松辽盆地东南缘卡伦湖地区上白垩统泉头组地球化学特征、碎屑锆石年龄与物源分析

Geochemical Characteristics, Detrital Zircon Age and Provenance Analysis of Upper Cretaceous Quantou Formation in Kalun Lake Area, Southeast Margin of Songliao Basin

摘要

选取吉林长春卡伦湖地区的上白垩统泉头组砂岩，通过X荧光光谱仪、ICP-MS等离子体质谱仪以及锆石LA-ICP-MS U-Pb定年等方法进行岩石地球化学及碎屑锆石U-Pb年代学研究，探讨研究区物源以及区域沉积构造背景.结果显示，研究区泉头组源区岩石的主要类型为具有大陆边缘构造背景的火成岩组合；根据研究区主、微量元素和稀土元素特征以及样品锆石的U-Pb年龄，松辽盆地张广才岭地区与研究区所采集样品的地化数据表现出相似性，二者岩石都富集大离子亲石元素以及轻稀土元素，亏损高场强元素和重稀土元素，具有火山弧岩浆岩的地球化学特征等，并且研究区泉头组的碎屑锆石U-Pb年龄分布峰值和比例与前人研究的张广才岭地区的花岗岩锆石U-Pb年龄分布具有极大相似性.结合研究区泉头组砂体展布、沉积体系以及东部隆起区水系展布特征及前人研究结果，综合认为研究区物源来自张广才岭地区，泉头组下段主要沉积作用为填平补齐，充填粗碎屑岩和红色泥岩不整合于阜新组之上，上段以超覆式沉积作用为主，以河流相红色砂泥岩沉积逐渐向盆地中心过渡.对于重塑松辽盆地东南缘构造与物源演化过程、矿产资源分布以及松辽盆地东南缘泉头组砂岩储层评价做出重要贡献，为盆地东南缘潜在铀矿层的预测以及铀矿区铀源的进一步评价等方面提供了重要借鉴.

关键词

碎屑锆石U-Pb年龄 / 泉头组 / 吉林长春卡伦湖地区 / 松辽盆地 / 地质年代学 / 地球化学

Key words

detrital zircon U-Pb age / Quantou Formation / Kalun Lake area, Changchun, Jilin Province / Songliao basin / geochronology / geochemistry

0 引言

松辽盆地是我国北方重要的煤、石油、铀等多矿种叠合赋存的能源盆地.在我国沉积型铀成矿构造域的东部，以松辽盆地南部钱家店铀矿田为代表，其含矿层位为上白垩统姚家组（焦养泉等，2015）.随着近年来北方砂岩型铀矿找矿的热度不断提升，天津地质调查中心利用煤田、油田资料“二次开发”找铀方法在松辽盆地北部大庆长垣南端上白垩统四方台组中发现了多处工业矿体（冯晓曦等，2019； 徐增连等，2019）；与此同时在盆地东南部卡伦湖地区的上白垩统泉头组也发现了1处工业矿体，取得了显著找矿成果，扩大了松辽盆地砂岩型铀矿找矿前景 .

在研究方面，前人主要针对钱家店铀矿床开展了铀源、构造、沉积、成矿模式及控矿因素等多方面的研究（荣辉等，2016；夏菲等，2016；焦养泉等，2018，2021；曹民强等， 2021）.而卡伦湖地区的泉头组作为松辽盆地砂岩型铀矿的新区新层系，是松辽盆地继姚家组、四方台组之后新发现的一套富铀地层，具备良好的赋矿条件，前人研究涉及较少.

含铀储层物源的研究能为盆山耦合关系及铀矿物质来源提供一定的制约，因此成为关注点和研究热点.佘新民等（2007）、焦养泉等（2015）、徐增连等（2019）主要对松辽盆地西缘和西南缘的物源特征进行详细论述，而盆地东缘砂岩型铀矿赋矿层位的物源变化、区域沉积构造等问题尚缺乏相应研究，这在一定程度上制约了松辽盆地东缘泉头组物源变化的整体评价.物源体系能够较为准确地记录地质构造运动的信息，对物源区特征的研究可以进一步推测区域内整体沉积构造背景，进而指导下一步的铀矿勘探工作.卡伦湖地区有充足的物源供给以及稳定的构造环境，为铀矿能够赋存在地层中提供了良好的条件.在松辽盆地东南部的构造演化背景下，泉头组地层多处于干旱‒半干旱的古气候条件，其剥露地层中的砂体普遍发育后生氧化作用，局部形成了氧化带.当松辽盆地处于热沉降坳陷期时，沉积作用为层间氧化带砂岩型铀矿的形成提供良好条件（张振强等，2006）.

因此，本文基于采集样品的数据资料，在综合前人研究成果的基础上，通过地球化学、沉积学特征、碎屑锆石年龄对比等方法，共同探讨研究区的物源变化，为重塑松辽盆地东南缘构造与物源演化过程提供线索，为盆地东南缘潜在铀储层预测以及铀源评价等方面提供重要借鉴.

1 地质背景及样品采集

松辽盆地位于华北板块和西伯利亚板块之间碰撞拼合的地带，经过古太平洋板块俯冲至陆壳等复杂的构造作用演化而来.西至嫩江断裂带，东至佳木斯‒伊兰断裂，南至西拉木伦‒吉东断裂，北部为大兴安岭‒内蒙海西褶皱带.盆地内部主要充填中、新生代地层，依次为上侏罗统火石岭组，下白垩统沙河子组、营城组、登娄库组，上白垩统泉头组、青山口组、姚家组、嫩江组、四方台组、明水组、第三系和第四系（朱建伟等，2001）.松辽盆地经历登娄库末期构造反转使断陷层序上升受风化作用剥蚀，后至嫩江期末，强烈的构造反转使得整个断陷层序和坳陷层序发生改变直至明水期末成型等构造运动，由于几个时期的构造反转运动对油气成藏以及砂岩型铀矿的形成起到了重要作用.

吉林长春卡伦湖地区位于松辽盆地东南隆起区羊草沟盆地内部，随盆地一起经历伸展断陷、断坳转换、反转剥蚀阶段（图1）.泉头组沉积环境相对稳定，沉积相发育完善，河湖沉积体系规模大，一段早期继承登娄库组晚期的特征，形成以粗碎屑为主的冲积扇和辨状河相沉积；二、三段广泛发育河湖相细碎屑沉积；四段以发育曲流河为特征.松辽盆地上白垩统整体泉头组在垂向上于不同阶段，构成了冲积扇、辨状河、曲流河、网状河、三角洲、浅湖湘的多韵律相结构序列（张振强等，2006）.研究区泉头组岩石及岩性特征见图2，其中砂岩类主要以浅白色、灰绿色中粗粒杂砂岩为主，矿物为石英、长石，含岩屑和其他细碎屑；泥岩类主以灰绿色泥页岩为主，主要矿物为高岭土、水云母、石英、长石，含细碎屑.本次主要挑选卡伦湖铀矿区KLHZK2和KLHZK3两个铀矿钻孔中8件新鲜、无污染砂岩样品进行主量、微量和稀土元素分析测试（图3），钻孔二者间距3 km；4件碎屑锆石U-Pb年龄样品分别取自两个钻孔泉头组三段粗粒砂岩，其中，KLHZK2-G1和KLHZK2-G2样品深度621 m，岩性为灰色含砾粗砂岩；KLHZK3-G1和KLHZK3-G2样品深度100 m，岩性为灰色夹棕红色粗砂岩，采集位置具体见图1.

2 分析方法

本文样品主量元素分析在中国地质调查局天津地质调查中心实验测试室完成，采用 XRF-1800 型X荧光光谱仪上进行主量元素分析，其精度优于2%.微量、稀土元素分析在美国X series II型号ICP-MS等离子体质谱仪上进行，其分析精度优于5%.

锆石 LA-ICP-MS U-Pb 定年样品挑选均在廊坊诚信地质服务有限公司实验室完成，用于定年的锆石颗粒均来自新鲜的岩石样品.通过对锆石的阴极发光图像和透反射光图像进行详细的观察，将岩石样品粉碎至50 μm后， 经磁选和浮选出锆石精样，在双目镜下随机挑选出晶形、颗粒大小、磨蚀程度以及颜色不同的锆石颗粒，进而确保所选锆石具有代表性，保证实验的全面性和客观性.

在中国地质调查局天津地质调查中心实验测试室进行阴极发光（CL）照相和锆石U-Pb同位素测试，根据锆石阴极发光（CL）图像，尽量选择包裹体较少且吸收程度均匀的区域进行分析测试，从而保证获得可靠的实验数据.锆石年龄谐和图、加权平均年龄和频率图均采用 ISO-PLOT 宏程序完成（Ludwig，2009）.

3 分析结果

3.1　锆石U-Pb年龄

四组样品中挑选的锆石阴极发光（CL）图像（图4a、4c、4e、4g）显示，所挑选出的锆石颗粒中等（50~100 μm），主要为无色自形、半自形晶体，浑圆状少见，反映岩石具有近距离搬运的特征.少数具有核‒边结构，边部具有明显的岩浆韵律环带和明暗相间的条带构造，显示岩浆锆石特点.KLHZK2.G1样品Th/U比值大部分介于0.32~1.16，KLHZK2.G2样品Th/U比值大部分介于0.25~1.66，KLHZK3.G1样品Th/U比值大部分介于0.36~0.98，KLHZK3.G2样品Th/U比值大部分介于0.46~1.96，所有样品大部分Th/U比值均大于0.4，指示四组所挑选的碎屑锆石多为岩浆成因的锆石.

样品KLHZK2.G1、KLHZK2.G2根据年龄谐和图（图4b、4d）、年龄谱（图5a、5b）所示，样品测试结果良好，几乎所有的测点均位于U-Pb谐和线附近.KLHZK2.G1样品的碎屑锆石²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄除了少数点为寒武纪、泥盆纪、石炭纪外，其余主要分布在170~155 Ma、其次在190~175 Ma以及再次在215~195 Ma，其加权平均值为（180.5±6.8）Ma.KLHZK2.G2样品的碎屑锆石²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄主要集中分布在190~160 Ma，其次为215~ 195 Ma，其加权平均值为（172.9±2.5）Ma.

样品KLHZK3.G1根据年龄谐和图（图4f）、年龄谱（图5c）所示，样品测试结果良好，几乎所有的测点均位于U-Pb谐和线附近，其碎屑锆石²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄除了几颗为寒武纪、泥盆纪、石炭纪外，主要集中分布在180~150 Ma、其次为220~200 Ma，其加权平均值为（177.5±7.5）Ma.

样品KLHZK3.G2根据年龄谐和图（图4h）以及年龄谱（图5d）所示，样品测试结果有部分锆石测点不在谐和线上，指示样品可能存在Pb丢失的情况，而形成不一致线，该组锆石样品多为年轻锆石，故取其与谐和线下交点的年龄更接近其真实年龄，样品不一致线与谐和线的下交点年龄为（160.7±1.5）Ma，而部分处于谐和线上的锆石年龄主要分布在159~172 Ma.

3.2　全岩地球化学

3.2.1　主量元素

泉头组砂岩主量元素含量见附表1，含量偏高的化学成分有：SiO₂、Al₂O₃、K₂O、Na₂O等，SiO₂变化范围在71.50%~78.59%，平均值为75.37% ，Al₂O₃变化范围在10.42%~14.90%，平均值为12.40%，表明其主要矿物为石英、长石，含岩屑矿物较为发育；SiO₂/Al₂O₃为 4.79~7.16，平均值为6.16，K₂O含量总体比Na₂O高，说明钾长石或含钾矿物也较多，反映了该区泉头组岩石碎屑可能主要来源于富铀的花岗质岩石中.

根据主量元素哈克图解（图6）显示，样品中SiO₂含量与各主量元素含量之间有一定的相关性，表现出系统性的变化趋势，说明结晶分异作用在源岩演化过程中较为显著，并且元素间这种线性关系，反映样品来自同一或相似的源区.其中与FeO_T、MgO、Al₂O₃和TiO₂呈现负相关性，反映镁铁质矿物、钛铁矿等富Ti矿物的结晶分离， K₂O和P₂O₅呈现正相关性，说明岩浆演化过程中暗色矿物的分离结晶有重要作用，在此过程中岩石逐渐形成高钾钙碱性系列岩石，CaO和Na₂O整体比较稳定.在SiO₂-K₂O图解中（图7a），样品基本在高钾钙碱性系列分布区内.Al₂O₃ /（CaO+ Na₂O）的值为1.81~4.12，平均值为3.18，反映了砂岩中稳定组分和不稳定组分的相对含量，说明研究区稳定组分的相对含量较高.综上说明样品可能存在火山岩同源演化的关系，同时这种部分熔融作用也可以从微量元素及其相关比值图解上得到进一步证实.

3.2.2　微量元素及稀土元素

在沉积碎屑岩中的微量元素稳定性较好，在沉积环境中能保持稳定，对判定沉积环境、源区性质及构造环境具有重要意义.研究区泉头组样品的 A/CNK值主要变化于 1.15~1.30（图7b），为弱过铝质花岗岩.碎屑岩石富集Rb、U大离子亲石元素，亏损 Ba、Sr和高场强元素Nb、Ta等（图8a），岩石的微量元素含量表现出与上地壳基本相近的特点，具有中酸性岩浆岩的特征.

根据球粒陨石标准化图解（图8b），研究区稀土元素含量（ΣREE）为39.4×10^-6~168.6×10^-6，平均值为83.2×10^－6；轻稀土元素含量（ΣLREE）为34.5×10^-6~151.3×10^-6，平均值为74.3×10^-6；重稀土元素含量（ΣHREE）为4.8×10^-6~17.2×10^-6，平均值为8.8×10^-6.稀土元素分配模式为右倾斜型，LREE/HREE为6.19~9.19，（La/Yb）_N为5.7~9.7，平均值为 8.4，说明轻稀土元素（LREE）富集，且轻重稀土分异比较明显.δEu为0.50~1.01，平均值为0.77，Eu具有明显的负异常，源岩主要来自于上地壳.

4 物源区岩石类型及构造背景

4.1　物源区岩石类型

卡伦湖地区泉头组碎屑岩石的CIA值为48~64，表明研究区经历的风化强度低；Th /U的比值会随着研究区域风化程度的增加而变大，而该区Th/U值为0.30~3.55，平均值为1.39，远低于上地壳3.8，也反映了研究区受到低强度风化作用.因此，该岩石中的地球化学数据能够有效地反映物源母源类型和进行构造背景判断，碎屑岩中稀土元素的质量分数主要由物源区的岩石成分决定.通过微量元素分析，研究区碎屑岩石亏损Ba、Sr、Nb、Ta，富集Rb、U、La的特征，说明他们的物源主要来自于长英质岩石，源区物质分异程度较高，以花岗质岩类为主.

学者根据已知构造背景的不同碎屑岩组合的地球化学特征，进行了7个元素（Ti、Al、Fe、Mg、Ca、Na、K）氧化物的多变量判别方程分析，总结出四种混合物源模型（Roser and Korsch，1986），可以有效判别镁铁质、中性或长英质火成岩和石英岩沉积岩等物源区.在F2-F1物源区的判别图上（图9a），泉头组砂岩样品主要落在长英质火成物源区，这表明物源区属于成熟的大陆边缘弧或大陆转换边缘区域.研究区泉头组砂岩的K₂O含量较高，K₂O/Na₂O的平均值为1.58，接近被动大陆边缘砂岩，反映大量成熟组分的加入. La/Th-Hf判别图显示（图9b），研究区样品处于长英质/基性物源混合源区，La/Th比值低于5，Hf含量也较低，加之研究区Eu存在着明显的负异常，认为研究区沉积期物源主要为长英质物源，有混源沉积现象存在.根据Th-Hf-Co判别图显示（图9c），研究区泉头组样品大部分落在长英质火山岩区，极少量样品落在页岩（克拉通盆地）区，表明物源类型以酸性岩石为主.综合以上分析认为研究区泉头组沉积物源主要来自于上地壳长英质岩石，有中酸性火山岩的特征，具有多元性.

4.2　物源区构造背景

La、Th、Zr、Sc等微量元素化学性质不活泼，受到风化等地质作用影响小，可以用来指示研究源区的构造背景及其演化规律，其中Th/Sc比值能区分大洋岛弧和大陆岛弧，Th/ Zr比值可以区分主动大陆边缘和被动大陆边缘.根据研究区La-Th-Sc、Th-Co-Zr/10、Th-Sc-Zr/10图解（图10），泉头组样品主要落在活动大陆边缘和被动大陆边缘区域，个别样品点落入大陆岛弧区域，表明泉头组砂岩源区具有大陆岛弧或大陆边缘的构造背景特征，在形成被动大陆边缘环境时，部分砂岩样品会包含较多的大陆岛弧的地球化学信息，所以，反映了晚白垩世泉头组沉积时源区的构造背景主要为大陆边缘构造背景.稀土元素配分模式也可以客观反映沉积物源区性质，故可作为物源区的一个重要示踪标志.主动大陆边缘与被动大陆边缘在稀土元素地球化学数据上的区别在于，主动大陆边缘沉积物的稀土元素表现为轻稀土元素相对亏损，重稀土元素富集，没有Eu异常；被动大陆边缘沉积物稀土元素表现为轻稀土元素相对富集，重稀土元素相对亏损，具有明显的Eu负异常.研究区泉头组碎屑岩石稀土元素总量分布在39.4×10^-6~168.6×10^-6、LREE/HREE值较高，轻重稀土分异明显，δEu值为0.50~1.01，具有明显的负异常，δCe值为0.79~0.90，具有很弱的负异常.

综合以上岩石地球化学指标，表明研究区泉头组砂岩物源区主要为被动大陆边缘构造背景.

5 讨论

5.1　区域沉积学对物源的制约

通过研究目的层的沉积相和砂体空间展布，能从侧面反映沉积物的物源方向和沉积体系的展布特征，以此准确地指示物源的方向（俞礽安等， 2020a， 2020b， 2020c）.

松辽盆地经历反转构造运动而形成剥蚀天窗，其分布的范围广泛，主要分布于盆地东部，且以盆地东南部最为强烈，东南隆起区剥蚀厚度最大者可达900~1 200 m，遭受剥蚀的层位主要是泉头组、青山口组和姚家组以上地层.卡伦湖地区泉头组沿盆地短轴发育的通榆水系和怀德、长春水系，在平面上形成了一个以调查区北部浅水湖泊为中心、环绕以冲积平原沉积的环带状相带，垂向上呈现出冲积扇、辫状河、曲流河和网状河的多韵律结构相序列，沉积特征可归纳为沉降速度快、粗粒物质迅速充填的特点.泉一段主要发育辫状河沉积和冲积扇沉积，冲积扇具有近物源沉积的特点.泉二、三段为从辫状河沉积过渡为曲流河沉积的过程，主要发育了冲积扇、辫状河和曲流河沉积体系，泉四段完成了河流过渡沉积过程，为完全的曲流河沉积相（图11）.冲积扇‒辫状河‒曲流河这一演化过程反映了松辽盆地东南缘泉头组沉积时期较大的地势高差‒陡坡‒准平原化的古地理背景.

卡伦湖地区泉头组地层埋藏深度较浅，地层厚度较大，一般在600 m以上.单层砂体厚度为20~50 m，砂体累计厚度大部分为100~600 m（图12）.泉头组沉积期内，辫状河道砂体主要沿松辽盆地边缘分布于范家屯‒长春及九台一带，岩性下部主要以灰绿色砾岩及中粗砂岩为主，上部主要以紫红色及灰绿色泥岩、粉砂岩为主.整体来看松辽盆地东南隆起区中南部砂岩厚度及砂地比大，且分布范围广，而西南部整体为次高值区，分布范围小.因此可以推测东南隆起区泉头组沉积时期物源较为充足，经过构造变动之后通过水系沉积作用进入研究区域内沉积，为研究区物源供给指明了大致的方向.

5.2　锆石U-Pb年龄对物源的限定

5.2.1　物源分析

前人研究指出，松辽盆地及周边主要发育海西期、燕山期花岗岩及晚侏罗世‒白垩世中‒酸性火山岩.通过对两期花岗岩构造环境研究对比，海西期花岗岩主要与板块俯冲构造有关，形成岛弧火山岩，而燕山期花岗岩主要与大陆边缘的断陷活动有关（张德全，1993）.海西期构造发育时期，起初主要受到南北向构造制约，晚印支期多形成北东‒北北东向、北西向构造.各断陷区内断陷走向也存在明显差异，研究区所处的东部断陷区内，断陷主要以北东向为主.说明研究区内物源岩石在构造时期随着松辽盆地构造运动形成，并且受到断裂方向的制约.据岩相古地理研究表明，东南隆起区的物源可能来自松辽盆地东侧的张广才岭造山带，元古代晚期松辽盆地东侧张广才岭运动开始，并伴有同构造期的中酸性花岗岩侵入，反映了研究区碎屑锆石外形特征及年龄分布、物源方向指示与张广才岭山地同期构造相符合的特点.

本文通过综合对比研究区地层的碎屑锆石年龄与盆地周缘及毗邻山体出露岩石的年龄，能够准确地为该区物源提供证据.源区相同，碎屑锆石年龄的分布呈单峰式说明具有相似性，若源区不同且源区的岩体年龄有明显差别，在年龄谱上呈现两个或两个以上的峰值区间说明两区之间相似性差（闫义等，2003）.为了确定研究区泉头组砂岩沉积物源，本文搜集了研究区周边张广才岭、小兴安岭、大兴安岭等周边地质体测年数据（表1），大致反映卡伦湖地区及邻区的物源时空分布特征（图13）.

数据显示，研究区碎屑锆石年龄主要集中在 早‒中侏罗世.大兴安岭地区主要发育四期花岗岩岩浆活动，最重要的一期岩浆活动在早白垩世，此期花岗岩在该地区分布最为广泛，并且该时期的锆石年龄分布拥有最高的峰值区间，主要的年龄分布在145~110 Ma，峰值年龄为115 Ma.早‒中侏罗世花岗岩以大石寨和景阳岩体为代表.景阳岩体黑云母花岗闪长岩的锆石U-Pb年龄为（174±4） Ma，大石寨黑云母花岗岩的岩浆结晶锆石年龄为（182±3） Ma（葛文春等，2005）.反映了大兴安岭在晚侏罗世开始逐渐进入强烈的火山喷发阶段，从而形成大面积的火山岩，早白垩世时期主要处于隆升时期的特点.

小兴安岭主要有两期花岗岩发育，其中较老的一期在290~260 Ma.较新的一期花岗岩年龄范围在171~160 Ma（李仰春等，2013）早‒中侏罗世的花岗岩类型主要为黑云母二长花岗岩、正长花岗岩以及片麻状的黑云母正长花岗岩.在新开岭一带花岗岩中获得锆石年龄为（164±4） Ma和（167±4） Ma也具有一定代表性（苗来成等，2003）.同时，在小兴安岭‒张广才岭地区还存在着早侏罗世（182~186 Ma）的基性侵入岩，它们与该区同时代的花岗岩构成典型的双峰式火成岩组合，反映了早‒中侏罗世小兴安岭中部地区处于一种伸展的构造环境.

张广才岭区域内岩浆活动十分强烈，分布了大面积的花岗岩，其中早‒中侏罗世160~180 Ma锆石年龄分布最为广泛，次要分布190~222 Ma花岗岩（敖光，2016），典型的花岗岩有黑云母石英闪长岩年龄为（176.2±1.8） Ma、黑云母花岗闪长岩年龄为（182.4±1.1） Ma、黑云母二长花岗岩年龄为（172.7±1.6） Ma、黑云英云闪长岩年龄为（168.15±0.4） Ma、正长花岗岩年龄为（166±2.2） Ma等.主要记录了早侏罗世古太平洋板块俯冲，导致地幔上隆及岩浆上倾造成古老地壳和新生地壳部分熔融，晚期东侧佳木斯板块与张广才岭地块碰撞；中侏罗世早期东侧大洋板块的俯冲作用持续，晚期构造环境逐渐由挤压造山向造山后伸展环境转变的事件.

综合表明早‒中侏罗世的花岗岩在大兴安岭、小兴安岭、张广才岭均有分布，以小兴安岭和张广才岭分布最为广泛，且研究区的碎屑锆石多为破碎状，反映了近源搬运的特点.从区域上看，张广才岭地区更广泛分布了这一时期的花岗岩，主要岩石类型为花岗闪长岩.反映了佳木斯地块与小兴安岭‒张广才岭地区在侏罗纪时期处于大陆边缘构造背景下，由于板块的俯冲作用，形成了大量花岗岩的事件.综合研究区锆石的年龄峰值特征以及前人研究盆地周缘的锆石数据特征，张广才岭与研究区的碎屑锆石年龄所显示的峰值区间更具相似性，研究区早‒中侏罗世的碎屑锆石物源主要来自张广才岭地区.

5.2.2　锆石年龄所反映的地质事件

总体看来， 松辽盆地东缘卡伦湖地区泉头组砂岩中的碎屑锆石年龄谱清晰且一致.通过对比研究区泉头组砂岩中锆石年龄与周缘地体锆石年龄区间特征的相似度， 结合佳木斯板块、松嫩地块、张广才岭地块岩浆活动、板块碰撞和造山等构造运动地质事件时间，认为松辽盆地东南缘卡伦湖地区上白垩统泉头组的沉积物，主要来源于张广才岭板块早‒中侏罗世（150~220 Ma）岩浆活动，后经晚白垩世张广才岭地质隆升作用发生剥蚀后近源搬运而形成.

研究区泉头组源岩主要以中钾、高钾钙碱性的中酸性岩为主，其A/CNK值总体小于1.3，为准铝质或弱过铝质花岗岩，并且具有火山岩同源演化的特征.这些花岗岩都明显富集大离子亲石元素和轻稀土元素，亏损高场强元素和重稀土元素，具有火山弧岩浆岩的地球化学特征，与物源区微量元素与稀土元素亏损、富集的元素类型相似，母岩类型主要为花岗岩及少量变质岩.稀土元素配分模式与张广才岭花岗岩基本相似，有同样的亲缘关系.如前所述，花岗岩岩石地球化学特征反映的是岩浆源区性质和岩浆演化的综合结果，同时也应结合大地构造演化事件共同制约.

东北地区广泛发育着晚古生代‒早中生代岩浆构造，这一时代的岩浆作用是该区域内重要的地质事件之一.佳木斯地块西侧的松嫩‒张广才岭地块发育的岩浆岩主要就是这一时期的产物，仅有少量岩浆岩形成于新元古代和早古生代.在此背景下，张广才岭地块在早侏罗世早期，古太平洋板块俯冲形成了弧后盆地，使岩石圈变厚，软流圈物质上涌，岩石圈地幔发生了部分熔融形成花岗质岩浆.这一构造展布特征也反映了早侏罗世，古太平洋板块向欧亚大陆的俯冲运动，同时伴随构造运动形成了大陆边缘环境和弧后伸展环境.早侏罗世晚期，佳木斯地块与张广才岭地块相互碰撞形成黑云母二长花岗岩等.中侏罗世早期，俯冲运动逐渐减弱，此时幔源岩浆活动依然存在，该区域处于弧后伸展拉张的阶段，同期也形成了大量的花岗质岩石.中侏罗世晚期，为变质以及变形阶段，张广才岭由挤压造山环境向造山后伸展环境转变.

进入晚白垩世早期，古太平洋板块的俯冲运动以及上地幔热对流运动的逐渐减弱，上地幔岩石圈逐渐冷却，相应的断裂活动也减弱，产生了热收缩现象，受到重力作用以及冷却所导致的沉降作用，岩石圈地壳不均一下沉，松辽盆地整体演化转入坳陷期.张广才岭在晚白垩世遭受了强烈的构造挤压导致山地不断抬升并遭受剥蚀，使研究区泉头组获取到物源区物源.晚白垩世，研究区泉一段、泉二段开始沉积，主要以填平补齐为主，充填粗碎屑岩和红色泥岩等的沉积，并广泛分布，直接不整合于阜新组之上.泉三段、泉四段以规模更为广泛的超覆式沉积作用为主，主要是河流相红色砂泥岩沉积，随后不断向盆地中心逐渐过渡.这与本文通过沉积体系变化、地球化学特征分析和碎屑锆石年龄限定所体现的构造特征是相吻合的，即物源区张广才岭板块经历板块俯冲、陆陆碰撞以及造山运动等，为研究区泉头组提供了充足的物源补给.根据区域地质调查显示，松辽盆地在大兴安岭发育英台、白城水系，古铁法丘陵发育通榆、保康水系，张广才岭发育怀德、长春水系，由此形成南部主要的三大物源区（徐增连等，2019）.由此，研究区泉头组物源被剥蚀后通过水系将沉积物搬运至泉头组地层内.这一认识为在松辽盆地东南缘寻找砂岩型铀矿开辟了新的层系，对进一步铀矿找矿勘查具有重要意义.

值得注意的是，样品KLHZK3-G1的两个峰值年龄为165 Ma和215 Ma，而样品KLHZK2-G1的两个峰值年龄为171 Ma和196 Ma，即研究区泉头组三段下部比上部的年轻碎屑锆石数量相对偏多，说明钻孔中泉头组三段的物源组分随着松辽盆地东南部张广才岭的持续隆升和剥蚀发生一定的变化，中生代侵入岩体提供物源的占比逐渐增大.

6 结论

（1）松辽盆地东南缘卡伦湖地区上白垩统泉头组所采四组样品碎屑锆石的LA-ICP-MS锆石同位素定年结果显示，碎屑锆石年龄范围主要集中在158~180 Ma，指示研究区的锆石年龄主要分布于早‒中侏罗世之间，与研究区周边地质体测年数据对比后，张广才岭地区在锆石年龄特征上与研究区锆石数据更吻合.

（2）研究区泉头组砂岩主、微量元素分配模式差异明显，轻重稀土分异明显，Eu具有明显的负异常，Ce具有弱异常的特征.受后期风化作用影响较小，岩石遭受低程度化学风化，具有上地壳大陆边缘中酸性岩浆岩的特征，为准铝质或弱过铝质花岗岩，并且具有火山岩同源演化的特征，主要以长英质岩石源区为主，具有近源搬运的特点.稀土元素配分模式与张广才岭花岗岩基本相似，有同样的亲缘关系.

（3）张广才岭地块在早侏罗世早期，古太平洋板块俯冲形成了弧后盆地，使岩石圈变厚，软流圈物质上涌，岩石圈地幔发生了部分熔融形成花岗质岩浆.早侏罗世晚期，佳木斯地块与张广才岭地块相互碰撞.中侏罗世早期，俯冲运动逐渐减弱，区域内处于弧后伸展拉张的阶段，同期形成花岗质岩石.中侏罗世晚期，为变质以及变形阶段，由挤压造山环境向造山后伸展环境转变.

（4）卡伦湖地区泉头组的沉积物，主要来源于张广才岭板块.早‒中侏罗世（150~220 Ma）张广才岭经历板块俯冲、陆陆碰撞以及造山运动，后经晚白垩世张广才岭地质隆升作用发生剥蚀，为研究区泉头组提供了充足的物源补给，又经水系将沉积物搬运至泉头组地层内.晚白垩世，泉头组下段主要沉积作用为填平补齐，充填粗碎屑岩和红色泥岩不整合于阜新组之上，上段以超覆式沉积作用为主，以河流相红色砂泥岩沉积逐渐向盆地中心过渡，最终形成完整的泉头组地层.

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基金资助

中国地质调查局地质调查项目(DD20190119)

国家重点研发计划“深地资源勘查开采”重点专项项目(2018YFC0604200)