鄂尔多斯盆地长城系碎屑锆石SHRIMP U-Pb定年和Hf同位素研究

引用本文

白文倩, 董春艳, 颉颃强, 万渝生. 2019. 鄂尔多斯盆地长城系碎屑锆石SHRIMP U-Pb定年和Hf同位素研究. 岩石学报, 35(8): 2363-2376, doi: 10.18654/1000-0569/2019.08.05

Bai WQ, Dong CY, Xie HQ and Wan YS. 2019. The Changcheng System in Ordos Basin: Detrital zircon SHRIMP U-Pb dating and Hf isotope analysis. Acta Petrologica Sinica, 35(8): 2363-2376(in Chinese with English abstract)

鄂尔多斯盆地长城系碎屑锆石SHRIMP U-Pb定年和Hf同位素研究

白文倩, 董春艳, 颉颃强, 万渝生

中国地质科学院地质研究所北京离子探针中心, 北京 100037

2019-01-10 收稿; 2019-04-22 改回.

基金项目: 本文受中国地质调查局项目（DD20190370、DD20190003、DD20190358、DD20190009、2015FY310100）资助

第一作者简介: 白文倩, 女, 1991年生, 博士生, 地球化学专业, E-mail:1589917471@qq.com

通讯作者: 万渝生, 男, 1958年生, 研究员, 主要从事华北克拉通早前寒武纪地质和锆石成因及年代学研究, E-mail:wanyusheng@bjshrimp.cn

摘要：沉积盖层的碎屑锆石内部结构和年龄谱是了解碎屑沉积岩形成环境和物源区的重要研究对象。本文报道了鄂尔多斯盆地3口钻井中的4个长城系（变质）沉积岩样品的碎屑锆石SHRIMP U-Pb定年和Hf同位素分析结果。结果表明，主年龄峰值为~1.8Ga，另外，在~2.5Ga存在一个次年龄峰值，最年轻碎屑锆石年龄为~1.6Ga，但存在大的误差。锆石的Hf同位素组成存在很大变化，ε_Hf（t）值变化范围为-10.5~+6.7。结合前人研究，可得出如下结论：（1）鄂尔多斯盆地长城系底界沉积时代小于1.7Ga，与华北克拉通东部的类似；（2）鄂尔多斯盆地长城系碎屑沉积物来自其北部古元古代孔兹岩系和/或鄂尔多斯变质基底本身；（3）鄂尔多斯盆地长城系与华北克拉通东部地区长城系形成于类似的构造环境，如大陆裂谷或坳拉槽。

关键词: 碎屑锆石 SHRIMP U-Pb定年 Hf同位素长城系鄂尔多斯盆地

The Changcheng System in Ordos Basin: Detrital zircon SHRIMP U-Pb dating and Hf isotope analysis

BAI WenQian, DONG ChunYan, XIE HangQiang, WAN YuSheng

Beijing SHRIMP Center, Institute of Geology, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100037, China

Abstract: The Changcheng System was widely developed in an extensional tectonic setting in the North China Craton after the formation of the Xiong'er Group in the earliest Mesoproterozoic. The internal texture and age histogram of detrital zircons from sedimentary rocks are important for the understanding upon their formation backgrounds and provenance. This paper reports SHRIMP U-Pb ages and Hf isotope analysis of detrital zircons from four (meta-)sedimentary rock samples of the Changcheng System from three cores in the Ordos Basin, western China. According to their internal textures, two types of zircons can be divided, namely magmatic and metamorphic in origin. The detrital zircons have a major age peak at about 1.8Ga and a minor age peak at~2.5Ga. The youngest detrital zircon is~1.6Ga in age but with a large error. Zircons have different Hf isotopic compositions, with ε_Hf(t) values ranging from -10.5 to +6.7. Combined with previous work, the main conclusions can be drawn as follows:(1) the bottom boundary age of the Changcheng System in Ordos Basin is younger than 1.7Ga, probably the same as that of the Changcheng System in eastern North China Craton; (2) the detrital sediments of the Changcheng System in Ordos Basin are mainly derived from the Paleoproterozoic Khondalite Belt in the north and/or the Ordos metamorphic basement itself. The zircons with magmatic textures have ε_Hf(t) values of -6.8~+5.2, suggesting that mantle addition to continental crust or mantle-continent mixture occur in the source region; (3) the Changcheng System in the Ordos Basin and eastern North China Craton were formed in similar tectonic settings, such as continental rift or aulacogen.

Key words: Detrital zircon SHRIMP U-Pb dating Hf isotope Changcheng System Ordos Basin

古元古代晚期强烈构造热事件(吕梁运动)导致华北克拉通最终稳定化，形成统一的早前寒武纪变质基底(Zhai and Santosh, 2011)。之后，华北克拉通构造体制发生根本变化，从碰撞造山转向伸展构造。中元古代最早期熊耳群火山-沉积岩系形成之后(Zhao et al., 2004)，长城系盖层在华北克拉通广泛发育，之后沉积了中-新元古代蓟县系和青白口系。华北克拉通东部中新元古代沉积岩的碎屑锆石测年工作表明，碎屑锆石年龄峰值集中在新太古代晚期和古元古代晚期，表明中新元古代沉积岩的碎屑物质主要来自华北克拉通变质基底本身(Wan et al., 2011; 第五春荣等, 2011; 翟明国等, 2014)。

鄂尔多斯盆地是华北克拉通的重要组成部分。长城系碎屑锆石定年初步研究表明，其具有与华北克拉通东部地区长城系类似的年龄分布模式(公王斌等, 2016)。长城系物源区组成可为确定鄂尔多斯盆地基底性质及该时期的大地构造环境提供重要信息。然而，鄂尔多斯盆地长城系缺乏锆石SHRIMP U-Pb定年及Hf同位素资料，影响了对鄂尔多斯盆地的性质及中元古代所处构造环境的认识。本文报道了鄂尔多斯长城系碎屑沉积岩的碎屑锆石SHRIMP U-Pb定年和Hf同位素分析结果，从锆石外部形态和内部结构特征探讨物源区性质和外生作用过程，对沉积时代、物质来源等相关问题进行了讨论。

1 地质背景

鄂尔多斯盆地位于华北克拉通西部，北临孔兹岩带，东临中部造山带，南临秦岭造山带(图 1a)。由于中生代以来沉积盖层广泛覆盖，对鄂尔多斯盆地基底的研究多通过地球物理、钻孔及邻区露头进行。钻孔资料显示，鄂尔多斯盆地基底主要由古元古代具孔兹岩系性质的副变质岩和片麻状花岗质岩石组成，也可能存在新太古代晚期侵入岩，在古元古代晚期遭受强烈构造热事件改造(Hu et al., 2013; Wan et al., 2013; Wang et al., 2014; Zhang et al., 2015; He et al., 2016)。鄂尔多斯盆地自古元古代晚期以来长期稳定，明显不同于华北克拉通东部，后者遭受中生代以来的克拉通破坏，导致岩石圈明显减薄。在鄂尔多斯盆地中南部，长城系不整合覆盖在早前寒武纪变质基底之上，在东北部古生代-中生代地层直接覆盖在变质基底之上(公王斌等, 2016)。长城系下部主要为石英岩夹板岩，上部为粉砂质板岩、硅质岩及含燧石条带的白云质灰岩与石英砂岩。先前所进行的长城系LA-MC-ICPMS U-Pb定年，获得1.60Ga、1.85Ga、1.95Ga、2.35Ga和2.50Ga碎屑锆石年龄峰值(公王斌等, 2016)。本文采集样品都来自紧邻不整合变质基底之上的(变质)沉积层位，为长城系盖层(中国长庆油田，2011)。

图 1 华北克拉通早前寒武纪构造格局简图(a，据Zhao et al., 2002)和鄂尔多斯盆地及周缘地质图(b，据中国长庆油田，2011 ^①) A-阴山陆块；B-孔兹岩带；C-鄂尔多斯陆块；D-中部造山带；E-秦岭造山带 Fig. 1 Simplified Early Precambrian tectonic framework of the North China Craton (a, after Zhao et al., 2002) and geological map of the Ordos Basin and surrounding areas (b) A-Yinshan Block; B-Khondalite Belt; C-Ordos Block; D-Trans-North China Orogen; E-Qinling Orogen

① 中国长庆油田. 2011.鄂尔多斯盆地与前寒武纪基底相关钻孔简介.内部资料, 1-20

2 样品特征及分析方法 2.1 样品特征

本文对鄂尔多斯盆地三口揭露到中元古代底层的钻孔的4个(变质)沉积岩样品进行了碎屑锆石SHRIMP U-Pb定年及Hf同位素分析。其中2个样品(HT1-12、K1-2)来自合探1井和克1井，它们所属地层为中元古代长城系，对此前人已有讨论(中国长庆油田，2011；公王斌等, 2016)，这里不再述及。采样位置见图 1b。

石英砂岩(HT1-12)采自鄂尔多斯盆地南部甘肃合水地区的合探1井。该井完钻井深4140m。样品采自4131~4132m，为肉红色细粒石英砂岩(图 2a)。岩石几乎都由石英组成(>95%，图 3a)，分选磨圆好，颗粒支撑，胶结物很少，部分石英颗粒有次生加大。

图 2 鄂尔多斯盆地钻孔中元古代长城系(变质)沉积岩岩芯照片 Fig. 2 Photographs of (meta-)sedimentary rocks of the Mesoproterozoic Changcheng System from drill cores in the Ordos Basin

图 3 鄂尔多斯盆地钻孔中元古代长城系(变质)沉积岩正交偏光镜下岩相学照片 Qz-石英; Fsp-长石; Mca-云母 Fig. 3 Photographs under cross polarized light showing petrographic features of (meta-)sedimentary rocks of the Mesoproterozoic Changcheng System from drill cores in the Ordos Basin Qz-quartz; Fsp-feldspar; Mca-mica

石英砂岩(K1-2)采自鄂尔多斯盆地西北部鄂托克旗地区的克1井。该井完钻井深4080m。样品采自4038~4046m，也为肉红色细粒石英砂岩(图 2b)。岩石主要由石英(90%)组成，存在少量长石(10%，图 3b)。与样品HT1-12相比，分选和磨圆较差，颗粒支撑，胶结物充填在碎屑之间，存在具波状消光的他型细粒石英集合体(图 3b)。部分石英颗粒发育次生加大。

变质石英砂岩(ZT1-9A)采自鄂尔多斯盆地北部榆林地区的召探1井(N38°50′25″、E109°10′50″)。该井完钻井深3602.3m。样品采自3516~3519m，为肉红色浅变质石英砂岩(图 2c)。岩石主要由石英(90%)组成(图 3c)，分选磨圆好，颗粒支撑，胶结物充填在碎屑之间。胶结物转变为细片状绢云母(10%)，表明岩石已遭受低绿片岩相浅变质作用改造，但变形很弱。由于遭受变质，原认为形成时代为古元古代，与滹沱群相当(中国长庆油田，2011)，

变质砂岩(ZT1-9B)与样品ZT1-9A采自同一钻井，位于其下部数米位置。岩石呈灰色(图 2d)，主要由长石(55%)、石英(40%)和云母(5%)组成(图 3d)。长石帘石化和绢云母化较强，但长石颗粒仍可识别。为长石石英砂岩浅变质产物。岩石变形也弱。形成时代原也认为是古元古代。

2.2 分析方法

锆石分选和SHRIMP U-Pb定年都在北京离子探针中心完成。测年方法见Williams(1998)。一次离子流强度为4nA，束斑为30μm。标准锆石91500(U=81.2×10^-6)用于未知锆石U、Th含量修正(Williams, 1998)，标准锆石TEM(年龄=417Ma)用于未知锆石年龄修正(Black et al., 2003)。标准锆石定年由5组扫描完成，未知样品定年为3~5组扫描。TEM与未知样品测定比例为1:3~1:5。数据处理采用SQUID和ISOPLOT程序(Ludwig, 2001)，根据实测²⁰⁴Pb进行普通铅校正。由于锆石年龄大于1.4Ga，使用²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb年龄。单个数据年龄误差为1σ, 加权平均年龄误差为95%置信度。

Hf同位素分析在中国地质科学院矿产资源研究所LA-MC-ICPMS同位素实验室完成，使用仪器为Thermo Finnigan Neptune型多接受电感耦合等离子体质谱仪(MC-ICP-MS)。分析方法见侯可军等(2007)。采用静态信号采集模式，背景采集时间30s，积分时间为0.131s，采集200组数据，总计约30s。激光能量密度为15J/cm²，束斑直径为55μm。计算参数：¹⁷⁶Lu衰变常数为1.865×10^-11yr^-1(Schere et al., 2001)，球粒陨石的¹⁷⁶Hf/¹⁷⁷Hf和¹⁷⁶Lu/¹⁷⁷Hf比值分别为0.0332和0.282772(Blichert-Toft and Albarède, 1997)，现今亏损地幔¹⁷⁶Hf/¹⁷⁷Hf比值为0.28325(Nowell et al., 1998)，用于计算2阶段模式年龄(t_DM2(Hf))大陆地壳的(¹⁷⁶Lu/¹⁷⁷Hf)平均值为0.015(Griffin et al., 2002)。

3 锆石特征和年龄

本文几个样品的锆石都是碎屑锆石。但从物源区角度，可把锆石划分为岩浆锆石(MA)和变质锆石(ME)两类。岩浆锆石具有明显的岩浆震荡环带，变质锆石包括重结晶锆石和变质增生边锆石。在一些情况下，这两类锆石不易区分。下面有关锆石成因的论述都是相对于物源区而言的。锆石定年结果见表 1。

表 1 鄂尔多斯盆地钻孔中元古代长城系(变质)沉积岩锆石SHRIMP U-Pb年龄 Table 1 SHRIMP U-Pb data for zircons from (meta-)sedimentary rocks of the Mesoproterozoic Changcheng System from drill cores in the Ordos Basin

测点号	U	Th	Th/U	²⁰⁶Pb^*		%		%		%	误差相关系数	年龄(Ma)				不谐和度(%)
测点号	(×10^-6)		Th/U	(×10^-6)		%		%		%	误差相关系数					不谐和度(%)
HTI-12石英砂岩
1.1ME	46	44	0.98	13	0.1002	2.9	4.60	4.1	0.3328	3.0	0.72	1852	48	1628	53	-14
2.1ME	59	78	1.37	14	0.0978	2.9	3.82	4.1	0.2831	2.9	0.70	1607	41	1582	54	-2
3.1MA	39	34	0.90	10	0.1002	4.0	4.06	5.1	0.2937	3.2	0.62	1660	46	1628	75	-2
4.1MA	49	49	1.03	13	0.1075	4.2	4.62	5.2	0.3119	3.0	0.58	1750	46	1757	77	0
5.1ME	66	40	0.62	17	0.1065	2.4	4.46	3.6	0.3036	2.7	0.76	1709	41	1741	44	2
6.1MA	93	59	0.66	27	0.1093	2.1	4.98	3.3	0.3308	2.6	0.78	1842	42	1787	38	-3
7.1ME	76	55	0.75	21	0.1048	2.2	4.63	3.5	0.3204	2.7	0.78	1792	42	1710	40	-5
8.1MA	63	42	0.68	17	0.1086	2.9	4.60	4.1	0.3070	2.8	0.70	1726	43	1777	53	3
9.1ME	132	136	1.06	32	0.0942	2.3	3.67	3.5	0.2824	2.7	0.76	1603	38	1512	43	-6
10.1MA	34	27	0.85	9	0.1068	3.4	4.70	4.8	0.3190	3.3	0.69	1785	52	1745	63	-2
11.1MA	86	137	1.63	35	0.1637	1.5	10.67	3.2	0.4730	2.8	0.88	2495	58	2495	25	0
12.1ME	54	33	0.63	16	0.1061	3.0	4.86	4.2	0.3322	2.9	0.69	1849	47	1734	56	-7
13.1ME	45	20	0.46	13	0.1045	3.5	4.86	4.9	0.3370	3.4	0.69	1872	55	1706	65	-10
14.1MA	211	56	0.27	61	0.1190	1.3	5.49	2.7	0.3346	2.4	0.88	1861	38	1941	23	4
15.1ME	67	64	0.98	19	0.1079	1.7	4.83	3.0	0.3249	2.5	0.83	1814	40	1764	31	-3
16.1MA	79	50	0.65	22	0.1116	2.2	4.95	3.7	0.3217	2.9	0.79	1798	46	1826	41	2
17.1ME	46	25	0.56	14	0.1066	2.8	5.12	4.4	0.3490	3.3	0.76	1928	55	1743	52	-11
18.1MA	27	18	0.70	8	0.1147	3.5	5.21	4.9	0.3290	3.4	0.70	1835	55	1876	63	2
19.1(1)ME	47	38	0.84	13	0.1107	2.9	4.80	4.2	0.3149	3.0	0.73	1765	47	1810	52	3
19.1(2)ME	30	44	1.53	10	0.1202	1.3	6.48	2.8	0.3910	2.5	0.88	2127	45	1960	23	-9
20.1ME	31	16	0.54	9	0.1065	2.5	4.77	3.8	0.3247	2.9	0.75	1813	45	1740	46	-4
21.1MA	145	101	0.72	37	0.1062	0.9	4.30	2.4	0.2937	2.2	0.92	1660	32	1735	17	4
22.1ME	84	109	1.33	21	0.0965	1.3	3.87	2.7	0.2907	2.4	0.89	1645	35	1558	23	-6
23.1ME	32	18	0.56	9	0.1063	1.8	4.81	3.2	0.3278	2.6	0.82	1828	41	1738	33	-5
24.1MA	19	16	0.89	5	0.1024	2.6	4.15	3.9	0.2939	2.9	0.74	1661	42	1668	49	0
25.1MA	40	38	0.99	10	0.1081	1.6	4.49	3.0	0.3010	2.5	0.83	1696	37	1767	30	4
26.1ME	48	44	0.94	12	0.0985	1.8	3.91	3.0	0.2879	2.4	0.81	1631	35	1596	34	-2
27.1ME	20	12	0.63	6	0.1070	2.5	5.19	4.2	0.3520	3.4	0.80	1944	57	1749	46	-11
28.1MA	59	52	0.92	15	0.1041	1.5	4.09	2.8	0.2851	2.4	0.85	1617	34	1699	27	5
29.1ME	50	47	0.98	15	0.1093	1.5	5.36	2.9	0.3555	2.5	0.86	1961	43	1788	27	-10
30.1MA	66	66	1.04	19	0.1059	1.3	4.83	2.6	0.3308	2.3	0.88	1842	37	1730	23	-7
31.1MA	56	35	0.64	16	0.1060	1.4	4.92	2.7	0.3368	2.4	0.86	1871	38	1731	25	-8
32.1MA	49	29	0.60	14	0.1070	1.7	4.81	2.9	0.3258	2.4	0.82	1818	38	1748	31	-4
33.1MA	59	40	0.70	18	0.1088	1.3	5.14	2.7	0.3425	2.4	0.88	1899	39	1780	24	-7
34.1ME	34	23	0.69	10	0.1122	1.9	5.37	3.2	0.3471	2.6	0.81	1921	43	1836	34	-5
35.1MA	57	60	1.09	16	0.1112	1.4	4.99	2.7	0.3253	2.4	0.87	1816	37	1818	25	0
36.1ME	55	38	0.73	15	0.1063	1.5	4.69	3.0	0.3201	2.5	0.86	1790	40	1736	28	-3
37.1ME	57	35	0.65	16	0.1107	1.4	4.91	2.9	0.3218	2.5	0.87	1798	40	1811	26	1
38.1MA	119	101	0.88	33	0.1081	0.9	4.75	2.4	0.3187	2.2	0.92	1784	34	1768	17	-1
39.1MA	41	36	0.92	12	0.1062	1.6	5.14	3.1	0.3512	2.6	0.86	1940	44	1735	29	-12
40.1ME	33	14	0.45	9	0.1053	2.1	4.79	3.4	0.3299	2.6	0.77	1838	41	1719	39	-7
41.1ME	42	22	0.56	12	0.1078	2.8	4.95	3.7	0.3328	2.5	0.67	1852	40	1763	51	-5
42.1ME	24	39	1.66	6	0.0986	3.4	4.00	4.3	0.2943	2.8	0.64	1663	41	1598	63	-4
43.1ME	37	29	0.80	9	0.0983	2.0	3.77	3.2	0.2780	2.5	0.79	1581	36	1592	37	1
44.1MA	61	38	0.64	17	0.1085	1.7	4.92	2.9	0.3288	2.4	0.82	1833	38	1774	30	-3
45.1ME	85	132	1.60	22	0.1380	0.8	5.78	2.5	0.3037	2.4	0.95	1710	36	2203	14	22
46.1ME	68	33	0.51	19	0.1076	1.3	4.80	2.8	0.3234	2.5	0.89	1807	39	1760	23	-3
K1-2石英砂岩
1.1MA	37	33	0.91	11	0.1104	3.1	5.23	4.1	0.3436	2.8	0.67	1904	46	1805	56	-5
2.1MA	63	49	0.80	18	0.1156	1.5	5.30	2.7	0.3325	2.2	0.84	1851	36	1889	26	2
3.1MA	59	80	1.40	18	0.1381	2.1	6.92	3.1	0.3634	2.3	0.73	1998	39	2203	37	9
4.1ME	17	3	0.17	5	0.1242	5.1	6.43	6.0	0.3760	3.3	0.54	2057	58	2017	90	-2
5.1MA	69	69	1.04	19	0.1111	2.0	4.84	3.0	0.3161	2.2	0.74	1770	34	1817	36	3
6.1MA	162	142	0.91	45	0.1084	1.0	4.77	2.2	0.3194	2.0	0.89	1787	31	1772	19	-1
7.1MA	57	52	0.95	16	0.1048	2.7	4.82	3.7	0.3339	2.5	0.68	1857	41	1710	51	-9
8.1MA	36	27	0.76	10	0.1170	2.7	5.29	3.7	0.3279	2.6	0.69	1828	41	1910	49	4
9.1ME	103	95	0.95	29	0.1105	1.6	4.98	2.6	0.3269	2.1	0.79	1823	33	1807	29	-1
10.1MA	53	43	0.84	14	0.1137	1.9	4.92	3.0	0.3136	2.3	0.78	1759	36	1859	34	5
11.1MA	62	64	1.07	17	0.1101	1.6	4.76	2.8	0.3138	2.2	0.81	1760	35	1801	29	2
12.1ME	135	73	0.56	53	0.1627	0.9	10.22	2.2	0.4552	2.0	0.92	2418	40	2484	15	3
13.1ME	60	44	0.75	17	0.1098	2.2	4.86	3.2	0.3207	2.3	0.72	1793	36	1797	40	0
14.1MA	114	121	1.10	31	0.1091	1.4	4.81	2.5	0.3201	2.0	0.83	1790	32	1784	25	0
15.1MA	41	39	1.00	12	0.1121	3.1	5.22	4.0	0.3376	2.5	0.63	1875	40	1834	56	-2
16.1MA	67	32	0.50	27	0.1694	1.1	10.92	2.5	0.4670	2.2	0.89	2472	46	2552	19	3
17.1ME	163	76	0.48	64	0.1597	0.8	10.03	2.1	0.4555	2.0	0.93	2420	40	2452	13	1
18.1MA	83	79	0.99	24	0.1107	1.4	5.10	2.7	0.3341	2.3	0.86	1858	37	1811	25	-3
19.1MA	79	91	1.19	23	0.1111	1.4	5.15	2.6	0.3360	2.2	0.84	1868	35	1817	25	-3
20.1MA	48	38	0.81	20	0.1581	1.7	10.69	3.0	0.4900	2.4	0.81	2573	51	2435	29	-6
21.1ME	49	29	0.61	15	0.1144	1.7	5.51	3.0	0.3492	2.4	0.82	1931	40	1871	31	-3
22.1MA	40	47	1.22	11	0.1122	2.8	4.89	4.0	0.3160	2.9	0.72	1770	45	1835	50	4
23.1ME	55	61	1.15	18	0.1254	2.1	6.40	3.1	0.3698	2.3	0.75	2029	41	2035	37	0
24.1ME	120	67	0.57	33	0.1135	1.1	5.03	2.4	0.3214	2.1	0.89	1796	33	1856	20	3
25.1MA	101	85	0.87	29	0.1119	1.5	5.08	2.5	0.3296	2.0	0.81	1836	33	1831	27	0
26.1MA	65	56	0.88	28	0.1639	1.0	11.22	2.4	0.4970	2.2	0.91	2599	46	2496	17	-4
27.1MA	70	63	0.93	20	0.1101	1.4	5.00	2.6	0.3295	2.2	0.84	1836	35	1802	25	-2
28.1MA	42	39	0.94	12	0.1117	3.2	5.08	4.1	0.3301	2.5	0.61	1839	39	1827	58	-1
29.1MA	30	31	1.05	9	0.1182	2.8	5.67	4.1	0.3480	2.9	0.72	1923	49	1930	51	0
30.1ME	45	31	0.73	13	0.1170	2.1	5.59	3.2	0.3463	2.4	0.75	1917	39	1911	38	0
31.1MA	37	30	0.84	11	0.1085	3.0	5.25	3.9	0.3508	2.5	0.63	1939	41	1774	56	-9
32.1MA	51	53	1.07	15	0.1126	2.2	5.35	3.3	0.3448	2.5	0.76	1910	42	1842	39	-4
33.1ME	21	4	0.19	7	0.1166	4.4	5.94	5.3	0.3700	3.0	0.56	2028	51	1904	79	-7
34.1ME	72	54	0.78	20	0.1105	1.7	5.01	2.9	0.3286	2.3	0.80	1831	37	1808	31	-1
35.1MA	104	85	0.85	30	0.1090	1.9	4.97	2.8	0.3306	2.1	0.73	1841	33	1782	35	-3
36.1MA	66	49	0.77	19	0.1100	1.9	5.10	3.2	0.3361	2.6	0.80	1868	42	1799	35	-4
37.1ME	26	31	1.26	11	0.1573	2.1	10.31	3.8	0.4750	3.2	0.84	2507	66	2427	35	-3
38.1MA	60	41	0.70	26	0.1622	1.8	11.11	3.4	0.4970	2.9	0.85	2601	62	2478	30	-5
39.1ME	78	47	0.62	28	0.1495	1.6	8.51	3.0	0.4130	2.6	0.85	2228	48	2341	27	5
40.1MA	69	51	0.76	20	0.1105	1.7	5.04	3.1	0.3306	2.6	0.84	1841	42	1808	30	-2
41.1MA	131	123	0.97	36	0.1071	1.2	4.65	2.7	0.3151	2.4	0.89	1766	37	1750	23	-1
42.1ME	62	21	0.34	19	0.1228	1.5	6.13	2.9	0.3617	2.5	0.86	1990	43	1998	26	0
43.1MA	111	176	1.63	42	0.1502	1.3	9.10	2.8	0.4400	2.5	0.89	2349	49	2348	22	0
44.1MA	90	122	1.40	27	0.1171	2.7	5.67	3.8	0.3511	2.6	0.70	1940	44	1912	49	-1
45.1MA	87	67	0.81	24	0.1132	2.0	5.07	3.3	0.3249	2.6	0.80	1814	42	1852	36	2
46.1MA	93	114	1.27	25	0.1123	2.0	4.83	3.3	0.3121	2.6	0.79	1751	40	1837	36	5
47.1ME	53	41	0.80	18	0.1341	2.1	7.18	3.5	0.3880	2.8	0.80	2115	51	2152	37	2
48.1MA	98	104	1.09	27	0.1075	1.9	4.80	3.2	0.3241	2.6	0.80	1810	40	1757	35	-3
49.1ME	123	6	0.05	47	0.1586	1.3	9.82	2.8	0.4490	2.5	0.89	2391	50	2441	21	2
50.1MA	158	173	1.13	43	0.1087	1.4	4.79	2.8	0.3197	2.4	0.86	1789	37	1777	25	-1
51.1MA	73	101	1.43	22	0.1161	2.3	5.62	3.5	0.3511	2.7	0.77	1940	45	1897	40	-2
52.1MA	75	88	1.20	22	0.1105	2.1	5.08	3.4	0.3331	2.6	0.79	1854	43	1808	37	-3
53.1MA	38	48	1.32	11	0.1204	2.6	5.84	4.3	0.3520	3.4	0.79	1943	57	1963	47	1
ZT1-9A变质石英砂岩
1.1MA	408	126	0.32	100	0.1158	0.5	4.56	2.3	0.2858	2.2	0.97	1620	31	1893	9	14
2.1ME	519	45	0.09	113	0.1167	0.7	4.06	2.3	0.2521	2.2	0.95	1449	28	1907	13	24
3.1MA	106	85	0.83	41	0.1625	0.9	9.91	2.9	0.4420	2.7	0.95	2362	54	2481	16	5
4.1ME	791	308	0.40	143	0.1029	1.2	2.94	2.5	0.2074	2.2	0.88	1215	25	1676	22	28
4.2ME	529	886	1.73	87	0.1082	1.1	2.84	2.8	0.1903	2.6	0.92	1123	26	1770	20	37
5.1ME	753	591	0.81	106	0.1146	0.9	2.58	4.8	0.1635	4.8	0.98	976	43	1874	16	48
5.2ME	2778	2117	0.79	126	0.0893	1.7	0.64	2.8	0.0519	2.2	0.78	326.4	7	1410	33	77
6.1ME	1205	369	0.32	215	0.1018	2.1	2.91	3.2	0.2072	2.4	0.74	1214	26	1658	40	27
7.1ME	1400	434	0.32	141	0.0869	1.7	1.38	2.8	0.1148	2.2	0.79	701	15	1358	33	48
7.2MA	738	632	0.88	103	0.1075	1.3	2.39	2.6	0.1614	2.2	0.86	964	20	1757	24	45
8.1ME	327	132	0.42	76	0.1178	0.8	4.37	2.4	0.2695	2.2	0.94	1538	30	1922	14	20
9.1MA	431	473	1.13	126	0.1130	0.8	5.27	2.4	0.3385	2.2	0.95	1880	36	1848	14	-2
10.1MA	218	118	0.56	63	0.1140	0.9	5.30	2.9	0.3369	2.7	0.95	1872	45	1865	16	0
11.1MA	204	136	0.69	52	0.1169	1.0	4.79	2.5	0.2970	2.3	0.92	1676	34	1909	18	12
12.1MA	723	380	0.54	111	0.1086	0.9	2.68	2.4	0.1786	2.2	0.92	1059	22	1777	17	40
13.1MA	60	60	1.03	24	0.1627	1.5	10.56	3.0	0.4710	2.6	0.87	2486	53	2484	25	0
14.1ME	1075	218	0.21	138	0.0983	3.3	2.00	4.0	0.1478	2.2	0.55	889	18	1591	62	44
15.1MA	65	71	1.14	18	0.1005	3.8	4.46	5.9	0.3220	4.5	0.77	1800	71	1632	70	-10
16.1ME	45	22	0.51	14	0.1020	5.6	5.09	6.9	0.3620	4.1	0.59	1993	70	1659	100	-20
17.1MA	108	75	0.72	31	0.1050	3.3	4.73	4.9	0.3270	3.6	0.74	1823	57	1713	60	-6
18.1ME	95	55	0.60	27	0.1026	2.8	4.66	4.5	0.3300	3.5	0.78	1837	56	1671	51	-10
19.1MA	285	155	0.56	88	0.1546	0.9	7.61	3.4	0.3570	3.3	0.97	1967	56	2398	15	18
20.1ME	58	68	1.22	18	0.1128	2.5	5.59	5.2	0.3600	4.6	0.88	1982	78	1844	45	-7
21.1ME	722	105	0.15	149	0.1088	0.9	3.59	3.4	0.2390	3.3	0.97	1382	41	1780	16	22
22.1MA	408	256	0.65	102	0.1205	1.0	4.80	3.4	0.2885	3.3	0.96	1634	47	1964	18	17
23.1MA	543	206	0.39	111	0.1072	1.3	3.47	3.7	0.2347	3.4	0.93	1359	42	1751	24	22
24.1ME	62	44	0.74	17	0.1031	4.0	4.59	5.4	0.3230	3.7	0.68	1803	58	1680	74	-7
25.1ME	691	233	0.35	124	0.1088	1.3	3.09	3.5	0.2061	3.3	0.93	1208	36	1779	24	32
26.1MA	411	505	1.27	87	0.1122	1.3	3.79	3.6	0.2453	3.3	0.93	1414	42	1835	24	23
27.1ME	94	86	0.95	38	0.1470	2.5	9.48	4.3	0.4680	3.5	0.82	2475	72	2311	42	-7
28.1ME	926	273	0.30	148	0.0964	1.6	2.43	3.6	0.1830	3.3	0.90	1084	33	1556	29	30
29.1MA	508	170	0.35	113	0.1115	1.1	3.97	3.5	0.2580	3.3	0.94	1480	44	1824	21	19
30.1ME	793	119	0.15	161	0.1039	1.2	3.36	3.5	0.2345	3.3	0.94	1358	40	1695	21	20
31.1MA	458	304	0.69	107	0.1563	1.0	5.83	3.4	0.2706	3.3	0.95	1544	45	2416	17	36
32.1MA	249	219	0.91	49	0.1154	1.5	3.65	3.7	0.2296	3.4	0.91	1332	40	1886	28	29
33.1ME	1130	341	0.31	170	0.0924	1.8	2.19	3.7	0.1720	3.3	0.88	1023	31	1475	33	31
34.1MA	380	120	0.33	91	0.1130	1.3	4.34	3.5	0.2787	3.3	0.93	1585	46	1848	24	14
35.1MA	432	310	0.74	107	0.1490	1.3	5.86	3.6	0.2853	3.4	0.93	1618	48	2334	23	31
36.1ME	400	32	0.08	94	0.1109	1.5	4.16	3.6	0.2724	3.3	0.92	1553	46	1814	27	14
37.1MA	382	274	0.74	74	0.1124	2.0	3.48	3.9	0.2247	3.4	0.86	1307	40	1838	36	29
38.1ME	809	276	0.35	145	0.1007	1.9	2.85	3.8	0.2053	3.3	0.87	1204	37	1636	35	26
39.1ME	291	107	0.38	66	0.1172	1.6	4.27	3.7	0.2639	3.3	0.90	1510	44	1915	29	21
40.1ME	698	287	0.43	113	0.1087	1.7	2.80	3.7	0.1866	3.3	0.89	1103	34	1777	31	38
41.1ME	573	213	0.38	122	0.1112	1.1	3.77	3.4	0.2461	3.3	0.95	1418	42	1818	19	22
ZT1-9B变质砂岩
1.1ME	57	35	0.64	16	0.1114	2.6	5.08	3.6	0.3306	2.5	0.69	1841	40	1822	47	-1
2.1MA	64	52	0.84	18	0.1079	1.9	4.94	3.1	0.3322	2.4	0.78	1849	39	1764	35	-5
3.1ME	169	203	1.24	46	0.1590	0.9	6.99	2.4	0.3190	2.2	0.93	1785	35	2445	15	27
4.1ME	51	32	0.66	13	0.1164	1.8	4.62	4.0	0.2880	3.5	0.89	1632	51	1901	33	14
5.1MA	882	1784	2.09	52	0.1065	1.0	1.00	2.4	0.0683	2.2	0.91	423	9	1741	18	76
6.1MA	330	133	0.42	106	0.1247	1.2	6.42	2.6	0.3730	2.3	0.88	2043	40	2025	21	-1
7.1MA	618	799	1.34	99	0.1072	1.1	2.74	2.7	0.1853	2.4	0.92	1096	25	1752	19	37
8.1MA	561	864	1.59	69	0.1127	1.0	2.23	2.7	0.1436	2.5	0.93	865	20	1844	18	53
注：(1)^*代表放射成因Pb，测定²⁰⁴Pb值作普通铅校正；(2)计算不谐和度的公式：D=[1-(²⁰⁶Pb/²³⁸U)年龄/(²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb)年龄] ×100；(3)MA代表岩浆锆石，ME代表变质锆石

石英砂岩(HT1-12)的锆石呈等轴状或椭圆状，阴极发光下锆石具封闭环带或板状环带，一些锆石发育核-边结构(图 4a)。对46颗锆石进行了47个数据点分析。除45.1ME外，其余数据点都位于谐和线上或附近(图 5a)。21个岩浆锆石的U含量为19×10^-6~211×10^-6，Th/U比值为0.27~1.63，除11.1MA的年龄为~2.5Ga外，其余数据点的²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb年龄在1638~1941Ma之间。年龄小的3个岩浆锆石数据点(6.1 MA、16.1 MA、38.1 MA)的加权平均²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb年龄为1779±29Ma (MSWD=1.03)。26个变质锆石的U含量为20×10^-6~132×10^-6, Th/U比值为0.27~1.63，²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb年龄在1512~2203Ma之间。

图 4 鄂尔多斯盆地钻孔中元古代长城系(变质)沉积岩的锆石阴极发光图像 MA代表岩浆锆石，ME代表变质锆石，均指其物源区的成因；图 5同 Fig. 4 Cathodoluminescence images of zircons from (meta-)sedimentary rocks of the Mesoproterozoic Changcheng System from drill cores in the Ordos Basin MA and ME mean magmatic and metamorphic zircons respectively, which refer to their origins in source region; also means in Fig. 5

图 5 鄂尔多斯盆地钻孔中元古代长城系(变质)沉积岩的锆石U-Pb谐和图 Fig. 5 Concordia diagrams of zircon data for (meta-)sedimentary rocks of the Mesoproterozoic Changcheng System from drill cores in the Ordos Basin

石英砂岩(K1-2)的锆石呈等轴状或椭圆状，个别锆石具自形形态，阴极发光下具封闭环带或板状环带，一些锆石遭受不同程度重结晶改造(图 4b)。对53颗锆石进行了53个数据点分析，数据点都位于谐和线上或附近(图 5b)。37个岩浆锆石的U含量为30×10^-6~162×10^-6，Th/U比值为0.50~1.63，²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb年龄在1774~2552Ma之间。16个变质锆石的U含量为17×10^-6~163×10^-6，Th/U比值为0.05~1.26，²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb年龄在1797~2484Ma之间。所有数据点均位于谐和线上或附近，可划分为＞2.3Ga和＜2.3Ga两个年龄段。

变质石英砂岩(ZT1-9A)的锆石呈浑圆状或柱状，阴极发光下锆石具封闭环带，部分具板状环带，许多锆石都遭受重结晶改造，部分锆石发育变质增生边(图 4c)。对41颗锆石进行了44个数据点分析。20个岩浆锆石的U含量为60×10^-6~768×10^-6, Th/U比值为0.33~1.14，²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb年龄在1632~2484 Ma之间。24个变质锆石的U含量为45×10^-6~2778×10^-6，Th/U比值为0.09~1.73，²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb年龄在1358~1922Ma之间(图 5c)。许多锆石存在不同程度铅丢失，与锆石U含量普遍较高有关。许多数据点分布于上交点年龄分别为~2.5Ga和~2.0Ga的不一致线上。

变质砂岩(ZT1-9B)仅分选出很少锆石颗粒。锆石呈浑圆状或柱状，阴极发光下锆石具封闭环带或板状环带结构，一些锆石普遍遭受不同程度的重结晶改造，存在变质增生边(图 4d)。对8颗锆石进行了8个数据点分析。5个岩浆锆石的U含量为64×10^-6~882×10^-6, Th/U比值为0.42~2.09，²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb年龄在1752~2025Ma之间。3个变质锆石的U含量为51×10^-6~169×10^-6, Th/U比值为0.64~1.24，²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb年龄在1822~2445 Ma之间。一些锆石显示强烈的铅丢失，数据点大致位于上交点年龄为~2.0Ga的不一致线上(图 5d)。

对4个样品锆石的²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb年龄进行统计，年龄峰值为~1.8 Ga，在~2.5 Ga还有1个小的年龄峰值(图 6)。

图 6 鄂尔多斯盆地钻孔中元古代长城系(变质)沉积岩的锆石年龄直方图 Fig. 6 Zircon age histograms for (meta-)sedimentary rocks of the Mesoproterozoic Changcheng System from drill cores in the Ordos Basin

4 锆石Hf同位素特征

对62个碎屑锆石进行了Hf同位素分析，分析点位置与SHRIMP U-Pb定年位置相同或结构类似。Hf同位素分析数据见表 2和图 7。35个岩浆锆石的ε_Hf(t)和t_DM2(Hf)分别为-6.8~+5.2和2390~2850Ma，27个变质锆石的ε_Hf(t)和t_DM2(Hf)分别为-10.5~+6.7和2205~2935Ma。

表 2 鄂尔多斯盆地钻孔中元古代长城系(变质)沉积岩的锆石Hf同位素组成 Table 2 Hf isotope compositions of zircons from (meta-)sedimentary rocks of the Mesoproterozoic Changcheng System from drill cores in the Ordos Basin

测点号	年龄(Ma)				2σ	ε_Hf(0)	ε_Hf(t)	2σ	t_DM1 (Ma)	2σ	t_DM2 (Ma)	2σ	f_Lu/Hf
HT1-12石英砂岩
1.1ME	1628	0.0324	0.0007	0.281496	0.000022	-45.13	-9.75	0.78	2439	60	2935	97	-0.98
2.1ME	1582	0.0402	0.0009	0.281596	0.000022	-41.59	-7.40	0.78	2314	60	2755	97	-0.97
3.1MA	1628	0.0306	0.0007	0.281663	0.000023	-39.21	-3.77	0.81	2209	62	2565	100	-0.98
4.1MA	1757	0.0302	0.0007	0.281502	0.000018	-44.90	-6.61	0.63	2428	48	2839	77	-0.98
5.1ME	1741	0.0275	0.0006	0.281516	0.000022	-44.43	-6.41	0.77	2405	59	2814	95	-0.98
6.1MA	1787	0.0303	0.0007	0.281570	0.000021	-42.50	-3.51	0.75	2335	58	2670	93	-0.98
7.1ME	1710	0.0382	0.0008	0.281589	0.000018	-41.85	-4.74	0.62	2319	48	2688	77	-0.98
8.1MA	1777	0.0320	0.0007	0.281574	0.000019	-42.38	-3.64	0.69	2332	53	2671	85	-0.98
9.1ME	1512	0.0322	0.0007	0.281570	0.000020	-42.50	-9.65	0.72	2337	55	2841	89	-0.98
10.1MA	1745	0.0400	0.0009	0.281512	0.000020	-44.57	-6.75	0.72	2426	55	2838	89	-0.97
11.1MA	2495	0.0455	0.0009	0.281303	0.000019	-51.94	2.40	0.67	2717	51	2850	82	-0.97
12.1ME	1734	0.0195	0.0004	0.281624	0.000020	-40.59	-2.51	0.72	2248	55	2568	89	-0.99
13.1ME	1706	0.0173	0.0004	0.281599	0.000019	-41.47	-3.96	0.68	2279	52	2637	84	-0.99
14.1MA	1941	0.0378	0.0008	0.281661	0.000016	-39.30	2.94	0.55	2220	43	2390	69	-0.98
15.1ME	1764	0.0357	0.0008	0.281514	0.000021	-44.49	-6.15	0.74	2418	57	2816	91	-0.98
16.1MA	1826	0.0258	0.0005	0.281586	0.000025	-41.96	-1.96	0.90	2307	69	2604	111	-0.98
17.1ME	1743	0.0243	0.0005	0.281587	0.000020	-41.92	-3.75	0.70	2304	54	2652	87	-0.98
18.1MA	1876	0.0198	0.0004	0.281491	0.000022	-45.31	-4.07	0.78	2429	59	2773	96	-0.99
20.1ME	1740	0.0334	0.0007	0.281575	0.000020	-42.32	-4.42	0.70	2330	54	2691	87	-0.98
21.1MA	1735	0.0227	0.0005	0.281587	0.000020	-41.91	-3.86	0.70	2301	53	2652	86	-0.99
22.1ME	1558	0.0642	0.0013	0.281568	0.000025	-42.57	-9.35	0.88	2378	68	2857	108	-0.96
23.1ME	1738	0.0216	0.0005	0.281602	0.000021	-41.36	-3.23	0.76	2279	58	2616	94	-0.99
24.1MA	1668	0.0208	0.0004	0.281596	0.000021	-41.58	-4.99	0.76	2286	58	2671	94	-0.99
K1-2石英砂岩
1.1MA	1805	0.0212	0.0005	0.281590	0.000019	-41.79	-2.15	0.68	2295	52	2600	84	-0.99
2.1MA	1889	0.0521	0.0011	0.281583	0.000020	-42.06	-1.37	0.72	2345	56	2616	89	-0.97
3.1MA	2203	0.0555	0.0012	0.281448	0.000028	-46.83	0.57	1.00	2540	78	2738	123	-0.96
4.1ME	2017	0.0272	0.0006	0.281711	0.000024	-37.51	6.70	0.84	2140	64	2216	104	-0.98
5.1MA	1817	0.0159	0.0004	0.281562	0.000017	-42.81	-2.78	0.60	2328	45	2648	74	-0.99
6.1MA	1772	0.0297	0.0006	0.281558	0.000019	-42.94	-4.27	0.68	2351	52	2706	84	-0.98
7.1MA	1710	0.0319	0.0007	0.281578	0.000019	-42.23	-4.99	0.67	2326	51	2703	82	-0.98
8.1MA	1910	0.0196	0.0004	0.281614	0.000021	-40.96	1.07	0.73	2262	56	2481	90	-0.99
9.1ME	1807	0.0341	0.0007	0.281659	0.000019	-39.35	0.02	0.68	2217	53	2467	85	-0.98
10.1MA	1859	0.0284	0.0006	0.281516	0.000019	-44.41	-3.79	0.67	2407	52	2743	83	-0.98
11.1MA	1801	0.0250	0.0005	0.281605	0.000019	-41.26	-1.81	0.67	2280	51	2576	83	-0.98
12.1ME	2484	0.0285	0.0006	0.281337	0.000021	-50.75	3.88	0.76	2650	58	2752	93	-0.98
13.1ME	1797	0.0182	0.0004	0.281503	0.000019	-44.87	-5.38	0.67	2411	51	2793	83	-0.99
14.1MA	1784	0.0299	0.0006	0.281593	0.000018	-41.68	-2.74	0.63	2303	49	2621	78	-0.98
15.1MA	1834	0.0303	0.0007	0.281650	0.000020	-39.68	0.37	0.72	2226	55	2467	90	-0.98
ZT1-9A变质石英砂岩
1.1MA	1893	0.0512	0.0010	0.281629	0.000020	-40.41	0.53	0.71	2274	55	2502	88	-0.97
2.1ME	1907	0.0328	0.0007	0.281652	0.000018	-39.62	1.99	0.66	2227	50	2422	81	-0.98
3.1MA	2481	0.0318	0.0008	0.281345	0.000024	-50.46	3.89	0.84	2647	64	2748	103	-0.98
4.2ME	1770	0.1421	0.0026	0.281840	0.000027	-32.95	3.43	0.97	2069	78	2227	120	-0.92
5.1ME	1874	0.4450	0.0079	0.282014	0.000032	-26.80	5.08	1.12	2128	106	2205	139	-0.76
5.2ME	1410	0.1941	0.0042	0.281784	0.000028	-34.92	-7.62	1.00	2250	85	2637	124	-0.87
6.1ME	1658	0.0828	0.0017	0.281727	0.000023	-36.97	-1.98	0.81	2180	64	2477	101	-0.95
7.1ME	1358	0.1143	0.0032	0.281706	0.000022	-37.69	-10.52	0.78	2303	64	2778	96	-0.90
7.2MA	1757	0.0510	0.0012	0.281640	0.000023	-40.03	-2.30	0.81	2269	63	2573	101	-0.97
8.1ME	1922	0.0859	0.0019	0.281781	0.000024	-35.04	5.43	0.86	2113	69	2221	107	-0.94
9.1MA	1848	0.0584	0.0013	0.281619	0.000018	-40.79	-1.22	0.63	2307	49	2575	78	-0.96
10.1MA	1865	0.0227	0.0005	0.281475	0.000019	-45.86	-4.96	0.67	2454	51	2819	82	-0.98
11.1MA	1909	0.0225	0.0005	0.281653	0.000018	-39.56	2.41	0.65	2210	49	2398	80	-0.99
12.1MA	1777	0.1301	0.0028	0.281606	0.000024	-41.22	-5.07	0.85	2423	69	2759	105	-0.91
13.1MA	2484	0.0341	0.0008	0.281330	0.000023	-50.98	3.41	0.81	2668	62	2780	99	-0.98
14.1ME	1591	0.0613	0.0012	0.281654	0.000018	-39.55	-5.52	0.65	2255	51	2645	80	-0.96
ZT1-9B变质砂岩
1.1ME	1822	0.018444	0.000379	0.281628	0.000018	-40.46	3.72	0.62	2240	48	2501	77	-0.99
2.1MA	1764	0.021479	0.000449	0.281577	0.000020	-42.27	1.80	0.70	2313	53	2655	86	-0.99
3.1ME	2445	0.032103	0.000566	0.281330	0.000020	-51.00	-7.12	0.71	2654	54	2784	88	-0.98
4.1ME	1901	0.021961	0.000448	0.281555	0.000021	-43.03	1.04	0.76	2342	58	2617	94	-0.99
5.1MA	1741	0.060015	0.001164	0.281699	0.000021	-37.95	5.18	0.76	2188	59	2453	94	-0.96
6.1MA	2025	0.063805	0.001514	0.281630	0.000020	-40.39	2.26	0.71	2305	56	2466	88	-0.95
7.1MA	1752	0.038914	0.000725	0.281633	0.000017	-40.30	3.41	0.59	2254	46	2560	74	-0.98
8.1MA	1844	0.057480	0.001193	0.281663	0.000021	-39.23	3.85	0.73	2240	57	2474	90	-0.96

图 7 鄂尔多斯盆地钻孔中元古代长城系(变质)沉积岩锆石年龄-ε_Hf图解 Fig. 7 Zircon ε_Hf(t) vs. U-Pb ages of Mesoproterozoic Changcheng System (meta-)sedimentary rocks from drill cores in the Ordos Basin

5 讨论 5.1 锆石成因

本文定年样品包括了2个变质沉积岩，但变质程度仅为低绿片岩相，不会对锆石内部结构产生明显影响，碎屑锆石的内部结构都应是物源区锆石的特征。碎屑锆石外部形态和内部结构特征可提供外生作用的重要信息。由于变质作用通常可使锆石向圆的形态发生变化，以达到自由能最小。对于碎屑沉积岩中的变质锆石，其等轴状和椭圆状外形(如图 4a中的颗粒29，图 4b中的颗粒42)，不能作为其遭受强烈外生磨蚀的确切依据，岩浆锆石的外形与内部结构的不协调切割关系(如图 4a中的颗粒3、11和38，图 4b中的颗粒29和39，图 4c中的颗粒9)则是外生磨蚀作用的结果(Wan et al., 2011)。对于具变质增生边或边部发生重结晶的锆石，锆石内部结构与外形的不协调切割关系(图 4a中的颗粒20，图 4d中的颗粒1和2)，也是碎屑锆石的典型特征。与其他样品相比，石英砂岩样品(HT1-12)胶结物最少，石英磨圆度最高，锆石的磨圆度也最高。不过，这种强烈分选和磨蚀并不一定表明碎屑物质经过长距离搬运，也可能是在海岸线附近长期海浪作用的结果。其余3个样品(K1-2、ZT1-9A和ZT1-9B)中，一些锆石呈长柱状或具自形形态(如图 4b中的颗粒36，图 4c中的颗粒9，图 4d中的颗粒6和7)，表明至少部分碎屑物质来自近源区，并可能以岩屑形式搬运沉积。总体上，与具岩浆结构的碎屑锆石相比，具变质结构的碎屑锆石的Th/U比值变化更大，一些变质锆石的Th/U比值很低。

5.2 长城系变质作用

在华北克拉通东部，长城系通常未遭受变质，但原岩沉积时代可与长城系对比的河北省平山县东南的东焦群(主要由碎屑沉积岩组成)遭受了浅变质作用(Wan et al., 2010)。在鄂尔多斯，长城系未遭受变质或遭受浅变质(公王斌等，2016)。根据以往认识，长城系仅存在于鄂尔多斯盆地中南部，而在东北部缺失(公王斌等，2016)。但是，取自榆林西北部同一钻孔相邻的2个样品(ZT1-9A、ZT1-9B)都为变形弱的浅变质沉积岩，而根据锆石结构和年龄，它们不是早前寒武纪变质基底岩石，而很可能属于长城系。因此长城系的分布范围应比以往认为的更广，向东北至少到了召探1井的位置。长城系沉积岩遭受变质的时代还不清楚，但许多锆石的分析数据点沿不一致线分布，下交点年龄为200~400Ma(公王斌等，2016；本文)，需进一步研究来确定变质作用是否发生在古生代-中生代。

5.3 长城系底界年龄

中-新元古代盖层是华北克拉通早前寒武纪变质基底稳定化之后的重要盖层。长城系的下限年龄有1.95Ga、1.8Ga和1.7Ga等不同认识(王曰伦等，1980；陆松年和李惠民，1991；李怀坤等，1995；钟富道，1997)。近年来，随着对斑脱岩等的锆石定年工作的开展，华北克拉通东部中元古代盖层年代学研究取得了重大进展，确定长城系底界年龄为1650~1680Ma(和政军等, 2011; 李怀坤等，2011)。在对鄂尔多斯钻孔长城系碎屑沉积岩碎屑锆石定年时，公王斌等(2016)获得3个~1.6Ga的年龄数据，数据点位于谐和线上或附近。本次研究获得更多位于谐和线及其附近的1.6~1.7Ga的碎屑锆石年龄数据。尽管数据误差较大及后期铅丢失影响，最年轻碎屑锆石年龄不可能明显大于1.7Ga，支持了长城系底界沉积时代小于1.7Ga的认识，推测华北克拉通西部和东部长城系沉积时代大致相同。鄂尔多斯盆地的中元古代长城系主要由砾岩、砂岩、粉砂岩和泥质岩组成，蓟县系主要由碳酸盐岩和泥质岩组成(中国长庆油田，2011；公王斌等，2016；郭艳琴等，2019)，华北克拉通东部燕辽坳拉槽的中元古代长城系和蓟县系也主要由这些类型岩石组成(李怀坤等，2014及其中参考文献)。两者岩石组合十分类似，可以相互对比，都反映了陆相向滨海相，进而向海相的海侵演化进程。

5.4 物质来源

4个样品中都存在岩浆结构和变质结构的碎屑锆石，锆石年龄峰值分别为~1.8Ga和~2.5Ga，以前者为主。物源区为以古元古代晚期岩浆构造热事件为主的早前寒武纪变质基底。一些样品中存在具波状消光的细粒石英集合体表明它们来自变质岩区。鄂尔多斯北部为古元古代孔兹岩带(Zhao et al., 2005)，2.0~2.3Ga岩浆作用和1.82~1.96Ga变质作用发育(Wan et al., 2009; Dong et al., 2013; Liu et al., 2013; 钟长汀等, 2014; 董春艳等，未发表资料)。鄂尔多斯盆地本身也广泛存在古元古代晚期岩浆构造热事件(Hu et al., 2013; Wan et al., 2013; Zhang et al., 2015)，都可以是长城系碎屑沉积物的物源区。首次获得的鄂尔多斯盆地长城系(变质)沉积岩碎屑锆石Hf同位素组成也支持这一认识。锆石的Hf同位素组成存在很大变化(ε_Hf(t)=-10.5~+6.7)，具岩浆结构的碎屑锆石的ε_Hf(t)值从-6.8到+5.2，表明碎屑沉积物源区存在不同时期地幔添加或壳幔物质混合作用。碎屑锆石的内部结构、年龄谱和Hf同位素组成特征与孔兹岩带和鄂尔多斯变质基底的锆石类似(Dong et al., 2013; Hu et al., 2013; Liu et al., 2013; Wan et al., 2013; Zhang et al., 2015)。长城系碎屑沉积岩中存在少量~2.5Ga碎屑锆石，也与变质基底中新太古代晚期地质体零星分布相一致。总体上，鄂尔多斯盆地长城系与华北克拉通东部地区长城系的沉积岩岩石组合和碎屑锆石年龄谱及Hf同位素组成显示了类似的特征(Wan et al., 2011)，但是，一些样品中含有更年轻的碎屑锆石(王公斌等，2016)，表明不同物源区的存在。内部结构和年龄分布特征表明碎屑锆石来自华北克拉通本身，支持了长城系盖层形成于大陆环境(陆内裂谷、拗拉槽等)的认识(冯娟萍等, 2018; 包洪平等，2019)。古元古代晚期变质锆石和岩浆锆石在华北克拉通中元古代盖层中以碎屑形式大量存在，与华北克拉通早前寒武纪变质基底发育古元古代中-晚期构造岩浆热事件相吻合(Wan et al., 2006; 魏春景, 2018)。古元古代晚期克拉通化导致华北克拉通进入稳定阶段，接受盖层沉积。

6 结论

(1) 鄂尔多斯盆地长城系碎屑沉积岩的最年轻碎屑锆石年龄为~1.7Ga，支持了长城系底界时间小于1.7Ga的认识。

(2) 鄂尔多斯盆地长城系与华北克拉通东部地区长城系十分类似，它们形成于类似的构造环境，长城系碎屑沉积物来自其北部古元古代孔兹岩系和/或鄂尔多斯变质基底本身。

(3) 鄂尔多斯盆地长城系碎屑沉积岩的碎屑锆石年龄峰值为~1.8Ga和~2.5Ga，与华北克拉通变质基底构造热事件的时间基本一致。具岩浆结构锆石的ε_Hf(t)值变化范围为-6.8到+5.2，表明物源区存在不同时期的地幔添加或壳幔物质混合作用。

致谢研究得到中国石油长庆油田公司的大力支持。SHRIMP锆石定年得到张玉海高级工程师和杨之青高级工程师的帮助；锆石样品靶由杨淳高级工程师制作；锆石阴极发光图像由李宁和周丽芹工程师完成；锆石标准由Ian Williams和Lance Black提供；胡健民研究员、张成立教授、第五春荣教授和张健教授审阅了稿件，对提高论文质量起了重要作用。在此一并深表谢意。

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