鄂尔多斯盆地西南缘长8油层组物源与古沉积环境恢复：来自岩石地球化学的证据

陈 曦，肖 玲，王明瑜，郝晨曦，王 峰，唐红南

(1.西安石油大学地球科学与工程学院，陕西 西安 710065；2.陕西省油气成藏地质学重点实验室，陕西 西安 710065；3.中国石油长庆油田分公司第十采油厂，甘肃 庆城 745100；4.中国石油长庆油田分公司第二采油厂，甘肃 庆阳 745100；5.成都理工大学沉积地质研究院，四川 成都 610059；6.中国石油长庆油田分公司第一采油厂，陕西 延安 716000)

0 引 言

在含油气盆地研究工作中，明确源区构造背景、源岩属性及古沉积环境对认识沉积体系、明确沉积物来源等至关重要[1-2]。在碎屑岩沉积过程中，地球化学组成的分异赋存特征除受自身化学性质的影响外，与源区构造背景、源岩属性及古沉积环境等息息相关。碎屑沉积岩中地球化学组成特征综合反映了源岩由风化剥蚀到沉积成岩整个迁移过程，其精确性和高分辨率性使其成为古沉积环境恢复、物源示踪的有效手段[3-4]。

鄂尔多斯盆地位于多个构造域结合部位，构造条件复杂，油气资源丰富，目前已经成为我国最大的油气生产基地，能源地位极其重要[5-6]。其中，中晚三叠世沉积的延长组是盆地内重要的油气资源富集层系，但由于前期技术及认识的限制，油气勘探开发研究工作主要集中在长7油层组以上埋深相对较浅的层位。近年来，随着油气勘探研究工作的深入，鄂尔多斯盆地西南缘地区延长组长8油层组不断有油气新发现，并且已相继落实亿吨级整装油田[7]。前人曾从元素地球化学[8-10]、轻重矿物组合特征[11-12]、古流向[13]及锆石年代学[14]等多个角度对盆地西南缘长8油层组源区构造背景及沉积物源开展了相关研究工作，但仍存在一定的争议。部分学者认为物源主要来自秦祁褶皱带火山弧物源区[8，10]，而另有学者则持有物源主要来自于华北克拉通北缘、阿拉善地块的元古宙—古生代再旋回造山带沉积物的观点[14-15]。物源体系分析作为“源-汇”系统的重要基础，对于认识沉积体系至关重要[16]，因此关于物源体系的争议限制了对研究区沉积体系的深入刻画。在上述利用地球化学组成对源区构造背景或物源的研究中，多采用稀土元素或单一元素地球化学特征，截至目前，未见学者综合利用全岩主量、微量和稀土元素展开系统研究。此外，鄂尔多斯盆地西南缘长8油层组古沉积环境的系统研究工作相对匮乏。鉴于以上考量，在前人研究基础上，本文对盆地西南缘长8油层组泥岩岩心进行系统取样，利用泥岩地球化学特征对研究区源区构造背景、源岩属性进行综合判别，明确其物质来源；同时结合岩石地球化学特征及宏观沉积学标志，恢复研究区长8油层组沉积期古水体、古气候条件，以期为区内长8油层组物质来源、沉积体系及古地理环境的研究提供证据支撑。

1 区域地质背景

鄂尔多斯盆地位于我国东、西部构造域的结合部，周围发育活动构造带，由伊盟隆起、陕北斜坡、天环凹陷、西缘逆冲带、渭北隆起及晋西挠褶带共6个次级构造单元组成，为我国陆内第二大沉积盆地。鄂尔多斯盆地作为太古宙—早元古代华北克拉通变质结晶基底之上的大型中新生代陆内叠合盆地[17]，经历了多次构造活动改造。盆地自中元古代进入坳拉谷盆地演化阶段，以海相沉积为主[18]。古生代时期盆地作为华北板块的组成部分，进入稳定克拉通盆地发育期。早古生代奥陶纪末受华北板块南北洋壳俯冲影响，华北板块整体抬升，海水退出盆地，盆地主体缺失晚奥陶世—早石炭世地层。晚石炭世，盆地西部贺兰坳拉谷重新开启，盆地重新接收海相沉积[19]。早二叠世受盆地南北洋壳俯冲及西部贺兰坳拉槽关闭、隆升影响，华北地台整体再次抬升，盆地沉积环境逐渐进入内陆湖盆陆相沉积阶段。三叠纪至侏罗纪扬子板块与华北板块拼合，盆地处于挤压阶段，具有前陆盆地的性质。白垩纪盆地进入定型阶段，受太平洋板块向新亚洲大陆俯冲影响形成伸展断陷和坳陷盆地，大型鄂尔多斯盆地消亡，最终呈现为现今西倾单斜的整体构造格局[20]。

研究区位于鄂尔多斯盆地西南缘，面积约1.23×104km2(图1(a))，大地构造处于稳定的鄂尔多斯地块与活跃的秦祁褶皱带之间的交接地带(图1(b))，构造条件较复杂，区域上表现为宽缓的西倾单斜，地形平缓。区内在盆地基底基础上发育中晚元古代—早古生代海相碳酸盐岩沉积，此后受加里东运动影响缺失志留系—下石炭统地层[21]；中—晚石炭世研究区开始沉降，发育以碎屑岩为特色的陆相沉积[22]。二叠纪末，受海西运动区域上影响，地壳抬升，区内二叠系与三叠系地层呈平行不整合接触[23]。中生代研究区自下而上沉积了三叠系刘家沟组—白垩系洛河组等陆相碎屑岩地层，受印支运动影响缺失下侏罗统富县组。三叠系延长组作为研究区乃至盆地内主要含油层系，与下伏纸坊组呈平行不整合接触。延长组自上而下可划分为长1—长10共10个油层组[24]，其中长8油层组为区内主力产油层位，地层厚度为50.5～115.0 m。长8油层组沉积期盆地整体稳定沉降，沉积物源持续稳定，主要发育三角洲沉积体系(图1(c))，储集体粒度相对较粗，岩性以灰白色、灰色细砂岩及粉砂岩等碎屑沉积岩为主[25]。

图1 鄂尔多斯盆地西南缘及邻区区域地质图((a)，据文献[26]修改)、研究区位置与取样井分布(b)、延长组地层柱状图((c)，据文献[27]修改)

2 样品采集与测试方法

本次研究所有样品均来自研究区13口盆地内部钻井的岩心，对14件新鲜、受成岩作用影响较弱的泥岩或粉砂质泥岩样品(图2)进行了主量、微量及稀土元素测试分析。所有样品均在玛瑙研钵中研磨至200目以下，后放置于马弗炉中在500 ℃温度下加热2 h进行干燥脱水处理。主量元素采用X衍射荧光光谱进行分析，微量元素及稀土元素均采用Agilent 7900等离子体质谱仪(ICP-MS)仪器完成测试，仪器精密度优于5%，标准结果与推荐值相对误差小于10%。所有元素测试分析工作均在成都理工大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室按照相关测试规范标准完成[28]。

图2 鄂尔多斯盆地西南缘长8油层组泥岩样品特征

3 元素地球化学特征

3.1 主量元素

鄂尔多斯盆地西南缘长8油层组样品主量元素测试结果见表1。研究区主量元素含量与PAAS标样主量元素丰度值[29]相比，MgO含量基本一致，SiO2、Al2O3含量微弱亏损，CaO、Na2O、P2O5、K2O、P2O5均低于标样丰度值。K2O/Na2O为0.85～1.34，平均值为1.03，总体高于上地壳(0.87)，表明样品中含有较多含钾矿物。总体而言，不同样品主量元素含量之间无明显差异，以较高SiO2含量(平均含量为62.77%)、Al2O3(平均含量为12.92%)以及较高活跃主量元素含量(MgO、CaO、K2O、Na2O)为特征，反映沉积源岩中含有酸性岩；另外，较高的Fe2O3和Al2O3含量表明样品中含有含量可观的碎屑重矿物。

表1 鄂尔多斯盆地西南缘长8油层组泥岩主量元素特征及相关参数

3.2 微量元素

微量元素测试结果(表2)表明，长8油层组泥岩样品中Li、Co、V、Cr等微量元素含量分别为27.26～59.36 μg/g、12.12～28.69 μg/g、79.70～150.12 μg/g、79.96～135.48 μg/g，平均含量分别为42.12 μg/g、18.52 μg/g、118.03 μg/g、100.76 μg/g。与上地壳微量元素丰度值相比，研究区泥岩样品的V、Cr、Ga、Ba等亲石元素相对于上地壳富集，高场强元素Hf含量相对于大陆上地壳微弱亏损；亲铁元素Co、Ni均相对大陆上地壳富集，W元素含量平均值略高于大陆上地壳丰度值；Sr元素总体相对于大陆上地壳严重亏损，Y、U、Zr、Li 均相对于大陆上地壳富集，Ta元素含量略低于大陆上地壳丰度值。过渡元素Cr一般富集于基性、超基性岩石中，研究区样品Cr含量远高于上地壳丰度值，表明研究区存在基性和超基性岩石。不相容元素Th一般富集于中酸性岩石中，研究区样品Th含量高于上地壳丰度值，表明研究区源岩以中酸性岩石为主。

表2 鄂尔多斯盆地西南缘长8油层组泥岩微量元素含量(μg/g)、特征值及古水深参数

3.3 稀土元素

长8油层组稀土元素(表3)总量为131.56～350.46 μg/g，平均为223.20 μg/g，高于大陆上地壳的稀土总量平均值(146.4 μg/g)[30]，轻稀土元素总量为116.83～326.48 μg/g，平均为203.67 μg/g，重稀土元素总量为14.73～23.98 μg/g，平均为19.5 μg/g，L/H(轻重稀土元素含量比值)平均值为10.44，表现出轻稀土元素富集、重稀土元素亏损的特征。(La/Sm)N、(Gd/Yb)N分别反映轻、重稀土元素之间的分馏程度，(La/Sm)N值越大，表明轻稀土元素越富集；(Gd/Yb)N值越小，表明重稀土元素越富集。研究区长8油层组(La/Sm)N平均值为4.31，(Gd/Yb)N平均值为1.79，表现出轻稀土元素富集、重稀土元素轻微亏损的特征。(La/Yb)N平均值为12.18，说明轻、重稀土元素分异明显。

表3 鄂尔多斯盆地西南缘长8油层组泥岩稀土元素含量(μg/g)及特征参数

4 物源分析

4.1 源区构造背景分析

基于研究区长8油层组样品主量元素测试分析结果，结合Roser 等[31]提出的基于砂泥岩的K2O/Na2O-SiO2构造背景图解(图3)判别长8油层组物源区构造背景。研究区长8样品总体落在活动大陆边缘区域内，个别样品落在大陆岛弧区域内，表明研究区长8油层组物源区构造背景总体与活动大陆边缘有关。

图3 鄂尔多斯盆地西南缘长8油层组泥岩K2O/Na2O-SiO2判别图解(底图据文献[31])

沉积岩中稀土元素以及如La、Th、Zr等不活泼微量元素迁移性较低，稳定性较强，受后期成岩作用、风化作用等改造较弱，可以有效反映源区母岩组成信息及构造背景特征[32]。利用Bhatia 1985年[33]总结的砂岩-泥岩中稀土元素地球化学特征判别4种杂砂岩不同构造背景，其源区构造特征及稀土元素特征见表4。由于泥岩细粒沉积物对元素的吸附作用更强，泥岩中稀土元素丰度要比相同构造背景下杂砂岩高出20%左右，因此同沉积期杂砂岩稀土元素参数=泥岩稀土元素参数/1.2，校正后的泥岩稀土元素参数值可与杂砂岩稀土元素特征参数直接进行对比[34]。稀土元素对比结果表明，鄂尔多斯盆地西南缘长8油层组稀土元素特征参数总体表现出与活动大陆边缘构造背景相似的特征，推测其物源主要来自上隆基底(表4)。

表4 鄂尔多斯盆地西南缘长8油层组泥岩稀土元素参数特征及与不同构造背景对比

Bhatia[35]提出了La-Th-Sc、Th-Sc-Zr、Th-Co-Zr等用于判别源区构造环境的图解。本次研究的泥岩样品微量-稀土元素判别图解如图4所示。La-Th-Sc判别图解中，研究区长8油层组样品大部分数据点落在大陆岛弧区域内，部分数据点落在活动大陆边缘、被动大陆边缘混合区域与大陆岛弧交界处。数据点在Th-Co-Zr和Th-Sc-Zr判别图解中的分布相对分散，但多数样品落在大陆岛弧与活动大陆边缘交汇处。结合主量元素构造背景结果分析，长8沉积期源区属于与大陆岛弧相关的活动大陆边缘构造背景。综上所述，研究区长8油层组沉积岩源区构造背景主要为与大陆岛弧相关的活动大陆边缘，物源主要来自于上隆基底或切割岩浆弧。这一认识与李怡佳等[8]根据汭水河剖面长8段砂岩样品判别结果为活动大陆边缘相符。

图4 鄂尔多斯盆地西南缘延长组长8油层组泥岩微量元素构造背景判别图解(底图据文献[35])

4.2 源岩属性与物源分析

利用微量元素Co/Th-La/Sc以及La/Th-Hf源岩判别图解可以判断源岩性质。从Co/Th-La/Sc图解(图5(a))可以看出，长8油层组泥岩样品数据投点主要位于长英质火山岩区域附近。在La/Th-Hf图解(图5(b))中，长8油层组泥岩样品主要落在上地壳长英质物源，部分样品落在长英质、基性岩混合物源区。这与Co/Th-La/Sc图解的分析结果一致，表明鄂尔多斯盆地西南缘长8油层组源岩以长英质岩石为主，同时存在一定的基性岩物源。

图5 鄂尔多斯盆地西南缘长8油层组泥岩Co/Th-La/Sc((a)，底图据文献[36])及La/Th-Hf源岩判别图解((b)，底图据文献[37])

沉积岩的稀土元素特征受源岩岩石组成影响，因此稀土元素特征能够有效反映源岩属性，同一来源的沉积岩一般具有相似的稀土元素参数特征及配分模式。长8油层组样品的稀土元素配分曲线均表现出LREE富集、HREE亏损的特征，曲线La-Eu段较陡，Eu-Lu段相对较平缓，δEu为0.59～0.87，平均值为0.69，表现出Eu中等负异常。与源自上地壳的岩石矿物一般具有轻稀土富集、重稀土含量较稳定以及明显的Eu负异常特征相似[38]，说明源岩主要来自以长英质成分为主的上地壳。

为进一步明确研究区源岩属性及物质来源，笔者收集了近年来学者发表的有关研究区潜在物源区不同时期、不同岩体的稀土元素数据[39-45]，利用Boynton推荐的球粒陨石平均值[46]对本文数据与其统一进行标准化，绘制出相应的稀土元素配分模式曲线与研究区进行对比(图6)。结果表明：研究区样品稀土元素配分模式总体特征较为相似，均表现为轻稀土富集、重稀土亏损的右倾型，La-Eu段较陡，Eu-Lu段相对较缓，Eu负异常较明显，说明研究区物源较为一致，物源区相对稳定。研究区长8油层组泥岩样品稀土元素配分模式与秦祁褶皱带母岩稀土元素配分曲线(图6(b))高度相似，表明盆地西南缘长8油层组沉积岩与秦祁褶皱带片麻岩、片岩等变质岩以及各时代花岗闪长岩等侵入岩体具有亲缘性。换而言之，研究区长8油层组物源主要来自于秦祁褶皱带岩浆岩、变质岩岩系。相比而言，盆地北部阴山—大青山古陆(图6(c))稀土元素配分曲线整体较为平缓，表现为轻稀土富集、重稀土元素微弱亏损以及Eu负异常不明显特征，与研究区长8油层组稀土元素配分曲线无明显相似之处，表明盆地北部阴山古陆并未在长8沉积期为研究区提供物源。西北部阿拉善古陆(图6(d)和(e))以及南部秦岭古陆地区(图6(f))岩石稀土元素配分曲线呈现出明显的深“V”形，表现为明显的轻稀土富集、重稀土亏损以及明显的Eu负异常，与研究区长8油层组配分模式有较明显差异，说明上述两个地区在长8沉积期并不作为研究区物源区。

图6 鄂尔多斯盆地西南缘长8油层组泥岩及邻区不同岩体REE配分模式

基于Allèrgre和Minster[47]提出的稀土元素La/Yb-∑REE源岩判别图解分析，研究区长8油层组源岩主要落在沉积岩、花岗岩以及碱性玄武岩的重叠区(图7)，与前文分析的物源来自秦祁褶皱带变质岩以及火山岩系结果相一致。

图7 鄂尔多斯盆地西南缘长8油层组泥岩∑REE-La/Yb源岩判别图解(底图据文献[47])

此外，前人根据研究区盆地西南缘长8油层组野外露头层理及沉积构造古水流向测定结果表明，研究区古水流向主要为北东方向[48]，也可为研究区物源主要来自于西南部秦祁褶皱带提供佐证。综合研究区泥岩样品Co/Th-La/Sc及La/Th-Hf源岩判别图解分析结果、稀土元素配分模式、∑REE-La/Yb判别图解及前人古水流向研究成果，认为研究区长8油层组物源主要来自秦祁褶皱带陇山群、宽坪群及陈家河变中酸性岩等岩浆岩及变质岩岩体。

5 古沉积环境条件判别

5.1 数据可靠性分析

由于泥岩样品可能受后期成岩作用的影响，在利用泥岩地球化学特征参数进行古沉积环境恢复时应当对数据进行可靠性分析，排除成岩作用的影响。前人研究认为成岩作用会导致岩石的Ce异常，并使δCe和δEu具有一定的相关性[49]，因此在利用泥岩样品进行古沉积环境条件判别时，可通过分析δCe-∑REE及δEu-δCe图解的相关性判断所用样品是否受成岩作用的影响。研究区14个泥岩样品的成岩作用判别图解(图8)相关性分别为0.009与0.214，无明显正相关性，表明本次研究泥岩样品受成岩作用影响较小，用来判别沉积环境条件是可靠的。

图8 鄂尔多斯盆地西南缘长8油层组泥岩δCe与δEu、∑REE交会图

5.2 古气候环境

5.2.1 风化强度指数对古气候的指示

一般认为，物源区母岩遭受化学风化作用越强，反映源区气候环境相对更加湿润[50]。Nesbitt与Young[51]提出利用泥岩化学蚀变指数(CIA)确定物源区的源岩风化程度以及沉积岩沉积过程中的气候条件，CIA多为50～100，为50指示源岩未遭受风化作用，反映气候干燥；为100则指示源岩遭受了强烈的化学风化作用，气候条件较为潮湿。CIA计算公式如下：

(1)

式中：各氧化物均为摩尔分数。其中CaO*表示来自硅酸盐的CaO，本文采用Mclennan[52]提出的计算CaO*的方法：CaO剩余=CaO-P2O5×10/3，当CaO剩余小于Na2O时，CaO*为CaO剩余，反之则为Na2O。

计算结果表明，长8油层组CIA值(表1)介于52.56～60.54之间，平均值为56.49，指示源区岩石经受了较弱的化学风化作用，长8油层组沉积时期的整体上以较干燥气候条件为主。

泥岩在成岩过程中钾交代作用会带入新的钾元素，若不对K2O进行校正直接进行计算，易导致CIA计算值偏低。本文采用Panhai等[53]提出的公式进行K2O校正，得出校正后的K2Ocorr，进而计算得出未发生钾交代作用的CIAcorr。K2Ocorr计算公式为：

K2Ocorr=[m·Al2O3+m·(CaO*+Na2O)]/(1-m)

(2)

其中：m代表母岩中K2O的比例，m=K2O/(Al2O3+CaO*+Na2O+K2O)，主量元素均为摩尔分数，CaO*为来自硅酸盐的CaO。

CIAcorr计算公式为：

CIAcorr=[Al2O3/(Al2O3+CaO*+Na2O+K2Ocorr)]×100

(3)

经K2O校正后计算得出的CIAcorr稍高于CIA，为55.74～63.21，平均值为59.91，指示源岩经历了较弱的风化作用，气候条件较干燥。

沉积岩成分除受钾交代作用影响外，在利用泥岩样品进行CIA计算时，还应考虑再旋回沉积作用的影响。经历再旋回沉积的源区物质经历二次风化后CIA值偏大，导致不能准确反映源区风化程度及古气候条件。Cox等[54]提出了成分变异指数(ICV)来判断源区物质是否发生再旋回作用；认为ICV<1指示泥岩成分成熟度较高，经历过再旋回沉积作用或强烈的风化作用；ICV>1则指示泥岩成分成熟度较低，为构造活动背景下的首次沉积。ICV计算公式为：

ICV=(Fe2O3+K2O+Na2O+CaO+MgO+MnO+TiO2)/Al2O3

(4)

式中，主量元素均为摩尔分数。

计算结果显示研究区ICV值为1.43～1.96(表1)，均大于1，平均值为1.65，指示研究区泥岩样品为构造活动背景下的首次沉积，适用于进行本文的古沉积环境条件判别。

5.2.2 主量元素法

湖泊中自生碳酸盐沉积物记录了湖泊原始沉积期大量的气候演变信息，其沉淀量与气温呈明显的正相关关系。白云石和方解石为陆相湖泊沉积物中主要的碳酸盐矿物，CaO/MgO比值可反映湖泊碳酸盐沉积物中方解石与白云石的相对含量。陆相淡水湖泊中白云石主要来源于陆源碎屑，方解石则由外来陆源组分和湖泊内生碳酸钙沉淀两部分组成。对于陆源碎屑输入量较稳定的长8沉积期湖盆，经Al2O3含量校正陆源碎屑输入量变化情况之后的CaO/(MgO·Al2O3)比值可准确反映自生碳酸盐含量的相对高低，可作为反映古气温条件的可靠指标，其大小与温度成正相关关系[55]。

根据吴丰昌等[56]对贵州红枫湖沉积物的研究成果，红枫湖在1990年前以往30年中平均气温15 ℃条件下，沉积物的CaO/(MgO·Al2O3)值介于0.043～0.104之间，平均值为0.075。相关学者最新研究结果表明，三叠系延长组、长7油层组、长4+5油层组CaO/(MgO·Al2O3)平均值分别为0.117、0.112和0.178[57-58]。与之相比，长8油层组CaO/(MgO·Al2O3)值为0.12～0.30，平均值为0.19(图9(a))，表明长8油层组沉积期的年平均古气温高于15 ℃，并且高于延长组长7、长4+5油层组沉积期古气温。

图9 鄂尔多斯盆地西南缘长8油层组泥岩主量元素(a)、微量元素(b)古气候判别图解

5.2.3 微量元素法古气候判别

由于微量元素自身性质及气候条件的差异性，不同微量元素在不同沉积环境中呈现出差异化的赋存特征[59]。喜干型元素(Sr)与喜湿型元素(Cu)的比值可以反映古气候条件，一般认为Sr/Cu>10指示干热气候，5

综合主微量元素分析结果，反映出长8沉积期为较干旱的气候特征。邓秀芹等[63]通过研究长10—长8油层组植物孢粉化石发现干旱气候的光面三角孢占绝对优势，孢粉呈现出分异度较低特征，表明长8沉积期气候较干旱。

5.3 古水深

5.3.1 钴元素法估算古水深

恢复古水深对于认识沉积体系具有重要意义。通过测定碎屑沉积岩样品中钴(Co)元素的含量来推算古沉积物的沉积速率，进而定量计算古水深[64]：

(5)

(6)

式中：Vs为样品沉积时的沉积速率，mm/a；V0为正常古湖泊沉积速率，一般取值0.2～0.4 mm/a，根据最新研究成果，研究区主要为三角洲平原以及三角洲前缘亚相，三角洲平原取0.4 mm/a，三角洲前缘取0.3 mm/a[1]；SCo为样品中Co的丰度；TCo为陆源碎屑岩中Co的平均丰度(4.68 μg/g)，t为物源Co对样品的贡献值，SLa为样品中La的丰度；NLa为陆源碎屑岩中La的平均丰度(38.99 μg/g)；h为古水深，m；NCo为正常湖泊沉积物中Co的丰度(20 μg/g)。

基于研究区14个样品钴(Co)元素和镧(La)元素含量测定结果，对古水深进行定量计算，结果如表2所示。通过对比同区域样品古水深计算结果，研究区全域古地形平坦开阔，湖泊范围有限，水体较浅，水深范围为7.6～58.1 m，平均水深为25.1 m；研究区整体水体较浅，水深一般小于20 m，仅在研究区东北部木钵、八珠地区存在相对洼陷，水深可大于45 m。

5.3.2 宏观沉积学标志

沉积岩的颜色、岩性、沉积构造、古生物化石均可用来判别古水深范围[65]。沉积岩的颜色及古生物标志可以有效反映沉积水体环境。对于碎屑岩沉积物，砂泥比值随着沉积水体加深而减小，岩石颜色由浅变深，反映水动力较强的浅水环境的层理、波痕及冲刷侵蚀等沉积构造也演变为深水沉积条件的水平、韵律层理构造。生物活动遗迹随着水体的加深由反映浅覆水富氧沉积环境的垂向虫孔、高角度虫孔逐渐向反映深覆水还原环境的水平虫孔转变。研究区长8油层组砂岩以灰色、灰绿色中-细砂岩为主(图10)，岩心剖面多见板状(图10(b)和(d))、槽状交错层理(图10(a)、(c)和(f))及平行层理(图10(b))等反映较强水动力的沉积构造，并可见冲刷面及冲刷泥砾(图10(e))。常见保存较好的植物化石(图10(g)和(h))、垂直虫孔(图10(i)和(j))及劣质煤线(图10(k))等，反映研究区为浅覆水高能环境。综合Co元素古水深计算结果以及岩性、沉积构造及生物化石标志分析，长8油层组沉积期整体以浅水环境为主，研究区大部分地区水深小于20 m，仅在研究区东北部局部发育洼地。

图10 鄂尔多斯盆地西南缘长8油层组岩性、沉积构造及古生物标志

5.4 古盐度条件

古盐度是反映古环境的重要指标之一，是指示海陆沉积环境及判断湖泊水体类型的重要标志[66]。根据前人研究成果，Sr含量与水体古盐度存在显著的正相关关系。Sr含量为100～300 μg/g指示淡水环境，含量为800～1000 μg/g则指示咸水环境[67]。测试分析结果表明，长8油层组Sr元素含量为148.54 ～417.06 μg/g，平均值为248.53 μg/g，表明长8油层组沉积期水体整体为淡水环境。

Sr/Ba比值常应用于古盐度的定性识别。前人研究工作中一般多将1.0

图11 鄂尔多斯盆地西南缘长8油层组泥岩Sr-Sr/Ba古盐度判别图解

5.5 古氧化还原条件

5.5.1 微量元素法

细粒沉积物中富集的对氧化还原环境较敏感的微量元素主要有Cr、V、Co、Ni、Th、U等，其相互之间的比值在判别沉积环境氧化还原条件具有良好的一致性，可作为定性判别氧化还原条件的可靠指标[69]。

U(铀)、Th(钍)等放射性元素主要赋存于泥质沉积岩中，U元素在富氧环境中易被氧化从而发生淋滤丢失，迁移能力较强；Th元素为惰性元素，化学性质稳定，迁移能力较弱。前人常利用δU法和U/Th比值判断沉积环境的氧化还原条件。δU由公式δU=U/[0.5×(Th/3+U)]计算得到。一般认为，正常水体富氧环境中δU<1，U/Th比值小于0.75；缺氧还原环境中，δU>1，U/Th比值>1.25[70]。结合微量元素分析结果(表1、表2)，长8油层组U/Th值为0.17～0.32，平均值为0.22，δU值为0.44～1.17，平均值为0.76。

此外，Ni/Co、V/Cr值可反映沉积水体的氧化还原条件[71]。一般认为Ni/Co>7、V/Cr>4.25指示还原环境，Ni/Co、V/Cr值分别为5～7、2.0～4.25指示氧化-还原过渡环境，Ni/Co<5、V/Cr<2.0反映氧化环境。研究区微量元素测试分析结果表明，长8油层组Ni/Co为1.55～2.52，平均值为2.01；V/Cr值为0.85～1.55，平均值为1.17。综合上述各项指标分析结果，结合各指标之间的交会图(图12)分析，长8油层组沉积水体为正常富氧氧化环境。

图12 鄂尔多斯盆地西南缘长8油层组泥岩微量元素古水体氧化还原性质判别图解

5.5.2 稀土元素法

稀土元素Eu和Ce异常(即δEu和δCe)常用于表征水体的氧化还原条件。Eu异常(δEu=EuN/(SmN×GdN)1/2，N表示球粒陨石标准化)常由原生沉积作用引起，一般认为δEu<1指示氧化环境，δEu>1指示还原环境。Ce异常(δCe=CeN/(LaN×PrN)1/2)则常由后生沉积作用导致，氧化环境中Ce常以Ce4+形式发生沉淀，呈现明显负异常，水体中亏损Ce元素。一般认为当δCe<0.95时，指示氧化环境；而δCe>1表明沉积水体中相对富集Ce元素，指示还原环境[72]。长8油层组δEu和δCe值分别为0.59～0.87和0.75～1.36，平均值分别为0.690和0.948，稀土元素分析结果指示长8沉积期水体表现为氧化环境。综合微量元素、稀土元素判别结果，鄂尔多斯盆地西南缘长8油层组沉积期水体主要为氧化环境。

6 古环境对沉积体系认识的意义

关于研究区长8油层组沉积体系认识的研究历来已久，但具有较大争议。付金华等[73]研究认为研究区长8油层组发育由西南向东北方向推进的冲积扇-扇三角洲沉积体系。罗静兰等[74]研究认为延长组沉积早期湖盆处于持续扩张阶段，研究区内主要发育近源快速沉积的冲积扇-扇三角洲沉积体系。杨华等[13]研究认为研究区主要发育近源型且三角洲平原亚相相对不发育的辫状河三角洲沉积体系。刁帆等[75-76]研究认为该区主要发育以河流为主的浅水三角洲沉积体系。目前学者普遍认为浅水三角洲沉积体系的发育主要受控于古气候、古水深、古地形条件以及盆地构造运动等，多发育于干燥炎热古气候条件、物源充足、水体较浅、地形平缓、构造缓慢沉降的湖盆环境中[77-79]。就研究区物源而言，中晚三叠世，随着扬子板块与华北板块自东向西剪刀式重点拼接位置逐渐西移，西秦岭以楔状形式插入祁连地块之下[80]，导致北秦岭至祁连地区的逐渐隆升，秦祁造山带地区陇山群、宽坪群等岩体发生抬升剥蚀成为研究区供源带。从古水深背景来看，结合上文对古水深的定性-定量分析结果及岩心中常见的反映强水动力条件的冲刷界面、交错层理及植物化石等浅水环境标志，研究区为湖平面频繁进退、水体动荡的浅水环境。研究区长8沉积期为半潮湿-半干燥、干热气候条件，在相对干旱的气候条件下，降水量相对较少，地表植被相对不发育，有利于来自西南方向秦祁褶皱带的物源长距离向湖盆中心方向搬运延伸。就古地形及盆地构造运动而言，长8沉积期盆地以持续稳定沉降为主，为大型坳陷湖盆，构造环境相对稳定，地形坡度较小，坡角在0.1°左右，不发育陡坡带[81-82]，可为浅水三角洲的发育提供相对稳定的构造环境及平缓的古地形条件。

综合上述分析，中三叠统长8油层组沉积期，鄂尔多斯盆地坡度整体较缓，研究区西南部秦祁褶皱带岩浆岩、变质岩岩体发生风化剥蚀，产生的碎屑物源经研究区沿北东向湖盆中心长距离推进，沿镇原—华池一线发育相对近源条件下的浅水辫状河三角洲沉积体系，受平缓古地形及浅水湖泊范围频繁变化影响，砂体连片分布，分布面积较广；研究区内主要以三角洲平原亚相为主，三角洲前缘亚相仅在研究区东北区局域分布(图13)。

图13 鄂尔多斯盆地长8油层组沉积期古地理格局及沉积模式图(据文献[83]修改)

7 结 论

(1)利用主量元素、微量元素以及稀土元素综合判别，鄂尔多斯盆地西南缘地区长8源区构造背景主要为与大陆岛弧相关的活动大陆边缘。源岩判别图解以及稀土元素配分曲线特征分析表明，研究区长8油层组样品与西南缘秦祁褶皱带古生代片岩、变质碎屑岩、花岗片麻岩等变质岩系以及火成岩系具有相似特征，秦祁褶皱带为研究区长8油层组的主要物源。

(2)利用泥岩化学蚀变指数CIA、CaO/(MgO·Al2O3)及Sr/Cu、Rb/Sr对研究区古气候进行综合判别，气候整体以半湿润-半干燥及干燥气候为主。研究区泥岩Sr元素丰度、Sr/Ba比值对西南缘地区长8油层组水体古盐度综合判定结果表明，研究区长8油层组水体古盐度总体表现为淡水性质。

(3)结合微量元素Ni/Co、V/Cr比值以及稀土元素异常对研究区长8油层组氧化还原环境进行定性判别，长8油层组主要形成于弱还原-强氧化过渡环境。Co元素法、沉积学标志法对研究区古水深定量计算结果表明，研究区长8油层组沉积期主要为浅水环境，大部分地区水深小于20 m。

(4)来自西南方向秦祁褶皱带充足的物源、干燥的气候条件以及动荡浅水环境下的古地理条件为研究区长8油层组浅水三角洲沉积体系的发育提供了有利条件。