)造復(fù)合部位，動(dòng)力學(xué)背景十分復(fù)雜，基底由上古生界石炭系—二疊系和不同期次的花崗巖組成（圖1）.盆地面積約26×104km2，是中國油氣資源最為豐富的大型陸相含油氣盆地.松遼盆地在三疊紀(jì)—早侏羅世時(shí)期，地幔物質(zhì)大量上涌引起地殼隆起，盆地整體呈現(xiàn)上升隆起狀態(tài)；中侏羅世至早白堊世早期，盆地中部區(qū)域莫霍面隆起使地幔作用進(jìn)一步加劇，形成大規(guī)模的拉張，并產(chǎn)生以北北東向?yàn)橹鞯膹埿詷?gòu)造帶，同時(shí)伴隨火山噴發(fā)，盆地進(jìn)入斷陷發(fā)育階段；早白堊世晚期至晚白堊世嫩江期，大范圍張性斷裂發(fā)育使地殼塌陷，形成統(tǒng)一的湖盆，在青山口組至嫩江組時(shí)期，達(dá)到最大湖泛期，盆地進(jìn)入了陸內(nèi)拗陷發(fā)育階段；晚白堊世嫩江組沉積之后，喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)時(shí)期地殼加劇抬升，受擠壓構(gòu)造作用盆地開始隆升，湖盆逐漸收縮，盆地進(jìn)入了褶皺萎縮期［5-6］.

圖1 研究區(qū)地質(zhì)略圖Fig.1 Geological sketch map of the study area

研究區(qū)實(shí)施的黑富地3井位于松遼盆地北部的富裕構(gòu)造帶（圖2）.前人研究表明，研究區(qū)基底為石炭系—二疊系，蓋層主要發(fā)育有下白堊統(tǒng)的火石嶺組（K1h）、沙河子組（K1sh）、營城組（K1yc）、登婁庫組（K1d）、泉頭組（K1q），上白堊統(tǒng)青山口組（K2qn）、姚家組（K2y）、嫩江組（K2n）、四方臺(tái)組（K2s）、明水組（K2m），古近系（E）和新近系（N）［7］.

圖2 松遼盆地北部地區(qū)構(gòu)造單元?jiǎng)澐謭D（據(jù)文獻(xiàn)［8］修編）Fig.2 Tectonic division of northern Songliao Basin（Modified from Reference［8］）

黑富地3井揭示的地層自上而下為第四系（0～210 m）、明水組（210～495 m）、四方臺(tái)組（495～550 m）、嫩江組（550～910 m）、姚家組（910～1010 m）、青山口組（1010～1190 m）、泉頭組（1190～1342 m）、林西組（1342～2749 m）.該井脈巖發(fā)育，主要為灰色二長斑巖和灰褐色閃長玢巖.本次研究樣品為侵入到林西組碎屑巖中的閃長玢巖（圖3），對(duì)其進(jìn)行同位素年代學(xué)分析.

2 樣品特征與分析方法

圖3 黑富地3井下部柱狀圖及采樣位置Fig.3 Stratigraphic column and sampling location of HFD-3 well

侵入巖鋯石測年樣品采自黑富地3井2 712.7 m井段巖心（圖3、4a），巖性為灰褐色閃長玢巖.巖石呈灰褐色，斑狀結(jié)構(gòu)，基質(zhì)呈顯微晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造.薄片樣品鏡下特征、成分特征及其變化如下.

巖石主要由斑晶和基質(zhì)組成.斑晶主要為斜長石、角閃石和黑云母，少數(shù)斑晶聚集在一起呈聚斑和連斑結(jié)構(gòu).斜長石多呈半自形板柱狀，少數(shù)呈他形粒狀，礦物粒徑大小一般為0.2～3.2 mm，多發(fā)育聚片雙晶和環(huán)帶結(jié)構(gòu)，多發(fā)生土化和絹云母化，部分表面發(fā)生較強(qiáng)烈的土化和絹云母化；角閃石多呈他形粒狀，少數(shù)呈半自形柱狀，礦物粒徑大小一般為0.2～1.2 mm，單偏光下呈淺黃綠—淺藍(lán)綠多色性，正交光下呈Ⅱ級(jí)藍(lán)綠干涉色，多數(shù)局部被透閃石交代，部分被黑云母交代；黑云母多呈他形片狀，片徑大小一般為0.4～0.6 mm，單偏光下呈淺黃—黃褐多色性，正交光下呈Ⅲ級(jí)紅干涉色，多發(fā)生褪色，部分發(fā)生綠泥石化.

圖4 閃長玢巖巖心及鏡下特征Fig.4 Core and microphotograph of diorite porphyrite

基質(zhì)主要是斜長石、石英、角閃石、黑云母和不透明礦物.斜長石多呈半自形板柱狀，少數(shù)呈他形粒狀，礦物粒徑多小于0.1 mm，部分可見聚片雙晶，表面多發(fā)生較輕微土化和絹云母化；石英多呈他形粒狀，礦物粒徑多小于0.1 mm，表面較干凈，多同斜長石呈集合體分布；角閃石多呈他形粒狀，礦物粒徑多小于0.2 mm，單偏光下無色，正交光下呈Ⅱ級(jí)藍(lán)綠干涉色，局部發(fā)生綠簾石化；黑云母多呈他形片狀，片徑多小于0.1 mm，單偏光下呈淺黃—淺黃褐多色性，正交光下呈Ⅲ級(jí)紅干涉色，部分發(fā)生綠泥石化.不透明礦物多呈粉末狀集合體，黑色不透明，可能為一些鐵質(zhì)（圖4b）.

樣品鋯石分選在廊坊市誠信地質(zhì)服務(wù)有限公司進(jìn)行.首先將樣品進(jìn)行粉碎分選，分選出的鋯石在雙目鏡下挑選，選擇透明度較高、晶形較完好且內(nèi)部無裂隙具有代表性的鋯石進(jìn)行制靶.制靶后用陰極發(fā)光、透射和反射光對(duì)鋯石樣品進(jìn)行照相.鋯石陰極發(fā)光圖像在北京大學(xué)電鏡室完成.制靶、透射和反射光圖像制備及LA－ICP－MS U－Pb測試在中國地質(zhì)大學(xué)（北京）地學(xué)實(shí)驗(yàn)中心元素地球化學(xué)研究室完成.通過反射光、透射光及陰極發(fā)光圖像綜合分析，選擇晶形好、環(huán)帶清晰的鋯石樣品，用激光剝蝕等離子體質(zhì)譜儀（LA－ICPMS）進(jìn)行鋯石U－Pb同位素測試.鋯石靶的制備過程與SHRIMP方法相似［9］.鋯石U－Pb測試的儀器為美國New Wave Research Inc.公司生產(chǎn)的激光剝蝕進(jìn)樣系統(tǒng)（UP 193SS）和美國Agilent科技有限公司生產(chǎn)的Agilent 7500a型四級(jí)桿等離子質(zhì)譜儀聯(lián)合構(gòu)成的激光等離子質(zhì)譜系統(tǒng)（LA－ICP－MS）.實(shí)驗(yàn)用36μm的激光束斑直徑和10 Hz的激光頻率，激光取樣過程采用5 s的預(yù)剝蝕時(shí)間、20 s的沖洗樣品池時(shí)間以及40 s的剝蝕取樣時(shí)間.實(shí)驗(yàn)采用人工合成硅酸鹽玻璃NIST610作為外標(biāo)［10］，Si作為內(nèi)標(biāo)進(jìn)行元素校正，采用標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500作為外標(biāo)進(jìn)行U－Pb同位素分餾效應(yīng)的校正計(jì)算，澳大利亞鋯石標(biāo)樣TEM［11］和QH［12］作為監(jiān)控盲樣來監(jiān)視測試過程中的穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)質(zhì)量.數(shù)據(jù)處理采用澳大利亞Glitter軟件（ver.4.4，Macquarie University）完成，普通鉛校正方法同文獻(xiàn)［13］.

3 同位素年齡分析結(jié)果

本研究對(duì)黑富地3井閃長玢巖樣品（2712.7TWS）進(jìn)行了鋯石LA－ICP－MS U－Pb同位素分析，對(duì)樣品進(jìn)行了25個(gè)點(diǎn)測試分析.從陰極發(fā)光圖（圖5）上可見，鋯石為自形—半自形，大多鋯石保留了巖漿結(jié)晶鋯石的晶體形態(tài)，呈現(xiàn)長柱狀和短柱狀，粒徑主要集中在80～150μm之間，長寬比多數(shù)為2∶1，具有清晰的巖漿震蕩環(huán)帶，少部分鋯石有不同程度破碎，Th/U介于1.96～8.94間.以上特征表明樣品鋯石為巖漿成因鋯石.

鋯石樣品測試結(jié)果（表1、圖6）顯示，25個(gè)點(diǎn)數(shù)據(jù)均在諧和線上及其附近，均為諧和年齡，其中有1個(gè)測試點(diǎn)的數(shù)據(jù)年齡偏小（點(diǎn)18，188±5 Ma），可能為混入的鋯石.其余的年齡可以分為3組：第一組年齡介于（242±6）～（247±6）Ma，加權(quán)平均值為245.5±1.9 Ma（MSWD＝0.44，n＝8），應(yīng)為閃長巖的結(jié)晶年齡；第二組269～295 Ma，6個(gè)測試點(diǎn)，年齡的加權(quán)平均值為289.0±6 Ma；第三組313～353 Ma，9個(gè)測試點(diǎn)，年齡的加權(quán)平均值為338.0±3 Ma.后兩組應(yīng)為巖漿捕獲較老的基底的年齡.結(jié)合上述分析可知，245.5±1.9 Ma代表了脈巖的形成年齡，該脈巖為早中三疊世侵入巖.

圖5 閃長玢巖樣品（2712.7TWS）陰極發(fā)光圖像和年齡Fig.5 CL images and U-Pb ages of the zircons in diorite porphyrite sample

圖6 閃長玢巖樣品（2712.7TWS）鋯石U－Pb年齡諧和圖Fig.6 Zircon U-Pb concordia diagram of diorite porphyrite sample

4 討論

4.1 巖漿巖年齡及地質(zhì)意義

本次研究的脈巖樣品具體可歸納為3個(gè)年齡區(qū)間：242～247 Ma，年齡的加權(quán)平均值為245.5±1.9 Ma；269～295 Ma，加權(quán)平均值為289.0±6 Ma；313～353 Ma，加權(quán)平均值為338.0±3 Ma.還有一顆較老的年齡為390.0±5 Ma.245.5±1.9 Ma的結(jié)晶年齡代表本次巖漿熱事件——閃長玢巖的形成年齡，后兩組較老的年齡應(yīng)為早期次巖漿作用所形成的鋯石，后被早中三疊世火山巖漿作用捕獲.

242～247 Ma的年齡為中三疊世早期.侯賀晟等［14］在松遼盆地中央凹陷區(qū)深部科學(xué)鉆探井松科2井獲得安山巖的鋯石U－Pb年齡為242.6±0.77 Ma；余星等［15］在松遼盆地徐家圍子斷陷區(qū)獲得了252～237 Ma火山巖的年齡；裴福萍等［16］在松遼盆地南部取得了火山巖218～236 Ma、254 Ma的年齡；陳樹旺等［17］針對(duì)松遼盆地西斜坡區(qū)地質(zhì)井火山巖樣品進(jìn)行同位素測年分析，年齡介于224.7～234.0 Ma之間，時(shí)代為晚三疊世.在松遼盆地周邊地區(qū)也發(fā)現(xiàn)有大量的三疊紀(jì)火山事件.在科爾沁右翼前旗索倫鎮(zhèn)的下三疊統(tǒng)哈達(dá)陶勒蓋組（T1h），巖性主要為深灰及雜色安山巖夾流紋巖、頁巖、凝灰質(zhì)細(xì)砂巖及紫色砂巖、粉砂巖等，其同位素年齡為250～245 Ma（K－Ar法）［18］；司秋亮等［19］對(duì)大興安嶺中段蘑菇氣地區(qū)哈達(dá)陶勒蓋組火山巖進(jìn)行的同位素年代學(xué)研究，結(jié)果顯示火山巖形成于234～244 Ma的中三疊世；張海華等［20］報(bào)道了內(nèi)蒙古科爾沁右翼中旗花崗巖的形成年齡為242.6±2.5 Ma；在烏蘭浩特－索倫地區(qū)獲得的中晚三疊世巖漿巖的侵位年齡為235～225 Ma［21］；小興安嶺東部發(fā)育的清水巖體的結(jié)晶年齡為222±5 Ma［22］.以上研究成果表明，三疊紀(jì)侵入巖及火山巖在東北地區(qū)廣泛發(fā)育，而以上三疊紀(jì)火山巖的年齡研究表明，在松遼盆地內(nèi)三疊系地層亦是存在的，導(dǎo)致三疊紀(jì)巖漿活動(dòng)的構(gòu)造體制應(yīng)為較大范圍和規(guī)模的應(yīng)力作用——即應(yīng)與古亞洲洋構(gòu)造體制轉(zhuǎn)換有關(guān).松遼盆地及周邊三疊紀(jì)火山－巖漿事件與西伯利亞板塊與華北板塊在二疊紀(jì)末期的碰撞拼合相關(guān)，應(yīng)形成于造山后的伸張構(gòu)造背景［23］.

捕獲鋯石的兩組年齡269～295 Ma、313～353 Ma，應(yīng)反映松遼盆地早期巖漿事件的形成時(shí)代.269～295 Ma反映松遼盆地存在早—中二疊世（海西期）的巖漿事件，在松遼盆地南部營城組存在254 Ma、294 Ma火山巖［16］，松遼盆地南部團(tuán)山子基性脈巖中獲得291 Ma的鋯石年齡［24］，松遼盆地北部早白堊世營城組火山巖捕獲的鋯石年齡顯示有290～297 Ma的年齡［15］，海西期捕獲鋯石所指示的巖漿活動(dòng)應(yīng)與華北板塊和西伯利亞板塊的俯沖碰撞及造山作用相關(guān).

表1 閃長玢巖鋯石U－Pb定年數(shù)據(jù)Table 1 Zircon U-Pb dating results of diorite porphyrite

313～353 Ma時(shí)期（石炭紀(jì)）捕獲的鋯石年齡在松遼盆地鮮有報(bào)道.周長勇等［25］對(duì)大興安嶺北部地區(qū)塔河輝長巖體研究表明，塔河地區(qū)約在330 Ma存在板塊的消減過程，這可能與興安地塊與松嫩地塊的拼合有關(guān).同時(shí)該組年齡與內(nèi)蒙古蘇尼特左旗－錫林浩特－西烏旗巖漿弧的年齡相吻合［26-33］.

綜合上述表明，松遼盆地北部存在中三疊世早期巖漿熱事件.捕獲鋯石年齡進(jìn)一步證明松遼盆地至少還經(jīng)歷了石炭紀(jì)、早—中二疊世等多次火山活動(dòng)及巖漿侵位等增生作用.

4.2 對(duì)地層時(shí)代的約束

松遼盆地晚古生代的研究近年來取得了諸多進(jìn)展，尤其是深層系油氣資源的發(fā)現(xiàn)［1-2］.但對(duì)于晚古生代地層的確定，前人的研究多停留在巖相學(xué)描述和地層對(duì)比方面，時(shí)代的確定大多依據(jù)巖石組合特征和區(qū)域地層對(duì)比，一直缺少地層年代學(xué)資料，古生物年代學(xué)等資料也缺少，尤其是同位素年代學(xué)資料缺乏，這將影響從總體上把握松遼盆地晚古生代地層的分布規(guī)律和區(qū)域構(gòu)造演化歷史的研究及探討，也將嚴(yán)重阻礙盆地油氣資源的評(píng)價(jià)和生烴層系的認(rèn)識(shí)分析等.本次所取得的閃長玢巖的巖漿年齡為245.5±1.9 Ma，時(shí)代為中三疊世早期，指示其是在中三疊世早期侵位、侵入到碎屑巖地層中，即確定了該套碎屑巖的沉積上限年齡——碎屑巖是在245.5±1.9 Ma之前沉積成巖的.結(jié)合古生物化石證據(jù)（另文發(fā)表）和巖石組合特征等，表明脈巖所侵入的這套碎屑巖地層為晚二疊世林西組.這為在松遼盆地進(jìn)行深層系油氣資源調(diào)查提供了有意義的基礎(chǔ)數(shù)據(jù).

5 結(jié)論

1）松遼盆地北部地質(zhì)調(diào)查井（黑富地3井）發(fā)育的閃長玢巖脈巖，侵位結(jié)晶年齡為245.5±1.9 Ma，表明為早中三疊世侵入體，指示在松遼盆地北部發(fā)育早中三疊世巖漿火山熱事件.存在269～295 Ma、313～353 Ma兩組捕獲鋯石年齡.

2）脈巖的結(jié)晶年齡及捕獲鋯石年齡代表了松遼盆地至少經(jīng)歷了石炭紀(jì)、早—中二疊世、早中三疊世等多次火山活動(dòng)及巖漿侵位等作用.巖漿熱事件的發(fā)育構(gòu)造背景應(yīng)與古亞洲洋的碰撞拼合及碰撞后的伸展體制有關(guān).

3）閃長玢巖的結(jié)晶侵位年齡限制了所侵入碎屑巖地層的沉積時(shí)代上限.碎屑巖地層是在245.5±1.9 Ma之前沉積成巖的，佐證了碎屑巖層系為上二疊統(tǒng)林西組.