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云南曲靖蔡家冲盆地小屯组和蔡家冲组地层年代学研究的初步成果


     第四课题方小敏、张伟林、昝金波、张涛等主要骨干成员与第二课题颜茂都、吴福莉等按照课题任务书的要求在捋清新生代地层序列的基础上,先后对西南季风区曲靖市蔡家冲盆地进行了5次综合考察,最后确定蔡家冲剖面为中晚始新世-渐新世小屯组和蔡家冲组地层的关键剖面,该剖面产出著名的晚始新世蔡家冲动物群。该剖面由天然剖面和钻探岩心两部分组成。

    野外工作确定了该剖面蔡家冲组厚123m,为一套灰白色泥灰岩、泥质灰岩夹泥岩、钙质泥岩的地层序列,与下部小屯组整合接触;同时确定了该组哺乳动物化石的具体位置,并在该组顶部发现了厚5m的火山凝灰岩(图1)。小屯组厚127m,由37m天然剖面及紧接其下的90米钻探岩心组成,为一套以红色泥岩、泥质砂岩为主,夹灰白至灰绿钙质泥岩、泥灰岩的地层序列,超覆于二叠纪灰岩之上。小屯组中下部钻探采样先进的单动三重管(PVC塑料内衬管护芯)钻探技术,保证了全孔取芯率近100%。对上述的天然剖面以0.5m为间距和钻孔0.25m为间距采集约780块古地磁样品。此次化石层位的确定以及火山凝灰岩的年代测定将对磁性地层年代建立提供了精确年代的控制。

 

图1 云南曲靖蔡家冲盆地天然剖面和钻孔位置的确定以及火山凝灰岩和哺乳动物化石的发现

 

图2 古地磁样品在零磁空间(平均磁场强度~170nT)古地磁实验室自动化测试

图3 蔡家冲盆地代表性样品热退磁及交变退磁的剩磁矢量正交投影图

 

    所有古地磁样品在中科院青藏高原研究所零磁空间(平均磁场强度~170nT)古地磁实验室2G超导磁力仪上测量(图2)。测试过程中,对浅色的蔡家冲组样品进行交变退磁试验,发现大多数样品在20mT以前剩磁有比较明显的下降,且在80mT之后揭示出稳定的特征剩磁方向分量(图3);对红色的小屯组样品进行了15-18步(加热区间50~680℃),呈现出450℃之前剩磁方向和强度变化紊乱,500℃之后具稳定的特征剩磁方向且呈直线趋向于原点,在620℃左右下降至零附近(图3),初步推测灰白色泥岩、泥灰岩与红色泥岩、粉砂岩样品特征剩磁的携磁矿物分别为软磁性矿物,和钛磁铁矿、磁铁矿等软磁性矿物;该推断有待进一步详细的岩石磁学分析来验证。对蔡家冲组顶部火山凝灰岩的锆石在美国德克萨斯大学奥斯汀分校利用激光微区等离子体质谱仪(LA-ICP-MS)进行了U-Pb年代学测试,确定厚层火山灰年龄约为33-37Ma(图4)。

图4 云南曲靖市蔡家冲盆地蔡家冲组顶部火山凝灰岩的锆石U-Pb年代结果

 

对目前所测各个层位样品的特征剩磁方向进行主成分分析后,将所有天然剖面样品的特征剩磁方向进行虚拟地磁极(VGP)计算,并将计算所得的VGP-Lat(虚拟极纬度)和钻孔剖面的磁倾角根据地层深度作图,共获得12个正极性带和11个负极性带(图5)。依据蔡宏观化石年代(晚始新世)控制,以及蔡家冲组顶部火山凝灰岩精细锆石年代学(33-37 Ma)限定,所获得的23个极性带可以和国际标准极性柱(GPTS2012)进行很好对比,获得蔡家冲和小屯组的地层年代分别为36.2-41.4 Ma和41.4-46.2 Ma;并确定哺乳动物化石的年代约为37 Ma(图5)。

    鉴于蔡家冲盆地的形成和结束均受控于构造作用。因此,初步推测云南地区在46Ma前后发生了强烈的构造运动,云南高原强烈隆升,并同时导致了高原面上蔡家冲等一系列小型断陷盆地的形成;并于晚始新世36Ma左右,构造-抬升运动再次强化,云南高原再次强烈隆升,高原主体形成,并结束了蔡家冲盆地沉积。这是首次在云南高原面上从盆地角度准确确定了晚始新世地层和化石年代以及云南高原的形成时代,对今后进一步揭示该区构造-季风-剥蚀-风化之间的关系具有重要的意义。

图5 云南曲靖市蔡家冲盆地早新生代地层小屯组和蔡家冲组的年代学综合解释

                            

文•图/张伟林、颜茂都、方小敏

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