鄂爾多斯盆地東南部韓城地區(qū)延長組碎屑鋯石U－Pb年代學(xué)特征及物源指示意義

摘要 圍繞鄂爾多斯盆地東南部中晚三疊世延長組物源演化，以盆地東南部韓城薛峰川地區(qū)延長組剖面為研究對象，運(yùn)用碎屑鋯石U－Pb年代學(xué)探討了韓城地區(qū)延長期的物源特征。結(jié)果表明，韓城薛峰川地區(qū)延長組自下而上不同層段碎屑鋯石U－Pb年齡譜峰特征基本一致，峰值段主要集中在晚古生代晚期（250～263 Ma）、古元古宙晚期（1 689～1 774 Ma，1 867～1 885 Ma）和古元古宙早期（2 490～2 560 Ma），太古宙年齡僅零星分布，而中新元古宙和早古生代年齡均缺失。綜合物源對比認(rèn)為，韓城地區(qū)延長期盆地物源主要來自于其東北部的華北克拉通內(nèi)部及陰山造山帶地區(qū)，而華北板塊南緣及秦嶺地區(qū)的南部物源特征不明顯。這種物源特征與盆地西南部延長期物源復(fù)雜多變的特點(diǎn)形成了鮮明對比，表明鄂爾多斯盆地東南部延長期具有穩(wěn)定的東北物源特征，推測其南地區(qū)在延長期仍存在分隔南部物源的深湖相沉積，該認(rèn)識對探討延長期湖盆演化具有重要意義。

關(guān)鍵詞 鄂爾多斯盆地；延長組；碎屑鋯石U－Pb年代學(xué)；物源特征

中圖分類號：P62 DOI：10.16152/j.cnki.xdxbzr.2024-04-015

Detrital zircons from the Yanchang Formation in Hancheng area，southeastern Ordos Basin U－Pb chronological characteristics andprovenance indication significance

LIU Xudong ZHANG Zhongyi2，3， PENG Heng LIU Jiangyan2，3，F(xiàn)EN Xiaolin ZHANG Xiaolei2，3， WANG Jianqiang1

Abstract Focusing on the provenance evolution of the Yanchang Formation in the Middle and Late Triassic in the southeastern part of Ordos Basin， this paper investigates the provenance characteristics of the Yanchang Formation in the southeastern part of the basin by using detrital zircon U－Pb chronology. The results show that the U－Pb age spectra of detrital zircons from different strata of Yanchang Formation in Xufengchuan area， Hancheng are consistent， and the peak segments are mainly concentrated in the late Late Paleozoic （250～263 Ma） and late Paleoproterozoic （1 689～1 774 Ma， 1 867～1 885 Ma） and early Paleoproterozoic （2 490～2 560 Ma）， the Archean ages are only scattered， while the Middle Proterozoic and Early Paleozoic ages are missing. The comprehensive provenance comparison shows that the provenance of Yanchang basin in Hancheng area mainly comes from the North China Craton and Yinshan Orogenic belt in the northeast of the basin， while the provenance characteristics of the south margin of North China Plate and the south Qinling area are not obvious. These provenance characteristics are in sharp contrast to the complex and variable provenance characteristics of the extended period in the southwest of the Ordos Basin， suggesting that the southeast of the Ordos Basin has stable northeast provenance characteristics. It is speculated that there are still deep lacustrine sediments separating the southern provenance during the extended period in the southern part of the Ordos Basin， which is of great significance for the study of the evolution of the lake basin during the extended period.

Keywords Ordos Basin; Yanchang Formation; detrital zircon U－Pb geochronology; provenance characteristics

源匯體系與盆地沉積充填－演化、砂體展布、有利儲層預(yù)測等均具有密切聯(lián)系［1－4］，其中物源分析對示蹤沉積物源區(qū)母巖類型、沉積區(qū)古氣候及巖相古地理環(huán)境恢復(fù)等意義重大［5］。定量化研究是當(dāng)前物源分析發(fā)展的趨勢，近十余年來，基于LA－ICP－MS技術(shù)的碎屑鋯石U－Pb定年方法已成為沉積盆地物源研究的主流［6－9］，發(fā)展迅速且應(yīng)用廣泛。

鄂爾多斯盆地是我國最重要的多能源富集盆地，中晚三疊世延長期為盆地發(fā)育的鼎盛時(shí)期，延長組也是當(dāng)前石油勘探開發(fā)的主力層段，研究程度較高［10－11］，有關(guān)延長期物源體系一直是石油勘探開發(fā)過程中關(guān)注的重要議題。前人依據(jù)砂體展布、沉積地層砂地比［12－14］、碎屑輕重礦物含量及組合［15－17］、古水流及元素地球化學(xué)［18－20］等，對延長組物源體系及巖相古地理開展了多方面研究，從定性和半定量的角度，揭示了延長期湖盆為以北東和西南為主的多物源匯聚體系，東北部的陰山造山帶和華北克拉通內(nèi)部、西南部秦嶺—祁連造山帶為其主要源區(qū)［21－26］。王建強(qiáng)利用鄂爾多斯盆地大量鉆井及露頭碎屑礦物資料［26］，進(jìn)一步揭示了延長組長7期以來大致以華池—黃陵線為界，盆地西南部與東北部沉積區(qū)碎屑礦物存在顯著差異，明確指出盆地西南部長7期以來以秦嶺—祁連造山帶物源為主。

隨著碎屑鋯石U－Pb定年方法的普及，近年來也廣泛應(yīng)用于鄂爾多斯盆地延長組物源研究，對進(jìn)一步明確延長組物源特征起到了重要作用［27－34］。縱觀現(xiàn)有研究，區(qū)域上主要集中在油氣大量發(fā)現(xiàn)的盆地西南部，層段上主要集中于延長組長6和長8段。但盆地東南部，由于并非當(dāng)前主力油氣勘探區(qū)，加之后期剝蝕改造強(qiáng)烈，使得研究相對薄弱［35－36］。已有研究表明，在中生代時(shí)期，今盆地東南部位于大型鄂爾多斯盆地腹地［37］，其物源特征對揭示延長期湖盆演化－改造及油氣地質(zhì)條件均具有十分重要意義。

為此，本文以鄂爾多斯盆地東南部韓城薛峰川地區(qū)延長組剖面為主要研究對象，在野外考察的基礎(chǔ)上，采用碎屑鋯石U－Pb年代學(xué)方法，探討了鄂爾多斯盆地東南部韓城地區(qū)延長組物源特征，同時(shí)開展與其相鄰地區(qū)延長組物源對比，厘定物源的差異演化特征，為鄂爾多斯盆地延長期湖盆發(fā)育演化、油氣勘探部署等提供依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

鄂爾多斯盆地位于華北克拉通西部，大致于中三疊世紙坊期由華北克拉通盆地分異演化而來，具有陸內(nèi)坳陷盆地特征，經(jīng)歷了中晚三疊世延長期、早中侏羅世延安期和直羅—安定期、早白堊世3個(gè)演化階段。其中，中晚三疊世延長期為盆地發(fā)育的主要時(shí)期［38－39］，湖盆面積廣闊，原始盆地沉積范圍遠(yuǎn)大于今盆地，其東界在山西和河南境內(nèi)，南界達(dá)秦嶺造山帶（見圖1）。早白堊世末中生代盆地發(fā)育歷史結(jié)束，盆地開始整體抬升，發(fā)生差異隆升剝蝕?，F(xiàn)今盆地主體位于黃河以西，為早白堊世末期以來遭受多種形式改造的殘留盆地。

研究區(qū)主體位于今殘留盆地東南部渭北隆起區(qū)，東鄰晉西撓褶帶，南接渭河新生代斷陷，處于延長期古大型湖盆的中南部（見圖1）。研究區(qū)地層出露良好，總體呈北北東走向，由東南向北西短距離內(nèi)依次出露太古界到中生界，呈北西方向傾斜的單斜，東南部抬升剝蝕明顯。構(gòu)造改造總體表現(xiàn)為南強(qiáng)北弱，東強(qiáng)西弱，北部擠壓構(gòu)造行跡發(fā)育較多，南部伸展構(gòu)造行跡占據(jù)主導(dǎo)（見圖2）。薛峰川剖面延長組巖性以灰綠色細(xì)砂巖沉積為主，并夾有灰黑色炭質(zhì)泥巖、油頁巖等，發(fā)育三角洲、河流及湖相沉積環(huán)境，殘存地層厚度約1 125 m，與上覆地層平行不整合接觸，與下伏地層整合接觸（見圖3）。

2 樣品采集、分析方法與實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2．1 采樣位置及特征

基于野外地質(zhì)調(diào)查， 在韓城地區(qū)薛峰川剖面延長組地層中采集了3件碎屑巖樣品（見圖2、3）。 其中， 樣品HC－19為延長組長4+5段灰黃色中細(xì)粒長石砂巖， 采樣坐標(biāo) N 35°39′59．2″， E 110°07′55．6″，高程為1．63 km;樣品HC－22為延長組長7段油頁巖上部灰綠色細(xì)粒長石砂巖，采樣坐標(biāo)N 35°39′06″，E 110°08′41．7″，高程為1．29 km;樣品HC－24為延長組長9段灰黃綠色細(xì)粒長石砂巖，采樣坐標(biāo)為N 35°38′24．3″，E 110°09′38．2″，高程為1．16 km。

2．2 實(shí)驗(yàn)方法

樣品送至河北廊坊地質(zhì)調(diào)查院進(jìn)行礦物分選。 在破碎后， 經(jīng)淘洗、 電磁儀、 重液等方法初步分離出鋯石， 然后在體視鏡下人工分選獲得純鋯石礦物。 鋯石測試分析主要在西北大學(xué)大陸動力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成， 在體視鏡下隨機(jī)挑選鋯石制靶， 打磨、 拋光后拍攝鋯石透反射光和陰極發(fā)光圖像， 利用激光剝蝕電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（GeoLasPro+Agilent 7500a）進(jìn)行測定， 激光束斑直徑為30 μm。 實(shí)驗(yàn)中采用He作為剝蝕物質(zhì)的載氣， 國際標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500作為外標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)， 元素含量采用NIST610作為外標(biāo)， 29Si作為內(nèi)標(biāo)， 詳細(xì)實(shí)驗(yàn)步驟和方法參見文獻(xiàn)［33］， 每測定6個(gè)樣品點(diǎn)， 加測標(biāo)樣1次。 每個(gè)分析點(diǎn)的背景采集時(shí)間為22 s， 信號采集時(shí)間為40 s。 數(shù)據(jù)處理采用Glitter（ver 4．0）軟件， 盡量選擇信號穩(wěn)定的區(qū)間， 微量元素的取值區(qū)間與年齡取值區(qū)間一致。 鋯石年齡U－Pb協(xié)和圖、 年齡直方圖等的繪制利用ISOPLOT 4．15軟件完成。 研究選擇協(xié)和度為90％～110％的碎屑鋯石年齡， 其中，小于1．0 Ga的采用206Pb／238U年齡，大于1．0 Ga的采用207Pb／206 Pb年齡。

2．3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

從碎屑鋯石形態(tài)及顏色看，3件樣品碎屑鋯石特征類似。大多數(shù)鋯石呈淺棕色，部分為無色透明。鋯石顆粒形態(tài)以長條狀、橢圓狀為主，部分呈短柱狀，粒徑普遍大于100 μm，可見凹坑及斷口等磨蝕痕跡，表面粗糙，顯示鋯石可能經(jīng)歷了一定距離的搬運(yùn)。從鋯石CL圖像可以看到，部分鋯石具有核－幔結(jié)構(gòu)，發(fā)育震蕩環(huán)帶，具有巖漿成因鋯石的特點(diǎn)。少量鋯石結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出均勻或補(bǔ)丁狀，且無震蕩環(huán)帶，有的邊部還出現(xiàn)亮白色或暗色增生邊，可能為變質(zhì)成因鋯石。 從每件樣品中隨機(jī)選擇90顆鋯石開展La－ICP－MS測試， 從鋯石U－Pb年齡協(xié)和圖（見圖4）可以看出， 研究區(qū)延長組地層樣品絕大多數(shù)鋯石的年齡均位于207Pb／235 U—206Pb／238U協(xié)和線上，說明鋯石的年齡準(zhǔn)確可靠。而且協(xié)和度高的鋯石年齡均沿協(xié)和曲線分布，說明這些協(xié)和度較高的鋯石在形成后，其U－Pb體系是封閉的，基本上沒有U或Pb的丟失或加入，所測得的鋯石年齡可反映成巖或結(jié)晶年齡，能夠?qū)υ磪^(qū)的判定起到一定的指示作用。

最終HC－19樣品獲得81顆鋯石的協(xié)和年齡 （協(xié)和度絕對值大于0．9），HC－22和HC－24樣品分別獲得80顆鋯石的協(xié)和年齡。相關(guān)樣品的鋯石U－Pb協(xié)和圖、年齡直方圖及年齡數(shù)據(jù)見圖4，具體結(jié)果如下。

1）長4+5段砂巖樣品（HC－19）碎屑鋯石U－Pb年齡范圍介于229．2～2 933．7 Ma（n=81），主要集中于3個(gè)年齡段，分別為 ① 229．2～319．4 Ma （18顆，占總樣品22．2％），峰值年齡為250 Ma; ②

1 714．2～1 968．0 Ma（27顆，占總樣品35．0％），主要峰值年齡為1 790 Ma和1 885 Ma;③ 2416．6～2 653．4 Ma（35顆，占總樣品43．2％），峰值年齡2 538 Ma。此外，存在個(gè)別鋯石年齡為1 598．1 Ma、2 089．6 Ma和2 933．7 Ma。

2）長7段砂巖樣品（HC－22）碎屑鋯石U－Pb年齡范圍介于232．2～2 826．8 Ma（n=80），主要集中分布于3個(gè)年齡段，分別為① 232．2～298．5 Ma （21顆，占總樣品26．3％），峰值年齡為258 Ma; ②

1 635．5～2 197．4 Ma（27顆，占總樣品33．8％），存在一個(gè)較寬的分布范圍，但主要峰值年齡為1 774 Ma和1 875 Ma; ③ 2 275～2 560．4 Ma（31顆，占總樣品40％），峰值年齡為2 485 Ma。此外，僅獲得1顆鋯石年齡為2 826．8 Ma。

3）長9段砂巖樣品（HC－24）碎屑鋯石U－Pb年齡范圍介于244．6～2 638．2 Ma（n=80），集中分布于3個(gè)年齡段，分別為① 224．6～347．4 Ma （17顆，占總樣品21％）， 峰值年齡為263 Ma; ② 1 683．4～1 894．1 Ma（21顆，占總樣品26．3％），峰值年齡為1 689 Ma和1 867 Ma; ③ 2 252．3～2 638．2 Ma（42顆，占總樣品52．5％），峰值年齡為2 490 Ma。

薛峰川剖面上述3件延長組不同層段砂巖樣品的碎屑鋯石U－Pb年齡直方圖（見圖4）結(jié)合累計(jì)概率分布圖（見圖5），可以看出，該地區(qū)延長組不同層段樣品鋯石U－Pb年齡總體上呈現(xiàn)出類似的譜峰特點(diǎn)和鋯石累計(jì)變化特征，鋯石年齡均集中在晚古生代晚期（250～263 Ma）、古元古宙晚期（1 635～2 197 Ma）和古元古宙早期（2 490～2 560 Ma），太古宙鋯石年齡僅零星分布。所有樣品均缺失中新元古宙和早古生代年齡。

3 物源特征及地質(zhì)意義

3．1 源區(qū)示蹤

物源示蹤是再現(xiàn)沉積盆地演化、恢復(fù)古環(huán)境的重要依據(jù)。鋯石因其穩(wěn)定性和較高的 U－Pb 同位素封閉溫度，成為物源示蹤的最佳選擇對象。利用沉積物中的碎屑鋯石U－Pb年齡譜特征推斷源區(qū)并開展源匯區(qū)親緣性對比是近年來流行的有效方法。

本文在鄂爾多斯盆地東南部薛峰川剖面延長組不同層段砂巖（長4+5段、 長7段及長9段）中， 共獲得241顆碎屑鋯石U－Pb 協(xié)和年齡。 從各樣品的年齡頻率分布， 可以看出，其主要有晚古生代晚期（250～263 Ma）、古元古宙晚期（1 689～1 774 Ma，1 867～1 885 Ma）和古元古宙早期（2 490～2 560 Ma）3個(gè)年齡主峰段。劉溪也曾對該剖面延長組的長3段（HC－24－1）和長10段（HC－23）砂巖開展了碎屑鋯石U－Pb定年［32］，從其鋯石U－Pb年齡譜峰圖可以看到與本次所測延長組其他層段顯示出類似的年齡譜圖和峰值特點(diǎn)（見圖6）。由此，我們有理由認(rèn)為薛峰川地區(qū)延長組（至少是長10—長3段）剖面砂巖碎屑鋯石U－Pb具有類似的譜峰特征，該區(qū)在延長組沉積時(shí)期應(yīng)具有穩(wěn)定的沉積物源系統(tǒng)。

晚古生代鋯石 CL 圖像表現(xiàn)出典型的振蕩環(huán)帶結(jié)構(gòu)，為巖漿鋯石的典型特征。由于華北板塊內(nèi)部晚古生代巖漿記錄缺失，這些晚古生代碎屑鋯石不應(yīng)來自華北板塊內(nèi)部。因此，華北板塊北部陰山—興蒙造山帶及南部的秦嶺造山帶均有可能成為該時(shí)期碎屑鋯石的來源區(qū)。但大量研究表明，秦嶺造山帶主要發(fā)育于中新元古界（700～900 Ma）、加里東期（450～500 Ma）及印支巖體（200～250 Ma）［40］，主體缺失晚古生代巖體年齡（見圖6），因此，該期鋯石不可能來自其南部秦嶺地區(qū)。而鄂爾多斯盆地北部陰山—興蒙造山帶由于受到中亞造山帶古生代時(shí)期造山運(yùn)動的影響，陰山—興蒙造山帶在晚古生代（350～260 Ma）期間發(fā)生強(qiáng)烈?guī)r漿作用事件［41］，進(jìn)而導(dǎo)致隆升并遭受剝蝕，可為華北板塊陸內(nèi)盆地沉積提供物源［42－48］。

同時(shí)，本次延長組樣品中含有大量的前寒武紀(jì)碎屑鋯石年齡，約占所有碎屑鋯石的78 ％，且主峰年齡集中在1 689～1 774 Ma、1 867～1 885 Ma和2 490～2 560 Ma 3個(gè)區(qū)間。前人大量研究揭示，華北克拉通新太古帶末期，各小陸塊基本都發(fā)生了花崗巖和基性巖墻群的侵入，標(biāo)志華北克拉通的初步形成，隨后在2 300～1 900 Ma發(fā)生了陸內(nèi)造山運(yùn)動以及1 850～1 650 Ma大陸板塊裂解2個(gè)構(gòu)造事件［49－50］，華北板塊古老基底具有特征鮮明的1 800 Ma 和2 500 Ma 2個(gè)年齡峰值［51－52］。其中，1 800 Ma記錄了華北板塊基底的最終形成［53］。此外，華北克拉通沉積蓋層中也含有大量的 1 700～2 900 Ma 的碎屑鋯石［54］，華北北緣陰山造山帶亦含有相應(yīng)年齡的碎屑鋯石。由此，我們認(rèn)為延長組砂巖中1 888 Ma 和2 534 Ma 峰值代表的碎屑鋯石應(yīng)與華北克拉通基底所產(chǎn)出的鋯石聯(lián)系密切。

綜上所述，本文認(rèn)為韓城薛峰川地區(qū)在整個(gè)延長期沉積時(shí)期鋯石年齡峰值較為一致，推測今鄂爾多斯盆地東南部薛峰川地區(qū)延長組晚古生代鋯石主要來源于盆地北部陰山—興蒙造山帶，而前寒武系碎屑鋯石則主要來源于華北克拉通中東部地區(qū)和其北緣地區(qū)。

3．2 對延長期湖盆演化的啟示

大量研究表明，晚三疊世華北與揚(yáng)子兩大板塊完成碰撞拼合，秦嶺最終碰撞造山［75－76］。普遍認(rèn)為在盆地南部延長組沉積過程中秦嶺造山帶為鄂爾多斯大型湖盆的主要物源區(qū)之一。對于鄂爾多斯盆地西南部延長組物源特征前人開展了較多研究，楊甫等認(rèn)為鄂爾多斯盆地西南緣物源具有明顯的多源性［77］，有北秦嶺造山帶、祁連造山帶和華北板塊基底物源區(qū)，其中北秦嶺造山帶和祁連造山帶為主要物源區(qū);師曉林等認(rèn)為物源主要來自于祁連山東段和北秦嶺西段［78］，少部分來自（華北）鄂爾多斯地塊;楊華等認(rèn)為主要物源來源于西秦嶺—北祁連造山帶，少量來源于阿拉善地塊，盆地西南部自長7期以來才以秦嶺—祁連物源為主［79］。還有學(xué)者認(rèn)為鄂爾多斯盆地西南部的沉積受秦嶺造山帶和六盤山逆沖褶皺帶綜合物源供給作用控制［80］。綜合前人研究可發(fā)現(xiàn)，盆地西南部地區(qū)延長組物源特征表現(xiàn)出多方向、多物源的復(fù)雜特點(diǎn)，但均認(rèn)為其南部秦嶺造山帶為重要物源之一，而盆地東南部韓城地區(qū)從上述碎屑鋯石U－Pb年代學(xué)來看，其物源特征則表現(xiàn)的非常穩(wěn)定，在延長組沉積期間碎屑鋯石U－Pb年齡指示的物源特征沒有發(fā)生明顯的變化，更為關(guān)鍵的是，其明顯缺失來自南側(cè)秦嶺造山帶的典型鋯石年齡記錄，2個(gè)區(qū)域物源特征形成了鮮明的對比。

盆地東南部薛峰川地區(qū)現(xiàn)今雖已處于殘留盆地的東南邊緣，但從物源分析來看，該地區(qū)延長組沉積物源主要來自華北克拉通東北部及北部地區(qū)，未顯示明顯的南部秦嶺造山帶物源特點(diǎn)，很可能由于湖盆深湖區(qū)域擴(kuò)張，導(dǎo)致處于盆地東南部的薛峰川地區(qū)無法受到秦嶺造山帶物源的影響，這表明延長組時(shí)期湖盆發(fā)育規(guī)模較大，深湖區(qū)面積可能延伸到薛峰川以南，使得來自秦嶺造山帶的物源無法到達(dá)此處。在此需要特別指出的是，本文主要是基于碎屑鋯石U－Pb年齡獲得的初步結(jié)論。

4 結(jié)論

1）砂巖碎屑鋯石U－Pb年代學(xué)分析表明，鄂爾多斯盆地東南部韓城薛峰川剖面延長組砂巖主要存在晚古生代晚期（250～263 Ma）、古元古宙晚期（1 689～1 774 Ma，1 867～1 885 Ma）和古元古宙早期（2 490～2 560 Ma）3個(gè)年齡主峰，且不同層段自下而上具有較好的統(tǒng)一性，表明盆地東南部延長組具相對穩(wěn)定的物源特征。

2）與潛在源區(qū)的綜合分析揭示，盆地東南部韓城地區(qū)延長期缺失來自其南側(cè)秦嶺造山帶的典型鋯石年齡記錄，認(rèn)為該區(qū)延長期物源主要來自華北克拉通東北部及其北部造山帶地區(qū)。

3）盆地延長期東南部韓城地區(qū)物源的穩(wěn)定性與同期盆地西南部物源的復(fù)雜性形成了鮮明對比，推測今盆地東南在延長期存在分隔南部秦嶺造山帶物源的深湖盆。

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（編 輯 李 波）

收稿日期：2024-01-09

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金（42230815，41972153）；陜西省高校青年創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)科研項(xiàng)目（22JP086）；陜西省高校青年創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)（2019－45）。

第一作者：劉旭東，男，從事盆地構(gòu)造相關(guān)研究，202021441@stumail.nwu.edu.cn。

通信作者：王建強(qiáng)， 男， 副教授，博士生導(dǎo)師， 從事盆地地質(zhì)與熱年代學(xué)研究，wjq@nwu.edu.cn。