鄂爾多斯盆地杭錦旗地區(qū)直羅組碎屑鋯石稀土元素特征及地質(zhì)意義

雷開宇

(1.西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系，陜西西安710069；2.延長石油(集團(tuán))油氣勘探公司采氣一廠，陜西延安716000)

鄂爾多斯盆地杭錦旗地區(qū)直羅組碎屑鋯石稀土元素特征及地質(zhì)意義

雷開宇1，2

(1.西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系，陜西西安710069；2.延長石油(集團(tuán))油氣勘探公司采氣一廠，陜西延安716000)

物源分析是沉積盆地分析的重要組成部分，其研究有助于反映源區(qū)與沉積區(qū)的關(guān)系，是再現(xiàn)沉積盆地演化、恢復(fù)古環(huán)境的重要依據(jù)。為了研究杭錦旗地區(qū)中侏羅統(tǒng)直羅組砂巖的碎屑鋯石稀土元素特征及其反映的地質(zhì)意義，采用激光剝蝕原位微區(qū)等離子質(zhì)譜法對(duì)研究區(qū)兩個(gè)直羅組砂巖樣品進(jìn)行了鋯石微區(qū)稀土元素分析。結(jié)果表明：鋯石的配分模式具有輕稀土元素含量低，重稀土元素含量高的左傾模式，且具有適度的負(fù)Eu異常，正Ce異常，LREE/HREE以及(La/Yb)N顯示重稀土相對(duì)富集。δCe值指示研究區(qū)直羅組砂巖沉積環(huán)境為缺氧的還原環(huán)境。鋯石稀土元素配分曲線顯示大部分鋯石為巖漿成因，同時(shí)存在部分變質(zhì)成因及熱液成因鋯石。研究區(qū)與盆地北緣大青山等地鋯石稀土元素配分特征基本一致，結(jié)合盆地北緣地層分布推測(cè)杭錦旗地區(qū)直羅組砂巖的物源來自盆地之北大青山、烏拉山及陰山地塊的巖漿巖及前寒武紀(jì)變質(zhì)巖。

稀土元素；碎屑鋯石；直羅組；杭錦旗地區(qū)

物源分析，亦即物源區(qū)分析，是根據(jù)沉積作用的最終產(chǎn)物去追朔和推測(cè)物源區(qū)母巖信息的重要方法[1]。沉積物物源分析包括判斷物源區(qū)位置、重塑古地貌及古河流特征、追蹤物源區(qū)母巖巖性、判定物源區(qū)大地構(gòu)造背景等，是盆地分析的重要內(nèi)容[2-4]，同時(shí)也是巖相古地理重建，原盆恢復(fù)以及沉積礦床預(yù)測(cè)的重要依據(jù)[5-6]，物源分析還可作為盆山耦合研究的切入點(diǎn)，成為連接沉積盆地與造山帶的紐帶[7]。

碎屑巖稀土元素(REE)含量主要受其物源的控制，其稀土元素特征代表了物源區(qū)巖體的稀土特征[8]。因此，碎屑巖稀土元素分析被廣泛應(yīng)用于物源示蹤研究，并且與其他各種物源分析方法綜合可達(dá)到相互印證的效果。近年來無論是利用La/Yb-∑REE[9]、La-Th-Sc[10]等判別圖分析源巖類型或構(gòu)造背景，還是通過REE配分模式圖與可能物源區(qū)的REE配分特征對(duì)比[11]來分析源區(qū)位置及母巖巖性均取得了良好的效果。本文對(duì)杭錦旗地區(qū)直羅組砂巖碎屑鋯石稀土元素特征進(jìn)行了分析，并探討了其對(duì)于沉積環(huán)境指示、鋯石成因判別以及物源區(qū)判定等方面的意義。

1 地質(zhì)背景與樣品信息

鄂爾多斯盆地地處多種構(gòu)造體系的復(fù)合疊加部位，其構(gòu)造演化復(fù)雜，集油氣、煤、鈾同盆共存，資源豐富[12]。盆地四周被河套盆地、銀川盆地、六盤山盆地、渭河盆地等中新生代盆地圍繞，外圍被大青山、賀蘭山、六盤山、秦嶺等山脈所圍限(圖1)。杭錦旗地區(qū)位于鄂爾多斯盆地之北的伊盟隆起，近年來隨著鈾礦資源勘探的不斷深入，繼東勝地區(qū)砂巖型鈾礦之后，在杭錦旗地區(qū)也相繼發(fā)現(xiàn)了大營、納嶺溝、柴登壕等砂巖型鈾礦，其資源規(guī)模巨大，其主力

含礦層位為中侏羅統(tǒng)直羅組。鄂爾多斯盆地北緣的大青山、烏拉山及陰山地塊的古老基底由前寒武紀(jì)時(shí)期變質(zhì)巖系構(gòu)成，主要發(fā)育太古界桑干群、色爾騰群、烏拉山群以及中遠(yuǎn)古界渣爾太群，其巖性可大致歸納為麻粒巖、片麻巖等變質(zhì)巖，與此同時(shí)這些地區(qū)還廣泛發(fā)育形成于不同地質(zhì)時(shí)期的花崗巖、閃長巖等巖漿巖侵入體。本次研究采樣地點(diǎn)為杭錦旗地區(qū)大營鈾礦，所采樣品均為該區(qū)鉆井巖芯(ZKC1-1井和ZKWD-1井)，對(duì)應(yīng)樣品編號(hào)分別為DY-21與DY-35，采樣位置見圖1。

圖1 研究區(qū)及周緣構(gòu)造簡圖

2 測(cè)試方法

本研究采用激光剝蝕原位微區(qū)等離子質(zhì)譜(LA-ICP-MS)對(duì)直羅組砂巖碎屑鋯石稀土元素含量進(jìn)行測(cè)試。除鋯石分選在河北廊坊誠信地質(zhì)公司完成外，其余所有測(cè)試過程均在西北大學(xué)大陸動(dòng)力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)設(shè)備采用GeoLas 200M激光剝蝕系統(tǒng)，剝蝕孔徑為30 μm。實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)采用Glitter 4.0軟件進(jìn)行計(jì)算和處理。

3 測(cè)試結(jié)果及討論

杭錦旗地區(qū)大營鈾礦2件直羅組巖芯砂巖樣品的碎屑鋯石LA-ICP-MS原位微區(qū)稀土元素含量及相關(guān)分析參數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。

3.1 稀土元素含量及配分特征

由表1可知，樣品DY-21中鋯石的∑REE，LREE，HREE分別為117.37×10-6～2787.15×10-6，3.89×10-6～484.96×10-6，95.04×10-6～2535.93×10-6；樣品DY-35中鋯石對(duì)應(yīng)參數(shù)數(shù)值及范圍分別為234.31×10-6～4554.37×10-6，10.14×10-6～601.52×10-6，206.11×10-6～4372.6×10-6，2件直羅組砂巖樣品中鋯石的稀土元素含量具有很大的變化范圍。本研究采用Boynton(1984)的球粒隕石平均值對(duì)原始測(cè)試結(jié)果進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，經(jīng)統(tǒng)計(jì)得到相關(guān)參數(shù)(表1)和稀土元素配分模式(圖2)，其中(La/Yb)N值分別為0～0.482及0～0.114，表明樣品中鋯石的輕稀土元素和重稀土元素分異程度較小并且重稀土元素相對(duì)富集，與此同時(shí)，LREE/HREE值分別為0.011×10-6～1.128×10-6，0.016×10-6～0.444×10-6，同樣表明研究區(qū)直羅組砂巖鋯石的重稀土元素相對(duì)富集。

表1 杭錦旗地區(qū)直羅組碎屑鋯石稀土元素含量及相關(guān)參數(shù)統(tǒng)計(jì)(10-6)

注：LREE為輕稀土元素總量，HREE為重稀土總量，∑REE=LREE+HREE；LREE/HREE為LREE與HREE比值；(La/Yb)N為La與Yb各自進(jìn)行球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化后的比值；δEu=EuN/(SmNGdN)1/2，其中EuN、SmN、GdN分別為對(duì)應(yīng)元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化值；δCe=CeN/(LaNPrN)1/2，其中CeN、LaN、PrN分別為對(duì)應(yīng)元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化值

杭錦旗地區(qū)大營鈾礦直羅組砂巖樣品的碎屑鋯石稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分模式可以看出(圖2)，不同曲線代表不同鋯石測(cè)點(diǎn)的配分特征，兩件直羅組砂巖樣品的鋯石稀土元素配分模式基本相似，均具有輕稀土元素含量低，重稀土元素含量高的左傾模式，且具有適度的“谷”狀負(fù)Eu異常，“峰”狀正Ce異常，并且δEu值分別為0.015～0.998，0.020～0.977；δCe值分別為1.061～197.906；1.338～216.311。

圖2 杭錦旗地區(qū)直羅組碎屑鋯石稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分

3.2 稀土元素特征反映的地質(zhì)意義

3.2.1 對(duì)沉積環(huán)境的指示

稀土元素越來越多的被應(yīng)用于反映沉積環(huán)境的變化等研究中，Ce異常目前常用δCe來表示，一般δCe>1.05時(shí)為正異常，表明沉積環(huán)境為還原環(huán)境；而δCe<0.95時(shí)為負(fù)異常，同時(shí)表明沉積環(huán)境為氧化環(huán)境[14]。研究區(qū)兩個(gè)直羅組砂巖樣品δCe值分別為1.061～197.906；1.338～216.311，均大于1.05，指示研究區(qū)直羅組砂巖沉積環(huán)境為缺氧的還原環(huán)境。

3.2.2 對(duì)碎屑鋯石成因的判別

不同成因類型的鋯石，其稀土元素配分模式存在較大差別。一般而言，典型的巖漿鋯石稀土元素配分模式特征為：正Ce異常，負(fù)Eu異常，HREE富集；典型的變質(zhì)鋯石稀土元素配分模式特征為：正Ce異常，負(fù)Eu異常，HREE相對(duì)平坦；典型的熱液鋯石相應(yīng)特征為：負(fù)Eu異常，LREE平坦，同時(shí)HREE富集[13]。

按照以上原則可知，研究區(qū)兩件直羅組砂巖樣品的鋯石稀土元素配分模式基本相似(圖2)，大部分鋯石顆粒的稀土元素配分曲線顯示適度的正Ce異常，負(fù)Eu異常，且HREE富集，總體符合巖漿鋯石的稀土元素配分模式，表明樣品中大部分鋯石為巖漿成因。部分鋯石顆粒稀土元素配分曲線顯示正Ce異常，負(fù)Eu異常，但HREE相對(duì)平坦，符合變質(zhì)鋯石的稀土元素配分模式；少數(shù)鋯石顆粒配分曲線顯示Ce無正異常，整個(gè)LREE段相對(duì)平坦，同時(shí)具有負(fù)Eu異常和HREE富集，符合熱液鋯石的相應(yīng)配分特征。以上分析表明，研究區(qū)直羅組砂巖樣品中大部分碎屑鋯石為巖漿鋯石，同時(shí)存在少量的變質(zhì)鋯石及熱液鋯石。

3.2.3 對(duì)物源的探討

碎屑巖稀土元素分析被廣泛應(yīng)用于物源示蹤研究，通過碎屑巖樣品與潛在物源區(qū)巖石樣品的標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分特征進(jìn)行對(duì)比從而判斷物源區(qū)位置及母巖信息是目前利用稀土元素分析方法來判斷物源的基本思路。值得指出的是，大多數(shù)研究均采用的是碎屑巖全巖稀土含量數(shù)據(jù)，而利用碎屑鋯石微區(qū)測(cè)試方法得出的稀土元素含量數(shù)據(jù)來進(jìn)行物源分析的研究實(shí)例則較少。為了將本次研究采集的直羅組砂巖樣品與周鄰造山帶巖石的鋯石稀土元素進(jìn)行對(duì)比判斷物源，筆者搜集了前人已有的造山帶巖石的鋯石稀土元素測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比。盆地北緣的大青山地區(qū)前寒武紀(jì)變質(zhì)基底鋯石的稀土元素配分模式為輕稀土元素含量低，重稀土元素含量高的左傾模式，具有較強(qiáng)的負(fù)Eu異常及正Ce異常[15]，此鋯石稀土元素配分特征與研究區(qū)直羅組樣品鋯石的稀土元素配分具有高度的相似性，表明兩者具有良好的繼承性，換言之，盆地北緣大青山地區(qū)為其南部的杭錦旗地區(qū)直羅組地層提供了物源。另一方面，杭錦旗地區(qū)直羅組砂巖碎屑鋯石總體以巖漿成因?yàn)橹?，部分顆粒為變質(zhì)成因，因此其物源區(qū)應(yīng)為巖漿巖及變質(zhì)巖區(qū)，由于盆地北緣的大青山、烏拉山及陰山地塊廣泛發(fā)育前寒武紀(jì)變質(zhì)巖和花崗巖、閃長巖等巖漿巖，因此可以推測(cè)這些地區(qū)均可作為杭錦旗地區(qū)直羅組砂巖的物源區(qū)。

4 結(jié)論

(1)杭錦旗地區(qū)直羅組砂巖的鋯石稀土元素含量變化范圍較大，(La/Yb)N與LREE/HREE等顯示輕稀土、重稀土分異程度較小，同時(shí)重稀土相對(duì)富集。樣品鋯石的配分模式具有輕稀土元素含量低，重稀土元素含量高的左傾模式，且具有適度的負(fù)Eu異常，正Ce異常。δCe值分別為1.061～197.906；1.338～216.311，指示研究區(qū)直羅組砂巖沉積環(huán)境為缺氧的還原環(huán)境。

(2)研究區(qū)直羅組砂巖中大部分鋯石稀土元素配分曲線顯示適度的正Ce異常，負(fù)Eu異常，且HREE富集，為巖漿鋯石；部分鋯石則顯示正Ce異常，負(fù)Eu異常，且HREE相對(duì)平坦，為變質(zhì)鋯石；少數(shù)鋯石顯示LREE相對(duì)平坦，同時(shí)具有負(fù)Eu異常和HREE富集，為熱液鋯石。

(3)研究區(qū)直羅組鋯石稀土配分模式均為輕稀土元素含量低，重稀土元素含量高的左傾模式，且具有適度的負(fù)Eu異常，正Ce異常，這與盆地北緣大青山等地鋯石稀土元素配分特征基本相吻合，與此同時(shí)，結(jié)合研究區(qū)直羅組砂巖鋯石稀土特征對(duì)鋯石成因的判斷及盆地北緣地層分布特征，推測(cè)杭錦旗地區(qū)直羅組砂巖的物源來自盆地之北大青山、烏拉山及陰山地塊的巖漿巖及前寒武紀(jì)變質(zhì)巖。

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[責(zé)任編輯 李曉霞]

Rare Earth Elements of Detrital Zircon Characteristics and Geological Significance of Zhiluo Formation in Hangjinqi Area,Ordos Basin

LEI Kai-yu1,2

(1.Department of Geology,Northwest University,Xi′an 710069,China;2.The First Gas Production Plant,Yanchang Oilfield Co.Ltd,Yan′an 716000,China)

Provenance analysis is an important part of the sedimentary basin analysis.It is very useful to reflect the relationship between the source area and the sedimentary area.It is also important evidences in reappearance the evolution of sedimentary basin and restore the ancient environment.In order to study the rare earth element of detrital zircon characteristics and geological significance of Middle Jurassic Zhiluo Formation in the Hangjinqi area,we took two sandstone sample of Zhiluo Formation from the study area and analyzed the rare earth element of detrital zircon using of LA-ICP-MS method.The result showed that the distribution pattern of rare earth element in detrital zircon were mainly low content of LREE and high content of HREE,moreover,Eu negative anomaly and Ce positive anomaly. The ratios of LREE/HREE and(La/Yb)Nshowed that the HREE relative enrichment.The δCe indicated that the sedimentary environment of Zhiluo Formation in the study area was anoxic reduction.The rare earth element distribution curves showed that the majority of zircons were originated from magmatic source,other zircons were originated from metamorphic or hydrothermal source.Combined with the characteristics of rare earth element of detrital zircon between study area and Daqing mountains and the distribution of stratum in the north of Ordos basin, the provenance of Zhiluo formation in Hangjinqi area came from the magmatic rocks and the precambrian metamorphic rocks of Daqing mountains,Wula mountains and Yinshan block.

rare earth element; detrital zircon; Zhiluo formation; Hangjinqi area

2015-10-15

中國地質(zhì)調(diào)查局項(xiàng)目(12120114009201)

雷開宇(1989—)，男，陜西延安人，西北大學(xué)碩士研究生，延長石油(集團(tuán))油氣勘探公司技術(shù)員。

P59；TE121.3

A

1004-602X(2015)04-0058-04