鄂爾多斯盆地西南緣崆峒山組礫巖中的碎屑鋯石LA-ICP-MS U-Pb定年及其構(gòu)造意義

楊華,辛補(bǔ)社,付金華,姚涇利,王多云

1) 中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田公司,西安,710018；2) 低滲透油氣田勘探開發(fā)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室,西安,710018； 3) 北京師范大學(xué)資源學(xué)院,北京,100875

內(nèi)容提要：甘肅省平?jīng)鲠轻忌降貐^(qū)是崆峒山組地層命名所在地,該套地層主要由大套紅色礫巖層組成,通常稱為崆峒山組礫巖。長(zhǎng)期以來(lái),對(duì)崆峒山組礫巖的成因、形成時(shí)代和物源存在爭(zhēng)議。本文選取崆峒山組礫巖層中的3塊礫石為研究對(duì)象,運(yùn)用LA-ICP-MS方法對(duì)礫石樣品中的碎屑鋯石進(jìn)行了年代學(xué)研究。結(jié)果表明,崆峒山組礫巖碎屑鋯石年齡譜可分為380～479Ma、561～1198Ma、1285～1982Ma、2319～2612Ma和2714～2764Ma共5個(gè)年齡區(qū)間。依據(jù)崆峒山組礫巖碎屑鋯石年齡譜分布特征,以及前人研究成果,認(rèn)為崆峒山組礫巖的主要物源來(lái)源于秦祁造山帶,少量來(lái)源于阿拉善地塊和鄂爾多斯地塊。崆峒山組礫巖的沉積時(shí)代為中三疊世至晚三疊世,崆峒山組礫巖是秦祁造山帶造山過(guò)程的沉積響應(yīng),而非板內(nèi)造山帶的產(chǎn)物。

崆峒山組礫巖是指分布于鄂爾多斯盆地西南緣崆峒山、涇河峽谷、大臺(tái)子等地區(qū),以崆峒山地區(qū)為代表的一套紅色粗砂礫巖系(甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)局,1989,1997)。在大地構(gòu)造位置上,該套巖系位于西秦嶺—祁連山與賀蘭山—六盤山斷褶帶的交叉部位,大地構(gòu)造位置十分重要,使其成為研究鄂爾多斯盆地中生代地層、沉積相和構(gòu)造演化時(shí)不可回避、必須涉及的問(wèn)題(劉化清等,2006；宋立軍等,2009)。長(zhǎng)期以來(lái),研究者從不同角度對(duì)其進(jìn)行了研究,得出一些重要的成果,但目前分歧依然頗多。首先,對(duì)崆峒山組礫巖的成因環(huán)境存在分歧,一種觀點(diǎn)認(rèn)為其形成與盆地西緣逆沖推覆體相關(guān)(陳剛,1999；王宏強(qiáng),2001)；另一種觀點(diǎn)認(rèn)為其形成與盆地南緣的秦祁造山帶有關(guān)(劉和甫,2001；劉池洋等,2005；劉化清等,2006；趙紅格等,2007)。其次,對(duì)于崆峒山礫巖的沉積時(shí)代,有晚二疊世(劉紹龍,1957)、中三 疊至晚三疊世(甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)局,1997)、晚三疊世(劉化清等,2006；宋立軍等,2009)、晚侏羅世(康立權(quán),2009)和早白堊世?等不同的觀點(diǎn)。對(duì)于崆峒山組礫巖的來(lái)源,也有不同的認(rèn)識(shí)(劉化清等,2006；趙文智等,2006；楊華等,2011)。

利用碎屑鋯石年齡分布特征以及Hf同位素,來(lái)確定沉積物的物源、沉積時(shí)代和探討區(qū)域構(gòu)造演化等方面起著越來(lái)越重要的作用(Gehrels et al., 2003；Dickinson and Gehrels, 2009；Li Hongyan et al., 2010；Zhu Xiyan et al., 2011；Zhang Jin et al., 2011；王超等,2012；張進(jìn)等,2012)。近期研究表明,華北克拉通西部陸塊西南部在早白堊世巖石圈已發(fā)生減薄(張宏法等,2012),在中三疊世可能暗示已活化(翁凱等,2012)。崆峒山組礫巖作為鄂爾多斯盆地西南緣及周邊地塊構(gòu)造演化的產(chǎn)物,記錄和保存了秦祁造山帶的隆升剝蝕過(guò)程,以及華北克拉通西部陸塊活化等地質(zhì)信息,對(duì)其進(jìn)行碎屑鋯石U-Pb年代學(xué)研究,對(duì)確定崆峒山組礫巖的形成環(huán)境、沉積時(shí)代和物質(zhì)來(lái)源,并最終為解釋盆地西南緣的沉積邊界、古地理和盆地構(gòu)造屬性,以及對(duì)了解西秦嶺—北祁連山造山帶的造山過(guò)程,華北克拉通的破壞,均有重要地質(zhì)意義。

1 地質(zhì)背景

崆峒山組地層單元源于崆峒山系,為畢慶昌和徐鐵良二位學(xué)者于1944年手稿命名。崆峒山系以巖性之不同,可以分為上下兩部分。下部主要為紫紅色砂巖、頁(yè)巖、砂質(zhì)頁(yè)巖及粘土巖,厚度在300m左右；上部主要為礫巖,偶夾薄層紫紅色砂巖,礫巖以灰色矽質(zhì)石灰?guī)r為主,石英巖及砂巖亦常見,礫石大小不等,排列無(wú)序,多具半棱角或者半圓形,膠結(jié)物為紫紅色粘土及灰質(zhì),膠結(jié)結(jié)實(shí),據(jù)畢慶昌和徐鐵良二人估計(jì),其厚度約在700～2000m之間,著名的崆峒山即由此巖系組成(劉紹龍,1957)。崆峒山組(系)礫巖分布于鄂爾多斯盆地西南緣的崆峒山、涇河峽谷、十萬(wàn)溝、大陰山、大臺(tái)子等地區(qū),以崆峒山為代表的一套紅色粗碎屑砂礫巖系,其上被六盤山群三橋組紫紅色礫巖不整合覆蓋,其下與上二疊統(tǒng)石千峰組褐紅色砂頁(yè)巖整合、假整合接觸(甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)局,1989,1997)。

崆峒山組礫巖為一典型沖積扇相沉積,具有進(jìn)積式?jīng)_積扇序列,序列下部為紫紅色、灰紫色細(xì)砂巖、含礫砂巖互層,具有大型槽狀交錯(cuò)層理或者塊狀層理,為扇中辮狀河、碎屑流沉積；序列上部為紫紅色、紫褐色、灰褐色及灰黃色礫巖,不顯示層理,具有反序粒特征,越往序列上部,粒徑越大,分選性越差,含泥增多,粒徑最大可達(dá)50～80cm,為典型的扇根碎屑流沉積(彭榮華?；付金華等,2005)。

宋立軍等(2009)曾對(duì)崆峒山組礫巖中的礫石成分垂向分布特征進(jìn)行了詳細(xì)研究,崆峒山組礫巖地層底部礫石成分多為砂巖礫石(80%),石英巖礫石(12%)與灰?guī)r礫石(8%)較少,其中砂巖礫石以紅色砂巖礫石為主(64%),灰綠色砂巖礫石較少(16%)；崆峒山組礫巖地層中上部,礫石成分以灰?guī)r礫石為主,占70%以上,砂巖礫石、白云巖礫石和石英巖礫石較少,分別占整個(gè)礫石的14%、9%和7%；崆峒山組礫巖地層上部,礫石成分以灰?guī)r礫石為主,占整個(gè)礫巖礫石的77%左右,其次為白云巖礫石(10%)、砂巖礫石(7%)和石英巖礫石(6%)。顯然,崆峒山組礫巖地層底部以砂巖礫石為主,中上部地層以灰?guī)r礫石為主。對(duì)于砂巖礫石的來(lái)源,劉化清等(2006)認(rèn)為主要來(lái)源于下二疊統(tǒng)山西組砂巖；趙文智等(2006)則認(rèn)為其主要源于中二疊統(tǒng)下石盒子組。對(duì)于灰?guī)r礫石的來(lái)源,二位學(xué)者均認(rèn)為源于中奧陶統(tǒng)三道溝灰?guī)r(劉化清等,2006；趙文智等,2006)。楊華等(2011)則認(rèn)為崆峒山組礫巖主要源于下伏地層和秦祁造山帶。

2 樣品與分析方法

考慮到崆峒山組礫巖地層上下部礫石成分的差異,本次共采集3塊礫石樣品,其中2塊采集于崆峒山組礫巖地層的底部,樣品編號(hào)分別為KT-2和KT-4,巖性均為砂巖礫石,采集于崆峒山景區(qū)客運(yùn)中心去往崆峒山東門售票處的涇平公路邊的野外露頭,其中KT-2采樣點(diǎn)地理坐標(biāo)為N35°33′42.62″、E106°31′33.45″；KT-4采樣點(diǎn)地理坐標(biāo)為N35°33′42.09″、E106°31′32.99″。第3塊樣品采于崆峒山景區(qū)"上天梯"景點(diǎn)附近的小路邊露頭,樣品編號(hào)為KT-8,巖性為花崗巖礫石,采樣地點(diǎn)地理坐標(biāo)為N35°32′56.29″、E106°31′0.49″。這3塊礫石樣品的具體采樣位置和采樣層位參見圖1。

鋯石的挑選是在河北省廊坊市區(qū)域地質(zhì)調(diào)查院,進(jìn)行專業(yè)化鋯石挑選工作。挑選好的鋯石送往北京離子探針中心,進(jìn)行拍照和制靶等工序,具體制靶流程參考宋彪等(2002)的文獻(xiàn)。鋯石U-Pb同位素年齡的測(cè)定是在中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)地質(zhì)過(guò)程與礦產(chǎn)資源國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(GPMR)完成的。激光剝蝕系統(tǒng)為GeoLas2005,ICP-MS為Agilent 7500a,激光束斑為32μm,激光剝蝕過(guò)程采用氦氣作為載氣,氬氣作為補(bǔ)償氣,并在等離子體氣流中加入少量氮?dú)?以提高儀器的靈敏度、降低檢出限和改善分析精密度等(Hu Zhaochu et al. , 2008)。普通Pb的校正采用Andernsen(2002)的方法進(jìn)行同位素比值校正,U-Pb定年采用鋯石標(biāo)準(zhǔn)91500作為外標(biāo),進(jìn)行同位素分餾校正,每隔分析5個(gè)樣品點(diǎn),分析2次91500。鋯石標(biāo)準(zhǔn)91500的U—Th—Pb同位素比值依據(jù)Wiedenbeck等(1995)的文獻(xiàn)。數(shù)據(jù)處理采用軟件ICPMSDataCal完成(Liu Yongsheng et al. , 2008),詳細(xì)儀器操作流程和數(shù)據(jù)處理方法見Liu Yongsheng等(2008,2010a, 2010b)的文獻(xiàn)。單個(gè)數(shù)據(jù)的誤差為1σ,樣品年齡加權(quán)平均值的誤差為2σ。鋯石U-Pb諧和圖和年齡分布直方圖的繪制、以及年齡加權(quán)平均值的計(jì)算采用Ludwig(2003)博士編寫的Isoplot軟件完成。文中數(shù)據(jù)排除不諧和度>10%的測(cè)試點(diǎn)。對(duì)于<1000Ma的鋯石顆粒采用206Pb/238U年齡,對(duì)于>1000Ma的鋯石顆粒采用更準(zhǔn)確的207Pb/206Pb年齡。

3 分析結(jié)果

樣品KT-2、KT-4和KT-8中的碎屑鋯石各測(cè)點(diǎn)的U、Th、Pb含量及Th/U比值,U-Pb表面年齡詳見表1,鋯石U-Pb年齡諧和曲線與年齡直方圖見圖2,代表性鋯石顆粒陰極發(fā)光照片見圖3。

樣品KT-2：鏡下觀察樣品KT-2中的鋯石顆粒呈現(xiàn)淺黃色或者無(wú)色透明,晶形以次圓和次棱角狀為主,長(zhǎng)柱狀鋯石顆粒很少見,暗示鋯石顆?？赡芙?jīng)歷長(zhǎng)距離搬運(yùn),或者經(jīng)歷多期沉積旋回。鋯石顆粒大小介于50～100 m之間。鋯石的Th含量為0.7×10-6～2423×10-6,U含量54×10-6～3975×10-6,Th/U比值為0.01～2.3,平均值0.77。鋯石CL圖像顯示多數(shù)鋯石顆粒具有弱的震蕩壞帶、均色或者不規(guī)則分帶結(jié)構(gòu),有的也見增生邊結(jié)構(gòu)(圖3)。本次隨機(jī)對(duì)66顆鋯石進(jìn)行了分析,其中有5顆鋯石U-Pb年齡諧和度較低(<90%),未參與討論,其余61顆鋯石的年齡為有效數(shù)據(jù)。直方圖統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示(圖2b),鋯石U-Pb年齡變化介于458±6～3375±31Ma之間,分為458～698Ma、800～1334Ma、1489～1810Ma和2319～2612Ma共4個(gè)年齡區(qū)間。458～698Ma年齡區(qū)間有8粒鋯石,占13.11%,峰值年齡為628Ma,次峰值458Ma；800～1334Ma區(qū)間有30粒鋯石,占49.18%,相對(duì)概率峰值年齡985Ma；1489～1810Ma區(qū)間有9粒鋯石,占14.75%,峰值年齡為1816Ma；2319～2612Ma區(qū)間有11粒鋯石,占18.03%,峰值年齡為2429Ma。

表1 鄂爾多斯盆地西南緣崆峒山組礫巖中的碎屑鋯石LA-ICP-MS U-Pb測(cè)年結(jié)果Table 1 Detrital zircon LA-ICP-MS U-Pb dating results of Kongtongshan Formation Conglomerate in the southwestern margin of Ordos basin

圖2 鄂爾多斯盆地西南緣崆峒山組礫巖樣品KT-2(a,b)、KT-4(c,d)和KT-8(e,f) 中的碎屑鋯石年齡諧和圖和直方圖Fig. 2 Histograms and concordia plots of detrital zircon U-Pb ages of selected from samples KT-2(a,b), KT-4(c,d) and KT-8(e,f) of the Kongtongshan Formation Congmerate in the southwestern margin of Ordos basin

圖3 鄂爾多斯盆地西南緣崆峒山組礫巖樣品KT-2、KT-4和KT-8中的代表性碎屑鋯石陰極發(fā)光照片F(xiàn)ig. 3 Representative cathodoluminescence images of selected detrital zircon grains from samples KT-2, KT-4 and KT-8 of the Kongtongshan Formation Congmerate in the southwestern margin of Ordos basin

樣品KT-4：鏡下觀察鋯石也以顯示淺黃色或者無(wú)色透明,晶形多見渾圓、碎片狀,相對(duì)于KT-2,該組鋯石顆粒偏小,介于30～100 m之間。鋯石的Th含量為23.6×10-6～1816×10-6,U含量166×10-6～12185×10-6,Th/U比值為0.02～2.17。隨機(jī)對(duì)58粒鋯石進(jìn)行了U-Pb定年分析,除去測(cè)點(diǎn)16、21、29、31等共計(jì)11個(gè)測(cè)點(diǎn),其余47顆鋯石的年齡數(shù)據(jù)有效。鋯石U-Pb年齡變化介于380±6～2714±27Ma,依據(jù)該組鋯石的年齡分布直方圖,可分為380～479Ma、561～1679Ma、1774～1841Ma共3個(gè)年齡區(qū)間。380～479Ma區(qū)間有5粒鋯石,占10.64%,相對(duì)概率峰值為432Ma；561～1679Ma區(qū)間有37粒鋯石,占78.72%,相對(duì)概率峰值為953Ma；1774～1841Ma區(qū)間有3粒鋯石,占總數(shù)的6.38%,峰值為1841Ma；2顆分散年齡2452±38Ma、2714±27Ma。47顆鋯石中除了測(cè)點(diǎn)09、10、12、13、22等14個(gè)測(cè)點(diǎn)的Th/U比值低于0.4,介于0.05～0.39之間,其他33個(gè)測(cè)試點(diǎn)的Th/U比值介于0.4～2.17之間,多數(shù)為巖漿鋯石。

樣品KT-8：對(duì)樣品KT-8中的59顆鋯石進(jìn)行了U-Pb定年分析,除去測(cè)點(diǎn)57,其余58顆鋯石U-Pb年齡為有效數(shù)據(jù)。鋯石U-Pb年齡變化介于1566±56～2176±57Ma,相對(duì)概率峰值為1755Ma。58顆鋯石的Th/U比值介于0.42～17.33之間,為巖漿鋯石。代表性鋯石的CL圖像見圖3,顯示核幔結(jié)構(gòu)、弱震蕩環(huán)帶結(jié)構(gòu)或均色。

4 討論

4.1 物源分析

將3塊樣品中的碎屑鋯石年齡合并進(jìn)行統(tǒng)計(jì),U-Pb年齡變化介于380±6～3375±31Ma之間。依據(jù)崆峒山組礫巖碎屑鋯石年齡分布直方圖,其年齡可分為380～479Ma、561～1198Ma、1285～1982Ma、2319～2612Ma和2714～2764Ma共5個(gè)年齡區(qū)間,以及分散年齡2176Ma和3375Ma各1粒鋯石,這些年齡分布區(qū)間與北秦嶺,以及西秦嶺大草灘群和北秦嶺葫蘆河群碎屑鋯石年齡分布特征較相似,而與鄂爾多斯地塊碎屑鋯石年齡分布特征差異比較明顯(圖4)。

圖4鄂爾多斯盆地西南緣崆峒山組礫巖及周圍碎屑鋯石年齡分布直方圖Fig. 4 Histogram of detrital zircons U-Pb ages of Kongtongshan Formation Conglomerate in the southwestern margin of Ordos basin and peripheral region數(shù)據(jù)來(lái)源: 西秦嶺大草灘群, 陳義兵等,2010;吳樹寬等,2012。 北祁連山東段葫蘆河群, 裴先治等,2012。 北秦嶺, 第五春榮等,2010; Diwu Chunrong et al. ,2012。 鄂爾多斯地塊, 宋立軍等,2010；韓天佑等,2011; Darby and Gehrels,2006; Diwu Chunrong et al. ,2012 Data sources: The Dachaotan Group in western Qinling Mountains, Chen Yibing et al., 2010; Wu Shukuan et al., 2012. The Huluhe Group in the eastern section of the northern Qilian Mountains, Pei Xianzhi et al., 2012. Northern Qinling Mountains, Diwe Chunrong et al., 2010, 2012. Ordos block, Song Lijun et al., 2010；Han Tianyou et al., 2011; Darby and Gehrels,2006; Diwu Chunrong et al. ,2012

380～479Ma年齡區(qū)間共有6粒鋯石,占總體(166粒)的3.61%,對(duì)應(yīng)早海西期至加里東期構(gòu)造巖漿熱事件的年齡。該組年齡區(qū)間中除了鋯石KT-4-10的Th/U比值為0.09,為變質(zhì)鋯石,其年齡380±6Ma代表變質(zhì)年齡外,其余均為巖漿鋯石。該顆變質(zhì)鋯石年齡與天水東岔鎮(zhèn)一帶出露的寬坪群經(jīng)歷的變質(zhì)熱事件年齡383±2Ma較吻合(何世平等,2007a)。加里東期的巖漿活動(dòng)在西秦嶺和北祁連廣泛發(fā)育,出露于西秦嶺天水黨川地區(qū)的黨川花崗巖,侵位于秦嶺群和草灘溝群中,其成巖年齡為438±3Ma(王婧等,2008)。出露于西秦嶺北緣天水北道區(qū)利橋鄉(xiāng)以北的百花巖漿雜巖體,主要由輝長(zhǎng)巖、閃長(zhǎng)巖和石英閃長(zhǎng)巖組成,其輝長(zhǎng)巖的鋯石U-Pb年齡為449.7±3.1Ma,為百花巖漿雜巖的形成年齡(裴先治等,2007a)。出露于陜西鳳縣唐藏小峪河一帶的唐藏巖體中的石英閃長(zhǎng)巖,其結(jié)晶年齡為454.7±1.9Ma(陳雋璐等,2008),以及分布于祁連山東段的閻家店閃長(zhǎng)巖,形成年齡為440.2±0.92Ma(裴先治等,2007b)和441±10Ma(Zhang Hongfei et al.,2006)。清水地區(qū)黃門川花崗巖侵位于隴山雜巖群中,形成年齡為440.5±4.4Ma(魏方輝等,2012)。出露于北祁連山東段紅土堡的枕狀玄武巖和灰綠巖墻,其形成年齡為443.4±1.7Ma和385.7±7.9Ma(何世平等,2007b)。顯然,上述這些加里東期巖體有可能參與崆峒山組礫巖的物源供給。鄂爾多斯地塊碎屑鋯石年齡譜圖中也含有380～479Ma年齡段的鋯石顆粒(圖4),其統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)源于Diwu Chunrong等(2012)對(duì)鄂爾多斯盆地內(nèi)部的現(xiàn)代河流(涇河和洛河)所做的碎屑鋯石年代學(xué)研究?？紤]到在早古生代華北地塊處于穩(wěn)定克拉通期,而在其南緣卻由于北秦嶺洋的關(guān)閉,在秦嶺—大別一線形成一條加里東期的火山弧(Lerch et al.,1995,1996；李洪顏等,2009)。因此,鄂爾多斯地塊所含該年齡區(qū)間的鋯石顆粒,也應(yīng)該來(lái)源于秦嶺造山帶,而非鄂爾多斯地塊本身。

561～1198Ma年齡區(qū)間共有57粒鋯石,約占34.34%。該組年齡段主體代表的是新元古代巖漿熱事件年齡。出露于北祁連中段玉石溝蛇綠巖中的輝長(zhǎng)巖結(jié)晶年齡550±17Ma(史仁燈等,2004),以及出露于中祁連東段的花崗巖,形成年齡介于756±2.2～888±2.5Ma之間(雍擁等,2008)。出露于祁連山造山帶東段榆中縣南興隆山群火山巖的年齡為1032～1172Ma(徐學(xué)義等,2008)。出露于西秦嶺天水市新陽(yáng)—元龍鎮(zhèn)的花崗質(zhì)片麻巖,其形成年齡介于914.7±7.6～981±5Ma之間,出露于北秦嶺造山帶的木其灘斜長(zhǎng)角閃巖,其形成年齡為762.5±4.6Ma(張志國(guó)等,2008),及北秦嶺寬坪群中的變基性火山巖形成年齡為943Ma(第五春榮等,2010)。上述這些巖體的巖漿活動(dòng)事件年齡與該組年齡區(qū)間較為一致,對(duì)崆峒山組礫巖的物源供給有一定貢獻(xiàn)。

1285～1982Ma年齡區(qū)間共有86粒鋯石,占總數(shù)的51.8%,該組年齡段的鋯石顆粒主要來(lái)源樣品KT-8中的碎屑鋯石。從圖4可以看出,該組年齡段所反映的構(gòu)造巖漿熱事件在秦嶺和祁連山造山帶,以及鄂爾多斯地塊(華北地塊的一部分)均有響應(yīng)。王銀川等(2012)在祁連山造山帶東段古元古界隴山群中新識(shí)別出中元古代長(zhǎng)寧驛花崗質(zhì)片麻巖,其形成年齡為1765±57Ma。分布于北秦嶺的秦嶺巖群,其巖漿成因鋯石顆粒的年齡集中在1400～1600Ma和850～950Ma左右,記錄了兩期主要巖漿活動(dòng)(楊力等,2010)。分布于秦嶺—祁連山結(jié)合部位的隴山巖群,主要為一套中深變質(zhì)的火山—侵入巖和碎屑巖系,存在1.9～1.95Ga的變質(zhì)熱事件,其相應(yīng)的鋯石Th/U比值介于0～0.08(何艷紅等,2005)。在華北地塊,普遍存在1.85Ga和2.0Ga巖漿熱事件活動(dòng),代表哥倫比亞超大陸匯聚的完成(趙春國(guó)等,2002；趙春國(guó),2009；翟明國(guó),2011；Wilde et al. ,2002；Xia Xiaoping et al. ,2006,2009；Santosh et al. ,2007)。考慮到鄂爾多斯地塊基底巖在2035～2030Ma曾有大規(guī)模的花崗巖侵位和1850～1630Ma變質(zhì)熱事件(Hu Jianmin et al. ,2013),而在崆峒山礫巖碎屑年齡中基本不存在～2.03Ga鋯石顆粒,且～1.85Ga的鋯石顆粒均為巖漿成因鋯石(表1),而鄂爾多斯地塊～1.85～1.63Ga多為變質(zhì)成因鋯石。因此,筆者認(rèn)為該組年齡段的鋯石應(yīng)該來(lái)源秦祁造山帶。

2319～2612Ma(12粒)和2714～2764Ma(3粒)年齡區(qū)間,這2組年齡區(qū)間的鋯石顆粒在鄂爾多斯地塊、秦祁造山帶的基底巖中均有發(fā)育(圖4)。近2.5Ga是華北地塊(包括鄂爾多斯地塊)地殼生長(zhǎng)的一次快速增長(zhǎng)期,有大量的巖漿活動(dòng)記錄(Kusky et al. ,2001；Zhao Guochun et al. ,2002；Wang Zhihong et al. ,2004)。分布于北祁連山的隴山雜巖記錄了2.35Ga(2.35～2.4Ga)和2.5Ga(2.45～2.5Ga)2次巖漿事件。在祁連山基底巖和秦嶺巖群也存在2.7～3.0Ga年齡的鋯石(董國(guó)安等,2007；萬(wàn)渝生等,2011)。依據(jù)Nd模式年齡分析,鄂爾多斯地塊Nd模式年齡介于3.2～2.4Ga之間(Wu Fuyuan et al. ,2005)。據(jù)此,鄂爾多斯地塊可能不存在>3.2Ga的古老鋯石顆粒。樣品KT-2中獲得1粒3.3Ga的鋯石,測(cè)點(diǎn)為KT-2-08,其鋯石U-Pb年齡為3375±31Ma,其可能來(lái)自秦祁造山帶基底巖,暗示秦祁造山帶可能存在太古宙基底(裴先治等,2007c；張英利和王宗起,2011)。通過(guò)上述分析,說(shuō)明鄂爾多斯地塊基底巖、秦祁造山帶基底巖有可能向崆峒山組礫巖提供物源。

崆峒山組礫巖中的礫石主要由砂巖礫石和灰?guī)r礫石組成,砂巖礫石主要位于地層的下部,灰?guī)r礫石主要位于地層的中上部。前人對(duì)崆峒山組礫巖的物源進(jìn)行了探討,認(rèn)為灰?guī)r礫石源于中奧陶統(tǒng)三道溝組(劉化清等,2006；趙文智等,2006)；砂巖礫石主要源于下二疊統(tǒng)山西組(劉化清等,2006)與中二疊統(tǒng)下石盒子組(趙文智等,2006)。除了石盒子組地層在北秦嶺造山帶的商縣大荊-洛南兌山一帶的山間盆地少量分布外,山西組、下石盒子組和三道溝組地層主要分布在華北地塊區(qū)(陜西省地質(zhì)礦產(chǎn)局,1989)。據(jù)此,可以理解為前人研究認(rèn)為崆峒山組的主要物源為華北地塊,但是崆峒山組碎屑鋯石年齡譜中含有大量中新元古代及加里東期鋯石顆粒又做和解釋(圖4)。況且前人研究已證實(shí)盆地內(nèi)部的山西組和下石盒子組地層中的砂巖碎屑鋯石顆粒年齡分布特征中缺失中新元古代時(shí)間段的鋯石顆粒記錄(楊斌虎,2009；羅靜蘭等,2010；馬收先等,2011；朱濤?),即使在山西組山1段地層中偶有2顆新元古代鋯石(1067±39Ma和1065±43Ma),目前在盆地北緣及華北地塊地區(qū)還沒(méi)有與該年齡相當(dāng)事件的報(bào)道(羅靜蘭等,2010)。楊銳等(2012)曾對(duì)盆地西南部下石盒子組地層的物源進(jìn)行了探討,結(jié)果表明北祁連和西秦嶺造山帶的變質(zhì)巖、巖漿巖和沉積巖為其物源。緊鄰崆峒山東南方向的安口地區(qū),劉少峰等(1997)曾對(duì)該地區(qū)出露的延長(zhǎng)群地層(崆峒山組礫巖是其在盆地西南緣的相變產(chǎn)物)物源進(jìn)行了研究,結(jié)果顯示其物源為一套變質(zhì)碎屑巖和變質(zhì)火山巖,為東祁連褶皺逆沖帶中的陳家河組和葫蘆河組。需要指出的是,Zhang Jin等(2011)曾對(duì)鄂爾多斯盆地西緣偏南的牛首山和小羅山地區(qū)的米缽山組(可與三道溝組相對(duì)比)中的雜砂巖進(jìn)行了碎屑鋯石物源分析,結(jié)果顯示物源主要來(lái)源于阿拉善地塊、北祁連山火山弧和敦煌地塊,而華北地塊則被排除在主要物源區(qū)之外。

露頭古水流測(cè)量是揭示古物源最直接和最有力的手段,宋立軍等(2010)對(duì)崆峒山地區(qū)的古水流方向進(jìn)行了測(cè)試。古水流數(shù)據(jù)結(jié)果表明：崆峒山剖面20組礫石最大扁平面和2組交錯(cuò)層理數(shù)據(jù),礫石最大扁平面數(shù)據(jù)傾向范圍為230°～270°,交錯(cuò)層理傾向在80°～90°之間,顯示古流向在50°～90°,峰值在70°左右,與韓永林等(2005)以東北向(60°～80°)為主,少量為南東向(100°～170°)的測(cè)量結(jié)果較為一致。阿拉善地塊近些年來(lái)識(shí)別出新元古代的巖漿記錄,李獻(xiàn)華等(2004)報(bào)道了阿拉善地塊金川超鎂鐵巖體(鋯石U-Pb年齡827±8Ma)形成于新元古代。耿元生等(2002)報(bào)道了阿拉善右旗阿拉騰敖包鄉(xiāng)大布蘇山的眼球狀片麻巖(971Ma)和可克托勒蓋花崗片麻巖(845Ma),形成于晉寧期的厘定。在阿拉善東部疊布斯格巖群和波羅斯坦廟變形深成片麻巖中的鋯石記錄了古元古代晚期的構(gòu)造巖漿熱事件,它們可分為2000～1900Ma的早期事件和1850～1800的晚期事件(耿元生等,2010)。宮江華等(2011)報(bào)道了阿拉善地塊的南緣龍首山巖群上部變沉積巖中的碎屑鋯石年齡集中在2.01～2.15Ga,花崗質(zhì)片麻巖的巖漿鋯石年齡主要在2.04～2.17Ma之間,變質(zhì)鋯石的年齡在1.89～1.93Ga之間?？紤]到崆峒山地區(qū)有少量南東向古水流的存在,且崆峒山組礫巖的碎屑鋯石年齡譜中也確實(shí)存在上述年齡段的鋯石顆粒,不能排除阿拉善地塊少量參與崆峒山組礫巖的物源供給。

總而言之,通過(guò)上述討論,并結(jié)合前人研究成果和崆峒山組礫巖中的碎屑鋯石年代學(xué)數(shù)據(jù),筆者傾向于認(rèn)為崆峒山組礫巖主要源于秦祁造山帶,少量源于阿拉善地塊,而鄂爾多斯地塊不大可能參與崆峒山組礫巖的物源供給。這也從側(cè)面說(shuō)明崆峒山組礫巖不是板內(nèi)造山帶的產(chǎn)物,即崆峒山組礫巖不是盆地西緣逆沖褶斷帶的構(gòu)造演化產(chǎn)物,而是秦祁造山帶的構(gòu)造演化的產(chǎn)物。

4.2 沉積時(shí)代

關(guān)于崆峒山組礫巖的沉積時(shí)代,目前還是爭(zhēng)議頗多,早期學(xué)者認(rèn)為其沉積時(shí)代為晚二疊世(劉紹龍,1957)?？盗?quán)(2009)依據(jù)野外觀察,綜合區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造研究后認(rèn)為崆峒山組礫巖可與千陽(yáng)縣出露的芬芳河組可對(duì)比,兩者是同一套地層,時(shí)代應(yīng)屬晚侏羅世。姚志剛等?對(duì)鄂爾多斯盆地西緣晚三疊世物源進(jìn)行了分析,認(rèn)為崆峒山后山剖面的大套礫巖主體應(yīng)歸下白堊三橋組。一些學(xué)者從鄂爾多斯盆地及其周邊區(qū)域構(gòu)造演化的角度出發(fā),對(duì)崆峒山組礫巖的形成時(shí)代進(jìn)行了限定,表明崆峒山組礫巖的沉積時(shí)代為晚三疊世(劉化清等,2006；宋立軍等,2009),也有認(rèn)為崆峒山組礫巖形成時(shí)代為中三疊世至晚三疊世(甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)局,1997)。在平?jīng)鲠轻忌降貐^(qū),崆峒山組其下與石千峰群整合接觸,其上被六盤山群三橋組不整合接觸,橫向過(guò)渡為延長(zhǎng)組及二馬營(yíng)組(高振家等,2000),這也大致限定崆峒山組礫巖的沉積年齡介于二疊世至白堊世之間。本次在3塊樣品測(cè)試中發(fā)現(xiàn)2顆鋯石的年齡較小,分別是鋯石KT-4-39和鋯石KT-8-59,它們的U-Pb年齡為294±5Ma和283±7Ma。這2顆鋯石年齡諧和度均為81%,未為作為有效數(shù)據(jù)參與討論。一些學(xué)者將鋯石U-Pb年齡諧和度在80%～120%之間的年齡數(shù)據(jù)也作為有效數(shù)據(jù)加以討論(張英利和王宗起,2011；張英利等,2012)。這也就是說(shuō)崆峒山組礫巖的最大沉積年齡為早二疊世。《甘肅省區(qū)域地質(zhì)志》一書(甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)局,1989)記載在平?jīng)龃笈_(tái)子、老林溝一帶的崆峒山組礫巖中采集到Bernoulliazeilleri、Danaeopsisfecunda、Toditesshensiensis、Protoblechnumhughesi、Cladophlebisgracilis等延長(zhǎng)組植物化石,《甘肅省巖石地層》編寫組(甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)局,1997)認(rèn)為這套地層中上部的地質(zhì)時(shí)代屬于中三疊晚期至晚三疊世,下部地層的地質(zhì)時(shí)代屬于中三疊世早期。

筆者就從鄂爾多斯盆地西南緣區(qū)域構(gòu)造演化及崆峒山組礫巖物質(zhì)來(lái)源角度出發(fā),對(duì)崆峒山組礫巖的沉積時(shí)代給予分析。早中三疊世,鄂爾多斯盆地基本繼承了海西期以來(lái)的平穩(wěn)構(gòu)造格局,在盆地西南緣發(fā)育辮狀河、辮狀河三角洲、濱淺湖及沖積扇相(付金華等,2005；鄧秀芹等,2008；王峰等,2010)。此時(shí)來(lái)自于北祁連山葫蘆河群、西秦嶺大草灘群等早古生代地層,以及加里東期巖漿巖等開始剝蝕搬運(yùn),在崆峒山地區(qū)發(fā)生近源堆積,崆峒山組礫巖的下段砂礫巖層開始形成。中三疊世晚期,鄂爾多斯盆地構(gòu)造演化進(jìn)入重大轉(zhuǎn)折期,表現(xiàn)在盆地沉積環(huán)境從早期濱淺湖、河流三角洲相沉積,轉(zhuǎn)變?yōu)榘肷詈詈喑练e。在西秦嶺造山帶,沉積環(huán)境也發(fā)生重大變化,由中三疊世早期的濱淺海沉積,突變?yōu)橥砣B世陸相沉積,表明在中三疊世時(shí)期區(qū)域上曾經(jīng)歷過(guò)一次明顯的地殼抬升(殷鴻福等,1992；Meng Qingren et al. ,2005)。這次地殼隆升事件被裂變徑跡年齡所證實(shí),其隆升始于240Ma,隆升最高時(shí)速可達(dá)17.75℃/Ma(鄭德文等,2004),這次隆升造山過(guò)程伴有強(qiáng)烈的火山噴發(fā)事件,在鄂爾多斯盆地西南部形成大面積沉凝灰?guī)r,凝灰?guī)r鋯石SHRIMP U-Pb年齡為241.3～239.7Ma?,為印支運(yùn)動(dòng)第一幕的表現(xiàn)形式(陳安清等,2011)。西秦嶺—北祁連山的快速隆升,使得秦祁造山帶的奧陶紀(jì)灰?guī)r,隴山群、秦嶺群和寬坪群,以及造山帶基底巖開始接受剝蝕,開始給崆峒山組礫巖提供物源供給。由于造山帶隆升快速,使得崆峒山組礫巖中上段地層中的礫石無(wú)序雜亂堆積。從西秦嶺鉀長(zhǎng)石裂變徑跡年齡來(lái)看,這次隆升時(shí)段為240～200Ma(鄭德文等,2004)。崆峒山礫巖就是印支期秦祁造山帶造山過(guò)程的沉積響應(yīng)。從上面的討論中,筆者認(rèn)為將崆峒山組礫巖的沉積時(shí)代定為中三疊世至晚三疊世還是較為恰當(dāng)。需要指出的是,目前認(rèn)為崆峒山組礫巖是延長(zhǎng)組在盆地西南緣的相變產(chǎn)物,而筆者對(duì)延長(zhǎng)組長(zhǎng)7底部穩(wěn)定存在一層凝灰?guī)r進(jìn)行了鋯石SHRIMP U-Pb定年(241.3～239.7Ma?),說(shuō)明延長(zhǎng)組地層具有穿時(shí)性,從側(cè)面印證將崆峒山組礫巖的沉積時(shí)代定為中三疊至晚三疊世是較合理的。

5 結(jié)論

(1)運(yùn)用LA-ICP-MS方法,對(duì)崆峒山組礫巖中的3塊礫石樣品進(jìn)行了碎屑鋯石年代學(xué)研究,結(jié)果顯示碎屑鋯石年齡可分為380～479Ma、561～1198Ma、1285～1982Ma、2319～2612Ma和2714～2764Ma共5個(gè)年齡區(qū)間,以及分散年齡2176±54Ma和3375±31Ma各1粒鋯石。

(2)通過(guò)分析碎屑鋯石年齡分布特征,并結(jié)合前人研究成果,筆者認(rèn)為崆峒山組礫巖的主要物源來(lái)源于西秦嶺—北祁連造山帶,少量來(lái)源于阿拉善地塊。

(3)結(jié)合鄂爾多斯盆地西南緣周緣區(qū)域構(gòu)造演化及崆峒山組礫巖的物質(zhì)來(lái)源,筆者認(rèn)為崆峒山組礫巖的沉積時(shí)代為中三疊世至晚三疊世。崆峒山礫巖是秦祁造山帶造山過(guò)程的沉積響應(yīng),即崆峒山組礫巖是板緣造山帶的產(chǎn)物,而非板內(nèi)造山帶的產(chǎn)物。

注 釋 / Notes

? 姚志剛,周立發(fā),高璞. 2007. 鄂爾多斯盆地西緣晚三疊世沉積物源研究. 第九屆全國(guó)固體核徑跡學(xué)術(shù)研究會(huì)論文集,78.

? 彭榮華. 1989. 隴東地區(qū)三疊系延長(zhǎng)組大幅度增加工業(yè)儲(chǔ)量區(qū)塊研究. 中石油長(zhǎng)慶油田內(nèi)部報(bào)告.

? 朱濤,王洪亮,孫勇,徐學(xué)義,第五春榮,張紅. 2011. 鄂爾多斯盆地南緣銅川地區(qū)石盒子組碎屑鋯石年代譜系及其意義. 中國(guó)礦物巖石地球化學(xué)學(xué)會(huì)第13屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集,562.

? 王多云,辛補(bǔ)社,楊華,付金華,姚涇利,張瑜. 鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組長(zhǎng)7底部凝灰?guī)r鋯石SHRIMP U-Pb年齡及地質(zhì)意義(待刊)