鄂爾多斯盆地本溪組沉積物物源探討及其構造意義

賈浪波，鐘大康，孫海濤，嚴銳濤，張春林，莫午零，邱存，董媛，李兵，廖廣新

1.中國石油大學（北京）油氣資源與探測國家重點實驗室，北京 102249

2.西安石油大學地球科學與工程學院，西安 710000

3.中國石油勘探開發(fā)研究院，河北廊坊 065000

4.中石化江漢油田分公司采氣工程技術服務中心，湖北潛江 433124

0 引言

華北地臺鄂爾多斯盆地在海西構造運動作用下，結束抬升剝蝕，沉積了海陸過渡相本溪組。目前在對鄂爾多斯盆地晚古生代勘探中主要集中于上部的太原、山西和石盒子組，對于本溪組研究較少；在僅有的本溪組研究中也主要集中于盆地北部地區(qū)或者南部的延長礦區(qū)[1-7]，也未有學者對于這一關鍵時期物源進行全盆地系統(tǒng)分析；通過對僅有的本溪組物源發(fā)育情況文獻進行調(diào)研，發(fā)現(xiàn)物源爭議較大，一部分學者認為南部物源不發(fā)育，其中林進等[4]通過對本溪組南部沉積物進行陰極發(fā)光和稀土元素分析認為沉積物主要來自于盆地北緣；趙謙平等[5]通過對本溪組南部沉積物母源構造背景分析認為物質(zhì)來源于盆地北緣；蘇東旭等[7]在對南部本溪組沉積體系研究過程中，認為南部地區(qū)基底奧陶系灰?guī)r難以風化剝蝕形成沙丘和砂壩沉積，認為物質(zhì)來源于北部。同時也有部分學者認為本溪組沉積時期，南部可以提供物源[8-9]，陳全紅等[9]研究發(fā)現(xiàn)本溪組地層逐層向南超覆于奧陶系基底之上，同時分析得到南部和北部樣品的構造背景存在差異，從而推測本溪組沉積時期南部存在物源；Li et al.[10]、Zhu et al.[11]和Wang et al.[12]通過對本溪組底部鋁土礦和碎屑巖的碎屑鋯石年齡進行分析發(fā)現(xiàn)，南部樣品有較為明顯的490 Ma年齡峰，該年齡峰值被認為是南部北秦嶺物源區(qū)的典型標志[13]，從而認為在本溪組沉積時期南部存在物源。由此可見本溪組沉積時期，南部是否存在物源及物源規(guī)模究竟有多大，存在很大爭議。另外隨著目前對南部鉆井增多，發(fā)現(xiàn)南部本溪組具有一定勘探潛力。物源研究的爭議也極大制約了該區(qū)的油氣勘探。

因此本文研究從沉積本溪組的整個盆地中東部著手，基于野外、巖芯和鉆測井、輕礦物、陰極發(fā)光、重礦物和碎屑鋯石年齡測年資料和前人研究成果，通過多種手段綜合分析本溪組沉積時期物源體系發(fā)育特征，探討不同物源體系的母巖類型和該時期構造演化特征，致力于為后期華北地臺海西期大地構造演化和本溪組油氣勘探研究提供可靠的依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

鄂爾多斯盆地經(jīng)歷了加里東—喜山構造運動旋回和多幕構造運動，是一個穩(wěn)定沉降、坳陷遷移的多旋回沉積型類克拉通含油氣盆地，已成為我國重要的石油、天然氣生產(chǎn)基地之一[14-16]。研究區(qū)位于鄂爾多斯盆地中東部，北以杭錦旗為界，東到黃河，南到盆地南緣，西至鄂托克前旗，海拔高程800～1 500 m，研究區(qū)面積達1.86×105km2?？缭蕉鯛柖嗨古璧匾撩寺∑?、伊陜斜坡、渭北隆起、晉西撓褶帶四個構造單元，主要位于陜北斜坡構造單元之上（圖1）。

鄂爾多斯盆地發(fā)育的晚古生代地層為石炭系和二疊系，自下而上為本溪組、太原組、山西組、石盒子組和石千峰組，本溪組為整個華北地臺結束抬升剝蝕之后形成的海陸過渡相沉積，整體對應為海平面上升背景，其中本溪組自下而上可以劃分為湖田段、畔溝段和晉祠段，湖田段主要為一套灰色、灰白色鋁土巖和鋁土質(zhì)泥巖，前人普遍認為該套鐵鋁層為沖積平原風化殼泥巖或者沼澤泥巖沉積[1-2]；畔溝段巖性為一套深灰色粉砂巖夾灰白色細—粗粒石英砂巖和石灰?guī)r透鏡體及煤線，晉祠段主要巖性為一套砂巖、灰?guī)r和煤層，前人通過研究認為畔溝期和晉祠期北部主要為三角洲沉積，南部為潮坪、障壁島沉積[1-7]。最新侯云東等[8]通過對野外露頭和鉆井巖芯系統(tǒng)觀察，結合典型沉積構造和砂體分布特征，認為本溪組對應的沉積類型為潮汐砂壩—三角洲復合沉積體系，北邊主要為三角洲沉積，南邊為潮汐砂壩沉積（圖1）。

2 研究方法

本次研究過程中所涉及的主要實驗有：重礦物分析、陰極發(fā)光分析和碎屑鋯石U-Pb分析，接下來對以下幾種方法進行詳述。

本次重礦物分析中，主要選取本溪組晉祠段和畔溝段的中粗砂巖進行分析，共分析樣品60塊，是在北京天和信礦業(yè)技術開發(fā)有限公司完成測試，分析測試過程包括重選、強磁選、電磁選和三溴甲烷分離等步驟，然后再由分析員對不同類型重礦物進行識別統(tǒng)計，為了保證測試結果可靠性，分析礦物顆粒在1 000粒左右。

本次陰極發(fā)光實驗測試，共選取樣品52 塊砂巖樣品，是在中國石油大學（北京）重點實驗室完成測試，所用儀器為美國RELIOTRON 公司的陰極發(fā)光（CL）儀器，樣品為普通薄片，為了考慮后期的對照分析，本次研究中所用樣品均采用相同的測試分析條件，具體條件為：束電壓14.5 kV，電流320～340 μA，暗室，室溫18 ℃，空氣濕度40%，觀測時間為30～50 s。詳細標準參照SYT5916—2013《巖石礦物陰極發(fā)光鑒定方法》。

鋯石LA-ICP-MS原位U-Pb實驗是在南京聚普科技有限公司實驗室完成。測試儀器為Agilent 7700x型ICPMS 和ASI RESOnetics S-155 193 nm 準分子 激光剝蝕系統(tǒng)聯(lián)機。首先將鋯石按照宋彪所示方法制靶[17]，然后照反射光和陰極發(fā)光圖像，觀察鋯石形態(tài)及其內(nèi)部結構，為鋯石測年做好準備工作。然后用儀器測量鋯石U-Pb 同位素含量，校正的鋯石標準為91 500，激光束斑大小為33μm，剝蝕頻率為6 Hz，激光輸出能量為100 mJ，能量密度8 J/cm2。分析時背景時間為15 s，樣品分析時間40 s。

本次研究中共在鄂爾多斯盆地北部保德橋頭和南部韓城象山采集兩塊樣品，測試共得153顆碎屑鋯石的U-Pb 年齡，其中碎屑鋯石年齡中達到協(xié)和度要求的鋯石共計129 顆。對符合要求的數(shù)據(jù)利用ISpolpt3.0做處理。大于>1 000 Ma的樣品，由于含大量放射性成因Pb，因而采用207Pb/206Pb 表面年齡，對于<1 000 Ma的數(shù)據(jù)，主要采用更為可靠的206Pb/208Pb的表面年齡[18]。

3 本溪組物源分析結果

物源分析是研究沉積、儲層和成藏的基礎，本次在物源研究過程中，主要基于沉積學物源分析方法和地球化學碎屑鋯石U-Pb 年代學分析，沉積學方法主要包括：1）礫巖分布范圍分析，2）碎屑組分分析，3）石英陰極發(fā)光分析，4）重礦物組合及重礦物穩(wěn)定系數(shù)分析。

圖1 研究區(qū)地理位置（a）、研究區(qū)井位分布（b）及地層柱狀圖（c）Fig.1 Geographic location (a); distribution of wells (b); and stratigraphical characteristics (c)

3.1 沉積學分析

3.1.1 礫巖分布范圍分析

礫石一般可以直接反應物質(zhì)的母巖成分，并且礫石一般屬于近源沉積，未經(jīng)過長距離搬運，成分受外界改造一般較小[19-21]。在原始盆地恢復過程中，從盆地邊緣到盆地內(nèi)部有從粗粒到細粒變化，盆地邊緣一般有盆地邊緣礫巖相發(fā)育[22]。本次研究中通過本溪組巖芯觀察描述，確定了礫石的平面分布圖（圖2）。

本溪組取芯段主要是畔溝段和晉祠段的砂礫巖，因而通過識別平面上不同部位巖芯柱子的巖性粒度變化特征，可以推測物源體系分布。本次共描述全區(qū)鉆遇本溪組的井位50 余口，通過分析統(tǒng)計得到圖2，礫巖主要發(fā)育在盆地南部地區(qū)和零星的北部地區(qū)。通過詳細觀察可見，盆地中部和北部地區(qū)主要為中細砂巖和零星的礫巖層（圖2b），通過對北部發(fā)育的礫石層進行統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)北部礫石層厚度一般為0.4～1 m，如統(tǒng)12 井序列所示，礫巖顆粒主要為石英礫，磨圓為次棱角—次圓，分選較好，粒徑大小主要為2 ～4 mm；盆地南部地區(qū)發(fā)育較厚礫石層（圖2c），整體為正韻律，厚度從1～6 m 不等，成分主要為石英礫，磨圓為次圓，分選中等—好，粒徑大小為普遍為5～10 mm，最大可達20 mm×25 mm，相對北部礫石，厚度較大，粒徑也較大，傾向于認為南部和北部礫石層來源于不同物源體系。一般而言從盆地邊緣到盆地內(nèi)部粒度由粗變細，而盆地北部該時期發(fā)育穩(wěn)定物源爭議較小，從而分析認為本溪組沉積時期，南部礫石層應來源于盆地南部物源體系。

圖2 鄂爾多斯盆地本溪組礫巖分布范圍Fig.2 Conglomerate distribution in the Benxi Formation, Ordos Basin

3.1.2 碎屑組分分析

碎屑組分是反映物源信息比較直觀的輔助物[23]，巖屑類型比其他任何類型的顆粒帶有更多的物源區(qū)證據(jù)。因為碎屑巖巖屑類型、含量與母巖性質(zhì)、風化作用息息相關，因而通過對碎屑組分單巖屑分析、巖屑組合和含量進行統(tǒng)計，可以得到有關物源方向和母巖性質(zhì)信息。本次通過對覆蓋全區(qū)的巖石鑄體薄片進行觀察，統(tǒng)計不同區(qū)域巖石顆粒類型，依據(jù)巖石顆粒類型差異從而可以確定物源區(qū)位置。

通過分析表明，研究區(qū)主要巖石類型為石英砂巖和少量的巖屑石英砂巖，長石幾乎不發(fā)育。不同區(qū)域發(fā)育不同的巖屑類型。平面上大概可以劃分為四個區(qū)域(圖3），選取不同區(qū)域的巖石薄片進行觀察，可以看出，I區(qū)巖石碎屑顆粒以石英為主，巖屑含量較低，整體為石英砂巖特征（圖4a，b）；II區(qū)碎屑顆粒整體也是以石英為主，但是巖屑顆粒含量明顯增加，整體為巖屑質(zhì)石英砂巖特征（圖4c，d）；III區(qū)碎屑顆粒也是以石英為主，但是巖屑含量相對更高，整體為巖屑砂巖和巖屑質(zhì)石英砂巖（圖4e，f）；IV 區(qū)碎屑顆?；救繛槭?，幾乎不見其他類型碎屑，整體為石英砂巖（圖4g，h）。

對每個區(qū)域所有樣品點的不同碎屑百分含量進行整體平均得到圖5，西北部I 區(qū)為92%的石英、6%的變質(zhì)巖巖屑、1%的沉積巖巖屑和1%的巖漿巖巖屑；東北部II區(qū)為87%的石英和11%的變質(zhì)巖巖屑、1%的沉積巖巖屑和1%的變質(zhì)巖巖屑；西南部III 區(qū)為76%的石英、20%的變質(zhì)巖巖屑、3%的沉積巖巖屑和1%的巖漿巖巖屑；東南IV區(qū)為98%的石英、1%的變質(zhì)巖巖屑和1%的巖漿巖巖屑。

圖3 鄂爾多斯盆地本溪組不同區(qū)域巖石碎屑組分分布圖Fig.3 Distribution of rock debris in the Benxi Formation,Ordos Basin

由圖3、圖4 和圖5 可知，基于巖石組分差異，平面上四個分區(qū)特征較為明顯，西北部I區(qū)與相鄰的東北部II 區(qū)和西南部III 區(qū)差異較大，東北部II 區(qū)和西南部III區(qū)巖屑含量比I區(qū)明顯要高，說明I區(qū)、II區(qū)和III來自不同物源體系；東南部IV區(qū)與相鄰的西南III區(qū)和東北II 區(qū)差異也較大，西南III 區(qū)和東北II 區(qū)碎屑組分中巖屑含量也明顯高于東南部IV區(qū)。綜上可以看出通過平面巖石碎屑組分差異，平面上可以劃分為四個區(qū)域。

3.1.3 石英陰極發(fā)光

碎屑巖中常見石英、長石和巖屑因為來源和母巖性質(zhì)不同，一般具有不同的陰極發(fā)光特征，從而可以分析源區(qū)性質(zhì)和物源分區(qū)。長石和巖屑顆粒一般不穩(wěn)定，所以在物源分析中一般選擇石英陰極發(fā)光特征進行判斷[24]。石英的碎屑沉積物中石英陰極發(fā)光顏色一般大致可以分為三種：紫色—藍色、棕色和不發(fā)光。石英不同的陰極發(fā)光顏色與母巖類型有關，反映了母巖形成時所經(jīng)歷的溫度，“紫色”一般代表深成巖、火山巖以及一些接觸變質(zhì)巖；“棕色”一般代表低級變質(zhì)巖，在區(qū)域變質(zhì)巖中也可出現(xiàn)；至于不發(fā)光石英指示成巖作用形成的石英[25]。本次主要是針對研究區(qū)不同部位的巖石鑄體薄片進行觀察，如圖6所示。

研究區(qū)西北部砂巖陰極發(fā)光中，石英主要以暗褐色為主，部分發(fā)藍紫光（圖6a），說明石英來源主要為低級變質(zhì)巖和少量的火成巖；研究區(qū)東北部石英陰極發(fā)光顏色有典型的藍紫光和部分暗褐色（圖6b～e），說明母巖類型為火成巖和變質(zhì)巖；西南部石英陰極發(fā)光主要為暗褐色和少量的藍紫色（圖6g），說明母巖類型主要為變質(zhì)巖和少量火成巖；東南部地區(qū)石英陰極發(fā)光顏色主要以棕褐色為主（圖6h，i），說明母巖類型主要為變質(zhì)巖；其中在研究區(qū)東部偏中部成家莊，陰極發(fā)光顏色為棕褐色但藍紫色也占了很高比例（圖6f），該位置北部主要為藍紫色石英，南部為棕褐色石英，因而推測該部位為南部和北部物源交匯部位。通過石英陰極發(fā)光可以看出，西北區(qū)域與相鄰的東北區(qū)域特征差異較大，西北區(qū)域與相鄰西南區(qū)域差異不是很明顯；東南與相鄰的東北區(qū)域和西南區(qū)域差異較大。

3.1.4 重礦物組合及穩(wěn)定系數(shù)

重礦物組合一般與母巖性質(zhì)存在密切關系，能夠較好的反映源區(qū)母巖特征，其類型和組合也能反映母巖類型的變化及沉積搬運距離的遠近[26-27]。重礦物穩(wěn)定系數(shù)是指穩(wěn)定重礦物含量與不穩(wěn)定重礦物含量之比。隨著搬運距離增大穩(wěn)定重礦物含量升高，不穩(wěn)定定重礦物含量降低，所以穩(wěn)定系數(shù)大小可以反映沉積物搬運方向[27]。本次研究過程中首先除去一些自生和次生重礦物，選用的穩(wěn)定重礦物為鋯石、電氣石、金紅石、石榴石、錫石和鈦鐵類，不穩(wěn)定礦物包括：硬綠泥石、黑云母、黃鐵礦、重晶石和輝銻礦[28]。

圖4 鄂爾多斯盆地本溪組不同區(qū)域巖石碎屑組分鏡下特征（a和b為I區(qū)，c和d為II區(qū)，e和f為III區(qū)，g和h為IV區(qū)）Fig.4 Photomicrographs (crossed nicols) showing typical mineral assemblages in different areas of the Benxi Formation,Ordos Basin. (a), (b) area I; (c), (d) area II; (e), (f) area III; (g), (h) area IV

圖5 鄂爾多斯盆地本溪組不同區(qū)域巖石碎屑統(tǒng)計結果Fig.5 Rock debris statistics for different areas of the Benxi Formation, Ordos Basin

通過觀察平面上不同區(qū)域重礦物類型特征，可以看出之前由碎屑組分得到的四個區(qū)域重礦物類型也存在差異（圖7），通過對不同區(qū)域所有樣品的不同類型重礦物含量進行整體平均得到圖8，分析認為I區(qū)主要以鈦鐵類、電氣石、鋯石和云母為主；II區(qū)以鈦鐵類、電氣石、鋯石、云母為主，外加少量硬綠泥石；III 區(qū)位于I 區(qū)正南邊，主要以鈦鐵類、電氣石、鋯石、云母以及少量錫石和硬綠泥石；IV區(qū)主要以鈦鐵類、電氣石、鋯石、金紅石和黃鐵礦為主。對比相鄰區(qū)域可以看出，I區(qū)與相鄰II區(qū)相比差異較大，I區(qū)鈦鐵類相對較少，電氣石含量較高，I 區(qū)與相鄰區(qū)域III 區(qū)相比，特征差異相對較小，I 區(qū)電器石含量相對較高一些，同時III 區(qū)相對出現(xiàn)一些錫石和硬綠泥石；IV 區(qū)與相鄰區(qū)域II區(qū)和I區(qū)相比差異較大，明顯出現(xiàn)金紅石礦物。其中在對成家莊樣品進行統(tǒng)計分析中，識別出少量的金紅石，說明在沉積時期，有少量的南部IV區(qū)物源影響到該部位。通過對重礦物穩(wěn)定系數(shù)進行計算得到圖8，從圖中可以看出，穩(wěn)定系數(shù)從盆地北部邊緣到盆地中心和從盆地南部邊緣到盆地中心，都有從小增大的趨勢，在結合不同區(qū)域重礦物類型差異，可以看出該時期在南部和北部地區(qū)可以各識別出兩個物源體系。

3.2 碎屑鋯石測年

重礦物中鋯石抗風化能力較強，U-Th-Pb 同位素體系封閉溫度較高，不易被后期改造熱事件破壞，使得它在沉積循環(huán)中能很好保存形成時的構造熱事件，不但廣泛發(fā)育在各類巖漿巖中，在中、高級變質(zhì)巖中也廣泛發(fā)育。基于這些優(yōu)點使其成為國內(nèi)外物源研究的首選礦物[29]。本次研究中為了確定南部是否發(fā)育穩(wěn)定物源體系，在盆地北部和南部地區(qū)有代表性露頭點保德橋頭N1 樣品和韓城象山N2 樣品進行LA-MC-ICP-MS 鋯石U-Pb 同位素測年分析（附表1，2），結果如圖9 所示。關于鄂爾多斯盆地北部和南部物源體系研究較多，其中北部物源體系特有的年齡峰為300 Ma 和2 000 Ma[30-33]，南部物源年齡峰為450 Ma 和900 Ma峰值[34-35]。

圖6 鄂爾多斯盆地本溪組石英陰極發(fā)光特征Fig.6 Cathodoluminescence images of quartz of the Benxi Formation, Ordos Basin

N1 樣品共有51 顆鋯石點數(shù)據(jù)有效，年齡變化于315.8～2 457.6 Ma，從直方圖上看年齡分為三組：315.8～321.6 Ma、1 798～2 135.8 Ma、2 228.3～2 775.8 Ma（圖10）。其中315.8～321.6 Ma 占總有效數(shù)據(jù)的7.8%，年齡峰為318 Ma，也是較為明顯年齡峰；1 798～2 135.8 Ma 占總有效數(shù)據(jù)的62.75%，年齡峰為1 960 Ma，也是該樣品最為明顯年齡峰；2 228.3～2 775.8 Ma 占總有效數(shù)據(jù)的29.41%，年齡峰為2 470 Ma。N2 樣品有78 個鋯石點數(shù)據(jù)有效，從直方圖上看出年齡劃分為四組，分別為：394～648.2 Ma、723.9～1 284.9 Ma、1 439.8～1 865.7 Ma 和2 338.9～2 668.2 Ma（圖10）。394～648.2 Ma 占總有效數(shù)據(jù)的42.3%，峰值年齡為460 Ma，也是最為顯著的一個年齡峰；723.9～1 284.9 Ma 占總有效數(shù)據(jù)的33.3%，存在3 個略微顯著的年齡峰分別為810 Ma、960 Ma、1 080 Ma；1 439.8～1 865.7 Ma 占總有效數(shù)據(jù)19.2%，存在兩個較小年齡峰為1 600 Ma和1 840 Ma；2 338.9～2 668.2 Ma 占 總 有 效 數(shù) 據(jù)5.1%，年齡峰不明顯。

4 討論

通過對鄂爾多斯盆地本溪組礫石展布范圍、碎屑組分、石英陰極發(fā)光、重礦物組合及穩(wěn)定系數(shù)和碎屑鋯石測年綜合分析，認為本溪組沉積時期南北雙向供源，其中南部和北部物源體系在東西方向上分別又可以劃分出兩個物源體系。前人對晚古生代時期物源特征研究較多，其中席勝利等[36]、楊銳等[37]在對鄂爾多斯盆地山西組和上下石盒子組北部物源研究中，均發(fā)現(xiàn)盆地北部地區(qū)以烏拉山西為界，西側為石英砂巖沉積，東側為巖屑石英砂巖和巖屑砂巖，本次對碎屑物的分析結果也符合該特征（圖3，4）。在對盆地北部地區(qū)東西兩側巖石薄片陰極發(fā)光顏色分析中，認為西北地區(qū)母巖主要為變質(zhì)巖和少量火山巖，東北部地區(qū)母巖主要為陰山東段火成巖和少量變質(zhì)巖。對于南部物源體系可以明顯看出南部物源體系在東西兩側存在很大差異，可以斷定存在于南部的兩個物源體系來源于不同的母巖類型（圖3～5，7，8），東南部物源體系陰極發(fā)光顯示主要為變質(zhì)石英，推測母巖類型高級變質(zhì)巖；西南部巖石組分較為復雜，巖屑以變質(zhì)巖為主，但同時發(fā)育一些沉積巖巖屑和巖漿巖巖屑，推測母巖主要為變質(zhì)巖和部分沉積巖和巖漿巖。

圖7 鄂爾多斯盆地本溪組重礦物組合類型平面分布圖Fig.7 Distribution of heavy mineral suites, Benxi Formation,Ordos Basin

對于北部樣品N1，315～321 Ma 可能來自晚古生代古亞洲洋洋殼向華北克拉通和蒙古古陸塊進行雙向俯沖影響的華北北緣巖漿巖，該年齡段與顯生宙400～300 Ma 的興—蒙造山火成巖年齡一致[30-32]；1 798～2 135 Ma 年齡與華北克拉通發(fā)生的呂梁構造事件有關，該事件使華北克拉通北緣可提供2 300～1 800 Ma 的物源[38-39]。華北板塊在2 700～2 500 Ma發(fā)生大規(guī)?；鹕健獛r漿活動，在2 500～2 300 Ma 構造較為穩(wěn)定[39-40]，對于2 228～2 775 Ma，可以解釋為該地區(qū)接受了華北克拉通北緣2 700～2 500 Ma 期間的火山巖碎屑物質(zhì)和2 500～2 320 Ma 的變質(zhì)巖碎屑物質(zhì)。對于南部樣品N2，394～648 Ma 年齡中峰值年齡為450 Ma，723.9～1 284.9 Ma 的峰值年齡為1 000 Ma 左右，前人研究認為在北秦嶺造山帶中，廣泛發(fā)育的斜長角閃巖和綠片巖的年齡為450 Ma 和1 000 Ma 左右[41-43]。因此可以確定這兩個年齡峰的碎屑鋯石來源于北秦嶺造山帶。對于1 439.8～1 865.7 Ma 年齡段的碎屑鋯石，前人在北秦嶺研究中未見對該年齡報道，但是該年齡在華北板塊基底較為常見[44]。2 338.9～2 668.2 Ma 年齡是地殼形成時間，在全球各大陸非常普遍，在華北板塊和周圍微陸塊中也較為常見，因而對于該年齡段很難確定來自于華北板塊或者北秦嶺[11]。通過碎屑鋯石分析說明本溪組沉積時期南邊發(fā)育穩(wěn)定物源體系，且年齡特征與北部存在明顯區(qū)別。

基于以上各種資料分析，關于北部地區(qū)前人研究也較多，本次研究北部巖石碎屑組分也基本符合前人研究規(guī)律，結合前人對本溪上部山西—太原組物源研究[35-36]，分析認為西北地區(qū)母巖類型主要為陰山地區(qū)變質(zhì)巖和少量火山巖，東北部母巖以陰山東段地區(qū)的酸性侵入巖和部分變質(zhì)巖。并且在整個晚古生代石炭—二疊紀，盆地北部構造較為平靜，物源體系發(fā)育穩(wěn)定。關于南部地區(qū)，該時期可能提供物源的古隆起為：北秦嶺東段、北秦嶺西段和祁連山東段三個隆起[45-46]，通過本次對巖石組分以及重礦物類型分析，可以看出南部物源體系在東西兩側存在很大差異，我們可以斷定存在于南部的兩個物源體系來源于不同的母巖類型（圖3～5，7，8），東南部物源體系陰極發(fā)光顯示主要為變質(zhì)石英，推測其主要來源于北秦嶺東段秦嶺群中的中—高級變質(zhì)巖[47]。關于西南部物源體系，相對東南物源體系，石英陰極發(fā)光、碎屑組分、重礦物組分都存在很大差異，同時成分成熟度明顯較低，從而推測西南物源來自北秦嶺東段可能性相對較小，再者該物源臨近北秦嶺西段和北祁連東段，從而推測這些古陸更可能成為西南區(qū)源區(qū)；再結合前人對西南區(qū)物源研究中，來自西南秦嶺古陸西部和北祁連東段源區(qū)提供的巖屑也主要是變質(zhì)巖巖屑、巖漿巖巖屑和沉積巖巖屑[46]，從而綜合判斷西南物源可能來源于北秦嶺西段和北祁連東段的太古界和下元古界石英巖、片麻巖等高級變質(zhì)巖、部分巖漿巖及少量沉積巖。

圖8 鄂爾多斯盆地中東部本溪組不同區(qū)域重礦物類型特征Fig.8 Heavy mineral suites statistics for different regions of the Benxi Formation, Ordos Basin

圖9 鄂爾多斯盆地本溪組重礦物穩(wěn)定系數(shù)等值線圖Fig.9 Heavy mineral stability coefficient contour map,Benxi Formation, Ordos Basin

早古生代早期，華北板塊兩側處于板塊擴張期發(fā)育被動大陸邊緣建造，在早古生代晚期，華北板塊兩側大洋板塊俯沖于華北板塊之下，形成溝弧盆體系的活動大陸邊緣，南北雙向俯沖使得華北板塊抬升開始剝蝕（圖11a）[48]，直到晚石炭世在古風化殼表面沉積了本溪組。關于本溪組的物源研究較少，目前研究主流觀點認為盆地沉積時期，盆地主要以北部物源為主，南部物源不發(fā)育[4-5,7]；也有少數(shù)學者認為南部物源應該發(fā)育，但是物源具體影響強弱程度不清楚[8-12,49]。所以目前多數(shù)學者認為本溪組沉積時期，南部可能存在物源但是僅局限在盆地邊緣地區(qū)。雖然對本溪組物源研究認識較少，但是對于南部地區(qū)晚古生代太原、山西、石盒子組的物源研究較多，目前一個普遍認識為從太原組—石盒子組沉積時期，南部物源逐漸減弱，北部物源逐漸增強[9,50-51]。眾所周知從本溪組—石盒子組沉積時期，盆地南緣未再有大的構造運動，從而推測本溪組沉積時期，南部物源應該也服從該規(guī)律，南部物源供給應該也較強，本次研究恰好也驗證了該觀點，即本溪組沉積時期，南部物源供給較強甚至可以影響到盆地中部地區(qū)。前人研究認為本溪組沉積時期南部物源主要為華北板塊南緣[52]，通過對本溪組碎屑鋯石分析，發(fā)現(xiàn)本溪組碎屑鋯石中有北秦嶺巖漿巖鋯石年齡，推測本溪組沉積時期，不僅華北板塊南緣供源，北秦嶺已與華北板塊拼接，對于南部物源也有很大貢獻（圖11b）。

圖10 鄂爾多斯盆地中東部本溪組碎屑鋯石年齡分布直方圖（左為N1 樣品，右為N2 樣品）Fig.10 Histograms and relative probability plots of detrital zircon, Benxi Formation, Ordos Basin

圖11 華北板塊與周緣陸塊晚古生代演化示意圖Fig.11 Schematic of Late Paleozoic evolution of the North China Plate and peripheral continental terranes

5 結論

（1）通過對本溪組物源進行沉積學手段分析，主要包括礫巖分布特征、碎屑組分分析、石英陰極發(fā)光、重礦物組合及穩(wěn)定系數(shù)分析手段，發(fā)現(xiàn)本溪組沉積時期，為南北雙向供源特征，其中南部和北部在東西向可以繼續(xù)劃分為兩個物源體系。

（2）通過本溪組碎屑鋯石年齡分析，本溪組沉積時期，南部和北部碎屑鋯石年齡差異較大，碎屑鋯石年齡都與周緣古陸和古老巖體的年齡分布具有較強一致性。北部物源的特征年齡400～300 Ma與興蒙造山帶年齡一致，1 798～2 135 Ma與華北板塊北部呂梁構造運動有關；南部物源特征年齡為450 Ma 左右和1 000 Ma左右，該年齡與北秦嶺造山帶中巖漿巖年齡一致。

（3）通過多種手段綜合分析認為西北部地區(qū)母巖主要為陰山地區(qū)變質(zhì)巖和少量火山巖，東北部母巖以陰山東段地區(qū)的酸性侵入巖和變質(zhì)巖為主；西南部地區(qū)源區(qū)主要為北祁連東段和北秦嶺西段太古界和下元古界石英巖、片麻巖等高級變質(zhì)巖、部分巖漿巖及少量沉積巖，東南部地區(qū)母巖類型主要為北秦嶺東段高級變質(zhì)巖。

（4）通過前人調(diào)研及筆者分析研究認為本溪組沉積時期，北秦嶺構造帶已與華北板塊南緣發(fā)生碰撞，盆地南部地區(qū)為盆地不僅提供物源，該物源甚至可以影響到盆地中部地區(qū)，同時通過碎屑鋯石分析認為北秦嶺陸塊是南部物源體系重要組成部分。

附表1 鄂爾多斯盆地保德橋頭砂巖樣品N1碎屑鋯石LA-ICP-MS U-Pb 測年分析結果Table 1 Zircon LA-ICP-MS U-Pb dating of sample N1 in the Qiaotou area of Baode in the Ordos Basin

附表2 鄂爾多斯盆地韓城象山砂巖樣品N2碎屑鋯石LA-ICP-MS U-Pb 測年分析結果Table 2 Zircon LA-ICP-MS U-Pb dating of sample N1 in the Xiangshan area of Hancheng in the Ordos Basin

續(xù)附表2