鄂尔多斯盆地杭锦旗地区直罗组碎屑锆石稀土元素特征及地质意义

雷开宇

(1.西北大学地质学系，陕西西安710069；2.延长石油(集团)油气勘探公司采气一厂，陕西延安716000)

鄂尔多斯盆地杭锦旗地区直罗组碎屑锆石稀土元素特征及地质意义

雷开宇1，2

(1.西北大学地质学系，陕西西安710069；2.延长石油(集团)油气勘探公司采气一厂，陕西延安716000)

物源分析是沉积盆地分析的重要组成部分，其研究有助于反映源区与沉积区的关系，是再现沉积盆地演化、恢复古环境的重要依据。为了研究杭锦旗地区中侏罗统直罗组砂岩的碎屑锆石稀土元素特征及其反映的地质意义，采用激光剥蚀原位微区等离子质谱法对研究区两个直罗组砂岩样品进行了锆石微区稀土元素分析。结果表明：锆石的配分模式具有轻稀土元素含量低，重稀土元素含量高的左倾模式，且具有适度的负Eu异常，正Ce异常，LREE/HREE以及(La/Yb)N显示重稀土相对富集。δCe值指示研究区直罗组砂岩沉积环境为缺氧的还原环境。锆石稀土元素配分曲线显示大部分锆石为岩浆成因，同时存在部分变质成因及热液成因锆石。研究区与盆地北缘大青山等地锆石稀土元素配分特征基本一致，结合盆地北缘地层分布推测杭锦旗地区直罗组砂岩的物源来自盆地之北大青山、乌拉山及阴山地块的岩浆岩及前寒武纪变质岩。

稀土元素；碎屑锆石；直罗组；杭锦旗地区

物源分析，亦即物源区分析，是根据沉积作用的最终产物去追朔和推测物源区母岩信息的重要方法[1]。沉积物物源分析包括判断物源区位置、重塑古地貌及古河流特征、追踪物源区母岩岩性、判定物源区大地构造背景等，是盆地分析的重要内容[2-4]，同时也是岩相古地理重建，原盆恢复以及沉积矿床预测的重要依据[5-6]，物源分析还可作为盆山耦合研究的切入点，成为连接沉积盆地与造山带的纽带[7]。

碎屑岩稀土元素(REE)含量主要受其物源的控制，其稀土元素特征代表了物源区岩体的稀土特征[8]。因此，碎屑岩稀土元素分析被广泛应用于物源示踪研究，并且与其他各种物源分析方法综合可达到相互印证的效果。近年来无论是利用La/Yb-∑REE[9]、La-Th-Sc[10]等判别图分析源岩类型或构造背景，还是通过REE配分模式图与可能物源区的REE配分特征对比[11]来分析源区位置及母岩岩性均取得了良好的效果。本文对杭锦旗地区直罗组砂岩碎屑锆石稀土元素特征进行了分析，并探讨了其对于沉积环境指示、锆石成因判别以及物源区判定等方面的意义。

1 地质背景与样品信息

鄂尔多斯盆地地处多种构造体系的复合叠加部位，其构造演化复杂，集油气、煤、铀同盆共存，资源丰富[12]。盆地四周被河套盆地、银川盆地、六盘山盆地、渭河盆地等中新生代盆地围绕，外围被大青山、贺兰山、六盘山、秦岭等山脉所围限(图1)。杭锦旗地区位于鄂尔多斯盆地之北的伊盟隆起，近年来随着铀矿资源勘探的不断深入，继东胜地区砂岩型铀矿之后，在杭锦旗地区也相继发现了大营、纳岭沟、柴登壕等砂岩型铀矿，其资源规模巨大，其主力

含矿层位为中侏罗统直罗组。鄂尔多斯盆地北缘的大青山、乌拉山及阴山地块的古老基底由前寒武纪时期变质岩系构成，主要发育太古界桑干群、色尔腾群、乌拉山群以及中远古界渣尔太群，其岩性可大致归纳为麻粒岩、片麻岩等变质岩，与此同时这些地区还广泛发育形成于不同地质时期的花岗岩、闪长岩等岩浆岩侵入体。本次研究采样地点为杭锦旗地区大营铀矿，所采样品均为该区钻井岩芯(ZKC1-1井和ZKWD-1井)，对应样品编号分别为DY-21与DY-35，采样位置见图1。

图1 研究区及周缘构造简图

2 测试方法

本研究采用激光剥蚀原位微区等离子质谱(LA-ICP-MS)对直罗组砂岩碎屑锆石稀土元素含量进行测试。除锆石分选在河北廊坊诚信地质公司完成外，其余所有测试过程均在西北大学大陆动力学国家重点实验室进行。实验设备采用GeoLas 200M激光剥蚀系统，剥蚀孔径为30 μm。实验原始数据采用Glitter 4.0软件进行计算和处理。

3 测试结果及讨论

杭锦旗地区大营铀矿2件直罗组岩芯砂岩样品的碎屑锆石LA-ICP-MS原位微区稀土元素含量及相关分析参数统计结果见表1。

3.1 稀土元素含量及配分特征

由表1可知，样品DY-21中锆石的∑REE，LREE，HREE分别为117.37×10-6～2787.15×10-6，3.89×10-6～484.96×10-6，95.04×10-6～2535.93×10-6；样品DY-35中锆石对应参数数值及范围分别为234.31×10-6～4554.37×10-6，10.14×10-6～601.52×10-6，206.11×10-6～4372.6×10-6，2件直罗组砂岩样品中锆石的稀土元素含量具有很大的变化范围。本研究采用Boynton(1984)的球粒陨石平均值对原始测试结果进行标准化，经统计得到相关参数(表1)和稀土元素配分模式(图2)，其中(La/Yb)N值分别为0～0.482及0～0.114，表明样品中锆石的轻稀土元素和重稀土元素分异程度较小并且重稀土元素相对富集，与此同时，LREE/HREE值分别为0.011×10-6～1.128×10-6，0.016×10-6～0.444×10-6，同样表明研究区直罗组砂岩锆石的重稀土元素相对富集。

表1 杭锦旗地区直罗组碎屑锆石稀土元素含量及相关参数统计(10-6)

注：LREE为轻稀土元素总量，HREE为重稀土总量，∑REE=LREE+HREE；LREE/HREE为LREE与HREE比值；(La/Yb)N为La与Yb各自进行球粒陨石标准化后的比值；δEu=EuN/(SmNGdN)1/2，其中EuN、SmN、GdN分别为对应元素球粒陨石标准化值；δCe=CeN/(LaNPrN)1/2，其中CeN、LaN、PrN分别为对应元素球粒陨石标准化值

杭锦旗地区大营铀矿直罗组砂岩样品的碎屑锆石稀土元素球粒陨石标准化配分模式可以看出(图2)，不同曲线代表不同锆石测点的配分特征，两件直罗组砂岩样品的锆石稀土元素配分模式基本相似，均具有轻稀土元素含量低，重稀土元素含量高的左倾模式，且具有适度的“谷”状负Eu异常，“峰”状正Ce异常，并且δEu值分别为0.015～0.998，0.020～0.977；δCe值分别为1.061～197.906；1.338～216.311。

图2 杭锦旗地区直罗组碎屑锆石稀土元素球粒陨石标准化配分

3.2 稀土元素特征反映的地质意义

3.2.1 对沉积环境的指示

稀土元素越来越多的被应用于反映沉积环境的变化等研究中，Ce异常目前常用δCe来表示，一般δCe>1.05时为正异常，表明沉积环境为还原环境；而δCe<0.95时为负异常，同时表明沉积环境为氧化环境[14]。研究区两个直罗组砂岩样品δCe值分别为1.061～197.906；1.338～216.311，均大于1.05，指示研究区直罗组砂岩沉积环境为缺氧的还原环境。

3.2.2 对碎屑锆石成因的判别

不同成因类型的锆石，其稀土元素配分模式存在较大差别。一般而言，典型的岩浆锆石稀土元素配分模式特征为：正Ce异常，负Eu异常，HREE富集；典型的变质锆石稀土元素配分模式特征为：正Ce异常，负Eu异常，HREE相对平坦；典型的热液锆石相应特征为：负Eu异常，LREE平坦，同时HREE富集[13]。

按照以上原则可知，研究区两件直罗组砂岩样品的锆石稀土元素配分模式基本相似(图2)，大部分锆石颗粒的稀土元素配分曲线显示适度的正Ce异常，负Eu异常，且HREE富集，总体符合岩浆锆石的稀土元素配分模式，表明样品中大部分锆石为岩浆成因。部分锆石颗粒稀土元素配分曲线显示正Ce异常，负Eu异常，但HREE相对平坦，符合变质锆石的稀土元素配分模式；少数锆石颗粒配分曲线显示Ce无正异常，整个LREE段相对平坦，同时具有负Eu异常和HREE富集，符合热液锆石的相应配分特征。以上分析表明，研究区直罗组砂岩样品中大部分碎屑锆石为岩浆锆石，同时存在少量的变质锆石及热液锆石。

3.2.3 对物源的探讨

碎屑岩稀土元素分析被广泛应用于物源示踪研究，通过碎屑岩样品与潜在物源区岩石样品的标准化稀土元素配分特征进行对比从而判断物源区位置及母岩信息是目前利用稀土元素分析方法来判断物源的基本思路。值得指出的是，大多数研究均采用的是碎屑岩全岩稀土含量数据，而利用碎屑锆石微区测试方法得出的稀土元素含量数据来进行物源分析的研究实例则较少。为了将本次研究采集的直罗组砂岩样品与周邻造山带岩石的锆石稀土元素进行对比判断物源，笔者搜集了前人已有的造山带岩石的锆石稀土元素测试数据进行了对比。盆地北缘的大青山地区前寒武纪变质基底锆石的稀土元素配分模式为轻稀土元素含量低，重稀土元素含量高的左倾模式，具有较强的负Eu异常及正Ce异常[15]，此锆石稀土元素配分特征与研究区直罗组样品锆石的稀土元素配分具有高度的相似性，表明两者具有良好的继承性，换言之，盆地北缘大青山地区为其南部的杭锦旗地区直罗组地层提供了物源。另一方面，杭锦旗地区直罗组砂岩碎屑锆石总体以岩浆成因为主，部分颗粒为变质成因，因此其物源区应为岩浆岩及变质岩区，由于盆地北缘的大青山、乌拉山及阴山地块广泛发育前寒武纪变质岩和花岗岩、闪长岩等岩浆岩，因此可以推测这些地区均可作为杭锦旗地区直罗组砂岩的物源区。

4 结论

(1)杭锦旗地区直罗组砂岩的锆石稀土元素含量变化范围较大，(La/Yb)N与LREE/HREE等显示轻稀土、重稀土分异程度较小，同时重稀土相对富集。样品锆石的配分模式具有轻稀土元素含量低，重稀土元素含量高的左倾模式，且具有适度的负Eu异常，正Ce异常。δCe值分别为1.061～197.906；1.338～216.311，指示研究区直罗组砂岩沉积环境为缺氧的还原环境。

(2)研究区直罗组砂岩中大部分锆石稀土元素配分曲线显示适度的正Ce异常，负Eu异常，且HREE富集，为岩浆锆石；部分锆石则显示正Ce异常，负Eu异常，且HREE相对平坦，为变质锆石；少数锆石显示LREE相对平坦，同时具有负Eu异常和HREE富集，为热液锆石。

(3)研究区直罗组锆石稀土配分模式均为轻稀土元素含量低，重稀土元素含量高的左倾模式，且具有适度的负Eu异常，正Ce异常，这与盆地北缘大青山等地锆石稀土元素配分特征基本相吻合，与此同时，结合研究区直罗组砂岩锆石稀土特征对锆石成因的判断及盆地北缘地层分布特征，推测杭锦旗地区直罗组砂岩的物源来自盆地之北大青山、乌拉山及阴山地块的岩浆岩及前寒武纪变质岩。

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[责任编辑 李晓霞]

Rare Earth Elements of Detrital Zircon Characteristics and Geological Significance of Zhiluo Formation in Hangjinqi Area,Ordos Basin

LEI Kai-yu1,2

(1.Department of Geology,Northwest University,Xi′an 710069,China;2.The First Gas Production Plant,Yanchang Oilfield Co.Ltd,Yan′an 716000,China)

Provenance analysis is an important part of the sedimentary basin analysis.It is very useful to reflect the relationship between the source area and the sedimentary area.It is also important evidences in reappearance the evolution of sedimentary basin and restore the ancient environment.In order to study the rare earth element of detrital zircon characteristics and geological significance of Middle Jurassic Zhiluo Formation in the Hangjinqi area,we took two sandstone sample of Zhiluo Formation from the study area and analyzed the rare earth element of detrital zircon using of LA-ICP-MS method.The result showed that the distribution pattern of rare earth element in detrital zircon were mainly low content of LREE and high content of HREE,moreover,Eu negative anomaly and Ce positive anomaly. The ratios of LREE/HREE and(La/Yb)Nshowed that the HREE relative enrichment.The δCe indicated that the sedimentary environment of Zhiluo Formation in the study area was anoxic reduction.The rare earth element distribution curves showed that the majority of zircons were originated from magmatic source,other zircons were originated from metamorphic or hydrothermal source.Combined with the characteristics of rare earth element of detrital zircon between study area and Daqing mountains and the distribution of stratum in the north of Ordos basin, the provenance of Zhiluo formation in Hangjinqi area came from the magmatic rocks and the precambrian metamorphic rocks of Daqing mountains,Wula mountains and Yinshan block.

rare earth element; detrital zircon; Zhiluo formation; Hangjinqi area

2015-10-15

中国地质调查局项目(12120114009201)

雷开宇(1989—)，男，陕西延安人，西北大学硕士研究生，延长石油(集团)油气勘探公司技术员。

P59；TE121.3

A

1004-602X(2015)04-0058-04