环县—正宁地区长9油层组沉积物源分析

任海姣，赵靖舟，2，耳 闯，2，白卓立

(1.西安石油大学 地球科学与工程学院，陕西 西安 710065； 2.西安石油大学 陕西省油气成藏地质学重点实验室，陕西 西安 710065； 3.中国地震局 第二监测中心，陕西 西安 710065)

任海姣,赵靖舟,耳闯,等.环县-正宁地区长9油层组沉积物源分析[J].西安石油大学学报(自然科学版),2018,33(2):31-36,118.

REN Haijiao,ZHAO Jingzhou,ER Chuang,et al.Sediment provenance analysis of Chang 9 oil-bearing layer in Huanxian-Zhengning area[J].Journal of Xi'an Shiyou University (Natural Science Edition),2018,33(2):31-36,118.

引　言

环县—正宁地区位于鄂尔多斯盆地西南部，横跨天环坳陷和陕北斜坡，南部和西部与秦祁褶皱带相连，其三叠系延长组是主要的产油层系。前人对鄂尔多斯盆地南部延长组物源研究较多，但针对长9油层组物源研究较少。前人研究认为长6、长8油层组受北部、东北部、西部和南部等多个方向物源控制[1-6]；长7油层组物源主要来自东北、西北、西南、南部4个方向[7]；刘志武等[8]认为盆地西南缘印支期物源来自阿拉善地块古元古界变质结晶岩、花岗岩及下古生界火山岩。为了搞清楚长9油层组物源是否具有继承性及与其他油层组的不同之处，本文主要通过重矿物特征分析和砂岩碎屑成分特征分析方法，辅以石英颗粒阴极发光分析、全岩及黏土矿物组成分析和砂岩粒度组分分析等方法寻找判别依据，探讨研究区物源特征。

1　物源区构造环境

中奥陶纪开始，秦-祁大洋板块向华北板块俯冲，导致华北板块抬升，形成具有沟-弧-盆体系的活动大陆边缘。早石炭纪晚期祁连—北秦岭在俯冲作用下出现褶皱和隆起，并向鄂尔多斯盆地不断挤压，导致盆地南缘加里东—海西褶皱带不断隆起，物源区不断扩大。到二叠世晚期，海西运动使祁连、秦岭形成统一的物源区。 由此可见， 北秦岭是鄂尔多

斯盆地南部和西部的重要物源区，岩性主要为太古界、元古界的火山岩、沉积岩组成的多套古老变质岩系[9-13]。

2　物源识别

2.1　重矿物特征

重矿物是指密度大于2 860 kg/m3的碎屑矿物，耐磨蚀、稳定性强，能够很好地保留母岩的性质，在物源分析中占有重要地位[14-16]。同一物源的重矿物及其组合特征具有相似性，在搬运和沉积过程中，不稳定重矿物含量逐渐减小，而稳定重矿物含量相对增加。

环县—正宁地区重矿物包括石榴石、白钛石、黑云母、锆石、绿泥石、钛磁铁矿和电气石。石榴石在研究区含量较高，白钛石次之，电气石含量最低。由于石榴石含量较高，本次研究将石榴石与其他重矿物分开分析物源情况。

在不考虑石榴石的情况下，研究区环县地区主要稳定重矿物组合为白钛石、绿帘石和锆石，次要重矿物组合为黑云母、钛磁铁矿和电气石(表1、图1)。峡口—长武—宁县—合水地区主要稳定重矿物组合为白钛石、钛磁铁矿、锆石，次要重矿物组合为黑云母、绿帘石和电气石。2个区域重矿物组合类型存在较大差异，可以推断2个区域的物源不同，环县地区碎屑物质可能来自西部物源，峡口—长武—宁县—合水地区碎屑物质可能来自西南部物源。

表1　环县—正宁地区重矿物含量及组合类型Tab.1　Volume fraction andcombination types of heavy minerals in Huanxian-Zhengning area

研究区常见的稳定重矿物包括石榴石、白钛石、锆石、钛磁铁矿和电气石，不稳定重矿物包括黑云母和绿帘石。环县附近稳定重矿物体积分数在65.8%～96.0%，平均88.2%，不稳定重矿物体积分数为4.0%～34.3%，平均11.6%；峡口—长武—宁县—合水地区稳定重矿物体积分数在71.8%～98.2%，平均92.8%，不稳定重矿物体积分数1.8%～6.2%，平均4.4%。环县附近不稳定重矿物含量较高，说明来自西部物源区的供给路线较近，沉积物近源沉积；峡口—长武—宁县—合水地区稳定重矿物含量较高，说明西南部物源区的供给路线相对较远，沉积物远源沉积；华池附近不稳定重矿物含量有高值也有低值，判断其为西部和西南部物源的混源区(图2)。

图1　环县—正宁地区长9油层组重矿物(去石榴石)体积分数平面分布Fig.1　Plane distribution graph of volume fraction of heavy minerals (except garnet) in Chang 9 oil reservoir of Huanxian-Zhengning area

图2　环县—正宁地区长9油层组稳定重矿物与不稳定重矿物体积分数平面分布Fig.2　Plane distribution graph of volume fraction of stable and unstable heavy minerals in Chang 9 oil reservoir of Huanxian-Zhengning area

石榴石是研究区普遍存在的稳定重矿物，体积分数平均71.9%。将研究区石榴石与非石榴石进行比较，结果表明，环县附近石榴石含量无明显变化规律(图3)，其形成原因为源岩近距离运移，未表现出明显的分异特征。峡口—长武—宁县—合水地区，由西南至东北方向，石榴石含量具有逐渐增加的趋势；华池附近石榴石含量无规律性变化，推测其可能同时受西南和西部物源的影响，为混源区。

图3　环县—正宁地区长9油层组石榴石体积分数分布Fig.3　Plane distribution graph of volume fraction of garnet in Chang 9 oil reservoir of Huanxian-Zhengning area

2.2　砂岩碎屑成分特征

砂岩中的胶结物在成岩作用及沉积作用中容易遭到溶蚀，但碎屑颗粒稳定性较好，可以作为指示物源方向的重要依据[17]，顺物源方向，呈现长石及岩屑含量逐渐减少而石英含量逐渐增加的趋势。环县—正宁地区长9油层组以岩屑长石砂岩和长石砂岩为主，岩屑主要为变质岩岩屑和岩浆岩岩屑，偶见沉积岩岩屑。研究区长9砂岩碎屑含量在平面上的分布具有一定的规律性(图4)：环县附近石英和岩屑含量接近，由环县至华池方向，岩屑含量逐渐减少，石英含量逐渐增加，推测其为西部物源向东搬运沉积的结果；峡口—长武—宁县—合水区域受西南部物源影响，由西南至北东方向，砂岩碎屑颗粒以长石和石英为主，岩屑含量相对较低；华池区域碎屑颗粒以长石和石英为主，推测其为混源区。

2.3　石英颗粒阴极发光特征

不同成因的石英颗粒，由于其晶体内部晶格缺陷和微量元素的差异，显示出不同的阴极发光特征，因此，可以依此鉴别不同的母岩类型，起到指示物源的作用[18-19]。

图4　环县-正宁地区长9油层组砂岩碎屑成分平面分布Fig.4　Plane distribution graph of sandstone detrital composition in Chang 9 oil reservoir of Huanxian-Zhengning area

研究区以发紫色光的石英为主(体积分数平均50.66%)，发棕色光石英和发蓝光石英(体积分数平均28.31%和21.03%)较少(图5)。从平面图上可以看出环县附近以蓝紫色石英为主(体积分数平均67.23%)，棕色石英比例较大(体积分数平均32.77%)。 峡口—长武—宁县—合水等地， 蓝紫色石英含量较高(体积分数平均80.31%)， 棕色石英含量较少(体积分数平均19.69%)(图6)。棕色石英主要存在于变质岩中，蓝紫色石英主要存在于火山岩、深成岩或接触变质岩中[20]。前人研究认为鄂尔多斯盆地西南缘古陆岩性包括太古界变质岩和元古界变火山-沉积岩[21]，物源为祁连—北秦岭造山带的变质石英砂岩、石英片岩及石英岩等[22]。本次实验石英颗粒阴极发光特征与前人研究成果相吻合，研究区物源来自祁秦造山带。

图5　石英颗粒阴极发光特征Fig.5　Cathode luminescence characteristics of quartz particles

图6　环县-正宁地区长9油层组石英颗粒阴极发光特征平面分布Fig.6　Plane distribution graph of cathode luminescence characteristics of quartz particles in Chang 9 reservoir of Huanxian-Zhengning area

2.4　全岩及黏土矿物组成

全岩及黏土矿物X衍射数据包括原始碎屑颗粒信息及次生黏土矿物信息，黏土矿物包括原生黏土矿物和自生黏土矿物，受沉积作用和成岩作用的影响较大，因此，只能用于辅助说明物源。

环县—正宁地区长9油层组全岩矿物类型较多(图7)，石英、钾长石和斜长石碎屑颗粒质量分数较高，浊沸石作为成岩作用的产物在研究区不同区域质量分数存在一定差异。环县附近浊沸石质量分数较高，与研究区西南部存在较大差异，证明南北部物源不同。

环县—正宁地区黏土矿物中绿泥石质量分数相对较高(平均50.39%)，高岭石和绿蒙混层质量分数次之(平均21.26%和19.57%)，伊利石和伊蒙混层质量分数较低(平均13.83%和9.96%)。从研究区黏土矿物相对质量分数平面分布图(图8)可以看出，环县附近地区受西部物源影响，伊蒙混层较为发育，峡口—长武—宁县—合水地区受西南部物源影响，伊蒙混层发育较少或基本不发育。

图7　环县—正宁地区长9油层组全岩矿物质量分数平面分布Fig.7 Plane distribution graph of mass fraction of whole rockminerals in Chang 9 reservoir of Huanxian-Zhengning area

图8　环县—正宁地区长9油层组黏土矿物质量分数平面分布Fig.8　Plane distribution graph of mass fraction of clay minerals in Chang 9 reservoir of Huanxian-Zhengning area

2.5　砂岩粒度特征

源岩从物源区搬运至沉积区直到成岩，整个过程受到水动力条件、搬运距离和沉积分异作用等多种因素的影响，沉积物粒度具有粗粒组分逐渐减少、细粒组分相对增加的趋势。研究区长9油层组砂岩以细砂岩、粉砂质细砂岩和含粉砂细砂岩为主，同时发育少量中-细砂岩和粉砂岩。砂岩粒度大小在平面上具有一定的变化规律(图9)：环县地区，由于距离物源区较近，砂岩短距离搬运沉积，粒度呈现不规律变化特征；峡口—长武—宁县—合水地区，砂岩搬运距离较长，顺物源方向，砂级组分逐渐减少，粉砂级组分逐渐增高。华池地区受西部和西南部物源的共同影响，砂级组分含量较高。

3　结　论

环县—正宁地区存在2支物源，西部物源主要影响环县周边地区，西南部物源影响峡口—长武—宁县—合水地区，华池附近可能受到西部和西南部2支物源的共同影响。

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