新疆三塘湖地区中二叠世岩浆活动与成盆动力学背景示踪

摘要

三塘湖盆地位于准噶尔盆地的东北缘，与准噶尔盆地及其周缘造山带共同构成准噶尔地区。三塘湖地区发育上石炭统哈尔加乌组、下二叠统卡拉岗组和中二叠统条湖组三套火山岩。其中条湖组火山岩以基性为主，厚度大，并有苦橄质岩与之伴生。本文以条湖组火山岩为研究主体，采用矿物岩石学、岩石地球化学、同位素地球化学、同位素年代学以及铂族元素地球化学等方法，探讨该时期的岩浆活动的动力学背景。同时探讨了条湖组火山岩对中二叠统芦草沟组生烃岩系与条湖组生烃岩系的影响。以下为本文取得的主要成果和认识：　　1)对三塘湖地区条湖组安山岩样品进行锆石U-Pb定年，其锆石U-Pb谐和年龄为(267.1±5.3)Ma(MSWD=1.13)，属于中二叠世。经地震剖面及综合录井资料核实，所在地层则为正常沉积层序，其安山岩样品的年龄可以代表条湖组的年龄，即：条湖组形成于中二叠世。　　2)条湖组火山岩主要包括苦橄质岩和玄武岩，主要造岩矿物为贵橄榄石，普通辉石，拉长石，中长石，以及碱性长石。其中橄榄石的Fo值介于73到78之间，与具最高Fo值橄榄石平衡的熔体Mg0含量在8%左右。苦橄质岩具有高的Mg#值(68～77)，玄武岩具相对低的Mg#值(41～54)。它们均具有板内岩浆岩中最常见的轻稀土元素富集和重稀土元素贫化型配分曲线特征，在微量元素蛛网图中表现出Nb、Ta负异常。条湖组火山岩的Sr、Nd、Hf同位素组成为εNd(t)=+6.29～+7.01，εSr(t)=-11.2～-2.67，εHf(t)=+14.0～+14.4。综合分析认为，苦橄质岩中有过剩橄榄石的加入，条湖组火山岩主要由早期经历过俯冲流体改造的亏损岩石圈地幔部分熔融形成，但有类似OIB岩浆组分的加入，其成因可能与地幔柱相关。铂族元素分析表明，条湖组初始岩浆在源区就发生硫化物熔离作用。　　3)条湖组火山岩具有与一些大洋岛屿和地幔柱火山岩相同或接近的Sr、Nd、Hf同位素组成，而且富集轻稀土元素和大离子亲石元素，在构造环境判别图中（2Nb-2r/4-Y，Zr/Y-Zr等），一律落入板内环境，这些特征均反映条湖组火山岩的形成可能与地幔柱相关。另外，条湖组火山岩厚度大（1000余米），在盆地内部呈面状分布，是地幔柱与岩石圈地幔共同作用的结果。地幔柱动力学机制可能更适合新疆三塘湖地区中二叠世的岩浆活动和裂谷作用的解释。　　4)条湖组火山岩(267Ma)的地球化学特征表明，该火山岩的形成与后碰撞阶段岩石圈地幔拆沉引发的软流圈上涌部分熔融作用无关，更可能是地幔柱成因。对准噶尔地区晚石炭世．二叠纪期间的花岗岩及基性侵入岩体年龄的统计分析表明，后碰撞花岗岩的年龄多数老于290Ma，部分年龄延至280Ma，而基性侵入岩体的年龄基本都小于290Ma。由此判断，准噶尔地区后碰撞伸展阶段在290Ma左右基本结束，280～290Ma期间为后碰撞阶段与板内演化的转换期，280Ma之后则完全进入板内构造体制，即：晚石炭世-早二叠世早期，准噶尔地区的伸展作用主要是后碰撞垮塌引起的，早二叠世晚期-中二叠世，准噶尔地区的伸展作用可能与深部地幔物质的主动上涌有关。　　5)三塘湖地区辉绿岩墙和安山岩样品中出现古老锆石，时代从古元古代到新元古代，表明该岩浆岩样品所穿越的盆地基底可能为古老的前寒武纪结晶基底。综合准噶尔周缘晚古生代花岗岩体的εNd(t)值变化范围，发现大部分花岗岩的εNd(t)值大于+5，部分花岗岩εNd(t)值范围在+3到+5之间（准东北与准南地区），部分花岗岩εNd(t)值范围在+2到-4之间（准东北地区），后二者明显受到古老陆壳物质混染。准噶尔地区存在前寒武纪古老结晶基底。　　6)条湖组火山活动（包括地幔热液）不仅促进芦草沟组和条湖组烃源岩的热演化，提高有机质生烃量和转化率，还可能带入无机成因油气。条湖组火山岩的裂缝发育区段形成裂缝型油气藏。

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