柴達木盆地北緣東段中侏羅統物源分析

摘 要 【目的】柴達木盆地北緣東段地區廣泛出露侏羅紀殘留地層。由于后期強烈改造，該地區侏羅紀原型盆地被嚴重破壞，其殘留凹陷原始沉積關系、原型盆地發育及展布規律一直是學術界的研究熱點。【方法】通過對該地區中侏羅統碎屑巖樣品的重礦物Q型聚類分析、全巖地球化學以及碎屑鋯石U-Pb年代學分析，進行了系統物源分析，并結合古構造背景、地層與沉積相特征，對該地區侏羅紀原型盆地進行了初步探討。【結果與結論】（1）中侏羅世，可將研究區劃分為5個沉積體系，各沉積區重礦物組合、全巖地球化學以及碎屑鋯石年齡特征相異；（2）研究區物源母巖主要為中—酸性巖漿巖，混有不同程度的再旋回沉積巖；（3）物源區巖石的成因以大陸島弧和活動大陸邊緣為主，且普遍受到兩期巖漿事件（200～300 Ma和400～500 Ma）的影響；（4）研究區與潛在物源區特征對比顯示，A區物源主要來自柴北緣構造帶，少量物源來自歐龍布魯克古地塊；B區物源主要來自北偏東方向的南祁連地體；C區和D區物源主要來自近物源供給，推測為北方向的古隆起；E區物源主要來自東部東昆侖鄂拉山附近；（5）研究區在大煤溝組第五段時期，發育多個小型分隔型湖盆，而到了大煤溝第七段時期，小柴旦—紅山地區和霍布遜地區湖盆連通，成為統一湖盆。研究結果對于了解柴達木盆地侏羅紀演化，指示青藏高原北緣盆山體系的相互作用以及指導柴北緣東段油氣勘探具有科學意義。

關鍵詞 柴北緣東段；中侏羅統；物源分析；重礦物組合；元素地球化學；碎屑鋯石U-Pb年代學

第一作者簡介 呼其圖，男，1994年出生，碩士研究生，石油地質學，E-mail： huqtu@pku.edu.cn

通信作者 關平，男，教授，E-mail： pguanl@pku.edu.cn

中圖分類號 P512.2 文獻標志碼 A

0 引言

柴達木盆地北緣（以下簡稱為“柴北緣”）地區，由于受到持續的構造運動改造，侏羅紀盆地原始面貌被嚴重破壞，發育一系列北西向和北東向的斷裂帶，侏羅紀殘留凹陷星羅棋布，導致該地區侏羅紀盆地充填機制、構造—沉積演化和盆地性質難以確定，研究難度較大，因此一直是學術界研究的熱點問題。近年來，前人對柴北緣侏羅系的地層分布與層序格架[1?2]、構造特征及演化[3?5]、源—匯體系及巖相古地理特征[6?13]等方面進行了大量的研究，并對柴北緣侏羅紀原型盆地進行了初步的恢復[12，14?15]。然而，上述研究更多的是從宏觀層面對柴北緣[6，9，12，14]或聚焦柴北緣西段[10?11]進行了研究，涉及柴北緣東段地區的研究較為薄弱。

鉆井及露頭資料證實，柴北緣東段小柴旦—紅山以及霍布遜地區廣泛出露侏羅紀殘留地層[5，15]，但目前對該區侏羅系物源及原型盆地相關研究存在不少爭議。Yu et al.[8]、錢濤等[9]、Qian et al.[12]以及李軍亮等[15]學者認為，柴北緣東段侏羅系物源主要來自南祁連山、東昆侖山、柴北緣構造帶以及歐龍布魯克古地塊，且在早—中侏羅世之間物源區發生了明顯的變化；同時以他們為代表的一些學者認為侏羅紀早期柴北緣處于多個小型、分隔型湖盆發育階段，到侏羅紀晚期發展成為較大的統一盆地，但各家對于湖盆連通時間說法不一致。Shu et al.[7]、孫昌[16]以及郭帥[17]認為柴北緣東段侏羅系物源來自北部宗務隆山、南祁連山以及柴北緣基底；同時Shu etal.[7]認為侏羅紀時期紅山凹陷和霍不遜凹陷為獨立的沉積湖盆，被現今山系（侏羅紀之前已隆升）所分隔。簡星[18]和Ritts et al.[19]認為柴北緣物源主要來自南祁連山，中—晚侏羅世之間物源發生了明顯變化。綜合各家觀點，對于柴北緣東段侏羅系的爭議主要體現在以下兩個方面：（1）對柴北緣東段侏羅系物源存在爭議；（2）對柴北緣東段各個侏羅紀殘留凹陷原始沉積關系存在爭議。因此，有必要對該區的侏羅系物源進行深入研究，并探討原型盆地發育情況。

物源是連接沉積盆地和造山帶的紐帶，對沉積盆地進行物源分析，有助于了解盆地沉積充填和構造演化，是重建古地理環境以及恢復盆山體系相互作用的重要手段[20?22]。目前，對于柴北緣東段侏羅系的系統物源分析相對較少，現有研究主要以典型剖面（如大煤溝剖面）為研究對象，推測整個地區的侏羅紀物源演化，且物源分析方法較為單一，缺乏多方法結合的全區域的系統物源研究。物源分析可分為傳統物源分析方法和非傳統物源分析方法[22?24]。碎屑重礦物作為沉積物源信息的重要載體，其不同的種類組合能夠代表不同的物源母巖類型[25]，因此重礦物組合分析是沉積物源示蹤的基本且重要的方法。但是，傳統的重礦物組合分析多為將同一剖面同一層位的多個樣品數據進行算術平均，以其平均值來指示該剖面特定層位的重礦物組合特征[6?7，26]。這不但難以表征來自同一物源區各個重礦物間的內在聯系，而且對于多個物源供給的沉積體系，很難識別區分混源特征[27]。而基于多元統計方法的重礦物組合分析，能夠有效彌補傳統分析方法的缺點，能夠真實反映物源信息全貌[24，28]。

本文選取柴北緣東段多個野外剖面的中侏羅統碎屑巖樣品，對其進行了重礦物組合、全巖地球化學以及碎屑鋯石U-Pb年齡特征的分析，結合該區古構造演化的討論，完成了柴北緣東段中侏羅統的系統物源分析。最后結合地層與沉積相研究，對柴北緣東段侏羅紀原型盆地進行了初步討論。研究結果對于了解柴達木盆地演化，指示青藏高原北緣盆山體系的相互作用以及指導柴北緣東段油氣勘探具有一定的指導意義。

1 地質背景與野外沉積相研究

柴達木盆地位于青藏高原的東北部，分別以祁連山、阿爾金山和東昆侖山為界，整體呈現為三角形的幾何形態（圖1a），其中柴北緣位于柴達木盆地的東北部，被阿爾金山北段和祁連山西段兩大山系所夾，是柴達木盆地的一級構造單元[17，29]。研究區位于柴北緣東段，其北側為南祁連構造帶，南側為埃南斷裂帶，東西分別以綠梁山和懷頭塔拉—旺尕秀一線為界。研究區由于中生代以來燕山期和喜山期構造運動的改造，發育一系列北西向和北東向的斷裂帶，將研究區改造成多個菱形組合的構造帶（圖1b）。鉆井和露頭資料證實，研究區現有侏羅紀殘留凹陷主要為小柴旦凹陷、紅山凹陷以及霍布遜凹陷，此外侏羅系還分布在歐龍布魯克山前和旺尕秀等地區（圖1c）。

綜合近幾年的研究[7?8，12，15，17]，柴達木盆地侏羅系由下至上可分為三統五組：即下侏羅統湖西山組、小煤溝組；中侏羅統大煤溝組下段（部分學者將其歸到下侏羅統）和上段；上侏羅統采石嶺組（部分學者將其歸到中侏羅統）和紅水溝組。本文通過對柴北緣東段多個野外剖面的實測，以及對已有鉆井資料的分析，發現研究區中侏羅統普遍出露，下侏羅統和上侏羅統出露有限，因此將柴北緣東段地區侏羅系由下至上分為下侏羅統，中侏羅統大煤溝組4～7段以及上侏羅統，其中下、上侏羅統不做進一步劃分。研究區侏羅系地層主要包括各種粒度的碎屑巖（圖2）。通過分析各種相標志，在研究區總共識別出三種沉積相類型，分別為沖積扇、辮狀河和湖泊相（圖2）。其中在小柴旦—紅山凹陷，大煤溝組第四段時期沉積有限，為粗粒沉積，屬于辮狀河—辮狀河三角洲相；第五段時期，盆地范圍擴大，主要發育辮狀河三角洲前緣—湖泊相沉積，此時該地區盆地處于填平補齊階段；第六段時期，盆地范圍進一步擴大，主要發育淺湖相沉積，部分區域發育辮狀河三角洲相沉積；到第七段時，湖盆面積達到最大，主要發育半深湖—深湖相沉積。霍布遜凹陷在中侏羅統沉積階段，經歷了湖盆的填平補齊和兩次湖進事件：大煤溝組第四段到大煤溝組第五段時期為第一期旋回，第五段時部分地區發育濱岸沼澤和濱湖沉積；大煤溝組第六段到大煤溝組第七段時期為第二期旋回，在第六段時期普遍發育辮狀河三角洲沉積的基礎上，湖盆面積持續擴大到第七段末期，達到本地區最大范圍。

2 樣品和測試方法

根據研究區的侏羅紀地層出露情況，分別從柴北緣東段的7條野外剖面采集了72件中侏羅統碎屑巖樣品開展分析測試（圖1c），其中重礦物分析樣品47件，全巖地球化學分析樣品31件，碎屑鋯石U-Pb年代學分析樣品6件。取樣過程中，選取風化蝕變和成巖作用相對較弱的新鮮樣品，重礦物分析樣品巖性以中砂巖為主，全巖地球化學分析樣品為泥巖和泥質粉砂巖，碎屑鋯石U-Pb年代學分析樣品為細砂巖或中砂巖。

2.1 重礦物測試方法 重礦物鑒定工作在廊坊誠信地質服務有限公司完成。重礦物鑒定步驟為：將500 g左右的砂巖樣品無污染破碎后，分散篩分，使用重液（三溴甲烷）分離出重礦物，通過電磁場將重礦物分為無磁、電磁和強磁三部分，分別稱重，在偏光顯微鏡下采用線型法（Line Counting）鑒定記點，每個樣品統計超過500個重礦物（其中DMG-13，由于樣品量較少，只統計262個顆粒），計算出不同重礦物的百分含量，測試結果如表1。具體重礦物測試方法可參考文獻[30]。

2.2 全巖地球化學測試方法

全巖地球化學測試在北京大學造山帶與地殼演化教育部重點實驗室完成。主量元素測試使用掃描型波長色散X 射線熒光光譜儀（XRF，Thermo ArlAdvant XP+）進行測試，微量和稀土元素測試使用激光耦合等離子體質譜儀（ICP-MS）進行測試。全巖地球化學測試的預處理為將樣品用鋼研缽研磨破碎后，用標準分樣篩過篩保留小于200目的部分。主量元素測定時，全巖粉末通過堿溶后制成熔片，之后使用XRF測定，測試過程使用國際標樣GSR-4標定，主量元素的精確度控制在2%以內。樣品燒失量通過重量法測定。微量和稀土元素的測定使用ICP-MS，執行《硅酸鹽巖石化學分析方法第30部分：44個元素量測定》的測試標準，測試的微量和稀土元素的精確度控制在10%以內。具體測試方法可參考文獻[31]。

2.3 碎屑鋯石U?Pb 年齡測試方法

鋯石挑選、制靶以及CL圖像拍攝工作均在廊坊誠信地質服務有限公司完成。鋯石挑選在上述重礦物處理工作的基礎上，借助雙目鏡手工提純至300～500顆粒，再隨機選擇200顆鋯石制成標靶，并在掃描電鏡下拍攝CL圖像。鋯石U-Pb年齡測試工作在北京大學造山帶與地殼演化教育部重點實驗室完成，使用配備有德國Lambda Physik公司的Compex102Excimer 激光器（工作物質ArF，波長193 nm）的Agilient 7500a ICP-MS進行測試，詳細測試流程可以參考文獻[32]。同位素比值使用GLITTER 軟件計算，普通鉛Pb 使用Andersen[33]方法校正。年齡計算和年齡譜的繪制使用Isoplot （version 4.15）[34]進行。

3 重礦物組合特征

3.1 重礦物Q 型聚類分析

為消除重礦物從源到匯的過程中受到的地質作用的影響，將重礦物數據中的不透明礦物和自生透明礦物去除，如重晶石、含鐵礦物等[26]，并對剩余的透明重礦物以100%進行加權。選取鋯石、金紅石、電氣石、白鈦石、銳鈦礦、磷灰石、石榴石、簾石類、榍石和輝石等10 種重礦物作為變量，采用Q 型聚類Average Linkage方法，聚類得到砂巖不同重礦物組合類型（圖3）。選取的10種礦物總含量在98%以上，表明選取的變量合理且基本能夠代表各樣品的所有信息[27]。

聚類結果可分為5個重礦物組合類型：Ⅰ類組合主要包括花石溝—羊腸子溝—綠草溝剖面樣品，重礦物組合以鋯石為主，含有少量電氣石、白鈦石、金紅石和石榴石；Ⅱ類組合主要為花石溝—羊腸子溝—綠草溝—旺尕秀剖面樣品，重礦物組合以鋯石、白鈦石、電氣石和銳鈦礦等礦物為主，同時含有少量金紅石和石榴石等，與Ⅰ類組合一致，但相比前者鋯石含量明顯減少，含鈦礦物含量顯著上升；Ⅲ類組合主要為大煤溝剖面樣品，重礦物組合以磷灰石和鋯石為主，含有較低的銳鈦礦、白鈦石和電氣石，大煤溝地區重礦物組合明顯區別于研究區其他地區，磷灰石含量顯著上升；Ⅳ類組合為紅山溝—達山西剖面樣品，重礦物組合以石榴石和簾石類為主，含有少量磷灰石、鋯石和白鈦石，與其他地區相比，該組合類型以石榴石為主且不穩定重礦物含量較高；Ⅴ類組合主要為旺尕秀剖面樣品，重礦物以白鈦石為主，次要重礦物組合為鋯石、銳鈦礦和電氣石（圖3，4）。

3.2 重礦物組合對物源的指示

Q型聚類分析能夠較為完整的還原重礦物組合信息，而不同類型的重礦物組合則可以有效反映物源區的母巖特征[35]。本文在聚類分析結果基礎上，對不同類型的重礦物組合進行了母巖類型的判別（表2），并將中侏羅世柴北緣東段劃分為5個沉積體系（圖4），分別為。

綠草溝—羊腸子溝—花石溝地區（A區）為一個沉積體系，包括Ⅰ類和Ⅱ類重礦物組合。I類和Ⅱ類重礦物組合盡管在重礦物含量上存在不同，但重礦物組合一致，主要為鋯石、白鈦石、電氣石和銳鈦礦，且母巖均為沉積巖和酸性巖漿巖，因此歸為同一沉積體系。此外，A區相比其他沉積區，ZTR指數普遍較高，表明該區物源再旋回沉積巖的貢獻較多，且沉積區離物源區較遠。

大煤溝地區（B區）為一個沉積體系，為Ⅲ類重礦物組合，主要為磷灰石、鋯石、銳鈦礦和白鈦石，母巖為酸性巖漿巖。此外，對于下、上侏羅統的重礦物組合物源研究同樣表明大煤溝地區重礦物組合與柴北緣東段其他剖面存在明顯不同，屬于不同的沉積體系（未發表數據）。

紅山溝和達山西地區雖然重礦物組合一致，均為Ⅳ類組合，以石榴石、簾石類、磷灰石和鋯石為主，且物源母巖巖性相同，均為變質巖和酸性巖漿巖，但考慮到兩個地區現今地理位置較遠，地球化學和年代學分析都指示兩者具有完全不同的性質（見后文），因此歸為不同的沉積體系，分別為C區和D區。C區和D區沉積物不穩定重礦物含量相比其他地區明顯較高，ZTR 指數較低，指示二者為近源沉積。

旺尕秀地區（E區）為一個沉積體系，為Ⅴ類重礦物組合，以白鈦石為主，含有一定量的銳鈦礦和電氣石，母巖以再旋回沉積巖為主。旺尕秀地區與柴北緣東段其他地區相隔較遠，可能屬于柴北緣東段的外圍剖面，存在不同的物源來源。

4 全巖地球化學特征

4.1 主、微量元素特征

泥巖和泥質粉砂巖主量元素對北美頁巖標準化圖顯示（圖5a），相對于北美頁巖，部分主量元素表現為虧損狀態，其中嚴重虧損CaO和Na2O，較為虧損Fe2O3、MgO、MnO以及P2O5，輕微虧損K2O。花石溝、綠草溝和羊腸子溝（A區）泥巖樣品主量元素特征較為一致（Na2O含量的不同可能與后期遭受的風化作用的強度不同有關），明顯區別于紅山溝（C區）、達山西（D區）泥巖樣品，前者CaO、Na2O、MnO以及P2O5虧損更為明顯，紅山溝（C區）泥巖樣品僅CaO較為虧損，指示為不同的物源體系。而達山西（D區）樣品除SiO2、Al2O3和TiO2以外，其余主量元素均嚴重虧損，明顯區別于其他地區，同樣指示具有不同的物源來源。

泥巖和泥質粉砂巖微量元素，相對于上地殼而言（圖5b），整體虧損高場強元素Nb和Ta。其中泥巖明顯富集Cs、Th、U和V，明顯虧損Sr，輕微虧損 Ta；泥質粉砂巖除Ba較為富集以外，其余微量元素均為虧損狀態，明顯虧損Cs以及高場強元素。泥巖微量元素配分模式具有非常高的一致性，指示研究區整體為較穩定的地塊。其中紅山溝（C區）泥巖樣品表現出與其他剖面樣品的不同，相對富集Sr、Ba等大離子親石元素和V、Co等親硫元素，相對虧損Nb、Ta等高場強元素；達山西（D區）泥巖樣品相對其他樣品明顯富集Cs，虧損Rb、Ba，指示可能來自不同的物源區。

在稀土元素對上地殼標準化模式圖中（圖5c），泥巖樣品稀土元素配分模式具有非常高的一致性，而泥質粉砂巖樣品具有明顯的差異，稀土元素總含量泥巖相比泥質粉砂巖更高，分別為124.58～321.19 μg/g（平均值為243.93 μg/g），42.41～708.83μg/g（平均值為207.81 μg/g）。相對于上地殼，研究區樣品稀土元素總含量更接近于北美頁巖平均稀土元素總含量（173.2 μg/g）[36]。將泥巖稀土元素對北美頁巖標準化后（圖5d），發現花石溝、羊腸子溝和綠草溝（A區）泥巖樣品表現出輕微的輕稀土富集和重稀土虧損的特征，紅山溝（C區）和大煤溝（B區）泥巖樣品也有類似特征（LREE/HREE=6.21～10.22，平均值為7.74；LaN/YbN=0.31～6.38，平均值為1.48）。達山西（D區）樣品表現出較為一致的輕重稀土元素配分模式，與其他泥巖樣品明顯不同，指示達山西與上述剖面（包括紅山溝）為不同的沉積體系。此外，研究區泥巖樣品整體上表現為Eu 元素輕微負異常（0.84～1.07，平均值為0.99）。

4.2 地球化學特征對物源的指示

沉積巖的化學成分記錄了物源區的物質成分信息，尤其是稀土元素、高場強元素以及一些大離子親石元素等微量元素，如La、Sc、Co、Th、Zr、Hf、Ti等，由于其極低的溶解度和遷移性，能夠較為完整的保存物源區信息，是判斷物源母巖類型和物源區構造背景的有效工具[38?39]。此次利用元素特征以及前人總結的圖解法進一步推測了物源區特征。

Roser et al.[40]提出利用沉積巖主量元素判別函數F1-F2的二元圖解判斷物源區母巖巖性。如圖6a所示，樣品主要落在中性巖漿巖、酸性巖漿巖以及石英質物源區域，其中A區主要落在中性巖漿巖和石英質物源區域，指示研究區以中酸性巖漿巖物源為主，再旋回沉積巖物源供給為次，C區和D區主要落在基性鐵鎂質物源區，指示受到玄武質物源的供給。此外，A區主量元素配分模式明顯區別于C區和D區，C區和D區也表現為不同的特征。

McLennan et al.[41]提出可以使用Th/Sc vs. Zr/Sc二元圖解評價沉積物的物源成分變化以及沉積再旋回的影響。研究區中侏羅統泥巖樣品較為一致的Th/Sc比值表明源區母巖成分整體上為巖漿巖和再旋回沉積巖的混合，其中A區樣品受到再旋回沉積巖的影響較為明顯（羊腸子溝樣品尤為明顯），與重礦物組合ZTR指數較高特征相符合（圖6b）。Floydet al.[42]建立的La/Th vs. Hf二元圖解以及Gu et al.[43]建立的Co/Th-La/Sc二元圖解可以用來判斷不同的弧成分和沉積物源。在La/Th vs. Hf二元圖解中（圖6c），研究區中侏羅統樣品除了部分泥質粉砂巖樣品以外整體表現為較低的La/Th比值（平均值為2.74），較高的Hf含量（平均值為7.88），表明研究區中侏羅統物源主要為酸性巖漿巖，且存在一定的再旋回沉積巖，其中A區受到沉積巖再旋回的影響較大，部分B區以及C區泥質粉砂巖樣品表現為混合巖漿巖物源的特征。Co/Th-La/Sc二元圖解顯示（圖6d），研究區中侏羅統樣品主要落在長英質火山巖源區附近，輕微偏向花崗巖源區，其中Co/Th平均值為1.51，La/Sc平均值為3.95，表明源巖是以長英質物源為主，有花崗巖物源的混入。

此外，長英質物源具有Eu的負異常以及LREE/HREE的高比值[23]。研究區稀土元素配分模式具有相似的特征，表現為輕稀土元素輕微富集（圖5d），Eu顯示輕微負異常（0.84～1.07，平均值為0.99）以及LREE/HREE比值較高（6.21～10.22，平均值為7.74），同樣表明柴北緣東段具有長英質物源特征。

綜上，研究區中侏羅統物源整體上以酸性物源為主，不同程度地受到再旋回沉積巖的影響。其中A區受到再旋回沉積巖貢獻較為明顯（羊腸子溝樣品尤為明顯），B區具有長英質和玄武質混合物源的特征，C區和D區具有長英質和安山質混合物源特征，但二者具有明顯不同的元素特征，屬于不同的沉積體系，E區表現為酸性物源特征（只有一個泥質粉砂巖樣品）。上述結果與重礦物組合分析結果較為一致。

5 碎屑鋯石U?Pb年代學特征

5.1 柴北緣東段中侏羅統砂巖年齡特征

基于上述沉積體系劃分結果，選取較為典型的樣品進行了碎屑鋯石U-Pb年齡測試（表3）。一般來說，對于典型的碎屑鋯石U-Pb定年，每個樣品大約選取80～110顆鋯石進行測試即可滿足有效統計分析的要求[44]，但本次研究中部分樣品中鋯石不滿足測試要求，導致有效測點較少（rHSG-7樣品僅有21個有效測點）。

鋯石內部結構、Th/U比值以及稀土元素含量是確定鋯石成因的重要條件[12]。本次研究中，陰極發光照片顯示，大部分鋯石顆粒為自形—半自形，不同程度地保留巖漿震蕩環帶（圖7）且具有較高的Th/U 比值，表明絕大多數鋯石為巖漿結晶鋯石。剔除諧和度小于90% 的鋯石年齡數據，對大于1 000 Ma的鋯石采用207Pb/206Pb年齡，對小于1 000 Ma的年齡采用206Pb/238U年齡，繪制了如圖8a所示的碎屑鋯石年齡譜。同時總結了前人關于潛在物源區的年代學研究成果，繪制了如圖8b所示的潛在物源區年齡譜。

碎屑鋯石年齡譜顯示，柴北緣東段中侏羅統碎屑鋯石具有6個年齡段組合，分別為200～300 Ma（二疊紀—三疊紀）；400～500 Ma（晚寒武世—早泥盆世）；750～1 000 Ma（新元古代）；1 600～1 800 Ma（古元古代晚期）；2 000～2 200 Ma（古元古代中期）2 300～2 600 Ma（新太古代—古元古代早期），可以看出不同沉積區的砂巖樣品具有不同的年齡特征，且有一定的規律性（圖8a）。

5.2 碎屑鋯石年齡對物源的指示

研究區中侏羅統砂巖樣品以晚寒武世—早泥盆世、二疊紀—三疊紀兩期鋯石年齡為主。A區綠草溝以及花石溝樣品均以二疊紀—三疊紀和晚寒武世—早泥盆世鋯石年齡為主，含有少量古元古代晚期和新太古代—古元古代早期鋯石年齡，同樣指示來自同一物源區。羊腸子溝砂巖樣品鋯石年齡較為古老，主要為新太古代—古元古代，指示物源母巖較為古老，結合全巖地球化學分析結果，推測受到再旋回沉積巖的影響較多，可能為多物源供給的結果。綜合認為，羊腸子溝地區雖然與花石溝和綠草溝地區屬于同一沉積體系，但同時受到多個物源的供給（后文將詳細討論）。羊腸子溝樣品在重礦物Q型聚類分析中較為分散的特征也可以證明這一點（圖3）。B區大煤溝樣品以二疊紀—三疊紀年齡為主，奧陶紀—早泥盆世鋯石年齡為輔[8，18]，與A區年齡特征相似，但綜合考慮前文重礦物和地球化學分析結果，認為具有不同的物源來源，應單獨討論。C區紅山溝砂巖樣品以二疊紀—三疊紀鋯石和晚寒武世—早泥盆世鋯石年齡為主，同B區大煤溝情況類似，應單獨討論其物源。值得注意的是，紅山溝樣品有效年齡數據較少，年代學物源指向性可能較弱。D區達山西砂巖樣品年齡以新元古代為主，以晚寒武世—早泥盆世為次，與A區砂巖樣品鋯石年齡存在不同，推測具有單獨的物源來源或者受到多物源供給，屬于不同的物源體系。E區旺尕秀樣品以新太古代—古元古代為主[18]，相比其他地區年齡較為古老。下面將結合古構造背景進行詳細討論。

6 柴北緣東段古構造背景討論

柴北緣侏羅紀盆地的發育與該區前侏羅紀的大地構造演化密不可分，因此討論柴北緣古構造演化是判斷該區侏羅紀原型盆地物源以及了解盆山體系相互作用的重要方式。

如上所述，柴北緣東段中侏羅統碎屑鋯石U-Pb年齡以晚寒武世—早泥盆世、二疊紀—三疊紀為主，以太古代—古元古代早期、古元古代晚期等較老年齡（主要為羊腸子溝）為輔，且重礦物和地球化學特征指示物源母巖主要為中—酸性巖漿巖，混有不同程度的再旋回沉積巖，表明該區物源區的巖石由至少兩期巖漿活動事件所形成。同時，微量和稀土元素的Th-Co-Zr/10、Th-Sc-Zr/10 和La-Th-Sc 三端元圖解顯示（圖9），物源區巖石基本上在大陸島弧和活動大陸邊緣區域，少量羊腸子溝樣品在被動大陸邊緣區域；稀土元素整體上輕微富集LREE，顯示輕微Eu負異常，指示柴北緣東段中侏羅統物源區巖石形成時的構造環境以大陸島弧和活動大陸邊緣為主[39]（圖5d）。因此，推測晚寒武世—早泥盆世與二疊紀—三疊紀這兩期巖漿活動事件應該代表了柴北緣物源區的兩次重要的構造活動，而較老的年齡（主要為羊腸子溝）則可能代表了柴北緣地區基底的再旋回。結合前人研究，進行如下討論。

柴北緣地區從大地構造背景上可分為狹義上的柴北緣構造帶、歐龍布魯克古地塊（或全吉地塊）和宗務隆早古生代—晚古生代裂陷槽三個構造單元[73]，南北分別為柴達木地體和南祁連山構造帶（圖10）。這些地質單元構成了柴北緣東段侏羅系的潛在物源區（圖1c）。

柴北緣地區經歷了早古生代的洋殼俯沖—陸陸碰撞造山—陸殼俯沖階段以及晚古生代的后造山陸內伸展—擠壓造山隆升階段。加里東運動時期，柴北緣洋殼開始向歐龍布魯克地塊俯沖并最終發生柴達木地塊—歐龍布魯克古地塊的陸陸碰撞造山，形成了灘間山蛇綠巖—島弧火山巖帶和魚卡—沙柳河高壓—超高壓碰撞構造帶[48]。上述加里東期形成的兩個構造帶統稱為柴北緣構造帶或柴北緣UHP構造帶[7?8，12，73]，該構造帶主要發育以灘間山群為代表的造山帶型沉積建造，以淺變質的碎屑巖—碳酸鹽巖和巖漿巖組合（包括榴輝巖、石榴石橄欖巖和石榴石輝石巖集合體）為特征，代表了活動大陸邊緣和島弧環境[14，48]。在前人對柴北緣構造帶的年齡認識基礎上，結合上述所測得年齡和地球化學判識，認為這一時期形成的巖石組合構成了柴北緣中侏羅統母巖的主要巖石類型（圖8）。這一結論也得到了其他學者的支持[8?9，12]。

晚海西期—印支期，柴北緣受到北部宗務隆裂陷槽閉合和北特提斯洋俯沖消減的影響，發生構造反轉，在擠壓構造背景下使得柴北緣地區活化再次隆升，導致早二疊統直至中三疊統被剝蝕[48，73]。在該階段，柴北緣主要發育碎屑巖—碳酸鹽巖以及伴隨印支期構造運動的巖漿巖組合（錫鐵山附近有廣泛出露）[12，14]。結合前人以及本文研究（圖8），認為印支期的巖石組合構成了柴北緣中侏羅統母巖的次要巖石類型。

值得注意的是，歐龍布魯克古地塊在加里東期和晚海西—印支期，一直處于被擠壓隆升狀態，且該地塊為古老的克拉通殘余地塊，主要由前寒武變質結晶基底（包括德令哈雜巖、達肯達坂群以及全吉群）[12，48]和早古生代地臺型穩定沉積建造（碎屑巖—碳酸鹽巖組合）[14]組成，代表了被動大陸邊緣構造環境。結合碎屑鋯石年齡特征（圖8），認為該地塊為柴北緣東段侏羅系提供了部分物源（尤其是羊腸子溝地區）。

中生代末期—新生代以后，在燕山晚期—喜山期構造運動下，受印度板塊和歐亞板塊碰撞的影響，柴北緣中生界遭受抬升剝蝕，侏羅紀原型盆地被嚴重破壞，形成了現今柴北緣東段的沉積—構造格局[16?18]（圖1b、圖10）。

綜上所述，柴北緣地區在前侏羅紀發生的兩期較大的巖漿事件以及同時期歐龍布魯克古地塊的抬升控制了研究區的中侏羅統物源供給，分別為：（1）晚寒武世—早泥盆世之間的加里東期巖漿事件，是柴北緣東段中侏羅統的主要物源區；（2）二疊紀—三疊紀之間的海西—印支期巖漿事件，是該區的次要物源區。

7 柴北緣東段中侏羅統物源方向推測及原型盆地初步分析

柴北緣東段侏羅紀原型盆地難以識別，各侏羅紀殘留凹陷原始沉積關系不清，因此理應對各侏羅紀沉積區分開進行物源討論，而非從宏觀層面[15，17?19]或以典型剖面為例[8?9，13，16]進行推測。通過對比研究區以及潛在物源區的巖石學、年代學以及大地構造背景的特征，對中侏羅世各沉積區進行了如下的物源方向推測（圖11）。

A區花石溝和綠草溝母巖巖性主要為中酸性巖漿巖和再旋回沉積巖，年齡以晚寒武世—早泥盆世和二疊紀—三疊紀為主，ZTR指數較為一致，指示母巖主要為加里東期和印支期巖體，且從源到匯搬運距離較為一致。考慮到柴北緣構造帶的出露特征以及上述古構造背景的討論，推測A區花石溝和綠草溝地區的物源來自錫鐵山方向柴北緣構造帶（島弧—火山巖帶和高壓—超高壓碰撞帶），歐龍布魯克古地塊有少量物源供給。上述結論與前人主要物源為南祁連山[17?19]或東昆侖山[8，15]的觀點不一致。A區羊腸子溝地區雖與上述地區歸為同一類沉積體系，但母巖巖性以再旋回沉積巖為主（地球化學分析結果，圖6），母巖年齡較老（圖8a），表明物源區受到柴北緣地區兩期巖漿活動的影響較少，因此認為羊腸子溝具有多個物源來源。結合碎屑鋯石年齡對比（圖8）和古構造背景討論，認為羊腸子溝地區主要物源來自歐龍布魯克古地塊，次要物源來自與花石溝和綠草溝同源的柴北緣構造帶，這也符合羊腸子溝物源區表現為穩定的被動大陸邊緣構造背景的特征（圖9）。Yu et al.[8]、錢濤等[9]以及Qian et al.[12]以及也得出了同樣的結論。此外，A區較高的ZTR指數說明A區離物源區較遠，并非現今相近的隆凹相間的構造格局；紅山凹陷和霍布遜凹陷同屬一個沉積體系說明，埃姆尼克山和達達肯烏拉山并非Shu et al.[7]所認為的侏羅紀時期已經隆起，分隔了紅山凹陷和霍布遜凹陷，而是后來遭到了擠壓隆升。

B區大煤溝重礦物組合和地球化學特征與其他沉積區具有明顯的不同，屬于獨立的沉積體系，應單獨對其進行物源討論，且本文認為不能通過大煤溝剖面的研究來指示柴北緣東段（或柴北緣）的侏羅紀物源演化。大煤溝地區物源母巖主要為酸性巖漿巖，母巖年齡以二疊紀—三疊紀為主，奧陶紀—早泥盆世[8，18]為輔，表明該區物源區更多地受到海西—印支期巖漿活動的影響，推測為宗務隆裂陷槽閉合的結果。根據與潛在物源區的年齡對比（圖8），以及自東北向西南方向的古水流[15，17]，本文推測B區物源主要來自北偏東方向的南祁連地體，次要物源來自歐龍布魯克古地塊。上述結論與前人認為大煤溝物源主要來自宗務隆山的觀點不一致[7，17]。

盡管C區紅山溝和D區達山西具有相似的重礦物組合特征，但年代學和地球化學特征表明，兩者為獨立的沉積體系。而且二者地理位置較遠，不太可能受到統一物源的供給。C區紅山溝母巖年齡為二疊紀—三疊紀和晚寒武世—早泥盆世，具有與A區較為一致的年齡特征，但重礦物組合和地球化學特征表明其具有與A區完全不同的物源來源。從較低的ZTR指數（表1）以及與周緣基巖較為一致的重礦物比例特征[7]，推測紅山溝物源主要來自北部的近源古隆起，有待進一步研究證實。D區達山西地區母巖年齡以新元古代為主，以晚寒武世—早泥盆世為次，表明該區具有混合物源特征，主要物源與霍布遜凹陷主體部分不同，但依舊受到柴北緣構造帶加里東期巖體的物源供給。鉆井數據表明達山西北方向為古隆起（歐1井只有上侏羅統），加之較低的ZTR指數，認為其物源主要來自北方向的近源古隆起。

E區旺尕秀相比研究區其他地區，屬于外圍剖面。旺尕秀母巖巖性以再旋回沉積巖為主，年齡較老，以新太古代—古元古代為主[18]，指示旺尕秀物源區并未受到柴北緣兩期巖漿事件的影響，物源為古老的基底巖石，推測來自東昆侖鄂拉山地區，有待進一步研究。

結合物源分析結果以及地層與沉積相認識，對柴北緣東段中侏羅世原型盆地初步分析認為，在大煤溝組第五段時期，研究區主要發育一套河流相—濱湖相沉積體系。各剖面大煤溝組第五段與下伏地層不整合關系指示（圖2），直到該時期侏羅紀湖盆并未廣泛發育，僅在大煤溝地區、小柴旦—紅山地區以及霍布遜地區零星發育。其中需要特別指出的是，大煤溝地區與小柴旦—紅山地區為兩個獨立的沉積體系。在大煤溝組第七段時期，研究區主要發育一套河流相—濱湖—淺湖—半深湖的沉積體系。相比大煤溝組第五段，此時小柴旦—紅山地區和霍布遜地區湖盆連通，大煤溝地區湖盆范圍進一步擴大，且在紅山溝地區和達山地區發育一套新的湖相—濱湖沉積體系，地層情況與大煤溝相似，為單獨的沉積體系（圖12）。結合前人關于柴北緣東段侏羅紀的構造研究[8，12，14?15]，認為柴北緣東段，大煤溝組第五段時期，發育多個小型分隔型湖盆，到大煤溝第七段時期，小柴旦—紅山地區和霍布遜地區湖盆連通，成為統一湖盆。值得注意的是，大煤溝、紅山溝以及達山西地區為獨立的沉積體系，不屬于統一湖盆。

8 結論

（1） 重礦物Q型聚類分析結果表明，在柴北緣東段共識別出5個沉積體系，各沉積區重礦物組合特征明顯，具有明顯的分區性。

（2） 研究區中侏羅統物源母巖以中—酸性巖漿巖為主，混有不同程度的再旋回沉積巖。

（3） 柴北緣東段母巖構造背景以大陸島弧和活動大陸邊緣為主，前侏羅紀的兩期巖漿事件（200～300 Ma和400～500 Ma）以及同時期歐龍布魯克古地塊的抬升控制了研究區的物源供給，其中加里東期形成的大陸島弧和活動大陸邊緣成因的巖石組合構成了物源區的主要巖石類型。

（4） 通過對比研究區與潛在物源區特征，認為A區物源主要來自錫鐵山方向柴北緣構造帶，其中羊腸子溝主要物源來自歐龍布魯克古地塊；B區物源主要來自北偏東方向的南祁連地體；C區和D區物源主要來自近物源供給，推測為北方向的古隆起；E區物源主要來自東部的鄂拉山地區。

（5） 大煤溝組第五段時期，柴北緣東段發育多個小型分隔型湖盆，到大煤溝第七段時期，小柴旦—紅山地區和霍布遜地區湖盆連通，成為統一湖盆。值得注意的是，大煤溝、紅山溝以及達山西地區為獨立的沉積體系，不屬于統一湖盆。

致謝 感謝廈門大學簡星老師以及另外兩位審稿專家提出的寶貴意見，使得本文內容更加科學嚴謹。感謝編輯老師在修改過程中提供的幫助。本文所用柴北緣東段的元素地球化學數據、鋯石測年數據可以通過國家冰川凍土沙漠科學數據中心獲取，網址http：//www.ncdc.ac.cn/portal/metadata/0e59815a?2de2?4032?9e92?cde43475f0c1。

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