华北贺兰山延长组凝灰岩层锆石的U-Pb年龄与Lu-Hf同位素组成：对三叠纪地层对比及盆地演化的启示

《Journal of Asian Earth Sciences》：U–Pb ages and Lu–Hf isotopic compositions of zircon from tuff layers in the Yanchang Formation, Helan Mountains, North China: Implications for Triassic stratigraphic correlation and basin evolution

　　

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  两层凝灰岩约束了贺兰山三叠纪中晚世沉积。
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  贺兰山与鄂尔多斯延长组层序支持区域地层对比。
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  锆石年龄与锆同位素数据表明存在间歇性火山灰输入。
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  多方向的火山灰供给细化了华北地区三叠纪盆地重建。

引言

三叠纪中晚期是中国华北西北部构造重组和内陆盆地发育的关键时期，受到了北部天山—兴蒙造山带和南部秦岭—祁连造山带的构造-岩浆过程的影响。这一时期，与碰撞—挤压、洋盆闭合及随后碰撞后伸展有关的岩浆活动在这两个造山体系中广泛分布（Sun et al., 2000, Li et al., 2010, Wu et al., 2021, Han et al., 2023）。因此，这些造山带之间发育的沉积盆地为评估这些构造过程的区域响应提供了重要的档案。鄂尔多斯盆地保存了相对连续的一叠纪延长组层序，而中国华北西北部的边缘层序则受到后期抬升、侵蚀和构造改造的更强烈影响。因此，它们的区域对比和原始沉积关系仍然不确定，这限制了三叠纪盆地框架和构造-沉积演化的重建。

贺兰山位于阿拉善块体的东缘、鄂尔多斯盆地西北部，如今被新生代银川地堑分隔。它保存了较厚的三叠纪延长组层序，因此成为评估西北盆地边缘与鄂尔多斯盆地内部之间沉积关系的关键区域。贺兰山的延长组与鄂尔多斯盆地的延长组是否在同一连通的大尺度盆地系统中沉积，长期以来一直存在争议。一种观点认为这两个地区沉积上是连通的，并构成了统一盆地系统的一部分（Sun and Liu, 1983, Ye, 1983, Su et al., 2004, Liu et al., 2006, Wang et al., 2006, Zhao et al., 2006），而另一种观点则认为它们相互分隔，属于独立的盆地（Ke et al., 1992, Gao, 2001, Wei et al., 2001）。尽管沉积学和构造学证据对该问题提供了重要约束，但贺兰山缺乏精确的年代地层标志仍然是主要局限。因此，建立可靠的年龄框架对于检验两个延长组层序的时效性等值以及评估它们的原始盆地关系至关重要。

由于火山灰可以在很短的地质时间间隔内广泛分散，且通常含有适合精确U–Pb定年的锆石，因此凝灰岩层提供了有用的年代地层标志（Lowe, 2011, Qiu et al., 2010, Qiu et al., 2011, Metcalfe et al., 2024）。结合全岩地球化学、锆石U–Pb年代学以及Lu–Hf同位素分析，可进一步约束沉积环境、火山灰物源以及区域构造-岩浆演化（Xia et al., 2022, Wu et al., 2024, Lü et al., 2025）。在鄂尔多斯盆地中，延长组中含有许多凝灰岩层，特别是在第7段（长7）底部附近，来自西南、南部和东部盆地边缘已发表的锆石U–Pb年龄主要在221至241 Ma之间，提供了重要的三叠纪中晚期年代学约束（Qiu, 2008, Deng et al., 2009, Li, 2009, Hu et al., 2009, Wu et al., 2014, Qiu et al., 2014, Qiu et al., 2015, Zhang et al., 2014; Wang et al., 2017; Liu et al., 2013, 2018）。相比之下，贺兰山延长组中报道的适合精确测年的凝灰岩层很少。来自小型玄武岩产出点的已知年龄广泛散落在98至241 Ma之间，仅为沉积层序的年龄提供了有限约束（Huo et al., 1989, 宁夏地质矿产局, 1990, Gao et al., 2003, Wang et al., 2005, Wang et al., 2006, Liu et al., 2006, Wei, 2009, Yang et al., 2010, Yang et al., 2011, Zhang, 2016, Yue et al., 2018）。因此，缺乏可靠的年代地层标志阻碍了贺兰山与鄂尔多斯盆地之间的直接区域对比。

在本研究中，我们在贺兰山东部三叠纪延长组的下部和上部识别出两个薄凝灰岩层。我们开展了岩石学观察、全岩主微量元素地球化学分析、锆石LA–ICP–MS U–Pb定年以及原位Lu–Hf同位素分析。研究目标是：(1) 建立贺兰山延长组稳健的年代地层约束；(2) 评估其与鄂尔多斯盆地延长组的区域地层对比关系；(3) 约束火山灰物质的物源及其与周边印支期岩浆活动的关系。这些结果为评估贺兰山与鄂尔多斯盆地三叠纪沉积关系，以及重建中国华北西北部的区域盆地框架和构造-沉积演化提供了新的年代学和物源证据。

章节片段

地质背景

贺兰山构成一条沿阿拉善块体东缘和鄂尔多斯盆地西北部展布的北北东向山脉。它位于中亚造山带南缘的天山—兴蒙造山带与秦岭—祁连造山带之间，处于中国南北构造带北段的关键位置（Ma and He, 2019）。自中元古宙以来，该地区经历了多期沉积和构造

采样

贺兰山三叠纪延长组的两个凝灰岩层沿茹家沟—古拉本公路出露（图1b）。样品22RJG08采集于该组下部。该凝灰岩层与深灰至黑色页岩互层，厚0.1–0.6 cm，颜色浅棕，质地松软，具有明显的滑腻感（图3a, b）。样品22RJG09取自该组上部。该层与深灰色薄层泥岩互层，并以

岩石学特征

显微镜下观察显示，延长组下部凝灰岩样品（22RJG08）主要由酸性晶体碎屑和细粒火山尘组成（图4a）。多数火山晶体碎屑直径为0.02–0.1 mm，形态为棱角状至次棱角状（图4b）。基质富含火山尘，含有弱二色性的膨润土，并伴有少量伊利石化（图4c）。该样品表现为富含粘土的基质支撑结构，表明火山碎屑

锆石形态和内部构造

阴极发光（CL）图像显示，两个凝灰岩样品的锆石主要呈自形，具有短柱状至长柱状习性，晶体形态保存完好（图7）。粒度范围为60至160 μm，长宽比多在2:1至3:1之间。晶体透明，结晶良好，常见振荡环带，具有清晰的核心、幔部和边部。幔部通常显示清晰的岩浆振荡或扇形环带，指示岩浆

凝灰岩的锆石U–Pb年龄约束

锆石U–Pb结果表明，贺兰山延长组下部（T₃y³）和上部凝灰岩层（T₃y⁵）分别被约束为244.1 ± 1.7 Ma和201.9 ± 2.2 Ma，对应于三叠纪中期和晚三叠世晚期。凝灰岩层的锆石年龄为火山事件提供了更直接的年代学记录；然而，其与含火山灰地层"沉积年龄"的关系仍可能受到沉积再搬运或喷发前

结论

• (1)
  锆石U–Pb定年首次为贺兰山延长组的凝灰岩层提供了直接的年龄约束。下部凝灰岩样品的加权平均年龄为244.1 ± 1.7 Ma，指示形成于三叠纪中期。上部凝灰岩样品中最年轻的岩浆锆石群组的加权平均年龄为201.9 ± 2.2 Ma，为上部延长组沉积提供了晚三叠世年龄约束。
• (2)
  全岩地球化学、锆石Lu–Hf同位素

CRediT作者贡献声明

Yicheng Zhang：原稿撰写、可视化、调查、数据整理。Xiaolei Zhang：审阅与编辑。Hongge Zhao：审阅与编辑、项目管理、方法论、经费获取、概念化。Yunchao Hou：审阅与编辑。Chiyang Liu：审阅与编辑、监督。Shizhe Wang：资源、调查。Biao Ma：可视化、数据整理。Xingchen Li：形式分析、数据整理。

未引用参考文献

Blundy and Wood, 1991, Grimes et al., 2015, Heiken, 1972, Institute of Geology, Chinese Academy of Geological Sciences, , 1980, Li et al., 2018, Li et al., 2020, Liu, 1998, Pan, 1936, Qiu et al., 2009, Ritts et al., 2004, Shaanxi Bureau of Geology and Mineral Resources, 1989, Wang et al., 2022, Yang et al., 2012, Yang, 2002, Yang and Dong, 2020, Zhang et al., 2005, Zhang et al., 2009.

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本文所报告工作的已知竞争性财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金（基金编号：42072170和42230815）以及中国石油长庆油田公司勘探开发研究院科研项目（项目编号：2025-1305）的资助。我们衷心感谢地吴春荣教授提供的宝贵支持和建设性讨论。我们还感谢焦欣副教授在岩石薄片鉴定方面的协助，以及包志安在

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