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    鄂尔多斯盆地塔然高勒地区直罗组砂岩源区构造背景与物源分析

    俞礽安 朱强 文思博 涂家润 彭胜龙 司庆红 唐永香

    俞礽安, 朱强, 文思博, 涂家润, 彭胜龙, 司庆红, 唐永香, 2020. 鄂尔多斯盆地塔然高勒地区直罗组砂岩源区构造背景与物源分析. 地球科学, 45(3): 829-843. doi: 10.3799/dqkx.2020.001
    引用本文: 俞礽安, 朱强, 文思博, 涂家润, 彭胜龙, 司庆红, 唐永香, 2020. 鄂尔多斯盆地塔然高勒地区直罗组砂岩源区构造背景与物源分析. 地球科学, 45(3): 829-843. doi: 10.3799/dqkx.2020.001
    Yu Reng'an, Zhu Qiang, Wen Sibo, Tu Jiarun, Peng Shenglong, Si Qinghong, Tang Yongxiang, 2020. Tectonic Setting and Provenance Analysis of Zhiluo Formation Sandstone of Tarangaole Area in the Ordos Basin. Earth Science, 45(3): 829-843. doi: 10.3799/dqkx.2020.001
    Citation: Yu Reng'an, Zhu Qiang, Wen Sibo, Tu Jiarun, Peng Shenglong, Si Qinghong, Tang Yongxiang, 2020. Tectonic Setting and Provenance Analysis of Zhiluo Formation Sandstone of Tarangaole Area in the Ordos Basin. Earth Science, 45(3): 829-843. doi: 10.3799/dqkx.2020.001

    鄂尔多斯盆地塔然高勒地区直罗组砂岩源区构造背景与物源分析

    doi: 10.3799/dqkx.2020.001
    基金项目: 

    中国地质调查局项目 DD20190119

    国家重点研发计划项目 2018YFC0604200

    详细信息
      作者简介:

      俞礽安(1980-), 男, 高级工程师, 主要从事矿产勘查和理论研究

    • 中图分类号: P597

    Tectonic Setting and Provenance Analysis of Zhiluo Formation Sandstone of Tarangaole Area in the Ordos Basin

    • 摘要: 目前关于鄂尔多斯盆地塔然高勒地区直罗组沉积期物源和区域沉积-构造背景等问题尚缺研究,在一定程度上制约了直罗组物源变化的整体评价.对塔然高勒地区含铀层位直罗组下段砂岩进行了岩石地球化学、碎屑锆石U-Pb测年研究.结果显示,研究区直罗组下段源区岩石类型主要为长英质沉积岩和少量中性岩浆岩;源岩构造背景为活动大陆边缘-大陆边缘弧环境.综合微量、稀土元素特征和获得的锆石U-Pb定年数据,认为塔然高勒地区直罗组的物源主要来自大青山-乌拉山等地区的孔兹岩、TTG片麻岩、麻粒岩和镁铁质-超镁铁质层状侵入岩以及阴山地区形成于华力西期-印支期-燕山期的岩浆岩,直罗组下段砂体展布特征清楚地反映了研究区及相邻铀矿床由北向南的物源供给方向;研究区直罗组下段发现的三叠纪碎屑锆石表明三叠纪时期直罗组下段沉积时印支期侵入岩已被抬升至地表提供了物源,直罗组下段上亚段的年轻物源组分比例比下亚段的大.
    • 图 1  鄂尔多斯盆地北部区域地质简图

      Figure 1.  Simplified map of northern Ordos Basin

      年龄数据主要据陈印等(2017)雷开宇等(2017)

      图 2  研究区直罗组岩石学特征

      Figure 2.  Petrographic characteristics of Zhiluo Formation in study area

      a.鄂尔多斯盆地东北部神山沟地区宏观地层露头;b.塔然高勒地区钻孔柱状图;c、d.塔然高勒地区直罗组下段中粗粒砂岩岩心、薄片.Qrt.石英;Pl.斜长石;Bit.黑云母

      图 3  研究区直罗组下段砂体等厚图

      Figure 3.  Contour map of sand thickness of the lower part of Zhiluo Formation in study area

      图 4  研究区直罗组砂岩微量元素MORB标准化蛛网图(a)和稀土元素球粒陨石标准化配分模式(b)

      Figure 4.  MORB-normalized trace element spider diagram (a) and chondrite-normalized REE pattern (b) of sandstone of Zhiluo Formation in study area

      图a、b中标准化数据分别据Pearce(1984)Boynton(1984)

      图 5  研究区直罗组砂岩碎屑锆石CL图(a、c)和LA-ICP MS U-Pb年龄谐和图(b、d)

      Figure 5.  CL images(a, c)and LA-ICP MS U-Pb concordia diagrams(b, d)of zircons from Zhiluo Formation sandstone in study area

      图a、b为UZK45钻孔样品,图c、d为UZK50钻孔样品;图a、c中年龄单位为Ma

      图 6  研究区直罗组砂岩碎屑锆石年龄与Th/U关系

      Figure 6.  The relation between age and Th/U of detrital zircons from Zhiluo Formation sandstone in study area

      图 7  研究区直罗组砂岩碎屑锆石年龄谱

      Figure 7.  Distribution histograms of detrital zircon ages from Zhiluo Formation sandstone in study area

      图 8  研究区直罗组砂岩F1-F2(a)和Hf-La/Th(b)源区环境判别图

      Figure 8.  F1-F2 (a) and Hf-La/Th (b) discrimination diagrams of Zhiluo Formation sandstone in study area

      图 9  砂岩源区大地构造背景主量元素判别

      Figure 9.  Major elements composition of sandstones for tectonic setting discrimination

      图 10  直罗组砂岩的Th-Sc-Zr/10和La-Th-Sc源区构造背景判别图

      Figure 10.  Th-Sc-Zr/10 and La-Th-Sc diagrams of Zhiluo Formation sandstone for tectonic setting discrimination

      A.大洋岛弧;B.大陆岛弧;C.活动大陆边缘;D.被动大陆边缘

      图 11  鄂尔多斯盆地直罗组砂岩锆石U-Pb年龄谱与邻区锆石年龄谱对比

      Figure 11.  Comparison of detrital zircon ages from Zhiluo Formation sandstone in the Ordos Basin with zircon ages of neighboring areas

      图a据张龙等(2016);图c据王盟等(2013);图d~h据雷开宇等(2017).图中n为统计年龄数

      表 1  研究区直罗组砂岩主量元素分析结果(%)

      Table 1.  Major elements (%) analytical data of Zhiluo Formation sandstone from Ordos Basin

      地区 编号 SiO2 Al2O3 FeO TFe2O3 CaO CaO* MgO K2O Na2O TiO2 P2O5 MnO LOI CIA*
      塔然高勒 UZK4-1 66.72 14.29 1.38 6.13 0.75 0.75 1.77 3.38 1.95 0.67 0.13 0.09 4.12 70.15
      塔然高勒 UZK4-2 71.45 12.42 2.38 3.09 1.81 1.81 1.45 3.32 1.58 0.58 0.10 0.07 4.04 64.92
      塔然高勒 UZK4-3 66.58 13.81 1.21 5.78 0.94 0.94 1.59 3.48 1.92 0.56 0.11 0.10 5.14 68.54
      塔然高勒 UZK4-8 61.25 12.55 0.93 6.13 5.62 1.97 1.74 2.85 1.78 0.45 0.09 0.21 7.32 67.62
      塔然高勒 UZK4-10 53.09 9.02 0.27 1.78 16.60 1.97 0.78 2.30 1.73 0.34 0.09 0.34 13.92 62.51
      塔然高勒 UZK16-2 74.65 12.23 1.40 2.65 1.11 1.11 1.12 3.38 1.97 0.40 0.08 0.04 2.39 65.44
      塔然高勒 UZK16-3 73.42 12.98 1.29 2.94 0.92 0.92 1.09 3.53 2.15 0.56 0.09 0.04 2.27 66.29
      塔然高勒 UZK16-4 63.86 11.31 1.66 8.50 1.38 1.38 0.92 2.98 1.85 1.00 0.13 0.08 8.00 64.55
      塔然高勒 UZK27-1 69.10 14.22 2.22 4.15 0.64 0.64 2.29 3.31 2.08 0.82 0.15 0.05 3.17 70.22
      塔然高勒 UZK27-2 69.68 13.51 1.51 3.67 1.03 1.03 1.31 3.16 3.54 0.63 0.13 0.06 3.29 63.61
      塔然高勒 UZK27-4 74.42 12.07 1.02 2.11 1.50 1.50 1.00 3.65 2.12 0.31 0.08 0.05 2.70 62.41
      塔然高勒 UZK4-6 72.30 11.93 0.68 1.60 3.08 3.08 0.97 3.32 1.78 0.34 0.08 0.07 4.56 59.32
      OIA 58.83 17.11 5.52 1.95 5.83 3.65 1.60 4.10 1.06 0.26 0.15
      CIA 70.69 14.04 3.05 4.82 2.68 1.97 1.89 3.21 0.64 0.16 0.10
      ACM 73.86 12.89 1.58 3.06 2.48 1.23 2.90 2.77 0.46 0.09 0.10
      PCM 81.95 8.41 1.76 3.28 1.89 1.39 1.71 1.07 0.49 0.12 0.05
      UCC 66.60 15.4 5.04 3.59 2.48 2.80 3.27 0.64 0.15 0.10
      注:为消除碳酸钙胶结物的影响,同时考虑到华北地区大部分TTG岩系及各类中酸性岩浆岩的CaO < 5%,取含量 < 5%的样品的平均值(1.97)作为含量 > 5%的样品的CaO含量,记作CaO*. OIA.洋岛,CIA.大陆岛弧,ACM.活动大陆边缘,PCM.被动大陆边缘;上述数据源自Bhatia(1983).UCC.大陆上地壳,数据源自Rudnik et al.(2003).LOI为烧失量;CIA*表示沉积岩物源区化学分异指数;CIA*=[Al2O3/(Al2O3+CaO*+Na2O+K2O)]×100,式中各氧化物含量均为摩尔质量.
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      表 2  研究区直罗组砂岩微量元素和稀土元素(10-6)分析结果

      Table 2.  Trace elements (10-6) and rare earth elements (10-6) analytical data of Zhiluo Formation sandstone in study area

      样品编号 塔然高勒 上地壳
      UZK 4-1 UZK 4-2 UZK 4-3 UZK 4-8 UZK 4-10 UZK 16-2 UZK 16-3 UZK 16-4 UZK 27-1 UZK 27-2 UZK 27-4 UZK 4-6
      Cu 16.40 7.95 14.40 12.40 6.63 8.49 9.42 16.00 13.10 11.80 4.77 6.63
      Pb 13.3 15.7 13.9 14.9 11.0 59.4 19.0 20.9 43.0 10.9 11.6 13.4
      Zn 60.5 32.1 39.8 37.5 25.3 21.1 40.0 43.5 52.2 33.7 14.3 37.5
      Cr 69.7 58.0 68.7 54.4 28.8 29.7 41.9 56.0 78.4 49.1 22.2 29.3 35
      Ni 17.8 11.5 17.0 17.1 10.2 9.4 11.6 23.7 20.2 16.9 8.4 9.6 20
      Co 9.01 5.88 8.78 8.22 7.40 5.21 6.90 11.70 11.30 9.70 5.16 4.58 10
      Li 27.3 17.9 26.2 21.6 9.2 11.0 14.0 11.9 35.4 15.9 10.3 10.6
      Rb 98.1 89.1 99.3 79.2 58.1 86.3 97.1 82.3 102.0 94.9 90.1 85.6 110
      Cs 2.78 2.11 2.55 2.16 1.40 1.18 1.44 1.56 1.76 1.37 1.23 1.48
      Sr 242 295 241 227 277 336 317 318 219 213 292 302 350
      Ba 941 1 040 922 742 801 533 775 686 357 659 832 978 700
      V 74.3 145.0 82.4 64.1 36.1 71.3 48.7 95.0 189.0 64.4 31.4 34.6 60
      Sc 9.91 6.20 8.92 10.00 7.46 6.68 6.33 5.89 6.04 8.33 6.07 7.40
      Nb 12.80 10.70 11.60 8.29 5.82 7.35 9.86 19.10 14.20 11.10 6.29 6.54 25
      Ta 0.88 0.69 0.76 0.54 0.38 0.43 0.60 1.05 0.84 0.68 0.39 0.45
      Zr 275 187 222 197 106 123 183 495 340 323 103 104 240
      Hf 7.75 5.38 6.08 5.48 2.97 3.58 5.24 13.30 9.30 9.24 3.02 3.12 5.8
      Be 2.05 1.34 1.94 1.59 1.16 1.20 1.38 1.48 1.60 1.34 1.14 1.06
      Ga 17.2 13.4 16.5 16.8 10.6 11.5 13.1 12.5 17.1 13.9 11.4 12.5
      U 14.40 1.97 29.00 8.51 3.98 0.79 24.80 24.40 4.66 1.29 18.70 14.60 2.5
      Th 6.66 6.24 6.08 6.49 3.45 2.25 2.83 7.63 3.24 3.52 1.78 3.63 10.5
      La 34.40 35.10 29.60 42.20 30.30 8.51 7.83 24 14.8 11.1 6.61 21 30
      Ce 48.9 57.0 37.8 55.6 47.0 16.6 15.1 67.1 41.2 25.6 14.1 32.8 64
      Pr 8.04 7.34 6.38 8.55 6.02 2.31 2.16 5.83 3.13 3.34 1.83 4.76 7.1
      Nd 29.00 25.90 21.80 30.40 21.90 8.97 8.25 22.10 11.40 13.40 7.39 17.30 26
      Sm 4.63 4.12 3.15 4.94 3.62 1.66 1.52 3.81 1.81 2.55 1.48 2.82 4.5
      Eu 1.01 1.11 0.79 1.29 1.09 0.81 0.73 0.99 0.46 0.77 0.79 0.88 0.88
      Gd 3.45 3.37 2.63 3.99 3.27 1.42 1.34 3.55 1.80 2.09 1.24 2.28 3.8
      Tb 0.49 0.49 0.36 0.56 0.46 0.20 0.19 0.52 0.23 0.31 0.20 0.32 2.2
      Dy 2.49 2.60 1.86 2.88 2.41 1.14 1.13 2.88 1.14 1.55 1.13 1.60 3.5
      Ho 0.48 0.50 0.38 0.56 0.48 0.22 0.23 0.57 0.22 0.30 0.22 0.31 0.8
      Er 1.40 1.44 1.10 1.63 1.30 0.63 0.64 1.66 0.72 0.91 0.62 0.86 2.3
      Tm 0.22 0.22 0.18 0.25 0.18 0.10 0.10 0.28 0.12 0.15 0.10 0.13 0.33
      Yb 1.52 1.52 1.18 1.61 1.14 0.72 0.75 1.90 0.90 1.03 0.68 0.87 2.2
      Lu 0.25 0.24 0.18 0.25 0.19 0.12 0.12 0.30 0.14 0.17 0.10 0.14 0.32
      Y 11.60 12.40 9.45 14.00 14.40 5.11 5.33 14.60 5.60 6.98 5.53 7.77 22
      (La/Yb)N 15.26 15.57 16.91 17.67 17.92 7.97 7.04 8.52 11.09 7.27 6.55 16.27
      Eu/Eu* 0.77 0.91 0.84 0.89 0.97 1.61 1.56 0.82 0.78 1.02 1.78 1.06
      (Sm/Nd)N 0.49 0.49 0.44 0.50 0.51 0.57 0.57 0.53 0.49 0.59 0.62 0.50
      (Gd/Yb)N 1.83 1.79 1.80 2.00 2.31 1.59 1.44 1.51 1.61 1.64 1.47 2.11
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      表 3  不同构造背景下砂岩的REE参数

      Table 3.  The REE geochemical parameters of sandstone in different tectonic settings

      构造背景 物源区类型 La(10-6 Ce(10-6 ΣREE(10-6 La/ Yb (La/Yb)N ΣLREE/ΣHREE Eu/ Eu*
      大洋岛弧 未切割的岩浆弧 8±1.7 19±3.7 58±10 4.2±1.3 2.8+0.9 3.8±0.9 1.04±0.11
      大陆岛弧 切割的岩浆弧 27±4.5 59±8.2 146±20 11±3.6 7.5±2.5 7.7±1.7 0.79±0.13
      活动大陆边缘 基底隆起 37 78 186 12.5 8.5 9.1 0.60
      被动大陆边缘 克拉通内构造高地 39 85 210 15.9 10.8 8.5 0.56
      塔然高勒(n=12) 25.38 46.22 95.13 19.37 12.34 11.15 1.07
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    • 收稿日期:  2019-09-09
    • 刊出日期:  2020-03-01

    鄂尔多斯盆地塔然高勒地区直罗组砂岩源区构造背景与物源分析

      作者简介: 俞礽安(1980-), 男, 高级工程师, 主要从事矿产勘查和理论研究
    • 1. 中国地质调查局天津地质调查中心, 天津 300170
    • 2. 中国地质调查局铀矿地质重点实验室, 天津 300170
    • 3. 内蒙古自治区煤田地质局, 内蒙古呼和浩特 010010
    • 4. 天津地热勘查开发设计院, 天津 300250
    基金项目:  中国地质调查局项目 DD20190119国家重点研发计划项目 2018YFC0604200

    摘要: 目前关于鄂尔多斯盆地塔然高勒地区直罗组沉积期物源和区域沉积-构造背景等问题尚缺研究,在一定程度上制约了直罗组物源变化的整体评价.对塔然高勒地区含铀层位直罗组下段砂岩进行了岩石地球化学、碎屑锆石U-Pb测年研究.结果显示,研究区直罗组下段源区岩石类型主要为长英质沉积岩和少量中性岩浆岩;源岩构造背景为活动大陆边缘-大陆边缘弧环境.综合微量、稀土元素特征和获得的锆石U-Pb定年数据,认为塔然高勒地区直罗组的物源主要来自大青山-乌拉山等地区的孔兹岩、TTG片麻岩、麻粒岩和镁铁质-超镁铁质层状侵入岩以及阴山地区形成于华力西期-印支期-燕山期的岩浆岩,直罗组下段砂体展布特征清楚地反映了研究区及相邻铀矿床由北向南的物源供给方向;研究区直罗组下段发现的三叠纪碎屑锆石表明三叠纪时期直罗组下段沉积时印支期侵入岩已被抬升至地表提供了物源,直罗组下段上亚段的年轻物源组分比例比下亚段的大.

    English Abstract

    • 鄂尔多斯盆地是北方重要的煤、石油、天然气、铀等多矿种叠合赋存的能源盆地(刘池洋等,2006).近10年来,随着中国地质调查局天津地质调查中心煤田、油田资料“二次开发”、综合找矿思路的提出和实施,中国北方砂岩型铀矿找矿效率大幅提升,找矿成果显著增加.盆地北东部塔然高勒铀矿即为近几年通过煤田资料“二次开发”发现的大型铀矿产地之一.该矿区空间上位于大营特大型铀矿床和纳岭沟大型铀矿床之间,成矿地质条件与两者较为相似,赋矿层位与两者相同,均为中侏罗统直罗组.该铀矿的发现有望使大营和纳岭沟连成一体.直罗组物源的研究能为盆地中侏罗世盆山耦合关系及铀矿物质来源提供一定的制约,因此成为关注点和研究热点.前人曾对盆地东北缘大营、纳岭沟、皂火壕等铀矿床中直罗组开展了岩石地球化学(易超等,2014刘晓雪等,2016冯晓曦等,2019)、沉积学(赵宏刚等,2006赵俊峰等,2010)、碎屑锆石U-Pb定年(王盟等,2013张龙等,2016雷开宇等,2017)等研究,认为这些铀矿床中直罗组砂岩的碎屑锆石主要来自北缘阴山-乌拉山-狼山等地区变质岩和岩浆岩体;而塔然高勒铀矿区作为盆地东北缘新发现的铀矿床,对其砂岩型铀矿赋矿层位沉积期物源的相应变化及其区域沉积-构造背景等问题尚缺乏研究,这在一定程度上制约了鄂尔多斯盆地东北缘直罗组物源变化的整体评价.

      因此,本文在前人研究的基础上,综合塔然高勒研究区大量煤田钻孔和铀矿钻孔资料,对钻孔中未蚀变的直罗组下段原生砂岩进行岩石地球化学、碎屑锆石U-Pb定年等方面的研究,分析直罗组砂岩源岩性质、构造背景,同时结合直罗组下段砂体的展布特征探讨研究区的物源变化,为盆地东北缘直罗组物源区的演化发展、直罗组潜在铀储层预测以及铀矿区铀源评价等方面提供进一步的依据.

      • 鄂尔多斯盆地是我国陆上第二大沉积盆地和重要的能源基地.盆地北与阴山、狼山相邻,东为华北古板块内的吕梁山构造带.塔然高勒铀矿床位于盆地北部伊盟隆起中部杭锦旗地区(图 1),其东侧紧邻纳岭沟铀矿、西侧为大营铀矿,区内地层整体为一向西南缓倾的单斜构造.鄂尔多斯盆地沉积主要发生在中新生代,发育的盖层包括中生界的三叠系(T)、侏罗系(J)、下白垩统(K1)和新生界的古近系(E)、新近系(N)及第四系(Q).各地层在横向和纵向上发育差异较大,其中三叠系、侏罗系和下白垩统为盆地沉积的主体,中侏罗统直罗组为盆地北缘的重要含铀层位(Jin et al., 2019).根据直罗组内部岩性变化特征,可将其分为直罗组上段(J2z2)和直罗组下段(J2z1),下段又可进一步细分为上(J2z1-2)、下(J2z1-1)两个亚段(焦养泉等,2005).直罗组下段经历了从辫状河向曲流河演变的过程.直罗组下段沉积早期,为该期盆地的初始发育阶段,盆地周缘地貌高差较大,早期以辫状河沉积为主,岩性以灰色、灰绿色中粗粒砂岩为主;中晚期以曲流河沉积为主,岩性以灰绿色中细粒砂岩、棕红色泥岩、粉砂岩为主.直罗组平行不整合于下伏延安组(J1-2y)煤系地层之上,由于盆地边缘的安定组遭受不同程度的剥蚀,上覆的下白垩统志丹群(K1zh)则与直罗组呈侵蚀不整合接触(图 2a2b).

        图  1  鄂尔多斯盆地北部区域地质简图

        Figure 1.  Simplified map of northern Ordos Basin

        图  2  研究区直罗组岩石学特征

        Figure 2.  Petrographic characteristics of Zhiluo Formation in study area

        砂岩型铀矿成矿过程是一个复杂的水-岩反应系统(金若时等,2014),含矿目的层的地球化学组分易受成矿流体影响而发生较大变化,从而影响构造背景和物源的判别;另外碎屑颗粒的大小同样会影响沉积岩石的地球化学特征.因此,为了减小成矿流体对岩石组分的干扰,并且保证地化数据具有可比性,本文主要选取直罗组下段非矿段岩心的灰色中细粒砂岩作为岩石学和地球化学分析测试对象.主要挑选塔然高勒地区不同钻孔中12件新鲜、无污染的砂岩样品进行镜下鉴定和主量、微量、稀土元素测试.2件碎屑锆石年龄样品分别取自塔然高勒矿区东部UZK45钻孔直罗组下段下亚段灰色中粒砂岩(埋深663 m处)、西部UZK50钻孔直罗组下段上亚段浅灰绿色中粒砂岩(埋深646 m处),采集位置见图 2b图 3.

        图  3  研究区直罗组下段砂体等厚图

        Figure 3.  Contour map of sand thickness of the lower part of Zhiluo Formation in study area

      • 主量元素和微量元素地球化学分析测试在天津地质矿产研究所实验室完成.常量元素采用X衍射荧光光谱法(XRF)分析,精度优于2%,其中FeO采用氢氟酸-硫酸溶样、重铬酸钾滴定容量法;微量、稀土元素采用美国X series Ⅱ型号ICP-MS等离子体质谱仪进行测定,分析精度优于5%.

        锆石挑选在廊坊诚信地质服务有限公司实验室完成,将岩石样品粉碎至100 μm后,经磁选和浮选选出锆石精样,并在双目镜下手工挑选具代表性的锆石;粘靶、抛光和镀金后,在中国地质调查局天津地质调查中心实验室进行阴极发光(CL)内部结构照相和锆石U-Pb同位素定年.锆石定年使用激光烧蚀多接收器等离子质谱仪测定,具体原理、测试条件及流程参照俞礽安等(2015),误差为1σ,普通Pb校正使用标定的240Pb.锆石U-Pb同位素数据处理采用ISOPLOT程序(Ludwig,2009)完成.

      • 塔然高勒矿区直罗组下段砂岩的岩石学特征与大营和纳岭沟等周边地区较为相似,同时又表现出差异性.研究区直罗组砂岩以长石砂岩为主,其次为长石石英砂岩和岩屑长石砂岩.碎屑颗粒主要为石英(45%~50%)和长石(25%~30%),其次为岩屑(3%~5%)和少量云母碎片(1%)(图 2c2d),岩石胶结类型以泥质胶结、钙质胶结为主.大营地区直罗组砂岩中,石英平均含量为39.15%,长石平均含量为26.49%;纳岭沟地区直罗组砂岩中,石英平均含量为45.95%,长石平均含量为28.38%(易超等,2014).3个矿区的直罗组砂岩具有相似的物质成分.

      • 主量元素分析结果见表 1.个别样品如UZK4-10的CaO含量较高,对应的烧失量亦较高,表明高CaO含量的样品可能有碳酸盐胶结物的贡献.因此,数据处理时先将CaO换成CaO*,然后去除烧失量,重新换算成100%,此时得到的数据近似为砂岩的真实含量.由表 1可知,塔然高勒地区直罗组砂岩的SiO2含量相对较低,平均含量为64.83%;Al2O3的含量较高,平均含量为12.53%.另外,研究区直罗组砂岩物源区的平均化学分异指数(CIA*)为65.47,指示源区的化学风化程度中等.

        地区 编号 SiO2 Al2O3 FeO TFe2O3 CaO CaO* MgO K2O Na2O TiO2 P2O5 MnO LOI CIA*
        塔然高勒 UZK4-1 66.72 14.29 1.38 6.13 0.75 0.75 1.77 3.38 1.95 0.67 0.13 0.09 4.12 70.15
        塔然高勒 UZK4-2 71.45 12.42 2.38 3.09 1.81 1.81 1.45 3.32 1.58 0.58 0.10 0.07 4.04 64.92
        塔然高勒 UZK4-3 66.58 13.81 1.21 5.78 0.94 0.94 1.59 3.48 1.92 0.56 0.11 0.10 5.14 68.54
        塔然高勒 UZK4-8 61.25 12.55 0.93 6.13 5.62 1.97 1.74 2.85 1.78 0.45 0.09 0.21 7.32 67.62
        塔然高勒 UZK4-10 53.09 9.02 0.27 1.78 16.60 1.97 0.78 2.30 1.73 0.34 0.09 0.34 13.92 62.51
        塔然高勒 UZK16-2 74.65 12.23 1.40 2.65 1.11 1.11 1.12 3.38 1.97 0.40 0.08 0.04 2.39 65.44
        塔然高勒 UZK16-3 73.42 12.98 1.29 2.94 0.92 0.92 1.09 3.53 2.15 0.56 0.09 0.04 2.27 66.29
        塔然高勒 UZK16-4 63.86 11.31 1.66 8.50 1.38 1.38 0.92 2.98 1.85 1.00 0.13 0.08 8.00 64.55
        塔然高勒 UZK27-1 69.10 14.22 2.22 4.15 0.64 0.64 2.29 3.31 2.08 0.82 0.15 0.05 3.17 70.22
        塔然高勒 UZK27-2 69.68 13.51 1.51 3.67 1.03 1.03 1.31 3.16 3.54 0.63 0.13 0.06 3.29 63.61
        塔然高勒 UZK27-4 74.42 12.07 1.02 2.11 1.50 1.50 1.00 3.65 2.12 0.31 0.08 0.05 2.70 62.41
        塔然高勒 UZK4-6 72.30 11.93 0.68 1.60 3.08 3.08 0.97 3.32 1.78 0.34 0.08 0.07 4.56 59.32
        OIA 58.83 17.11 5.52 1.95 5.83 3.65 1.60 4.10 1.06 0.26 0.15
        CIA 70.69 14.04 3.05 4.82 2.68 1.97 1.89 3.21 0.64 0.16 0.10
        ACM 73.86 12.89 1.58 3.06 2.48 1.23 2.90 2.77 0.46 0.09 0.10
        PCM 81.95 8.41 1.76 3.28 1.89 1.39 1.71 1.07 0.49 0.12 0.05
        UCC 66.60 15.4 5.04 3.59 2.48 2.80 3.27 0.64 0.15 0.10
        注:为消除碳酸钙胶结物的影响,同时考虑到华北地区大部分TTG岩系及各类中酸性岩浆岩的CaO < 5%,取含量 < 5%的样品的平均值(1.97)作为含量 > 5%的样品的CaO含量,记作CaO*. OIA.洋岛,CIA.大陆岛弧,ACM.活动大陆边缘,PCM.被动大陆边缘;上述数据源自Bhatia(1983).UCC.大陆上地壳,数据源自Rudnik et al.(2003).LOI为烧失量;CIA*表示沉积岩物源区化学分异指数;CIA*=[Al2O3/(Al2O3+CaO*+Na2O+K2O)]×100,式中各氧化物含量均为摩尔质量.

        表 1  研究区直罗组砂岩主量元素分析结果(%)

        Table 1.  Major elements (%) analytical data of Zhiluo Formation sandstone from Ordos Basin

      • 微量元素分析结果见表 2.Co、Ni、Cr、V等镁铁质元素与大陆上地壳平均含量(Rudnik et al., 2003)相近,呈现出中酸性的趋势.在MORB标准化微量元素蛛网图(图 4a)中,岩石相对富集K、Rb大离子亲石元素和Zr、Hf高场强元素,亏损Nb、Ta、P、Ti等典型的不活动元素,同时可见Sr、Y、Yb等含量较低.

        样品编号 塔然高勒 上地壳
        UZK 4-1 UZK 4-2 UZK 4-3 UZK 4-8 UZK 4-10 UZK 16-2 UZK 16-3 UZK 16-4 UZK 27-1 UZK 27-2 UZK 27-4 UZK 4-6
        Cu 16.40 7.95 14.40 12.40 6.63 8.49 9.42 16.00 13.10 11.80 4.77 6.63
        Pb 13.3 15.7 13.9 14.9 11.0 59.4 19.0 20.9 43.0 10.9 11.6 13.4
        Zn 60.5 32.1 39.8 37.5 25.3 21.1 40.0 43.5 52.2 33.7 14.3 37.5
        Cr 69.7 58.0 68.7 54.4 28.8 29.7 41.9 56.0 78.4 49.1 22.2 29.3 35
        Ni 17.8 11.5 17.0 17.1 10.2 9.4 11.6 23.7 20.2 16.9 8.4 9.6 20
        Co 9.01 5.88 8.78 8.22 7.40 5.21 6.90 11.70 11.30 9.70 5.16 4.58 10
        Li 27.3 17.9 26.2 21.6 9.2 11.0 14.0 11.9 35.4 15.9 10.3 10.6
        Rb 98.1 89.1 99.3 79.2 58.1 86.3 97.1 82.3 102.0 94.9 90.1 85.6 110
        Cs 2.78 2.11 2.55 2.16 1.40 1.18 1.44 1.56 1.76 1.37 1.23 1.48
        Sr 242 295 241 227 277 336 317 318 219 213 292 302 350
        Ba 941 1 040 922 742 801 533 775 686 357 659 832 978 700
        V 74.3 145.0 82.4 64.1 36.1 71.3 48.7 95.0 189.0 64.4 31.4 34.6 60
        Sc 9.91 6.20 8.92 10.00 7.46 6.68 6.33 5.89 6.04 8.33 6.07 7.40
        Nb 12.80 10.70 11.60 8.29 5.82 7.35 9.86 19.10 14.20 11.10 6.29 6.54 25
        Ta 0.88 0.69 0.76 0.54 0.38 0.43 0.60 1.05 0.84 0.68 0.39 0.45
        Zr 275 187 222 197 106 123 183 495 340 323 103 104 240
        Hf 7.75 5.38 6.08 5.48 2.97 3.58 5.24 13.30 9.30 9.24 3.02 3.12 5.8
        Be 2.05 1.34 1.94 1.59 1.16 1.20 1.38 1.48 1.60 1.34 1.14 1.06
        Ga 17.2 13.4 16.5 16.8 10.6 11.5 13.1 12.5 17.1 13.9 11.4 12.5
        U 14.40 1.97 29.00 8.51 3.98 0.79 24.80 24.40 4.66 1.29 18.70 14.60 2.5
        Th 6.66 6.24 6.08 6.49 3.45 2.25 2.83 7.63 3.24 3.52 1.78 3.63 10.5
        La 34.40 35.10 29.60 42.20 30.30 8.51 7.83 24 14.8 11.1 6.61 21 30
        Ce 48.9 57.0 37.8 55.6 47.0 16.6 15.1 67.1 41.2 25.6 14.1 32.8 64
        Pr 8.04 7.34 6.38 8.55 6.02 2.31 2.16 5.83 3.13 3.34 1.83 4.76 7.1
        Nd 29.00 25.90 21.80 30.40 21.90 8.97 8.25 22.10 11.40 13.40 7.39 17.30 26
        Sm 4.63 4.12 3.15 4.94 3.62 1.66 1.52 3.81 1.81 2.55 1.48 2.82 4.5
        Eu 1.01 1.11 0.79 1.29 1.09 0.81 0.73 0.99 0.46 0.77 0.79 0.88 0.88
        Gd 3.45 3.37 2.63 3.99 3.27 1.42 1.34 3.55 1.80 2.09 1.24 2.28 3.8
        Tb 0.49 0.49 0.36 0.56 0.46 0.20 0.19 0.52 0.23 0.31 0.20 0.32 2.2
        Dy 2.49 2.60 1.86 2.88 2.41 1.14 1.13 2.88 1.14 1.55 1.13 1.60 3.5
        Ho 0.48 0.50 0.38 0.56 0.48 0.22 0.23 0.57 0.22 0.30 0.22 0.31 0.8
        Er 1.40 1.44 1.10 1.63 1.30 0.63 0.64 1.66 0.72 0.91 0.62 0.86 2.3
        Tm 0.22 0.22 0.18 0.25 0.18 0.10 0.10 0.28 0.12 0.15 0.10 0.13 0.33
        Yb 1.52 1.52 1.18 1.61 1.14 0.72 0.75 1.90 0.90 1.03 0.68 0.87 2.2
        Lu 0.25 0.24 0.18 0.25 0.19 0.12 0.12 0.30 0.14 0.17 0.10 0.14 0.32
        Y 11.60 12.40 9.45 14.00 14.40 5.11 5.33 14.60 5.60 6.98 5.53 7.77 22
        (La/Yb)N 15.26 15.57 16.91 17.67 17.92 7.97 7.04 8.52 11.09 7.27 6.55 16.27
        Eu/Eu* 0.77 0.91 0.84 0.89 0.97 1.61 1.56 0.82 0.78 1.02 1.78 1.06
        (Sm/Nd)N 0.49 0.49 0.44 0.50 0.51 0.57 0.57 0.53 0.49 0.59 0.62 0.50
        (Gd/Yb)N 1.83 1.79 1.80 2.00 2.31 1.59 1.44 1.51 1.61 1.64 1.47 2.11

        表 2  研究区直罗组砂岩微量元素和稀土元素(10-6)分析结果

        Table 2.  Trace elements (10-6) and rare earth elements (10-6) analytical data of Zhiluo Formation sandstone in study area

        图  4  研究区直罗组砂岩微量元素MORB标准化蛛网图(a)和稀土元素球粒陨石标准化配分模式(b)

        Figure 4.  MORB-normalized trace element spider diagram (a) and chondrite-normalized REE pattern (b) of sandstone of Zhiluo Formation in study area

        利用Boynton(1984)球粒陨石进行标准化,获得研究区直罗组砂岩稀土元素配分模式(图 4b).由表 2可知,研究区直罗组砂岩稀土总量变化较大,∑REE为(36.49~154.71)×10-6,平均为95×10-6;∑LREE/∑HREE为7.5~12.6,平均为11.15;(La/Yb)N为6.55~17.92,平均为12.30;大部分样品无明显的Ce异常.球粒陨石标准化配分型式呈现轻稀土富集、重稀土平坦.Eu/Eu*为0.77~1.78,平均为1.07;无Eu异常或弱的Eu正异常,部分为Eu负异常,稀土模式与上地壳较为相似(Taylor et al., 1985).

        Bhatia(1983)归纳总结了不同构造背景下来自物源区砂岩的REE特征值(表 3),认为从次稳定的被动大陆边缘到非稳定的大陆岛弧区,∑REE、∑LREE/∑HREE、La/Yb值等明显降低.塔然高勒地区直罗组砂岩REE参数与各种构造背景下砂岩的参数相比,La、Ce的平均值最接近大陆岛弧,La/Yb、(La/Yb)N的平均值最接近被动大陆边缘,ΣLREE/ΣHREE的平均值与主动大陆边缘最接近,说明塔然高勒地区直罗组砂岩稀土元素特征参数值与大洋岛弧背景下的特征值差别较大,其岩石化学成分与大陆边缘和大陆岛弧较相似.由于被动大陆边缘形成的砂岩可以包含较多大陆岛弧的地球化学信息,因此,该特征反映研究区直罗组砂岩源区的构造背景为大陆边缘和大陆岛弧.

        构造背景 物源区类型 La(10-6 Ce(10-6 ΣREE(10-6 La/ Yb (La/Yb)N ΣLREE/ΣHREE Eu/ Eu*
        大洋岛弧 未切割的岩浆弧 8±1.7 19±3.7 58±10 4.2±1.3 2.8+0.9 3.8±0.9 1.04±0.11
        大陆岛弧 切割的岩浆弧 27±4.5 59±8.2 146±20 11±3.6 7.5±2.5 7.7±1.7 0.79±0.13
        活动大陆边缘 基底隆起 37 78 186 12.5 8.5 9.1 0.60
        被动大陆边缘 克拉通内构造高地 39 85 210 15.9 10.8 8.5 0.56
        塔然高勒(n=12) 25.38 46.22 95.13 19.37 12.34 11.15 1.07

        表 3  不同构造背景下砂岩的REE参数

        Table 3.  The REE geochemical parameters of sandstone in different tectonic settings

      • 锆石阴极发光(CL)图像(图 5a5c)显示,挑选出的锆石颗粒中等(50~100 μm),主要为自形、半自形晶体或晶体碎屑,其中年轻锆石多呈棱角状,具有较好的生长环带和韵律结构及较高的Th/U值(> 0.4)(附表 1,图 6),指示锆石的岩浆成因;而古老锆石多呈浑圆状、次棱角状,部分锆石颗粒可见古老核或Th/U值较低(0.1~0.4),指示其经历了多旋回的搬运磨蚀及后期地质事件造成的不彻底的变质重结晶等(吴元保和郑永飞,2004).

        图  5  研究区直罗组砂岩碎屑锆石CL图(a、c)和LA-ICP MS U-Pb年龄谐和图(b、d)

        Figure 5.  CL images(a, c)and LA-ICP MS U-Pb concordia diagrams(b, d)of zircons from Zhiluo Formation sandstone in study area

        图  6  研究区直罗组砂岩碎屑锆石年龄与Th/U关系

        Figure 6.  The relation between age and Th/U of detrital zircons from Zhiluo Formation sandstone in study area

        图 7显示,几乎所有测点都位于U-Pb谐和线附近.碎屑锆石年龄大致呈150~400 Ma、1 500~2 000 Ma、2 200~2 600 Ma三个区段分布.其中,中元古代中期-早元古代晚期(1 500~2 000 Ma)测点所占权重高,其次为早元古代早期(2 200~2 500 Ma),而新太古代(2 500~2 600 Ma)和早中生代-晚古生代(150~400 Ma)测点所占权重低.UZK50GS样品中,2粒锆石的206Pb/238U年龄分别为157 Ma和160 Ma,可能指示了直罗组同沉积期的火成岩物质的加入.

        图  7  研究区直罗组砂岩碎屑锆石年龄谱

        Figure 7.  Distribution histograms of detrital zircon ages from Zhiluo Formation sandstone in study area

      • 一般认为Al2O3、TiO2和Fe2O3等不稳定成分的含量随着SiO2含量的增高而总体下降,表明砂岩成熟度逐渐增大.由前文可知,塔然高勒地区直罗组下段砂岩的SiO2含量较低、Al2O3含量较高,意味着砂岩中长石和岩屑等矿物较发育,这与薄片中观察到的现象一致,说明研究区直罗组砂岩的成熟度较低.

        沉积物中REE的含量主要受源区岩石的控制,尽管母岩类型会受到化学风化作用的影响,但近源区诸如搬运、沉积和成岩过程等因素对沉积物中REE含量的改变较小.因此源区岩石REE特征能被可靠保存在沉积物中,砂岩的REE被广泛用来判别源区岩石类型(邵磊等,2000).

        Roser et al.(1986)根据已知构造背景的不同碎屑岩组合的地球化学特征,进行了7个元素(Ti、Al、Fe、Mg、Ca、Na、K)氧化物的多变量判别方程分析,综合出4种混合物源模型,可以有效区分镁铁质、中性或长英质火成岩和石英岩等物源区.图 8a显示,研究区直罗组砂岩样品主要落在长英质火成物源区和中性岩火成物源区,其中前者代表了物源属于成熟的大陆边缘弧和大陆转换边缘拉分盆地,主动的并且是被切割的大陆岩浆弧;后者代表了砂岩中火山碎屑主要为安山岩,属于成熟的岩浆弧和不成熟的大陆边缘岩浆弧.研究区直罗组砂岩的K2O含量较高,K2O/Na2O平均值为1.50,接近于被动大陆边缘砂岩(约1.60),反映大量成熟组分的加入.Floyd(1989)在研究苏格兰西北部早元古代变质沉积岩的地球化学特征时,提出利用Hf-La/Th图解对不同构造环境沉积物源进行判别.图 8b显示,大多数样品落在长英质与基性岩混合区,反映其来自于火山弧和长英质物质为主的混合物源区.

        图  8  研究区直罗组砂岩F1-F2(a)和Hf-La/Th(b)源区环境判别图

        Figure 8.  F1-F2 (a) and Hf-La/Th (b) discrimination diagrams of Zhiluo Formation sandstone in study area

      • 沉积物中Fe、Ti元素不易流失,可以较好地反映其物源性质;虽然Mg不如Fe和Ti,但也基本可以代表母源的原始含量;Al2O3/SiO2值可以反映砂岩中石英的富集程度.因此,将砂岩中这几种元素氧化物的含量作为参数,能够较好地反映源区性质及其构造背景.根据Al2O3/SiO2-(TFe2O3+MgO)判别图解(图 9),研究区直罗组砂岩样品主要落在活动大陆边缘和大陆弧上.

        图  9  砂岩源区大地构造背景主量元素判别

        Figure 9.  Major elements composition of sandstones for tectonic setting discrimination

      • Bhatia(1986)通过对澳大利亚东部古生代浊积岩微量元素地球化学特征进行研究,建立了一系列判别图解,认为Th、Sc、Zr具有较好的稳定性.大离子亲石元素Th相对活泼,代表一个成熟的构造背景,Zr指示沉积分选度,而Sc和Co为相容元素,代表一个不成熟的构造背景.在Th-Sc-Zr/10和La-Th-Sc图解中,研究区直罗组砂岩样品部分分布在大陆岛弧区(图 10),表明鄂尔多斯盆地直罗组碎屑岩的形成可能与岛弧关系密切,但可能混有部分活动大陆边缘碎屑;这与主量元素所揭示的大地构造背景相一致.微量、稀土元素的地球化学特征说明研究区直罗组的物源区构造性质主要为大陆岛弧环境.

        图  10  直罗组砂岩的Th-Sc-Zr/10和La-Th-Sc源区构造背景判别图

        Figure 10.  Th-Sc-Zr/10 and La-Th-Sc diagrams of Zhiluo Formation sandstone for tectonic setting discrimination

      • 研究区目的层沉积相砂体的空间展布可指示其间的沉积内在联系.冲积扇沉积代表盆地陆上沉积体系中最粗、分选最差的近源单元,通常在下倾方向变为细粒、坡度较小的河流沉积体系,然后过渡到三角洲或湖沼体系,最后演变为湖泊沉积体系,总体构成陆相盆地的沉积相带配置格局.一般来说,砂岩叠加厚度大的地方是河流经常流经的地区.因此,砂岩厚度的分布和变化也侧面反映了沉积物物源方向和沉积体系展布特征.笔者通过大量煤田、铀矿钻孔编制了研究区直罗组下段砂体的厚度图,更加准确地反映古沉积体系特征,由此探讨古流水走向和物源方向.

        焦养泉等(2005)认为辫状河体系的最大特点是砂体具有极大的宽厚比值以及有限的泛滥平原,砂体通常表现为“泛连通”结构;并且认为鄂尔多斯盆地东胜地区西北部的辫状河沉积体系发育.辫状河体系与辫状河三角洲沉积体系的分界线大致以河道开始明显分叉为标志,泛滥平原开始大面积发育(聂逢君等,2018).由图 2a图 3可知,塔然高勒与纳岭沟地区的直罗组下段砂体较为发育,分布两条从北至南的河道砂体且向南不断分叉,演化成多条规模较小的分支河道.其中纳岭沟和塔然高勒东部地区辫状河道长约20 km,宽5~10 km,厚度最大可达260 m,含砂率高达85%,为辫状河道沉积特征;而塔然高勒研究区的西部和大营地区,砂体宽度明显减小,河道分叉增多,且河道周边发育大面积泛滥平原,说明其开始向辫状河三角洲沉积体系过渡.总体上看大营-纳岭沟地区辫状河三角洲平原构成了研究区的主体.因此,从砂体的展布形态可以看出,塔然高勒比纳岭沟离物源区远,其直罗组砂体的埋深也相对于后者偏大.大营地区直罗组下段砂体显示出北东-南西方向的展布形态、物源来自北部地区,但肉眼观察大营地区直罗组下段砂体的粒度明显比纳岭沟小,反映更长距离的搬运.铀矿体在空间上与侏罗系直罗组辫状古河道体系有关,由于砂体的非均质性,矿体一般产于河道的边缘、拐弯及下游分叉等部位(李子颖等,2010),其中纳岭沟、塔然高勒、大营地区的富铀矿带主要赋存于辫状河主河道与分支河道的分叉部位.

      • 图 1可知,鄂尔多斯盆地北部造山带主要出露太古宙、元古宙变质基底、孔兹岩带以及古生代、中生代侵入岩,主要沿集宁、大青山-乌拉山、固阳-武川、色尔腾、贺兰山、阿拉善等地分布.新太古代地层主要为2.6~2.5 Ga的TTG片麻岩、镁铁质-超镁铁质层状侵入岩和少量表壳岩(Zhao et al., 1999王盟等,2013陈印等,2017).下元古界主要为一条近东西向由孔兹岩系、TTG片麻岩夹铁镁质麻粒岩和同构造紫苏花岗岩或S型花岗岩组成的孔兹岩带(赵国春等,2002),将南部鄂尔多斯地块与北部阴山上太古界基底分隔,代表了稳定大陆边缘沉积产物;北部阴山陆块主要由晚太古代阿拉善和固阳(色尔腾)花岗绿岩地体和武川高级片麻岩地体组成.乌拉山-大青山和狼山地区出露晚古生代中酸性岩浆岩和中-晚三叠世后碰撞岩浆岩(彭润民等,2010张拴宏等,2010).

        笔者对鄂尔多斯盆地北部阴山地块、孔兹岩带和阿拉善地块变质基底中已有的锆石年龄数据以及塔然高勒邻区大营、纳岭沟的碎屑锆石U-Pb定年数据进行统计,发现各地区年龄分布较广,其中1 800~2 500 Ma年龄段的占比相对较高(图 11).

        图  11  鄂尔多斯盆地直罗组砂岩锆石U-Pb年龄谱与邻区锆石年龄谱对比

        Figure 11.  Comparison of detrital zircon ages from Zhiluo Formation sandstone in the Ordos Basin with zircon ages of neighboring areas

      • Wang (2016)认为2.5 Ga的峰值年龄是华北克拉通西部地区基底岩石的形成年龄.塔然高勒地区直罗组砂岩中分布少量的新太古代碎屑锆石(占锆石总量13.7%),与固阳、武川、色尔腾、阿拉善等地区分布的TTG片麻岩、镁铁质-超镁铁质层状侵入岩的年龄(2.6~2.5 Ga)相对一致(王惠初等,2001).

        蔡佳等(2015)认为~1.95 Ga和~1.85 Ga代表了孔兹岩带形成阶段两期重要的变质热事件,变质演化以近等温减压(ITD)顺时针P-r轨迹为特征,反映阴山陆块与鄂尔多斯陆块碰撞形成西部陆块的热构造过程.大青山-乌拉山孔兹岩中的碎屑锆石年龄集中在2.32~1.84 Ga(Xia et al., 2006);雷开宇等(2017)详细论述了1 800~ 2 000 Ma、2 300~2 500 Ma两个阶段大青山-乌拉山地区片麻岩、麻粒岩、孔兹岩以及阴山片麻岩、花岗闪长质侵入体,集宁及周边地区孔兹岩等不同地质体的年龄,并建立了年龄谱(图 11d~11h),本文不再赘述;狼山西部地区存在新元古代(~0.8 Ga)的火成岩体(彭润民等,2010).

        研究区直罗组砂岩碎屑锆石年龄主要集中在中元古代中期-早元古代晚期(1 500~2 000 Ma)和早元古代早期(2 200~2 500 Ma),二者占锆石总量的81%.综合前人的统计分析结果,笔者认为研究区直罗组砂岩中的新太古代和古元古代锆石主要记录了鄂尔多斯盆地北部乌拉山-大青山和阴山地区的基底年龄和多期变质热事件.其中1 500~2 000 Ma阶段与大青山-乌拉山地区出露的孔兹岩带的锆石记录的年龄吻合,同时也有狼山地区岩体以及阿拉善东缘、阴山地区片麻岩、花岗闪长质侵入体的一部分贡献;2 200~ 2 500 Ma阶段则与阴山、狼山、乌拉山-大青山等地区的片麻岩、麻粒岩和孔兹岩的锆石记录的年龄吻合.另外本次样品中未发现新元古代的锆石年龄,而狼山西部新元古代年龄代表了阿拉善地块的典型岩体年龄(Wang et al, 2016),因此其不可能作为塔然高勒地区直罗组物源.

      • 鄂尔多斯盆地北部发育大规模晚古生代和中-晚三叠世后碰撞花岗质侵入体(张拴宏等,2010),在盆地以北的乌拉山-大青山和狼山地区均有出露,且以中酸性岩浆岩为主.比如:乌拉山地区大桦背岩体时代为330 Ma(王梁等,2015),大青山地区哈拉少岩体黑云母二长花岗岩年龄为261.1±0.5 Ma(赵庆英等,2007),乌拉特后旗查干花地区花岗岩年龄为253.3±2.8 Ma(刘翼飞等,2012),包头东正长岩年龄为214.7±1.1 Ma(牛晓露等,2016),乌拉山地区沙德盖黑云母正长花岗岩锆石年龄为221.6±2.1 Ma(侯万荣等,2011),白云鄂博-达茂旗花岗岩带锆石年龄为227 Ma(陶继雄等,2003),乌拉特后旗赛乌素南二长花岗岩年龄为239±1 Ma(张拴宏等,2010).

        研究区255~314 Ma的碎屑锆石年龄,与大青山-乌拉山、阴山地区形成于二叠纪的中酸性侵入岩年龄较为一致.值得注意的是,在UZK45钻孔的直罗组下段下亚段砂岩中发现了三叠纪的碎屑锆石,获得212 Ma、248 Ma的锆石年龄;而张龙等(2016)在大营、纳岭沟地区测得显生宙碎屑锆石U-Pb年龄主要集中在251~457 Ma,陈印等(2017)在纳岭沟地区采集的碎屑锆石缺乏250~200 Ma的记录,雷开宇(2017)仅在大营、纳岭沟地区的白垩系中发现230~240 Ma年龄段锆石,前人在直罗组下段砂岩中均未发现三叠纪的碎屑锆石,因此认为印支期的地质体在中侏罗世直罗组沉积期并未抬升至地表为盆地提供物源;而塔然高勒地区直罗组下段砂岩中出现了少量三叠纪碎屑锆石,说明直罗组沉积期印支期地质体已经出露地表,但并未大面积裸露,所提供的物源贡献较小.换言之,从晚古生代华北板块与西伯利亚板块闭合碰撞到中侏罗世直罗组沉积期之间应存在重要的构造变动.从晚古生代以来,盆地北部经历了持续的碰撞造山作用,除了形成单一的隆升拱起还发生了冲断与褶皱作用,基底结晶岩系广泛剥露,同时还有部分华力西期、印支期侵入岩在直罗组沉积前被抬升至地表并遭受剥蚀,从而为盆地内部增加了来自蚀源区印支期侵入岩的物源,这些印支期岩浆岩年龄与研究区直罗组砂岩中三叠纪锆石年龄较为接近.故推测研究区该时期的碎屑锆石可能主要来自乌拉山和阴山等地区的印支期侵入岩.

        值得注意的是,样品UZK50GS1中(150~400 Ma)测点所占权重为13.3%,相比UZK45GS1(占比5.0%)明显增加,而1 500~2 800 Ma年龄的占比随之减少,即研究区西部UZK50钻孔中的直罗组下段上亚段年轻碎屑锆石数量比东部UZK45钻孔直罗组下段下亚段的多,说明钻孔UZK45和UZK50中直罗组下段的物源组分随北部造山带的持续隆升和剥蚀发生了一些变化,古生代和中生代侵入岩体提供物源的占比逐渐增大.

        另外,笔者在塔然高勒UZK50钻孔直罗组砂岩中发现了2粒157 Ma、160 Ma的锆石,与直罗组沉积的时代基本一致,其Th/U值分别为0.39和0.48,但锆石韵律环带不太清晰;陈印(2017)张龙(2016)在纳岭沟地区也发现了159~168 Ma的极少量碎屑锆石,呈不规则棱角状,具有弱的岩浆环带,Th/U值为0.65~1.05.目前关于该阶段碎屑锆石的存在有两种解释(陈印等,2017),一种为阴山-燕山地区发育大量侏罗系盆地,并分布一系列火山岩,经剥蚀搬运提供了物源;另一种是盆地内部在中侏罗世直罗组时期经历了一次火山活动(赵宏刚,2005),提供了物源和热流体运移条件.这两种解释还需进一步研究证实.

      • (1)物源区岩石类型分析表明, 塔然高勒地区直罗组下段源岩主要来自大陆上地壳,物源区岩石类型主要为长英质沉积岩,并伴有中性岩浆岩;主量、微量元素,REE特征值及REE标准化配分曲线显示,研究区直罗组下段的构造背景为活动大陆边缘-大陆边缘弧环境.

        (2)研究区直罗组下段砂岩的碎屑锆石年龄呈150~400 Ma、1 500~2 000 Ma、2 200~2 600 Ma三个区段展布,并以中元古代中期-早元古代晚期(1 500~2 000 Ma)为主;与源区同位素年代学的对比研究结果显示,古元古代-中元古代锆石(2 000~1 500 Ma)主要来自于鄂尔多斯盆地北部的大青山-乌拉山等地区的孔兹岩、TTG片麻岩、麻粒岩和镁铁质-超镁铁质层状侵入岩以及部分阴山、阿拉善东缘的片麻岩、花岗闪长质侵入体;2 500~2 200 Ma阶段的锆石则来自于阴山、狼山、乌拉山-大青山等地区的片麻岩、麻粒岩和孔兹岩;150~400 Ma阶段的碎屑锆石,源区对应的是大青山-乌拉山、阴山地区形成于华力西期、印支期的中酸性侵入岩.

        (3)研究区直罗组下段发现三叠纪碎屑锆石,表明三叠纪时期直罗组下段沉积时印支期侵入岩已被抬升至地表提供了物源,直罗组下段上亚段的年轻物源组分比例比下亚段的大;直罗组下段砂体展布特征清楚反映了研究区及相邻铀矿床由北向南的物源供给方向.

        附表见本刊官网(http://www.earth-science.net).

    参考文献 (71)

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