鄂尔多斯盆地西南缘崆峒山组砾岩中的碎屑锆石LA-ICP-MS U-Pb定年及其构造意义

杨华,辛补社,付金华,姚泾利,王多云

1) 中国石油长庆油田公司,西安,710018；2) 低渗透油气田勘探开发国家工程实验室,西安,710018； 3) 北京师范大学资源学院,北京,100875

内容提要：甘肃省平凉崆峒山地区是崆峒山组地层命名所在地,该套地层主要由大套红色砾岩层组成,通常称为崆峒山组砾岩。长期以来,对崆峒山组砾岩的成因、形成时代和物源存在争议。本文选取崆峒山组砾岩层中的3块砾石为研究对象,运用LA-ICP-MS方法对砾石样品中的碎屑锆石进行了年代学研究。结果表明,崆峒山组砾岩碎屑锆石年龄谱可分为380～479Ma、561～1198Ma、1285～1982Ma、2319～2612Ma和2714～2764Ma共5个年龄区间。依据崆峒山组砾岩碎屑锆石年龄谱分布特征,以及前人研究成果,认为崆峒山组砾岩的主要物源来源于秦祁造山带,少量来源于阿拉善地块和鄂尔多斯地块。崆峒山组砾岩的沉积时代为中三叠世至晚三叠世,崆峒山组砾岩是秦祁造山带造山过程的沉积响应,而非板内造山带的产物。

崆峒山组砾岩是指分布于鄂尔多斯盆地西南缘崆峒山、泾河峡谷、大台子等地区,以崆峒山地区为代表的一套红色粗砂砾岩系(甘肃省地质矿产局,1989,1997)。在大地构造位置上,该套岩系位于西秦岭—祁连山与贺兰山—六盘山断褶带的交叉部位,大地构造位置十分重要,使其成为研究鄂尔多斯盆地中生代地层、沉积相和构造演化时不可回避、必须涉及的问题(刘化清等,2006；宋立军等,2009)。长期以来,研究者从不同角度对其进行了研究,得出一些重要的成果,但目前分歧依然颇多。首先,对崆峒山组砾岩的成因环境存在分歧,一种观点认为其形成与盆地西缘逆冲推覆体相关(陈刚,1999；王宏强,2001)；另一种观点认为其形成与盆地南缘的秦祁造山带有关(刘和甫,2001；刘池洋等,2005；刘化清等,2006；赵红格等,2007)。其次,对于崆峒山砾岩的沉积时代,有晚二叠世(刘绍龙,1957)、中三 叠至晚三叠世(甘肃省地质矿产局,1997)、晚三叠世(刘化清等,2006；宋立军等,2009)、晚侏罗世(康立权,2009)和早白垩世❶等不同的观点。对于崆峒山组砾岩的来源,也有不同的认识(刘化清等,2006；赵文智等,2006；杨华等,2011)。

利用碎屑锆石年龄分布特征以及Hf同位素,来确定沉积物的物源、沉积时代和探讨区域构造演化等方面起着越来越重要的作用(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；张进等,2012)。近期研究表明,华北克拉通西部陆块西南部在早白垩世岩石圈已发生减薄(张宏法等,2012),在中三叠世可能暗示已活化(翁凯等,2012)。崆峒山组砾岩作为鄂尔多斯盆地西南缘及周边地块构造演化的产物,记录和保存了秦祁造山带的隆升剥蚀过程,以及华北克拉通西部陆块活化等地质信息,对其进行碎屑锆石U-Pb年代学研究,对确定崆峒山组砾岩的形成环境、沉积时代和物质来源,并最终为解释盆地西南缘的沉积边界、古地理和盆地构造属性,以及对了解西秦岭—北祁连山造山带的造山过程,华北克拉通的破坏,均有重要地质意义。

1 地质背景

崆峒山组地层单元源于崆峒山系,为毕庆昌和徐铁良二位学者于1944年手稿命名。崆峒山系以岩性之不同,可以分为上下两部分。下部主要为紫红色砂岩、页岩、砂质页岩及粘土岩,厚度在300m左右；上部主要为砾岩,偶夹薄层紫红色砂岩,砾岩以灰色矽质石灰岩为主,石英岩及砂岩亦常见,砾石大小不等,排列无序,多具半棱角或者半圆形,胶结物为紫红色粘土及灰质,胶结结实,据毕庆昌和徐铁良二人估计,其厚度约在700～2000m之间,著名的崆峒山即由此岩系组成(刘绍龙,1957)。崆峒山组(系)砾岩分布于鄂尔多斯盆地西南缘的崆峒山、泾河峡谷、十万沟、大阴山、大台子等地区,以崆峒山为代表的一套红色粗碎屑砂砾岩系,其上被六盘山群三桥组紫红色砾岩不整合覆盖,其下与上二叠统石千峰组褐红色砂页岩整合、假整合接触(甘肃省地质矿产局,1989,1997)。

崆峒山组砾岩为一典型冲积扇相沉积,具有进积式冲积扇序列,序列下部为紫红色、灰紫色细砂岩、含砾砂岩互层,具有大型槽状交错层理或者块状层理,为扇中辫状河、碎屑流沉积；序列上部为紫红色、紫褐色、灰褐色及灰黄色砾岩,不显示层理,具有反序粒特征,越往序列上部,粒径越大,分选性越差,含泥增多,粒径最大可达50～80cm,为典型的扇根碎屑流沉积(彭荣华❷；付金华等,2005)。

宋立军等(2009)曾对崆峒山组砾岩中的砾石成分垂向分布特征进行了详细研究,崆峒山组砾岩地层底部砾石成分多为砂岩砾石(80%),石英岩砾石(12%)与灰岩砾石(8%)较少,其中砂岩砾石以红色砂岩砾石为主(64%),灰绿色砂岩砾石较少(16%)；崆峒山组砾岩地层中上部,砾石成分以灰岩砾石为主,占70%以上,砂岩砾石、白云岩砾石和石英岩砾石较少,分别占整个砾石的14%、9%和7%；崆峒山组砾岩地层上部,砾石成分以灰岩砾石为主,占整个砾岩砾石的77%左右,其次为白云岩砾石(10%)、砂岩砾石(7%)和石英岩砾石(6%)。显然,崆峒山组砾岩地层底部以砂岩砾石为主,中上部地层以灰岩砾石为主。对于砂岩砾石的来源,刘化清等(2006)认为主要来源于下二叠统山西组砂岩；赵文智等(2006)则认为其主要源于中二叠统下石盒子组。对于灰岩砾石的来源,二位学者均认为源于中奥陶统三道沟灰岩(刘化清等,2006；赵文智等,2006)。杨华等(2011)则认为崆峒山组砾岩主要源于下伏地层和秦祁造山带。

2 样品与分析方法

考虑到崆峒山组砾岩地层上下部砾石成分的差异,本次共采集3块砾石样品,其中2块采集于崆峒山组砾岩地层的底部,样品编号分别为KT-2和KT-4,岩性均为砂岩砾石,采集于崆峒山景区客运中心去往崆峒山东门售票处的泾平公路边的野外露头,其中KT-2采样点地理坐标为N35°33′42.62″、E106°31′33.45″；KT-4采样点地理坐标为N35°33′42.09″、E106°31′32.99″。第3块样品采于崆峒山景区"上天梯"景点附近的小路边露头,样品编号为KT-8,岩性为花岗岩砾石,采样地点地理坐标为N35°32′56.29″、E106°31′0.49″。这3块砾石样品的具体采样位置和采样层位参见图1。

锆石的挑选是在河北省廊坊市区域地质调查院,进行专业化锆石挑选工作。挑选好的锆石送往北京离子探针中心,进行拍照和制靶等工序,具体制靶流程参考宋彪等(2002)的文献。锆石U-Pb同位素年龄的测定是在中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室(GPMR)完成的。激光剥蚀系统为GeoLas2005,ICP-MS为Agilent 7500a,激光束斑为32μm,激光剥蚀过程采用氦气作为载气,氩气作为补偿气,并在等离子体气流中加入少量氮气,以提高仪器的灵敏度、降低检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)的方法进行同位素比值校正,U-Pb定年采用锆石标准91500作为外标,进行同位素分馏校正,每隔分析5个样品点,分析2次91500。锆石标准91500的U—Th—Pb同位素比值依据Wiedenbeck等(1995)的文献。数据处理采用软件ICPMSDataCal完成(Liu Yongsheng et al. , 2008),详细仪器操作流程和数据处理方法见Liu Yongsheng等(2008,2010a, 2010b)的文献。单个数据的误差为1σ,样品年龄加权平均值的误差为2σ。锆石U-Pb谐和图和年龄分布直方图的绘制、以及年龄加权平均值的计算采用Ludwig(2003)博士编写的Isoplot软件完成。文中数据排除不谐和度>10%的测试点。对于<1000Ma的锆石颗粒采用206Pb/238U年龄,对于>1000Ma的锆石颗粒采用更准确的207Pb/206Pb年龄。

3 分析结果

样品KT-2、KT-4和KT-8中的碎屑锆石各测点的U、Th、Pb含量及Th/U比值,U-Pb表面年龄详见表1,锆石U-Pb年龄谐和曲线与年龄直方图见图2,代表性锆石颗粒阴极发光照片见图3。

样品KT-2：镜下观察样品KT-2中的锆石颗粒呈现浅黄色或者无色透明,晶形以次圆和次棱角状为主,长柱状锆石颗粒很少见,暗示锆石颗粒可能经历长距离搬运,或者经历多期沉积旋回。锆石颗粒大小介于50～100 m之间。锆石的Th含量为0.7×10-6～2423×10-6,U含量54×10-6～3975×10-6,Th/U比值为0.01～2.3,平均值0.77。锆石CL图像显示多数锆石颗粒具有弱的震荡坏带、均色或者不规则分带结构,有的也见增生边结构(图3)。本次随机对66颗锆石进行了分析,其中有5颗锆石U-Pb年龄谐和度较低(<90%),未参与讨论,其余61颗锆石的年龄为有效数据。直方图统计结果显示(图2b),锆石U-Pb年龄变化介于458±6～3375±31Ma之间,分为458～698Ma、800～1334Ma、1489～1810Ma和2319～2612Ma共4个年龄区间。458～698Ma年龄区间有8粒锆石,占13.11%,峰值年龄为628Ma,次峰值458Ma；800～1334Ma区间有30粒锆石,占49.18%,相对概率峰值年龄985Ma；1489～1810Ma区间有9粒锆石,占14.75%,峰值年龄为1816Ma；2319～2612Ma区间有11粒锆石,占18.03%,峰值年龄为2429Ma。

表1 鄂尔多斯盆地西南缘崆峒山组砾岩中的碎屑锆石LA-ICP-MS U-Pb测年结果Table 1 Detrital zircon LA-ICP-MS U-Pb dating results of Kongtongshan Formation Conglomerate in the southwestern margin of Ordos basin

图2 鄂尔多斯盆地西南缘崆峒山组砾岩样品KT-2(a,b)、KT-4(c,d)和KT-8(e,f) 中的碎屑锆石年龄谐和图和直方图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

图3 鄂尔多斯盆地西南缘崆峒山组砾岩样品KT-2、KT-4和KT-8中的代表性碎屑锆石阴极发光照片Fig. 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

样品KT-4：镜下观察锆石也以显示浅黄色或者无色透明,晶形多见浑圆、碎片状,相对于KT-2,该组锆石颗粒偏小,介于30～100 m之间。锆石的Th含量为23.6×10-6～1816×10-6,U含量166×10-6～12185×10-6,Th/U比值为0.02～2.17。随机对58粒锆石进行了U-Pb定年分析,除去测点16、21、29、31等共计11个测点,其余47颗锆石的年龄数据有效。锆石U-Pb年龄变化介于380±6～2714±27Ma,依据该组锆石的年龄分布直方图,可分为380～479Ma、561～1679Ma、1774～1841Ma共3个年龄区间。380～479Ma区间有5粒锆石,占10.64%,相对概率峰值为432Ma；561～1679Ma区间有37粒锆石,占78.72%,相对概率峰值为953Ma；1774～1841Ma区间有3粒锆石,占总数的6.38%,峰值为1841Ma；2颗分散年龄2452±38Ma、2714±27Ma。47颗锆石中除了测点09、10、12、13、22等14个测点的Th/U比值低于0.4,介于0.05～0.39之间,其他33个测试点的Th/U比值介于0.4～2.17之间,多数为岩浆锆石。

样品KT-8：对样品KT-8中的59颗锆石进行了U-Pb定年分析,除去测点57,其余58颗锆石U-Pb年龄为有效数据。锆石U-Pb年龄变化介于1566±56～2176±57Ma,相对概率峰值为1755Ma。58颗锆石的Th/U比值介于0.42～17.33之间,为岩浆锆石。代表性锆石的CL图像见图3,显示核幔结构、弱震荡环带结构或均色。

4 讨论

4.1 物源分析

将3块样品中的碎屑锆石年龄合并进行统计,U-Pb年龄变化介于380±6～3375±31Ma之间。依据崆峒山组砾岩碎屑锆石年龄分布直方图,其年龄可分为380～479Ma、561～1198Ma、1285～1982Ma、2319～2612Ma和2714～2764Ma共5个年龄区间,以及分散年龄2176Ma和3375Ma各1粒锆石,这些年龄分布区间与北秦岭,以及西秦岭大草滩群和北秦岭葫芦河群碎屑锆石年龄分布特征较相似,而与鄂尔多斯地块碎屑锆石年龄分布特征差异比较明显(图4)。

图4鄂尔多斯盆地西南缘崆峒山组砾岩及周围碎屑锆石年龄分布直方图Fig. 4 Histogram of detrital zircons U-Pb ages of Kongtongshan Formation Conglomerate in the southwestern margin of Ordos basin and peripheral region数据来源: 西秦岭大草滩群, 陈义兵等,2010;吴树宽等,2012。 北祁连山东段葫芦河群, 裴先治等,2012。 北秦岭, 第五春荣等,2010; Diwu Chunrong et al. ,2012。 鄂尔多斯地块, 宋立军等,2010；韩天佑等,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年龄区间共有6粒锆石,占总体(166粒)的3.61%,对应早海西期至加里东期构造岩浆热事件的年龄。该组年龄区间中除了锆石KT-4-10的Th/U比值为0.09,为变质锆石,其年龄380±6Ma代表变质年龄外,其余均为岩浆锆石。该颗变质锆石年龄与天水东岔镇一带出露的宽坪群经历的变质热事件年龄383±2Ma较吻合(何世平等,2007a)。加里东期的岩浆活动在西秦岭和北祁连广泛发育,出露于西秦岭天水党川地区的党川花岗岩,侵位于秦岭群和草滩沟群中,其成岩年龄为438±3Ma(王婧等,2008)。出露于西秦岭北缘天水北道区利桥乡以北的百花岩浆杂岩体,主要由辉长岩、闪长岩和石英闪长岩组成,其辉长岩的锆石U-Pb年龄为449.7±3.1Ma,为百花岩浆杂岩的形成年龄(裴先治等,2007a)。出露于陕西凤县唐藏小峪河一带的唐藏岩体中的石英闪长岩,其结晶年龄为454.7±1.9Ma(陈隽璐等,2008),以及分布于祁连山东段的阎家店闪长岩,形成年龄为440.2±0.92Ma(裴先治等,2007b)和441±10Ma(Zhang Hongfei et al.,2006)。清水地区黄门川花岗岩侵位于陇山杂岩群中,形成年龄为440.5±4.4Ma(魏方辉等,2012)。出露于北祁连山东段红土堡的枕状玄武岩和灰绿岩墙,其形成年龄为443.4±1.7Ma和385.7±7.9Ma(何世平等,2007b)。显然,上述这些加里东期岩体有可能参与崆峒山组砾岩的物源供给。鄂尔多斯地块碎屑锆石年龄谱图中也含有380～479Ma年龄段的锆石颗粒(图4),其统计数据来源于Diwu Chunrong等(2012)对鄂尔多斯盆地内部的现代河流(泾河和洛河)所做的碎屑锆石年代学研究。考虑到在早古生代华北地块处于稳定克拉通期,而在其南缘却由于北秦岭洋的关闭,在秦岭—大别一线形成一条加里东期的火山弧(Lerch et al.,1995,1996；李洪颜等,2009)。因此,鄂尔多斯地块所含该年龄区间的锆石颗粒,也应该来源于秦岭造山带,而非鄂尔多斯地块本身。

561～1198Ma年龄区间共有57粒锆石,约占34.34%。该组年龄段主体代表的是新元古代岩浆热事件年龄。出露于北祁连中段玉石沟蛇绿岩中的辉长岩结晶年龄550±17Ma(史仁灯等,2004),以及出露于中祁连东段的花岗岩,形成年龄介于756±2.2～888±2.5Ma之间(雍拥等,2008)。出露于祁连山造山带东段榆中县南兴隆山群火山岩的年龄为1032～1172Ma(徐学义等,2008)。出露于西秦岭天水市新阳—元龙镇的花岗质片麻岩,其形成年龄介于914.7±7.6～981±5Ma之间,出露于北秦岭造山带的木其滩斜长角闪岩,其形成年龄为762.5±4.6Ma(张志国等,2008),及北秦岭宽坪群中的变基性火山岩形成年龄为943Ma(第五春荣等,2010)。上述这些岩体的岩浆活动事件年龄与该组年龄区间较为一致,对崆峒山组砾岩的物源供给有一定贡献。

1285～1982Ma年龄区间共有86粒锆石,占总数的51.8%,该组年龄段的锆石颗粒主要来源样品KT-8中的碎屑锆石。从图4可以看出,该组年龄段所反映的构造岩浆热事件在秦岭和祁连山造山带,以及鄂尔多斯地块(华北地块的一部分)均有响应。王银川等(2012)在祁连山造山带东段古元古界陇山群中新识别出中元古代长宁驿花岗质片麻岩,其形成年龄为1765±57Ma。分布于北秦岭的秦岭岩群,其岩浆成因锆石颗粒的年龄集中在1400～1600Ma和850～950Ma左右,记录了两期主要岩浆活动(杨力等,2010)。分布于秦岭—祁连山结合部位的陇山岩群,主要为一套中深变质的火山—侵入岩和碎屑岩系,存在1.9～1.95Ga的变质热事件,其相应的锆石Th/U比值介于0～0.08(何艳红等,2005)。在华北地块,普遍存在1.85Ga和2.0Ga岩浆热事件活动,代表哥伦比亚超大陆汇聚的完成(赵春国等,2002；赵春国,2009；翟明国,2011；Wilde et al. ,2002；Xia Xiaoping et al. ,2006,2009；Santosh et al. ,2007)。考虑到鄂尔多斯地块基底岩在2035～2030Ma曾有大规模的花岗岩侵位和1850～1630Ma变质热事件(Hu Jianmin et al. ,2013),而在崆峒山砾岩碎屑年龄中基本不存在～2.03Ga锆石颗粒,且～1.85Ga的锆石颗粒均为岩浆成因锆石(表1),而鄂尔多斯地块～1.85～1.63Ga多为变质成因锆石。因此,笔者认为该组年龄段的锆石应该来源秦祁造山带。

2319～2612Ma(12粒)和2714～2764Ma(3粒)年龄区间,这2组年龄区间的锆石颗粒在鄂尔多斯地块、秦祁造山带的基底岩中均有发育(图4)。近2.5Ga是华北地块(包括鄂尔多斯地块)地壳生长的一次快速增长期,有大量的岩浆活动记录(Kusky et al. ,2001；Zhao Guochun et al. ,2002；Wang Zhihong et al. ,2004)。分布于北祁连山的陇山杂岩记录了2.35Ga(2.35～2.4Ga)和2.5Ga(2.45～2.5Ga)2次岩浆事件。在祁连山基底岩和秦岭岩群也存在2.7～3.0Ga年龄的锆石(董国安等,2007；万渝生等,2011)。依据Nd模式年龄分析,鄂尔多斯地块Nd模式年龄介于3.2～2.4Ga之间(Wu Fuyuan et al. ,2005)。据此,鄂尔多斯地块可能不存在>3.2Ga的古老锆石颗粒。样品KT-2中获得1粒3.3Ga的锆石,测点为KT-2-08,其锆石U-Pb年龄为3375±31Ma,其可能来自秦祁造山带基底岩,暗示秦祁造山带可能存在太古宙基底(裴先治等,2007c；张英利和王宗起,2011)。通过上述分析,说明鄂尔多斯地块基底岩、秦祁造山带基底岩有可能向崆峒山组砾岩提供物源。

崆峒山组砾岩中的砾石主要由砂岩砾石和灰岩砾石组成,砂岩砾石主要位于地层的下部,灰岩砾石主要位于地层的中上部。前人对崆峒山组砾岩的物源进行了探讨,认为灰岩砾石源于中奥陶统三道沟组(刘化清等,2006；赵文智等,2006)；砂岩砾石主要源于下二叠统山西组(刘化清等,2006)与中二叠统下石盒子组(赵文智等,2006)。除了石盒子组地层在北秦岭造山带的商县大荆-洛南兑山一带的山间盆地少量分布外,山西组、下石盒子组和三道沟组地层主要分布在华北地块区(陕西省地质矿产局,1989)。据此,可以理解为前人研究认为崆峒山组的主要物源为华北地块,但是崆峒山组碎屑锆石年龄谱中含有大量中新元古代及加里东期锆石颗粒又做和解释(图4)。况且前人研究已证实盆地内部的山西组和下石盒子组地层中的砂岩碎屑锆石颗粒年龄分布特征中缺失中新元古代时间段的锆石颗粒记录(杨斌虎,2009；罗静兰等,2010；马收先等,2011；朱涛❸),即使在山西组山1段地层中偶有2颗新元古代锆石(1067±39Ma和1065±43Ma),目前在盆地北缘及华北地块地区还没有与该年龄相当事件的报道(罗静兰等,2010)。杨锐等(2012)曾对盆地西南部下石盒子组地层的物源进行了探讨,结果表明北祁连和西秦岭造山带的变质岩、岩浆岩和沉积岩为其物源。紧邻崆峒山东南方向的安口地区,刘少峰等(1997)曾对该地区出露的延长群地层(崆峒山组砾岩是其在盆地西南缘的相变产物)物源进行了研究,结果显示其物源为一套变质碎屑岩和变质火山岩,为东祁连褶皱逆冲带中的陈家河组和葫芦河组。需要指出的是,Zhang Jin等(2011)曾对鄂尔多斯盆地西缘偏南的牛首山和小罗山地区的米钵山组(可与三道沟组相对比)中的杂砂岩进行了碎屑锆石物源分析,结果显示物源主要来源于阿拉善地块、北祁连山火山弧和敦煌地块,而华北地块则被排除在主要物源区之外。

露头古水流测量是揭示古物源最直接和最有力的手段,宋立军等(2010)对崆峒山地区的古水流方向进行了测试。古水流数据结果表明：崆峒山剖面20组砾石最大扁平面和2组交错层理数据,砾石最大扁平面数据倾向范围为230°～270°,交错层理倾向在80°～90°之间,显示古流向在50°～90°,峰值在70°左右,与韩永林等(2005)以东北向(60°～80°)为主,少量为南东向(100°～170°)的测量结果较为一致。阿拉善地块近些年来识别出新元古代的岩浆记录,李献华等(2004)报道了阿拉善地块金川超镁铁岩体(锆石U-Pb年龄827±8Ma)形成于新元古代。耿元生等(2002)报道了阿拉善右旗阿拉腾敖包乡大布苏山的眼球状片麻岩(971Ma)和可克托勒盖花岗片麻岩(845Ma),形成于晋宁期的厘定。在阿拉善东部叠布斯格岩群和波罗斯坦庙变形深成片麻岩中的锆石记录了古元古代晚期的构造岩浆热事件,它们可分为2000～1900Ma的早期事件和1850～1800的晚期事件(耿元生等,2010)。宫江华等(2011)报道了阿拉善地块的南缘龙首山岩群上部变沉积岩中的碎屑锆石年龄集中在2.01～2.15Ga,花岗质片麻岩的岩浆锆石年龄主要在2.04～2.17Ma之间,变质锆石的年龄在1.89～1.93Ga之间。考虑到崆峒山地区有少量南东向古水流的存在,且崆峒山组砾岩的碎屑锆石年龄谱中也确实存在上述年龄段的锆石颗粒,不能排除阿拉善地块少量参与崆峒山组砾岩的物源供给。

总而言之,通过上述讨论,并结合前人研究成果和崆峒山组砾岩中的碎屑锆石年代学数据,笔者倾向于认为崆峒山组砾岩主要源于秦祁造山带,少量源于阿拉善地块,而鄂尔多斯地块不大可能参与崆峒山组砾岩的物源供给。这也从侧面说明崆峒山组砾岩不是板内造山带的产物,即崆峒山组砾岩不是盆地西缘逆冲褶断带的构造演化产物,而是秦祁造山带的构造演化的产物。

4.2 沉积时代

关于崆峒山组砾岩的沉积时代,目前还是争议颇多,早期学者认为其沉积时代为晚二叠世(刘绍龙,1957)。康立权(2009)依据野外观察,综合区域地质构造研究后认为崆峒山组砾岩可与千阳县出露的芬芳河组可对比,两者是同一套地层,时代应属晚侏罗世。姚志刚等?对鄂尔多斯盆地西缘晚三叠世物源进行了分析,认为崆峒山后山剖面的大套砾岩主体应归下白垩三桥组。一些学者从鄂尔多斯盆地及其周边区域构造演化的角度出发,对崆峒山组砾岩的形成时代进行了限定,表明崆峒山组砾岩的沉积时代为晚三叠世(刘化清等,2006；宋立军等,2009),也有认为崆峒山组砾岩形成时代为中三叠世至晚三叠世(甘肃省地质矿产局,1997)。在平凉崆峒山地区,崆峒山组其下与石千峰群整合接触,其上被六盘山群三桥组不整合接触,横向过渡为延长组及二马营组(高振家等,2000),这也大致限定崆峒山组砾岩的沉积年龄介于二叠世至白垩世之间。本次在3块样品测试中发现2颗锆石的年龄较小,分别是锆石KT-4-39和锆石KT-8-59,它们的U-Pb年龄为294±5Ma和283±7Ma。这2颗锆石年龄谐和度均为81%,未为作为有效数据参与讨论。一些学者将锆石U-Pb年龄谐和度在80%～120%之间的年龄数据也作为有效数据加以讨论(张英利和王宗起,2011；张英利等,2012)。这也就是说崆峒山组砾岩的最大沉积年龄为早二叠世。《甘肃省区域地质志》一书(甘肃省地质矿产局,1989)记载在平凉大台子、老林沟一带的崆峒山组砾岩中采集到Bernoulliazeilleri、Danaeopsisfecunda、Toditesshensiensis、Protoblechnumhughesi、Cladophlebisgracilis等延长组植物化石,《甘肃省岩石地层》编写组(甘肃省地质矿产局,1997)认为这套地层中上部的地质时代属于中三叠晚期至晚三叠世,下部地层的地质时代属于中三叠世早期。

笔者就从鄂尔多斯盆地西南缘区域构造演化及崆峒山组砾岩物质来源角度出发,对崆峒山组砾岩的沉积时代给予分析。早中三叠世,鄂尔多斯盆地基本继承了海西期以来的平稳构造格局,在盆地西南缘发育辫状河、辫状河三角洲、滨浅湖及冲积扇相(付金华等,2005；邓秀芹等,2008；王峰等,2010)。此时来自于北祁连山葫芦河群、西秦岭大草滩群等早古生代地层,以及加里东期岩浆岩等开始剥蚀搬运,在崆峒山地区发生近源堆积,崆峒山组砾岩的下段砂砾岩层开始形成。中三叠世晚期,鄂尔多斯盆地构造演化进入重大转折期,表现在盆地沉积环境从早期滨浅湖、河流三角洲相沉积,转变为半深湖—深湖相沉积。在西秦岭造山带,沉积环境也发生重大变化,由中三叠世早期的滨浅海沉积,突变为晚三叠世陆相沉积,表明在中三叠世时期区域上曾经历过一次明显的地壳抬升(殷鸿福等,1992；Meng Qingren et al. ,2005)。这次地壳隆升事件被裂变径迹年龄所证实,其隆升始于240Ma,隆升最高时速可达17.75℃/Ma(郑德文等,2004),这次隆升造山过程伴有强烈的火山喷发事件,在鄂尔多斯盆地西南部形成大面积沉凝灰岩,凝灰岩锆石SHRIMP U-Pb年龄为241.3～239.7Ma❹,为印支运动第一幕的表现形式(陈安清等,2011)。西秦岭—北祁连山的快速隆升,使得秦祁造山带的奥陶纪灰岩,陇山群、秦岭群和宽坪群,以及造山带基底岩开始接受剥蚀,开始给崆峒山组砾岩提供物源供给。由于造山带隆升快速,使得崆峒山组砾岩中上段地层中的砾石无序杂乱堆积。从西秦岭钾长石裂变径迹年龄来看,这次隆升时段为240～200Ma(郑德文等,2004)。崆峒山砾岩就是印支期秦祁造山带造山过程的沉积响应。从上面的讨论中,笔者认为将崆峒山组砾岩的沉积时代定为中三叠世至晚三叠世还是较为恰当。需要指出的是,目前认为崆峒山组砾岩是延长组在盆地西南缘的相变产物,而笔者对延长组长7底部稳定存在一层凝灰岩进行了锆石SHRIMP U-Pb定年(241.3～239.7Ma❹),说明延长组地层具有穿时性,从侧面印证将崆峒山组砾岩的沉积时代定为中三叠至晚三叠世是较合理的。

5 结论

(1)运用LA-ICP-MS方法,对崆峒山组砾岩中的3块砾石样品进行了碎屑锆石年代学研究,结果显示碎屑锆石年龄可分为380～479Ma、561～1198Ma、1285～1982Ma、2319～2612Ma和2714～2764Ma共5个年龄区间,以及分散年龄2176±54Ma和3375±31Ma各1粒锆石。

(2)通过分析碎屑锆石年龄分布特征,并结合前人研究成果,笔者认为崆峒山组砾岩的主要物源来源于西秦岭—北祁连造山带,少量来源于阿拉善地块。

(3)结合鄂尔多斯盆地西南缘周缘区域构造演化及崆峒山组砾岩的物质来源,笔者认为崆峒山组砾岩的沉积时代为中三叠世至晚三叠世。崆峒山砾岩是秦祁造山带造山过程的沉积响应,即崆峒山组砾岩是板缘造山带的产物,而非板内造山带的产物。

注 释 / Notes

❶ 姚志刚,周立发,高璞. 2007. 鄂尔多斯盆地西缘晚三叠世沉积物源研究. 第九届全国固体核径迹学术研究会论文集,78.

❷ 彭荣华. 1989. 陇东地区三叠系延长组大幅度增加工业储量区块研究. 中石油长庆油田内部报告.

❸ 朱涛,王洪亮,孙勇,徐学义,第五春荣,张红. 2011. 鄂尔多斯盆地南缘铜川地区石盒子组碎屑锆石年代谱系及其意义. 中国矿物岩石地球化学学会第13届学术年会论文集,562.

❹ 王多云,辛补社,杨华,付金华,姚泾利,张瑜. 鄂尔多斯盆地延长组长7底部凝灰岩锆石SHRIMP U-Pb年龄及地质意义(待刊)