摘 要 【目的】早二疊世的準(zhǔn)噶爾盆地是古亞洲洋閉合之后形成的一個(gè)陸內(nèi)繼承性斷陷盆地。同斷陷階段，在準(zhǔn)噶爾盆地西北緣瑪湖凹陷充填了最重要的烴源巖層系——下二疊統(tǒng)風(fēng)城組堿湖烴源巖，但是尚不明確其沉積年齡?！痉椒ā客ㄟ^(guò)掃描電鏡和能譜分析對(duì)一件凝灰質(zhì)巖屑砂巖開(kāi)展了詳細(xì)的巖石學(xué)分析?！窘Y(jié)果與結(jié)論】該樣品包含大量的凝灰?guī)r巖屑和火山玻璃（52%）、中—酸性巖漿巖巖屑（38%），以及少量石英、長(zhǎng)石和角閃石礦物（10%），報(bào)道的最年輕五顆碎屑鋯石年齡平均值及最年輕年齡圖譜一致，年齡為282±4 Ma，指示早二疊世的同沉積火山活動(dòng)是主要物源區(qū)，西準(zhǔn)噶爾山系和中拐—陸梁凸起是次要物源區(qū)。結(jié)合堿湖沉積底部和頂部報(bào)道的兩件凝灰?guī)r樣品鋯石U-Pb結(jié)果，最年輕的五顆碎屑鋯石平均年齡分別為284±4 Ma和279±4 Ma。從底部到頂部年齡逐漸變年輕，是同斷陷階段幕式火山噴發(fā)的同沉積記錄，表明下二疊統(tǒng)風(fēng)城組堿湖的沉積年齡為284-279？Ma。

關(guān)鍵詞 風(fēng)城組；沉積年齡；鋯石U-Pb測(cè)年；堿湖；下二疊統(tǒng)；瑪湖凹陷

第一作者簡(jiǎn)介 唐文斌，男，1990年出生，博士，研究員，沉積學(xué)、構(gòu)造地質(zhì)學(xué)和石油地質(zhì)學(xué)，E-mail： wbtang@cdut.edu.cn

中圖分類(lèi)號(hào) P512.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 A

0 引言

在巖漿活動(dòng)頻繁的地質(zhì)環(huán)境中，火山噴發(fā)、沉積過(guò)程（化學(xué)風(fēng)化、機(jī)械破碎、搬運(yùn)、沉積和成巖）和構(gòu)造作用（斷裂帶活動(dòng)）都可以產(chǎn)生碎屑。這些碎屑沿著火山斜坡，由水系搬運(yùn)至不同類(lèi)型的沉積盆地，或者與其他來(lái)源的沉積物發(fā)生不同比例的混合堆積和相互作用，形成火山碎屑巖、熔積巖、凝灰?guī)r、巖屑砂巖等[1?2]。這些火山碎屑物質(zhì)不僅攜帶了巖漿活動(dòng)背景信息，而且可以對(duì)攜帶的鋯石進(jìn)行放射性年代學(xué)分析[3?4]。在測(cè)試獲得的年齡直接解釋最大的沉積年齡之前，必須證明兩個(gè)先決條件：（1）測(cè)試的礦物結(jié)晶時(shí)間為最后一次噴發(fā)或者略早于最后一次噴發(fā)之前；（2）火山活動(dòng)必須與沉積過(guò)程是同時(shí)發(fā)生的[5?6]。

由于準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷下二疊統(tǒng)風(fēng)城組堿湖沉積缺乏直接的巖漿活動(dòng)記錄，所以導(dǎo)致以往風(fēng)城組的沉積年齡數(shù)據(jù)和地質(zhì)意義存在爭(zhēng)議。最初學(xué)者基于風(fēng)城組與上覆和下伏地層的疊置關(guān)系，以及相關(guān)古生物證據(jù)，將風(fēng)城組的沉積時(shí)限厘定為早二疊世晚期，但是尚不明確其準(zhǔn)確年齡[7?9]。Wang etal.[10]對(duì)堿湖沉積序列底部的蝕變凝灰?guī)r進(jìn)行LAICP-MS 鋯石U-Pb 定年，得出304～296 Ma 的年齡區(qū)間，認(rèn)為風(fēng)城組堿湖序列是300 Ma左右冰期事件的沉積響應(yīng)[11]。也有學(xué)者對(duì)風(fēng)城組堿湖沉積層段的凝灰質(zhì)巖屑砂巖和凝灰?guī)r開(kāi)展了LA-ICP-MS 鋯石U-Pb 定年，得出的最年輕年齡峰值為～280 Ma[12?14]。準(zhǔn)確的年齡時(shí)限對(duì)于約束瑪湖凹陷早二疊世盆地構(gòu)造演化的動(dòng)力學(xué)機(jī)制、古氣候背景和油氣成藏過(guò)程具有重要意義。在收集3件凝灰質(zhì)巖屑砂巖和凝灰?guī)r樣品鋯石U-Pb年齡數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，本文對(duì)其中一件凝灰質(zhì)巖屑砂巖樣品進(jìn)行了詳細(xì)的巖石學(xué)特征分析。通過(guò)物源分析確定下二疊統(tǒng)風(fēng)城組堿湖沉積具有用沉積火山活動(dòng)的物質(zhì)來(lái)源，并且碎屑鋯石U-Pb年齡由底部向頂部逐漸變年輕，指示堿湖同沉積期的火山幕式噴發(fā)，更準(zhǔn)確地厘定了風(fēng)城組堿湖的沉積時(shí)限。

1 地質(zhì)概況

瑪湖凹陷是準(zhǔn)噶爾盆地最重要的生烴凹陷[15]。現(xiàn)今瑪湖凹陷呈北東—南西向展布（圖1a），西北緣為扎伊爾山和哈拉阿拉特山，西南緣為中拐凸起、達(dá)巴松凸起和陸梁凸起。紅車(chē)斷裂帶、克百斷裂帶和烏夏斷裂帶控制著二疊系—三疊系的傾斜和剝蝕，以及大型油氣系統(tǒng)的分布規(guī)律[16]。二疊紀(jì)的瑪湖凹陷為繼承性斷陷盆地—坳陷盆地，在晚二疊世—早三疊世發(fā)生構(gòu)造反轉(zhuǎn)[17]?，敽枷莩涮盍顺^(guò)8 000 m的陸相沉積序列（圖1b），其中二疊系風(fēng)城組是瑪湖凹陷的主力烴源巖層系，不僅為上覆源外砂礫巖“大油區(qū)”提供物質(zhì)基礎(chǔ)，而且在源內(nèi)常規(guī)砂礫巖油藏和頁(yè)巖油有序共生，形成全油氣系統(tǒng)[18?19]。風(fēng)城組充填了斷陷盆地同斷陷階段的沉積序列，自下而上分為三段：風(fēng)一段（P1 f1）、風(fēng)二段（P1 f2）和風(fēng)三段（P1 f3）?，敽枷菸鞅本夁吘壪嘀饕獮樯热侵奚暗[巖，沉積中心為湖相沉積。風(fēng)一段主要由底部的中—基性火山巖過(guò)渡為白云質(zhì)泥巖和頂部的富有機(jī)質(zhì)泥巖。風(fēng)二段主要由富有機(jī)質(zhì)泥巖、白云質(zhì)泥巖和濁積砂巖組成。風(fēng)三段由白云質(zhì)泥巖和富有機(jī)質(zhì)泥巖過(guò)渡為扇三角洲砂礫巖[20]（圖1c）。大量的地球化學(xué)研究表明，風(fēng)一段的古氣候條件由半干旱變潮濕，風(fēng)二段由潮濕變干旱，風(fēng)三段又轉(zhuǎn)變?yōu)榘敫珊礫21]。

西準(zhǔn)噶爾分為三個(gè)構(gòu)造單元：西準(zhǔn)噶爾北部、西準(zhǔn)噶爾中部和西準(zhǔn)噶爾南部（圖1a）。西準(zhǔn)噶爾北部包括志留紀(jì)—石炭紀(jì)博什庫(kù)爾—成吉思弧和扎瑪爾—薩烏爾弧組成。西準(zhǔn)噶爾中部泥盆紀(jì)—石炭紀(jì)海相沉積序列組成。西準(zhǔn)噶爾南部寒武紀(jì)—早志留世的洋內(nèi)島弧和蛇綠混雜巖帶組成。整個(gè)西準(zhǔn)噶爾廣泛出露大量的晚石炭世—早二疊世的A型花崗巖[22]。西準(zhǔn)噶爾三個(gè)構(gòu)造單元的不同構(gòu)造背景，以及大量的巖石學(xué)和熱年代學(xué)數(shù)據(jù)，為早二疊世瑪湖凹陷的潛在物源區(qū)分析提供了有利條件。

2 材料與方法

本文選取位于扇三角洲前緣濁積巖中的凝灰質(zhì)巖屑砂巖樣品，進(jìn)行了詳細(xì)的巖石學(xué)特征分析，樣品位置見(jiàn)圖1c。在河北廊坊宇能巖石礦物分選技術(shù)服務(wù)有限公司完成了探針片的磨制，在加拿大圣瑪麗大學(xué)的電子顯微鏡中心完成SEM掃描電鏡觀(guān)察以及單礦物的能譜分析。拋光樣品在鍍碳之后，進(jìn)行掃描電子顯微鏡觀(guān)察（Tescan Mira 3 FESEM）和能譜儀分析（30 kV，Oxford Instrument X-Max 80 mm2）。

瑪湖凹陷西斜坡報(bào)道的3件碎屑鋯石U-Pb年代學(xué)數(shù)據(jù)均來(lái)源于筆者已發(fā)表的文獻(xiàn)[12?13]，取樣位置見(jiàn)圖2。取自Jl17井的樣品位于風(fēng)二段中部的前扇三角洲的濁積砂體（圖1c），取自Fn4井的樣品位于風(fēng)一段頂部的凝灰?guī)r層，取自X40井的樣品位于風(fēng)二段頂部的凝灰?guī)r層。風(fēng)二段堿湖的沉積中心位于Fn4井附近，厚度向瑪湖凹陷西斜坡北東—南西向的湖盆邊緣逐漸減薄。由于北東緣的X40井頂部主要為凝灰?guī)r，而沉積中心主要為白云質(zhì)泥巖，兩者不能通過(guò)巖性和測(cè)井曲線(xiàn)進(jìn)行對(duì)比，所以不能確定是否為風(fēng)二段頂界。盡管如此，三件年代學(xué)樣品的取樣位置垂向覆蓋了風(fēng)二段堿湖沉積的頂?shù)捉?，因此可以作為約束風(fēng)二段堿湖沉積時(shí)限的關(guān)鍵證據(jù)。

3 巖石學(xué)特征與碎屑鋯石U?Pb測(cè)年

3.1 巖石學(xué)特征

從Jl17井獲取的砂巖樣品為凝灰質(zhì)巖屑砂巖，分選較差。隨機(jī)對(duì)116個(gè)巖屑和單礦物進(jìn)行了掃描電鏡觀(guān)察和能譜分析，陸源碎屑成分主要包括凝灰?guī)r巖屑和火山玻璃（52%）、中—酸性巖漿巖巖屑（38%），以及少量長(zhǎng)石、石英和角閃石（10%）（圖3）。

碎屑組分超過(guò)50%為凝灰?guī)r巖屑和火山玻璃，粒度介于100～600 μm，棱角狀—次棱角狀。石英和長(zhǎng)石礦物呈他形，指示快速結(jié)晶，可見(jiàn)玻屑，鋯石發(fā)育（圖4）。礦物組合指示為中—酸性巖漿噴發(fā)的產(chǎn)物，鉀長(zhǎng)石發(fā)生了一定程度的鈉長(zhǎng)石化（圖4b，d，e）。

巖漿巖巖屑主要包括中性和酸性巖漿巖巖屑（38%）。酸性巖漿巖巖屑主要為流紋巖巖屑，礦物組分主要為石英、鉀長(zhǎng)石和鈉長(zhǎng)石（圖4h，i）。粒度介于50～500 μm，次圓—次棱角狀，鉀長(zhǎng)石發(fā)生了一定程度的鈉長(zhǎng)石化。中性巖漿巖巖屑主要包括閃長(zhǎng)巖巖屑、粗面巖巖屑和安山巖巖屑，礦物組分包括鈉長(zhǎng)石和角閃石（圖4h），粒度介于100～600 μm，次圓—次棱角狀。巖屑中的縫洞均被方解石充填（圖4h）。

碎屑顆粒間的膠結(jié)物主要為鈉長(zhǎng)石和方解石，鈉長(zhǎng)石呈自形—半自形，早于方解石充填孔隙（圖4g，h）。

3.2 碎屑鋯石與U?Pb 測(cè)年

碎屑鋯石形態(tài)呈自形—半自形，長(zhǎng)邊介于60～200 μm，短邊介于60～200 μm，見(jiàn)明顯的環(huán)帶結(jié)構(gòu)，Tang et al.[13]對(duì)外側(cè)環(huán)帶開(kāi)展了LA-ICP-MS定年（圖5a）。Th/U比值大于0.2，指示為巖漿鋯石（圖5c）[13]。碎屑鋯石年齡圖譜顯示，主要峰值集中在石炭紀(jì)330～302 Ma，次要峰值出現(xiàn)在二疊紀(jì)284 Ma，以及少量志留紀(jì)和泥盆紀(jì)年齡（圖5b）。其中最年輕的五顆鋯石的平均年齡為282±4 Ma，與最小年齡峰值一致（圖5d）。

4 討論

4.1 物源分析

樣品的組分主要為巖漿巖巖屑，并且充填了大量的凝灰?guī)r巖屑和火山玻璃，分選磨圓較差，較低的結(jié)構(gòu)和成分成熟度表明為近源、快速堆積（圖4）。西準(zhǔn)噶爾中部廣泛出露石炭系海相沉積序列和花崗巖巖體（圖1a），并且準(zhǔn)噶爾盆地內(nèi)部的中拐凸起和陸梁凸起為石炭紀(jì)島弧（330～320 Ma）[23]。廣泛出露的花崗巖巖體（330～290 Ma）[22]，指示流紋巖巖屑可能是巖體侵入同時(shí)期的火山噴發(fā)產(chǎn)物，而中性巖漿巖屑為島弧風(fēng)化產(chǎn)物（圖4）。碎屑鋯石年齡圖譜顯示的石炭紀(jì)主要峰值與巖體和島弧活動(dòng)年齡一致，表明瑪湖凹陷西北緣的西準(zhǔn)噶爾中部以及陸梁凸起和中拐凸起為潛在物源區(qū)（圖5b）。志留系—泥盆系主要出露在西準(zhǔn)噶爾北部和西準(zhǔn)噶爾中部北緣，表明碎屑鋯石年齡圖譜中出現(xiàn)的少量志留紀(jì)—泥盆紀(jì)鋯石可能來(lái)源于這兩個(gè)相對(duì)較遠(yuǎn)的物源區(qū)（圖1a、圖5b）。

西準(zhǔn)噶爾哈拉阿拉特山殘余的玄武巖（283 Ma）和區(qū)域廣泛剝露的基性巖脈（～280 Ma），反映了早二疊世晚期頻繁的巖漿活動(dòng)[24?25]。樣品中出現(xiàn)的凝灰?guī)r巖屑和火山玻璃呈棱角狀—次棱角狀（圖4），指示短距離搬運(yùn)和快速沉積。凝灰?guī)r巖屑和火山玻璃中出現(xiàn)了大量的鋯石，碎屑鋯石年齡圖譜顯示次要峰值年齡為284 Ma，表明來(lái)源于早二疊世晚期的同火山活動(dòng)（圖5b）。

5.2 風(fēng)城組堿湖沉積時(shí)限

凝灰質(zhì)巖屑砂巖中出現(xiàn)的大量火山玻璃和凝灰?guī)r巖屑分選差，呈棱角狀和次棱角狀，其礦物組分自形程度低，指示快速結(jié)晶（圖4）。雖然鉀長(zhǎng)石受埋藏作用影響，發(fā)生了一定程度的鈉長(zhǎng)石化（圖4b，d），但是沒(méi)有經(jīng)歷再旋回。鋯石年齡圖譜的最小峰值以及最年輕的五顆鋯石的加權(quán)平均值與早二疊世的同沉積火山活動(dòng)一致（～280 Ma），表明風(fēng)城組堿湖沉積作用與火山活動(dòng)等時(shí)（圖1c）。

雖然前人在風(fēng)城組底部的凝灰?guī)r序列中，報(bào)道了～300 Ma的鋯石LA-ICP-MS測(cè)試年齡[7]，但可能是與花崗巖巖體侵位同時(shí)期火山活動(dòng)相關(guān)的凝灰?guī)r。報(bào)道的凝灰?guī)r蝕變嚴(yán)重，而且風(fēng)城組的孢粉組合特征指示為早二疊世晚期[9]，所以不能確定風(fēng)城組底部以下的凝灰?guī)r層是否與堿湖沉積存在沉積間斷。堿湖沉積中心發(fā)育凝灰?guī)r，在風(fēng)一段底部（Fn4）和風(fēng)二段頂部（X40）報(bào)道了兩件樣品的碎屑鋯石年代學(xué)結(jié)果，顯示物源與本文測(cè)試樣品的結(jié)果一致，并且最年輕的五顆碎屑鋯石平均年齡分別為284±4 Ma 和279±4 Ma[12]。三件樣品最年輕的五顆碎屑鋯石平均年齡由底部向頂部逐漸變年輕，指示早二疊世的火山幕式噴發(fā)（圖6）。

在早二疊世的干旱氣候條件下，具有半地塹結(jié)構(gòu)的湖盆發(fā)生擴(kuò)張，并且充填了湖侵序列，指示正斷層活動(dòng)創(chuàng)造的可容納空間大于沉積物供給速率，在湖盆的欠充填階段以堿湖沉積為特征[17，21]。在堿湖沉積序列中識(shí)別了大量橫向可追蹤、垂向重復(fù)出現(xiàn)的軟沉積物變形構(gòu)造，認(rèn)為是邊界正斷層誘發(fā)地震活動(dòng)的沉積響應(yīng)[20]。因此，堿湖沉積的構(gòu)造背景為斷陷盆地的同斷陷階段，構(gòu)造活動(dòng)異?；钴S。大量的研究表明，在同斷陷階段往往頻繁發(fā)生火山活動(dòng)，并且鋯石的結(jié)晶時(shí)間與噴發(fā)時(shí)間相近[26]。因此，這三件樣品獲得的最年輕的五顆碎屑鋯石平均年齡可以作為堿湖的沉積年齡，時(shí)間跨度大約為5 Ma，與旋回地層學(xué)標(biāo)定的天文時(shí)間尺度吻合[27]。綜上所述，瑪湖凹陷風(fēng)城組堿湖沉積的時(shí)限為284～279？Ma。

6 結(jié)論

（1） 瑪湖凹陷下二疊統(tǒng)風(fēng)城組的凝灰質(zhì)巖屑砂巖樣品的組分包括凝灰?guī)r巖屑和火山玻璃（52%）、中—酸性巖漿巖巖屑（38%），少量石英、長(zhǎng)石和角閃石礦物（10%），表明早二疊世同斷陷演化階段的同沉積火山活動(dòng)為主要物源區(qū)，西準(zhǔn)噶爾北部、中拐凸起和陸梁凸起的島弧序列，以及西準(zhǔn)噶爾中部的泥盆系—石炭系海相火山—沉積序列為次要物源區(qū)。

（2） 三件凝灰?guī)r樣品最年輕的五顆碎屑鋯石平均年齡由底部向頂部逐漸變年輕，并且與區(qū)域巖漿活動(dòng)的時(shí)限一致，表明巖漿幕式噴發(fā)的時(shí)間與沉積年齡一致，風(fēng)城組堿湖沉積的時(shí)限為284～279？Ma。

（3） 在利用火山碎屑巖或者凝灰質(zhì)巖屑砂巖中最年輕的五顆碎屑鋯石平均年齡約束沉積年齡之前，必須滿(mǎn)足兩個(gè)先決條件：①可以確定火山幕式噴發(fā)的時(shí)限；②火山活動(dòng)和沉積作用是等時(shí)的。風(fēng)城組是實(shí)踐該理論的天然實(shí)驗(yàn)室，具有廣泛應(yīng)用價(jià)值。

致謝 感謝國(guó)家自然科學(xué)基金委重大項(xiàng)目課題“陸相富有機(jī)質(zhì)細(xì)粒沉積巖形成演化與有效儲(chǔ)集空間發(fā)育模式”（42090021） 及國(guó)家自然科學(xué)青年基金（42202188） 的資助。感謝Georgia Pe?Piper 和David J.W. Piper 教授的指導(dǎo)和幫助，以及三位審稿專(zhuān)家的寶貴修改意見(jiàn)和建議。

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