鄂爾多斯地塊基底研究新的思考與認識

張成立 茍龍龍 白海峰 胡漾 武春英ZHANG ChengLi, GOU LongLong, BAI HaiFeng, HU Yang and WU ChunYing

1. 前寒武紀研究中心，大陸動力學(xué)國家重點實驗室，西北大學(xué)，西安 710069

2. 中國石油長慶油田分公司勘探研究院，西安 710018

1. Precambrian Research Center, State Key Laboratory of Continental Dynamics, Northwest University, Xi’an 710069, China

2. Research Institute of Petroleum Exploration and Development, Changqing Oil Field Branch, Petro China Company Limited, Xi’an 710018, China

克拉通基底巖石是大陸地殼形成與增生演化的產(chǎn)物，記錄了陸殼早期演化的大量信息，其物質(zhì)建造、構(gòu)造屬性及地質(zhì)事件的甄別是探討地殼早期形成演化的重要基礎(chǔ)，也是確定基底不同地質(zhì)單元性質(zhì)和早期大陸構(gòu)造格局的關(guān)鍵，長期受到地質(zhì)學(xué)者的關(guān)注，并成為早寒武紀地質(zhì)演化研究的熱點和前沿。與全球其它克拉通相比，華北克拉通是中國面積最大和最為古老的陸塊，經(jīng)歷了復(fù)雜、多樣的前寒武紀演化，記錄了大量早期陸殼演化的重要信息。經(jīng)過數(shù)十年的研究，在華北克拉通基底構(gòu)造單元劃分、拼合過程及重大構(gòu)造巖漿-變質(zhì)事件及構(gòu)造背景等方面已取得顯著進展，并涌現(xiàn)出多種構(gòu)造單元劃分方案和構(gòu)造演化模式。鄂爾多斯地塊是華北克拉通西部重要組成部分，其東達五臺-呂梁-中條山，西抵賀蘭-六盤山，南、北緣分別以秦嶺和陰山山脈所圍限，面積達25萬平方千米，約占整個華北克拉通面積的1/5，具典型穩(wěn)定陸塊二元結(jié)構(gòu)，是華北克拉通現(xiàn)今低熱流、高波速、少地震，具厚達200km巖石圈(邱瑞照等, 2004)的最穩(wěn)定部分。前人無論在華北克拉通基底構(gòu)造單元的劃分、不同微陸塊拼合及其地殼形成和構(gòu)造演化模式的建立上，均認為鄂爾多斯地塊是華北克拉通西部具有太古代陸殼基底的重要古老地塊(張抗, 1982; Zhaoetal., 2001, 2005; Zhai, 2011)。然而，由于鄂爾多斯地塊基底被巨厚的中元古代以來沉積蓋層覆蓋、無基底巖石出露，長期以來有關(guān)其基底組成、性質(zhì)及構(gòu)造特征等的認識均是基于地球物理資料的分析與解釋以及與周緣鄰區(qū)出露的前寒武紀結(jié)晶巖系對比推斷所獲得(張抗, 1982; 賈進斗等, 1997; 鄧軍等, 2005; 王濤等, 2007; Gaoetal., 2015; 包紅平等，2019)，一直缺乏來自該地塊基底巖石的直接地質(zhì)證據(jù)的實證與檢驗。最近，一些學(xué)者利用鉆入該地塊基底為數(shù)不多的巖芯樣品，識別出多期地質(zhì)事件(Huetal., 2013; Wanetal., 2013; Zhangetal., 2015)，并對變質(zhì)作用做了詳細研究(Wangetal., 2014, 2019; Gouetal., 2016；Heetal., 2016)，為深入了解該地塊基底組成及其演化提供了最為直接的地質(zhì)證據(jù)，明顯提高了該地塊基底特征和地質(zhì)演化的認識。盡管如此，目前對該地塊基底的地質(zhì)認識，仍主要是來自基底巖石的地質(zhì)年代學(xué)和變質(zhì)作用等方面的研究結(jié)果，還不能充分證實地球物理資料對地塊基底組成和性質(zhì)的解釋，也難以全面認識基底組成、性質(zhì)和構(gòu)造屬性?；诖?，本文充分綜合近年來前人有關(guān)基底巖石的研究成果，并結(jié)合我們最近幾年對鉆遇鄂爾多斯盆地基底各類片麻巖和蓋層長城系沉積巖開展的巖石學(xué)及鋯石U-Pb年代學(xué)、Hf同位素和全巖Sm-Nd同位素多方面的綜合研究，限定鄂爾多斯地塊基底組成、形成時代及其性質(zhì)，為深入認識華北克拉通早期地殼生長、演化歷史及已有構(gòu)造演化模式的檢驗提供關(guān)鍵地質(zhì)證據(jù)和重要約束。

1 鄂爾多斯地塊基底構(gòu)造及巖石類型

1.1 地塊基底構(gòu)造

前人根據(jù)華北地區(qū)出露的前寒武紀變質(zhì)基底巖系的地表地質(zhì)研究，在華北克拉通基底中識別出若干不同的微陸塊(Zhaoetal., 2005; Zhao and Zhai, 2013及其引用文獻)。Zhai and Santosh(2011)根據(jù)不同陸塊基底變質(zhì)巖系的研究成果，歸納劃分出膠遼、許昌、遷懷、鄂爾多斯、徐淮、集寧和阿拉善等7個太古宙微陸塊。除鄂爾多斯地塊外，其它微陸塊均有基底巖系出露，它們的組成、性質(zhì)等也得到相應(yīng)地塊前寒武紀巖石多種地質(zhì)研究成果的論證與支持。Zhaoetal.(2001, 2005)在華北中部確定存在一條形成于～18.5億年前的古大洋俯沖、閉合形成的古元古代造山帶(Trans-North China Orogen)，并以此將華北克拉通劃分為東、西2個古陸塊。最近，萬渝生等(2017)根據(jù)華北克拉通出露的中、新太古代巖石分布，劃分出東、南和中部3個古老陸塊，但鄂爾多斯地塊基本未被包括在這一劃分方案中。一個重要的原因可能是鄂爾多斯地塊被巨厚中元古代以來沉積蓋層覆蓋，其基底組成、形成時代及性質(zhì)的認識目前主要借助于地球物理資料的解釋獲得，少有直接來自其基底物質(zhì)的地質(zhì)證據(jù)的支撐。現(xiàn)有的重、磁及電性研究結(jié)果表明，該地塊地殼厚約43km，分層簡單，上、下地殼速度均勻，少有低速層發(fā)育(趙國澤等，2010及其引用文獻)。地塊內(nèi)部的磁異常強度及其展布顯示為北部東、西向正磁異常和南部北東向正、負磁異常相間的兩大磁異常區(qū)(王濤等，2007；Gaoetal., 2015; Wangetal., 2015)，二者之間沿北東向大同-華池基底斷裂北緣出現(xiàn)一顯著低幅值負磁異常變化梯度帶(圖1)，與天池-定邊-靖邊-子州-臨縣一線38°N帶的電性結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化帶相對應(yīng)(李晨晶等，2017)，因而將其解釋為一具殼深性質(zhì)的大型剪切帶(張家聲等, 2003)，并被認為是一分割該地塊基底的重要構(gòu)造界線(王濤等，2007；阮小敏等，2011)。該磁異常梯度帶南北的物質(zhì)介質(zhì)屬性及航磁異常呈現(xiàn)了顯著不同，北部東西向中航磁異常到河套地塹之間的下地殼出現(xiàn)低阻層，而38°N帶以南則以北東向正、負相間磁異常為特征，地殼整體顯示了剛性克拉通高阻特征(李晨晶等，2017)，其正磁異常帶沿北東向延伸可與地塊以東呂梁地區(qū)出露的前寒武紀古老變質(zhì)巖系對應(yīng)(賈進斗等，1997；王濤等，2007；Gaoetal., 2015及其引用文獻)(圖1)。38°N帶北部烏審旗以北伊盟隆起區(qū)東、西向高正磁異常區(qū)，被認為是高磁異常麻粒巖相變質(zhì)巖的反映，與地塊北緣孔茲巖帶麻粒巖相片麻巖類似(伍家善等，1998)。然而，無論是磁異常幅值，還是等值線展布方向及其形態(tài)特征，鄂爾多斯地塊內(nèi)部航磁異常明顯呈現(xiàn)為幾個差異明顯的高磁異常和梯度變化帶，揭示基底存在幾組規(guī)模不等、方向不同的斷裂(圖1)。因此，依據(jù)鄂爾多斯地塊重、磁異常、電性及其分布特征反映的構(gòu)造走向，可將鄂爾多斯地塊基底明顯區(qū)分為北部東西向和中南部北東向延伸的兩大基底結(jié)構(gòu)單元，二者之間出現(xiàn)一由北向南逐漸由東西向轉(zhuǎn)變?yōu)楸睎|向的負航磁異常帶，代表基底南、北兩塊體間的結(jié)合梯度帶。

圖1 鄂爾多斯地塊及鄰區(qū)地質(zhì)簡圖(圖中航磁異常及井位位置據(jù)長慶油田石油地質(zhì)志編寫組，2021)Fig.1 Geological sketch map of Ordos Block and adjacent areas (the aeromagnetic anomalies and locations of wells after WGPGCOF, 2021)

1.2 鉆井基底巖芯巖石類型

迄今為止，鉆遇鄂爾多斯地塊基底巖系的探井已達二十余口，但獲取基底巖芯樣品的井僅有十余口，而且這些獲取基底巖芯的探井分布不均，主要集中在北部伊盟隆起帶和大同-華池斷裂一線以南地區(qū)。其中，北部東西向正航磁異常帶伊盟隆起帶鉆遇基底并獲取巖芯的探井有：勝2井、準1井、霍3井、鄂1井、克1井、召探1井及棋探1井；南部華池大同基底斷裂以南的北東向正航磁異常帶北緣在龍?zhí)?井、鎮(zhèn)鉀1井、米131井和慶深1井等探井獲得了基底巖石(圖1)，二者之間的負磁異常過渡區(qū)不僅鉆遇基底探井很少，而且少有探井獲得結(jié)晶基底巖芯。

北部東西向正航磁異常帶區(qū)的勝2井是鉆遇鄂爾多斯地塊結(jié)晶基底最北部的探井之一，位于地塊伊盟隆起帶東北部鄂爾多斯市以北約20km處，在1749～1758m深度獲得了灰紅色混合巖化黑云母花崗片麻巖(圖2a，c)，巖石具中粒鱗片粒狀變晶結(jié)構(gòu)，片麻狀構(gòu)造，主要礦物組合為：微斜長石及鉀長石(～40%)、石英(～28%)、斜長石(～15%)、黑云母(～15%)、白云母(～2%)，以及磁鐵礦、磷灰石、鋯石和獨居石等副礦物。長石為半自形板狀，不同程度發(fā)生絹云母化，黑云母不同程度綠泥石化，并呈細小鱗片定向分布于長石與石英顆粒之間；石英多定向排布呈拉長狀(圖2b, d)，局部細?；c片狀黑云母成集合體繞長石碎斑定向分布(圖2b)，表明經(jīng)歷了糜棱巖化的改造。

準1井緊鄰勝2井東南，位于鄂爾多斯市東南約50km處，在2520～2525m深度獲得了雜色混合巖化石榴子石黑云二長片麻巖，新生長英質(zhì)脈體與暗色礦物集合定向排列構(gòu)成片麻理(圖2e)，巖石具中粒鱗片粒狀變晶結(jié)構(gòu)，主要礦物有石英(～30%)、鉀長石(～20%)、斜長石(～20%)、黑云母(～10%)、白云母(～10%)、石榴子石(5%)和絹云母(～5%)，石英與長石多為半自形或他形晶，黑云母與白云母成集合體定向排布于長石、石英顆粒之間(圖2f)(Wangetal., 2019)。

霍3井位于準1井西南約40km處，在2985～2988m深度獲得灰色夕線石榴二長片麻巖(圖2g)，巖石發(fā)生強烈混合巖化，呈現(xiàn)為淡磚紅色新生長英質(zhì)脈體(圖2g)，甚至為組分相對均一的花崗巖(圖2i)。巖石顯示中細粒鱗片粒狀變晶結(jié)構(gòu)(圖2h)和片麻狀構(gòu)造，主要由石英(～30%)、斜長石(～20%)、鉀長石(～35%)、黑云母(～10%)、石榴子石(～5%)以及鋯石、鈦鐵礦等副礦物構(gòu)成(圖2h，j)。長石多為半自形晶，不同程度發(fā)生絹云母和黝簾石化，黑云母強烈定向分布于板柱狀長石和粒狀石英顆粒間，同時伴有細小白云母或絹云母礦物(圖2h)；石榴子石呈變斑晶，裂隙發(fā)育，沿裂隙有綠泥石和絹云母礦物充填(圖2j)，個別石榴子石周緣可見堇青石反應(yīng)邊(Wangetal., 2019)。

鄂1井位于霍3井西北約70km，巖芯取自2796～2797.5m深度，采集到灰白色二長花崗巖(圖2k)和暗灰色角閃二長巖(圖2m)，且灰白色花崗巖明顯侵入角閃二長巖中(圖2m)?；野咨◢弾r具中粒花崗變晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，礦物組成為：微斜長石及鉀長石(35%～40%)、斜長石(～15%)、石英(～30%)和少量黑云母(3%～5%)，副礦物有鋯石、磷灰石和不透明礦物。長石多為半自形晶，部分微斜長石發(fā)生粘土化，石英基本為他形粒狀充填于長石礦物之間，黑云母成細小鱗片狀，并多已綠泥石化(圖2l)。角閃二長巖具中細粒粒狀變晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，由微斜長石(～45%)、斜長石(～20%)、角閃石(～20%)和石英(～15%)構(gòu)成，副礦物由綠簾石，鋯石和不透明金屬礦物組成。長石礦物為半自形晶，角閃石呈半自形或他形，石英為他形，少量長石略有粘土巖化，角閃石發(fā)生綠泥石化(圖2n)。

克1井位于地塊西北，北部正航磁異常西部烏海東北部約100km處(圖1)，樣品取自4038～4041.43m，為灰白色石英巖(圖2o)，具粒狀變晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要由石英(>95%)構(gòu)成，部分石英顆粒具有明顯的次生加大邊，并出現(xiàn)變質(zhì)礦物典型三連點結(jié)構(gòu)(圖2p)。

召探1井位于東西向正航磁異常南部烏審旗東北約110km處，巖芯取自3515～3519m深度，為灰色二云母片麻巖(圖2q)，多見長英質(zhì)礦物和黑云母礦物集合體長條帶狀相間定向分布，構(gòu)成片麻狀構(gòu)造，巖石發(fā)育中粒鱗片粒狀變晶結(jié)構(gòu)，由板狀斜長石(鈉長石～35%)、粒狀石英(～15%)、片狀黑云母(～30%)和白云母(～8%)以及鈦鐵礦、鋯石和獨居石等副礦物組成。長石、石英礦物呈自形及半自形晶，部分顆粒發(fā)生絹云母化；云母礦物成鱗片狀定向排列于長英質(zhì)礦物之間(圖2r)(Wangetal., 2019)。

棋探1井是該正航磁異常最西南部探井，位于鄂托克旗西南110km，采樣深度為5233m，巖石為暗紅灰色石榴夕線黑云片麻巖(圖2s)，具斑狀和中粗粒鱗片粒狀變晶結(jié)構(gòu)，片麻狀構(gòu)造，由鉀長石(～25%)、石英(～30%)、黑云母(～15%)、斜長石(～10%)、石榴子石(～8%)、夕線石(～10%)和少量堇青石(<3%)、白云母及鋯石、獨居石、金紅石、鈦鐵礦等副礦物構(gòu)成(圖2t)。長石和石英為半自形或他形晶，黑云母呈褐色片狀定向排列，夕線石呈長柱狀集合體定向分布基質(zhì)中，部分也見有被包于鉀長石和石英中。石榴子石呈變斑晶出現(xiàn)，內(nèi)部常包含石英、長石和黑云母等礦物，裂隙多被綠泥石充填，周緣被堇青石取代，繼而又被絹云母取代(Gouetal., 2016)。

圖2 鄂爾多斯地塊北部基底巖芯代表性巖石及其顯微照片礦物縮寫：Ab-鈉長石；Bi-黑云母；Grt-石榴石；Hb-普通角閃石；Kf-鉀長石；Mi-微斜長石；Mus-白云母；Pl-斜長石；Qtz-石英；Ser-絹云母；Sill-夕線石Fig.2 Photos and micro-photos of the representative rocks from the northern basement of Ordos Block

地塊南部大同-華池斷裂以南北東向正航磁異常帶區(qū)域，在東北部綏德以北的龍?zhí)?井、鎮(zhèn)鉀1井和米131井中獲得了基底巖芯(圖1)。其中，位于綏德北西約110km處的龍?zhí)?井3085m深度鉆遇灰白色黑云二長片麻巖(圖3a)，巖石具中粗?；◢徸兙ЫY(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，由石英(30%～35%)、鉀長石(25～30%)、斜長石(～25%)、黑云母(8%～10%)和少量白云母(<3%)構(gòu)成，副礦物有鋯石、鈦鐵礦、獨居石等。斜長石成半自形短板狀，局部絹云母化，鉀長石呈板狀，不同程度絹云母或粘土化。石英多為他形，定向分布在長石礦物之間，黑云母呈棕紅色片狀，多成集合體定向分布于長英質(zhì)礦物之間，個別顆粒有一定綠泥石化(圖3b)。

龍?zhí)?井以南約40km處的鎮(zhèn)鉀1井，在3425.20m和3440.16m分別獲得黑云二長花崗片麻巖和夕線黑云母片麻巖(圖3c-e)。黑云二長花崗片麻巖具中粒鱗片粒狀變晶結(jié)構(gòu)和塊狀構(gòu)造，由鉀長石(～35%)、石英(25%)、斜長石(15%)、黑云母(15%)和白云母(10%)構(gòu)成，斜長石及鉀長石為不規(guī)則板狀，石英呈不規(guī)則粒狀，云母呈定向排列(圖3c)。夕線黑云母片麻巖，具中粗粒鱗片粒狀變晶結(jié)構(gòu)，礦物成分為石英(35～40%)、鉀長石(～15%)、斜長石(～12%)、黑云母(18%)、白云母(10%)、夕線石(～5%)及少量石榴子石。其中，長石為不規(guī)則板狀，發(fā)生弱絹云母化，石英為不規(guī)則粒狀或長條狀集合體定向排列，云母和夕線石在一起成集合體定向排列(圖3d, e)(吳素娟等，2015)。

米131井位于鎮(zhèn)鉀1井東南約40km處，在井深3310m獲得黑云母二長片麻巖(圖3f)，巖石呈灰白色，強烈混合巖化，顯示中粗粒花崗變晶結(jié)構(gòu)，片麻狀構(gòu)造，主要由石英(～25%)、斜長石(～25%)、鉀長石(～35%)和黑云母(～15%)等構(gòu)成，副礦物為鋯石和磷灰石等組成。長石呈半自形板狀，鉀長石多已絹云母化和泥化，部分斜長石局部也發(fā)生絹云母化，石英多為他形粒狀，黑云母多呈他形片狀定向排列于長英質(zhì)礦物之間(圖3g)。

慶深1井是北東向正航磁異常北緣最西南部鉆遇基底并獲得基底片麻巖巖芯的探井，位于華池縣西南約60km處，在4608～4610m深度鉆遇灰色黑云母花崗質(zhì)片麻巖(圖3h)，巖石具中粗?；◢徸兙ЫY(jié)構(gòu)，片麻狀構(gòu)造，由石英(～35%)、鉀長石(～50%)、斜長石(<5%)、黑云母(8%～10%)構(gòu)成，副礦物有鋯石、磷灰石、鈦鐵礦和獨居石等。鉀長石多為半自形板狀，部分發(fā)生絹云母化，褐紅色黑云母成片狀集合體定向分布與長英質(zhì)礦物之間，個別發(fā)生一定程度的綠泥石化(圖3i)。

圖3 鄂爾多斯地塊南部基底巖芯代表性巖石及其顯微照片F(xiàn)ig.3 Photos and micro-photos of the representative rocks from the southern basement of Ordos Block

由前述鉆遇基底探井的分布和所獲基底巖芯巖石特征不難看出，現(xiàn)有獲得鄂爾多斯地塊結(jié)晶基底巖芯的探井?dāng)?shù)量不多、鉆入結(jié)晶基底的深度也有限，而且這些探井的分布非常不均，因而還難以全面反映該地塊基底的物質(zhì)組成。盡管如此，這些探井巖芯的巖石組合特征分析，仍為我們提供了其基底物質(zhì)最為直接的地質(zhì)證據(jù)?？傮w來看，鄂爾多斯地塊北部和中部地區(qū)結(jié)晶基底一定深度范圍，主要由經(jīng)歷了角閃巖相到麻粒巖相變質(zhì)的富鋁的泥質(zhì)或雜砂質(zhì)碎屑巖和少量石英巖及大理巖構(gòu)成，同時伴有不同程度的混合巖化作用，局部存在花崗質(zhì)片麻巖類。區(qū)域分布上，地塊北部基底巖石組合主要為含堇青石石榴夕線黑云二長片麻巖、石榴夕線堇青石黑云二長片麻巖、變粒巖和片巖及大理巖和石英巖類，還發(fā)育少量黑云鉀長片麻巖、條帶狀二云母鉀長花崗巖和混合片麻巖類，與地塊北緣孔茲巖帶分布區(qū)巖石組合十分類似。中部地區(qū)的東部也存在夕線斜長片麻巖、含石墨二長片麻巖以及片麻狀黑云花崗巖類，而同屬該區(qū)的中部(慶深1井地區(qū))僅發(fā)現(xiàn)花崗片麻巖類。因此，現(xiàn)有的分布不均、鉆入結(jié)晶基底有限深度探井巖芯的巖石組合特征揭示，該地塊基底上部巖石組合以一套變泥質(zhì)和雜砂質(zhì)片麻巖、片巖及大理巖和石英巖建造為主，它們經(jīng)歷了強烈變質(zhì)改造和混合巖化作用的改造，同時存在一些花崗片麻巖類。

2 討論

2.1 基底組成

自然界不同組成的巖石，其密度和磁化率各異，表現(xiàn)為正變質(zhì)巖的磁化率高于副變質(zhì)巖，基性巖大于酸性巖(張抗，1982)，因而不同特征的磁異常區(qū)，往往反映不同巖石組合、性質(zhì)與結(jié)構(gòu)的基巖塊體的差異(賈進斗等，1997)。因此，根據(jù)地塊磁異常強度及展布方向和范圍，并結(jié)合周緣出露的基巖巖石類型對比分析，可合理推斷地塊覆蓋區(qū)基底巖石組合、分布區(qū)域，進而預(yù)測基底物質(zhì)組成和分區(qū)。鄂爾多斯地塊中部，沿北東向大同-華池斷裂北緣一線出現(xiàn)顯著磁異常梯度帶，其南北航磁異常強度、延伸方向和形態(tài)差異突出，暗示斷裂兩側(cè)的基底組成、構(gòu)造特征也存在差異(王濤等，2007)。斷裂北部的伊盟地區(qū)EW向航磁正異常帶與其北緣線狀分布的孔茲巖帶展布方向吻合，對應(yīng)于該帶的麻粒巖相巖石組合(伍家善等，1998)；南部NE向航磁異常帶向北東可延伸到地塊東緣的呂梁-阜平-五臺地區(qū)(賈進斗等，1997)(圖1)，地塊內(nèi)外航磁異常強度及展布方向、范圍十分一致，使得無論是地質(zhì)學(xué)家還是地球物理學(xué)家均認為鄂爾多斯地塊基底與其東緣出露的基底巖石類型一樣，也由太古宙-古元古界變質(zhì)巖系構(gòu)成(張抗，1982，1989；翟明國和卞愛國，2000; 鄧軍等，2005；王濤等，2007；Gaoetal., 2015；包洪平等，2019)。

目前的地表地質(zhì)研究揭示，鄂爾多斯地塊北緣與陰山地塊之間，由東向西沿集寧-大青山-烏拉山-千里山-賀蘭山出露一長達近千千米的孔茲巖帶(Zhaoetal., 2001, 2005，2013)，該孔茲巖帶由石墨石榴夕線鉀長片麻巖、長英質(zhì)副片麻巖、石英巖及大理巖和少量斜長角閃巖構(gòu)成(盧良兆等, 1996)，其原巖沉積發(fā)生于2.0Ga之后(Yinetal., 2011；Danetal., 2012)，在1.95～1.83Ga經(jīng)歷了麻粒巖相及其后的退變質(zhì)作用改造(Santoshetal., 2007, 2009; Yinetal., 2009, 2011; Guoetal., 2012； Jiaoetal., 2013, 2015; Wanetal., 2013; 蔡佳等, 2013)，同時出現(xiàn)與變質(zhì)同期的S型花崗巖漿活動(Yinetal., 2009, 2011; Pengetal., 2012a; Jiaoetal., 2013; Wangetal., 2017c, d)。在集寧和烏拉山-大青山等地的孔茲巖帶分布區(qū)出露新太古代桑干巖群(或興和巖群)、新太古-古元古代烏拉山巖群和古元古代晚期美岱召巖群等變質(zhì)表殼巖和變深成巖，其中的桑干巖群由高角閃巖-麻粒巖相變質(zhì)的鎂鐵質(zhì)-中酸性火山沉積巖構(gòu)成，以透鏡狀或團塊狀中色和淺色麻粒巖產(chǎn)出于深成巖或烏拉山巖群中，其原巖可與烏拉山下亞群對比。烏拉山上亞群由麻粒巖相變質(zhì)的砂巖、大理巖、鈣硅酸鹽及少量基性巖組成，它們與南部美岱召巖群一起成為該區(qū)孔茲巖系的主要組成部分(楊振升等，2000; Wanetal., 2013)。年代學(xué)研究揭示，該區(qū)存在2.55～2.45Ga、2.30～2.0Ga、1.96～1.94Ga及1.85～1.82Ga的花崗巖類和2.55～2.50Ga、2.45～2.37Ga、2.06Ga、1.97～1.92Ga及1.84Ga的基性巖類多期巖漿活動的記錄，同時伴有～2.5Ga、2.45～2.40Ga和1.95～1.85Ga的變質(zhì)事件(Santoshetal., 2007, 2009; Dongetal., 2013, 2014; Wanetal., 2013；Liuetal., 2014c, 2017; 鐘長汀等，2014)，說明該帶曾經(jīng)歷新太古代末-古元古代多期地質(zhì)事件演化而成。

鄂爾多斯地塊北部伊盟隆起帶EW向航磁異常帶鉆遇基底探井的多口探井巖芯組成揭示，該區(qū)主要由高角閃巖相到麻粒巖相變質(zhì)的副變質(zhì)片麻巖和部分花崗片麻巖組成。其中，在棋探1井、霍3井及準1井的片麻巖中存在夕線石、堇青石和石墨等富鋁及碳的變質(zhì)礦物(圖2)(Wangetal., 2014, 2019; Gouetal., 2016; Heetal., 2016)，代表泥質(zhì)表殼巖變質(zhì)產(chǎn)物，它們與克1井中石英巖及大理巖(包紅平等，2019)一同構(gòu)成了與北部孔茲巖帶類似的巖石組合，此后經(jīng)歷了峰期溫壓條件為T=775～825℃，P=6.3～9kbar的中壓麻粒巖相高級變質(zhì)作用(Wangetal., 2014；Heetal., 2016)，由其4個世代變質(zhì)礦物組合溫壓條件分析，獲得與其北緣孔茲巖帶類似的等溫減壓順時針P-T軌跡(見Gouetal., 2016，圖10)。鋯石及獨居石U-Pb定年揭示存在1.96～1.94Ga和1.9～1.88Ga兩組變質(zhì)年齡(Huetal., 2013；Wanetal., 2013; Wangetal., 2014, 2019; Zhangetal., 2015; Gouetal., 2016; Heetal., 2016)(表1)，與北緣烏拉山-大青山和賀蘭山等地孔茲巖系中記錄的～1.95Ga和～1.87Ga兩組變質(zhì)年齡一致(Yinetal., 2011; 蔡佳等，2013)。另一方面，棋探1井碎屑鋯石年齡譜及其兩階段模式年齡分布，也與孔茲巖帶碎屑鋯石年齡譜及模式年齡分布范圍近乎一致(圖4)。此外，由勝2井和鄂1井中還確定存在～2.5Ga和～2.0Ga的花崗巖漿活動(Zhangetal., 2015)(表1)，與其北緣孔茲巖帶分布區(qū)2.55～2.45Ga和2.30～2.0Ga的花崗巖漿事件也相吻合。兩個地區(qū)巖石組合的類似和所經(jīng)歷的巖漿變質(zhì)事件的一致性充分表明，鄂爾多斯地塊大同-華池斷裂以北區(qū)域的基底與地塊北緣孔茲巖帶分布區(qū)可以類比，也具有～2.5Ga花崗片麻巖基底和上覆高級變質(zhì)表殼巖類，并經(jīng)歷了古元古代中晚期2.30～2.0Ga巖漿活動和1.95～1.85Ga的變質(zhì)改造的演化過程，這說明鄂爾多斯地塊內(nèi)大同-華池斷裂以北的伊盟隆起區(qū)基底主要由新太古代-古元古代變質(zhì)表殼巖和花崗片麻巖等構(gòu)成，并經(jīng)歷了新太古代-古元古代多期巖漿變質(zhì)事件的改造。

圖4 鄂爾多斯地塊北部棋探1井副片麻巖與孔茲巖帶碎屑鋯石U-Pb年齡(a、c)及其Hf模式年齡(b、d)分布圖孔茲巖帶碎屑鋯石數(shù)據(jù)引自Xia et al., 2006, 2009; Yin et al., 2011；Dan et al., 2012Fig.4 U-Pb age distribution of detrital zircons from both parageneses in Well Qitan 1 of Ordos Block and Konderite in its northern margin

表1 鄂爾多斯地塊基底巖石年齡數(shù)據(jù)表Table 1 Age data of rocks from basement of Ordos Block

鄂爾多斯地塊東緣由離石斷裂分割，與近南北向延伸長達1500km的古元古代構(gòu)造帶相鄰，緊鄰其東緣由北向南依次在北部出露恒山、五臺和阜平巖群，中部呂梁雜巖，向南為中條和太華群等變質(zhì)巖系，巖石類型為新太古至古元古代TTG片麻巖、表殼巖、鎂鐵質(zhì)巖墻及同構(gòu)造或后構(gòu)造花崗巖類(Zhaoetal., 2005, 2013)。其中，最北部恒山群出露于滹沱河以北，由2.52～2.48Ga的TTG片麻巖(Kr?neretal., 2005)，2.3～2.1Ga花崗片麻巖(Kr?neretal., 2005；趙瑞福等, 2011)和2.2～2.1Ga及1.9Ga基性侵入巖(Kr?neretal., 2006; Wangetal., 2010; Pengetal., 2012b)及變質(zhì)表殼巖構(gòu)成。其南為五臺群，是一套形成于2.7～2.5Ga的新太古中、低級變質(zhì)火山-沉積建造(Wilde, 2004, 2005；陳雪等，2015)，記錄有2.1Ga和1.8Ga兩期巖漿活動(Wildeetal., 1997, 1998; Duetal., 2013)。阜平巖群由2.52～2.48Ga的TTG片麻巖和2.08～2.02Ga花崗片麻巖以及角閃質(zhì)巖和鈣硅酸巖等組成(Guanetal., 2002; Tangetal., 2015)。呂梁地區(qū)廣泛出露變質(zhì)表殼巖和片麻狀花崗巖，表殼巖包括界河口、呂梁、嵐河、野雞山和黑茶山等群，其中界河口群由角閃巖相變質(zhì)的富泥質(zhì)碎屑巖及大理巖和少量斜長角閃巖組成，沉積于2.0Ga之后(萬渝生等，2000；劉朝輝等，2013；田輝等，2014)。呂梁群為一套形成于2.2～2.0Ga的淺變質(zhì)火山-沉積建造(于津海等，1997；Liuetal., 2012, 2014a；杜利林等，2012；趙嬌等，2017)。嵐河、野雞山及黑茶山群形成于2.2～1.87Ga，由碎屑巖夾少量火山巖構(gòu)成(Liuetal., 2016；胡育華等, 2017)。該區(qū)的片麻狀花崗巖形成于～2.5Ga、～2.4Ga和2.2～2.0Ga三個主要期次，此后經(jīng)歷了1.95～1.85Ga變質(zhì)改造和同期巖漿事件(耿元生等，2006；Zhaoetal., 2008, 2017, 2018, 2020; 杜利林等，2012；Santoshetal., 2015; 趙嬌等，2015)。中條地區(qū)涑水雜巖由～2.7Ga(Zhuetal.，2013)和2.56～2.36Ga(田偉等，2005；趙鳳清，2006；郭麗爽等，2008)兩個期次的TTG片麻巖以及2.62～2.41Ga花崗巖類(趙鳳清，2006；張瑞英等，2012，2013)及形成于2.56～2.33Ga的變質(zhì)表殼巖組成(趙鳳清，2006)。絳縣群由變泥質(zhì)巖、火山巖及凝灰質(zhì)沉積巖組成，形成于2.16～2.19Ga(劉玄等，2015)。中條群為陸源砂泥質(zhì)-碳酸鹽巖夾少量火山巖建造，形成于2.06～2.09Ga(劉玄等，2015)。南部小秦嶺地區(qū)太華群下部的下太華群由形成于2.91～2.75Ga的TTG片麻巖(Huangetal., 2010; Jiaetal., 2016)和～2.78Ga斜長角閃巖(Dongetal., 2020)構(gòu)成。上太華群由富鋁質(zhì)片麻巖、大理巖、石英巖和斜長角閃巖等表殼巖和花崗片麻巖構(gòu)成，其中表殼巖年齡介于2.5～2.14Ga，花崗片麻巖可分為2.32～2.30Ga和2.19～2.07Ga兩期(Xuetal., 2009; Huangetal., 2010, 2012, 2013; Diwuetal., 2014; Wangetal., 2017a; 第五春榮等，2018)。該中部帶除記錄了上述多期次巖漿活動外，不同地區(qū)各類巖石中還記錄有1.97～1.91Ga和1.87～1.82Ga兩個階段變質(zhì)作用，并構(gòu)成一順時針P-T演化軌跡(Zhaoetal., 2001; Guanetal., 2002; 蔣宗勝等，2011; Luetal., 2013, 2015, 2017; Qian,etal., 2013,2015, 2017; Zhao and Zhai, 2013; Pengetal., 2014; Wei,etal., 2014; Zhaoetal., 2017; Wangetal., 2017b)，代表了華北克拉通基底最終拼合構(gòu)造事件。因此，鄂爾多斯地塊東緣中部構(gòu)造帶記錄了2.9～2.7Ga、2.52～2.48Ga、2.36～2.25Ga、2.20～2.00Ga和1.95～1.85Ga花崗巖漿和2.15～1.92 Ga基性巖漿作用以及1.95～1.82Ga變質(zhì)作用等多期巖漿變質(zhì)事件。然而，在中條山以北地區(qū)至今未見2.9～2.7Ga的TTG片麻巖的報道，預(yù)示南部地區(qū)較北部有更為古老的基底物質(zhì)。

與中部帶對應(yīng)，鄂爾多斯地塊中南部大同-華池斷裂以南的北東向航磁異常帶，整體上顯示不規(guī)則正、負異常相間展布的特點，但在華池-興縣和靈臺-呂梁之間，主要為一大范圍正磁異常帶，占據(jù)了鄂爾多斯地塊南部廣大區(qū)域(圖1)，且該航磁異常帶向地塊東緣延伸至中部帶與呂梁雜巖和五臺-阜平基底出露區(qū)航磁異常的延伸方向一致(圖1；張抗，1982)，預(yù)示地塊內(nèi)該航磁異常帶的變質(zhì)基底巖系可與五臺、阜平和呂梁群等變質(zhì)基底系對比，并可能具有同樣的屬性(賈進斗等，1997；鄧軍等，2005)，其部分偏低的磁異常值很可能是界河口、野雞山、嵐河和黑茶山等表殼巖磁異常疊加的結(jié)果(賈進斗等，1997；王濤等，2007；Gaoetal., 2015及其引用文獻)。該航磁正異常帶北部鉆遇基底巖系的龍?zhí)?、鎮(zhèn)鉀1井、米131井和慶深1井中，臨近其東緣呂梁地區(qū)的鎮(zhèn)鉀1井巖芯獲得了夕線黑云片麻巖基底巖石，其礦物組合及變質(zhì)程度不僅與呂梁地區(qū)界河口群片巖類似，而且二者的鋯石年齡分布也十分一致(萬渝生等，2000;劉超輝等, 2013；田輝等, 2014；吳素娟等，2015)，揭示它們?yōu)橄嗤瓗r經(jīng)歷了同樣變質(zhì)改造而形成。該井與緊鄰其南北的米131井和龍?zhí)?井中除副變質(zhì)片麻巖外，還獲得2.10～2.0Ga花崗片麻巖(表1)(胡健民等，2012；Wanetal., 2013； Zhangetal., 2015; 吳素娟等，2015)。此外，地塊內(nèi)部西南方向華池西南的慶深1井中也獲得2.05～2.0Ga花崗片麻巖(表1)。這些形成于2.10～2.20Ga的片麻狀花崗巖類與北東向航磁異常延伸至東緣至中部帶呂梁地區(qū)赤堅嶺和關(guān)帝山花崗片麻巖的形成年齡相一致(耿元生等，2006；Zhaoetal., 2008, 2020; Santoshetal., 2015)，表明地塊內(nèi)部沿大同-華池斷裂以南航磁異常帶北部存在一期與呂梁地區(qū)相同的古元古代中期的花崗巖漿活動帶。然而，目前在地塊南部幾口探井基底巖芯中并未發(fā)現(xiàn)～2.5Ga巖漿活動的記錄，但根據(jù)地塊內(nèi)部與其東北部的呂梁-阜平-五臺地區(qū)航磁異常帶延伸的一致性以及這些探井中富泥質(zhì)片麻巖和2.2～2.0Ga花崗片麻巖組合與呂梁地區(qū)基巖組合的類似性推斷，鄂爾多斯地塊內(nèi)部大同-華池斷裂以南航磁異常帶北部基底上部具有與呂梁地區(qū)可以類比的巖石組成，也由變質(zhì)表殼巖和花崗片麻巖構(gòu)成。

2.2 基底屬性及構(gòu)造單元劃分

長期以來，無論是地質(zhì)學(xué)家還是地球物理學(xué)家，均將鄂爾多斯地塊視為一具有太古代基底物質(zhì)的古老陸塊，但該陸塊基底物質(zhì)的形成時代以及是否由統(tǒng)一陸塊基底構(gòu)成目前仍無定論。早在二十世紀八、九十年代，管志寧等(1987)、白瑾等(1993)以及Bai and Dai(1996)根據(jù)華北地區(qū)航磁異常分布特征分析，就認識到鄂爾多斯地塊可能不具統(tǒng)一完整的基底，且可沿大同-吳起(或華池)一線將鄂爾多斯地塊分為南、北兩部分。此后，伍家善等(1998)將華北克拉通基底劃分為膠遼、豫皖、遷懷、晉冀和蒙陜5個微陸塊，且認為NE向航磁異常帶北緣的大同-吳起(或華池)斷裂為分割蒙陜陸塊和晉冀陸塊的邊界斷裂。按此劃分，現(xiàn)今的鄂爾多斯地塊僅占據(jù)了北部蒙陜陸塊東部和南部晉冀陸塊西部的部分區(qū)域。翟明國和卞愛國(2000)將華北克拉通基底分出膠遼、徐淮、遷懷、阜平、集寧、許昌和阿拉善等6個微陸塊，現(xiàn)今的鄂爾多斯地塊大致相當(dāng)于北部集寧和南部阜平兩個小陸塊構(gòu)成的主體區(qū)域，其范圍超出現(xiàn)今鄂爾多斯地塊的區(qū)域。最近，Zhai and Santosh (2011)在原有劃分方案基礎(chǔ)上，從東到西重新厘定出膠遼、遷懷、集寧、阿拉善和南部鄂爾多斯、許昌及徐淮等7個微陸塊。新的方案將原阜平微地塊南部劃為許昌微陸塊，剩余的北部部分與原集寧微陸塊的南部構(gòu)成鄂爾多斯微陸塊，成為現(xiàn)今鄂爾多斯陸塊的主體，且向東可延伸到五臺-阜平地區(qū)，而南部則包括了2.5Ga的五臺-登封綠巖帶西南的延伸部分和許昌地塊西南部(見翟明國，2019，圖5)。與多個微陸塊劃分不同，Zhaoetal.(2005, 2012)和Zhao and Zhai (2013)在華北克拉通基底中識別出中東部膠-遼-吉帶、中部帶和西北部孔茲巖帶三條早元古宙活動帶，并以中部構(gòu)造帶為界，將華北克拉通劃分為東、西兩大陸塊(見Zhaoetal., 2005，圖4)，其中的西部陸塊為北部陰山和南部鄂爾多斯兩微陸塊于～1.95Ga沿孔茲巖帶造山拼合而成，以此劃分出的鄂爾多斯陸塊與現(xiàn)今鄂爾多斯地塊分布范圍基本一致。Pengetal.(2014)在總結(jié)華北克拉通早元古宙晚期4期變質(zhì)作用及確定東部朝鮮與西部徐武家兩條古元古代邊緣弧基礎(chǔ)上，也將華北克拉通劃分為東、西兩個陸塊，二者分界基本與現(xiàn)今航磁異常梯度帶揭示的北東向延伸的大同-環(huán)縣基底斷裂一致(見Pengetal., 2014，圖3e)。鄂爾多斯地塊北部東西向與南部北東向航磁異常展布方向和強度的差異反映，沿大同-華池一線的磁異常邊界梯度帶代表一基底斷裂，并成為其基底南、北不同單元的邊界分割帶(王濤等，2007；阮小敏等，2011)，其南、北基底結(jié)構(gòu)及物質(zhì)組成存在不同。滕吉文等(2008)對鄂爾多斯地塊及其北部上地殼速度結(jié)構(gòu)研究揭示，塊體內(nèi)部及其北部孔茲巖帶和陰山地塊的上地殼速度結(jié)構(gòu)存在明顯差異，基底中發(fā)育多條深大斷裂，并在大同-華池斷裂(F0)與榆林斷裂(F1，榆林-環(huán)縣斷裂)間的基底出現(xiàn)一明顯間斷，其南、北部的基底厚度及頂面深度均有差異(圖5)。其中，南部榆林-延川地段處于北東向正航磁異常帶之上，為一薄于北部基底的高速結(jié)晶基底。榆林斷裂(F1)以北地區(qū)為一連續(xù)結(jié)晶基底，但基底厚度和頂面深度在不同地區(qū)有一定變化，在榆林-刀兔之間，基底厚度明顯增大，至刀兔斷裂(F2)以北的刀兔-東勝北的結(jié)晶基底又有所減薄，此后在伊金霍洛旗北再度增厚，并于東勝北斷裂(F3)，基底頂面埋深迅速增大(達8km左右)，與新生代斷陷蓋層沉積最厚的呼包凹陷帶的孔茲巖帶南部對應(yīng)。顯然，地殼速度結(jié)構(gòu)反映的鄂爾多斯地塊內(nèi)部結(jié)晶基底厚度、性質(zhì)和頂面埋深在榆林斷裂南北存在明顯差異，與其南北不同航磁異常帶差異一致，反映榆林-環(huán)縣與大同-華池斷裂帶之間存在一分割基底不同單元的重要邊界構(gòu)造帶(圖1、圖5)。

圖5 鄂爾多斯地塊基底斷裂及起伏特征(據(jù)滕吉文等，2008)Fig.5 Faults and relief characteristics of basement in the Ordos Block(after Teng et al., 2008)

基于地質(zhì)及地球物理學(xué)家目前對鄂爾多斯地塊基底性質(zhì)的認識，并結(jié)合鄂爾多斯基底探井巖芯的混合巖脈體或花崗片麻巖類的巖石地球化學(xué)及同位素示蹤分析，以大同-華池斷裂為地塊基底分界帶，進一步探討和約束其南、北兩個地質(zhì)單元的基底性質(zhì)及特征。

2.2.1 鄂爾多斯地塊北部基底

基底巖石特征表明，鄂爾多斯地塊大同-華池斷裂北部東西向正航磁異常帶的伊盟隆起區(qū)基底巖石主要由經(jīng)歷了高角閃巖-麻粒巖相變質(zhì)的副變質(zhì)片麻巖類組成，伴有強烈的混合巖化，與混合巖化有關(guān)的深熔巖脈或花崗片麻巖的鋯石U-Pb年齡記錄了～2.5Ga和2.2～2.0Ga兩期巖漿熱事件(表1)。

圖6 鄂爾多斯地塊基底花崗片麻巖球化學(xué)特征Fig.6 Geochemical characteristics of granitic gneisses from basement of Ordos Block

圖7 鄂爾多斯地塊基底花崗片麻巖稀土及微量元素配分模式(球粒隕石標(biāo)準值據(jù)Boynton, 1984；原始地幔標(biāo)準值據(jù)Sun and McDonough, 1989)Fig.7 REE and trace element distribute patterns of granitic gneisses from the basement of Ordos Block (chondrite normalization values after Boynton, 1984; primitive mantle normalization values after Sun and McDonough, 1989)

圖8 鄂爾多斯地塊基底花崗片麻巖及鄰區(qū)花崗巖類鋯石t-εHf(t)圖(a、c)及全巖t-εNd(t)圖(b、d)(a)地塊北部及孔茲巖帶花崗巖類鋯石Hf同位素組成；(b)地塊北部及孔茲巖帶花崗巖類全巖Nd同位素組成；(c)地塊南部及五臺-阜平-呂梁地區(qū)花崗巖類鋯石Hf同位素組成；(d) 地塊南部及五臺-阜平-呂梁地區(qū)花崗巖類全巖Nd同位素組成. 數(shù)據(jù)引自Wu et al., 2005; Wang et al., 2009; Xia et al., 2006, 2009; Yin et al., 2011；Dan et al., 2012; Ma et al., 2012; Han et al., 2012; Du et al., 2013; Wan et al., 2013; Zhang et al., 2015; Tang et al., 2015, 2016; Santosh et al., 2015; Li et al., 2017, 2018; Liu et al., 2017; Zhao et al., 2018; Sun et al., 2019; 趙瑞幅等，2011；陳斌等，2006Fig.8 t-εHf(t) diagram for zircon (a, c) and t-εNd(t) diagram for whole rock (b, d) of granitic gneisses from the basement of Ordos Block and granitoids in its adjacent areas

兩期巖漿活動的鋯石Hf和全巖Nd同位素的兩階段模式年齡除以新太古代為主外，還出現(xiàn)一定量的中太古代年齡(圖8a, b)，這與這些巖石中存在新太古(2.6～2.8Ga)和中太古代(3.4Ga)捕獲鋯石(Zhangetal., 2015; Wangetal., 2019)一起證明，鄂爾多斯地塊北部基底是一個主要由新太古代-古元古代陸殼和少量中太古代陸殼物質(zhì)組成的陸塊(圖8a, b)。覆蓋于基底之上的長城系砂巖碎屑鋯石年齡譜出現(xiàn)～2.5Ga、2.0Ga和1.9Ga年齡峰值，它們的二階段模式年齡主要分布于新太古代(峰值為～2.6Ga)(附表2、附表3、附表4、圖9a, b)，同樣證明，該地塊主要由新太古代和少量中太古代陸殼物質(zhì)構(gòu)成，并經(jīng)歷了強烈的～2.5Ga和～2.0Ga兩期巖漿以及1.95～1.85Ga三期構(gòu)造熱事件的改造。類似的陸殼改造形成的～2.5Ga高鉀鈣堿性花崗巖類，在鄂爾多斯地塊北部基底及其東緣的中部構(gòu)造帶乃至東部陸塊均廣泛發(fā)育(Wildeetal., 2005; 陳斌等，2006；Zhaoetal., 2008; Wanetal., 2009, 2015；Liuetal., 2017；Gaoetal., 2018)，同時伴有同期新生地殼相關(guān)的TTG片麻巖和閃長巖(Liuetal., 2009a；Diwuetal., 2011)及基性巖漿活動(Wanetal., 2013; Liuetal., 2014c)，是華北陸塊在～2.5Ga時期發(fā)生的一次陸殼改造與新生地殼形成并存的重要構(gòu)造熱事件，代表該陸塊首次克拉通化過程構(gòu)造巖漿熱事件的重要記錄(Zhai and Santosh, 2011)。同時也說明，鄂爾多斯地塊基底物質(zhì)在2.5Ga前已形成，并成為具一定規(guī)模的微陸塊，在～2.5Ga與華北克拉通其它微陸塊一同參與了華北陸塊首次克拉通化的演化過程。而鄂爾多斯地塊北部基底鉆井揭示的孔茲巖類與其北緣古元古代孔茲巖的出現(xiàn)則是華北陸塊完成首次克拉通化后形成的首套蓋層沉積(鐘焱等，2016)。

圖9 鄂爾多斯地塊基底蓋層長城系砂巖碎屑鋯石年齡及陸殼Hf模式年齡分布圖(a)地塊北部長城系砂巖碎屑鋯石年齡圖譜；(b)地塊北部長城系砂巖碎屑鋯石陸殼Hf模式年齡圖譜；(c)地塊南部長城系砂巖碎屑鋯石年齡圖譜；(d)地塊南部長城系砂巖碎屑鋯石陸殼Hf模式年齡圖譜Fig.9 U-Pb age and histograms of detrital zircons from sandstones of Changcheng system in the cover of Ordos Block

2.2.2 鄂爾多斯地塊南部基底

大同-華池斷裂以南的鄂爾多斯地塊南部，目前僅在有限鉆遇基底探井中獲取了基底巖石。這些探井主要位于北東向航磁異常帶的北緣(圖1)，除個別井(鎮(zhèn)鉀1井)的巖芯存在副變質(zhì)片麻巖外，其它幾口探井均獲得了成分變化較大的花崗片麻巖(圖6a)，并顯示鈣堿性演化趨勢(圖6b)，這些花崗巖類的SiO2=61.48%～78.19%，K2O+Na2O=3.98%～7.66%，Na2O=0.10%～2.89%，致使K2O/Na2O比值(1.30～49.80)變化非常大，它們的A/CNK很高(1.21～2.64)，δ=0.45～1.85，表現(xiàn)為強過鋁質(zhì)高鉀鈣堿性、甚至超鉀質(zhì)巖類的特征(圖6c，d)。巖石的稀土總量也呈現(xiàn)了很大變化(41.92×10-6～236.5×10-6)，但輕重稀土分異不強((La/Yb)N=1.04～16.48)，輕稀土分餾變化大((La/Sm)N=1.81～4.08)，δEu=0.21～0.62，呈現(xiàn)了中等到較強負銪異常的右傾程度不等的稀土分布模式(圖7e)。微量元素富集Rb、Ba、Th和Pb等元素，不同程度虧損Nb、Ta、Ti、Sr和P等(圖7f)。因此，這種高硅、富鉀，富集輕稀土和大離子元素、虧損Nb、Ta，高程度的負銪異常的花崗巖類不是巖漿強烈分異演化的結(jié)果，就是陸殼物質(zhì)熔融過程與巖漿平衡殘余相出現(xiàn)大量斜長石所致。結(jié)合鉆井巖芯揭示的這些花崗片麻巖很不均勻，內(nèi)部常出現(xiàn)含有難容暗色礦物較多的片麻巖殘留體和區(qū)內(nèi)無大巖體存在，顯然不太可能是巖漿分異演化的結(jié)果，最大的可能應(yīng)與部分熔融過程與巖漿平衡的殘余相主要為斜長石密切相關(guān)。

這種富鉀，高硅、堿的花崗巖類在地塊東緣中部帶的呂梁、贊皇等地也有報道，被認為是～2.1Ga左右在五臺、阜平、呂梁和贊皇等地區(qū)同一拉張裂解背景的產(chǎn)物(楊崇輝等，2011; 杜利林等，2012；Pengetal., 2017)。與這些高鉀花崗巖類相關(guān)，呂梁地區(qū)還存在同期與陸緣俯沖環(huán)境相關(guān)的鈣堿性花崗巖類以及島弧火山巖類(耿元生等，2006；Liuetal., 2012, 2014a, b; Santoshetal., 2015; Zhaoetal., 2020)，這種多種類型巖漿活動的出現(xiàn)無疑代表了華北克拉通中部古元古代中期2.2～2.0Ga期間一次重要的與大洋俯沖有關(guān)的大陸邊緣弧巖漿活動。其中，～2.2Ga的弧火山巖及花崗巖類的出現(xiàn)表明，～2.2Ga已開始了與大洋俯沖擠壓有關(guān)的活動陸緣演化(Liuetal., 2012, 2014a; Santoshetal., 2015; Zhaoetal., 2020)，此后在～2.1Ga，出現(xiàn)了E-MORB型玄武巖(Liuetal., 2014b)及與伸展有關(guān)的花崗巖類(耿元生等，2006；Liuetal., 2014b; Zhaoetal., 2020)則標(biāo)志著由大洋俯沖擠壓轉(zhuǎn)入到局部伸展的弧后盆地演化階段。

然而，南部地塊內(nèi)部至今還未有探井鉆遇基底并取得基底巖芯，且在其北緣幾口探井巖芯中也未發(fā)現(xiàn)～2.5Ga的巖漿活動記錄。盡管如此，在慶深1井和中部宜探1井(圖1)覆于基底之上的長城系蓋層砂巖碎屑鋯石，和中部宜探1井(圖1)覆于基底之上的長城系蓋層砂巖碎屑鋯石，存在2446Ma、2164Ma和1831Ma三個年齡主峰和2675Ma次級年齡峰值，不但記錄了古元古代多期地質(zhì)事件，也存在更為古老的古-中太古代鋯石年齡信息(圖9c)。此外，這些砂巖碎屑鋯石還出現(xiàn)3298Ma和3555Ma古、中太古代年齡(附表3)，同時相當(dāng)量碎屑鋯石有很高的負εHf(t)值(附表4)，其陸殼滯留年齡除新太古代外，還出現(xiàn)相當(dāng)?shù)墓?、中太古代年齡(附表3和圖9d)，充分證明南部地塊除新太古代-古元古代陸殼物質(zhì)外，還存在古-中太古代陸殼物質(zhì)。此外，大于3.5Ga甚至4.0Ga的地殼滯留年齡碎屑鋯石(附表3、圖9d)的出現(xiàn)，暗示可能有更古老的陸殼物質(zhì)存在。

華北克拉通內(nèi)>3.2Ga的捕獲鋯石在許多地區(qū)已有報道，在鞍山-本溪地區(qū)太古代綠巖帶發(fā)現(xiàn)4.17Ga捕獲鋯石(Cuietal., 2013)，河北曹莊和盧龍地區(qū)鉻云母石英巖中存在大量3.88～3.2Ga的碎屑鋯石(Liuetal., 1992；初航等，2016; Wildeetal., 2008)，河南焦作地區(qū)長英質(zhì)片麻巖(高林志等，2005)和嵩山石英巖中也發(fā)現(xiàn)了～3.4Ga碎屑鋯石(第五春榮等，2008)。此外，在信陽中生代長英質(zhì)麻粒巖捕擄體中存在3.66Ga鋯石(Zhengetal., 2004)，鄂爾多斯地塊南緣古生代火山巖中還發(fā)現(xiàn)了4.1Ga捕獲鋯石(王洪亮等，2007；第五春榮等，2010a)。這些古老陸殼物質(zhì)的陸續(xù)發(fā)現(xiàn)暗示，華北克拉通存在古太古代甚至始太古宙的物質(zhì)源區(qū)。但目前除在東部鞍山發(fā)現(xiàn)有限的3.8Ga的TTG片麻巖古老陸殼物質(zhì)(Liuetal., 1992；Wuetal., 2008; Wanetal., 2015)外，在其它地區(qū)至今未發(fā)現(xiàn)>3.2Ga的陸殼物質(zhì)。Wanetal. (2015)依據(jù)>2.6Ga的TTG片麻巖和碎屑或捕獲鋯石的空間分布，在華北克拉通基底確定了東部、南部和中部3個古陸塊(見萬渝生等，2017，圖19)，它們是否可能成為上述古老鋯石的源區(qū)值得關(guān)注。其中，南部古陸塊向西延伸于鄂爾多斯地塊南緣，在該古陸塊東部河南魯山地區(qū)和中部小秦嶺地區(qū)均報道存在2.8～2.9Ga的巖石(Kr?neretal., 1988; Sunetal., 1994; Liuetal., 2009b; Huangetal., 2010; 第五春榮等，2010b；Luetal., 2013, 2015;謝士穩(wěn)等，2016; Jiaetal., 2016; 張瑞英和孫勇，2017)。Zhuetal.(2013)在中條地區(qū)也發(fā)現(xiàn)～2.7Ga的奧長花崗巖，這些巖石主體巖漿鋯石具高的正εHf(t)值和與形成年齡近一致的Hf模式年齡(2.7～2.9Ga)，它們也具有全巖Nd同位素εNd(t)正值，二階段Nd模式年齡主要介于2.7～2.9Ga之間(圖10g, h)，表明該古陸塊這期間有大量幔源新生陸殼增生。這些巖石中還保存有>2.9Ga繼承鋯石，且有相當(dāng)量的鋯石Hf模式年齡>3.0Ga(圖10g)，揭示存在>3.0Ga中太古代古老陸殼物質(zhì)，因而該古陸塊是一定規(guī)模中太古代基底基礎(chǔ)上，于2.7～3.0Ga期間有大量新生陸殼添加而形成的古老陸塊。與該南部古陸塊相比，大同-華池斷裂南部基底花崗片麻巖的鋯石Hf模式年齡和全巖Nd二階段模式年齡接近或略早于它們的形成年齡，同時出現(xiàn)新太古代甚至中太古代的古老年齡(圖10g, h)，反映它們源自幔源新生陸殼和古老陸殼物質(zhì)的混合源區(qū)。另一方面，該區(qū)覆蓋于基底之上長城系砂巖中發(fā)現(xiàn)了新太古代和古中太古代的碎屑鋯石(圖9c、附表3)，且這些砂巖碎屑鋯石Hf模式年齡除新太古代外，還出現(xiàn)相當(dāng)古、中太古代模式年齡(圖9d、附表4)，這意味著如同南部古陸塊一樣，大同-華池斷裂以南的鄂爾多斯地塊基底也是古-中太古代陸殼基礎(chǔ)上于新太古代期間發(fā)生進一步的新生陸殼生長而成的古老陸塊。

圖10 鄂爾多斯地塊基底花崗片麻巖及鄰區(qū)巖漿鋯石和全巖tDM2直方圖數(shù)據(jù)引自Wu et al., 2005; 第五春榮等, 2007, 2010b; 郭麗爽等, 2008; Liu et al., 2009b, 2017; 周艷艷等, 2009a, b; Huang et al., 2010, 2012, 2013; Yin et al., 2011; Dan et al., 2012; Ma et al., 2012; 張瑞英等, 2012; Wan et al., 2013; Yu et al., 2013; Diwu et al., 2014; Zhou et al., 2014, 2019; Zhang et al., 2015;王雪等, 2015; Chen et al., 2016; Jia et al., 2016; Sun et al., 2017, 2019; Li et al., 2019 tDM2 histograms of igneous zircons from granitic gneisses of basement in the Ordos Bloch and its adjacent areas

綜上所述，鄂爾多斯地塊內(nèi)中部沿大同-華池北東向基底斷裂，其南北航磁異常的展布及其基底物質(zhì)組成具有顯著差異，沿該斷裂帶南緣存在一條2.2～2.0Ga古元古代花崗巖漿活動帶，并記錄了1.96～1.85Ga的變質(zhì)作用改造，與陸塊東緣中部帶記錄了古元古代中晚期大洋消減匯聚到陸陸碰撞過程一樣，極有可能代表鄂爾多斯地塊內(nèi)部古元古代中晚期形成的一條構(gòu)造活動帶。該活動帶南北基底巖芯樣品的巖石組合及其花崗巖類的鋯石Hf同位素及全巖Nd同位素組成揭示，其北部基底與其北緣孔茲巖帶分布區(qū)基底片麻巖和變質(zhì)表殼巖的物質(zhì)組成(圖10c, d)和演化過程十分類似，是一主要由新太古代基底物質(zhì)構(gòu)成的地塊(圖8a, b、圖9a, b、圖10a, b)。而南部基底除新太古代-古元古代陸殼物質(zhì)外，還存在相當(dāng)量的古、中太古代陸殼物質(zhì)(圖8c，d、圖9c, d、圖10e, f)，與萬渝生等(2017)確定的華北克拉通南部古陸塊一樣，也是由一定規(guī)模中太古代甚至少量古太古代陸殼物質(zhì)和新太古代新生陸殼添加構(gòu)成的較為古老的地塊。因此，鄂爾多斯地塊很可能是由沿中部大同-華池基底斷裂帶發(fā)育的古元古代中晚期活動帶分割的不具完整統(tǒng)一基底構(gòu)成的陸塊，這一活動帶與其東緣中部帶一樣記錄了古元古代中晚期大洋俯沖匯聚到陸陸碰撞過程，揭示鄂爾多斯地塊內(nèi)部也可能存在一條類似其東緣中部帶的古元古代中晚期與俯沖有關(guān)的構(gòu)造活動帶。然而，目前的地質(zhì)與地球物理資料揭示的地塊基底中部這條可能的分界帶，是否如同其東緣中部帶一樣代表了東、西兩大陸塊碰撞結(jié)合帶，或是其一個分支，目前還難以做出定論，有待今后進一步驗證與再認識，并需要得到更多基底巖石樣品的深入研究和詳細工作的證實。

3 結(jié)論

根據(jù)鄂爾多斯地塊內(nèi)部數(shù)量不多的鉆遇基底的探井所揭露的基底巖石組合及其花崗片麻巖鋯石U-Pb年代學(xué)、Hf同位素及其全巖Nd同位素數(shù)據(jù)，并結(jié)合該地塊航磁異常等地球物理資料分析，就鄂爾多斯地塊基底性質(zhì)與時代提出如下認識：

(1)鄂爾多斯地塊北部基底主要由變泥質(zhì)和雜砂質(zhì)片麻巖、片巖及大理巖和石英巖等變質(zhì)表殼巖和一些花崗片麻巖類構(gòu)成，它們發(fā)生了強烈混合巖化作用，記錄了新太古代末～2.50Ga和古元古代中期2.2～2.0Ga兩期巖漿活動及其末期1.95～1.85Ga的變質(zhì)作用改造；南部基底除其北緣發(fā)現(xiàn)少量副變質(zhì)巖外，主要為花崗片麻巖類，記錄了古元古代中期2.2～2.0Ga巖漿熱事件以及1.95～1.85Ga的變質(zhì)作用改造；

(2)鄂爾多斯地塊中部沿大同-華池北東向基底斷裂存在一條航磁異常梯度帶，其南、北的航磁異常形態(tài)、地殼速度結(jié)構(gòu)和基底物質(zhì)組成顯著不同，沿該斷裂南緣存在一條古元古代2.2～2.0Ga花崗巖漿活動和1.96～1.85Ga變質(zhì)作用改造的構(gòu)造活動帶，可與地塊東緣五臺-阜平-呂梁地區(qū)同期花崗片麻巖類相對比，代表鄂爾多斯地塊基底一條重要分界帶；

(3)大同-華池斷裂北航磁異常梯度帶北部基底與其北緣孔茲巖帶分布區(qū)基底片麻巖和變質(zhì)表殼巖的物質(zhì)組成和演化過程十分類似，花崗片麻巖的鋯石Hf同位素及其全巖Nd同位素揭示，其是一由新太古代和古元古代陸殼物質(zhì)構(gòu)成的陸塊；而南部地塊基底除新太古代-古元古代陸殼物質(zhì)外，還存在古、中太古代陸殼物質(zhì)，與前人劃分的華北克拉通南部古陸塊組成類似，因而可能是由一定規(guī)模中太古代甚至少量古太古代陸殼物質(zhì)和新太古代新生陸殼添加構(gòu)成的古老地塊。

致謝文中除本研究測試數(shù)據(jù)外，還引用了前人發(fā)表的大量鋯石年齡和Hf同位素及全巖Nd同位素數(shù)據(jù)，這些成果為本研究提供了對比分析的基礎(chǔ)，由于篇幅所限這些數(shù)據(jù)未列入正文中，除以附表形式列出本文的數(shù)據(jù)外，引用的他人數(shù)據(jù)僅在參考文獻中列出其文獻。感謝萬渝生研究員的熱情邀稿！耿元生研究員和胡健民研究員提出的建設(shè)性建議，促進了本文的進一步提高與完善，在此一并致謝！

謹以此文衷心祝賀沈其韓院士百歲壽辰，祝沈先生健康長壽！