Natural Gas Geoscience >

2024 , Vol. 35 >Issue 8: 1351 - 1362

DOI: https://doi.org/10.11764/j.issn.1672-1926.2024.04.024

Provenance of the bauxite rock series in the Benxi Formation in the eastern Ordos Basin

  • Lei ZHANG , 1, 2 ,
  • Aiguo WANG , 3, 4 ,
  • Bo PAN 1, 2 ,
  • Haifeng ZHANG 5 ,
  • Yiwei REN 3, 4 ,
  • Xinghui NING 3, 4 ,
  • Jinxiang WEI 3, 4 ,
  • Jie WANG 3, 4
Expand
  • 1. Research Institute of Exploration and Development，PetroChina Changqing Oilfield Company，Xi'an 710018，China
  • 2. National Engineering Laboratory for Exploration and Development of Low Permeability Oil and Gas Fields，Xi'an 710018，China
  • 3. Department of Geology，Northwest University，Xi’an 710069，China
  • 4. State key Laboratory of Continental Dynamics，Northwest University，Xi’an 710069，China
  • 5. Exploration Division of PetroChina Changqing Oilfield Company，Xi'an 710018，China

Received date: 2024-01-11

  Revised date: 2024-04-12

  Online published: 2024-05-06

Supported by

The Project of Exploration and Development Research Institute of PetroChina Changqing Oilfield Company(CQYT-CQKTY-2022-JS-2959)

Fold

Abstract

Significant breakthroughs have been made in the exploration of bauxite rock gas in the Ordos Basin， but the petrogenesis of bauxite rock is still unclear. One of the key issues is that the provenance of bauxite rock has not been resolved yet. Therefore， this study conducted provenance analysis on the bauxite rock series in the Benxi Formation in the Shenmu-Mizhi area of the eastern Ordos Basin using methods of detrital zircon chronology and stable element geochemistry. The results show that the detrital zircons in the bauxite rock series are angular shaped magmatic zircons， with particle sizes ranging from 0.06 mm to 0.03 mm. The zircon age displays two peaks，which correspond to 500-400 Ma and 350-300 Ma，respectively.The zircons in the overlying clastic rocks of the bauxite rock series are mainly elliptical metamorphic zircons with particle sizes ranging from 0.13 mm to 0.06 mm. About half of the zircon ages are disharmonious. The harmony age peaks of zircon are 2 600-2 300 Ma and 2 100-1 700 Ma. The bauxite rock series are significantly enriched in stable elements. Their Zr/Nb values are similar to those of the underlying carbonate rocks， but are significantly different from the Zr/Nb values from the overlying clastic rocks and the tuffs in the Majiagou Formation in the basin. After comparative analysis， it is believed that the North China Craton basement to the northern basin is the provenance of the overlying clastic rocks， but makes little material contribution to the bauxite rock series. The Lower Paleozoic and Carboniferous tuffs in the basin are the direct sources of detrital zircons in the bauxite rock series， but their material contribution to the bauxite rock series is extremely limited. The main provenance of the bauxite rock series is the Lower Paleozoic carbonate rocks within the Basin.

Key words： Ordos Basin; Benxi Formation; Bauxite rock; Bauxite rock series; Provenance; Shenmu area; Mizhi area

Cite this article

Lei ZHANG , Aiguo WANG , Bo PAN , Haifeng ZHANG , Yiwei REN , Xinghui NING , Jinxiang WEI , Jie WANG . Provenance of the bauxite rock series in the Benxi Formation in the eastern Ordos Basin[J]. Natural Gas Geoscience, 2024 , 35(8) : 1351 -1362 . DOI: 10.11764/j.issn.1672-1926.2024.04.024

0 引言

长期以来，国内外鲜有在铝土岩系（铝土岩、泥质铝土岩、铝土质泥岩的统称）发现工业油气的报道。近年来，鄂尔多斯盆地铝土岩勘探接连取得重大突破［1-3］，一举打破传统地质认识，发现了铝土岩储层新类型，开辟了一个天然气勘探新领域［4］。目前，前人［3-8］对这类新储层的测井判识、储集性能、岩矿特征、分布规律等研究较多，对铝土岩储层相关的基础理论研究还非常薄弱。例如，铝土岩的成因问题，目前尚未得到解决，这严重制约了铝土岩储层形成机理和铝土岩储层预测研究。
明确铝土岩的原始物质来源一直是铝土岩成因研究的一项重点内容，因为铝土岩的成岩母质经历了强烈的化学风化作用［9-10］，原始风化物中蕴藏的地质记录多已损失殆尽。对于华北板块下古生界风化壳上的铝土岩系，其成岩母质来源长期存在争议，存在古陆（岛）铝硅酸盐岩来源［11-12］、下伏寒武系—奥陶系碳酸盐岩来源［13-14］及混合来源［15-16］等观点。
由于重矿物和稳定元素稳定性强，历经强烈风化作用后仍能残留并能记录母岩的部分地质特征，故被广泛应用于铝土岩（矿）物源研究［12，16-17］。本文研究即尝试使用碎屑锆石年代学和稳定元素地球化学的方法对鄂尔多斯盆地东部神木—米脂地区本溪组铝土岩系的物质来源进行追溯，以期为铝土岩的成因和分布预测研究提供依据。

1 区域地质背景

鄂尔多斯盆地位于华北板块西部（图1），是一个稳定沉降、扭动明显、坳陷迁移的多重叠合盆地［18］，经历了中新元古代拗拉槽、早古生代浅海台地、晚古生代近海平原、中生代内陆湖盆和新生代周边断陷五大沉积演化阶段［19-20］。
图1 鄂尔多斯盆地晚石炭世本溪期构造沉积环境（据文献［18］修改）

Fig.1 Tectonic and sedimentary environment of the Late Carboniferous Benxi Period in the Ordos Basin （modified from Ref.［18］）

早古生代，鄂尔多斯盆地为稳定的陆表海沉积，发育巨厚的碳酸盐岩—蒸发岩沉积［19，21-22］。早古生代末期，华北板块整体抬升，形成长达1.5亿年的沉积间断，缺失志留系、泥盆系和下石炭统。晚石炭世，华北地台发生海侵，在盆地东西两侧分别形成了华北陆表海和祁连海（图1）。当时，西南部的中央古隆起及北部伊盟古隆起为暴露剥蚀区［18］，中央古隆起以东地区沉积了滨浅海和陆相交互的含煤系地层，即本溪组［23-24］。从构造环境看，华北板块此时正处于泛大陆汇聚过程［25-27］：在北部，古亚洲洋向南俯冲于华北板块，盆地北缘为活动大陆边缘；在南部，南秦岭地块和华北克拉通之间的勉略洋正处于扩张阶段，盆地南缘为被动大陆边缘。在盆地东部，本溪组直接沉积在奥陶系风化面之上，底部发育一套分布广泛、厚度不等的铝土岩系。铝土岩系以上的本溪组为正常的碎屑岩或碳酸盐岩沉积。在盆地东南部及其以东地区（如河南、山西省），本溪组底部的这套铝土岩系出露地表成为铝土矿床。

2 样品与实验方法

本文从鄂尔多斯盆地东部神木—米脂地区（图1）6口钻井本溪组岩心中采集了33块铝土岩系样品（表1）。为了对比研究，从铝土岩系上覆本溪组碎屑岩中采集了2块砂岩样品［表1，图2（a）］和3块泥岩样品［表1，图2（b）］；从铝土岩系下伏白云岩、碳酸盐岩角砾中采集了7块不含风化充填物和成岩胶结物的碳酸盐岩样品［表1，图2（a）］。
表1 鄂尔多斯盆地东部本溪组铝土岩系及相邻岩石的稳定微量元素特征

Table 1 Stable trace element characteristics of bauxite rock series and adjacent rocks in the Benxi Formation in the eastern Ordos Basin

井号 样品编号 深度/m 岩性 微量元素/10-6 Zr/Nb Zr/Hf
Nb Zr Hf Ta Cr Th Ni U
M119 M119-1 3 047.52 泥质铝土岩 78.1 744.0 20.5 5.7 181.0 75.7 66.9 35.4 9.5 36.4
M119-2 3 047.79 铝土岩 93.9 858.0 23.6 7.0 230.0 92.9 95.0 33.4 9.13 36.4
M119-3 3 048.42 铝土岩 81.2 725.0 19.8 6.2 225.0 107.0 91.6 42.9 8.9 36.5
M119-4 3 049.01 泥质铝土岩 66.7 585.0 16.2 5.0 206.0 94.5 73.5 29.7 8.8 36.0
M119-5 3 049.5 铁铝岩 37.6 333.0 9.2 2.7 138.0 55.6 50.9 19.9 8.9 36.2
M119-6 3 049.67 铁铝岩 47.3 406.0 11.6 3.5 171.0 74.9 66.5 21.0 8.6 35.0
M119-7 3 050.17 泥岩 45.2 418.0 12.0 3.3 181.0 73.6 70.5 20.4 9.3 35.0
M119-8 3 050.48 泥岩 42.7 482.0 13.2 3.1 143.0 62.3 53.0 30.0 11.3 36.5
M119-9 3 050.99 泥岩 42.7 334.0 9.3 3.1 121.0 56.5 40.8 16.3 7.8 36.0
M119-10 3 051.4 角砾白云岩 17.1 132.0 3.5 1.2 47.1 23.4 14.5 14.1 7.7 37.5
Q30 Q30-1 2 872.6 砂岩 7.0 124.0 3.4 1.0 36.5 5.1 7.7 1.9 17.8 37.0
Q30-2 2 872.8 砂岩 7.3 124.0 3.6 1.0 38.7 5.5 8.6 2.4 16.9 34.8
Q30-3 2 874.08 泥岩 43.9 448.0 12.4 3.0 137.0 33.5 28.5 15.2 10.2 36.1
Q30-4 2 875.2 泥质铝土岩 88.8 722.0 20.0 6.3 235.0 116.0 94.1 47.1 8.1 36.1
Q30-5 2 875.22 泥质铝土岩 88.0 739.0 20.4 6.6 234.0 119.0 87.0 47.8 8.4 36.1
Q30-6 2 876.8 泥质铝土岩 81.4 636.0 17.6 5.8 218.0 108.0 92.3 27.4 7.8 36.1
Q30-7 2 877 泥质铝土岩 72.8 597.0 16.4 5.2 217.0 95.0 71.0 23.3 8.2 36.5
Q30-8 2 877.69 泥岩 57.9 435.0 11.5 3.9 157.0 74.8 55.7 19.4 7.5 37.9
Q30-9 2 877.98 泥岩 38.7 340.0 9.1 2.9 106.0 53.3 46.4 24.0 8.8 37.4
Q30-10 2 878.27 泥岩 31.1 275.0 7.7 2.2 78.9 44.7 38.4 20.6 8.8 35.6
Q30-11 2 878.4 白云岩 6.8 66.3 1.8 0.5 22.0 9.9 8.4 9.8 9.8 37.7
Q30-12 2 878.6 白云岩 21.0 163.0 4.6 1.5 52.1 27.1 17.0 15.7 7.8 35.6
Q30-13 2 878.99 白云岩 1.4 11.5 0.3 0.1 5.1 1.4 1.4 3.3 8.1 36.9
Q36 Q36-1 2 834.42 泥岩 38.9 575.0 15.6 2.7 152.0 35.5 48.3 12.7 14.8 36.8
Q36-2 2 836.84 泥岩 43.5 378.0 10.2 3.2 139.0 55.5 54.1 19.0 8.7 37.2
Q36-3 2 837.54 泥岩 41.6 348.0 9.8 3.1 135.0 54.3 47.1 16.6 8.4 35.4
Q36-4 2 838.03 泥岩 47.0 378.0 10.8 3.4 132.0 56.0 50.1 15.3 8.0 35.1
S220 S220-1 2 911.5 铝土岩 96.0 900.0 24.0 6.6 229.0 88.7 78.4 37.4 9.4 37.5
S220-2 2 913.09 泥质铝土岩 56.3 477.0 13.3 4.1 138.0 60.6 51.6 25.9 8.5 35.9
S220-3 2 913.96 铝土岩 65.1 510.0 14.9 4.6 148.0 75.6 69.3 33.4 7.8 34.2
S220-4 2 914.32 铝土岩 79.7 696.0 18.9 5.9 186.0 97.0 69.1 32.2 8.7 36.8
S220-5 2 915.61 角砾白云岩 14.0 117.0 3.2 1.0 31.7 17.8 10.2 7.3 8.3 36.1
S464 S464-1 3 309.16 铝土岩 105.0 919.0 25.6 7.3 227.0 108.0 98.4 53.5 8.8 35.9
S464-2 3 309.51 铝土岩 102.0 872.0 24.5 6.9 228.0 97.0 103.0 57.1 8.6 35.6
S464-3 3 309.7 泥质铝土岩 103.0 861.0 24.4 7.2 216.0 100.0 82.6 43.4 8.4 35.3
S464-4 3 310 铝土质泥岩 93.9 767.0 21.5 6.5 188.0 95.3 63.0 35.1 8.2 35.6
S464-5 3 310.07 铝土质泥岩 62.2 538.0 15.2 4.4 136.0 73.1 52.5 23.1 8.7 35.4
S464-6 3 311.08 泥岩 47.2 422.0 11.9 3.4 115.0 55.2 50.2 22.9 8.9 35.3
S464-7 3 311.55 泥岩 42.0 381.0 10.6 3.0 122.0 57.3 37.7 38.8 9.1 36.0
S464-8 3 311.99 泥岩 21.4 181.0 4.9 1.5 44.7 23.5 15.8 10.1 8.5 37.0
S464-9 3 312.2 灰岩角砾 3.7 32.6 0.8 0.3 9.6 4.1 3.7 2.1 8.8 38.7
S464-10 3 313.13 灰岩角砾 1.9 14.4 0.4 0.1 6.2 2.0 2.1 1.2 7.6 39.5
S144 S144-1 2 533.1 泥岩 39.9 677.0 18.7 2.9 141.0 29.0 57.8 9.5 17.0 36.2
S144-2 2 535.07 泥岩 55.7 539.0 15.1 3.9 126.0 42.0 46.9 10.6 9.7 35.7
S144-3 2 536.1 泥岩 67.9 978.0 27.2 4.8 174.0 54.4 55.0 21.0 14.4 35.9
图2 鄂尔多斯盆地东部 Q30井、S144井岩心岩性柱状图和取样位置

Fig.2 Core lithology and sampling location of Wells Q30 and S144 in the eastern Ordos Basin

这些样品被粉碎至200目后，按照刘晔等［28］的测试方法在西北大学大陆动力学国家重点实验室开展了全岩微量元素测试。
另外，本研究还从Q30井和S144井的本溪组中采集了2件铝土岩系样品和2件碎屑岩样品（图2）开展了碎屑锆石U-Pb定年测试。将它们机械性粉碎后，采用重液分选法、磁选法和镜下分析法将锆石挑选出来，在玻璃板上用环氧树脂固定，并抛光至锆石中心。采用偏光显微镜和电子显微镜分别拍摄单偏光照片和阴极发光（CL）图像，以揭示其表面形态和内部结构。
锆石U-Pb定年和原位微量元素测试在西北大学大陆动力学国家重点实验室利用激光等离子质谱仪分析完成。激光剥蚀系统为GeoLas2005，离子质谱仪为Agilent 7900，剥蚀激光斑束直径为30 μm。测试前，根据锆石图像优选锆石分析点位置，避开锆石颗粒上的包裹体、裂隙、蚀变区域、核—幔边界等位置。测试时，采用29Si为内标，NIST610为外标，Harvard锆石91500为元素分馏效应的外部矫正标准。测试过程中，每测试6个点后测试一组标样。每个分析点的背景采集时间为22 s，信号采集时间为40 s。测试数据的离线处理采用Gilter软件完成。锆石U-Pb年龄数据中，对大于1 000 Ma 的分析点，采用207Pb/206Pb年龄；对小于1 000 Ma 的分析点，采用206Pb /238U年龄。锆石样品的U-Pb年龄谱图通过Isoplot 3.0完成。

3 实验结果

3.1　碎屑锆石形貌学与微量元素特征

偏光和电子显微镜观察显示，研究区铝土岩系上覆砂岩、泥岩中碎屑锆石的形态主要为椭圆状［图3（a），图3（b）］，磨圆较好，粒径为0.06~0.13 mm（图4）。锆石多具核—幔—边结构，核部仍记录有明显的环带信息，幔部已重结晶，最外层为薄的晚期变质增生边［图3（a），图3（b）］。锆石核部原位微量元素具有HREE富集、正Ce异常、负Eu异常［图5（a），图5（b）］和Th/U>0.4的地球化学特征。从锆石形貌学、地球化学特征来看，这些锆石主要为变质成因锆石，可能是岩浆锆石重变质而成。
图3 鄂尔多斯盆地东部本溪组铝土岩系及其上覆砂泥岩中碎屑锆石的形态和U-Pb年龄

（a）上覆泥岩；（b）上覆砂岩；（c），（d）铝土岩系

Fig.3 Morphology and U-Pb ages of detrital zircons in the bauxite rock series and its overlying sandstones/mudstones in the Benxi Formation in the eastern Ordos Basin

图4 鄂尔多斯盆地东部本溪组铝土岩系和上覆碎屑岩中碎屑锆石的粒径

Fig.4 Particle sizes of detrital zircon in the bauxite rock series and its overlying detrital rocks in the Benxi Formation in the eastern Ordos Basin

图5 鄂尔多斯盆地东部本溪组铝土岩系及上覆岩石中碎屑锆石的稀土元素分布特征

Fig.5 Distribution patterns of rare earth elements in the bauxite rock series and its overlying detrital rocks in the Benxi Formation in the eastern Ordos Basin

铝土岩系碎屑锆石的形态主要为短柱状和长柱状，少部分为等粒状和不规则状［图3（c），图3（d）］，粒径以0.03~0.06 mm为主（图4）。锆石边缘棱角分明，磨圆较差，其内部呈典型的岩浆震荡环带和条带结构［图3（c），图3（d）］。另外，锆石原位微量元素亦具有HREE富集、正Ce异常、负Eu异常（图5）和Th/U>0.4的地球化学特征，揭示这些碎屑锆石主要为岩浆成因锆石。

3.2　碎屑锆石年龄分布特征

本文研究从4件锆石样品中共获得了355组U-Pb年龄。经谐和度计算，269组年龄是谐和的，谐和度介于90%~110%之间。其中，2件铝土岩系样品的U-Pb年龄基本上都是谐和年龄，谐和年龄占比分别为96.9%和96.8%［图6（a），图6（b）］。然而，2件碎屑岩样品的U-Pb年龄中，仅一半左右的年龄是谐和的，谐和年龄占比分别为46.9%和54.3%［图6（c），图6（d）］。
图6 鄂尔多斯盆地东部本溪组铝土岩系（a），（b）及上覆岩石（c），（d）中碎屑锆石年龄谱

Fig.6 Age spectrum of detrital zircons in the bauxite rock series （a），（b） and its overlying detrital rocks（c），（d） in the Benxi Formation in the eastern Ordos Basin

利用谐和年龄数据绘制了4件锆石样品的U-Pb年龄谱图。如图6所示，年龄谱图中存在4个年龄峰：① 2 600~2 300 Ma；② 2 100~1 700 Ma； ③500~400 Ma（峰值年龄450 Ma）；④ 350~300 Ma。铝土岩系中碎屑锆石的年龄以年龄峰③和④为主［图6（a），图6（b）］。上覆砂岩中碎屑锆石的年龄以年龄峰①和②为主［图6（c）］，这与前人［24，29］获得的邻区本溪组砂岩碎屑锆石年龄谱峰特征一致。在S144井中，铝土岩系上覆泥岩中碎屑锆石的年龄较为分散，年龄峰①、②、③均有显示［图6（d）］。

3.3　全岩稳定微量元素特征

研究区本溪组铝土岩系及相邻岩石的稳定微量元素含量如表1所示。铝土岩系的Zr、Nb、Hf、Ta、Cr、Th、Ni含量分别为（181.0~919.0）×10-6、（21.4~105.0）×10-6、（4.9~25.6）×10-6、（1.5~7.3）×10-6、（44.7~235.0）×10-6、（23.5~119.0）×10-6、（15.8~103.0）×10-6，其平均含量分别为553.9×10-6、63.1×10-6、15.4×10-6、4.5×10-6、167.1×10-6、74.8×10-6、63.4×10-6，明显高于下伏碳酸盐岩和上覆砂岩（表1，图7），揭示了这些稳定元素在风化过程中的累积效应。上覆泥岩与铝土岩系的稳定元素含量相近，也具有稳定元素相对富集的特征（表1，图7）。研究区本溪组岩石的Zr、Nb元素的含量具有明显的正相关关系［图8（a）］，但Zr/Nb值在不同岩石之间存在明显差别［图8（b）］。铝土岩系与下伏碳酸盐岩的Zr/Nb值基本一致，为7.52~11.28（平均为8.8），但明显不同于上覆砂岩、泥岩的Zr/Nb值（14.78~17.82，平均为17.3）。另外，与铝土岩系相比，鄂尔多斯盆地内马家沟组凝灰岩的Zr含量相近，Nb含量明显较小［30-31］，因而其Zr/Nb值也明显偏大（图8）。
图7 鄂尔多斯盆地东部本溪组铝土岩系及相邻岩石的稳定微量元素

Fig.7 Stable trace elements of bauxite rock series and its adjacent rocks in the Benxi Formation in the eastern Ordos Basin

图8 鄂尔多斯盆地东部本溪组铝土岩系及相邻岩石的Zr、Nb含量相关图（a）和Zr/Hf、Zr/Nb值相关图（b）

注：鄂尔多斯盆地马家沟组凝灰岩的微量元素数据引自文献［30-31］

Fig.8 Correlation diagrams of Zr， Nb abundance （a） and Zr/Hf， Zr/Nb values（b） for the bauxite rock series and its adjacent rocks in the Benxi Formation in the eastern Ordos Basin

4 讨论

4.1　碎屑锆石的来源

研究区铝土岩系与上覆碎屑岩存在明显的锆石年龄差异（图6）。铝土岩系上覆碎屑岩（图2）中的碎屑锆石多经历了变质作用［图3（a），图3（b）］，一半左右的锆石年龄是不谐和的。对锆石的谐和年龄统计发现，碎屑锆石的年龄以①2 600~2 300 Ma和②2 100~1 700 Ma为主［图6（c），图6（d）］。华北克拉通的演化过程存在2期最为重要的地质事件，分别发生于2.6~2.4 Ga 与2.0~1.7 Ga，董晓杰［32］将其称为2.5 Ga和1.8 Ga地质事件。因此，研究区铝土岩系上覆砂岩中的碎屑锆石应该来自华北板块基底。另外，这些锆石磨圆非常好，揭示了这些碎屑锆石经历了长距离搬运。高志东［29］观察S85井本溪组砂岩中的碎屑锆石形貌后，也认为这些碎屑锆石经历了较长距离的搬运。考虑到华北板块基底的空间出露情况［33］以及本溪组沉积期海水自东向西的海侵事件（图1），盆地北部的基底应该是这些碎屑锆石的物源。该认识与尚玥［34］开展的本溪期沉积相研究结论一致，即研究区本溪组碎屑岩的物源来自盆地北部的基底。
铝土岩系中的碎屑锆石基本上为岩浆锆石［图3（c），图3（d）］。而且，这些碎屑锆石的年龄谱图也相近，以③500~400 Ma和④350~300 Ma为主［图6（a），图6（b）］。在盆地周缘的造山带中（图9），盆地南部的北秦岭、北祁连造山带发育500~400 Ma的岩浆锆石，350~300 Ma的岩浆锆石不发育［35-36］。与之相反的是，盆地北部阴山陆块发育350~300 Ma的岩浆锆石，同时也存在少量的500~400 Ma的岩浆锆石［35，37］。因此，从锆石年龄判断的话，铝土岩系中350~300 Ma的锆石来自盆地北部的阴山陆块，而500~400 Ma的碎屑锆石可能主要来自盆地南部的北秦岭、北祁连造山带，但也不排除盆地北部阴山陆块的贡献。
图9 鄂尔多斯盆地周缘造山带锆石年龄谱（据文献［35］）

Fig.9 Zircon age spectra of the orogenic belts around the Ordos Basin （according to Ref.［35］）

4.2　稳定元素揭示的物质来源

稳定元素在母源风化过程中保持相对稳定［38-39］，因而常被用于铝土岩溯源研究［15-16，40］。随着风化程度的增大，稳定元素在风化物中逐渐富集，但风化物与母源的稳定元素的相对比例保持不变，即母源与风化物处于同一条风化线上。如图8所示，铝土岩系与其上覆砂岩、泥岩的Zr/Nb值存在明显差别，二者处于2条不同的风化线上。也就是说，铝土岩系与上覆碎屑岩的物源是不同的。该认识与前文锆石年龄分析获得的认识一致。前文已述，研究区铝土岩系上覆碎屑岩来自盆地北部的华北板块基底。因此，盆地北部的华北板块基底不是研究区铝土岩系的物质来源。
需要注意的是，研究区铝土岩系与下伏碳酸盐岩的Zr/Nb值基本一致，二者处于同一条风化线上［图8（a）］。这表明，下伏的奥陶系马家沟组碳酸盐岩应该是研究区铝土岩系的物质来源。其实，鄂尔多斯盆地马家沟组也含有一定丰度的铝质，其主量元素分析结果显示Al2O3含量为0.11%~12.27%（平均为3.86%）［41］。虽然马家沟组内的凝灰岩更富铝，但凝灰岩与铝土岩系不在同一条风化线上，其Zr/Nb值明显偏高（图8），因而排除了马家沟组凝灰岩对研究区本溪组铝土岩系的物质贡献。

4.3　盆地东部本溪组铝土岩系的物质来源

前文已述，研究区本溪组铝土岩系中的碎屑锆石来自盆地周缘造山带。根据碎屑锆石年龄示踪的原理，这意味着铝土岩系很可能源自盆地周缘造山带。然而，稳定元素却揭示铝土岩系的物质来源为马家沟组碳酸盐岩。2种物源示踪方法竟然给出了截然不同的认识，这或许是目前华北板块铝土岩系物源分析存在争议的主要原因。为此，结合地质背景，本文对盆地东部本溪组铝土岩系的物质来源开展了进一步分析。
研究区处于鄂尔多斯盆地腹地，距离盆地周缘的造山带都比较远（图1）。周缘造山带的岩矿物质（含岩浆锆石）进入研究区的途径主要有2种：河流搬运的碎屑和空气搬运的火山灰。因为铝土岩系中碎屑锆石的年龄为③500~400 Ma（峰值年龄450 Ma）和④350~300 Ma［图6（a），图6（b）］，因此周缘造山带的岩矿物质进入研究区的时间不会早于500 Ma。考虑到①鄂尔多斯盆地南部在早古生代发育继承性的中央古隆起［42］，在晚三叠世以前，鄂尔多斯盆地南部表现为向南倾的简单单斜［43］；②鄂尔多斯盆地下古生界为厚层碳酸盐岩沉积，碎屑岩不发育［19-21］；③铝土岩系中的碎屑锆石棱角分明、磨圆非常差，因此盆地周缘造山带的岩矿物质不太可能经由河流搬运进入研究区，应该是以火山灰或者凝灰岩的形式进入盆地内部。这一结论，也得到了碎屑锆石粒径数据和鄂尔多斯盆地奥陶系凝灰岩研究成果［24］的支持。如图4所示，一方面，铝土岩系中碎屑锆石的粒径以0.03~0.06 mm（细粉砂级）为主，明显小于上覆碎屑岩中河流搬运而来的碎屑锆石的粒径（0.06 ~0.13 mm，粗粉砂级）。另一方面，鄂尔多斯盆地奥陶系发育凝灰岩［30，44-45］，厚度自南向北逐渐减小［30］，揭示了一个自南向北的火山灰沉降过程。而且，凝灰岩中的锆石年龄为470~430 Ma，峰值年龄为450 Ma，与研究区铝土岩系中碎屑锆石年龄峰③的范围和峰值基本一致。因此可以断定，研究区铝土岩系中年龄为500~400 Ma的碎屑锆石主要来自盆地内的早古生代凝灰岩。同理，研究区铝土岩系中年龄为350~300 Ma的碎屑锆石很可能来自盆地内的石炭纪凝灰岩。由于当时整个华北板块正值陆表风化时期，石炭系凝灰岩未能保留下来，但凝灰岩中的碎屑锆石却保留下来并最终进入了铝土岩系。
综上所述，研究区铝土岩系中的碎屑锆石主要源自于早古生代、石炭纪落入盆地的凝灰岩，是铝土岩系继承的“再循环”锆石。一方面，盆地内奥陶系凝灰岩厚度较薄，介于0.5~1.25 m之间［30］；另一方面，凝灰岩的Zr/Nb值明显不同于铝土岩系（图8）。因此，凝灰岩对铝土岩系的物质贡献极其有限。由于铝土岩系与马家沟组碳酸盐岩处于同一条风化线上［图8（a）］，因此铝土岩系的主要物质来源应该是盆地内的下古生界碳酸盐岩。

5 结论

（1）鄂尔多斯盆地东部本溪组铝土岩系中的碎屑锆石基本上为棱角分明的自形的或残缺的岩浆成因锆石，粒径以0.03~0.06 mm为主，谐和年龄占比达97%，年龄区间为500~400 Ma（峰值年龄450 Ma）和350~300 Ma。它们的直接物源为盆内的下古生界和石炭纪凝灰岩，原始物源为盆地周缘的造山带，是铝土岩系继承的“再循环”锆石。
--引用第三方内容--

（2）鄂尔多斯盆地东部本溪组铝土岩系上覆砂岩、泥岩中的碎屑锆石基本上为磨圆度较高的变质成因锆石，粒径为0.06~0.13 mm，谐和年龄占比低（±50%），年龄区间为2 600~2 300 Ma和2 100~1 700 Ma。这些碎屑锆石主要来自盆地北部的华北克拉通基底，在本溪组沉积期经长距离搬运后沉积于研究区铝土岩系之上。

（3）研究区本溪组铝土岩系富集稳定元素，Zr、Nb丰度明显高于下伏碳酸盐岩和上覆砂岩。铝土岩系的Zr/Nb值与下伏碳酸盐岩的Zr/Nb值基本一致，但与上覆碎屑岩、马家沟组凝灰岩的Zr/Nb值明显不同。

（4）盆地北部的基底是研究区铝土岩系上覆碎屑岩的物源，但对铝土岩系的物质贡献较少。盆地内下古生界和石炭纪凝灰岩对铝土岩系的物质贡献也极其有限。研究区铝土岩系的主要物质来源为下古生界碳酸盐岩。

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