鄂尔多斯盆地合水地区二叠系山西组1段物源分析

高 扬，朱亚林， 路繁荣，彭喜明

(西北大学地质学系/大陆动力学国家重点实验室，陕西 西安 710069)

鄂尔多斯盆地合水地区二叠系山西组1段物源分析

高 扬，朱亚林， 路繁荣，彭喜明

(西北大学地质学系/大陆动力学国家重点实验室，陕西 西安 710069)

近年来，随着鄂尔多斯盆地南部地区古生界二叠系油气藏的发现，其物源研究也逐渐引起了人们的重视。在测井、岩心和露头资料的基础上，通过对轻矿物、重矿物分布特征及古流向等资料分析，探讨了研究区山西组1段的物源问题。分析结果表明：在研究区存在两个物源区，即西南部物源区和东北部物源区,通过区域构造对比发现研究区西南部物源区母岩应为祁连-北秦岭地区前寒武系的岩浆岩和变质岩系，东北部物源来自于阴山地区。

重矿物 轻矿物 古流向 山西组1段 合水地区 鄂尔多斯盆地

近年来，随着对鄂尔多斯盆地南部二叠系油气藏勘探，相继在庆探1、庆探2、庆探3等探井发现山西组1段和石盒子组8段的工业气流，合水地区已经成为鄂尔多斯盆地天然气勘探的重点地区。详细和准确的物源研究对于得到精确的沉积相、砂体展布和储层特征，指导油气勘探具有重要的意义。

关于盆地南、北部的物源问题，许多学者从不同的方面进行了研究[1-6]。

陈全红等认为鄂尔多斯盆地西南部在晚古生代早-中期主要存在着南、北、西三个不同的物源区，母岩区主要为太古界的中-深变质、复杂变质岩系以及下元古界的火山岩-沉积岩系[1]。李慧等认为鄂尔多斯盆地西南部山西组的物源主要为盆地南部的前寒武系变质结晶基底[5]。贺敬聪等认为陇东地区的山西组-石盒子组的母岩主要来自于北秦岭下元古界秦岭群的片麻岩等，以及中、上元古界宽坪群的绿泥石片岩等，其次为北秦岭造山带晚古生代的岩浆岩[6]。

为了进一步明确研究区物源区的位置和范围，本文在对合水地区周缘露头和基岩特征的研究和总结基础上(表1)，结合轻矿物、重矿物和古流向资料，对本区二叠系山西组1段的物源做了进一步的研究，以期确定物源区的位置。

1 区域地质背景及周缘基岩

鄂尔多斯盆地是我国陆上仅次于塔里木盆地的第二大沉积盆地，面积约为2.5×104km2，矿产资源极其丰富，为典型克拉通边缘叠合盆地。由伊盟隆起、渭北隆起、晋西挠折带、伊陕斜坡、天环坳陷、西缘冲断带等六个一级构造单元组成[1](图1)。研究区位于鄂尔多斯盆地西南部，其西南部为鄂尔多斯盆地西缘逆冲断褶带，东部为陕北斜坡古坳陷，南部为渭北隆起挠褶带。合水地区下二叠统主要发育太原组、山西组，中二叠统发育石盒子组，上二叠统发育石千峰组。山西组自下而上可分为山西组2段和山西组1段，其中山1段发育一套浅水型曲流河-三角洲-湖泊沉积体系[8]。

研究区在早古生代夹于由秦岭裂谷、祁连裂谷及贺兰裂谷所构成的三叉裂谷系之中，发育并形成了裂谷陆源结构；而在早古生代晚期，由于区域加里东晚期弧-陆碰撞的影响，使得早古生代发育的裂谷消失[10-11]。早二叠世晚期，秦岭海槽开始闭合，位于盆地南缘加里东-海西褶皱带逐渐隆升。到二叠世晚期，由于海西运动的影响，祁连、秦岭形成统一的物源区。研究区的构造、演化与相邻的北祁连海、贺兰山坳拉槽和西秦岭海的演化有密切的联系。祁连-北秦岭构造带、阿拉善地块、鄂尔多斯地块和六盘山弧形构造带等各个构造单元的相互作用及叠加改造的影响，也对研究区及其周缘地区的构造演化产生了重要的影响[9-15]。盆地西南缘的剥蚀古陆形成于加里东运动，太古界为一套变质岩系，元古界则为变火山-沉积岩系[1，6，12]。

研究区周缘的剥蚀古陆形成于加里东运动，而且长期处于隆起剥蚀。其中太古界为中-深变质、强烈岩浆活动和混合岩化的复杂变质岩系，以太华群、阜平群、集宁群等为代表；元古界为一套变质岩-沉积岩系，下元古界以铁铜沟群、秦岭群和上阿拉善群为代表，中-上元古界以宽坪群、陶湾群和海原群为代表(表1)。

图1 研究区位置及鄂尔多斯盆地构造单元[9]

2 轻矿物特征

轻矿物是相对于重矿物而言的，指密度小于2.85 g/cm3的矿物，主要包括石英、长石、岩屑等。盆地沉积物中的轻矿物主要来自盆地周缘的物源区，二者组分、结构特征与构造性质具有密切的联系，因此可通过对盆地内沉积物中轻矿物的定量分析来判别物源区的位置[17]。研究区内，山西组1段以石英砂岩为主。轻矿物组分中，石英含量最高，岩屑含量次之，长石含量最低，约2%左右。

2.1 石英颗粒成因分析

由于晶体内部的晶格缺陷和微量元素的含量差别，因此不同成因的石英在电子照射下呈现不同的阴极发光特征，这为利用石英发光性差异鉴别其成因环境提供了理论依据。Zinkernagel[17]首先提出了石英阴极发光色谱划分方案：(1)发蓝色-紫色光的石英来源于深成岩、火山岩或热接触变质岩；(2)发棕色光的石英来源于变火山岩、变沉积岩、接触变质岩外带、区域变质岩等；(3)不发光的石英来源于沉积岩。

通过镜下薄片观察，发现研究区的石英主要由单晶石英组成，多来自石英片麻岩、片岩等。由镇远-庆阳一带山西组1段石英阴极发光特征及成因类型的统计数据可见(表2)，物源区的石英主要以发深棕色光和浅棕色光为主，其成因类型分别为中-深变质岩和浅变质岩。通过与周缘基岩对比发现，发深棕色和浅棕色光的石英母岩区可能来自于祁连-北秦岭地区的太华群、秦岭群和宽坪群。

表2 鄂尔多斯盆地镇远—庆阳地区山西组1段石英阴极发光特征及成因类型[1]

2.2 长石相对含量分析

在研究区的砂岩中，长石含量普遍不高。在二道沟、石板沟一带，山西组1段长石相对含量最高，向东北逐渐降低，至环县、庆阳一带降至最低(图2)。由此可见，研究区长石相对含量自西南部向东北部呈逐渐降低的趋势，说明山西组1段沉积时期，有西南部的物源加入。且这些长石多来自中酸性岩浆岩，有少量来自于深成岩浆岩和深变质岩。可能为祁连-北秦岭地区的花岗岩[1]。

图2 合水地区山西组1段长石相对含量等值线和岩屑类型平面分布

2.3 岩屑类型分析

岩屑作为母岩在风化过程中产生的一部分，是母岩风化的暂时性产物，并不是母岩风化的最终产物，代表了母岩的搬运距离和沉积风化特点，且仍然保存了母岩的结构。因此，岩屑可以为沉积物源区的研究提供相关的证据。岩屑的含量越高，则说明岩石的成分成熟度低[1，19]。

图3 合水地区山西组1段古流向玫瑰花图和重矿物组分平面分布

薄片统计结果来看，研究区内山西组1段主要以变质岩屑为主，其次为岩浆岩岩屑和沉积岩岩屑。从岩屑类型的平面分布来看，研究区的岩屑类型具有明显的分带性，大致分为两个区带，即环县-庆阳-旬邑一线以北主要为高变质岩岩屑、中岩浆岩岩屑、低沉积岩岩屑，该线以南主要为高变质岩岩屑、中沉积岩岩屑和低岩浆岩岩屑(图2)。

由岩屑类型的分布可以看出，在山西组1段沉积时期，研究区表现出南北不同源的特点，初步判断两个物源区为：以祁连-北秦岭为主的西南部物源区和以阴山地区为主的东北部物源区。此外，在平凉二道沟的二叠系中下部还发现了少量碎裂石英岩，进一步佐证了西南部物源区母岩来自于祁连-北秦岭的前寒武系动力变质岩。

3 重矿物组分分析

重矿物是指碎屑岩中密度大于2.86 g/cm3的陆源碎屑矿物，具有耐磨蚀和强稳定性的特点，能较好地保留其母岩的特征[19]。在碎屑沉积物中，重矿物的总体特征由母岩的性质、水动力条件及重矿物的搬运距离等条件决定。在物源和古水流体系相同的碎屑沉积物中，重矿物组合具有相似性；在母岩不同的碎屑沉积物中，重矿物组合也不相同。此外，在碎屑的搬运过程中，随着搬运距离的增加，不稳定的重矿物发生机械磨蚀或化学溶蚀，相对含量逐渐减少，而性质稳定的重矿物相对含量则逐渐升高[20]。

根据重矿物的稳定性，可将其划分为四大类：超稳定重矿物(锆石、金红石、电气石、白钛矿)、稳定重矿物(石榴石、十字石、磁铁矿)、中等稳定重矿物(硅灰石、榍石、黝帘石)和不稳定重矿物(绿帘石、赤铁矿、角闪石、绿泥石)[21]。因此，可根据重矿物的搬运方向及搬运距离，来判断物源方向[20，22]。

通过对研究区重矿物数据点的统计发现，研究区山西组1段的重矿物有锆石、电气石、白钛矿、金红石、石榴子石等。锆石、白钛矿和电气石等稳定重矿物含量较高，说明沉积物经历了较长距离的风化搬运。环县-庆阳-正宁一线以南主要为白钛矿和锆石，其次为石榴石、金红石和电气石等，其中白钛矿和锆石等超稳定重矿物含量有由南向北逐渐增加的趋势(图3)。这反映物源可能来自于含有结晶片岩和岩浆岩母岩的地区[23]。说明西南部物源主要来自于北秦岭-祁连的太华群、秦岭群和宽坪群。该线以北主要为锆石和电气石，其次为石榴石、白钛矿和金红石等，而且锆石、电气石等超稳定重矿物含量有由北向南逐渐增加的趋势(图3)。这与研究区北部阴山地区的片麻岩、花岗岩及千枚岩等具有一定的亲缘性，说明研究区东北部物源应来自于阴山地区。此外，重矿物组分的分析结果与轻矿物的分析结果也是一致的。

4 古流向分析

古流向分析是目前较为常用的一种物源分析方法，而且具有保留完整、不易受后期变形影响的特点。其原理主要是根据古流向所指示的方向来判断物源区的物质。古流向分析主要以波痕、交错层理、砾石组构、底面印模和滑塌构造等沉积构造为基础[16]。

在山西组1段中，石板沟地区古水流优势方向呈自西向东，且具有偏北的趋势，平凉二道沟地区古水流优势方向为自西南向东北。在石盒子组中，石板沟古流向逐渐转变为西北向东南。表明在盆地的西南缘存在一个物源区(图3)，这与长石相对含量、岩屑类型及重矿物组分的变化趋势基本一致，进一步说明物源可能来自于祁连-北秦岭地区。且在石盒子组沉积时期，可能有北部物源的加入[2]。

5 结论

(1)研究区内重矿物组合主要为锆石、电气石、白钛矿、金红石、石榴子石等，在环县-庆阳-正宁一线南、北具有明显的分带性。该线以南主要为白钛矿和锆石，其次为石榴石、金红石和电气石等；该线以北主要为锆石和电气石，其次为石榴石、白钛矿和金红石等。

(2)根据分布特点，研究区的岩屑大致分为两个区带，即环县-庆阳-旬邑一线以北以高变质岩岩屑、中岩浆岩岩屑、低沉积岩岩屑组成的岩屑混合区，及该线以南由高变质岩岩屑、中沉积岩岩屑和低岩浆岩岩屑组成的另一个岩屑混合区。

(3)根据轻矿物、重矿物和古流向分析，在研究区内划分出两个物源区，即西南部物源区和东北部物源区，西南部物源应来自于祁连-北秦岭地区，东北部物源应来自于阴山地区。

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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。

高扬(1992—)，硕士在读，矿产普查与勘探专业。E-mail：gyang0217@163.com。

(编辑 杨芝文)