鄂爾多斯盆地黃陵地區(qū)三疊系延長組長6濁積巖物源分析

劉錦 ，馮娟萍，李文厚，郭艷琴

(1.西北大學 地質(zhì)學系，陜西 西安，710069；2.中國科學院 地質(zhì)與地球物理研究所，北京，100029；3.勝利油田，魯明公司，山東 東營，257000；4.西安科技大學 地質(zhì)與環(huán)境學院，陜西 西安，710054；5.西安石油大學 油氣資源學院，陜西 西安，710065)

人們對于濁流的研究由來已久，到20世紀50年代，濁流作為一種重要的沉積物搬運和沉積機制得到了國內(nèi)外廣大地質(zhì)學家們的承認，濁流理論得到了極大的豐富和發(fā)展，并應用于油氣勘探中，取得了較好的效果。近年來，關于鄂爾多斯盆地上三疊統(tǒng)延長組濁流沉積的研究主要集中在其沉積特征與沉積模式等方面，對于濁流沉積的古物源方向和源區(qū)性質(zhì)等問題的研究相對較少。已有研究表明：沉積地球化學方法在探討物質(zhì)來源、識別大地構造背景、反演古氣候和古環(huán)境等方面已收到了顯著成效[1?4]。本文作者利用濁積巖的稀土及微量元素特征，并結合輕重礦物組成等特征，分析濁積巖的物源、源區(qū)母巖性質(zhì)及其構造環(huán)境。

1 地質(zhì)概況

鄂爾多斯盆地屬華北克拉通西側部分，盆地北側、西側北段與阿拉善—內(nèi)蒙地塊相鄰，西側南段與走廊過渡帶、祁連褶皺帶相接，南側隔渭河盆地與秦嶺褶皺帶相望，南側東段與豫皖地塊的小秦嶺地區(qū)相鄰，東鄰山西地塊的呂梁山隆起。

根據(jù)盆地現(xiàn)今構造形態(tài)、基底性質(zhì)及構造特征，盆地可劃分為伊盟隆起、渭北隆起、晉西撓褶帶、陜北斜坡、天環(huán)拗陷及西緣沖斷構造帶6個一級構造單元，研究區(qū)位于伊陜斜坡東南部黃陵縣附近(圖1)。

圖1 鄂爾多斯盆地黃陵地區(qū)構造位置圖Fig.1 Tectonic location of Huangling area

晚三疊世受南部勉略有限洋盆關閉的影響，盆地進入坳陷持續(xù)發(fā)展和穩(wěn)定沉降演化階段，堆積了一套以河流?湖泊相為主的陸源碎屑沉積建造。晚三疊世延長期為三角洲建設時期，主要發(fā)育北東物源方向的大型曲流河三角洲沉積體系以及西南物源方向的辮狀河三角洲沉積體系，夾持于其間的北西?南東方向的半深湖?深湖體系中發(fā)育了大量典型的濁流沉積。該區(qū)的濁流沉積主要發(fā)育在長 6時期，此時為半深湖?深湖環(huán)境，自北東向南西方向展布的曲流河三角洲逐漸大規(guī)模向湖盆中心推進，大量碎屑物質(zhì)堆積在三角洲前緣，并不斷向前加積。在某種陣發(fā)性偶然因素(如火山、地震、風暴等)誘發(fā)下[5?8]，三角洲前緣松散沉積物向前滑塌，形成滑塌濁積巖?；鷿岱e巖其在平面上分布不大，常呈片狀和舌狀等；在剖面上呈透鏡狀，可分為中心相和邊緣相。中心相中往往發(fā)育中厚層(幾十厘米到幾米)濁積巖，而邊緣相則以薄層(幾厘米到三四十厘米)濁積巖為主。

2 巖石學特征、重礦物組合及其平面分布規(guī)律

2.1 巖石學特征

濁積巖主要為薄層和中厚層灰色細砂巖、粉砂巖夾深灰色?灰黑色泥巖、泥質(zhì)粉砂巖和粉砂質(zhì)泥巖。

延長組長 6濁積巖砂巖碎屑中石英質(zhì)量分數(shù)為19.10%～32.18%，平均為 26.31%，長石質(zhì)量分數(shù)為59.77%～75.86%，平均為 66.28%，巖屑質(zhì)量分數(shù)為3.03%～17.58%，平均為7.41%，主要為巖漿巖巖屑和變質(zhì)巖巖屑，碎屑云母及沉積巖巖屑含量較少。

長6油層組濁積巖的膠結物主要為方解石，平均為6.53%(1%～28%)，其次為少量石英次生加大和綠泥石膠結物。長6濁積巖碎屑顆粒粒徑分布在0.01～0.20 mm之間，以細砂狀和粉砂狀結構為主，磨圓度差，絕大部分是以棱角狀?次棱角狀為主(圖2)。顆粒之間以點?線接觸為主，多為雜基支撐(圖2(a))。膠結類型主要以孔隙接觸式(圖 2(b))和基底式膠結為主，其次還有少量的壓嵌式、薄膜式膠結和雜亂式膠結。總之，濁積巖的碎屑顆粒通常為大小混雜、棱角分明、雜亂無章的排列(圖2)。

2.2 重礦物組合及其平面分布規(guī)律

重礦物及其組合能較多地保留其母巖的特征，是物源變化和源區(qū)母巖極為敏感的指示劑。研究表明：鄂爾多斯盆地延長組長6段的重礦物組合具有明顯的分帶性及東西分異性，即由盆地外圍向盆地內(nèi)大致呈中等穩(wěn)定重礦物組合區(qū)—穩(wěn)定重礦物組合區(qū)—最穩(wěn)定重礦物組合區(qū)依次分布的趨勢(圖3)。

圖2 黃陵地區(qū)長6油層組濁積巖顯微照片F(xiàn)ig.2 Microfeatures for turbidites of Chang 6 Formation in thin sections of Huangling area

圖3 鄂爾多斯盆地上三疊統(tǒng)延長組長6段重礦物組合分區(qū)及物源方向分析圖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 中等穩(wěn)定重礦物組合區(qū)

(1) 石榴石+磁鐵礦+榍石+綠簾石組合區(qū)：分布在東部的神木—米脂—子洲—子長—延安—甘泉—宜川一線以東一帶，石榴石質(zhì)量分數(shù)平均為50%，其次是磁鐵礦，平均為25%，榍石+綠簾石質(zhì)量分數(shù)為15%，含少量鋯石和白鈦礦，分別約為7%和1.5%，金紅石+電氣石的質(zhì)量分數(shù)一般小于1%。

(2) 石榴石+鋯石+榍石+綠簾石組合區(qū)：分布在北部的烏審旗—神木—榆林—靖邊一帶。

(3) 石榴石+鋯石組合區(qū)：主要分布在西北部的鹽池—定邊—環(huán)縣以西及南部的寧縣—正寧—銅川—旬邑—麟游一帶。石榴石質(zhì)量分數(shù)一般大于65%，最高可達90%以上，鋯石一般為20%左右，其次含少量白鈦礦及榍石+綠簾石。

(4) 石榴石+榍石+綠簾石組合區(qū)：主要分布在西南部的西峰—鎮(zhèn)原—涇川—崇信—平?jīng)觥A亭及西北部的石溝驛一帶。

2.2.2 穩(wěn)定重礦物組合區(qū)

(1) 石榴石+鋯石+白鈦礦組合區(qū)：主要分布在延安—安塞—志丹—安邊—環(huán)縣東的部分地區(qū)，呈半環(huán)帶狀展布，以穩(wěn)定重礦物石榴石為主，其次是鋯石，白鈦礦一般為15%～20%。在靠近東部的石榴石+磁鐵礦+榍石+綠簾石組合區(qū)的地區(qū)，含少量的磁鐵礦、榍石和綠簾石。

(2) 鋯石+石榴石+白鈦礦組合區(qū)：主要分布在盆地東南的黃龍—黃陵—洛川—富縣—直羅一帶，以鋯石為主，其次為石榴石和白鈦礦。

2.2.3 最穩(wěn)定重礦物組合區(qū)

鋯石+白鈦礦組合區(qū)：基本位于盆地中心，在志丹—吳起—華池—慶陽—合水所圍限的范圍內(nèi)。以最穩(wěn)定重礦物鋯石占絕對優(yōu)勢為特征，白鈦礦質(zhì)量分數(shù)為5%～8%，其次為少量石榴石、金紅石和電氣石。

依據(jù)搬運過程中，不穩(wěn)定重礦物隨著搬運距離的增大而逐漸減少，反之穩(wěn)定重礦物的相對含量則逐漸增加的基本規(guī)律，北東方向應是研究區(qū)延長組長6濁積巖的主要物源方向。

3 地球化學特征

沉積巖中的稀土元素(REE)以及 Th，Sc，Cr和Co 等微量元素難溶、相對穩(wěn)定, 主要呈顆粒物質(zhì)搬運，并快速進入細粒沉積物中，在沉積和變質(zhì)作用過程中具有較強的抗遷移性[3]，后期的風化作用、成巖作用和蝕變作用對其的影響相對較弱，其稀土元素特征主要受控于物源區(qū)的巖石組成，可反映源巖的地質(zhì)特征[9]。因此，沉積巖中的稀土元素特征在追蹤物源方面可以提供源區(qū)母巖組成的信息[4]，并能與沉積學示蹤源區(qū)研究結果進行相互印證[10]。

圖4 研究區(qū)長6泥巖與盆地周緣源區(qū)巖石稀土元素配分模式圖(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

黃陵地區(qū)上三疊統(tǒng)延長組長61油層組4個泥巖樣品稀土總量 ΣREE 為(168.50～209.06)×10?6，其[w(La)/w(Yb)]N= 22.89～30.53，δEu=0.62～0.78。長 62油層組 5個泥巖樣品稀土總量 ΣREE為(186.67～230.33)×10?6，其[w(La)/w(Yb)]N=23.41～29.40，δEu=0.65～0.75。長63油層組濁流沉積6個泥巖樣品稀土總量變化范圍較大，稀土總量 ΣREE變化范圍為(143.35～284.72)×10?6，其[w(La)/w(Yb)]N=22.33～29.42，δEu=0.64～0.78。從延長組長6濁積巖稀土元素配分模式圖(圖4)可以看出：濁流沉積泥巖顯示了相對一致的稀土特征，總體上稀土總量為中等—較高，輕、重稀土分餾不明顯，呈現(xiàn)銪微正異常的弱右傾稀土譜型(圖 4(a))。

這與盆地西南緣(圖 4(b))、西北緣(圖 4(c))、東緣[12?13](圖 4(d))及南緣[14](圖 4(e))的各巖石樣品稀土元素配分模式圖均有不同，而與盆地東北緣花崗片麻巖稀土元素配分模式圖比較類似(圖4(f))。

圖5 研究區(qū)長6濁積巖與盆地東北緣源區(qū)巖石微量元素比值圖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異是不同地區(qū)沉積作用等造成的。因此，這些比值不但可以反映各地區(qū)沉積作用的不同，還指示了沉積巖地球化學特征和各區(qū)域地球化學的習性，并在一定程度上反映了源區(qū)母巖組成的不同[15]，是沉積物源區(qū)的良好指示標志[4, 10, 16]。

從 w(Th)/w(U)，w(La)/w(Sm)，w(Nb)/w(Ta)，w(Th)/w(Hf)和w(Gd)/w(Yb)等元素比值圖(圖5)可以看出：盆地延長組長61、長62、長63油層組與呂梁山前寒武紀野雞山群火山巖[12]、呂梁山界河口群變質(zhì)基性火山巖[13]、內(nèi)蒙古大青山片麻巖[17]、石榴混合花崗巖[18]和東北緣花崗巖、變質(zhì)巖樣品的投影區(qū)域一致，顯示出與盆地東北緣有較好的親緣性。

華北地塊南緣熊耳群[14]與延長組長61、長62、長63油層組 w(Th)/w(U)，w(La)/w(Sm)，w(Nb)/w(Ta)和w(Gd)/w(Yb)等元素比值比較接近，但是熊耳群 La、Sm、Gd和Yb的含量明顯比延長組長61、長62、長63油層組的含量高；在w(Th)/w(Hf)元素比值圖中，熊耳群與延長組長 61、長62和長63油層組的比值明顯不同?？梢?，盆地南部和東南部并不是黃陵地區(qū)的主要物源區(qū)(圖5)。

4 源區(qū)母巖性質(zhì)及構造背景討論

4.1 母巖特征

已有研究表明：Gd和Yb在沉積過程中受地質(zhì)作用的干擾較小，一經(jīng)封閉到沉積地層中，其含量就很難改變。由于地球演化初期巖石中的Gd 含量一般較高，隨時間演變和元素的分餾作用，地層中Gd 的含量趨于降低，w(Gd)/w(Yb)也隨地層時代的變新而逐漸變小。通常，太古代地層的w(Gd)/w(Yb)多大于2.0，而后太古代地層則小于2.0[4,10]。盆地延長組濁流沉積(長 61、長 62、長 63油層組)泥巖樣品的 w(Gd)/w(Yb)大部分大于2.0，比例為86.7%，其母巖主要為太古代地層。

4.2 源區(qū)構造背景

沉積盆地的性質(zhì)及其沉積物與物源區(qū)大地構造背景具有一定的對應關系[19]，因此，可以依據(jù)盆地沉積物組成來推測物源區(qū)構造背景和盆地構造屬性。

根據(jù)黃陵地區(qū)濁流沉積砂巖碎屑礦物定量統(tǒng)計結果，利用Dickinson等[19]的陸相碎屑砂巖QmFLt三角判別圖對物源區(qū)的構造環(huán)境進行了判別(圖6)，黃陵地區(qū)濁流沉積砂巖樣品大部分落在隆升基底，表明長61、長 62和長 63油層組物源主要來自大陸地塊的穩(wěn)定地盾和地臺或隆起陸塊區(qū)。

4.3 物源討論

4.3.1 西南方向物源

三疊紀以來，鄂爾多斯盆地西南部緊鄰祁連山-北秦嶺的結合部位，結合部位出露地層由中元古界隴山群與葫蘆河群、震旦系—奧陶系李子園群、上奧陶統(tǒng)陳家河組及二疊系—三疊系碎屑巖組成，成為鄂爾多斯盆地西南部地區(qū)延長組沉積期的豐富物源。其稀土元素總量為中等?較高，配分模式呈現(xiàn)為輕、重稀土分餾強、銪中等?弱負異常的右傾譜型[10]。與黃陵地區(qū)延長組長6油層組輕、重稀土分餾不明顯、呈現(xiàn)銪微正異常的弱右傾稀土譜型明顯不同。

圖6 研究區(qū)長61、長62和長63砂巖Qm-F-Lt 圖解(底圖據(jù)文獻[19])Fig.6 QmFLt diagram of Chang 6 Formation sandstones

盆地西南緣各剖面和西峰地區(qū)長 8樣品w(Gd)/w(Yb)大于2.0的比例分別為40%和40.9%，而盆地延長組濁流沉積(長61、長62、長63油層組)泥巖樣品的w(Gd)/w(Yb)大部分大于2.0，比例為86.7%。

這共同說明盆地西南緣并不是黃陵地區(qū)上三疊統(tǒng)延長組長6濁積巖沉積時期的主要物源區(qū)。

4.3.2 南緣及東南方向物源

晚三疊世受古特提斯海擴張和華北地塊逆時針旋轉(zhuǎn)的共同影響，鄂爾多斯盆地及其周緣地區(qū)處于拉張松弛狀態(tài)，發(fā)育了南陡北緩、南深北淺的慶陽—銅川坳陷，在河南南召和濟源分別發(fā)現(xiàn)的典型濁積巖(圖7)證實此時的深湖區(qū)范圍向東可一直延伸至河南洛陽—鄭州一帶(圖8)。因此研究區(qū)的濁積巖物源不可能來自盆地南緣及東南緣。

盆地東南緣 10組樣品其稀土元素總量為中等—較高，配分模式同樣呈現(xiàn)為輕、重稀土分餾強、Eu弱—中等負異常的右傾譜型[10]。南部熊耳群為典型的“雙峰式”火山巖，鎂鐵質(zhì)、長英質(zhì)巖石 LILE富集，Eu異常弱—較明顯，稀土元素配分模式同樣呈現(xiàn)右傾譜型[14]，它們與黃陵地區(qū)延長組長6油層組稀土譜型明顯不同。

南緣熊耳群28個樣品w(Gd)/w(Yb)大于2.0的比例為35.7%[14]，與盆地延長組濁流沉積(長61、長62、長 63油層組)泥巖樣品的w(Gd)/w(Yb)大部分大于 2.0的比例明顯不同。

圖7 濁積巖野外露頭Fig.7 Outcrop in field of turbidite

圖8 華北地臺西部晚三疊世中期原型盆地Fig.8 Prototype basin of western part of North China platform in middle period of Late Triassic

可見，盆地南緣和東南緣同樣不是黃陵地區(qū)上三疊統(tǒng)延長組長6濁積巖沉積時期的主要物源區(qū)。

4.3.3 東緣與東北方向物源

黃陵地區(qū)延長組長6濁流沉積泥巖樣品稀土配分模式與盆地東北緣結晶基底變質(zhì)巖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)等微量元素比值圖中，長6濁流沉積泥巖樣品與盆地東緣、東北緣太古界和元古界變質(zhì)巖顯示出良好的親緣性。

長61、長62和長63油層組泥巖樣品的w(Gd)/w(Yb)大部分與東北緣太古界和元古界變質(zhì)巖 w(Gd)/w(Yb)范圍比較接近(w(Gd)/w(Yb)＞2.0的比例是 85%)，而與西南緣、南緣和東南緣的 w(Gd)/w(Yb)范圍明顯不一樣[10, 14]。

受晚三疊世印支運動的影響，華北古板塊北部天山—興蒙海槽處于俯沖階段[10]，太古界、元古界變質(zhì)巖被抬升剝蝕，該隆升基底為長6濁流沉積提供了物源。

綜上所述，黃陵地區(qū)濁流沉積長6油層組物源應主要來自盆地東北緣造山帶的太古界、元古界變質(zhì)巖。

5 結論

(1) 黃陵地區(qū)長 6濁積砂巖長石含量高，巖性為長石砂巖，成分成熟度、結構成熟度均低，泥巖為深灰色—灰黑色泥巖，具有濁流沉積的典型的巖石學特征。

(2) 泥巖顯示了相對一致的稀土特征，總體上稀土總量中等—較高，輕、重稀土分餾不明顯，呈現(xiàn)銪微正異常的弱右傾稀土譜型，與盆地東北緣花崗片麻巖配分模式較為一致；微量元素比值圖和w(Gd)/w(Yb)值(大部分大于 2)表明其與盆地東北緣的太古界和元古界變質(zhì)巖具有良好的親緣性，西南緣、南緣和東南緣不是其主要物源區(qū)。

(3) 砂巖樣品在構造環(huán)境判別圖中大部分落在隆升基底，長6沉積巖沉積時期盆地東北緣已經(jīng)褶皺隆升造山。

(4) 長 6濁積巖物源主要來自盆地東北部基底隆升的造山帶。

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