鄂尔多斯盆地黄陵地区三叠系延长组长6浊积岩物源分析

刘锦 ，冯娟萍，李文厚，郭艳琴

(1.西北大学 地质学系，陕西 西安，710069；2.中国科学院 地质与地球物理研究所，北京，100029；3.胜利油田，鲁明公司，山东 东营，257000；4.西安科技大学 地质与环境学院，陕西 西安，710054；5.西安石油大学 油气资源学院，陕西 西安，710065)

人们对于浊流的研究由来已久，到20世纪50年代，浊流作为一种重要的沉积物搬运和沉积机制得到了国内外广大地质学家们的承认，浊流理论得到了极大的丰富和发展，并应用于油气勘探中，取得了较好的效果。近年来，关于鄂尔多斯盆地上三叠统延长组浊流沉积的研究主要集中在其沉积特征与沉积模式等方面，对于浊流沉积的古物源方向和源区性质等问题的研究相对较少。已有研究表明：沉积地球化学方法在探讨物质来源、识别大地构造背景、反演古气候和古环境等方面已收到了显著成效[1−4]。本文作者利用浊积岩的稀土及微量元素特征，并结合轻重矿物组成等特征，分析浊积岩的物源、源区母岩性质及其构造环境。

1 地质概况

鄂尔多斯盆地属华北克拉通西侧部分，盆地北侧、西侧北段与阿拉善—内蒙地块相邻，西侧南段与走廊过渡带、祁连褶皱带相接，南侧隔渭河盆地与秦岭褶皱带相望，南侧东段与豫皖地块的小秦岭地区相邻，东邻山西地块的吕梁山隆起。

根据盆地现今构造形态、基底性质及构造特征，盆地可划分为伊盟隆起、渭北隆起、晋西挠褶带、陕北斜坡、天环拗陷及西缘冲断构造带6个一级构造单元，研究区位于伊陕斜坡东南部黄陵县附近(图1)。

图1 鄂尔多斯盆地黄陵地区构造位置图Fig.1 Tectonic location of Huangling area

晚三叠世受南部勉略有限洋盆关闭的影响，盆地进入坳陷持续发展和稳定沉降演化阶段，堆积了一套以河流−湖泊相为主的陆源碎屑沉积建造。晚三叠世延长期为三角洲建设时期，主要发育北东物源方向的大型曲流河三角洲沉积体系以及西南物源方向的辫状河三角洲沉积体系，夹持于其间的北西−南东方向的半深湖−深湖体系中发育了大量典型的浊流沉积。该区的浊流沉积主要发育在长 6时期，此时为半深湖−深湖环境，自北东向南西方向展布的曲流河三角洲逐渐大规模向湖盆中心推进，大量碎屑物质堆积在三角洲前缘，并不断向前加积。在某种阵发性偶然因素(如火山、地震、风暴等)诱发下[5−8]，三角洲前缘松散沉积物向前滑塌，形成滑塌浊积岩。滑塌浊积岩其在平面上分布不大，常呈片状和舌状等；在剖面上呈透镜状，可分为中心相和边缘相。中心相中往往发育中厚层(几十厘米到几米)浊积岩，而边缘相则以薄层(几厘米到三四十厘米)浊积岩为主。

2 岩石学特征、重矿物组合及其平面分布规律

2.1 岩石学特征

浊积岩主要为薄层和中厚层灰色细砂岩、粉砂岩夹深灰色−灰黑色泥岩、泥质粉砂岩和粉砂质泥岩。

延长组长 6浊积岩砂岩碎屑中石英质量分数为19.10%～32.18%，平均为 26.31%，长石质量分数为59.77%～75.86%，平均为 66.28%，岩屑质量分数为3.03%～17.58%，平均为7.41%，主要为岩浆岩岩屑和变质岩岩屑，碎屑云母及沉积岩岩屑含量较少。

长6油层组浊积岩的胶结物主要为方解石，平均为6.53%(1%～28%)，其次为少量石英次生加大和绿泥石胶结物。长6浊积岩碎屑颗粒粒径分布在0.01～0.20 mm之间，以细砂状和粉砂状结构为主，磨圆度差，绝大部分是以棱角状−次棱角状为主(图2)。颗粒之间以点−线接触为主，多为杂基支撑(图2(a))。胶结类型主要以孔隙接触式(图 2(b))和基底式胶结为主，其次还有少量的压嵌式、薄膜式胶结和杂乱式胶结。总之，浊积岩的碎屑颗粒通常为大小混杂、棱角分明、杂乱无章的排列(图2)。

2.2 重矿物组合及其平面分布规律

重矿物及其组合能较多地保留其母岩的特征，是物源变化和源区母岩极为敏感的指示剂。研究表明：鄂尔多斯盆地延长组长6段的重矿物组合具有明显的分带性及东西分异性，即由盆地外围向盆地内大致呈中等稳定重矿物组合区—稳定重矿物组合区—最稳定重矿物组合区依次分布的趋势(图3)。

图2 黄陵地区长6油层组浊积岩显微照片Fig.2 Microfeatures for turbidites of Chang 6 Formation in thin sections of Huangling area

图3 鄂尔多斯盆地上三叠统延长组长6段重矿物组合分区及物源方向分析图Fig.3 Subarea of heavy mineral combination and source direction analysis of Member 6 of Yanchang Formation of Upper Triassic in Ordos basin

2.2.1 中等稳定重矿物组合区

(1) 石榴石+磁铁矿+榍石+绿帘石组合区：分布在东部的神木—米脂—子洲—子长—延安—甘泉—宜川一线以东一带，石榴石质量分数平均为50%，其次是磁铁矿，平均为25%，榍石+绿帘石质量分数为15%，含少量锆石和白钛矿，分别约为7%和1.5%，金红石+电气石的质量分数一般小于1%。

(2) 石榴石+锆石+榍石+绿帘石组合区：分布在北部的乌审旗—神木—榆林—靖边一带。

(3) 石榴石+锆石组合区：主要分布在西北部的盐池—定边—环县以西及南部的宁县—正宁—铜川—旬邑—麟游一带。石榴石质量分数一般大于65%，最高可达90%以上，锆石一般为20%左右，其次含少量白钛矿及榍石+绿帘石。

(4) 石榴石+榍石+绿帘石组合区：主要分布在西南部的西峰—镇原—泾川—崇信—平凉—华亭及西北部的石沟驿一带。

2.2.2 稳定重矿物组合区

(1) 石榴石+锆石+白钛矿组合区：主要分布在延安—安塞—志丹—安边—环县东的部分地区，呈半环带状展布，以稳定重矿物石榴石为主，其次是锆石，白钛矿一般为15%～20%。在靠近东部的石榴石+磁铁矿+榍石+绿帘石组合区的地区，含少量的磁铁矿、榍石和绿帘石。

(2) 锆石+石榴石+白钛矿组合区：主要分布在盆地东南的黄龙—黄陵—洛川—富县—直罗一带，以锆石为主，其次为石榴石和白钛矿。

2.2.3 最稳定重矿物组合区

锆石+白钛矿组合区：基本位于盆地中心，在志丹—吴起—华池—庆阳—合水所围限的范围内。以最稳定重矿物锆石占绝对优势为特征，白钛矿质量分数为5%～8%，其次为少量石榴石、金红石和电气石。

依据搬运过程中，不稳定重矿物随着搬运距离的增大而逐渐减少，反之稳定重矿物的相对含量则逐渐增加的基本规律，北东方向应是研究区延长组长6浊积岩的主要物源方向。

3 地球化学特征

沉积岩中的稀土元素(REE)以及 Th，Sc，Cr和Co 等微量元素难溶、相对稳定, 主要呈颗粒物质搬运，并快速进入细粒沉积物中，在沉积和变质作用过程中具有较强的抗迁移性[3]，后期的风化作用、成岩作用和蚀变作用对其的影响相对较弱，其稀土元素特征主要受控于物源区的岩石组成，可反映源岩的地质特征[9]。因此，沉积岩中的稀土元素特征在追踪物源方面可以提供源区母岩组成的信息[4]，并能与沉积学示踪源区研究结果进行相互印证[10]。

图4 研究区长6泥岩与盆地周缘源区岩石稀土元素配分模式图(NASC [11])Fig.4 REE patterns from Chang 6 Formation mudstones and source rocks aroud Ordos Basin

3.1 稀土元素特征

黄陵地区上三叠统延长组长61油层组4个泥岩样品稀土总量 ΣREE 为(168.50～209.06)×10−6，其[w(La)/w(Yb)]N= 22.89～30.53，δEu=0.62～0.78。长 62油层组 5个泥岩样品稀土总量 ΣREE为(186.67～230.33)×10−6，其[w(La)/w(Yb)]N=23.41～29.40，δEu=0.65～0.75。长63油层组浊流沉积6个泥岩样品稀土总量变化范围较大，稀土总量 ΣREE变化范围为(143.35～284.72)×10−6，其[w(La)/w(Yb)]N=22.33～29.42，δEu=0.64～0.78。从延长组长6浊积岩稀土元素配分模式图(图4)可以看出：浊流沉积泥岩显示了相对一致的稀土特征，总体上稀土总量为中等—较高，轻、重稀土分馏不明显，呈现铕微正异常的弱右倾稀土谱型(图 4(a))。

这与盆地西南缘(图 4(b))、西北缘(图 4(c))、东缘[12−13](图 4(d))及南缘[14](图 4(e))的各岩石样品稀土元素配分模式图均有不同，而与盆地东北缘花岗片麻岩稀土元素配分模式图比较类似(图4(f))。

图5 研究区长6浊积岩与盆地东北缘源区岩石微量元素比值图Fig.5 Diagrams of trace element variation of Chang 6 Formation mudstones and rocks in Northeastern Margin of the Ordos Basin

3.2 微量元素特征

w(Nb)/w(Ta)，w(Th)/w(U)，w(La)/w(Sm)，w(Gd)/w(Yb)和 w(Hf)/w(Th)等微量元素比值的差异是不同地区沉积作用等造成的。因此，这些比值不但可以反映各地区沉积作用的不同，还指示了沉积岩地球化学特征和各区域地球化学的习性，并在一定程度上反映了源区母岩组成的不同[15]，是沉积物源区的良好指示标志[4, 10, 16]。

从 w(Th)/w(U)，w(La)/w(Sm)，w(Nb)/w(Ta)，w(Th)/w(Hf)和w(Gd)/w(Yb)等元素比值图(图5)可以看出：盆地延长组长61、长62、长63油层组与吕梁山前寒武纪野鸡山群火山岩[12]、吕梁山界河口群变质基性火山岩[13]、内蒙古大青山片麻岩[17]、石榴混合花岗岩[18]和东北缘花岗岩、变质岩样品的投影区域一致，显示出与盆地东北缘有较好的亲缘性。

华北地块南缘熊耳群[14]与延长组长61、长62、长63油层组 w(Th)/w(U)，w(La)/w(Sm)，w(Nb)/w(Ta)和w(Gd)/w(Yb)等元素比值比较接近，但是熊耳群 La、Sm、Gd和Yb的含量明显比延长组长61、长62、长63油层组的含量高；在w(Th)/w(Hf)元素比值图中，熊耳群与延长组长 61、长62和长63油层组的比值明显不同。可见，盆地南部和东南部并不是黄陵地区的主要物源区(图5)。

4 源区母岩性质及构造背景讨论

4.1 母岩特征

已有研究表明：Gd和Yb在沉积过程中受地质作用的干扰较小，一经封闭到沉积地层中，其含量就很难改变。由于地球演化初期岩石中的Gd 含量一般较高，随时间演变和元素的分馏作用，地层中Gd 的含量趋于降低，w(Gd)/w(Yb)也随地层时代的变新而逐渐变小。通常，太古代地层的w(Gd)/w(Yb)多大于2.0，而后太古代地层则小于2.0[4,10]。盆地延长组浊流沉积(长 61、长 62、长 63油层组)泥岩样品的 w(Gd)/w(Yb)大部分大于2.0，比例为86.7%，其母岩主要为太古代地层。

4.2 源区构造背景

沉积盆地的性质及其沉积物与物源区大地构造背景具有一定的对应关系[19]，因此，可以依据盆地沉积物组成来推测物源区构造背景和盆地构造属性。

根据黄陵地区浊流沉积砂岩碎屑矿物定量统计结果，利用Dickinson等[19]的陆相碎屑砂岩QmFLt三角判别图对物源区的构造环境进行了判别(图6)，黄陵地区浊流沉积砂岩样品大部分落在隆升基底，表明长61、长 62和长 63油层组物源主要来自大陆地块的稳定地盾和地台或隆起陆块区。

4.3 物源讨论

4.3.1 西南方向物源

三叠纪以来，鄂尔多斯盆地西南部紧邻祁连山-北秦岭的结合部位，结合部位出露地层由中元古界陇山群与葫芦河群、震旦系—奥陶系李子园群、上奥陶统陈家河组及二叠系—三叠系碎屑岩组成，成为鄂尔多斯盆地西南部地区延长组沉积期的丰富物源。其稀土元素总量为中等−较高，配分模式呈现为轻、重稀土分馏强、铕中等−弱负异常的右倾谱型[10]。与黄陵地区延长组长6油层组轻、重稀土分馏不明显、呈现铕微正异常的弱右倾稀土谱型明显不同。

图6 研究区长61、长62和长63砂岩Qm-F-Lt 图解(底图据文献[19])Fig.6 QmFLt diagram of Chang 6 Formation sandstones

盆地西南缘各剖面和西峰地区长 8样品w(Gd)/w(Yb)大于2.0的比例分别为40%和40.9%，而盆地延长组浊流沉积(长61、长62、长63油层组)泥岩样品的w(Gd)/w(Yb)大部分大于2.0，比例为86.7%。

这共同说明盆地西南缘并不是黄陵地区上三叠统延长组长6浊积岩沉积时期的主要物源区。

4.3.2 南缘及东南方向物源

晚三叠世受古特提斯海扩张和华北地块逆时针旋转的共同影响，鄂尔多斯盆地及其周缘地区处于拉张松弛状态，发育了南陡北缓、南深北浅的庆阳—铜川坳陷，在河南南召和济源分别发现的典型浊积岩(图7)证实此时的深湖区范围向东可一直延伸至河南洛阳—郑州一带(图8)。因此研究区的浊积岩物源不可能来自盆地南缘及东南缘。

盆地东南缘 10组样品其稀土元素总量为中等—较高，配分模式同样呈现为轻、重稀土分馏强、Eu弱—中等负异常的右倾谱型[10]。南部熊耳群为典型的“双峰式”火山岩，镁铁质、长英质岩石 LILE富集，Eu异常弱—较明显，稀土元素配分模式同样呈现右倾谱型[14]，它们与黄陵地区延长组长6油层组稀土谱型明显不同。

南缘熊耳群28个样品w(Gd)/w(Yb)大于2.0的比例为35.7%[14]，与盆地延长组浊流沉积(长61、长62、长 63油层组)泥岩样品的w(Gd)/w(Yb)大部分大于 2.0的比例明显不同。

图7 浊积岩野外露头Fig.7 Outcrop in field of turbidite

图8 华北地台西部晚三叠世中期原型盆地Fig.8 Prototype basin of western part of North China platform in middle period of Late Triassic

可见，盆地南缘和东南缘同样不是黄陵地区上三叠统延长组长6浊积岩沉积时期的主要物源区。

4.3.3 东缘与东北方向物源

黄陵地区延长组长6浊流沉积泥岩样品稀土配分模式与盆地东北缘结晶基底变质岩的稀土分布模式一致，在 w(Nb)/w(Ta)，w(Th)/w(U)，w(La)/w(Sm)，w(Gd)/w(Yb)和w(Hf)/w(Th)等微量元素比值图中，长6浊流沉积泥岩样品与盆地东缘、东北缘太古界和元古界变质岩显示出良好的亲缘性。

长61、长62和长63油层组泥岩样品的w(Gd)/w(Yb)大部分与东北缘太古界和元古界变质岩 w(Gd)/w(Yb)范围比较接近(w(Gd)/w(Yb)＞2.0的比例是 85%)，而与西南缘、南缘和东南缘的 w(Gd)/w(Yb)范围明显不一样[10, 14]。

受晚三叠世印支运动的影响，华北古板块北部天山—兴蒙海槽处于俯冲阶段[10]，太古界、元古界变质岩被抬升剥蚀，该隆升基底为长6浊流沉积提供了物源。

综上所述，黄陵地区浊流沉积长6油层组物源应主要来自盆地东北缘造山带的太古界、元古界变质岩。

5 结论

(1) 黄陵地区长 6浊积砂岩长石含量高，岩性为长石砂岩，成分成熟度、结构成熟度均低，泥岩为深灰色—灰黑色泥岩，具有浊流沉积的典型的岩石学特征。

(2) 泥岩显示了相对一致的稀土特征，总体上稀土总量中等—较高，轻、重稀土分馏不明显，呈现铕微正异常的弱右倾稀土谱型，与盆地东北缘花岗片麻岩配分模式较为一致；微量元素比值图和w(Gd)/w(Yb)值(大部分大于 2)表明其与盆地东北缘的太古界和元古界变质岩具有良好的亲缘性，西南缘、南缘和东南缘不是其主要物源区。

(3) 砂岩样品在构造环境判别图中大部分落在隆升基底，长6沉积岩沉积时期盆地东北缘已经褶皱隆升造山。

(4) 长 6浊积岩物源主要来自盆地东北部基底隆升的造山带。

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