內(nèi)蒙古阿魯科爾沁旗陶海營子地區(qū)林西組沉積環(huán)境

李曉海，鄭月娟，宗文明，黃欣，公繁浩，李文博

（沈陽地質(zhì)礦產(chǎn)研究所/中國地質(zhì)調(diào)查局沈陽地質(zhì)調(diào)查中心，遼寧 沈陽 110034）

內(nèi)蒙古阿魯科爾沁旗陶海營子地區(qū)林西組沉積環(huán)境

李曉海，鄭月娟，宗文明，黃欣，公繁浩，李文博

（沈陽地質(zhì)礦產(chǎn)研究所/中國地質(zhì)調(diào)查局沈陽地質(zhì)調(diào)查中心，遼寧 沈陽 110034）

阿魯科爾沁旗陶海營子地區(qū)是上二疊統(tǒng)林西組發(fā)育較好的典型地區(qū)之一.林西組巖性為一套以黑、灰黑、灰綠色調(diào)為主的砂板巖組合，上部含豐富的非海相生物化石.應(yīng)用地球化學(xué)方法，對陶海營子剖面和魯D2井上二疊統(tǒng)林西組泥巖樣品進(jìn)行常量、微量元素分析，發(fā)現(xiàn)林西組整體具有高硅、鋁、鈣，低磷、錳的特點(diǎn).并結(jié)合化石組合特征和保存狀態(tài)，對林西組沉積環(huán)境進(jìn)行探討.認(rèn)為該地區(qū)林西組形成于咸水—淡水的沉積環(huán)境，水體環(huán)境有一個逐漸淡化的過程.底部為海陸交互相沉積環(huán)境，上部為陸相淡水湖泊沉積環(huán)境.

林西組；地球化學(xué)；沉積環(huán)境；阿魯科爾沁旗；內(nèi)蒙古

0 引言

華北與西伯利亞兩大板塊對接縫合位置與時代長期存在分歧.大興安嶺位于華北與西伯利亞板塊間的興蒙造山帶，區(qū)內(nèi)上二疊統(tǒng)林西組的構(gòu)造環(huán)境問題是長期爭議的地質(zhì)問題之一.近年來東北地區(qū)上古生界油氣地質(zhì)調(diào)查取得了一系列進(jìn)展，大興安嶺地區(qū)上二疊統(tǒng)林西組因發(fā)育有厚度很大的暗色泥巖且具有良好的生烴潛力而受到重點(diǎn)關(guān)注，不同學(xué)者分別從沉積時限、沉積物質(zhì)來源、生烴潛力等方面對林西組進(jìn)行了研究［1-5］.林西組的沉積環(huán)境對大地構(gòu)造研究和油氣地質(zhì)勘探也具有重要的意義，很多學(xué)者從不同角度對大興安嶺地區(qū)林西組的沉積環(huán)境進(jìn)行了研究探討.黃本宏［6］根據(jù)巖石地層序列及生物化石特征認(rèn)為林西組為陸相沉積；梁仲發(fā)（1982）根據(jù)對林西組中富含的雙殼類Palaeanodonta-Palaeomutela組合的生存環(huán)境的分析認(rèn)為林西組不排除咸水環(huán)境；李福來等［7］對內(nèi)蒙古東北部索倫地區(qū)上二疊統(tǒng)林西組沉積環(huán)境進(jìn)行了化學(xué)分析，認(rèn)為林西組為開闊的淡水環(huán)境，主要為陸相沉積體系，在其沉積初期為海陸交互環(huán)境；王永爭等［8］通過對內(nèi)蒙古林西大井銅錫多金屬礦區(qū)上二疊統(tǒng)林西組的巖石特征、原生沉積構(gòu)造等的研究認(rèn)為：林西地區(qū)晚二疊世早期為一近岸湖盆環(huán)境變化為距岸較遠(yuǎn)的湖盆，中期逐漸近岸并數(shù)度暴露于地表，晚期變遷為近岸湖泊—沼澤；和政軍等［9］通過對大興安嶺南部林西地區(qū)官地剖面沉積相序及二疊—三疊系灰?guī)r氧、碳同位素組成的對比分析，認(rèn)為林西組中—下部以海相沉積為主，并發(fā)育濁流沉積，直到晚二疊世中期大興安嶺南部仍有殘余海盆存在.

圖1 陶海營子地區(qū)地質(zhì)圖Fig.1Geologic map of Taohaiyingzi area

綜上所述可知，林西組的沉積環(huán)境問題一直存有爭議，除了生物地層學(xué)的證據(jù)外，沉積巖化學(xué)成分的分析也提供了新的依據(jù).近年來前人應(yīng)用化學(xué)分析的方法，在索倫地區(qū)、林西地區(qū)對林西組的沉積環(huán)境進(jìn)行了研究［7，9］，研究區(qū)正是處在索倫和林西地區(qū)的中間部位，因此，研究本區(qū)上二疊統(tǒng)林西組的沉積環(huán)境，有助于全面了解大興安嶺地區(qū)林西組的發(fā)育特征，恢復(fù)林西組沉積時的古地理環(huán)境，為大地構(gòu)造研究和油氣地質(zhì)勘探提供全面系統(tǒng)的基礎(chǔ)地質(zhì)資料.鑒于此，本文應(yīng)用地球化學(xué)分析手段，對陶海營子露頭剖面及魯D2井林西組泥巖微量元素、常量元素進(jìn)行綜合，結(jié)合生物化石組合特征及保存狀態(tài)，探討林西組的沉積環(huán)境，為林西組的劃分對比及石油地質(zhì)勘探提供基礎(chǔ)資料.

1 地質(zhì)概況

研究區(qū)地處大興安嶺中央隆起帶東側(cè)的大興安嶺東坡裂陷帶中南部，其西側(cè)為大興安嶺東坡褶斷帶，東鄰松遼沉降帶.本區(qū)主要出露的地層有古生界石炭系、二疊系與中生界侏羅系，形成了古生代與中生代的疊覆盆地.

林西組主要出露在陶海營子地區(qū)，大致呈北東向帶狀分布，地層傾向北西，露頭好，化石豐富.根據(jù)非震物探資料，發(fā)現(xiàn)在該區(qū)大面積發(fā)育的中生代火山巖之下亦發(fā)育面積巨大、沉積厚度巨大的林西組［3］.近年來，沈陽地質(zhì)調(diào)查中心在該區(qū)做了大量石油地質(zhì)調(diào)查，實(shí)測了陶海營子剖面.并于2010年與大慶石油公司合作，在阿魯科爾沁旗陶海營子地區(qū)打了魯D2地質(zhì)井.

2 樣品采集與測試方法

樣品分別采自內(nèi)蒙古扎魯特旗昆都鎮(zhèn)東北的魯D2井和阿魯科爾沁旗陶海營子剖面林西組，陶海營子剖面位于魯D2井的西北方向，兩地相距大約6 km，按照地層的產(chǎn)狀特征，魯D2井層位低于陶海營子剖面（見圖1）.陶海營子林西組剖面起點(diǎn)坐標(biāo)為：21279.646,4923.780.剖面長945 m，厚度為702 m，共分為63層，露頭較好，未見頂?shù)?，均被第四系覆蓋.巖性主要為暗色泥巖、粉砂巖、細(xì)砂巖，夾中砂巖和粗砂巖.多個層位采集到孢粉、葉肢介、雙殼、植物化石，為林西組上部層位［4］.本次在陶海營子剖面采集樣品12件（圖2）.魯D2井坐標(biāo)為：21265.600,4931.300.井深1450 m，地層真厚度750 m，巖心編錄1100 m.巖性為暗色砂泥巖、砂泥板巖，未鉆穿林西組，沉積環(huán)境為海陸交互相.采集測試樣品12件（圖3）.

對陶海營子剖面和在魯D2井中采集到的24塊樣品采用X熒光進(jìn)行常量元素分析.采用三酸-水溶礦法，運(yùn)用電感耦合等離子質(zhì)譜儀ICP-MS（X series）進(jìn)行微量元素測定.測試結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差小于5%，測試單位為沈陽地質(zhì)調(diào)查中心實(shí)驗(yàn)室.

表1 扎魯特旗地區(qū)上二疊統(tǒng)林西組常量元素分析數(shù)據(jù)Table 1Constant element analysis of Upper Permian Linxi Formation in Jarud Qi area

3 常量量元素特征及沉積環(huán)境指示

圖2 陶海營子剖面林西組柱狀圖Fig.2Column of Linxi Formation in Taohaiyingzi profile

圖3 魯D2井林西組柱狀圖Fig.3Column of Linxi Formation in LD2 well

陶海營子剖面和魯D2井中的樣品常量元素特征基本一致（表1），都具有高硅、鋁、鈣，低磷、錳的特點(diǎn).相對來說，魯D2井硅、鋁、三價鐵含量較低，平均值分別為56.83%、13.81%、1.34%（陶海營子剖面分別為63%、17.15%、5.13%）；鎂、鈣相對含量較高，平均值分別為3.22%和5.46%，（陶海營子剖面分別為1.62%和0.72%）.

根據(jù)沉積巖中MgO含量的親海性和Al2O3的親陸性，認(rèn)為鎂鋁比值M（M=100×MgO/Al2O3）是沉積物形成環(huán)境中水體鹽度的綜合指標(biāo)，可以反映沉積環(huán)境水體的鹽度特征，利用巖石中M值的變化可以對沉積環(huán)境的咸化或淡化歷史及其淡化程度進(jìn)行研究［10］.不同鹽度類型的沉積環(huán)境中M值的變化范圍為：低鹽度沉積環(huán)境M＜1，半咸水環(huán)境1≤M＜10，正常鹽度水體環(huán)境10≤M＜500.其中魯D2井M值最小值為7.95，最大值為62.52，平均值為25.93；陶海營子剖面最小值為6.34，最大值為18.01，平均值為9.65.二者相差近3倍.從這一意義上說，魯D2井林西組沉積環(huán)境鹽度大于陶海營子剖面的林西組，陶海營子剖面林西組為典型的淡水沉積，而魯D2井則可能為咸水或半咸水沉積.

綜上所述，從常量元素的特征來看，魯D2井和陶海營子剖面林西組的沉積環(huán)境有不同，層位靠下的魯D2井林西組沉積時水體鹽度較高，應(yīng)為半咸水沉積，而陶海營子剖面為典型的淡水沉積.

表2 陶海營子剖面微量元素分析數(shù)據(jù)Table 2Trace element analysis of Taohaiyingzi section

4 微量元素特征及沉積環(huán)境指示

陶海營子剖面和魯D2井中樣品的微量元素特征相近（表2、3），都具有高V、Zr、Ba，低Cd的特點(diǎn).魯D2井樣品的B含量普遍大于陶海營子剖面樣品中的B含量.其中魯D2井中樣品的B含量最大為169.52× 10-6，最小為76.16×10-6，平均值為110.82×10-6；陶海營子剖面樣品的B含量最大為77.36×10-6，最小為44.31×10-6，平均值為63.05×10-6.

5 沉積環(huán)境分析

沉積環(huán)境是形成沉積巖特征的決定因素，沉積巖的特征則是沉積環(huán)境的物質(zhì)表現(xiàn)［11］.沉積巖的巖性特征、古生物特征、地球化學(xué)特征等，是相應(yīng)各種環(huán)境條件的物質(zhì)記錄，可以反映當(dāng)時的沉積環(huán)境.

表3 魯D2井微量元素分析數(shù)據(jù)Table 3Trace element analysis of LD2 well

5.1 古生物化石

生物與其生活的環(huán)境是不可分割的統(tǒng)一體.不同的生物群落和化石組合面貌，大致可以表明其所屬的生活環(huán)境和沉積相［11］.

經(jīng)薄片鑒定和化石鑒定，在陶海營子上二疊統(tǒng)林西組典型地質(zhì)剖面多個層位中發(fā)現(xiàn)孢粉、植物、葉肢介、雙殼化石［4］，從化石的組合和保存狀態(tài)來看，陶海營子剖面林西組應(yīng)該是陸相湖泊環(huán)境沉積.

5.2 微量元素

微量元素對古沉積環(huán)境恢復(fù)具有重要指示意義，前人通過大量研究得出一系列用微量元素及其比值判別沉積環(huán)境的指標(biāo)［7，10，12-13］.常用B元素含量、Sr/Ba比值、Ba/Ga比值來恢復(fù)沉積介質(zhì)的古鹽度條件；用V/（V+Ni）比值確定沉積介質(zhì)的氧化還原環(huán)境（表4）.

（1）硼含量：是判斷沉積物沉積介質(zhì)含鹽度比較有效的指標(biāo)之一，一般認(rèn)為海水沉積物中B的含量高，海相環(huán)境B含量為80×10-6～125×10-6，淡水環(huán)境B含量小于60×10-6，其間為過渡相［7,12］.陶海營子剖面樣品B在44.31×10-6～77.36×10-6，平均值為63.05×10-6（表2、4），屬于淡水—半咸水環(huán)境.魯D2樣品B在41.86× 10-6～169.52×10-6，平均值為110.82×10-6（表3、4），屬于海相—過渡環(huán)境.

（2）B/Ga比值：通常認(rèn)為B/Ga＞4.5為咸水海相沉積，B/Ga＜3.3為淡水陸相沉積，其間為過渡相［11］.陶海營子剖面樣品B/Ga在1.74～3.62，平均值在2.67（表2、4），屬于淡水陸相沉積.魯D2井樣品B/Ga在3.38～10.55平均值在6.12（表3、4），屬于海相—過渡環(huán)境沉積.

（3）Sr/Ba比值：也常用來指示古水介質(zhì)的含鹽度和判別海陸相環(huán)境.一般認(rèn)為Sr/Ba＜0.6為淡水陸相沉積，Sr/Ba＞1為咸水海相沉積，其間為過渡相［11］.陶海營子剖面樣品Sr/Ba在0.10～0.16，平均值為0.13（表2、4），屬于淡水陸相沉積.魯D2井Sr/Ba在0.29～0.96，平均值為0.67（表3、4），屬于海相—過渡環(huán)境沉積.

表4 沉積環(huán)境微量元素判別表Table 4Discrimination of sedimentary environments by trace elements

（4）V/（V+Ni）比值：常被用于研究沉積水體的氧化還原環(huán)境.當(dāng)V/（V+Ni）≥0.46時，屬于還原環(huán)境；當(dāng)V/（V+Ni）＜0.46時，屬于氧化環(huán)境［7］.陶海營子剖面V/（V+Ni）比值在0.75～0.88，平均值在0.76（表2、4），屬于還原環(huán)境.魯D2井的V/（V+Ni）比值在0.67～0.81，平均值在0.74（表3、4），屬于還原環(huán)境.

常量、微量元素的含量特征更能反映水體的沉積環(huán)境［7，10，12-13］.從表4可以看出，魯D2井樣品的水體鹽度較高，而其上部層位的陶海營子剖面為典型的淡水沉積環(huán)境.說明陶海營子地區(qū)林西組沉積的水體環(huán)境有一個逐漸淡化的過程.

5.3 飽和烴特征

姥鮫烷、植烷及其比值（Pr/Ph）常用來判斷原始沉積環(huán)境的氧化條件和介質(zhì)酸堿度.一般認(rèn)為［11］，Pr/Ph比值介于0.2～0.8為強(qiáng)還原環(huán)境，0.8～2.8為還原環(huán)境，2.8～4.0為弱氧化弱還原環(huán)境.魯D2樣品分析結(jié)果Pr/Ph主要介于0.6～1.1，植烷優(yōu)勢較明顯，指示為還原環(huán)境［5］.

5.4 沉積相分析

沉積相為沉積環(huán)境及該環(huán)境中形成的沉積巖特征的綜合［11］.根據(jù)阿魯科爾沁旗-扎魯特旗地區(qū)林西組巖性組合，并結(jié)合古生物和微量元素特征，綜合分析認(rèn)為阿魯科爾沁旗陶海營子地區(qū)林西組以灰黑色的泥頁巖系為主，其上部層位（陶海營子林西組剖面）為淡水陸相湖泊沉積，其下部層位（魯D2井林西組）為海相—陸相的過渡環(huán)境沉積.

6 結(jié)論

（1）阿魯科爾沁旗陶海營地區(qū)林西組巖性為一套以黑、灰黑、灰綠色調(diào)為主的砂板巖組合.該組砂泥巖樣品整體具有高硅、鋁、鈣，低磷、錳的特點(diǎn).

（2）阿魯科爾沁旗陶海營地區(qū)林西組形成于咸水—淡水的沉積環(huán)境，水體環(huán)境有一個逐漸淡化的過程.底部為海陸交互相沉積環(huán)境，上部為陸相淡水湖泊沉積環(huán)境.

致謝：在論文寫作過程中得到了沈陽地質(zhì)調(diào)查中心陳樹旺研究員、丁秋紅研究員、張健工程師、王杰工程師、蘇飛工程師、姚玉來工程師等的支持和幫助，在此表示衷心的感謝.

［1］陳樹旺，丁秋紅，鄭月娟，等.松遼盆地外圍新區(qū)、新層系——油氣基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查進(jìn)展與認(rèn)識［J］.地質(zhì)通報,2013,32（8）:1141—1146.

［2］張健，卞雄飛，陳樹旺，等.大興安嶺中南部上二疊世林西組頁巖氣資源前景［J］.地質(zhì)通報,2013,32（8）:1297—1306.

［3］方慧，鐘青，李曉昌，等.內(nèi)蒙古扎魯特盆地深部林西組發(fā)育特征——來自大地電磁探測的依據(jù)［J］.地質(zhì)通報,2013,32（8）:1289—1296.

［4］鄭月娟，張健，陳樹旺，等.內(nèi)蒙古阿魯科爾沁旗陶海營子剖面林西組化石新發(fā)現(xiàn)［J］.地質(zhì)通報,2013,32（8）:1269—1276.

［5］蘇飛，卞雄飛，王青海，等.內(nèi)蒙古扎魯特盆地魯D2井林西組烴源巖有機(jī)地球化學(xué)特征［J］.地質(zhì)通報,2013,32（8）:1307—1314.

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［6］黃本宏.內(nèi)蒙古昭烏達(dá)盟晚二疊世地層及植物化石［A］//地層古生物論文集,1987,17:214—226.

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［9］和政軍，瑜內(nèi).內(nèi)蒙古林西地區(qū)晚二疊世—早三疊世沉積演化及構(gòu)造背景［J］.中國區(qū)域地質(zhì),1997,16（4）:403—409.

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THE SEDIMENTARY ENVIRONMENT OF LINXI FORMATION IN TAOHAIYINGZI AREA OF ARU-HORQIN QI,INNER MONGOLIA

LI Xiao-hai,ZHENG Yue-juan,ZONG Wen-ming,HUANG Xin,GONG Fan-hao,LI Wen-bo
（Shenyang Institute of Geology and Mineral Resources,CGS,Shenyang 110034,China）

Taohaiyingzi in Aru-Horqin Qi is one of the typical areas where Late Permian Linxi Formation is well developed. Linxi Formation is lithologically dominated by the assemblage of black,dark gray and celadon sandstone and slate,with rich non-marine fossils in the upper part.The mudstone samples from Linxi Formation in Taohaiyingzi profile and LD2 well are analyzed for constant elements and trace elements with geochemical method.It is found that the Linxi Formation is generally characterized by high silicon,aluminum and calcium,and low phosphorus and manganese.Based on the fossil assemblage and preservation condition,it is believed that the Linxi Formation in this area was formed in the sedimentary environment of salt-fresh water,with a desalting process.The bottom of the formation is in the sedimentary environment of sea-land interaction;whiletheupperpartisthefreshwaterlakeofcontinentalfacies.

Linxi Formation;geochemistry;sedimentary environment;Aru-Horqin Qi;Inner Mongolia

1671-1947（2014）04-0357-08

P588.2

A

2013－07－17；

2013-08-22.編輯：張哲．

中國地質(zhì)調(diào)查局項目“松遼外圍中新生代盆地群油氣地質(zhì)綜合調(diào)查”（1212010782001）資助.

李曉海（1982—），男，工程師，從事油氣基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查研究，通信地址遼寧省沈陽市皇姑區(qū)黃河北大街280號，E-mail//lixiaohai456@163.com