鄂爾多斯盆地侏羅系延安組源－匯系統(tǒng)特征及古地理格局

摘要 鄂爾多斯盆地中侏羅統(tǒng)延安組是印支運(yùn)動(dòng)后滯效應(yīng)后，受周緣造山帶多物源系統(tǒng)影響的一套含煤碎屑巖地層，煤炭及油氣等資源勘探潛力巨大。通過(guò)輕礦物、重礦物、古流向、主微量及稀土元素等進(jìn)行物源分析，結(jié)合前人研究成果，開(kāi)展了盆地延安組源-匯系統(tǒng)特征研究。結(jié)果表明，盆地延安組受來(lái)自北部陰山古陸、西北部阿拉善古陸、西南部祁連古陸及南部北秦嶺造山帶4個(gè)源-匯系統(tǒng)的影響。在源-匯系統(tǒng)分區(qū)的基礎(chǔ)上深化了古地理格局認(rèn)識(shí)，延安組在前侏羅紀(jì)溝壑縱橫的地貌基礎(chǔ)上，受4個(gè)不同古陸風(fēng)化剝蝕搬運(yùn)沉積過(guò)程差異的影響，形成了以盆地中部延安—東南部濟(jì)源地區(qū)為沉積中心的陸相含煤碎屑巖沉積，自盆地邊緣至匯水區(qū)，沖積扇-辮狀河-曲流河-三角洲-湖泊沉積有序變化，其中以西北、北部源-匯系統(tǒng)沉積規(guī)模最大，是盆地勘探重點(diǎn)。研究結(jié)果對(duì)于深入理解不同物源體系影響下的各類儲(chǔ)層特征及儲(chǔ)層預(yù)測(cè)等具有理論和現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞 源-匯系統(tǒng);古地理格局;延安組;鄂爾多斯盆地

中圖分類號(hào)：P512.2 "DOI：10.16152/j.cnki.xdxbzr.2024-06-014

Characteristics and paleogeographic pattern of source-to-sink

system of the Jurassic Yan’an Formation in Ordos Basin

YUAN Zhen1，2， SI Haojie1，2， MA Yao1，2， CHEN Lijun3，GUO Yanqin1，2， SUN Nan1，2

（1.School of Earth Science and Engineering， Xi’an Shi You University， Xi’an 710065， China;

2.Shaanxi Key Laboratory of Petroleum Accumulation Geology， Xi’an Shi You University， Xi’an 710065， China;

3.Exploration and Development Technology Research Center of Yanchang Oilfield Co.， Ltd.， Yan’an 718500， China）

Abstract The middle-Jurassic Yan’an Formation in Ordos Basin is a set of coal-bearing clastic strata influenced by multiple source systems of the peripheral orogenic belt after the lag effect of the Indosinian movement. The coal and oil-gas resources show great exploration potential.This paper investigates the provenance analysis based on the characteristics of light minerals， heavy minerals， paleo-flow， major， trace and rare earth elements. And the characteristics of source-to-sink system of Yan’an Formation in Ordos Basin are studied based on previous research results.The result shows that the Yan ’an Formation in Ordos Basin is influenced by four source-to-sink systems from Yinshan ancient land in the north， Alxa ancient land in the northwest， Qilian ancient land in the southwest and north Qinling orogenic belt in the south. This paper deepens the understanding of paleogeographic pattern on the basis of source-to-sink system partition： on the basis of the ravines crossbar landform in the pre-Jurassic period， the Yan’an Formation was influenced by the difference of weathering， denudation-transport and deposition processes in four different ancient terrigenous source areas. Yan’an Formation formed continental coal-bearing clastic rock deposits with Yan’an in the middle-Jiyuan in the southeast as the depositional center. Alluvial fan-braided river-meander river-delta-lake deposition changes from basin margin to catchment area in an orderly manner. The northwestern and northern source-to-sink system has the largest sedimentary scale.And it is the focus of basin exploration. It is concluded that the results have theoretical and practical significance for further understanding of various reservoir characteristics and reservoir prediction under the influence of different provenance systems.

Keywords source-to-sink system; paleogeographic pattern; Yan’an Formation; Ordos Basin

印支運(yùn)動(dòng)時(shí)期（257～205 Ma）中國(guó)大地構(gòu)造發(fā)生重大轉(zhuǎn)折，此時(shí)古中國(guó)大陸的框架得以形成［1-2］，侏羅紀(jì)時(shí)中國(guó)大陸約四分之三結(jié)束了巖石圈板塊的漂移、碰撞，完成了焊合，形成了中國(guó)大陸的雛形［3］。鄂爾多斯盆地正是太平洋板塊和特提斯洋殼強(qiáng)烈作用于古亞洲大陸的結(jié)果［2］，是印支運(yùn)動(dòng)后的多旋回疊合盆地［4］。鄂爾多斯侏羅紀(jì)盆地是印支運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)物，在晚三疊世大型坳陷盆地的性質(zhì)上，經(jīng)過(guò)充填-隆升-緩慢沉降后形成的近南北向的波狀坳陷［5］。早、中侏羅世鄂爾多斯盆地及其周緣地區(qū)整體處于區(qū)域微伸展松弛狀態(tài)，盆地均衡沉降，構(gòu)造作用不明顯［6］，因此侏羅系沉積記錄保存良好。盆地周緣則在印支運(yùn)動(dòng)的后效作用下形成了一系列邊界擠壓變形帶［7-8］，受古地理及古氣候的約束，侏羅紀(jì)鄂爾多斯盆地內(nèi)部東緩西陡，沉積中心東遷，并形成一套穩(wěn)定含煤碎屑巖系。前人對(duì)鄂爾多斯盆地侏羅系開(kāi)展過(guò)原型盆地及煤、石油、砂巖型鈾礦等資源的研究［9-21］。對(duì)于盆地侏羅紀(jì)沉積環(huán)境的研究多集中于傳統(tǒng)的沉積相研究方法，為了深化認(rèn)識(shí)延安期古地理格局，為后續(xù)評(píng)價(jià)富砂程度和儲(chǔ)層品質(zhì)提供參考，本文將侏羅系物源形成、搬運(yùn)與沉積體系作為整體，從源-匯系統(tǒng)角度來(lái)研究其耦合關(guān)系，以期能更好地認(rèn)識(shí)沉積物沉積充填過(guò)程，同時(shí)更全面地對(duì)砂體形成條件進(jìn)行分析，這些對(duì)于深時(shí)古環(huán)境研究與各種沉積礦產(chǎn)勘探具有重要的預(yù)測(cè)作用［22］。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

鄂爾多斯盆地位于華北克拉通西部，盆地周邊活動(dòng)性強(qiáng)，盆內(nèi)則相對(duì)穩(wěn)定，按構(gòu)造特征可劃分為伊盟隆起、西緣逆沖帶、天環(huán)向斜、陜北斜坡、晉西撓褶帶、渭北隆起6個(gè)次級(jí)構(gòu)造單元（見(jiàn)圖1），區(qū)內(nèi)出露地層以中、新生代地層為主，其中侏羅系從下至上劃分為富縣組（J1f）、延安組（J2y）、直羅組（J2z）、安定組（J2a）和芬芳河組（J2f）［16］，本研究的目的層中侏羅統(tǒng)延安組全盆發(fā)育，在盆地內(nèi)厚度為100～300 m，為一套灰色粗到細(xì)砂巖（局部地區(qū)見(jiàn)含礫砂巖）、粉砂巖、泥巖及灰黃色砂巖夾煤層的一套碎屑巖系，前人按生物化石組合特征，自下而上可劃分為5段（見(jiàn)圖2）。

受印支運(yùn)動(dòng)影響，晚三疊世延長(zhǎng)期至早侏羅世富縣期華北陸塊處于隆升剝蝕階段，鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組地層遭受了長(zhǎng)期且較大范圍的侵蝕與切割作用，延長(zhǎng)組侵蝕面被雕刻成“千溝萬(wàn)壑、坡洼漫延、高地與殘丘并存”的古地貌組合［24］。早侏羅世富縣期開(kāi)始，盆地出現(xiàn)小幅構(gòu)造沉降，盆地內(nèi)剝蝕與沉積作用共存，表現(xiàn)為早侏羅系地層在微角度不整合面之上的溝谷洼地充填沉積。受此古地貌的控制，中侏羅世開(kāi)始，在燕山運(yùn)動(dòng)的作用下，盆地下沉接受沉積，延安組沉積期沉積了一套重要的內(nèi)陸含煤碎屑沉積［17，25］，中侏羅世延安期盆地進(jìn)入繁榮發(fā)育期。彼時(shí)盆地的沉積范圍遠(yuǎn)大于今天的鄂爾多斯盆地，其北部邊界與現(xiàn)今差異不大，以伊盟隆起為界，西北部以賀蘭山西緣斷裂帶為界與阿拉善古陸相鄰，西南部與賀蘭—六盤山構(gòu)造帶相鄰，南部以渭河斷陷為界與北秦嶺造山帶相鄰，東部邊界應(yīng)在太行山（呂梁山并未隆起提供物源）［10，18-19］。盆地形態(tài)不同于現(xiàn)今矩形盆地，而呈現(xiàn)“正方形”盆地形態(tài)（見(jiàn)圖3）。穩(wěn)定的構(gòu)造背景以及周緣古陸帶來(lái)的豐沛陸源碎屑物供給，中侏羅統(tǒng)延安組在盆地內(nèi)出現(xiàn)了河流與湖沼頻繁交織的煤系地層，成為了鄂爾多斯盆地最重要的含油氣層和含煤層。

2 樣品采集與測(cè)試方法

實(shí)驗(yàn)測(cè)試所用的延安組樣品取自盆地周緣野外露頭及盆地內(nèi)11口探井的95塊鉆井巖芯，樣品在取芯后保存較好且未受風(fēng)化。對(duì)30塊泥巖樣品分別使用X射線熒光光譜儀（XRF）和電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS）進(jìn)行主量元素分析測(cè)定和微量元素分析測(cè)定（誤差lt;5％）［27］，利用ICP-MS進(jìn)行稀土元素分析測(cè)定。選取30塊砂巖樣品，稱取樣品不少于200 g，經(jīng)過(guò)洗油、酸處理、磨樣沖洗、烘干、篩分等處理后，在體視鏡下進(jìn)行粒徑的選擇和計(jì)數(shù)（每件樣品不少于300顆）開(kāi)展重礦物鑒定及分析。本研究所需分析測(cè)試項(xiàng)目在西北大學(xué)大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室及西安阿伯塔分析測(cè)試中心完成，實(shí)驗(yàn)手段先進(jìn)，數(shù)據(jù)可靠。

3 物源分析

3.1 輕礦物特征

沉積物在長(zhǎng)距離的水流搬運(yùn)過(guò)程中，隨搬運(yùn)距離增加，碎屑礦物組分會(huì)發(fā)生規(guī)律變化，即隨著搬運(yùn)距離增加，砂巖中穩(wěn)定組分（石英）所占比例增大，成分成熟度愈高，不穩(wěn)定組分（長(zhǎng)石、巖屑）含量則相對(duì)減少［28］。在顯微鏡下對(duì)延安組65塊樣品進(jìn)行薄片鑒定及統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)表明，盆地內(nèi)延安組砂巖中碎屑顆粒組分占60.12%～80.10％，石英含量為50.50％～75.32％，長(zhǎng)石為25.25％～40.13％，巖屑為1.15%～17.45％，巖性為長(zhǎng)石石英砂巖、長(zhǎng)石砂巖、巖屑長(zhǎng)石砂巖和長(zhǎng)石巖屑砂巖。同時(shí)進(jìn)行石英、長(zhǎng)石、巖屑礦物的餅圖繪制，將其按樣品位置投到平面圖中，開(kāi)展輕礦物分區(qū)研究（見(jiàn)圖4）。

根據(jù)樣品Qt-F-L輕礦物餅圖結(jié)果，可大致劃分為3個(gè)區(qū)域（見(jiàn)圖4）：①汝箕溝—定邊以東的西部區(qū)域輕礦物以低成分成熟度的巖屑砂巖及巖屑長(zhǎng)石砂巖為主;②鄂爾多斯以南—延安—黃陵地區(qū)，以巖屑長(zhǎng)石砂巖為主，與西部區(qū)域比較，石英平均含量較高，且具有北低南高的趨勢(shì)，而長(zhǎng)石、巖屑平均含量則具有相反的變化趨勢(shì);③慶陽(yáng)—合水以南的區(qū)域，以巖屑長(zhǎng)石砂巖為主，但巖屑含量明顯較鄂爾多斯以南—延安—黃陵地區(qū)高。整體看，輕礦物成分平面分布較復(fù)雜，多物源及搬運(yùn)距離的遠(yuǎn)近不同造成輕礦物平面分異較強(qiáng)，上述3個(gè)輕礦物分布區(qū)域初步表明延安組物源來(lái)自西北、東北及南部3個(gè)方向的物源區(qū)。

3.2 重礦物特征

母巖類型決定沉積物中重礦物組合不同，因此，重礦物特征分析是物源分析的重要手段。一般來(lái)說(shuō)，隨著搬運(yùn)距離增加，穩(wěn)定重礦物在重礦物組合中所占比例會(huì)逐漸增大，不穩(wěn)定重礦物則會(huì)逐漸減少［10］。在前人研究的基礎(chǔ)上［18，21］，將部分區(qū)域延安組的砂巖樣品進(jìn)行重礦物含量統(tǒng)計(jì)分析，在重礦物百分含量餅狀平面圖上可見(jiàn)明顯的分布規(guī)律（見(jiàn)圖5）。

延安組重礦物主要為鋯石（22.08％～78.10％）、石榴子石（13.11％）、電氣石（7.51％）、磁鈦鐵礦

等鐵礦（4.42％）、金紅石（4.52％～34.13％）等。根據(jù)研究區(qū)內(nèi)各重礦物平均百分含量的差異，可劃分出比輕礦物組合更詳細(xì)的分區(qū)：①西北部的“鋯石+鐵礦”為主的重礦物組合;②北部的“高石榴子石+鋯石”組合;③西南部的“高鋯石+電氣石+磁鐵礦+金紅石”組合;④南部的“高鋯石+較高電氣石+少金紅石”組合。相較于輕礦物特征，重礦物更易區(qū)分物源分區(qū)。

3.3 古流向特征

通過(guò)野外露頭中交錯(cuò)層理（前積層方位）的測(cè)量可分析古水流方向，收集前人的古流向資料［10，18-21］，通過(guò)古流向玫瑰花圖平面分布（見(jiàn)圖6），了解延安組沉積時(shí)流體的搬運(yùn)方向。古水流向的局部變化是復(fù)雜的，但總體看是有規(guī)律的。野外露頭測(cè)得的延安組沉積期古流向表現(xiàn)出4個(gè)主要方向。

①古流向在107°～230°，沉積物搬運(yùn)方向是由北向南，推測(cè)來(lái)自北部物源方向;②古流向在98°～167°，沉積物由西北向東南方向搬運(yùn)，推測(cè)物源來(lái)自西北方向;③古流向在5°～87°，沉積物由西南向東北方向的搬運(yùn)，推測(cè)來(lái)自西南物源方向;④古流向在6°～34°，沉積物由南向北搬運(yùn)，推測(cè)來(lái)自南部物源方向。進(jìn)一步判斷出鄂爾多斯盆地具有較為復(fù)雜的沉積搬運(yùn)體系，盆地延安組沉積物來(lái)自盆地周緣4個(gè)方向的古陸，分別為西北物源體系、北部物源體系、西南物源體系、南部物源體系。

3.4 稀土元素特征

稀土元素（rore earth elements，REE）是一類具有特殊地球化學(xué)性質(zhì)元素的總稱，包括了元素周期表中第三周期第三副族、原子序數(shù)從57到71的鑭元素，以及與稀土元素性質(zhì)相似的39號(hào)元素Y。沉積物在風(fēng)化、搬運(yùn)、成巖作用及蝕變過(guò)程中，對(duì)REE影響較弱，因此稀土元素含量是受物源成分控制的［29］。稀土元素中一些元素（δCe，δEu）異?；蛘咚鼈冎g的關(guān)系〔LREE／HREE、（La／Yb）N〕與母巖有重要的親緣關(guān)系［30-32］。因此，可以通過(guò)稀土元素配分曲線的形態(tài)（高、低以及傾斜程度）和元素異常特征來(lái)探尋沉積巖的物源性質(zhì)。本研究使用Boynton球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化處理［33］開(kāi)展了延安組巖石稀土元素特征分析，挑選其中10個(gè)具有代表性的泥巖樣品數(shù)據(jù)繪制稀土元素配分模式圖（見(jiàn)圖7、表1），與前人已有的盆地周緣古陸稀土元素配分模式圖進(jìn)行對(duì)比，可推測(cè)研究區(qū)樣品來(lái)自什么性質(zhì)的源區(qū)系統(tǒng)。

對(duì)比發(fā)現(xiàn)，前人的延安組野外剖面樣品與本研究樣品中的REE均表現(xiàn)出LREE（富集）與HREE（虧損）明顯分異，配分模式圖表現(xiàn)為“右傾”，其中Eu元素負(fù)異常明顯。與收集的周緣古陸或造山帶的REE數(shù)據(jù)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，大部分的樣品表現(xiàn)出與盆地北部的物源系統(tǒng)相關(guān)，特別是古老基底中的閃長(zhǎng)片麻巖、千枚巖等變質(zhì)巖以及中-酸性等侵入巖，其余樣品與阿拉善古陸古老基底中的片麻巖、麻粒巖等變質(zhì)巖、酸性侵入巖相關(guān)，與南部北秦嶺的侵入巖有關(guān)，受樣品點(diǎn)制約未見(jiàn)與西南物源相關(guān)區(qū)域，但從前人研究成果可以發(fā)現(xiàn)［20］，西南物源確實(shí)有為侏羅系提供物質(zhì)輸送。整體看西北及北部物源是延安組沉積物的主要物源提供者，西南及南部物源提供的物源有限。

3.5 物源區(qū)歸屬

綜合輕、重礦物組合和REE特征的分析，推斷鄂爾多斯盆地延安組坳陷湖盆沉積物可能來(lái)自4個(gè)方向的物源系統(tǒng)，盆地周緣古陸特征顯著，這些古陸對(duì)盆地的形成和演化起到了關(guān)鍵作用。前人對(duì)鄂爾多盆地周緣古陸的研究［20-21］，為明確盆地延安組沉積物的源-匯系統(tǒng)提供了重要依據(jù)，盆地4個(gè)方向的源區(qū)系統(tǒng)特征如下。

3.5.1 西北部阿拉善源區(qū)系統(tǒng)

阿拉善古陸指位于祁連山以北，賀蘭山以西和中亞造山帶以南的地區(qū)，多數(shù)學(xué)者認(rèn)為其形成與古亞洲洋的俯沖與閉合密切相關(guān)［35-36］，其基底是古元古代形成的，中—新元古代進(jìn)一步發(fā)展，古生代巖漿活動(dòng)廣泛、中生代東西向的強(qiáng)烈構(gòu)造擠壓使其“活化”，形成隆起并出現(xiàn)剝蝕作用。阿拉善地塊的前寒武紀(jì)變質(zhì)巖基底分布較廣，以古老的片麻巖、斜長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖等副變質(zhì)巖為主［20］。

3.5.2 北部陰山源區(qū)系統(tǒng)

受古亞洲洋向南部華北地塊俯沖影響，晚石炭世—中二疊世于盆地北緣形成了古陰山褶皺造山帶，該造山帶自西向東由狼山、色爾騰山、烏拉山、大青山組成。盆地初次接受來(lái)自盆地北緣的物源供應(yīng)。至二疊紀(jì)末受興蒙造山帶的構(gòu)造影響，陰山造山帶相對(duì)隆起，華北陸塊北部發(fā)育大量因洋殼俯沖形成的火山弧，鄂爾多斯地塊轉(zhuǎn)變?yōu)榛『笄瓣懪璧兀?7］。板塊俯沖和碰撞的同時(shí)形成了大量巖漿記錄，故二疊紀(jì)末—三疊紀(jì)北緣表現(xiàn)為碰撞／后造山巖漿作用特征［9，25］。早三疊世蒙古陸塊與華北陸塊碰撞結(jié)束，受軟流圈和深部漫源物質(zhì)上涌影響，先前形成的古老基底被基性巖漿侵入、熔融，巖石圈伸展破裂，鄂爾多斯盆地進(jìn)入了張性伸展發(fā)展階段［25］。早—中侏羅世華北陸塊北部造山作用較弱，二疊紀(jì)—三疊紀(jì)形成的火山巖體逐漸被剝蝕，基底暴露。由集寧群（Ar1-2）的麻粒巖、片麻巖及角閃巖，烏拉山群（Ar3）的片麻巖、角閃巖及深變質(zhì)巖系，元古代色爾騰山群（Pt1）的片麻巖、混合巖，二道凹群的大理巖、綠片巖，渣爾泰山群（Pt2）的石英巖、變質(zhì)砂礫巖等組成的基底［21］物質(zhì)被剝蝕，持續(xù)為此時(shí)的鄂爾多斯大型內(nèi)陸盆地提供物源。

3.5.3 西南部北祁連源區(qū)系統(tǒng)

位于盆地西南緣的祁連造山帶由上奧陶統(tǒng)陳家河組（O3ch）和震旦系-中奧陶統(tǒng)葫蘆河組（Z-O2hl）變質(zhì)巖地層、古元古代的隴山巖群（Pt1L）黑云母斜長(zhǎng)角閃片（麻）巖-富鋁質(zhì)及長(zhǎng)英質(zhì)片（麻）巖-鈣硅酸鹽巖-白云大理巖組成，它們?yōu)榕璧靥峁┝碎L(zhǎng)英質(zhì)和基性巖漿巖物源區(qū)［21］。

3.5.4 南部北秦嶺源區(qū)系統(tǒng)

以商丹斷裂帶和洛南—欒川—方城斷裂帶為界，秦嶺造山帶劃分為北秦嶺和南秦嶺［38］，對(duì)鄂爾多斯盆地的形成有劃時(shí)代意義的加里東造山運(yùn)動(dòng)后（PZ2），北秦嶺造山帶不再是一個(gè)單獨(dú)的地質(zhì)單元，與盆地南緣作為整體，具有了相同的演化背景，屬于陸內(nèi)造山帶的調(diào)整階段［39-40］。北秦嶺的主體由古元古代結(jié)晶的秦嶺巖群（Pt1）及中元古代-青白口寬坪巖群（Pt2）組成。前者是一套經(jīng)歷多期變質(zhì)變形改造的變質(zhì)雜巖，由片麻巖、斜長(zhǎng)角閃巖、大理巖組成，主要為變質(zhì)陸源碎屑巖、碳酸鹽巖［41］。后者由綠片巖-斜長(zhǎng)角閃巖類、云母石英片巖-片麻巖類和大理巖組成，造山帶內(nèi)還發(fā)育規(guī)模不等的加里東、印支期和燕山期侵入巖體及少量四堡、晉寧期和海西期的巖體［40］。

4 源區(qū)構(gòu)造背景分析

4.1 常量元素構(gòu)造特征與源區(qū)構(gòu)造背景

研究區(qū)侏羅系延安組泥巖常量元素分析見(jiàn)表2，數(shù)據(jù)處理時(shí)去除燒失量，將所有元素重新?lián)Q算成100％，得到近似為泥巖常量元素真實(shí)含量的數(shù)據(jù)。同時(shí)搜集前人數(shù)據(jù)補(bǔ)充相關(guān)證據(jù)，數(shù)據(jù)顯示盆地延安組SiO2含量較高，為58.12％～69.69％，平均含量為62.57％;Al2O3含量為16.73％～26.52％，平均為21.97％，反映沉積物原巖有酸性巖的出現(xiàn)。根據(jù)泥巖樣品F1-F2判別圖解〔見(jiàn)圖8（a）〕以及CaO-Na2O-K2O三角圖解〔見(jiàn)圖8（b）〕顯示，樣品位于被動(dòng)大陸邊緣及活動(dòng)大陸邊緣。

4.2 微量與稀土元素判別構(gòu)造背景

由于泥巖中微量和稀土元素沉積時(shí)在水中的溶解度極低，能夠快速隨細(xì)粒沉積物一起沉積，且基本不受成巖作用的影響，能夠較好地保存所攜帶的地球化學(xué)信息，有助于確定源區(qū)構(gòu)造背景［3］。依據(jù)稀土元素的含量以及Eu異常情況，Bhatia等總結(jié)出雜砂巖4種不同的構(gòu)造環(huán)境［42］：當(dāng)稀土含量低時(shí)，源區(qū)為未切割的巖漿??；當(dāng)稀土含量較高時(shí)則根據(jù)Eu異常情況進(jìn)行具體分類；當(dāng)Eu異常較弱時(shí)，源區(qū)為切割的巖漿弧；當(dāng)Eu異常明顯時(shí)，源區(qū)為活動(dòng)大陸邊緣區(qū)上隆的基底；當(dāng)Eu異常較高時(shí)，源區(qū)為克拉通內(nèi)部構(gòu)造高地［43］。由于泥巖比雜砂巖中所含ΣREE含量高20％，因此利用泥巖的參數(shù)對(duì)雜砂巖計(jì)算時(shí)需要進(jìn)行校正，此時(shí)只需要將泥巖對(duì)應(yīng)的參數(shù)除以1.2即可，最后將校正后的參數(shù)與Bhatia總結(jié)出的相應(yīng)參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，對(duì)比結(jié)果表明（見(jiàn)表3和4），源區(qū)構(gòu)造背景為活動(dòng)大陸邊緣和被動(dòng)大陸邊緣，物源來(lái)自上隆基底和克拉通內(nèi)部構(gòu)造高地。La、Th、Sc、Co、Cr、Zr由于其穩(wěn)定性較強(qiáng)，因此被廣泛用于判別源區(qū)的構(gòu)造背景，前人對(duì)其規(guī)律進(jìn)行總結(jié)并繪制了構(gòu)造判別圖解，如La-Th-Sc判別圖解、Th-Co-Zr／10判別圖解、Th-Sc-Zr／10判別圖解與La／Y-Sc／Cr判別圖解［19］。利用以上判別圖解對(duì)樣品進(jìn)行綜合分析（見(jiàn)圖9），顯示大部分樣品位于大陸島弧區(qū)域內(nèi)，La／Y-Sc／Cr圖解顯示大多數(shù)樣品位于被動(dòng)大陸邊緣區(qū)域。

4.3 泥巖地球化學(xué)特征與源巖屬性

利用La、Yb、Th、Hf、Zr、Sc、Co等稀土元素進(jìn)一步判斷源巖性質(zhì)，利用ΣREELa／Yb、Hf-La／Th、Zr／Sc-Th／Sc及Co／Th-La／Sc判別圖［22］對(duì)延安組樣品進(jìn)行分析。在ΣREE-La／Yb判別圖解中〔見(jiàn)圖10（a）〕，樣品落在沉積巖與花崗巖交互區(qū)內(nèi);在Hf-La／Th圖解中〔見(jiàn)圖10（b ）〕，大部分泥巖樣品落在長(zhǎng)英質(zhì)物源區(qū)內(nèi)，少部分落在長(zhǎng)英質(zhì)和基性巖混合物源區(qū)，極少數(shù)樣品位于長(zhǎng)英質(zhì)物源區(qū)右側(cè)區(qū)域，可能有古老沉積物混入［47］;在Zr／Sc-Th／Sc圖解中〔見(jiàn)圖10（c）〕，泥巖樣品投射點(diǎn)集中分布在上地殼（長(zhǎng)英質(zhì)火山巖）周圍，表明碎屑組分沒(méi)有經(jīng)歷充分的沉積再旋回且重礦物富集度低;在Co／Th-La／Sc圖解中〔見(jiàn)圖10（d）〕，泥巖樣品點(diǎn)集中落在長(zhǎng)英質(zhì)火山巖和安山巖之間的區(qū)域，Co／Th的值大多數(shù)介于長(zhǎng)英質(zhì)火山巖與安山巖之間，部分樣品該值可能受中-基性源巖的影響靠近安山巖。以上判別圖解表明研究區(qū)延安組源巖主要為長(zhǎng)英質(zhì)火山巖，并伴有安山巖的混入。

鄂爾多斯盆地延安組沉積物源自盆地周緣古陸，這些古陸形成時(shí)代不一，基底性質(zhì)不一，構(gòu)造屬性也有差異，不同古陸源區(qū)風(fēng)化、剝蝕、搬運(yùn)和沉積過(guò)程的差異導(dǎo)致延安組砂巖樣品的組成在平面分布上的分異性，這種分異性正是復(fù)雜物源的體現(xiàn)。

5 沉積環(huán)境分析

5.1 古鹽度

沉積物中B、Sr、Ba含量、Sr／Ba值、B／Ga值對(duì)指示水體鹽度變化有重要作用，因此可以反映延安組沉積時(shí)為淡水環(huán)境還是咸水環(huán)境。B含量小于60×10-6時(shí)表示鹽度較低，代表了淡水環(huán)境，當(dāng)其含量位于80×10-6以上時(shí)，表示其鹽度較高，代表了海水環(huán)境［51］。Sr含量位于100×10-6～300×10-6時(shí)，表示其鹽度較低，代表了淡水環(huán)境，當(dāng)其含量位于800×10-6以上時(shí)，表示其鹽度較高，代表了海水環(huán)境［24］。Sr／Ba小于0.6時(shí)表示其鹽度較低，為淡水環(huán)境，位于0.6～1.0時(shí)表示鹽度較高，為半咸水沉積環(huán)境。B／Ga的值為0.1～0.5時(shí)表示含鹽度較低，為淡水環(huán)境［52］。

根據(jù)樣品測(cè)試結(jié)果（見(jiàn)表3）可以看出，樣品的B含量為0.52×10-6～9.76×10-6，Sr含量為9.71×10-6～21.06×10-6，平均值為16.53×10-6，Sr／Ba值為0.13～0.41，平均為0.30，B／Ga值為0.13～0.39，以上元素所在區(qū)間均反映出延安組在沉積時(shí)為淡水環(huán)境。

5.2 古氧化還原條件

沉積物中的某些微量元素的特征以及元素之間的比值，可以反映在沉積時(shí)的氧化還原條件，據(jù)此前人總結(jié)出U／Th、V／Cr、Ni／Co和V／（V+Ni）值分別在氧化、還原環(huán)境范圍的指標(biāo)（見(jiàn)表5），將其與本研究區(qū)泥巖樣品微量元素比值（表6）進(jìn)行對(duì)比，可以看出U／Th、V／（V+Ni）、V／Cr、Ni／Co均表明研究區(qū)在沉積時(shí)處于富氧-次富氧環(huán)境。

5.3 古氣候

古氣候信息在一定條件下可以保存在碎屑物中， 隨著碎屑物從源區(qū)運(yùn)移到研究區(qū)， 因此， 對(duì)于研究區(qū)的物源研究具有重要的意義［53］。 Sr／Cu值可以指示研究區(qū)沉積時(shí)的古氣候［28］， Sr／Cu值在1.3～5.0反映溫濕氣候，大于5.0指示干旱氣候，Mn常富集在干旱環(huán)境出現(xiàn)，而Fe一般在潮濕環(huán)境中易于析出［54］，因此在溫濕氣候下FeO／MnO值相對(duì)較高，干熱氣候中則相反，Al2O3／MgO為高值時(shí)反映當(dāng)時(shí)的氣候?yàn)闇貪裉卣?，低值時(shí)則反映干旱氣候［55］。研究區(qū)泥巖樣品中Sr／Cu分布在2.24～6.38，F(xiàn)eO／MnO分布在113.0～294.5，Al2O3／MgO分布在6.0～14.0，均指示沉積時(shí)為溫濕氣候。結(jié)合前人在延安組地層中發(fā)現(xiàn)的適合潮濕氣候下生存的真蕨類、裸子植物化石［17］，綜合水體的富氧特征，煤層的穩(wěn)定發(fā)育，均說(shuō)明延安組沉積期的水體環(huán)境整體為富氧的淡水環(huán)境且沉積時(shí)為溫濕氣候。

6 沉積充填及古地理格局

受印支運(yùn)動(dòng)影響，中侏羅世延安期，鄂爾多斯湖盆作為克拉通內(nèi)陸坳陷湖泊，接受了源自周圍古陸或高山的河流帶來(lái)的沉積物。由于地形坡度、氣候以及水動(dòng)力條件的改變，河流攜帶的搬運(yùn)物大量卸載，在河水與湖水的共同作用下，形成了一系列綜合沉積體系。在前人對(duì)延安期原型盆地認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，結(jié)合前文4個(gè)源-匯系統(tǒng)分區(qū)的研究，本文進(jìn)一步深化了延安組古地理格局的認(rèn)識(shí)。

為明確鄂爾多斯盆地中侏羅統(tǒng)延安組沉積相在時(shí)空上的變化，在盆地內(nèi)選取順物源方向（南北）的剖面：S9井-考考烏素剖面-金牛zk2337-大理河剖面-延河剖面-葫蘆河-秀房溝剖面，以及垂直物源方向（東西）的剖面：DZ3622井-D6井-DZ7163井-DT62井-…-X4008剖面，開(kāi)展延安組沉積相特征研究（見(jiàn)圖11）。

延安組一段（延10-延9），沉積早期，自北部物源區(qū)向南部沉積區(qū)一線，北部物源區(qū)隆升較南部明顯，表現(xiàn)為沉積厚度由北向南逐漸變薄，本段早期主要由灰黃色、灰白色厚層塊狀中、粗粒砂巖為主，局部地區(qū)（志丹—延安一帶）底部常見(jiàn)厚層含礫粗砂巖（即寶塔砂巖），盆地大范圍發(fā)育粗碎屑為主的辮狀河沉積，以辮狀河道及泛濫平原沉積微相為主，砂泥比例高，且砂巖普遍為砂礫巖或含礫中、粗砂巖，滾動(dòng)式搬運(yùn)為主，自物源區(qū)至沉積區(qū)，隨搬運(yùn)距離增加，沉積物分選性變好，穩(wěn)定礦物含量增加。受河流搬運(yùn)及沉積作用的影響，野外可見(jiàn)砂巖中發(fā)育大型板狀、槽狀交錯(cuò)層理，底部見(jiàn)含泥礫的沖刷面（見(jiàn)圖12）。該段晚期氣候濕潤(rùn)，古陸風(fēng)化作用持續(xù)，盆地“填平補(bǔ)齊”作用明顯，地形平坦，表現(xiàn)為北部曲流河廣泛發(fā)育，盆地中部（志丹—甘泉）至東南部（延安—濟(jì)源）地區(qū)沉降幅度大，成為匯水區(qū)接受四周不同河流搬運(yùn)運(yùn)物沉積形成的“大平原、小前緣”特征的三角洲沉積。形成了自北向南曲流河-三角洲-湖泊-三角洲-曲流河沉積的特征，與此同時(shí)巖性也表現(xiàn)為灰白色塊狀中砂巖-發(fā)育中、大型板狀、槽狀交錯(cuò)層理的灰色中、細(xì)砂巖-富含有機(jī)質(zhì)，發(fā)育水平層理的暗色泥巖和粉砂質(zhì)泥巖-發(fā)育各類交錯(cuò)層理的灰色中砂巖-灰白色中砂巖。

延安組二段（延8-延7）， 廣泛發(fā)育一套深灰和灰綠色泥巖、 粉砂巖質(zhì)泥巖、 頁(yè)巖夾灰色粉砂巖及細(xì)砂巖透鏡體， 上部發(fā)育炭質(zhì)泥巖和煤層， 該段地層厚度全區(qū)變化不大， 反映盆地為穩(wěn)定的沉積充填時(shí)期。 此時(shí)三角洲平原進(jìn)一步擴(kuò)大， 水流擴(kuò)散方向不同的河流向湖的進(jìn)積作用明顯， 圍繞延一段沉積期形成的湖泊， 形成了淺水型三角洲圍繞湖盆交織、 疊覆的格局， 成為盆地重要的成煤期。

延安組三段（延6），該沉積期氣候溫暖潮濕，植被茂密，河道縱橫交錯(cuò)，湖、沼星羅棋布，廣泛發(fā)育三角洲平原亞相，三角洲前緣面積縮小，此時(shí)東南部濟(jì)源地區(qū)的淺湖仍然存在。湖泊淤淺程度較前一沉積期明顯增大，廣泛發(fā)育的河流泛濫平原的沼澤和河漫湖泊環(huán)境，是延安組另一重要的成煤期，煤層全區(qū)穩(wěn)定發(fā)育。巖性特征表現(xiàn)為靜水環(huán)境下的細(xì)粒沉積物與發(fā)育各類交錯(cuò)層理的分流河道（水上、水下）砂質(zhì)沉積物的組合。

延安組四段沉積期（延4+5），坳陷湖盆的萎縮階段，超補(bǔ)償沉積。湖區(qū)退至延安—洛河一帶，面積大大縮小。網(wǎng)狀河流與殘余湖沉積成為該期沉積主體，聚煤范圍縮小，僅在河間低洼地及三角洲平原分流間灣中發(fā)育。

延安組五段沉積期（延3-延1），盆地再現(xiàn)構(gòu)造抬升，因遭受剝蝕，地層分布不均。河流開(kāi)始回春，流水動(dòng)力及載荷能力變強(qiáng)，平原上發(fā)育交錯(cuò)分布的河道體系，河流作用增強(qiáng)，河流攜沉積物以超補(bǔ)償作用淤塞湖泊，湖水面積明顯縮小，僅在盆地局部發(fā)育殘余湖泊，三角洲平源的面積顯著增加，至延安組末期，盆地該階段發(fā)育歷史結(jié)束。巖性表現(xiàn)為上部為黃綠色長(zhǎng)石砂巖和灰綠色、局部紫紅色的砂、泥巖互層，下部為灰白色帶黃色長(zhǎng)石細(xì)砂巖，含泥礫，與淺紫紅色、灰綠色粉砂巖、細(xì)砂巖、泥巖、頁(yè)巖互層，局部地區(qū)頂部發(fā)育煤層。

上述研究表明，盆地存在以延安—濟(jì)源地區(qū)為沉積中心的匯水區(qū)，延安組受4個(gè)不同古陸源區(qū)風(fēng)化-剝蝕-搬運(yùn)-沉積過(guò)程差異的影響，自盆地邊緣至匯水區(qū)依次發(fā)育沖積扇-辮狀河-曲流河-三角洲-湖泊沉積，其中以西北阿拉善古陸、北部陰山古陸源-匯系統(tǒng)沉積規(guī)模最大，古陸分別自中生代及晚石炭世—中二疊世起持續(xù)隆升并提供物質(zhì)輸送，分別從西北及北部方向，經(jīng)過(guò)約500 km的搬運(yùn)進(jìn)入?yún)R水區(qū)，受此影響來(lái)自這2個(gè)古陸的源-匯系統(tǒng)表現(xiàn)為沉積物在厚度、成分組成、結(jié)構(gòu)構(gòu)造等方面的分異性。西南及南部古陸源-匯系統(tǒng)因搬運(yùn)距離較短，各類沉積規(guī)模較小，所形成的砂體規(guī)模不及北部及西北源-匯系統(tǒng)這為今后深入理解不同源-匯系統(tǒng)影響下的各類儲(chǔ)層特征及儲(chǔ)層預(yù)測(cè)等具有重要的意義。

7 結(jié)論

1）本文通過(guò)盆地內(nèi)鉆井巖心及搜集前人的分析數(shù)據(jù)，綜合了輕、重礦物組合、古流向、稀土元素特征等物源分析手段，共劃分出4個(gè)物源區(qū)和一個(gè)匯水區(qū)的復(fù)雜源-匯系統(tǒng)，即“西北部阿拉善、東北部陰山、西南部北祁連和東南部北秦嶺”和“盆地中部延安至東南部濟(jì)源的匯水區(qū)”。

2）源區(qū)受古亞洲洋俯沖及造山運(yùn)動(dòng)影響（興蒙造山帶、秦嶺造山帶等），表現(xiàn)出復(fù)雜的構(gòu)造背景。主要為主動(dòng)大陸邊緣性質(zhì)的阿拉善源-匯系統(tǒng)源區(qū)為再旋回造山帶，是西北部沉積體系的物質(zhì)來(lái)源。母源多為長(zhǎng)英質(zhì)和基性巖漿巖;陰山源-匯系統(tǒng)源區(qū)屬于陸內(nèi)造山帶，經(jīng)過(guò)多階段演化構(gòu)造背景整體以被動(dòng)大陸邊緣為主，其次為主動(dòng)大陸邊緣和大陸島弧，沉積物來(lái)源較為復(fù)雜，為各類深變質(zhì)巖物源區(qū)的混合;北祁連源-匯系統(tǒng)源區(qū)構(gòu)造背景為被動(dòng)大陸邊緣和主動(dòng)大陸邊緣的混合，沉積物主要源自長(zhǎng)英質(zhì)及基性巖漿巖;北秦嶺源-匯系統(tǒng)源區(qū)為克拉通內(nèi)部，構(gòu)造背景為被動(dòng)大陸邊緣，沉積物主要為副變質(zhì)巖組成。4個(gè)源-匯系統(tǒng)母巖類型不同，形成了盆地內(nèi)部不同物質(zhì)組成及地化特征的沉積巖的混合。

3）來(lái)自阿拉善源-匯系統(tǒng)的碎屑沉積物隨水流由西北至東南方向搬運(yùn)、 匯入盆地中東南部湖盆，搬運(yùn)距離較遠(yuǎn); 源自陰山源-匯系統(tǒng)的碎屑沉積物由盆地北部向南匯入湖盆， 自晚古生代以來(lái)該物源系統(tǒng)持續(xù)穩(wěn)定供源， 此時(shí)盆地北部抬升更高， 因此來(lái)自該物源系統(tǒng)的沉積物搬運(yùn)距離遠(yuǎn)、 分布面積廣、 沉積體系類型復(fù)雜， 與西北物源相同， 自盆地周緣至匯水區(qū)， 依次發(fā)育沖積扇-河流（辮狀河、曲流河）-三角洲-湖泊沉積體系; 西南-南部的祁秦源-匯系統(tǒng)碎屑沉積物由研究區(qū)西南部、 南部匯入，距離沉積中心較近， 沉積砂體受古地形影響搬運(yùn)距離較短， 山前發(fā)育小規(guī)模的沖積扇-小規(guī)模辮狀河， 至匯水區(qū)發(fā)育小型河控三角洲沉積體系。

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（編 輯 李 波）

收稿日期：2024-07-11

基金項(xiàng)目：陜西省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃一般項(xiàng)目（2023-YBGY-079）

第一作者：袁珍，女，博士，副教授，從事沉積與儲(chǔ)層地質(zhì)學(xué)研究，cloud_yz@163.com。