天然气地球科学 >

2024 , Vol. 35 >Issue 2: 288 - 299

DOI: https://doi.org/10.11764/j.issn.1672-1926.2023.07.003

天然气地质学

柴达木盆地北缘西段早二叠世沉积地层的发现及其地质意义

  • 钟畅 , 1, 2, 3 ,
  • 吴志雄 4 ,
  • 胡俊杰 , 1, 2, 3 ,
  • 李宗星 1, 2, 3 ,
  • 马立成 1, 2, 3 ,
  • 王嘉琦 1, 2, 3
展开
  • 1. 中国地质科学院地质力学研究所，北京 100081
  • 2. 自然资源部古地磁与古构造重建重点实验室，北京 100081
  • 3. 中国地质调查局油气地质力学重点研究室，北京 100081
  • 4. 中国石油青海油田公司勘探开发研究院，甘肃 敦煌 736202
胡俊杰 （1987-），男，四川乐山人，博士，副研究员，主要从事层序地层学和沉积演化研究. E-mail：.

钟畅 （1997-），男，四川绵阳人，在读硕士，主要从事沉积盆地和构造演化研究. E-mail：.

收稿日期: 2023-06-02

  修回日期: 2023-07-02

  网络出版日期: 2024-01-26

收起

Discovery of the Lower Permian from the west section of the northern margin of the Qaidam Basin and its geological implications

  • Chang ZHONG , 1, 2, 3 ,
  • Zhixiong WU 4 ,
  • Junjie HU , 1, 2, 3 ,
  • Zongxing LI 1, 2, 3 ,
  • Licheng MA 1, 2, 3 ,
  • Jiaqi WANG 1, 2, 3
Expand
  • 1. Institute of Geomechanics，Chinese Academy of Geological Sciences，Beijing 100081，China
  • 2. Key Laboratory of Paleomagnetism and Tectonic Reconstruction，Ministry of Natural Resources，Beijing 100081，China
  • 3. Key Laboratory of Petroleum Geomechanics，China Geological Survey，Beijing 100081，China
  • 4. Research Institution of Exploration and Development，PetroChina Qinghai Oilfield Company，Dunhuang 736202，China

Received date: 2023-06-02

  Revised date: 2023-07-02

  Online published: 2024-01-26

Supported by

The China Geological Survey Project(DD20230313)

Fold

摘要

柴达木盆地北缘二叠系残留分布等关键地质问题引起了普遍关注，关乎到对柴北缘晚古生代沉积—构造演化的深入理解以及能源资源的进一步开发利用。针对柴北缘西段冷湖地区莫坝尔剖面太原群进行了野外地质观察和系统的碎屑锆石年代学研究，结合层内化石和沉积环境分析，尝试厘定柴北缘西段早二叠世沉积地层的沉积和物源特征。在柴北缘西段识别出凝灰质砂岩，在其碎屑锆石中获得年轻锆石年龄平均值为294 Ma，认为应当将该套地层厘定为下二叠统；综合柴北缘东段碎屑锆石与岩石组合等特征，推测柴北缘广泛残留早二叠世的沉积地层。所采集的下二叠统样品碎屑锆石主要年龄谱系分为2组，分别分布在280~329 Ma和415~468 Ma之间，其主要物源对应于柴北缘构造带各期次岩浆岩、柴北缘超高压变质带、柳河群以及达肯达坂群。二叠纪以来，昆仑洋持续不断发生俯冲，板块断裂或回撤，弧下的软流圈上升流明显，引发了瞬态且大规模的火山活动，火山碎屑物质为沉积地层提供了主要物源。研究区上古生界下二叠统的发现为柴北缘地区油气地质研究与勘探部署新方向提供了资料基础。

关键词： 柴达木盆地; 莫坝尔; 二叠系; 碎屑锆石U⁃Pb年代学; 物源

本文引用格式

钟畅 , 吴志雄 , 胡俊杰 , 李宗星 , 马立成 , 王嘉琦 . 柴达木盆地北缘西段早二叠世沉积地层的发现及其地质意义[J]. 天然气地球科学, 2024 , 35(2) : 288 -299 . DOI: 10.11764/j.issn.1672-1926.2023.07.003

Abstract

The residual distribution of the Permian in the northern margin of the Qaidam Basin has attracted significant attention due to its relevance to gaining a deeper understanding of the late Paleozoic sedimentary and tectonic evolution and facilitating further development and utilization of energy resources. This study focuses on the field geological observations and systematic detrital zircon geochronology research of the Taiyuan Formation in the Mobar section of the Lenghu area， located in the western section of the northern margin of Qadam Basin. In this study， tuffaceous sandstones were identified in the western section of the northern margin of Qaidam Basin. The detrital zircons from these sandstones yielded an average age of 294 Ma， we think that these strata should be defined as the Lower Permian. Furthermore， by integrating the characteristics of detrital zircons and lithological assemblages from the eastern section， it is inferred that Early Permian sedimentary strata are extensively preserved in Qaidam Basin. The collected samples from the Lower Permian mainly exhibit two detrital zircon age groups， ranging from 280 to 329 Ma and 415 to 468 Ma， respectively. The primary sources of these age groups correspond to various magmatic rocks in the tectonic belt of the northern margin， the ultrahigh-pressure metamorphic belt of the northern margin of Qaidam Basin， the Liuhe Group， and the Dakendaban Group. Since the Permian， the Kunlun Ocean has been characterized by continuous subduction， plate fracturing， or retreat， and significant upwelling of the asthenosphere beneath the subduction zone. This has triggered transient and large-scale volcanic activity， with volcanic debris serving as the main source for the sedimentary strata. The discovery of the Upper Paleozoic-Lower Permian strata in the study area provides a new direction for oil and gas geological research and exploration deployment in the northern margin of Qaidam Basin.

Key words： Qaidam Basin; Mobar; Permian; Detrital zircon U-Pb geochronology; Provenance

0 引言

柴达木盆地位于青藏高原东北缘，是典型的多期次叠合盆地，周缘被一系列巨大的多旋回造山带所围限，其北边是祁连山，南为昆仑山，西邻阿尔金山［1-2］［图1（a）］。区域地质调查结果表明，柴达木盆地北缘（“柴北缘”）于晚古生代处于古特提斯洋俯冲削减背景下的沟—弧—盆体系［图1（b）］，区域内发育大面积的海陆交互相沉积建造［3-4］；该套沉积为规律性叠置的碎屑岩—碳酸盐岩混积层序，发育碳酸盐岩台地、三角洲—潮坪—潟湖相沉积［5-6］。近年来，围绕该套上古生界海陆交互相层序开展了大量的工作，在石炭纪层序地层学、盆地动力学以及原型盆地等方面取得了诸多重要进展［4，7-8］，上古生界海相含油气系统逐步被证实具有良好勘探前景［9-13］。
图1 柴达木盆地大地构造位置图（a）、柴北缘地质简图（b）（修改自文献［2］）及研究区位置（c）（修改自文献［14］）

Fig.1 Tectonic location of the Qaidam Basin（a） and geological setting of the northern Qaidam Basin（b）（modified from Ref.［2］）and the location of study area（c）（modified from Ref.［14］）

二叠系是上古生界重要的含油气层位之一，柴北缘地区是否广泛残留二叠系受到普遍关注。有学者［14-17］认为柴北缘地区在二叠纪整体处于沉积间断［9］，柴北缘东段地区曾发育2 000~3 000 m厚的二叠系—三叠系，但已被完全剥蚀［7］。SUN等［4］根据大地构造演化背景，推测柴北缘早二叠世继承了晚石炭世的古地理格局，以浅海沉积环境为主。近期，柴北缘东段地区发现有二叠纪沉积地层的残留，如SUN等［4］和马立成等［19］通过对石灰沟地区［图1（b）］上石炭统扎布萨尕秀组中段的砂岩进行碎屑锆石 LA-ICP-MS U-Pb分析测试，得出最年轻的加权平均年龄数据为288.0±2.0 Ma，晚于石炭纪—二叠纪的时代界限，证实了沉积时代不早于早二叠世。刘佳等［20］在东大沟［图1（b）］上石炭统扎布萨尕秀组发现了凝灰岩，测出锆石的U⁃Pb高质量年龄（295 Ma），明确了柴北缘东段早二叠世沉积地层的存在。
对于柴北缘西段而言，目前仅只有零星的岩浆岩和火山岩报道。徐旭明等［21］最新一次报道了赛什腾山发育一套具有岛弧性质的二叠纪火山岩，高万里等［22］通过锆石U⁃Pb定年测得柴北缘西段小赛什腾山的一套二叠纪花岗岩侵入体。柴北缘地区是否整体残留二叠纪沉积地层仍然悬而未决，极大限制了对柴北缘晚古生代构造—沉积演化和原型盆地恢复的理解深度，也阻碍了高效开发利用上古生界矿产能源资源进度。
本文针对以上存在的基础地质问题，对柴北缘西段冷湖地区莫坝尔剖面上石炭统太原群开展了地质调查工作，通过锆石U-Pb LA-ICP-MS测试定年技术，在凝灰质砂岩中获得最年轻的加权平均年龄为294.2±2.2 Ma，晚于国际石炭纪—二叠纪界限年龄［23］，结合层内化石和沉积环境等证据综合判断该套地层为下二叠统。在此基础上对比了柴北缘东段地区二叠纪沉积，通过与周缘二叠系和碎屑锆石谱系对比，厘定柴北缘西段早二叠世沉积地层的沉积和物源特征，为探讨盆地二叠纪沉积体系和构造演化过程提供依据。研究区上古生界下二叠统的发现为柴北缘地区下一步油气探勘提供了资料基础，层内发育的厚层暗色泥页岩和生物碎屑灰岩组合是油气地质研究的新方向。

1 区域地质背景

冷湖地区地理位置位于甘肃、青海两省交界处的阿尔金山脉，冷湖镇北部［图1（b）］。大地构造位置处于柴北缘早古生代缝合带西段，近邻阿尔金地块，后期受阿尔金山走滑体系的作用成为弧形断裂带的转折点［24-25］。继晚泥盆世古特提斯洋打开后，石炭纪开始柴北缘大部分区域基本处于海相环境，研究区内不仅存在碎屑岩—碳酸盐岩建造，自早二叠世开始发生岩浆侵入且发育玄武岩、安山岩等［4，14，21-22，26］。
研究区出露大面积前震旦亚界与震旦亚界变质岩系，志留系火山岩相、泥盆系陆相碎屑和新生界湖泊—河流相沉积；石炭系整体呈条带状分布在阿尔金山一带，在化石沟和小赛什腾山中部也有零星出露［图1（c）］。石炭系出露上石炭统，前人根据古生物群、岩性、接触关系及与邻区对比等，将其命名为太原群（C3 ty）。2套层系自下而上发育由粗到细的碎屑岩—碳酸盐岩混合沉积建造，内部韵律性较强。其中，太原群（C3 ty）主要出露于研究区北部，位于阿尔金山北坡上的莫坝尔剖面，露头呈东西向条带状分布。该套地层与下伏青白口群呈角度不整合关系；部分地层与燕山期钠钾花岗岩侵入接触。主要由一套碎屑岩（含煤）和碳酸盐岩组成，前人依据不同岩性将该套层系分为两段，二者为整合关系。下段为一套紫红色碎屑岩，上段在纵向上可以见到下部粗碎屑岩、上部煤系地层以及灰岩［19］。

2 采样位置和样品介绍

莫坝尔剖面位于冷湖地区的西北部，太原群两段层系在该剖面连续出露，地层整体沿东西方向展布，向南倾斜，局部被新生代走滑断层破坏。该区太原群下段底部可见紫红色中厚层细砂岩，未见底；纵向上依次发育紫红色中厚层粉砂岩、细砂岩以及泥岩和泥质粉砂岩，正韵律性强，是山间盆地相的碎屑岩建造。其中，在上部紫红色与灰绿色泥质粉砂岩互层处［图2（b）］取得MBR-2凝灰质细粒岩屑砂岩样品（GPS坐标93°15′4.29″，39°15′53.17″）。岩矿鉴定结果显示，岩石结构为细砂状结构，矿物以石英、长石为主，岩屑成分含大量中酸性喷出岩、 凝灰岩、绢云凝灰质板岩，粒径为0.10~0.30 mm，以细粒级为主。填隙物主要是火山尘，且已脱玻化呈霏细质点［图3（a）］。
图2 柴北缘冷湖地区莫坝尔剖面太原群剖面岩性柱状图与野外照片

（a）莫坝尔剖面太原群全景照片；（b）紫红色与灰绿色泥质粉砂岩互层；（c）含䗴类生物碎屑灰岩，红星处为取样点；（d）炭质页岩

Fig.2 Lithological column of the Taiyuan Group strata in Mobar Section， Lenghu area， northern margin of Qaidam Basin

图3 柴北缘冷湖地区莫坝尔剖面太原群镜下照片

（a）、（b）凝灰质钙质胶结细粒岩屑砂岩，正交偏光；（c）、（d）凝灰质钙质胶结细粒岩屑砂岩，单偏光；（a）、（d）均为样品MBR-2，位于太原群下段底部；（e）紫绢云石英岩，MBR-3，位于太原群下段中部；（f）微晶—泥晶生物碎屑灰岩，MBR-4，位于太原下段中部。Qtz为石英；Cb为碳酸盐矿物；Ms为白云母；Zrn为锆石；Ser为绢云母

Fig.3 A microscope view of Taiyuan Group from Mobar section in Lenghu area， northern margin of Qaidam Basin

太原群上段的底部是一套灰绿色粉砂质泥岩与灰色细砂岩的互层，下部发育煤层和石英砂岩、灰岩以及炭质页岩的互层，正韵律性明显，为一套海陆交互相沉积。其中，深灰色石英砂岩已发生变质，鳞片粒状变晶结构，黏土矿物部分转变为绢云母［图3（b］。中部发育薄层生物碎屑灰岩夹黑色炭质页岩，产䗴，例如Pseudoschwagerina moellei Rauser （缪勒氏假希瓦格䗴）［14］；向上依次发育绢云母石英岩［MBR-3， 图3（e）］、灰色中厚层生物碎屑灰岩［MBR-4， 图2（c）］与炭质页岩夹薄煤层，灰岩以微晶—泥晶为主，产棘皮动物［MBR-4， 图3（f）］。上部发育厚层灰岩和厚层炭质页岩，后者含有机质成分［图2（d）］，可见植物碎片［14］。

3 实验测试方法

锆石U-Pb同位素定年在自然资源部古地磁与古构造重建重点实验室利用LA-ICP-MS同时分析完成。由美国相干（Coherent）公司GeoLasHD 193 nm激光器和安捷伦科技公司Agilent 7900四极杆等离子质谱仪构成。激光剥蚀过程中采用氦气作载气、氩气为补偿气以调节灵敏度，二者在进入ICP之前通过一个T型接头混合。在等离子体中心气流（Ar+He）中加入了少量氮气，以提高仪器灵敏度、降低检出限和改善分析精密度。另外，激光剥蚀系统配置了一个信号平滑装置，即使激光脉冲频率低至1 Hz，采用该装置后也能获得光滑的分析信号［27］。激光剥蚀的直径约为35 μm，大部分的测试点位于锆石边部振荡环带发育的位置，少量点位于核部。
实验分析过程中，采用锆石标准91500作外标进行同位素分馏校正。对分析数据的离线处理采用软件ICPMSDataCal完成，谐和图绘制和年龄权重平均计算均采用Isoplot/Ex_ver3完成。完整的分析测试结果，包括锆石U-Pb同位素组成数据以及相应的锆石年龄结果见表1。
表1 柴北缘冷湖地区莫坝尔剖面太原群凝灰质砂岩锆石LA-ICP-MS U-Pb同位素分析数据

Table 1 LA-ICP-MS U-Pb isotopic analysis data of zircons from tuffaceous sandstone of Taiyuan Group in Mobar Section, Lenghu area, northern margin of Qaidam Basin

编

号

 元素含量/10-6

Th

/U

 同位素比值 同位素年龄/Ma
Pb Th U 207Pb/206Pb 1σ 207Pb/235U 1σ 206Pb/238U 1σ 207Pb/206Pb 1σ 207Pb/235U 1σ 206Pb/238U 1σ 协调度/%
1 42.1 370 639 0.58 0.052 7 0.002 1 0.338 8 0.014 1 0.046 5 0.000 6 322 117 296 11 293 3 98
2 49.4 594 594 1.00 0.056 3 0.002 8 0.341 4 0.016 2 0.044 3 0.000 7 465 111 298 12 280 4 93
3 46.1 532 595 0.89 0.051 9 0.002 0 0.319 2 0.012 3 0.044 6 0.000 5 280 89 281 9 281 3 99
4 103 1 456 1 052 1.38 0.055 1 0.002 0 0.342 6 0.012 0 0.045 2 0.000 5 413 81 299 9 285 3 95
5 31.9 330 469 0.70 0.050 4 0.002 3 0.318 9 0.014 3 0.045 9 0.000 6 213 108 281 11 289 4 97
6 33.8 359 461 0.78 0.052 6 0.002 6 0.333 9 0.016 2 0.045 9 0.000 8 309 111 293 12 289 5 98
7 14.8 201 172 1.17 0.049 0 0.003 4 0.309 5 0.020 0 0.046 1 0.000 8 150 156 274 16 290 5 94
8 18.1 183 233 0.79 0.056 3 0.002 7 0.359 7 0.017 2 0.046 2 0.000 8 461 106 312 13 291 5 93
9 14.9 138 224 0.62 0.053 5 0.003 2 0.339 3 0.021 5 0.046 2 0.000 9 350 137 297 16 291 5 98
10 49.0 573 602 0.95 0.052 9 0.002 1 0.334 2 0.011 7 0.046 2 0.000 6 324 91 293 9 291 3 99%
11 54.6 501 813 0.62 0.052 5 0.002 5 0.332 8 0.013 8 0.046 2 0.000 5 306 109 292 10 291 3 99
12 102 1 393 921 1.51 0.052 2 0.001 8 0.336 5 0.011 0 0.046 4 0.000 5 295 78 295 8 293 3 99
13 76.4 986 805 1.23 0.052 4 0.001 8 0.334 4 0.010 6 0.046 5 0.0006 302 78 293 8 293 4 99
14 67.8 778 840 0.93 0.051 5 0.002 1 0.332 5 0.013 6 0.046 6 0.000 5 261 94 291 10 294 3 99
15 49.9 505 690 0.73 0.055 8 0.001 9 0.358 7 0.011 8 0.046 7 0.000 6 456 76 311 9 294 4 94
16 70.9 792 903 0.88 0.048 8 0.001 7 0.316 0 0.010 8 0.047 0 0.000 5 200 83 279 8 296 3 94
17 37.1 358 480 0.74 0.053 8 0.002 3 0.348 7 0.015 0 0.047 0 0.000 6 365 96 304 11 296 4 97
18 47.7 500 582 0.86 0.052 3 0.002 3 0.339 8 0.014 4 0.047 1 0.000 6 298 98 297 11 297 4 99
19 107 1 402 937 1.50 0.055 7 0.002 1 0.364 5 0.012 8 0.047 2 0.000 6 443 85 316 10 297 4 93
20 37.9 384 531 0.72 0.047 6 0.002 1 0.309 9 0.014 3 0.047 3 0.000 7 76.0 113 274 11 298 4 91
21 48.8 524 617 0.85 0.050 5 0.002 0 0.330 1 0.012 6 0.047 4 0.000 5 217 94 290 10 298 3 97
22 65.8 827 688 1.20 0.051 8 0.001 9 0.339 1 0.013 1 0.047 4 0.000 7 276 88 297 10 299 4 99
23 36.0 354 480 0.74 0.055 8 0.002 1 0.364 5 0.012 8 0.047 5 0.000 6 456 81 316 10 299 4 94
24 53.5 580 606 0.96 0.051 2 0.002 3 0.333 6 0.015 3 0.047 6 0.000 7 250 102 292 12 300 4 97
25 63.4 722 787 0.92 0.050 9 0.001 9 0.334 6 0.012 0 0.047 6 0.000 6 235 83 293 9 300 4 97
26 33.8 285 530 0.54 0.053 1 0.002 6 0.349 1 0.016 6 0.047 7 0.000 6 332 111 304 12 300 4 98
27 93.0 1 109 1 149 0.97 0.054 0 0.001 8 0.356 2 0.012 8 0.047 7 0.000 5 369 71 309 10 300 3 97
28 72.9 850 862 0.99 0.051 1 0.001 9 0.336 1 0.012 1 0.047 7 0.000 5 256 81 294 9 300 3 97
29 71.5 893 794 1.12 0.050 3 0.001 8 0.332 7 0.012 1 0.0477 0.000 6 209 88 292 9 300 3 97
30 45.2 457 618 0.74 0.054 9 0.002 1 0.363 7 0.013 4 0.047 8 0.000 5 406 90 315 10 301 3 95
31 61.0 719 593 1.21 0.055 1 0.002 3 0.362 9 0.015 1 0.047 8 0.000 6 417 94 314 11 301 4 95
32 39.1 387 547 0.71 0.055 9 0.002 7 0.368 7 0.016 8 0.047 8 0.000 6 450 106 319 12 301 3 94
33 37.4 365 467 0.78 0.057 1 0.003 7 0.373 7 0.022 4 0.047 8 0.000 7 494 143 322 17 301 5 93
34 60.0 605 813 0.74 0.052 7 0.002 0 0.347 7 0.012 5 0.0478 0.000 5 322 82 303 9 301 3 99
35 64.3 718 834 0.86 0.051 5 0.002 3 0.334 6 0.013 3 0.047 8 0.000 8 261 97 293 10 301 5 97
36 64.4 833 678 1.23 0.053 0 0.002 1 0.349 9 0.0145 0.047 9 0.000 5 332 91 305 11 302 3 98
37 51.7 512 681 0.75 0.051 0 0.002 0 0.335 2 0.014 1 0.047 9 0.000 7 243 93 294 11 302 4 97
38 42.6 481 514 0.94 0.052 1 0.002 3 0.342 4 0.013 8 0.0479 0.000 6 300 100 299 10 302 4 99
39 41.2 475 499 0.95 0.049 9 0.002 6 0.333 3 0.018 2 0.047 9 0.0006 191 116 292 14 302 4 96
40 28.7 265 380 0.70 0.057 3 0.002 6 0.374 4 0.016 5 0.048 0 0.000 6 502 100 323 12 302 4 93
41 41.8 405 588 0.69 0.052 3 0.002 1 0.345 5 0.013 6 0.048 0 0.000 6 298 91 301 10 302 4 99
42 27.9 310 361 0.86 0.055 0 0.003 4 0.359 7 0.020 1 0.0481 0.000 7 413 106 312 15 303 5 96
43 57.9 587 736 0.80 0.050 4 0.001 8 0.334 3 0.011 3 0.048 1 0.000 5 217 81 293 9 303 3 96
44 28.3 266 379 0.70 0.056 7 0.002 7 0.374 8 0.016 3 0.048 1 0.000 7 483 106 323 12 303 4 93
45 18.7 191 221 0.87 0.054 2 0.003 7 0.357 3 0.024 9 0.048 1 0.000 9 389 152 310 19 303 5 97
46 27.6 303 348 0.87 0.052 0 0.002 9 0.341 8 0.021 1 0.048 2 0.001 1 287 126 299 16 303 7 98
47 23.1 239 287 0.83 0.052 3 0.003 7 0.354 8 0.030 2 0.048 2 0.000 8 298 161 308 23 304 5 98
表1 柴北缘冷湖地区莫坝尔剖面太原群凝灰质砂岩锆石LA-ICP-MS U-Pb同位素分析数据（续）

Table 1 LA-ICP-MS U-Pb isotopic analysis data of zircons from tuffaceous sandstone of Taiyuan Group in Mobar Section, Lenghu area, northern margin of Qaidam Basin(continued)

编

号

 元素含量/10-6

Th

/U

 同位素比值 同位素年龄/Ma
Pb Th U 207Pb/206Pb 1σ 207Pb/235U 1σ 206Pb/238U 1σ 207Pb/206Pb 1σ 207Pb/235U 1σ 206Pb/238U 1σ 协调度/%
48 57.0 618 707 0.87 0.051 7 0.002 3 0.343 8 0.014 2 0.048 3 0.000 6 272 102 300 11 304 4 98
49 42.6 478 525 0.91 0.053 8 0.003 5 0.362 4 0.023 4 0.048 3 0.000 6 365 144 314 17 304 4 96
50 26.4 264 309 0.85 0.050 6 0.003 6 0.336 7 0.023 1 0.048 4 0.000 6 233 169 295 18 304 4 96
51 21.1 215 277 0.77 0.057 6 0.003 2 0.385 0 0.022 2 0.048 4 0.000 9 522 122 331 16 305 6 91
52 41.7 402 560 0.72 0.055 1 0.002 2 0.366 5 0.013 9 0.048 4 0.000 6 417 87 317 10 305 4 96
53 19.0 207 223 0.93 0.054 3 0.003 5 0.360 6 0.022 2 0.048 8 0.000 9 383 143 313 17 307 6 98
54 70.2 760 832 0.91 0.051 3 0.001 7 0.343 0 0.011 1 0.048 8 0.000 6 254 76 299 8 307 4 97
55 45.2 478 528 0.91 0.054 7 0.002 9 0.364 0 0.017 0 0.049 0 0.000 7 467 121 315 13 308 4 97
56 60.6 645 739 0.87 0.053 6 0.001 8 0.359 0 0.011 9 0.049 0 0.000 7 354 78 311 9 308 4 98
57 72.2 821 848 0.97 0.053 4 0.001 9 0.369 7 0.016 7 0.049 0 0.000 9 343 78 319 12 309 5 96
58 54.1 549 689 0.80 0.053 0 0.001 8 0.359 8 0.012 0 0.049 1 0.000 6 328 108 312 9 309 4 99
59 78.7 840 945 0.89 0.052 3 0.001 7 0.356 0 0.011 1 0.049 3 0.000 5 298 68 309 8 310 3 99
60 52.8 602 614 0.98 0.052 9 0.002 7 0.355 6 0.016 2 0.049 3 0.000 6 328 113 309 12 310 4 99
61 14.1 127 197 0.64 0.053 6 0.003 4 0.357 2 0.020 7 0.049 4 0.000 9 354 144 310 16 311 5 99
62 37.0 366 440 0.83 0.055 5 0.003 5 0.374 0 0.025 2 0.049 4 0.000 8 432 141 323 19 311 5 96
63 77.5 785 966 0.81 0.052 6 0.001 8 0.358 1 0.0117 0.049 5 0.000 6 322 78 311 9 311 3 99
64 40.6 429 528 0.81 0.053 7 0.002 3 0.367 9 0.014 9 0.049 5 0.000 7 361 96 318 11 312 4 97
65 35.2 332 420 0.79 0.056 8 0.002 6 0.387 0 0.016 7 0.050 0 0.000 9 483 100 332 12 314 5 94
66 94 1 122 1 033 1.09 0.049 8 0.001 7 0.343 8 0.012 1 0.050 1 0.000 7 183 80 300 9 315 4 95
67 89.5 991 958 1.03 0.054 2 0.001 8 0.375 5 0.011 4 0.050 2 0.000 5 389 74 324 8 316 3 97
68 168 2 128 1 608 1.32 0.052 7 0.001 7 0.368 0 0.011 9 0.050 2 0.000 5 317 72 318 9 316 3 99
69 26.0 234 378 0.62 0.057 1 0.004 7 0.387 5 0.027 6 0.050 3 0.000 8 494 216 333 20 316 5 95
70 100.8 793 1 484 0.53 0.051 0 0.001 3 0.358 5 0.0091 0.050 6 0.000 5 239 53 311 7 318 3 97
71 26.3 261 347 0.75 0.052 6 0.002 3 0.361 9 0.015 0 0.050 7 0.000 8 322 100 314 11 319 5 98
72 14.2 137 139 0.99 0.057 6 0.004 3 0.394 7 0.026 9 0.051 1 0.001 1 522 164 338 20 322 7 95
73 32.8 302 448 0.67 0.050 6 0.002 3 0.355 4 0.014 7 0.051 2 0.000 7 220 99 309 11 322 4 95
74 100.1 988 1 212 0.81 0.0480 0.001 4 0.342 9 0.011 0 0.051 6 0.000 7 98.2 69 299 8 325 4 91
75 14.61 103 220 0.47 0.055 0 0.003 9 0.388 7 0.028 4 0.052 1 0.000 8 413 161 333 21 327 5 98
76 16.4 159 209 0.76 0.054 1 0.004 1 0.399 5 0.038 1 0.052 3 0.000 9 376 203 341 28 329 6 96
77 141 894 1 468 0.61 0.057 3 0.001 4 0.529 8 0.012 4 0.066 5 0.000 6 502 52 432 8 415 4 96
78 52.3 484 362 1.34 0.053 7 0.002 1 0.503 9 0.018 9 0.068 0 0.000 8 367 89 414 13 424 5 97
79 89.9 571 858 0.67 0.056 0 0.001 6 0.532 9 0.014 9 0.068 8 0.001 0 450 68 434 10 429 6 98
80 97.4 757 832 0.91 0.055 3 0.001 6 0.528 6 0.014 9 0.068 9 0.000 7 433 60 431 10 430 4 99
81 80.4 451 851 0.53 0.055 9 0.001 7 0.535 8 0.0153 0.069 1 0.000 8 450 67 436 10 431 5 98
82 57.6 304 665 0.46 0.055 4 0.001 9 0.537 1 0.021 4 0.069 3 0.000 8 428 76 437 14 432 5 98
83 46.2 254 518 0.49 0.058 2 0.002 1 0.550 7 0.019 0 0.069 4 0.000 9 539 80 445 12 432 5 97
84 104.2 685 999 0.69 0.054 5 0.001 5 0.524 4 0.014 2 0.069 8 0.000 7 391 61 428 9 435 4 98
85 64.9 388 674 0.58 0.053 7 0.001 8 0.520 7 0.016 0 0.070 4 0.000 8 361 76 426 11 439 5 96
86 140.7 254 2 078 0.12 0.053 7 0.001 2 0.531 6 0.011 6 0.071 6 0.000 7 367 52 433 8 446 4 97
87 104.5 488 1 205 0.41 0.058 7 0.001 6 0.591 8 0.017 8 0.072 5 0.000 8 567 60 472 11 451 5 95
88 111.0 389 1 406 0.28 0.054 5 0.001 3 0.566 1 0.012 8 0.075 2 0.000 8 391 56 456 8 468 5 97
89 88.0 112 181 0.62 0.109 3 0.002 8 4.573 9 0.111 1 0.301 9 0.003 4 1 788 45 1 745 20 1 701 17 97
90 112.1 154 240 0.64 0.106 1 0.002 3 4.558 0 0.118 0 0.310 2 0.003 8 1 733 40 1 742 22 1 742 19 99
91 108.9 134 159 0.84 0.137 6 0.003 4 7.375 1 0.165 3 0.390 7 0.004 2 2 198 43 2 158 20 2 126 19 98
92 209 212 360 0.59 0.130 1 0.003 1 7.161 1 0.186 5 0.394 7 0.005 5 2 099 42 2 132 23 2 145 26 99
93 472 450 747 0.60 0.159 6 0.002 6 8.736 3 0.167 5 0.396 9 0.005 2 2 451 23 2 311 18 2 155 24 93

4 锆石LA⁃ICP⁃MS U⁃Pb年龄

4.1　锆石特征

冷湖地区莫坝尔太原群下段MBR-2样品分选出的锆石，粒径为45~155 μｍ，大部分在95~105 μm之间；绝大多数锆石为自形，呈柱状，长宽比多为1∶2~1∶3。锆石晶型完整，且发育非常清晰的同心振荡环带的岩浆锆石，极少数锆石无分带或弱分带，未见变质增生边（图4）。MBR-2样品中锆石的Th含量介于（103~2 128）×10-6之间，U含量介于（139~2 078）×10-6之间，Th/U平均值为0.83，Th/U值大于0.4的锆石颗粒有91个，约占总数的98%。总体而言，样品中大多数锆石的Th/U值大于0.4，表明这些碎屑主要是岩浆成因［28-30］，可以代表物源区岩浆岩的年龄。
图4 柴北缘冷湖地区莫坝尔剖面太原群样品碎屑锆石代表性CL图像及其U-Pb年龄值

Fig.4 Representative zircon CL images and U-Pb ages of the Taiyuan group samples in Mobar section， Lenghu area， northern margin of Qaidam Basin

4.2　锆石年龄与分布

太原群下段MBR-2样品在锆石U-Pb年龄分析过程中，避开了锆石中的矿物包裹体与明显裂隙，随机测试100点，其中7个测试点由于Pb丢失，导致206Pb/238U和207Pb/235U年龄协和度低于90%，数据可信度较低，剩余93个测试点分布在谐和线上或附近［图5（a，） 图5（b）］，其中最年轻的一颗锆石年龄为280±4 Ma。根据直方图和概率密度图的统计显示［图5（c）］，碎屑锆石年龄集中为2组，一组年龄介于280~329 Ma之间（n=76），在294 Ma存在明显峰值［加权平均年龄见图5（d）］；另一组年龄介于415~468 Ma之间（n=12），在430 Ma存在明显峰值。此外样品在1 701~2 445 Ma之间（n=5）也有锆石年龄分布。
图5 样品MBR-2锆石U-Pb年龄结果

（a）—（b）协和年龄曲线；（c）锆石年龄直方图和概率密度图；（d）加权平均年龄图

Fig.5 U-Pb age of zircon from sample MBR-2

5 讨论

5.1　莫坝尔地区太原群地层的形成时代

本文野外剖面以及镜下薄片鉴定显示，此次所获取的样品为凝灰质砂岩，颗粒间填隙物绝大多数是凝灰质。锆石均为自形锆石，无任何沉积搬运改造的痕迹（图4），且Th/U值符合岩浆锆石规律。同时，所获得的锆石年龄集中在晚古生代，加权平均年龄294±2 Ma代表了早二叠世的火山喷发年龄，所给出的年龄数据可以约束其所在层位的沉积时代，早二叠世早期，即太原群地层应归属为下二叠统。由于莫坝尔剖面一直缺乏准确的同位素年龄，前人基于区调工作编制地质图时，将这套地层与柴北缘及其周缘上石炭统地层进行对比，将时代划定为晚石炭世。主要是基于以下证据：①该套地层与该区中侏罗统大煤沟组中的植物化石Cladophlebis（枝脉蕨）等截然不同，太原群生物碎屑灰岩和炭质页岩段中产有丰富的植物与海相动物化石，其中以䗴类为代表，多属晚石炭世偏后期的分子［14］。该套层系的上段中所产的Pseudoschwagerina moellei Rauser（缪勒氏假希瓦格）同北祁连、阿尔金山以及南祁连区域地层产者十分相似。例如，柴北缘东段扎布萨尕秀组中产的Pseudoschwagerina（假希瓦格）和Sphaeroschwagerina（球希瓦格）被数次用作生物地层学的标志，认为该套层系完全属于晚石炭世［31-34］。②下段紫红色砂岩层与上段含丰富化石的碳酸盐和碎屑岩混积层系为整合接触，岩性与北方标准的太原群、石灰沟扎布萨尕秀组和柏树山宗务隆群十分相似［14］。
上述区调工作，以及李莹等［35］在全国最新石炭系地层划分对比方案中，均将这套地层归属于晚石炭世。但近年来随着微体古生物学和锆石U-Pb体系定年工作的开展，主要认为该套地层属于早二叠世。HENDERSON等［36］提到目前石炭系—二叠系界线在华南以牙形类Streptognathodus isolatus首现为界，蜓类Pseudoschwagerina带之底大致与此相当；二叠系的底界一般见于马平组和船山组的中上部，在华北见于太原组下部，即太原组（群）应当归属于早二叠世［37］。对于柴北缘地区，朱秀芳［38］和王训练等［39］认为石炭系、二叠系界线应置于扎布萨尕秀组上段䗴类 Pseudoschwagerina 组合带或 Sphaeroschwagerina 带的底部。继此之后，近些年随着锆石定年技术精度的提高，柴北缘东段扎布萨尕秀组底部砂岩的288±2 Ma、293±3 Ma以及300±2 Ma［4，19，22］，这些最年轻碎屑锆石年龄证据直接揭示了扎布萨尕秀组下部砂泥岩互层层段应该沉积于石炭纪之后。加上刘佳等［20］于东大沟扎布萨尕秀组底部所测得凝灰岩绝对年龄为295±2 Ma，更加明确了扎布萨尕秀组地层所属时代——早二叠世。此外，莫坝尔地区太原群上段所见的生物碎屑灰岩段中产Pseudoschwagerina moellei Rauser（缪勒氏假希瓦格䗴）为北方太原组中䗴类的一个属，所以更能确定该地区太原群是石炭纪沉积之后早二叠世的沉积产物。另外，莫坝尔剖面所获凝灰质砂岩中早二叠世早期的年龄也与前期在柴北缘东段地区扎布萨尕秀组砂岩中获得的最年轻碎屑锆石年龄和凝灰岩绝对年龄数据基本保持一致，据此说明了柴北缘在早二叠世曾有较为广泛的沉积过程，发育含火山碎屑物质的碎屑岩与碳酸盐岩混积层系。

5.2　柴北缘下二叠统碎屑锆石年龄谱系及物源分析

目前柴达木盆地缺少针对二叠系碎屑锆石年龄的相关研究，本文基于冷湖地区莫坝尔剖面二叠系样品MBR-2的锆石U-Pb定年结果，尝试建立柴北缘二叠纪地层碎屑锆石年龄谱系并分析其潜在物源区，根据锆石年龄分布特征可大致划分为5组［图5（c）］。本文只讨论晚古生代与早古生代的碎屑锆石年龄峰段，另外3组的碎屑锆石主要源自前寒武纪柴北缘超高压带变质岩结晶基底［40-41］。
（1）晚古生代（280~329 Ma）。柴北缘构造带及东昆仑造山带广泛发育海西期岩体和火山岩记录，莫坝尔剖面太原群下段开始出现这一年龄段锆石（峰值年龄294 Ma）［图5（c），图6（a）］，是对该期构造—岩浆热事件的响应。根据最新岩浆岩的显示，柴北缘地区存在二叠系的花岗质岩体侵入，例如西段三岔沟地区271 Ma的花岗岩和小赛什腾山260 Ma、263 Ma和268 Ma的闪长岩和花岗岩［22， 42］。此外，多种证据说明了火山事件十分频发，同样也可能为区域内早二叠世的沉积提供物源：SUN等［4］报道的柴北缘东段290~310 Ma年龄组的2个碎屑锆石［图6（b），图6（c）］，暗示了在晚石炭世末—早二叠世早期存在着弧岩浆作用，该时期东昆仑岛弧带发生火山喷发，持续为盆内提供物源，直至约290 Ma盆内碎屑物质充填结束。此外，SUN等［18］和马立成等［19］发现的288 Ma凝灰质砂岩样品［图6（d）］同样也暗示了在早二叠世火山喷发的产物作为物源供给柴北缘的沉积。以上证据说明了柴北缘在早二叠世的沉积物潜在物源区可能位于东昆仑的弧，那么柴北缘地区是否存在火山事件为其本区内的沉积提供物源仍需进一步探讨。首先，有资料显示石灰沟剖面扎布萨尕秀组鉴定出的疑似火山岩凝灰岩、含玻屑熔岩团块火山凝灰岩［33］，暗示了晚石炭世—早二叠世柴北缘东段的火山喷发事件。刘佳等[20]在石灰沟地区通过野外观察以及镜下鉴定，在扎布萨尕秀组的底部识别出一套凝灰岩层（295 Ma），确定了柴北缘东段地区在早二叠世发生过火山喷发时间。对于柴北缘西段，徐旭明等[21]在赛什腾山地区测得了二叠纪的中基性火山熔岩（280 Ma）；以及冷98井钻遇的二叠系火山岩（见另文发表），以上证据暗示着柴北缘西段构造带上在早二叠世同样也发育火山事件。另外，从柴北缘西段下二叠统冲积扇等山间沉积体系、以及棱角状-次棱角状的锆石晶形来看，早二叠世火山喷发的产物为柴北缘地区提供了物源，且存在近物源堆积的沉积特征。就此形成了柴北缘地区下二叠统碎屑锆石中晚古生代的年限信息。
图6 柴达木盆地北缘与周缘地区二叠系碎屑锆石U-Pb年龄谱系（数据（a）—（b）引自文献［4］；（d）引自文献［19］）

Fig.6 Spectrogram of detrital zircon U-Pb ages of the Triassic strata in the northern margin of Qaidam Basin and its adjacent areas（Data（a）-（b） is cited from Ref.［4］； （d） is cited from Ref.［19］）

（2）早古生代年龄（415~468 Ma）。该阶段年龄占比较小。柴北缘高压—超高压变质带是一条典型的早古生代造山带，穿过研究区南侧，发育大量早古生代花岗岩类［25］，是晚古生代以来柴北缘沉积地层稳定的物质来源［5，19，43-44］。从锆石年龄特征来看（图4），构造带内寒武纪—早泥盆纪岩浆岩、变质岩都有可能为莫坝尔下二叠统提供沉积物质。柴达木盆地北缘发育一套由砂砾岩组成的上泥盆统陆相粗碎屑沉积岩，在本文研究区、哈尔扎沟和大冰沟等地均有出露。
综上所述，柴北缘二叠系碎屑物质主要来自于柴北缘构造带内的各期次岩浆岩、柳河群以及达肯达坂群。

5.3　二叠纪构造演化

基于柴达木盆地及其周缘造山带的区域地质调查，部分学者认为石炭纪—二叠纪以来，一直到晚二叠世末期宗务隆海槽的闭合，整个柴达木盆地处于被动大陆边缘［7，45-46］。近年来，随着碎屑锆石定年、东昆仑和柴北缘地区岩浆岩的发现以及岩石地球化学分析手段的介入，越来越多的研究者认为晚石炭世以来，柴达木盆地处于弧后的古地理位置，此时，由于南昆仑洋的持续俯冲，大范围的岩体侵入盆地内及周缘［4，47-49］。本文的沉积学以及同位素年代学证据补充说明了柴北缘的大地构造背景，对柴达木全区构造演化的研究具有重要意义。
在莫坝尔剖面所见下二叠统底部是一套紫红色的砂岩碎屑岩建造，锆石与碎屑物质分选差、多呈次棱角状，本文推测可能与当时发生构造隆升或火山爆发有一定的关系。SUN等［4］认为柴北缘地区当时处于汇聚板块边缘岩浆活动强烈的环境［50］。此时的南昆仑洋发生板块断裂或回撤，弧下的软流圈上升流明显，引发了瞬态火山活动。本文所报道的凝灰质砂岩以及上述二叠系花岗质的侵入岩和火山岩相，说明了柴北缘自早二叠世以来，弧岩浆活动十分活跃。同时，全区内二叠系凝灰岩、安山岩以及中基性的玄武岩，出露于莫坝尔、小赛什腾山、东大沟地区等，反映了早二叠世以来柴北缘整体处于古特提斯洋俯冲阶段，此时火山活动大规模爆发，可能发育火山岛弧［20-21］。此外，莫坝尔剖面下二叠统上段的碎屑岩与碳酸盐岩混积层系同柴北缘东段扎布萨尕秀组岩性十分相似，反映了早二叠世柴北缘地区整体处于滨—浅海、障壁岛沉积环境，海平面频繁交替，气候温暖湿润［4-5，14，19-20］。

6 结论

（1） 笔者在柴北缘西段冷湖地区莫坝尔剖面太原群首次发现凝灰质砂岩，并获得了294 Ma的加权平均年龄，该年龄晚于国际石炭纪—二叠纪的界限年龄（约299 Ma）。
（2） 碎屑锆石U-Pb测年数据将该套地层的最大沉积年龄约束在早二叠世早期，结合柴北缘东段岩石学特征与碎屑锆石年龄证据，认为该套地层应厘定为下二叠统，推测柴北缘广泛残留早二叠世的沉积地层。
（3） 柴达木盆地北缘保存的连续且完整的晚石炭世—二叠世沉积记录。锆石年龄谱系显示，柴北缘西段下二叠统碎屑物质主要来自于柴北缘构造带内的各期次岩浆岩、柳河群以及达肯达坂群。柴北缘地区早二叠世以来整体处于昆仑洋俯冲阶段，区内火山活动大规模爆发形成的火山碎屑物质为沉积地层提供了主要物源。
（4） 莫坝尔剖面上古生界下二叠统的发现为柴北缘地区下一步油气探勘提供了资料基础，层内发育的厚层暗色泥页岩和生物碎屑灰岩组合是油气地质研究的新方向。

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