内蒙古阿鲁科尔沁旗陶海营子地区林西组沉积环境

李晓海，郑月娟，宗文明，黄欣，公繁浩，李文博

（沈阳地质矿产研究所/中国地质调查局沈阳地质调查中心，辽宁 沈阳 110034）

内蒙古阿鲁科尔沁旗陶海营子地区林西组沉积环境

李晓海，郑月娟，宗文明，黄欣，公繁浩，李文博

（沈阳地质矿产研究所/中国地质调查局沈阳地质调查中心，辽宁 沈阳 110034）

阿鲁科尔沁旗陶海营子地区是上二叠统林西组发育较好的典型地区之一.林西组岩性为一套以黑、灰黑、灰绿色调为主的砂板岩组合，上部含丰富的非海相生物化石.应用地球化学方法，对陶海营子剖面和鲁D2井上二叠统林西组泥岩样品进行常量、微量元素分析，发现林西组整体具有高硅、铝、钙，低磷、锰的特点.并结合化石组合特征和保存状态，对林西组沉积环境进行探讨.认为该地区林西组形成于咸水—淡水的沉积环境，水体环境有一个逐渐淡化的过程.底部为海陆交互相沉积环境，上部为陆相淡水湖泊沉积环境.

林西组；地球化学；沉积环境；阿鲁科尔沁旗；内蒙古

0 引言

华北与西伯利亚两大板块对接缝合位置与时代长期存在分歧.大兴安岭位于华北与西伯利亚板块间的兴蒙造山带，区内上二叠统林西组的构造环境问题是长期争议的地质问题之一.近年来东北地区上古生界油气地质调查取得了一系列进展，大兴安岭地区上二叠统林西组因发育有厚度很大的暗色泥岩且具有良好的生烃潜力而受到重点关注，不同学者分别从沉积时限、沉积物质来源、生烃潜力等方面对林西组进行了研究［1-5］.林西组的沉积环境对大地构造研究和油气地质勘探也具有重要的意义，很多学者从不同角度对大兴安岭地区林西组的沉积环境进行了研究探讨.黄本宏［6］根据岩石地层序列及生物化石特征认为林西组为陆相沉积；梁仲发（1982）根据对林西组中富含的双壳类Palaeanodonta-Palaeomutela组合的生存环境的分析认为林西组不排除咸水环境；李福来等［7］对内蒙古东北部索伦地区上二叠统林西组沉积环境进行了化学分析，认为林西组为开阔的淡水环境，主要为陆相沉积体系，在其沉积初期为海陆交互环境；王永争等［8］通过对内蒙古林西大井铜锡多金属矿区上二叠统林西组的岩石特征、原生沉积构造等的研究认为：林西地区晚二叠世早期为一近岸湖盆环境变化为距岸较远的湖盆，中期逐渐近岸并数度暴露于地表，晚期变迁为近岸湖泊—沼泽；和政军等［9］通过对大兴安岭南部林西地区官地剖面沉积相序及二叠—三叠系灰岩氧、碳同位素组成的对比分析，认为林西组中—下部以海相沉积为主，并发育浊流沉积，直到晚二叠世中期大兴安岭南部仍有残余海盆存在.

图1 陶海营子地区地质图Fig.1Geologic map of Taohaiyingzi area

综上所述可知，林西组的沉积环境问题一直存有争议，除了生物地层学的证据外，沉积岩化学成分的分析也提供了新的依据.近年来前人应用化学分析的方法，在索伦地区、林西地区对林西组的沉积环境进行了研究［7，9］，研究区正是处在索伦和林西地区的中间部位，因此，研究本区上二叠统林西组的沉积环境，有助于全面了解大兴安岭地区林西组的发育特征，恢复林西组沉积时的古地理环境，为大地构造研究和油气地质勘探提供全面系统的基础地质资料.鉴于此，本文应用地球化学分析手段，对陶海营子露头剖面及鲁D2井林西组泥岩微量元素、常量元素进行综合，结合生物化石组合特征及保存状态，探讨林西组的沉积环境，为林西组的划分对比及石油地质勘探提供基础资料.

1 地质概况

研究区地处大兴安岭中央隆起带东侧的大兴安岭东坡裂陷带中南部，其西侧为大兴安岭东坡褶断带，东邻松辽沉降带.本区主要出露的地层有古生界石炭系、二叠系与中生界侏罗系，形成了古生代与中生代的叠覆盆地.

林西组主要出露在陶海营子地区，大致呈北东向带状分布，地层倾向北西，露头好，化石丰富.根据非震物探资料，发现在该区大面积发育的中生代火山岩之下亦发育面积巨大、沉积厚度巨大的林西组［3］.近年来，沈阳地质调查中心在该区做了大量石油地质调查，实测了陶海营子剖面.并于2010年与大庆石油公司合作，在阿鲁科尔沁旗陶海营子地区打了鲁D2地质井.

2 样品采集与测试方法

样品分别采自内蒙古扎鲁特旗昆都镇东北的鲁D2井和阿鲁科尔沁旗陶海营子剖面林西组，陶海营子剖面位于鲁D2井的西北方向，两地相距大约6 km，按照地层的产状特征，鲁D2井层位低于陶海营子剖面（见图1）.陶海营子林西组剖面起点坐标为：21279.646,4923.780.剖面长945 m，厚度为702 m，共分为63层，露头较好，未见顶底，均被第四系覆盖.岩性主要为暗色泥岩、粉砂岩、细砂岩，夹中砂岩和粗砂岩.多个层位采集到孢粉、叶肢介、双壳、植物化石，为林西组上部层位［4］.本次在陶海营子剖面采集样品12件（图2）.鲁D2井坐标为：21265.600,4931.300.井深1450 m，地层真厚度750 m，岩心编录1100 m.岩性为暗色砂泥岩、砂泥板岩，未钻穿林西组，沉积环境为海陆交互相.采集测试样品12件（图3）.

对陶海营子剖面和在鲁D2井中采集到的24块样品采用X荧光进行常量元素分析.采用三酸-水溶矿法，运用电感耦合等离子质谱仪ICP-MS（X series）进行微量元素测定.测试结果的相对标准偏差小于5%，测试单位为沈阳地质调查中心实验室.

表1 扎鲁特旗地区上二叠统林西组常量元素分析数据Table 1Constant element analysis of Upper Permian Linxi Formation in Jarud Qi area

3 常量量元素特征及沉积环境指示

图2 陶海营子剖面林西组柱状图Fig.2Column of Linxi Formation in Taohaiyingzi profile

图3 鲁D2井林西组柱状图Fig.3Column of Linxi Formation in LD2 well

陶海营子剖面和鲁D2井中的样品常量元素特征基本一致（表1），都具有高硅、铝、钙，低磷、锰的特点.相对来说，鲁D2井硅、铝、三价铁含量较低，平均值分别为56.83%、13.81%、1.34%（陶海营子剖面分别为63%、17.15%、5.13%）；镁、钙相对含量较高，平均值分别为3.22%和5.46%，（陶海营子剖面分别为1.62%和0.72%）.

根据沉积岩中MgO含量的亲海性和Al2O3的亲陆性，认为镁铝比值M（M=100×MgO/Al2O3）是沉积物形成环境中水体盐度的综合指标，可以反映沉积环境水体的盐度特征，利用岩石中M值的变化可以对沉积环境的咸化或淡化历史及其淡化程度进行研究［10］.不同盐度类型的沉积环境中M值的变化范围为：低盐度沉积环境M＜1，半咸水环境1≤M＜10，正常盐度水体环境10≤M＜500.其中鲁D2井M值最小值为7.95，最大值为62.52，平均值为25.93；陶海营子剖面最小值为6.34，最大值为18.01，平均值为9.65.二者相差近3倍.从这一意义上说，鲁D2井林西组沉积环境盐度大于陶海营子剖面的林西组，陶海营子剖面林西组为典型的淡水沉积，而鲁D2井则可能为咸水或半咸水沉积.

综上所述，从常量元素的特征来看，鲁D2井和陶海营子剖面林西组的沉积环境有不同，层位靠下的鲁D2井林西组沉积时水体盐度较高，应为半咸水沉积，而陶海营子剖面为典型的淡水沉积.

表2 陶海营子剖面微量元素分析数据Table 2Trace element analysis of Taohaiyingzi section

4 微量元素特征及沉积环境指示

陶海营子剖面和鲁D2井中样品的微量元素特征相近（表2、3），都具有高V、Zr、Ba，低Cd的特点.鲁D2井样品的B含量普遍大于陶海营子剖面样品中的B含量.其中鲁D2井中样品的B含量最大为169.52× 10-6，最小为76.16×10-6，平均值为110.82×10-6；陶海营子剖面样品的B含量最大为77.36×10-6，最小为44.31×10-6，平均值为63.05×10-6.

5 沉积环境分析

沉积环境是形成沉积岩特征的决定因素，沉积岩的特征则是沉积环境的物质表现［11］.沉积岩的岩性特征、古生物特征、地球化学特征等，是相应各种环境条件的物质记录，可以反映当时的沉积环境.

表3 鲁D2井微量元素分析数据Table 3Trace element analysis of LD2 well

5.1 古生物化石

生物与其生活的环境是不可分割的统一体.不同的生物群落和化石组合面貌，大致可以表明其所属的生活环境和沉积相［11］.

经薄片鉴定和化石鉴定，在陶海营子上二叠统林西组典型地质剖面多个层位中发现孢粉、植物、叶肢介、双壳化石［4］，从化石的组合和保存状态来看，陶海营子剖面林西组应该是陆相湖泊环境沉积.

5.2 微量元素

微量元素对古沉积环境恢复具有重要指示意义，前人通过大量研究得出一系列用微量元素及其比值判别沉积环境的指标［7，10，12-13］.常用B元素含量、Sr/Ba比值、Ba/Ga比值来恢复沉积介质的古盐度条件；用V/（V+Ni）比值确定沉积介质的氧化还原环境（表4）.

（1）硼含量：是判断沉积物沉积介质含盐度比较有效的指标之一，一般认为海水沉积物中B的含量高，海相环境B含量为80×10-6～125×10-6，淡水环境B含量小于60×10-6，其间为过渡相［7,12］.陶海营子剖面样品B在44.31×10-6～77.36×10-6，平均值为63.05×10-6（表2、4），属于淡水—半咸水环境.鲁D2样品B在41.86× 10-6～169.52×10-6，平均值为110.82×10-6（表3、4），属于海相—过渡环境.

（2）B/Ga比值：通常认为B/Ga＞4.5为咸水海相沉积，B/Ga＜3.3为淡水陆相沉积，其间为过渡相［11］.陶海营子剖面样品B/Ga在1.74～3.62，平均值在2.67（表2、4），属于淡水陆相沉积.鲁D2井样品B/Ga在3.38～10.55平均值在6.12（表3、4），属于海相—过渡环境沉积.

（3）Sr/Ba比值：也常用来指示古水介质的含盐度和判别海陆相环境.一般认为Sr/Ba＜0.6为淡水陆相沉积，Sr/Ba＞1为咸水海相沉积，其间为过渡相［11］.陶海营子剖面样品Sr/Ba在0.10～0.16，平均值为0.13（表2、4），属于淡水陆相沉积.鲁D2井Sr/Ba在0.29～0.96，平均值为0.67（表3、4），属于海相—过渡环境沉积.

表4 沉积环境微量元素判别表Table 4Discrimination of sedimentary environments by trace elements

（4）V/（V+Ni）比值：常被用于研究沉积水体的氧化还原环境.当V/（V+Ni）≥0.46时，属于还原环境；当V/（V+Ni）＜0.46时，属于氧化环境［7］.陶海营子剖面V/（V+Ni）比值在0.75～0.88，平均值在0.76（表2、4），属于还原环境.鲁D2井的V/（V+Ni）比值在0.67～0.81，平均值在0.74（表3、4），属于还原环境.

常量、微量元素的含量特征更能反映水体的沉积环境［7，10，12-13］.从表4可以看出，鲁D2井样品的水体盐度较高，而其上部层位的陶海营子剖面为典型的淡水沉积环境.说明陶海营子地区林西组沉积的水体环境有一个逐渐淡化的过程.

5.3 饱和烃特征

姥鲛烷、植烷及其比值（Pr/Ph）常用来判断原始沉积环境的氧化条件和介质酸碱度.一般认为［11］，Pr/Ph比值介于0.2～0.8为强还原环境，0.8～2.8为还原环境，2.8～4.0为弱氧化弱还原环境.鲁D2样品分析结果Pr/Ph主要介于0.6～1.1，植烷优势较明显，指示为还原环境［5］.

5.4 沉积相分析

沉积相为沉积环境及该环境中形成的沉积岩特征的综合［11］.根据阿鲁科尔沁旗-扎鲁特旗地区林西组岩性组合，并结合古生物和微量元素特征，综合分析认为阿鲁科尔沁旗陶海营子地区林西组以灰黑色的泥页岩系为主，其上部层位（陶海营子林西组剖面）为淡水陆相湖泊沉积，其下部层位（鲁D2井林西组）为海相—陆相的过渡环境沉积.

6 结论

（1）阿鲁科尔沁旗陶海营地区林西组岩性为一套以黑、灰黑、灰绿色调为主的砂板岩组合.该组砂泥岩样品整体具有高硅、铝、钙，低磷、锰的特点.

（2）阿鲁科尔沁旗陶海营地区林西组形成于咸水—淡水的沉积环境，水体环境有一个逐渐淡化的过程.底部为海陆交互相沉积环境，上部为陆相淡水湖泊沉积环境.

致谢：在论文写作过程中得到了沈阳地质调查中心陈树旺研究员、丁秋红研究员、张健工程师、王杰工程师、苏飞工程师、姚玉来工程师等的支持和帮助，在此表示衷心的感谢.

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［4］郑月娟，张健，陈树旺，等.内蒙古阿鲁科尔沁旗陶海营子剖面林西组化石新发现［J］.地质通报,2013,32（8）:1269—1276.

［5］苏飞，卞雄飞，王青海，等.内蒙古扎鲁特盆地鲁D2井林西组烃源岩有机地球化学特征［J］.地质通报,2013,32（8）:1307—1314.

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THE SEDIMENTARY ENVIRONMENT OF LINXI FORMATION IN TAOHAIYINGZI AREA OF ARU-HORQIN QI,INNER MONGOLIA

LI Xiao-hai,ZHENG Yue-juan,ZONG Wen-ming,HUANG Xin,GONG Fan-hao,LI Wen-bo
（Shenyang Institute of Geology and Mineral Resources,CGS,Shenyang 110034,China）

Taohaiyingzi in Aru-Horqin Qi is one of the typical areas where Late Permian Linxi Formation is well developed. Linxi Formation is lithologically dominated by the assemblage of black,dark gray and celadon sandstone and slate,with rich non-marine fossils in the upper part.The mudstone samples from Linxi Formation in Taohaiyingzi profile and LD2 well are analyzed for constant elements and trace elements with geochemical method.It is found that the Linxi Formation is generally characterized by high silicon,aluminum and calcium,and low phosphorus and manganese.Based on the fossil assemblage and preservation condition,it is believed that the Linxi Formation in this area was formed in the sedimentary environment of salt-fresh water,with a desalting process.The bottom of the formation is in the sedimentary environment of sea-land interaction;whiletheupperpartisthefreshwaterlakeofcontinentalfacies.

Linxi Formation;geochemistry;sedimentary environment;Aru-Horqin Qi;Inner Mongolia

1671-1947（2014）04-0357-08

P588.2

A

2013－07－17；

2013-08-22.编辑：张哲．

中国地质调查局项目“松辽外围中新生代盆地群油气地质综合调查”（1212010782001）资助.

李晓海（1982—），男，工程师，从事油气基础地质调查研究，通信地址辽宁省沈阳市皇姑区黄河北大街280号，E-mail//lixiaohai456@163.com