Provenance Composition of the Early Late Triassic, Northwestern Ordos Basin: Indications from Detrital Zircon U⁃Pb Ages

鄂尔多斯盆地西北缘位于我国东、西两大构造域的衔接地带，处于鄂尔多斯地块、阿拉善地块、走廊过渡带与秦—祁造山带等不同构造单元结合部位，是探讨华北克拉通、阿拉善地块、秦祁造山带等构造单元的地质构造特征和构造属性的天然窗口。近年来，众多学者对盆地西缘构造及其演化进行了大量研究并取得了较好的成果^[1⁃7]。但是，在盆地的西北缘晚三叠世沉积物源研究方面，依旧存在较大争议。白云来等^[8]、张维^[9]、王世虎等^[10]、赵红格等^[11]运用常规矿物成分分析、重矿物特征研究、古水流测量等方法对鄂尔多斯盆地西北部物源研究后认为其主要来自西北方向的阿拉善古陆；杨华^[12]则认为晚三叠世研究区北部贺兰山地区主要由巴彦浩特地区提供物源，阿拉善地块为次要物源区；魏红红等^[13]则持相反观点，其根据贺兰山汝箕沟地区存在自东向西的古水流而认为研究区存在东部的物源。因此，长期以来鄂尔多斯盆地西北缘物源存在争议，一直限制着对鄂尔多斯盆地的原盆恢复、沉积边界和岩相古地理等问题的深入刻画。本文在前人研究的基础上，选择西北缘不同地区上三叠统延长组下部地层中的砂岩样品作为研究对象，通过碎屑锆石U⁃Pb年代学测试，进行沉积物源在空间上的对比分析，进而为盆地西北缘晚三叠世早期盆山耦合关系研究提供年代学依据。

鄂尔多斯盆地西北缘整体上呈南北向展布，北隔河套地堑与天山兴蒙褶皱带相望，西北部与阿拉善地块相邻，东连鄂尔多斯盆地，西南部则与祁连—秦岭造山带相接，处于不同性质构造单元的结合部位，构造环境比较复杂（图1）。鄂尔多斯地块西缘的构造型式是以逆冲推覆构造为主。以青铜峡—固原断裂为界，其东为向东逆冲的南北向构造带，其西为向东北逆冲的六盘山构造带。本区北部位于华北克拉通内，西南部则位于秦祁地槽的边缘。中元古代至早古生代时，本区为三叉裂谷发育阶段，北部是贺兰拗拉槽，南部为被动大陆边缘。晚期加里东和早期海西运动时，秦祁海槽开始俯冲和碰撞，在其北侧形成了晚古生代的前渊和碰撞裂谷。到了中、新生代，由于受挤压和右旋剪切作用的影响，西缘地区形成了南北向逆冲构造带及其雁列构造。至第三纪末，受喜山运动的影响，印度和欧亚板块强烈碰撞，青藏高原隆起，并产生许多逆冲带，六盘山弧形逆冲构造带就是其中之一^[14]。

Figure 1.  Geological sketch of the northwestern Ordos Basin

研究区主要出露古生界（Pz）、中上三叠统（T₂⁃T₃）、中侏罗统（J₂）、上白垩统（K₁）和第三系—第四系（R⁃Q），地层发育较全。鄂尔多斯盆地上三叠统延长组地层自下而上划分为五段，将铜川组（T₂ t）做为延长组下部^[15]。盆地西北缘上三叠统延长组残留厚度较大，在贺兰山地区厚度接近3 km^[16]。晚三叠世地层在鄂尔多斯盆地西北缘贺兰山汝箕沟、插旗沟、炭井沟以及西缘中部磁窑堡等地区均有出露（图1）。

本次主要针对晚三叠世早期的物源展开研究，共采集不同地区的3件样品（图1，2），分别为：西北缘贺兰山北部插旗沟上三叠统下部延长组黄灰绿色细粒长石石英砂岩（15CQK08）；贺兰山南部炭井沟延长组下部黄绿色中粒长石石英砂岩（16TJG01）和西缘中部磁窑堡地区中三叠统铜川组（相当于延长组下部）灰白色长石石英砂岩（17CYB04），每件样品重约5 kg。

Figure 2.  Lithology and sampling position of (a) Chaqigou, (b) Tanjinggou, and (c) Ciyaobaoin areas in the northwestern Ordos Basin

测试方法：首先是碎样和锆石的分选，利用常规浮选和磁选方法选出锆石单矿物，然后在双目镜下随机地挑选锆石并整齐粘于双面胶上，再用环氧树脂灌注成激光样品靶；将其抛光处理后进行锆石样品的反射光、透射光、阴极发光（CL）照相，以选定最合适的锆石颗粒和激光剥蚀位置^[17]。锆石的制靶、反射光、透射光、阴极发光（CL）照相以及锆石激光剥蚀—等离子质谱（LA⁃ICP⁃MS）U⁃Pb定年测试分析均在西北大学大陆动力学国家重点实验室进行，详细测试分析步骤详见参考文献[18]。

使用Glitter软件对数据进行处理。关于年龄选取，若²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄>1 000 Ma，谐和度计算公式为：100×（²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb年龄）/（²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄），并以²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb年龄作为锆石表面年龄；若²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄<1 000 Ma，谐和度计算公式为：100×（²⁰⁷Pb/²³⁵U年龄）/（²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄），并以²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄作为锆石表面年龄^[19]。使用Isoplot（ver3.0）程序^[20]绘制锆石U⁃Pb年龄谐和图、频率分布直方图，其中锆石的峰值年龄采用加权平均方法计算。

锆石阴极发光（CL）图像显示（图3），3件样品碎屑锆石颗粒以棱角状和次棱角状为主，粒径变化范围较大，集中在40~270 μm，磨圆和分选均较差。部分锆石具有较窄的震荡环带，显示岩浆锆石的特征；部分锆石具有明显的核幔结构，且边部具有宽窄不一的浅色增生边，显示为变质锆石；部分锆石发光性较弱，且内部结构较为均一，无震荡环带或核幔结构。

Figure 3.  Cathodoluminescence (CL) images with U⁃Pb ages and test positions of Upper Triassic detrital zircons in the northwestern Ordos Basin:(a)15CQK08;(b)16TJG01;(c)17CYB04

锆石的Th/U值可以判别锆石的成因类型，一般来说，若锆石中Th/U>0.4，则为岩浆锆石，若Th/U<0.1，则为变质锆石^[21⁃23]。15CQK08样品（图4a）中碎屑锆石Th/U介于0.03~1.74，其中57颗锆石Th/U>0.4，约占67.9%，仅有4颗锆石的Th/U<0.1；16TJG01样品（图4b）锆石的Th/U分布在0.02~1.92，其中61颗锆石Th/U>0.4，约占71%，仅有3颗锆石的Th/U<0.1；17CYB04样品（图4c）锆石的Th/U>0.4的有67颗，约占78%，仅2颗锆石的Th/U<0.1。因此，从Th/U值判断，3件样品中的碎屑锆石主要为岩浆成因，极少部分为变质成因。

Figure 4.  U⁃Pb ages and Th/U values for Upper Triassic detrital zircons in the northwestern Ordos Basin

15CQK08样品共获得84颗锆石年龄，其中谐和度处于90%~110%的有80颗（图5a）。对于谐和度符合要求的锆石年龄进行统计，15颗锆石分布在新太古代—古元古代早期（2 590.9~2 269.6 Ma），占18.8%，锆石峰值年龄为2 434 Ma；53颗锆石分布于古元古代中晚期（2 121.2~1 776 Ma），占66.3%，峰值年龄为1 919 Ma；3颗锆石位于早古生代（479.4~440.9 Ma）；9颗锆石年龄分布在395.9~245.1 Ma，峰值年龄为282 Ma，属晚古生代，占11.3%（图5b）。

Figure 5.  U⁃Pb age concordia diagrams and histograms for Upper Triassic detrital zircons in the northwestern Ordos Basin

16TJG01样品获得86颗锆石年龄，其中谐和度处于90%~110%的有79颗（图5c）。其中，20颗锆石年龄分布于新太古代—古元古代早期（2 610.1~2 207 Ma），占25.3%，峰值年龄为2 407 Ma；42颗锆石分布于古元古代中晚期（2 144.9~1 667 Ma），占53.2%，该期锆石峰值年龄为1 946 Ma；1颗锆石位于中元古代，锆石的²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb年龄为1 599±29 Ma；16颗锆石分布于古生代（457.5~272.4 Ma），占20.3%，其中以石炭纪和二叠纪为主，峰值年龄为317 Ma（图5d）。

17CYB04样品获得86颗锆石年龄，其中谐和度处于90%~110%的有83颗（图5e）。样品中碎屑锆石年龄分布与前两件样品具有相似的峰值，只是在各个时期分布的频率有所差异。其中，21颗锆石分布于新太古代—古元古代早期（2 564.4~2 204.3 Ma），峰值年龄为2 432 Ma，占25.3%；57颗锆石分布于古元古代中晚期（2 171.8~1 731.5 Ma），占68.7%，该期峰值年龄为1 886 Ma；5颗锆石分布于晚古生代，占6%：其中，1颗早泥盆世410±36 Ma；2颗分布于石炭纪，年龄分别为316.3±18.5 Ma和322.6±67.47 Ma；2颗分布于二叠纪，年龄分别为293±10.5 Ma和286.8±35.2 Ma，该期年龄峰值较弱，为305 Ma（图5f）。

沉积盆地中地层的沉积物，可能来源于同一物源区，也可能来自不同物源区。若源区相同，碎屑锆石年龄的分布具相似性；若源区不同，则在年龄谱上存在明显的差异^[24]。通过对沉积物中锆石年龄研究来获取物源区锆石年代学信息，结合周缘岩体出露情况及构造演化特征，进而有助于判定研究区某一时期的沉积物源区^[25]。

为了确定鄂尔多斯盆地西北缘晚三叠世早期沉积物源，笔者统计了近年来前人对盆地周缘不同地区已经发表的共计5 077个同位素测年数据。在空间分布上，数据主要来自于阿拉善地块、华北板块西部基底、孔兹岩带和祁连造山带（图1），基本上反映了研究区周缘不同地区物源的时空分布特征。

在地质构造位置上，阿拉善地块位于华北板块、塔里木板块和兴蒙造山带的接壤部位，涉及地区主要为祁连山以北，贺兰山以西和中国北方造山区以南的地区，其大致呈三角形，断块东界为贺兰山西麓断裂带，南缘以龙首山断裂带与河西走廊过渡带相邻，由于所处位置的特殊性，因而伴随有大量的构造运动而引起的岩浆活动，既有大规模的岩浆侵入，亦有强烈的火山喷发、溢流，岩浆岩的分布极为广泛^[26]。阿拉善地块的岩浆岩不仅分布广泛而且各个时代均有出露，但以晚古生代的侵入岩为主：阿拉善北部宗乃山—沙拉扎山带大面积发育的中酸性和酸性侵入岩年龄主要集中在250.8±3.3~273.5±4.2 Ma^[27]，在内蒙古巴彦乌拉地区获得流纹岩中锆石年龄分别为307.1±6.3 Ma和308.9±1.8 Ma^[28]，内蒙古阿拉善北缘沙拉扎山温都尔毛道黑云母花岗闪长岩锆石U⁃Pb年龄为301±2 Ma^[29]；阿拉善北部庆格勒地区布的花岗岩类的年龄集中在275±1~321±1 Ma^[30]，阿拉善地块北部的朱拉扎嘎毛道地区发现的球粒流纹岩中锆石U⁃Pb年龄为240~325 Ma^[31]，内蒙古阿拉善地块的诺尔公花岗岩、毕级尔太山花岗岩、哈布达哈拉山石英斑岩、牙马图花岗岩体、迭布斯格花岗岩体和呼伦西白花岗岩形成年龄集中在273.3~304.7 Ma^[32]，内蒙古阿拉善北部诺尔公地区的辉长岩、闪长岩和花岗岩的年龄主要集中在（274.4±2.2~288.71±0.94）Ma^[33]。此外，近年来，在阿拉善地块也发现了许多古元古代中晚期的岩浆变质事件，如阿拉善地区东部的迭布斯格岩群中透辉二长片麻岩和黑云斜长片麻岩的锆石年龄分别为1 939±16 Ma和1 970±8 Ma^[34]；阿拉善庆格勒图地区的黑云斜长片麻岩锆石年龄为1 826±13 Ma^[35]；阿拉善地块西南缘龙首山岩群原岩沉积时限为1 890~2 010 Ma^[36]。笔者对前人在阿拉善地区进行的锆石测年数据进行统计分析后显示，该地区主要存在280~300 Ma和1 800~2 000 Ma这两个较强的峰值年龄事件（图6）。

Figure 6.  Age comparisons for detrital zircons in the study area and surrounding areas

Zhao et al. ^[55⁃57]综合各种研究成果，将华北克拉通分为东西两大陆块以及中部碰撞构造带。前人研究表明，在华北克拉通西部不同地质单元基底岩石中均存在2 450~2 550 Ma的岩浆活动，同时伴随大量的变质岩类，此后在1 850~1 950 Ma期间，沿鄂尔多斯地块北部的孔兹岩带和东部的中部构造带均发生顺时针P⁃T演化轨迹的变质作用^[58]，证明~1 950 Ma鄂尔多斯地块相继与北部阴山地块和东部陆块碰撞拼合为一体。因此，华北克拉通西部基底具有清晰的~2 500 Ma和~1 900 Ma锆石峰值年龄记录（图6）。

孔兹岩带位于鄂尔多斯地块与阴山地块之间，由东向西沿集宁—大青山—乌拉山—千里山—贺兰山一带展布，长度约为1 000 km^[59]。按照其出露情况，可大致分为东段的集宁地区，中段的大青山—乌拉山地区和西段的贺兰山—千里山地区^[60]，大部分地区的岩石组合主要为基性麻粒岩、少量TTG片麻岩、紫苏花岗岩和S型花岗岩等^[39]。近年来，在孔兹岩带获得了大量的锆石年代学数据：集宁地区大理岩形成于（1 852±15~2 091±20） Ma^[61]；乌拉山地区诺尔音S型花岗岩的结晶年龄为（1 863±17~1 891±14） Ma^[62]；贺兰山北段牛头沟地区似斑状花岗岩中锆石U⁃Pb年龄为1 922±31 Ma^[63]，花岗闪长岩形成于1 950±8.9 Ma^[64]，S型花岗岩年龄为1 958±30 Ma^[65]，石榴云母二长片麻岩的锆石年龄为1 978±17 Ma^[66]，同区西北侧赵池沟组变质沉积岩成岩时间为1 960~1 990 Ma^[49]，宗别立岩组含石榴矽线黑云二长片 麻岩锆石年龄分布于1 800~2 150 Ma^[47]。此外，前人的研究成果显示孔兹岩带存在~2 500 Ma的峰值年龄事件^[58,67⁃68]（图6）。

祁连造山带是早古生代末期受加里东运动影响，柴达木微板块、中祁连地块和阿拉善地块碰撞形成的冲断褶皱造山带，其主要分为河西走廊带、北祁连带、中祁连带和南祁连带四个二级构造单元^[69]。目前，研究结果表明，祁连地区的构造岩浆事件主要集中在加里东期：走廊地区的侵入岩同位素年龄集中在395~464 Ma；北祁连侵入岩同位素年龄为443~488 Ma；中祁连侵入岩年龄为397~443 Ma；南祁连侵入岩同位素年龄为427 Ma左右^[69]。此外，祁连地区还存在少量新元古代、中元古代以及古元古代—新太古代的构造岩浆峰值年龄事件（图6）^[51,70]。

3件样品该时期U⁃Pb年龄主要分布范围为2 204.3~2 610.1 Ma，在样品谐和年龄中分别占18.8%、25.3%和25.3%，且主峰值年龄为~2 500 Ma（图5）。前人研究发现，华北克拉通早前寒武纪基底广泛发育~2 500 Ma构造热事件^[71]，且~2 500 Ma的岩石占太古代出露基底的85%^[72]。前人报道，华北克拉通地区广泛分布~2 500 Ma的TTG岩石^[73]，且其变质基底中广泛出露的正片麻岩的形成年龄主要集中在2 490~2 540 Ma^[74]；华北克拉通中部吕梁地区的吕梁群和界河口群的发育时限分别为2 520~2 690 Ma和2 400~2 600 Ma^[75]，五台山地区的高凡群、滹沱群和东焦群中的锆石均具有~2 500 Ma的年龄峰值^[76]；华北克拉通西北部阿拉善地块北大山岩群中的花岗闪长质片麻岩的形成年龄为2 522±30 Ma^[77]。因此，研究区古元古代早期—新太古代这期的锆石年龄与新太古代末华北克拉通化基本完成而伴生的构造岩浆事件密切相关，华北板块西部基底中的岩浆岩和变质岩是研究区古元古代早期—新太古代锆石的主要碎屑来源。

此时期研究区样品的锆石年龄主要在1 667~2 171.8 Ma，在总谐和年龄中分别占到66.3%、53.2%和68.7%的较大比例，且共同存在1 886~1 946 Ma的峰值年龄（图5）。据前人研究，华北克拉通的阴山陆块和鄂尔多斯陆块在~1 950 Ma发生碰撞并形成了西部陆块，其后在~1 850 Ma西部陆块与东部陆块发生碰撞拼合形成了华北克拉通结晶基底^[59]，且这两期事件正好与孔兹岩带古元古代晚期的两期构造热事件相吻合^[34]。研究区古元古代锆石年龄与华北克拉通基底三大陆块之间相互碰撞拼合的时间相吻合，因此，该组锆石年龄与鄂尔多斯陆块和阴山陆块碰撞拼合形成的孔兹岩带内的岩浆变质事件以及华北克拉通北缘阿拉善地块古元古代中晚期的岩浆变质事件密切相关，孔兹岩带和阿拉善地块大量的变质岩和岩浆岩共同在古元古代时期为研究区提供物源。

研究区3件样品碎屑锆石U⁃Pb年龄集中245.1~322.6 Ma，分别占到总谐和年龄的11.3%、20.3%和6%（图5）。前人研究表明，在早石炭世晚期—中二叠世（330~265 Ma），由于古亚洲洋向华北板块强烈俯冲^[78]，在阿拉善地区广泛分布诺尔公、红古尔玉林、哈拉托洛海、少勒套海、牙马图—迭布斯格等一系列花岗岩^[26]。此外，由于阿拉善地块上缺失古生代的沉积，并且在本区广泛分布的花岗岩类岩石在早古生代和晚古生代早期也处于稳定状态，没有发生明显的花岗岩化作用，同时阿拉善地块长期的隆起，也就是长期被剥蚀，使得其成为外围沉积区域陆源碎屑物质的来源之一^[26]。前文所述阿拉善地块的构造岩浆事件及所测得岩浆岩体中锆石的年龄与鄂尔多斯盆地西北缘晚三叠世碎屑锆石年龄具有较好的一致性，因此，研究区晚古生代锆石主要来自阿拉善地块海西期的岩浆岩。

从岩相古地理图中可以看出（图7），晚三叠世早期鄂尔多斯地区周缘被古陆块或者褶皱造山带所围限，它们是盆地内众多沉积体系的物源供给者，再者由于此时期鄂尔多斯地区主要发育湖泊—三角洲沉积体系^[79]，周缘较为发育的河流体系为研究区带来了丰富的碎屑物质，其中阿拉善古陆和北部的造山带为主要的物源区。

Figure 7.  Lithofacies and paleogeography of the early Late Triassic in the Ordos Basin and surrounding areas (modified from Liu et al.^[79])

综上分析可知，鄂尔多斯盆地西北缘晚三叠世早期沉积物源具有多地区和多时期的特点，研究区为一混源区。结合研究区周缘地区的构造演化背景以及锆石年龄分布特征，笔者认为华北板块西部基底、阿拉善地块以及孔兹岩带均为研究区提供物源，值得注意的是在不同时期物源的供给存在一定的差异。在古元古代早期—新太古代，在华北克拉通主要经历了主要陆壳生长事件、克拉通化事件以及古元古代造山事件^[80]，这一系列事件导致了构造岩浆及变质事件的发生，因而在华北克拉通西部基底保存有大量这一时期的岩浆岩和变质岩^[58]，可为研究区提供~2 500 Ma峰值年龄的锆石，到了古元古代中晚期，华北克拉通三大陆块之间先后发生碰撞及拼合，在华北克拉通西部陆块展布一条长度1 000 km以上的孔兹岩带^[59]，且其长期为隆起区，发育大量古元古代的变质岩和岩浆岩，可为南部地区源源不断提供物源。从锆石年龄谱中可以看出，阿拉善地块存在500~1 500 Ma的锆石年龄段，而研究区三件样品无一出现这一阶段锆石年龄，这是由于仅阿拉善地块东缘的巴音诺尔公地区和西南缘的龙首山零星存在这一阶段的锆石年龄^[81⁃83]，阿拉善地块的其余大部分地区500~1 500 Ma这一阶段年龄较少，而古元古代早期—新太古代末期、古元古代以及晚古生代这三个阶段的锆石年龄较多^[27⁃36]。研究区的碎屑锆石也缺乏加里东期的锆石年龄，因而推断其西南缘的祁连造山带对研究区的物源供给影响较小。此外，从研究区锆石年龄谱中可以看出，研究区有来自晚古生代这一时期的物源供给，结合阿拉善地区的构造演化背景，其在整个中生代都处于隆升的状态，且除少量二叠纪火山岩外几乎缺失整个古生代和三叠纪沉积^[84]，因而可以为研究区提供晚古生代这一期的物源。

（1） 鄂尔多斯盆地西缘晚三叠世碎屑锆石U⁃Pb年龄可分为三组：古元古代早期—新太古代（2 204.3~2 610.1 Ma）、古元古代（1 667~2 171.8 Ma）和晚古生代（245.1~322.6 Ma），其中以古元古代年龄为主。

（2） 鄂尔多斯盆地西北缘晚三叠世碎屑锆石的三组年龄分别与新太古代末华北克拉通化的基本完成、古元古代晚期华北克拉通三大陆块（阴山陆块、鄂尔多斯陆块和东部陆块）之间的相互碰撞拼合以及晚古生代古亚洲洋向华北板块俯冲而形成的构造岩浆事件相对应。

（3） 通过与周缘不同地区碎屑锆石年龄对比和岩相古地理分析得知，鄂尔多斯盆地西北缘晚三叠世早期物源来自北部和西北部地区，主要为古元古代孔兹岩带和阿拉善地块的变质岩和岩浆岩，其次为华北板块西部基底的岩浆岩和阿拉善地块海西期的岩浆岩。