席勝利，李振宏 ，劉新社

(1.中國石油 長慶油田分公司 勘探事業(yè)部，陜西 西安 710018；　2.中國地質(zhì)科學(xué)院 地質(zhì)力學(xué)研究所，北京 100081)

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鄂爾多斯盆地西南緣中生代火成碳酸鹽巖的發(fā)現(xiàn)及意義

席勝利1，李振宏2，劉新社1

(1.中國石油 長慶油田分公司 勘探事業(yè)部，陜西 西安 710018；2.中國地質(zhì)科學(xué)院 地質(zhì)力學(xué)研究所，北京 100081)

鄂爾多斯盆地屬于我國中西部地區(qū)穩(wěn)定的克拉通盆地。盆地邊緣構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈，逆沖推覆構(gòu)造發(fā)育，巖漿活動(dòng)頻繁；盆地內(nèi)部構(gòu)造穩(wěn)定，以前尚未有巖漿活動(dòng)的報(bào)道。鄂爾多斯盆地西南緣慶深1井薊縣系白云巖中火成碳酸鹽巖侵入巖脈的發(fā)現(xiàn)，為重新認(rèn)識(shí)盆地內(nèi)部的構(gòu)造活動(dòng)性提供了新的線索。該套侵入巖脈稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化圖解中沒有明顯的Eu異常，符合火成碳酸鹽巖的基本特征。同時(shí)，在碳、氧同位素交匯圖解中，分析點(diǎn)全部落入了火成碳酸鹽巖的范圍。通過鋯石U-Pb同位素測年，該套火成碳酸鹽巖的形成時(shí)代為176.2 Ma±3.3 Ma，屬于早-中侏羅世構(gòu)造活動(dòng)的產(chǎn)物。火成碳酸鹽巖的形成主要受控于北東-南西向基底大斷裂帶在早中侏羅世時(shí)期的隱性活動(dòng)，為揚(yáng)子板塊向華北克拉通俯沖擠壓之后區(qū)域伸展作用的產(chǎn)物。鄂爾多斯盆地西南緣早侏羅世末期火成碳酸鹽巖侵入脈的發(fā)現(xiàn)，為認(rèn)識(shí)華北克拉通早侏羅世區(qū)域拉張的構(gòu)造背景提供了新的證據(jù)。

碳、氧同位素；鋯石U-Pb年代學(xué);火成碳酸鹽巖；地球化學(xué)；中生代；鄂爾多斯盆地

鄂爾多斯盆地的演化奠基于前寒武紀(jì)結(jié)晶基底之上，先后經(jīng)歷了中新元古代坳拉谷盆地發(fā)育階段、古生代華北大型穩(wěn)定克拉通盆地發(fā)育階段、中生代西部類前陸盆地發(fā)育階段和新生代周緣強(qiáng)烈斷陷盆地發(fā)育階段，總體上為一個(gè)多期疊加、多期改造的殘留疊合盆地[1-2]。長期以來，其內(nèi)部一直被認(rèn)為構(gòu)造活動(dòng)性單一，以垂直運(yùn)動(dòng)為特點(diǎn)，不存在巖漿活動(dòng)。近年來，盆地油氣勘探的研究成果不斷地揭示出其內(nèi)部并非“剛性一塊”，也存在著非均質(zhì)性和多期活動(dòng)性。主要表現(xiàn)在以下5個(gè)方面：1)鄂爾多斯盆地基底變質(zhì)巖與花崗巖鋯石最新SHRIMP U-Pb定年結(jié)果表明，鄂爾多斯地塊內(nèi)部在古元古代末期曾發(fā)生過兩期大的構(gòu)造熱事件，第一期大約在2 035～2 030 Ma，盆地東部發(fā)生了大規(guī)模的花崗巖漿侵位，第二期發(fā)生在大約1 850 Ma左右，盆地普遍發(fā)生了高級(jí)變質(zhì)作用，說明了鄂爾多斯盆地內(nèi)部存在古元古代構(gòu)造活動(dòng)帶[3-4]；2)鄂爾多斯盆地不同層位鏡質(zhì)體反射率平面分布圖及熱史模擬結(jié)果表明在盆地南部的吳旗—慶陽—富縣一帶，存在有熱演化程度異常區(qū)。除受古埋深控制外，也受異常熱流體的控制，這種異常熱流體的誘導(dǎo)因素可能為基底斷裂中生代的隱伏性活動(dòng)[5]；3)鄂爾多斯盆地北東-南西向基底斷裂可能存在多期隱性活動(dòng)，主要表現(xiàn)為在奧陶系、石炭系、二疊系、三疊系的含油氣砂體中，高產(chǎn)油氣的優(yōu)勢(shì)方位主要受北東-南西向微裂隙和小斷層的控制[6]；4)利用二維地震剖面層拉平技術(shù)，在中生代地層中發(fā)現(xiàn)多個(gè)斷距小且斷面直立的斷裂，確認(rèn)了在盆地中發(fā)育一系列北東-南西向的中生代斷裂體系[7]；5)鄂爾多斯盆地內(nèi)部新構(gòu)造活動(dòng)比較明顯，一方面表現(xiàn)為線性構(gòu)造影像比較清晰，另一方面局部可見白堊系逆沖在新生代地層之上[8]。盡管越來越多的事實(shí)證明鄂爾多斯盆地內(nèi)部中生代存在強(qiáng)烈的構(gòu)造活動(dòng)性，但依然缺乏巖漿活動(dòng)的直接證據(jù)。本次研究，通過巖心觀察、地球化學(xué)元素分析、碳氧同位素分析以及鋯石U-Pb同位素測年，確定了鄂爾多斯西南緣慶深1井薊縣系白云巖中火成碳酸鹽巖侵入巖脈的存在，為重新認(rèn)識(shí)盆地內(nèi)中生代的構(gòu)造演化提供了新的線索(圖1)。

1　區(qū)域地質(zhì)背景

區(qū)域大地構(gòu)造位置中，鄂爾多斯盆地位于華北克拉通的西部陸塊，北以孔茲巖帶與陰山地塊相鄰(圖1)。在現(xiàn)今的構(gòu)造單元中，盆地北部為陰山造山帶，西部為賀蘭-六盤山造山帶，南部為秦嶺造山帶，東部為呂梁造山帶，總體上是夾持于周邊活動(dòng)帶之間的相對(duì)穩(wěn)定的克拉通盆地[9-11]。

鄂爾多斯盆地沉積蓋層巨厚，盆地最大沉積厚度超過了5 000 m，進(jìn)而掩蓋了大量的盆地基底信息，前寒武紀(jì)演化一直存在著爭議。其中，主要存在著兩種比較明顯的觀點(diǎn)，一種觀點(diǎn)認(rèn)為在大約1 950 Ma左右，鄂爾多斯地塊與陰山地塊發(fā)生碰撞，位于華北克拉通西北部的賀蘭山-烏拉山孔茲巖帶形成[12]，在大約1 850 Ma左右，華北西部地塊與華北東部地塊發(fā)生碰撞，華北克拉通中部造山帶形成[13]。另一種觀點(diǎn)則認(rèn)為，在大約1 970～2 000 Ma，華北克拉通發(fā)生了一次強(qiáng)烈的擠壓構(gòu)造事件,進(jìn)而導(dǎo)致了陸內(nèi)盆地的相繼閉合,分別在華北克拉通東部、西北部以及中部地區(qū)形成了晉豫、膠遼以及豐鎮(zhèn)3個(gè)活動(dòng)帶[14-15]。在早古生代沉積時(shí)期，鄂爾多斯盆地與華北盆地作為統(tǒng)一整體，具有相同的演化背景，沉積了厚度400～1 600 m的淺海臺(tái)地相碳酸鹽巖。其南緣和西緣由于瀕臨秦祁海槽，沉積厚度可以達(dá)到4 500 m。中奧陶世末期，受到華北地塊南、北擠壓作用力的影響，導(dǎo)致華北地臺(tái)整體抬升，缺失了志留系、泥盆系和下石炭統(tǒng)沉積，間斷達(dá)130 Ma以上。晚古生代沉積時(shí)期，海水從鄂爾多斯盆地西南緣徹底退出，沉積環(huán)境發(fā)生了根本的改變，石炭系為海陸交互相沉積，二疊系主要為大型陸內(nèi)三角洲沉積。中生代，受西部逆沖推覆構(gòu)造和東部整體抬升的影響，鄂爾多斯盆地的構(gòu)造格局基本形成。新生代以來,受東部濱太平洋板塊和西部青藏高原構(gòu)造域的共同影響，鄂爾多斯盆地周緣活動(dòng)構(gòu)造發(fā)育。

圖1　華北克拉通火成碳酸鹽巖分布Fig.1　Distribution of the igneous carbonatites in North China Craton

2　樣品采集及分析方法

樣品采集于鄂爾多斯盆地西南緣慶深1井第17次取心段，井段4 229.5～4 230.6 m，巖心收獲率57.8%，層位歸屬于中元古代薊縣系。樣品顏色為紫紅色，手感光滑細(xì)膩，似凝灰?guī)r，由于巖石比較破碎，與周圍灰白色白云巖接觸關(guān)系不清，推測為侵入接觸(圖2)。顯微鏡下觀察，本次采集的火成碳酸鹽巖礦物成分中以含鐵白云石為主，少量的方解石，局部可見微量的鉀長石斑晶和磷灰石，磷灰石自形程度較高。巖石

裂縫發(fā)育，含鐵質(zhì)礦物沿裂縫分布，可能與深部的熱液活動(dòng)有關(guān)。

為了確認(rèn)該侵入巖體的巖性，本次研究主要從元素地球化學(xué)、碳氧同位素分析及鋯石U-Pb同位素測年3個(gè)方面入手。元素地球化學(xué)和碳氧同位素分析在核工業(yè)地質(zhì)測試中心完成。元素地球化學(xué)由ICP-MS分析，碳氧同位素分析儀器為連續(xù)流質(zhì)譜儀。鋯石U-Pb同位素測年樣品的碎樣和鋯石挑選工作在河北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所完成，制靶工作由北京鋯年領(lǐng)航技術(shù)有限公司完成。LA-MC-ICP-MS鋯石U-Pb定年測試分析在天津地質(zhì)礦產(chǎn)地質(zhì)研究所MC-ICP-MS實(shí)驗(yàn)室完成。

3　分析結(jié)果

本次共采集地球化學(xué)元素和碳氧同位素分析樣品4塊，分別命名為QS1,QS2,QS3和QS4。其中QS1和QS2為紫紅色火成碳酸鹽巖，QS3和QS4為淺灰色白云巖。全量元素和稀土元素的分析結(jié)果分別見表1和表2。從主量元素的分析結(jié)果來看，QS1與QS2樣品各種元素的含量基本一致，而QS3和QS4樣品各種元素含量基本一致?？傮w上二者的差別不是很大，QS1與QS2樣品SiO2的含量略低于QS3和QS4樣品。QS1與QS2樣品的稀土元素含量，稀土元素標(biāo)準(zhǔn)化曲線基本上一致。兩個(gè)樣品的輕稀土(LREE)含量分別為222.05×10-6和216.45×10-6，重稀土(HREE)含量分別為34.25×10-6和32.04×10-6，輕稀土(LREE)/重稀土(HREE)分別為6.48和6.75。稀土元素分布模式為右傾陡峭型。δEu值分別為0.98和0.97，無明顯負(fù)Eu異常。QS3與QS4樣品的稀土元素含量，稀土元素標(biāo)準(zhǔn)化曲線基本上一致。兩個(gè)樣品的輕稀土(LREE)含量分別為18.41×10-6和18.34×10-6，重稀土(HREE)含量分別為5.57×10-6和5.19×10-6，輕稀土(LREE)/重稀土(HREE)分別為3.30和3.53。δEu值分別為0.77和0.75，具明顯負(fù)Eu異常。碳氧同位素分析結(jié)果也完全分為兩組，QS1,QS2和QS3,QS4。QS1和QS2樣品δ18O值為6.8‰～7.0‰(SMOW)，δ13C值為4.8‰～5.8‰(PDB)；QS3和QS4樣品δ18O值為23.5‰～24.0‰(SMOW)，δ13C值為3.0‰～3.5‰(PDB)。

圖2　鄂爾多斯盆地西南部慶深1井中元古界綜合柱狀圖Fig.2　Comprehensive stratigraphic column of the Mesoproterozoic in Qingshen 1 well at the southwestern margin of the Ordos Basin

由于本次用于鋯石U-Pb測年的樣品數(shù)量有限(約0.2公斤)，共挑出鋯石20顆，其中用于鋯石測年的顆粒16顆，有10個(gè)測點(diǎn)的年齡介于167～183 Ma。鋯石自形程度好，具有明顯的巖漿環(huán)帶，Th/U比值為0.63～0.81，具有巖漿鋯石的成因，代表了侵入巖體的形成時(shí)代(圖3)。10個(gè)樣品點(diǎn)206Pb/238U加權(quán)平均年齡為176.2 Ma±3.3 Ma(加權(quán)平均方差MSWD=5.8)(表3；圖4)。

圖3　鄂爾多斯盆地西南部慶深1井火成碳酸鹽巖典型鋯石圖像Fig.3　Typical zircon images of the igneous carbonatites in Qingshen1 well at the south-western margin of the Ordos Basin表1　鄂爾多斯盆地西南部慶深1井主量元素含量Table 1　Major element contents in Qingshen1 well at the southwestern margin of the Ordos Basin

編號(hào)主要元素含量/%SiO2Al2O3Fe2O3MgOCaONa2OK2OMnOTiOP2O5FeO燒失量/%QS16.351.620.62018.1827.450.0551.230.5410.1800.1301.43042.19QS26.631.900.69018.1427.400.0581.300.5480.1300.1201.08041.98QS311.802.920.32714.6136.430.2981.610.0130.1190.0240.68330.79QS411.202.750.30514.5535.790.2951.570.0150.2250.1950.58531.98

表2　鄂爾多斯盆地西南部慶深1井稀土元素含量Table 2　REE elements contents in Qingshen1 well at the southwestern margin of the Ordos Basin

表3　鄂爾多斯盆地西南緣慶深1井火成碳酸鹽巖鋯石U-Pb年齡數(shù)據(jù)Table 3　Zircon U-Pb dating results of the igneous carbonatites in Qingshen1 well at the southwestern margin of the Ordos Basin

圖4　鄂爾多斯盆地西南部慶深1井火成碳酸鹽巖 鋯石年齡諧和圖Fig.4　Concordia plots of the U-Pb zircon dating results for the igneous carbonatites in Qingshen 1 well at the southwestern margin of the Ordos Basin

4　討論

4.1火成碳酸鹽巖厘定

火成碳酸鹽巖是指含碳酸鹽巖礦物含量大于50%(體積百分?jǐn)?shù))，二氧化硅含量小于10%(重量百分?jǐn)?shù))的火成巖石[16]?；鸪商妓猁}巖與海相碳酸鹽巖在地球化學(xué)主量元素上沒有明顯的區(qū)別，很難確認(rèn)，但稀土元素卻表現(xiàn)出了完全不同的特征?；鸪商妓猁}巖稀土元素標(biāo)準(zhǔn)化曲線呈明顯的右傾型，無明顯的正負(fù)Eu異常，但沉積成因的海相碳酸鹽巖雖也呈現(xiàn)出右傾模式，但卻表明為明顯的負(fù)Eu異常[17]。碳、氧同位素是判別火成碳酸鹽巖的一個(gè)重要標(biāo)志，與沉積成因的碳酸鹽巖相比，火成碳酸鹽巖δ18O值要低的多，而且變化范圍有限[18]。慶深1井薊縣系碳酸鹽巖由于巖心收獲率較低，破碎嚴(yán)重，與周圍白云巖的接觸關(guān)系不清，但巖石顏色呈紫紅色，滑膩感強(qiáng)烈，與周圍灰白色的白云巖具有明顯的區(qū)別。稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化曲線無明顯的正負(fù)Eu異常(圖5a)，而與之相鄰的沉積成因的白云巖卻表現(xiàn)出了明顯的負(fù)Eu異常。在δ13C-δ18O圖解中，完全落入了火成碳酸鹽巖的范圍，與沉積成因的碳酸鹽巖區(qū)別較大(圖5b)[19]。綜上所述，分析認(rèn)為慶深1井薊縣系存在巖漿成因的火成碳酸鹽巖。

4.2火成碳酸鹽巖形成環(huán)境

目前，世界上已發(fā)現(xiàn)的400余處火成碳酸鹽巖體大多數(shù)分布于克拉通區(qū)大陸裂谷帶和板塊內(nèi)部，板塊邊緣也有火成碳酸鹽巖產(chǎn)出，只有洋殼和洋中脊尚未發(fā)現(xiàn)火成碳酸鹽巖的報(bào)道。華北克拉通火成碳酸鹽巖在時(shí)間上主要形成于古元古代末至中元古代初、早中生代和晚中生代3個(gè)時(shí)期，反映了華北克拉通在演化歷史上的3個(gè)重要的拉張階段[20]。古元古代末至中元古代初火成碳酸鹽巖主要分布于燕遼裂谷附近，深部動(dòng)力學(xué)背景可能與熱地幔柱有關(guān)。中生代火成碳酸鹽巖主要分布在華北克拉通的北緣和南緣。華北克拉通北緣目前發(fā)現(xiàn)的火成碳酸鹽巖體主要包括：河北涿鹿礬山輝石巖-正長巖-碳酸鹽巖體，其Sm-Nd等時(shí)線年齡239±19 Ma[21]，Rb-Sr等時(shí)線年齡218 Ma±8 Ma[22]；山西懷仁窯子頭煌斑巖-碳酸鹽巖脈，Rb-Sr等值線年齡229 Ma±11 Ma[23]；山西臨縣紫金山堿性巖-碳酸鹽巖雜巖體，Rb-Sr等值線年齡132±28 Ma[24]，SHRIMP鋯石U-Pb年齡125 Ma～132 Ma[25]；山東萊蕪巴陡碳酸鹽巖脈，Rb-Sr等值線年齡124 Ma[26]。華北克拉通南緣中生代目前發(fā)現(xiàn)的火成碳酸鹽巖體主要包括：陜西華陰華陽川碳酸鹽巖脈，K-Ar法獲得的年齡為204～206 Ma[27]；陜西洛南黃龍鋪碳酸鹽巖脈，Re-Os等時(shí)線年齡221 Ma[28]；河南嵩縣磨溝霓輝正長巖-碳酸鹽巖體，Rb-Sr等時(shí)線年齡226Ma[27]，TIMS鋯石U-Pb年齡209 Ma±6 Ma[28]。秦嶺造山帶早中生代花崗巖體的研究表明，具有碰撞造山性質(zhì)的花崗巖主要形成于220～210 Ma[29]，華北克拉通南緣早中生代火成碳酸鹽巖主要形成于204-210 Ma，明顯晚于碰撞造山花崗巖的侵入時(shí)代。因此，晚三疊世火成碳酸鹽巖形成的深部動(dòng)力學(xué)機(jī)制可能與古亞洲洋板塊和揚(yáng)子板塊分別向華北克拉通北緣、南緣俯沖擠壓之后的伸展拉張作用有關(guān)。早白堊世是華北克拉通破壞的關(guān)鍵時(shí)期，目前的研究結(jié)果表明華北克拉通破壞的峰期為125 Ma[30]，華北克拉通發(fā)現(xiàn)的早白堊世火成碳酸鹽巖年齡主要介于124～132 Ma，這與華北克拉通破壞的主峰期基本一致。火成碳酸鹽巖主要分布在華北克拉通的中部和東部，其形成環(huán)境可能與華北克拉通的破壞存在著緊密的聯(lián)系[20]。

圖5　稀土元素標(biāo)準(zhǔn)化曲線和碳、氧同位素交匯圖Fig.5　REE distribution patterns and C-O isotope crossplota.球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化曲線；b.碳、氧同位素交匯圖

慶深1井薊縣系火成碳酸鹽巖，位于鄂爾多斯盆地西南緣，主要夾持于兩條北東-南西向的深大斷裂之間，分別命名為環(huán)縣-橫山斷層(HHF)和華池-大同斷層(HDF)，推測這兩條斷層共同組成了橫貫鄂爾多斯盆地中部，呈北東-南西向展布的隱性活動(dòng)斷裂帶[3]。在早侏羅世末期，約176.2 Ma±3.3 Ma，受揚(yáng)子板塊向華北克拉通俯沖擠壓之后伸展拉張作用的影響，環(huán)縣-橫山斷層(HHF)和華池-大同斷層(HDF)可能復(fù)活，在其斷裂帶內(nèi)部形成一系列火成碳酸鹽巖的侵入巖脈。近年來，在鄂爾多斯盆地西南緣平?jīng)霾叩住部阪?zhèn)相繼發(fā)現(xiàn)了早侏羅世凝灰?guī)r，其年齡主要介于168～176 Ma。在凝灰?guī)r構(gòu)造背景判別圖中，所有投點(diǎn)全部落入了大陸裂谷帶或者初始裂谷玄武巖區(qū)，反應(yīng)了早侏羅世至中侏羅世早期鄂爾多斯及周緣地區(qū)整體上處于陸內(nèi)拉張的構(gòu)造背景[31]。鄂爾多斯盆地西南緣早侏羅世末期火成侵入巖脈的發(fā)現(xiàn)，為華北克拉通早侏羅世區(qū)域拉張的構(gòu)造背景提供了新的證據(jù)。

5　結(jié)論

1) 鄂爾多斯盆地薊縣系侵入巖脈稀土元素標(biāo)準(zhǔn)化曲線是向右陡傾斜的曲線，無明顯的正負(fù)Eu異常。碳氧同位素分析資料表明，δ18O值介于6.8‰～7.0‰(SMOW)，δ13C值介于4.8‰～5.8‰(PDB)，具有明顯的火成碳酸鹽巖的特征。

2) 火成碳酸鹽巖的形成時(shí)代約為176.2 Ma±3.3 Ma，其形成主要受控于北東向基底大斷裂帶在早、中侏羅世時(shí)期的隱性活動(dòng)，為揚(yáng)子板塊向華北克拉通俯沖擠壓之后區(qū)域伸展作用的產(chǎn)物。

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(編輯董立)

Discovery and significance of the Mesozoic igneous carbonate rock at the southwestern margin of Ordos Basin

Xi Shengli1,Li Zhenhong2,Liu Xinshe1

(1.ExplorationDepartmentofPetroChinaChangqingOilfieldCompany,Xi’an,Shaanxi710018,China;2.InstituteofGeomechanics,ChineseAcademyofGeologicalSciences,Beijing100081,China)

Ordos basin is a stable cratonic basin in the central-west China.Along the margin of the basin,tectonic activity was intense,thrust-nappe structures were well developed and magmatic events were common.On the contrary,the inner part of the basin was very stable and no magmatic events have been recorded.Lately,we found some igneous carbonate rock dikes intruded into the dolomite of the Jixian System in Qingshen 1 well at the south-western margin of the Ordos basin.These intrusive dykes provide new clues for us to reconsider the tectonic activity inside the basin.In the REE distribution patterns,its characteristics are basically consistent with igneous carbonate rock without significant Eu anomaly.Besides,all data points fall within the range of igneous carbonate rock in the C-O isotope crossplot.According to the zircon U-Pb dating results,the age of the intrusive igneous carbonate rock is 176.2±3.3 Ma.Therefore,the intrusive dykes formed during the regional extension after the subduction between Yangtze Craton and North China Craton,under the control of minor activities of the NE-SW trending basement faults in the Early-Middle Jurassic.These intrusive igneous dykes at the south-western margin of the Ordos basin provide new evidences for us to understand the regional extension background of North China Craton in the Early Jurassic.

carbon and oxygen isotope,zircon U-Pb dating,igneous carbonate rock,geochemistry,Mesozoic,Ordos Basin

2015-12-03;

2016-01-08。

席勝利(1965—)，男，博士、教授級(jí)高級(jí)工程師，石油與天然氣地質(zhì)。E-mail:xsl_cq@petrochina.com.cn。

簡介：李振宏(1973—)，男，博士、副研究員，沉積盆地與動(dòng)力學(xué)。E-mail:lizhennhong@126.com。

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41372122)；中國地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目(1212011121095)。

0253-9985(2016)02-0173-07

10.11743/ogg20160204

TE121.3

A