高 揚(yáng)，朱亞林， 路繁榮，彭喜明

(西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系/大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710069)

鄂爾多斯盆地合水地區(qū)二疊系山西組1段物源分析

高 揚(yáng)，朱亞林， 路繁榮，彭喜明

(西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系/大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710069)

近年來(lái)，隨著鄂爾多斯盆地南部地區(qū)古生界二疊系油氣藏的發(fā)現(xiàn)，其物源研究也逐漸引起了人們的重視。在測(cè)井、巖心和露頭資料的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)輕礦物、重礦物分布特征及古流向等資料分析，探討了研究區(qū)山西組1段的物源問(wèn)題。分析結(jié)果表明：在研究區(qū)存在兩個(gè)物源區(qū)，即西南部物源區(qū)和東北部物源區(qū),通過(guò)區(qū)域構(gòu)造對(duì)比發(fā)現(xiàn)研究區(qū)西南部物源區(qū)母巖應(yīng)為祁連-北秦嶺地區(qū)前寒武系的巖漿巖和變質(zhì)巖系，東北部物源來(lái)自于陰山地區(qū)。

重礦物 輕礦物 古流向 山西組1段 合水地區(qū) 鄂爾多斯盆地

近年來(lái)，隨著對(duì)鄂爾多斯盆地南部二疊系油氣藏勘探，相繼在慶探1、慶探2、慶探3等探井發(fā)現(xiàn)山西組1段和石盒子組8段的工業(yè)氣流，合水地區(qū)已經(jīng)成為鄂爾多斯盆地天然氣勘探的重點(diǎn)地區(qū)。詳細(xì)和準(zhǔn)確的物源研究對(duì)于得到精確的沉積相、砂體展布和儲(chǔ)層特征，指導(dǎo)油氣勘探具有重要的意義。

關(guān)于盆地南、北部的物源問(wèn)題，許多學(xué)者從不同的方面進(jìn)行了研究[1-6]。

陳全紅等認(rèn)為鄂爾多斯盆地西南部在晚古生代早-中期主要存在著南、北、西三個(gè)不同的物源區(qū)，母巖區(qū)主要為太古界的中-深變質(zhì)、復(fù)雜變質(zhì)巖系以及下元古界的火山巖-沉積巖系[1]。李慧等認(rèn)為鄂爾多斯盆地西南部山西組的物源主要為盆地南部的前寒武系變質(zhì)結(jié)晶基底[5]。賀敬聰?shù)日J(rèn)為隴東地區(qū)的山西組-石盒子組的母巖主要來(lái)自于北秦嶺下元古界秦嶺群的片麻巖等，以及中、上元古界寬坪群的綠泥石片巖等，其次為北秦嶺造山帶晚古生代的巖漿巖[6]。

為了進(jìn)一步明確研究區(qū)物源區(qū)的位置和范圍，本文在對(duì)合水地區(qū)周緣露頭和基巖特征的研究和總結(jié)基礎(chǔ)上(表1)，結(jié)合輕礦物、重礦物和古流向資料，對(duì)本區(qū)二疊系山西組1段的物源做了進(jìn)一步的研究，以期確定物源區(qū)的位置。

1 區(qū)域地質(zhì)背景及周緣基巖

鄂爾多斯盆地是我國(guó)陸上僅次于塔里木盆地的第二大沉積盆地，面積約為2.5×104km2，礦產(chǎn)資源極其豐富，為典型克拉通邊緣疊合盆地。由伊盟隆起、渭北隆起、晉西撓折帶、伊陜斜坡、天環(huán)坳陷、西緣沖斷帶等六個(gè)一級(jí)構(gòu)造單元組成[1](圖1)。研究區(qū)位于鄂爾多斯盆地西南部，其西南部為鄂爾多斯盆地西緣逆沖斷褶帶，東部為陜北斜坡古坳陷，南部為渭北隆起撓褶帶。合水地區(qū)下二疊統(tǒng)主要發(fā)育太原組、山西組，中二疊統(tǒng)發(fā)育石盒子組，上二疊統(tǒng)發(fā)育石千峰組。山西組自下而上可分為山西組2段和山西組1段，其中山1段發(fā)育一套淺水型曲流河-三角洲-湖泊沉積體系[8]。

研究區(qū)在早古生代夾于由秦嶺裂谷、祁連裂谷及賀蘭裂谷所構(gòu)成的三叉裂谷系之中，發(fā)育并形成了裂谷陸源結(jié)構(gòu)；而在早古生代晚期，由于區(qū)域加里東晚期弧-陸碰撞的影響，使得早古生代發(fā)育的裂谷消失[10-11]。早二疊世晚期，秦嶺海槽開(kāi)始閉合，位于盆地南緣加里東-海西褶皺帶逐漸隆升。到二疊世晚期，由于海西運(yùn)動(dòng)的影響，祁連、秦嶺形成統(tǒng)一的物源區(qū)。研究區(qū)的構(gòu)造、演化與相鄰的北祁連海、賀蘭山坳拉槽和西秦嶺海的演化有密切的聯(lián)系。祁連-北秦嶺構(gòu)造帶、阿拉善地塊、鄂爾多斯地塊和六盤(pán)山弧形構(gòu)造帶等各個(gè)構(gòu)造單元的相互作用及疊加改造的影響，也對(duì)研究區(qū)及其周緣地區(qū)的構(gòu)造演化產(chǎn)生了重要的影響[9-15]。盆地西南緣的剝蝕古陸形成于加里東運(yùn)動(dòng)，太古界為一套變質(zhì)巖系，元古界則為變火山-沉積巖系[1，6，12]。

研究區(qū)周緣的剝蝕古陸形成于加里東運(yùn)動(dòng)，而且長(zhǎng)期處于隆起剝蝕。其中太古界為中-深變質(zhì)、強(qiáng)烈?guī)r漿活動(dòng)和混合巖化的復(fù)雜變質(zhì)巖系，以太華群、阜平群、集寧群等為代表；元古界為一套變質(zhì)巖-沉積巖系，下元古界以鐵銅溝群、秦嶺群和上阿拉善群為代表，中-上元古界以寬坪群、陶灣群和海原群為代表(表1)。

圖1 研究區(qū)位置及鄂爾多斯盆地構(gòu)造單元[9]

2 輕礦物特征

輕礦物是相對(duì)于重礦物而言的，指密度小于2.85 g/cm3的礦物，主要包括石英、長(zhǎng)石、巖屑等。盆地沉積物中的輕礦物主要來(lái)自盆地周緣的物源區(qū)，二者組分、結(jié)構(gòu)特征與構(gòu)造性質(zhì)具有密切的聯(lián)系，因此可通過(guò)對(duì)盆地內(nèi)沉積物中輕礦物的定量分析來(lái)判別物源區(qū)的位置[17]。研究區(qū)內(nèi)，山西組1段以石英砂巖為主。輕礦物組分中，石英含量最高，巖屑含量次之，長(zhǎng)石含量最低，約2%左右。

2.1 石英顆粒成因分析

由于晶體內(nèi)部的晶格缺陷和微量元素的含量差別，因此不同成因的石英在電子照射下呈現(xiàn)不同的陰極發(fā)光特征，這為利用石英發(fā)光性差異鑒別其成因環(huán)境提供了理論依據(jù)。Zinkernagel[17]首先提出了石英陰極發(fā)光色譜劃分方案：(1)發(fā)藍(lán)色-紫色光的石英來(lái)源于深成巖、火山巖或熱接觸變質(zhì)巖；(2)發(fā)棕色光的石英來(lái)源于變火山巖、變沉積巖、接觸變質(zhì)巖外帶、區(qū)域變質(zhì)巖等；(3)不發(fā)光的石英來(lái)源于沉積巖。

通過(guò)鏡下薄片觀察，發(fā)現(xiàn)研究區(qū)的石英主要由單晶石英組成，多來(lái)自石英片麻巖、片巖等。由鎮(zhèn)遠(yuǎn)-慶陽(yáng)一帶山西組1段石英陰極發(fā)光特征及成因類(lèi)型的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可見(jiàn)(表2)，物源區(qū)的石英主要以發(fā)深棕色光和淺棕色光為主，其成因類(lèi)型分別為中-深變質(zhì)巖和淺變質(zhì)巖。通過(guò)與周緣基巖對(duì)比發(fā)現(xiàn)，發(fā)深棕色和淺棕色光的石英母巖區(qū)可能來(lái)自于祁連-北秦嶺地區(qū)的太華群、秦嶺群和寬坪群。

表2 鄂爾多斯盆地鎮(zhèn)遠(yuǎn)—慶陽(yáng)地區(qū)山西組1段石英陰極發(fā)光特征及成因類(lèi)型[1]

2.2 長(zhǎng)石相對(duì)含量分析

在研究區(qū)的砂巖中，長(zhǎng)石含量普遍不高。在二道溝、石板溝一帶，山西組1段長(zhǎng)石相對(duì)含量最高，向東北逐漸降低，至環(huán)縣、慶陽(yáng)一帶降至最低(圖2)。由此可見(jiàn)，研究區(qū)長(zhǎng)石相對(duì)含量自西南部向東北部呈逐漸降低的趨勢(shì)，說(shuō)明山西組1段沉積時(shí)期，有西南部的物源加入。且這些長(zhǎng)石多來(lái)自中酸性巖漿巖，有少量來(lái)自于深成巖漿巖和深變質(zhì)巖。可能為祁連-北秦嶺地區(qū)的花崗巖[1]。

圖2 合水地區(qū)山西組1段長(zhǎng)石相對(duì)含量等值線和巖屑類(lèi)型平面分布

2.3 巖屑類(lèi)型分析

巖屑作為母巖在風(fēng)化過(guò)程中產(chǎn)生的一部分，是母巖風(fēng)化的暫時(shí)性產(chǎn)物，并不是母巖風(fēng)化的最終產(chǎn)物，代表了母巖的搬運(yùn)距離和沉積風(fēng)化特點(diǎn)，且仍然保存了母巖的結(jié)構(gòu)。因此，巖屑可以為沉積物源區(qū)的研究提供相關(guān)的證據(jù)。巖屑的含量越高，則說(shuō)明巖石的成分成熟度低[1，19]。

圖3 合水地區(qū)山西組1段古流向玫瑰花圖和重礦物組分平面分布

薄片統(tǒng)計(jì)結(jié)果來(lái)看，研究區(qū)內(nèi)山西組1段主要以變質(zhì)巖屑為主，其次為巖漿巖巖屑和沉積巖巖屑。從巖屑類(lèi)型的平面分布來(lái)看，研究區(qū)的巖屑類(lèi)型具有明顯的分帶性，大致分為兩個(gè)區(qū)帶，即環(huán)縣-慶陽(yáng)-旬邑一線以北主要為高變質(zhì)巖巖屑、中巖漿巖巖屑、低沉積巖巖屑，該線以南主要為高變質(zhì)巖巖屑、中沉積巖巖屑和低巖漿巖巖屑(圖2)。

由巖屑類(lèi)型的分布可以看出，在山西組1段沉積時(shí)期，研究區(qū)表現(xiàn)出南北不同源的特點(diǎn)，初步判斷兩個(gè)物源區(qū)為：以祁連-北秦嶺為主的西南部物源區(qū)和以陰山地區(qū)為主的東北部物源區(qū)。此外，在平?jīng)龆罍系亩B系中下部還發(fā)現(xiàn)了少量碎裂石英巖，進(jìn)一步佐證了西南部物源區(qū)母巖來(lái)自于祁連-北秦嶺的前寒武系動(dòng)力變質(zhì)巖。

3 重礦物組分分析

重礦物是指碎屑巖中密度大于2.86 g/cm3的陸源碎屑礦物，具有耐磨蝕和強(qiáng)穩(wěn)定性的特點(diǎn)，能較好地保留其母巖的特征[19]。在碎屑沉積物中，重礦物的總體特征由母巖的性質(zhì)、水動(dòng)力條件及重礦物的搬運(yùn)距離等條件決定。在物源和古水流體系相同的碎屑沉積物中，重礦物組合具有相似性；在母巖不同的碎屑沉積物中，重礦物組合也不相同。此外，在碎屑的搬運(yùn)過(guò)程中，隨著搬運(yùn)距離的增加，不穩(wěn)定的重礦物發(fā)生機(jī)械磨蝕或化學(xué)溶蝕，相對(duì)含量逐漸減少，而性質(zhì)穩(wěn)定的重礦物相對(duì)含量則逐漸升高[20]。

根據(jù)重礦物的穩(wěn)定性，可將其劃分為四大類(lèi)：超穩(wěn)定重礦物(鋯石、金紅石、電氣石、白鈦礦)、穩(wěn)定重礦物(石榴石、十字石、磁鐵礦)、中等穩(wěn)定重礦物(硅灰石、榍石、黝簾石)和不穩(wěn)定重礦物(綠簾石、赤鐵礦、角閃石、綠泥石)[21]。因此，可根據(jù)重礦物的搬運(yùn)方向及搬運(yùn)距離，來(lái)判斷物源方向[20，22]。

通過(guò)對(duì)研究區(qū)重礦物數(shù)據(jù)點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)山西組1段的重礦物有鋯石、電氣石、白鈦礦、金紅石、石榴子石等。鋯石、白鈦礦和電氣石等穩(wěn)定重礦物含量較高，說(shuō)明沉積物經(jīng)歷了較長(zhǎng)距離的風(fēng)化搬運(yùn)。環(huán)縣-慶陽(yáng)-正寧一線以南主要為白鈦礦和鋯石，其次為石榴石、金紅石和電氣石等，其中白鈦礦和鋯石等超穩(wěn)定重礦物含量有由南向北逐漸增加的趨勢(shì)(圖3)。這反映物源可能來(lái)自于含有結(jié)晶片巖和巖漿巖母巖的地區(qū)[23]。說(shuō)明西南部物源主要來(lái)自于北秦嶺-祁連的太華群、秦嶺群和寬坪群。該線以北主要為鋯石和電氣石，其次為石榴石、白鈦礦和金紅石等，而且鋯石、電氣石等超穩(wěn)定重礦物含量有由北向南逐漸增加的趨勢(shì)(圖3)。這與研究區(qū)北部陰山地區(qū)的片麻巖、花崗巖及千枚巖等具有一定的親緣性，說(shuō)明研究區(qū)東北部物源應(yīng)來(lái)自于陰山地區(qū)。此外，重礦物組分的分析結(jié)果與輕礦物的分析結(jié)果也是一致的。

4 古流向分析

古流向分析是目前較為常用的一種物源分析方法，而且具有保留完整、不易受后期變形影響的特點(diǎn)。其原理主要是根據(jù)古流向所指示的方向來(lái)判斷物源區(qū)的物質(zhì)。古流向分析主要以波痕、交錯(cuò)層理、礫石組構(gòu)、底面印模和滑塌構(gòu)造等沉積構(gòu)造為基礎(chǔ)[16]。

在山西組1段中，石板溝地區(qū)古水流優(yōu)勢(shì)方向呈自西向東，且具有偏北的趨勢(shì)，平?jīng)龆罍系貐^(qū)古水流優(yōu)勢(shì)方向?yàn)樽晕髂舷驏|北。在石盒子組中，石板溝古流向逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槲鞅毕驏|南。表明在盆地的西南緣存在一個(gè)物源區(qū)(圖3)，這與長(zhǎng)石相對(duì)含量、巖屑類(lèi)型及重礦物組分的變化趨勢(shì)基本一致，進(jìn)一步說(shuō)明物源可能來(lái)自于祁連-北秦嶺地區(qū)。且在石盒子組沉積時(shí)期，可能有北部物源的加入[2]。

5 結(jié)論

(1)研究區(qū)內(nèi)重礦物組合主要為鋯石、電氣石、白鈦礦、金紅石、石榴子石等，在環(huán)縣-慶陽(yáng)-正寧一線南、北具有明顯的分帶性。該線以南主要為白鈦礦和鋯石，其次為石榴石、金紅石和電氣石等；該線以北主要為鋯石和電氣石，其次為石榴石、白鈦礦和金紅石等。

(2)根據(jù)分布特點(diǎn)，研究區(qū)的巖屑大致分為兩個(gè)區(qū)帶，即環(huán)縣-慶陽(yáng)-旬邑一線以北以高變質(zhì)巖巖屑、中巖漿巖巖屑、低沉積巖巖屑組成的巖屑混合區(qū)，及該線以南由高變質(zhì)巖巖屑、中沉積巖巖屑和低巖漿巖巖屑組成的另一個(gè)巖屑混合區(qū)。

(3)根據(jù)輕礦物、重礦物和古流向分析，在研究區(qū)內(nèi)劃分出兩個(gè)物源區(qū)，即西南部物源區(qū)和東北部物源區(qū)，西南部物源應(yīng)來(lái)自于祁連-北秦嶺地區(qū)，東北部物源應(yīng)來(lái)自于陰山地區(qū)。

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Analysisofsedimentprovenanceinthe1thmember,ShanxiFormationofPermianinHeshuiareaofOrdosBasin

GAO Yang, ZHU Yalin, LU Fanrong, PENG Ximing

(StateKeyLaboratoryofContinentalDynamics,DepartmentofGeology,NorthwestUniversity,Xi’an710069,China)

In recent years, with the discovery of oil-gas reservoirs of Paleozoic Permian in southern area of Ordos Basin, people also gradually pay more attention to the provenance study. Based on the information of logging, core and outcrops, the provenance of the first member of Shanxi Formation in the study area was discussed by analyzing the distribution characteristics of light and heavy minerals and the paleocurrent direction. The analytical results showed that there are two provenance areas in the study area, namely, the southwestern source area and the northeastern source area. Through the regional structure comparison and the feature analysis of light and heavy minerals, the results discovered that the parent rocks of the southwest provenance source area are supposed to the magmatic rocks and metamorphic rocks of the Precambrian in the Qilian-north Qinling Mountains area, and the northeastern source was from the Yinshan area.

heavy minerals; light minerals; paleocurrent; the first Member of Shanxi Formation;Heshui area; Ordos Basin

P5

A

10.16181/j.cnki.fzyqc.2017.04.004

2017-05-04；改回日期2017-09-08。

高揚(yáng)(1992—)，碩士在讀，礦產(chǎn)普查與勘探專(zhuān)業(yè)。E-mail：gyang0217@163.com。

(編輯 楊芝文)