云南兰坪-思茅盆地与老挝万象盆地含钾盐地层磁性地层年代和构造意义

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作者张大文
来源中国科学院大学
出版年2016
摘要
兰坪-思茅盆地与呵叻盆地同处于特提斯构造域的东段。兰坪-思茅盆地勐野井钾盐矿是目前中国唯一具有工业开发价值的古代固体钾盐矿床,已探明钾资源量仅0.17亿吨;而南部与之邻近的泰国-老挝呵叻盆地发育巨型钾盐矿床,钾资源储量达420亿吨。理清两个盆地的关系对于指导我国兰坪-思茅盆地实现找钾突破可能具有重要的理论和现实意义。但主要受限于两个盆地含钾盐地层的年代学不确定,长期以来对于两个盆地的构造演化关系和钾盐矿之间的关系认识一直不清楚。比如,兰坪-思茅盆地含钾盐地层勐野井组地层年代从中侏罗世到古新世不等,而呵叻盆地含钾盐地层马哈萨拉堪组地层年代从早白垩世到渐新世不等。磁性地层学对于限定长序列地层年代十分有效。针对上述年代学问题,本论文分别在云南兰坪-思茅盆地江城地区和呵叻盆地北部老挝万象盆地开展了详细的磁性地层年代学及对比研究。? ? ? ??兰坪-思茅盆地江城剖面勐野井组地层为一套900多米厚的湖相和河流相泥岩、粉砂岩和砂岩沉积。岩石磁学实验表明赤铁矿为主要载磁矿物,部分层位含有磁铁矿。通过对600多个古地磁定向岩芯样品系统热退磁分析,561个样品中分离出有效特征剩磁方向,并通过了褶皱和倒转检验;结合岩石薄片和电子探针分析共同说明勐野井组地层记录了原生的特征剩磁。这些特征剩磁方向,共获得了7个正极性和7个负极性,其中勐野井组地层中下部以正极性为主,而上部则呈现多个正、负极性倒转的特征。结合介形虫化石、孢粉组合和凝灰岩层U-Pb锆石年代学以及该剖面上部砂岩层磷灰石裂变径迹热历史模拟的宏观年代学框架所揭示的地层年代大致为早白垩世晚期-晚白垩世这一限定,将勐野井组中下部长正极性带对比到国际标准极性柱 (GPTS2012)白垩纪超静磁带 (CLNS),地层上部的正负极性段对比到白垩纪超长静磁带之上极性段,并结合沉积速率特征,限定勐野井组地层沉积时代为115 Ma。呵叻盆地含钾盐地层年代的限定主要通过北部次级盆地万象盆地早白垩世山前露头剖面班蓬坎剖面和盆地中他曲地区钻孔 (ZK2893)剖面相结合来开展磁性地层年代学研究。其中,班蓬坎剖面是一套1000多米厚的冲积相或河流相主导的红色砂岩和泥岩沉积。磁组构分析表明了原始沉积的地层特征;详细的岩石磁学实验揭示赤铁矿为主要载磁矿物,少数样品中含有磁铁矿。系统热退磁分析从743个古地磁定向样品中分离出711个有效特征剩磁方向,其通过了褶皱检验;结合岩石薄片显微镜观察结果共同揭示班蓬坎剖面地层记录了原生特征剩磁方向。这些特征剩磁方向揭示班蓬坎剖面总体以正极性为主,存在多个负极性倒转事件。结合呵叻群地层早白垩世沉积序列岩性对比和剖面介形虫化石及孢粉年代学控制,初步将班蓬坎剖面沉积时代限定在国际标准极性柱 (GPTS2012)白垩纪超净磁带 (CLNS)内 (Barremian-Albian)。他曲地区ZK2893钻孔岩芯总厚度595.4 m,主体由三个岩盐-泥岩层沉积旋回组成,在391.0 m到391.8 m之间发育钾盐矿。岩石磁学分析揭示赤铁矿为主要的载磁矿物,其次为磁铁矿;系统热退磁和交变退磁从500个古地磁样品中分离出209个有效特征剩磁方向。特征剩磁方向的正、负磁倾角平均值分别为35.05°和34.33°,两者呈对趾分布且相差仅0.72°,可能说明ZK2893钻孔记录了原生地球磁场方向。根据这些特征剩磁方向建立的磁极性序列包括8个正极性带和7个负极性带,其中钻孔下泥岩段整体以负极性为主,底部出现正极性;而上、中泥岩段记录了多次极性倒转。在剖面中的孢粉组合特征与区域其它年代学约束下,结合与班蓬坎剖面地层关系等,限定塔贡组地层沉积时代为63.5 Ma-Albian期末之间。另外,本研究针对兰坪-思茅盆地宝藏地区出露的勐野井组、江城地区出露的中侏罗世和平乡组地层以及万象盆地北部出露的古新世-始新世、中-晚侏罗世地层分别开展了古地磁采样和分析。其中,(1)在兰坪-思茅盆地宝藏地区出露的勐野井组地层中10个采点获得99个古地磁定向岩芯并加工成182个标准样品,通过系统热退磁从35个样品中分离出了有效特征剩磁方向,具有正负极性,在地理坐标和地层坐标下的平均方向分别为Dg=214.5°, Ig=19.1° (kg=22, α95=5.3°)和Ds=35.3°, Is=31.5° (ks=22, α95=5.3°),,地层坐标下的特征剩磁方向通过了倒转检验,说明可能为原生的地球磁场方向,进而计算得到兰坪-思茅盆地宝藏地区晚白垩世古地磁极位置为56.4°N, 194.8°E (dp=3.3°, dm=5.9°)。(2)在江城地区出露的中侏罗世和平乡组地层中7个采点获得75个古地磁定向岩芯,通过系统热退磁从50个样品中分离出了有效特征剩磁方向,具有正负极性,在地理坐标和地层坐标下的平均方向分别为Dg=349.6°, Ig=37.2° (kg=9, α95=6.9°)和Ds=340.3°, Is=43.2° (ks=12, α95=6.2°),古地磁方向精度参数k在地层校正后增大而误差参数α95降低,且地层坐标下的特征剩磁方向通过了倒转检验,表明了可能为原生的地球磁场方向,进而计算得到兰坪-思茅盆地江城地区晚侏罗世古地磁极位置为71.8°N, 23.7°E (dp=4.8°, dm=7.7°)。(3)在万象盆地北部古新世-始新世地层中从25个采点获得290个古地磁定向样品,并进行了系统热退磁分析。其中,来自古新世-始新世地层3个采点 (29个样品)的特征剩磁平均方向在地理和地层坐标下分别为Dg=32.1°, Ig=40.1° (kg=136, α95=10.6°) 和Ds=37.6°, Ig=37.3° (Ks=255, α95=7.7°);来自古新世15采点 (138个样品)的特征剩磁平均方向在地理和地层坐标下分别为Dg=38.6°, Ig=30.8° (kg=67, α95=4.7°) 和Ds=53.5°, Ig=40° (Ks=72, α95=4.5°)。这些特征剩磁平均方向在地理坐标下显著区别于现今地磁场方向,在地层校正后精度参数升高、误差降低,同时正负极性呈对趾分布,表明可能为原生地磁场方向。进而得到印度支那陆块古新世-始新世和古新世的古地磁极分别为54.6°N, 182.8°E (dp=5.3°, dm=9°)和40.0°N, 178.4°E (dp=3.3°, dm=5.4°)。(4)在老挝万象北部南俄河水库地区出露的中-晚侏罗世 (?)地层中4个采点获得了52个古地磁定向岩芯并加工成93个标准样品,经过系统热退磁从69个样品中有效分离出了特征剩磁方向,具有正、负极性。正、负极性特征剩磁方向在地理和地层坐标下的平均方向分别为Dg=23.0°, Ig=27.9° (kg=15, α95=4.4°) 和Ds=15.3°, Ig=45.2° (Ks=15, α95=4.4°),进而计算得到了万象盆地北部地区中-晚侏罗世古地磁极位置73.7°N, 159.6°E (dp=3.5°, dm=5.6°)。? ? 在上述磁性地层年代学和最新古地磁结果基础上,通过收集、总结和筛选、评价兰坪-思茅陆块与印度支那陆块古生代以来的已有古地磁数据,建立了两个陆块在古生代以来的古纬度和旋转变形方式演化历史以及视极移曲线,结合地质和古生物证据,表明兰坪-思茅和印度支那两个陆块从晚三叠世开始可能已经成为一个整体发生运移。此外,考虑到兰坪-思茅盆地与呵叻盆地之间的川圹高原隆升时间可能始于始新世-渐新世,远晚于两个盆地的含钾盐地层年代。综上所述,从构造背景角度不能排除两个盆地之间在成钾成钾时期存在古卤水通道以及两个盆地在中生代可能是一个统一的泛盆地可能性。

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