伊通盆地基底火成岩的LA-ICP-MS锆石U-Pb定年及其地质意义

邹 瑜，陈振林，苗洪波，农军年

（1.中化地质矿山总局广西地质勘查院；2.中国地质大学（武汉）；3.中国地质大学构造与油气资源教育部重点实验室；4.中国石油吉林油田公司勘探开发研究院）

0 引言

伊通盆地在构造上位于郯庐断裂带北延部分佳木斯—伊通地堑的南段［1-2］，其基岩主要由火成岩（尤其花岗岩）构成。石油地质调查显示，伊通盆地内双阳组、奢岭组等均具有良好的石油地质条件［3-5］。随着火成岩油气藏的发现，火成岩油气的成藏机制与成因研究等逐渐得到重视［6］。目前相关的研究主要集中于火成岩岩石学、岩相学等方面，而对于其年代学的研究明显不足。此外，与伊通盆地周边地区（松辽盆地、延边地区等）基底火成岩的研究相比［7-13］，伊通盆地内火成岩的研究程度明显偏低。对于伊通盆地基底火成岩形成年代的问题，有少量文献提出伊通盆地基底与周边地区一致，主要由燕山期与海西期的花岗岩及其他变质岩组成［4，14-16］；许文良等［9］提出伊通地堑基底花岗岩锆石加权平均年龄为（159±3）Ma 或（162±2）Ma，即其形成于中侏罗世晚期或晚侏罗世早期。虽然所述年代大体一致，但是并没有很准确充足的测试数据加以证明。鉴于此，笔者对伊通盆地6个基底火成岩岩心进行了锆石分选与LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学研究，并讨论了其地质意义。

1 地质概况及样品描述

伊通盆地位于吉林省长春市和吉林市之间，自北向南依次为岔路河断陷、鹿乡断陷和莫里青断陷3个二级构造单元［17］（图1）。盆地内主要出露古近纪、第四纪地层，仅在其边缘有零星侏罗系与白垩系地层［3，11］。 钻井、测井及古生物资料显示，伊通盆地地层自下而上主要发育有前古近纪沉积地层（仅出现在X13井），古近系始新统双阳组、奢岭组、永吉组，渐新统万昌组、齐家组，新近系中新统岔路河组和第四系。目前，伊通盆地有90多口井钻遇基底，岩性主要由火成岩（尤其花岗岩）构成，盆地边缘局部出露前新生代沉积岩岩层，含有少量变质岩。笔者对6个火成岩岩心样品进行了薄片鉴定分析，其岩石类型主要包括细粒花岗岩、斑状花岗岩、二长花岗岩和钾长花岗岩等，其岩石学特征见表1。

图1 研究区构造位置图（据文献［17］修改）Fig.1 Structural location map of the study area

2 分析方法

样品来自于伊通盆地 6 口井（C24，C17，X5，L2，Y3和Y53井）的岩心，其破碎和制靶工作由河北省廊坊区域地质调查研究院地质实验室完成。首先将岩心样品进行粉碎，经过分选使锆石分离；然后在双目镜下挑选出晶形完好、透明度较好、无包裹体、无裂隙且具有代表性的锆石颗粒粘贴在环氧树脂表面，等树脂固化后将锆石的一半磨掉并抛光，使内部结构充分暴露；最后镀碳并进行阴极发光扫描电镜显微照相（CL）。锆石的阴极发光（CL）以及UPb同位素定年均在中国地质大学（武汉）地质过程与矿产资源国家重点实验室完成。通过反射光、透射光以及阴极发光图像分析，选择颗粒内部亮度较大、环带比较清晰的锆石，在锆石激光剥蚀等离子

表1 伊通盆地基底火成岩岩心样品岩性特征Table 1 The lithologic features of core samples from basement igneous rock in Yitong Basin

体质谱（LA-ICP-MS）仪器上进行U-Pb同位素定年。分析所采用的光斑直径为30 μm，并以29Si作为外标，运用国际标准锆石91500进行分馏校正［18］，详细的实验原理和过程见文献［19］—文献［21］。数据的处理运用实验室中的ICPMS DataCal程序［22-23］，年龄计算采用国际标准程序Isoplot（ver3.0）完成，测试中同位素比值和年龄的标准误差为1σ，分析结果如表2所示。

表2LA-ICP-MS锆石U-Pb分析结果Table 2 LA-ICP-MS zircon U-Pb dating results

表2（续）

3 分析结果

伊通盆地基底火成岩中的锆石除了少量外形浑圆，大部分都结晶较好，颗粒较大，呈长柱状且自形程度较好，颗粒以灰白色为主（图2）。从图2中可以看出，大部分锆石内部结构较清晰，具有典型的岩浆震荡环带，指示其主要为岩浆结晶的产物。对样品C24-1（黑云母二长花岗岩）、C17-1（碎裂岩化条纹长石二长岩）、X5-1（中细粒花岗岩）、L2-1（斑状花岗岩）、Y3-1（中细粒透闪石化绿帘石化二长花岗岩）以及Y53-1（黄铁矿化绿帘石化阳起石化辉石闪长岩）的测试点数分别为 15，12，8，8，13 和11。锆石中的Th/U可以指示锆石的成因，岩浆锆石的Th/U一般大于0.1，变质锆石的Th/U一般小于0.1［5，19-20］。 由 LA-ICP-MS 锆石 U-Pb 同位素分析可知（表2），伊通盆地基底火成岩锆石样品中，U的含量变化介于（166～940）×10-6，Th 的含量变化介于（65～853）×10-6，且样品的 C24-1，C17-1，X5-1，L2-1，Y3-1和 Y53-1的 Th/U分别为 0.57～1.29，0.39～0.64，0.75～2.41，0.86～1.52，0.77～1.11 和0.52～0.97，这些数据均位于典型岩浆锆石的Th/U范围内［24-28］。

图2 锆石阴极发光（CL）图像Fig.2 CL images of analyzed zircons

由图3可知，LA-ICP-MS测试的所有分析点均密集分布在谐和线上或其附近，基本没有发生异常，由此证明，这些锆石形成后，其U-Pb同位素体系都保持封闭，即测定的年龄值具有一定的可信度。样品C24-1的206Pb/238U年龄为171～183 Ma，加权平均年龄为（176.9±1.7）Ma［图3（a）］；C17-1 的206Pb/238U年龄为163～180 Ma，加权平均年龄为（171.6±3.0）Ma［图3（b）］；X5-1 的206Pb/238U 年龄为 168～176 Ma，加权平均年龄为（171.9±2.4）Ma［图3（c）］；L2-1的206Pb/238U年龄为166～178 Ma，加权平均年龄为（171.0± 2.8 ）Ma［图3（d）］；Y3-1 的206Pb/238U 年龄为 240～257 Ma，加权平均年龄为（248.7 ± 2.4）Ma［图3（e）］；Y53-1 的206Pb/238U 年龄为 182～192 Ma，加权平均年龄为（186.0±2.1）Ma［图3（f）］，这些数据都显示了所在岩体或单元的结晶年龄。

伊通盆地及周边地区火成岩分布范围广、规模大，多呈岩基或岩株产出。将文中锆石测试分析结果与伊通盆地前期锆石定年分析相结合（共24个样品）（表3），对伊通盆地基底火成岩进行了综合分析。

基底火成岩中锆石的CL图像及Th/U特征（图2、表2）表明，此次测试的6个锆石样品均为岩浆锆石，而且其余的18个样品也为岩浆锆石。所测样品的年龄值均位于谐和线上或其附近（图3），表明其结果具有实际地质意义，锆石的年龄反映了研究区基底岩石的形成年代。锆石定年结果与基底年龄统计图（图4）表明，伊通盆地基底年龄主要为170～336 Ma，绝大多数花岗岩为燕山期侵入。这一结果也说明了研究区基底主要由燕山期与海西期花岗岩及其他变质岩组成［4-5，15］。综合分析定年结果，伊通盆地火成岩锆石年龄为海西期（Y14-1与Y18-1的年龄分别为（336±27）Ma，（303±14） Ma）、印支期（Y3-1 与 Y13-1 的年龄分别为（247.2±3.4）Ma，（255.7±5.7 ）Ma）以及燕山期（Xg1-1，C37-1，Y53-1，C15-1，C11-1 及 Y46-2 的年龄分别为 189.1 Ma，177.5 Ma，（186.6±2.5）Ma，（171.7±3.5 ）Ma，（173.0±4.8）Ma 和（216.7±2.9 ）Ma）。 从年龄分布上看，岔路河断陷与鹿乡断陷的花岗岩年龄为170～190 Ma，莫里青断陷的花岗岩年龄为186～336 Ma。

表3 伊通盆地基底火成岩锆石定年结果Table 3 The dating of zircon from basement igneous rock in Yitong Basin

图3 样品锆石U-Pb谐和图Fig.3 The U-Pb concordia diagrams of the zircon samples

图4 伊通盆地基底年龄分布图Fig.4 The age distribution map of the basement in Yitong Basin

4 结论

伊通盆地基岩（花岗岩）的年龄主要为170～336 Ma，其中绝大多数形成于燕山期，少量形成于海西期，且各断陷花岗岩的分布存在差异。岔路河断陷与鹿乡断陷花岗岩基本形成于燕山期，而莫里青断陷花岗岩则是海西期、印支期及燕山期均有形成。伊通盆地基岩年龄主要由二叠纪、三叠纪及侏罗纪组成，以侏罗纪花岗岩为主体。

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