雷開宇

(1.西北大學地質學系，陜西西安710069；2.延長石油(集團)油氣勘探公司采氣一廠，陜西延安716000)

鄂爾多斯盆地杭錦旗地區(qū)直羅組碎屑鋯石稀土元素特征及地質意義

雷開宇1，2

(1.西北大學地質學系，陜西西安710069；2.延長石油(集團)油氣勘探公司采氣一廠，陜西延安716000)

物源分析是沉積盆地分析的重要組成部分，其研究有助于反映源區(qū)與沉積區(qū)的關系，是再現(xiàn)沉積盆地演化、恢復古環(huán)境的重要依據(jù)。為了研究杭錦旗地區(qū)中侏羅統(tǒng)直羅組砂巖的碎屑鋯石稀土元素特征及其反映的地質意義，采用激光剝蝕原位微區(qū)等離子質譜法對研究區(qū)兩個直羅組砂巖樣品進行了鋯石微區(qū)稀土元素分析。結果表明：鋯石的配分模式具有輕稀土元素含量低，重稀土元素含量高的左傾模式，且具有適度的負Eu異常，正Ce異常，LREE/HREE以及(La/Yb)N顯示重稀土相對富集。δCe值指示研究區(qū)直羅組砂巖沉積環(huán)境為缺氧的還原環(huán)境。鋯石稀土元素配分曲線顯示大部分鋯石為巖漿成因，同時存在部分變質成因及熱液成因鋯石。研究區(qū)與盆地北緣大青山等地鋯石稀土元素配分特征基本一致，結合盆地北緣地層分布推測杭錦旗地區(qū)直羅組砂巖的物源來自盆地之北大青山、烏拉山及陰山地塊的巖漿巖及前寒武紀變質巖。

稀土元素；碎屑鋯石；直羅組；杭錦旗地區(qū)

物源分析，亦即物源區(qū)分析，是根據(jù)沉積作用的最終產(chǎn)物去追朔和推測物源區(qū)母巖信息的重要方法[1]。沉積物物源分析包括判斷物源區(qū)位置、重塑古地貌及古河流特征、追蹤物源區(qū)母巖巖性、判定物源區(qū)大地構造背景等，是盆地分析的重要內容[2-4]，同時也是巖相古地理重建，原盆恢復以及沉積礦床預測的重要依據(jù)[5-6]，物源分析還可作為盆山耦合研究的切入點，成為連接沉積盆地與造山帶的紐帶[7]。

碎屑巖稀土元素(REE)含量主要受其物源的控制，其稀土元素特征代表了物源區(qū)巖體的稀土特征[8]。因此，碎屑巖稀土元素分析被廣泛應用于物源示蹤研究，并且與其他各種物源分析方法綜合可達到相互印證的效果。近年來無論是利用La/Yb-∑REE[9]、La-Th-Sc[10]等判別圖分析源巖類型或構造背景，還是通過REE配分模式圖與可能物源區(qū)的REE配分特征對比[11]來分析源區(qū)位置及母巖巖性均取得了良好的效果。本文對杭錦旗地區(qū)直羅組砂巖碎屑鋯石稀土元素特征進行了分析，并探討了其對于沉積環(huán)境指示、鋯石成因判別以及物源區(qū)判定等方面的意義。

1 地質背景與樣品信息

鄂爾多斯盆地地處多種構造體系的復合疊加部位，其構造演化復雜，集油氣、煤、鈾同盆共存，資源豐富[12]。盆地四周被河套盆地、銀川盆地、六盤山盆地、渭河盆地等中新生代盆地圍繞，外圍被大青山、賀蘭山、六盤山、秦嶺等山脈所圍限(圖1)。杭錦旗地區(qū)位于鄂爾多斯盆地之北的伊盟隆起，近年來隨著鈾礦資源勘探的不斷深入，繼東勝地區(qū)砂巖型鈾礦之后，在杭錦旗地區(qū)也相繼發(fā)現(xiàn)了大營、納嶺溝、柴登壕等砂巖型鈾礦，其資源規(guī)模巨大，其主力

含礦層位為中侏羅統(tǒng)直羅組。鄂爾多斯盆地北緣的大青山、烏拉山及陰山地塊的古老基底由前寒武紀時期變質巖系構成，主要發(fā)育太古界桑干群、色爾騰群、烏拉山群以及中遠古界渣爾太群，其巖性可大致歸納為麻粒巖、片麻巖等變質巖，與此同時這些地區(qū)還廣泛發(fā)育形成于不同地質時期的花崗巖、閃長巖等巖漿巖侵入體。本次研究采樣地點為杭錦旗地區(qū)大營鈾礦，所采樣品均為該區(qū)鉆井巖芯(ZKC1-1井和ZKWD-1井)，對應樣品編號分別為DY-21與DY-35，采樣位置見圖1。

圖1 研究區(qū)及周緣構造簡圖

2 測試方法

本研究采用激光剝蝕原位微區(qū)等離子質譜(LA-ICP-MS)對直羅組砂巖碎屑鋯石稀土元素含量進行測試。除鋯石分選在河北廊坊誠信地質公司完成外，其余所有測試過程均在西北大學大陸動力學國家重點實驗室進行。實驗設備采用GeoLas 200M激光剝蝕系統(tǒng)，剝蝕孔徑為30 μm。實驗原始數(shù)據(jù)采用Glitter 4.0軟件進行計算和處理。

3 測試結果及討論

杭錦旗地區(qū)大營鈾礦2件直羅組巖芯砂巖樣品的碎屑鋯石LA-ICP-MS原位微區(qū)稀土元素含量及相關分析參數(shù)統(tǒng)計結果見表1。

3.1 稀土元素含量及配分特征

由表1可知，樣品DY-21中鋯石的∑REE，LREE，HREE分別為117.37×10-6～2787.15×10-6，3.89×10-6～484.96×10-6，95.04×10-6～2535.93×10-6；樣品DY-35中鋯石對應參數(shù)數(shù)值及范圍分別為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件直羅組砂巖樣品中鋯石的稀土元素含量具有很大的變化范圍。本研究采用Boynton(1984)的球粒隕石平均值對原始測試結果進行標準化，經(jīng)統(tǒng)計得到相關參數(shù)(表1)和稀土元素配分模式(圖2)，其中(La/Yb)N值分別為0～0.482及0～0.114，表明樣品中鋯石的輕稀土元素和重稀土元素分異程度較小并且重稀土元素相對富集，與此同時，LREE/HREE值分別為0.011×10-6～1.128×10-6，0.016×10-6～0.444×10-6，同樣表明研究區(qū)直羅組砂巖鋯石的重稀土元素相對富集。

表1 杭錦旗地區(qū)直羅組碎屑鋯石稀土元素含量及相關參數(shù)統(tǒng)計(10-6)

注：LREE為輕稀土元素總量，HREE為重稀土總量，∑REE=LREE+HREE；LREE/HREE為LREE與HREE比值；(La/Yb)N為La與Yb各自進行球粒隕石標準化后的比值；δEu=EuN/(SmNGdN)1/2，其中EuN、SmN、GdN分別為對應元素球粒隕石標準化值；δCe=CeN/(LaNPrN)1/2，其中CeN、LaN、PrN分別為對應元素球粒隕石標準化值

杭錦旗地區(qū)大營鈾礦直羅組砂巖樣品的碎屑鋯石稀土元素球粒隕石標準化配分模式可以看出(圖2)，不同曲線代表不同鋯石測點的配分特征，兩件直羅組砂巖樣品的鋯石稀土元素配分模式基本相似，均具有輕稀土元素含量低，重稀土元素含量高的左傾模式，且具有適度的“谷”狀負Eu異常，“峰”狀正Ce異常，并且δEu值分別為0.015～0.998，0.020～0.977；δCe值分別為1.061～197.906；1.338～216.311。

圖2 杭錦旗地區(qū)直羅組碎屑鋯石稀土元素球粒隕石標準化配分

3.2 稀土元素特征反映的地質意義

3.2.1 對沉積環(huán)境的指示

稀土元素越來越多的被應用于反映沉積環(huán)境的變化等研究中，Ce異常目前常用δCe來表示，一般δCe>1.05時為正異常，表明沉積環(huán)境為還原環(huán)境；而δCe<0.95時為負異常，同時表明沉積環(huán)境為氧化環(huán)境[14]。研究區(qū)兩個直羅組砂巖樣品δCe值分別為1.061～197.906；1.338～216.311，均大于1.05，指示研究區(qū)直羅組砂巖沉積環(huán)境為缺氧的還原環(huán)境。

3.2.2 對碎屑鋯石成因的判別

不同成因類型的鋯石，其稀土元素配分模式存在較大差別。一般而言，典型的巖漿鋯石稀土元素配分模式特征為：正Ce異常，負Eu異常，HREE富集；典型的變質鋯石稀土元素配分模式特征為：正Ce異常，負Eu異常，HREE相對平坦；典型的熱液鋯石相應特征為：負Eu異常，LREE平坦，同時HREE富集[13]。

按照以上原則可知，研究區(qū)兩件直羅組砂巖樣品的鋯石稀土元素配分模式基本相似(圖2)，大部分鋯石顆粒的稀土元素配分曲線顯示適度的正Ce異常，負Eu異常，且HREE富集，總體符合巖漿鋯石的稀土元素配分模式，表明樣品中大部分鋯石為巖漿成因。部分鋯石顆粒稀土元素配分曲線顯示正Ce異常，負Eu異常，但HREE相對平坦，符合變質鋯石的稀土元素配分模式；少數(shù)鋯石顆粒配分曲線顯示Ce無正異常，整個LREE段相對平坦，同時具有負Eu異常和HREE富集，符合熱液鋯石的相應配分特征。以上分析表明，研究區(qū)直羅組砂巖樣品中大部分碎屑鋯石為巖漿鋯石，同時存在少量的變質鋯石及熱液鋯石。

3.2.3 對物源的探討

碎屑巖稀土元素分析被廣泛應用于物源示蹤研究，通過碎屑巖樣品與潛在物源區(qū)巖石樣品的標準化稀土元素配分特征進行對比從而判斷物源區(qū)位置及母巖信息是目前利用稀土元素分析方法來判斷物源的基本思路。值得指出的是，大多數(shù)研究均采用的是碎屑巖全巖稀土含量數(shù)據(jù)，而利用碎屑鋯石微區(qū)測試方法得出的稀土元素含量數(shù)據(jù)來進行物源分析的研究實例則較少。為了將本次研究采集的直羅組砂巖樣品與周鄰造山帶巖石的鋯石稀土元素進行對比判斷物源，筆者搜集了前人已有的造山帶巖石的鋯石稀土元素測試數(shù)據(jù)進行了對比。盆地北緣的大青山地區(qū)前寒武紀變質基底鋯石的稀土元素配分模式為輕稀土元素含量低，重稀土元素含量高的左傾模式，具有較強的負Eu異常及正Ce異常[15]，此鋯石稀土元素配分特征與研究區(qū)直羅組樣品鋯石的稀土元素配分具有高度的相似性，表明兩者具有良好的繼承性，換言之，盆地北緣大青山地區(qū)為其南部的杭錦旗地區(qū)直羅組地層提供了物源。另一方面，杭錦旗地區(qū)直羅組砂巖碎屑鋯石總體以巖漿成因為主，部分顆粒為變質成因，因此其物源區(qū)應為巖漿巖及變質巖區(qū)，由于盆地北緣的大青山、烏拉山及陰山地塊廣泛發(fā)育前寒武紀變質巖和花崗巖、閃長巖等巖漿巖，因此可以推測這些地區(qū)均可作為杭錦旗地區(qū)直羅組砂巖的物源區(qū)。

4 結論

(1)杭錦旗地區(qū)直羅組砂巖的鋯石稀土元素含量變化范圍較大，(La/Yb)N與LREE/HREE等顯示輕稀土、重稀土分異程度較小，同時重稀土相對富集。樣品鋯石的配分模式具有輕稀土元素含量低，重稀土元素含量高的左傾模式，且具有適度的負Eu異常，正Ce異常。δCe值分別為1.061～197.906；1.338～216.311，指示研究區(qū)直羅組砂巖沉積環(huán)境為缺氧的還原環(huán)境。

(2)研究區(qū)直羅組砂巖中大部分鋯石稀土元素配分曲線顯示適度的正Ce異常，負Eu異常，且HREE富集，為巖漿鋯石；部分鋯石則顯示正Ce異常，負Eu異常，且HREE相對平坦，為變質鋯石；少數(shù)鋯石顯示LREE相對平坦，同時具有負Eu異常和HREE富集，為熱液鋯石。

(3)研究區(qū)直羅組鋯石稀土配分模式均為輕稀土元素含量低，重稀土元素含量高的左傾模式，且具有適度的負Eu異常，正Ce異常，這與盆地北緣大青山等地鋯石稀土元素配分特征基本相吻合，與此同時，結合研究區(qū)直羅組砂巖鋯石稀土特征對鋯石成因的判斷及盆地北緣地層分布特征，推測杭錦旗地區(qū)直羅組砂巖的物源來自盆地之北大青山、烏拉山及陰山地塊的巖漿巖及前寒武紀變質巖。

[1]Weltje G J,Eynatten H.Quantittive provenance analysis of sediments：review and outlook[J].Sedimentary Geology，2004，171:1-11.

[2]楊仁超,李進步,樊愛萍,等.陸源沉積巖物源分析研究進展與發(fā)展趨勢[J].沉積學報，2013,31(01): 99-107.

[3]李雙應,李任偉,孟慶任,等.大別山東南麓中新生代碎屑巖地球化學特征及其對物源的制約[J],巖石學報,2005,21(4):1157-1166.

[4]毛光周,劉池洋.地球化學在物源及沉積背景分析中的應用[J].地球科學與環(huán)境學報,2011,33(4):337-348.

[5]趙紅格,劉池洋.物源分析方法及研究進展[J],沉積學報,2003,21(3):409-415.

[6]王世虎，焦養(yǎng)泉，吳立群.鄂爾多斯盆地西北部延長組中下部古物源與沉積體空間配置[J].地球科學-中國地質大學學報，2007，32(2)：201-208.

[7]王國燦.沉積物源區(qū)剝露歷史分析的一種新途徑一碎屑鋯石和磷灰石裂變補跡熱年代學[J].地質科技情報,2002,21(4):35-40.

[8]Mclennan S M.Rare earth elements in sedimentary rock:Influence of provenance and sedimentary processes[J].Reviews in Mineralogy and Geochemistry,1989,(21):169-200.

[9]Bhatia M R.Rare earth element geochemistry of Australian Paleozoic graywackes and mudrocks:provenance and tectonic control[J].Sedimentary Geology,1985,45(1/2):97-113.

[10]Bhatia M R.Plate tectonics and geochemical composition of sandstones[J].Journal of Geology,1983,91:611-627.

[11]劉寧,樊德華,郝運輕,等.稀土元素分析方法研究及應用—以渤海灣盆地東營凹陷永安地區(qū)物源分析為例[J].石油實驗地質,2009,31(4):427-432.

[12]劉池洋,趙紅格,桂小軍,等.鄂爾多斯盆地演化-改造的時空坐標及其成藏(礦)響應[J].地質學報,2006,80(5):617-638.

[13]Belousova E,Griffin W L,O'Reilly S Y,et al.Igneous zircon: trace element composition as an indicator of source rock type[J].Contributions to Mineralogy and Petrology.2002,143: 602-622.

[14]王中剛，于學元，趙振華.稀土元素地球化學[M].北京:科學出版社,1989:310-313.

[15]董春艷,劉敦一,萬渝生,等.內蒙古大青山地區(qū)早前寒武紀變質巖的鋯石Hf同位素組成和稀土模式[J].地質論評,2009,55(4):509-520.

[責任編輯 李曉霞]

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

中國地質調查局項目(12120114009201)

雷開宇(1989—)，男，陜西延安人，西北大學碩士研究生，延長石油(集團)油氣勘探公司技術員。

P59；TE121.3

A

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