鄂爾多斯盆地二疊系盒8段物源特征分析*

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鄂爾多斯盆地二疊系盒8段物源特征分析*

梁積偉1，陳杰1，趙凱強1，梅華平2，劉衛(wèi)蓉1，楊玲3

(1.長安大學 地球科學與資源學院，陜西 西安 710054；2.中國石油長慶油田分公司第五采氣廠，內(nèi)蒙古 烏審旗 017300；3.陜西省地質(zhì)調(diào)查中心，陜西 西安 710068)

摘要：鄂爾多斯盆地二疊系下石盒子組新天然氣區(qū)帶的相繼發(fā)現(xiàn)，使得全盆地基礎上的母巖特征及物源進行分析顯得尤為重要。應用數(shù)理統(tǒng)計的方法，對古水流方向、輕重礦物組成、分布特征等數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，并與周緣基巖礦物組成對比，探討盆地盒8段的物源問題。研究認為，鄂爾多斯盆地盒8段沉積物主要由北、南部2大物源區(qū)供給，以吳旗-子長一帶為中心區(qū)域?qū)儆趨R水區(qū)；北部物源根據(jù)其礦物組成及古流水方向可細分為北北東、北北西及北3個方向，物源范圍較大，延伸至定邊-子長一帶；南部物源礦物主要重礦物成分基本相同，根據(jù)其微量礦物含量可將其分為南南東、南南西及南3個方向，其影響范圍僅局限于吳旗-延安以南；盆地中部定邊-延安一帶受多個物源影響，形成匯水盆地。

關鍵詞：物源分析；輕重礦物；古流向；盒8段；鄂爾多斯盆地

0引言

鄂爾多斯盆地相繼在盆地東南部、東部及北部地區(qū)發(fā)現(xiàn)了以二疊系山西組-下石盒子組陸相河流三角洲沉積砂體為儲集層的榆林、蘇里格、烏審旗、子洲等大型氣田[1]，并形成了不同系列的物源分布、沉積相、巖相古地理等觀點[2]：席勝利[3]、楊仁超[4]等認為盆地西部蘇里格廟地區(qū)與中東部物源母巖存有一定的差異性，王國茹[5]、劉銳娥[6]等認為盆地北部物源應分為西北、北和東北3個部分；陳安清[7]等根據(jù)盆地北部重礦物組合特征，發(fā)現(xiàn)北部發(fā)育的4個南北向帶狀分區(qū)與阿拉善-陰山古陸相應地段出露的母巖有很好的對應關系；屈紅軍[8]等把盆地東南部物源分為北北東、北北西及南部3方向；陳孟晉[9]等把盆地西南緣分為4個主要物源方向；趙俊興[10]等認為盆地南部主要受到3大物源控制，可進一步再劃分出5個次級物源，即東北、北部、西部、西南、南部；王超勇[11]等根據(jù)沉積物中長石含量，把盆地南部劃分為6個部分。隨著研究的不斷深入，盆地缺乏系統(tǒng)、全面認識的問題日益突出，在很大程度上阻礙了油氣勘探、開發(fā)進程，故在全盆地基礎上對盆地盒8段物源進行系統(tǒng)研究，為整合盆地各區(qū)塊相關研究、進一步尋找優(yōu)質(zhì)生儲層位具有重要意義。

筆者主要是針對前人研究較薄弱的環(huán)節(jié)，在物源分析方法理論的指導下[12-14]，立足古水流、重礦物分析、巖屑分析等研究方法[15-16]，結(jié)合32口探井巖心觀察、鉆測井資料，以及800多口井輕重礦物資料綜合分析，對鄂爾多斯盆地上古生代盒8段的物源方向、源區(qū)的分布特征進行研究。

1區(qū)域地質(zhì)背景及周緣基巖特征

鄂爾多斯盆地位于華北板塊西部，向東一直延伸至呂梁山隆起帶，北部緊鄰陰山、狼山，向西至賀蘭山、六盤山一帶，南部以秦嶺一線為界[17]，處于我國東西部構(gòu)造過渡區(qū)域，是一個整體穩(wěn)定沉降的大型多旋回克拉通盆地。自加里東運動以后，盆地北部阿拉善—陰山古陸逐漸形成，長期隆起并接受剝蝕，持續(xù)為盆地北部大部分地區(qū)提供物源。鄂爾多斯盆地基底為中國最老的太古界巖石分布區(qū)之一，古生界之前各類變沉積-火山巖組成的多套古老變質(zhì)巖系地層發(fā)育[18]，其中盆地太古界地層主要以南部太華群、阜平群以及北部集寧群、賀蘭山群和下阿拉善群為代表[19]；盆地元古界地層主要由南部下元古界五臺—滹沱群、秦嶺群、鐵洞溝組以及中、上元古界的海原群、陶灣群和寬坪群和北部趙池溝組和上阿拉善群(表1)組成[20]。以杭錦旗為界，盆地北部地區(qū)基巖時代及類型具有明顯的差異：杭錦旗以西基巖主要由中上元古界長城系渣爾泰山群、白云鄂博群及薊縣系什那干群組成；以東主要分布中下太古界集寧群、上太古界烏拉山群、下元古界色爾騰山群及二道凹群[21]。盆地南緣，由于秦祁造山帶的影響，大范圍抬升，并長期出露地表接受剝蝕，為南部地區(qū)提供物源。

表1　鄂爾多斯盆地南北周緣基巖巖性表

2古流向及物源方向研究

古水流方向是判斷物源方向的有效手段之一，對物源未知的判斷、沉積環(huán)境的識別、古地理環(huán)境的重建以及砂體展布特征、儲層成因規(guī)律的認識具有重大意義。

收集前人對盆地各區(qū)域古水流分析資料，總結(jié)特征，為整個盆地范圍內(nèi)物源的分析提供依據(jù)。收集盆地北部古水流資料5份[5]，由剖面數(shù)據(jù)形成的玫瑰花圖分析(圖1)可以看出，盆地西北部的千里山、呼魯斯臺、沙巴臺剖面，盒8期古水流的方向均由西北向東南，反映出盆地磴口-烏海-鄂托克旗地區(qū)陸相沉積物來源于盆地西北部；盆地東北部的海則廟剖面，古水流方向為西北向東南，故準格爾旗-神木一帶陸相沉積物應來自盆地西北方向；向南扒樓溝剖面，古水流方向接近正南方向，顯示盒8期在該地區(qū)物源方向發(fā)生了變化，由海則廟古流水方向逐漸由西北向正北方向變化，物源逐漸向盆地內(nèi)部匯集。故盒8期盆地北部的古水流方向總體來看以北北東、北北西為主，逐漸向盆地內(nèi)部匯集，在千里山剖面物源邊緣相沖積扇礫巖發(fā)育，反映出盆地西北部地區(qū)離源區(qū)較近。

圖1　鄂爾多斯盆地二疊系盒8段古流水玫瑰花圖Fig.1　Paleocurrent rose diagram of the 8section Permian in Ordos Basin

收集盆地西南、南部古水流資料6份[11，22]，剖面數(shù)據(jù)經(jīng)分析形成玫瑰花圖平面圖(圖1)顯示，盆地西南緣石板溝剖面，古水流為北北東方向，反映盒8期陸相沉積物來源于西北方向；盆地西南部二道溝剖面古流水方向為東北方向，說明盒8期陸相沉積物主要來源于西南方向；盆地南部紫石崖、口鎮(zhèn)剖面，古水流向為北北東方向，故盆地沉積物來自西南部；東南部象山、桑樹坪剖面古水流方向為北北西方向，反映該地區(qū)沉積物應來源于東南部。盆地南部古水流整體上呈現(xiàn)出方向多變的特征，至少存在西南隴縣、東南韓城2個物源方向，盆地西南部環(huán)縣與二道溝古流水方向具有明顯差異，可能發(fā)育由西南向東南方向的物源。

綜上所述，盆地主要存在2個物源供給區(qū)—北部、南部，可細分為東北、西北、西南及東南等4個物源方向，北部物源為主要物源，離物源供給區(qū)近，影響范圍大。盆地西部環(huán)縣石板溝古水流方向與相鄰地區(qū)具有明顯差異，但考慮其物源多受北部、南部物源影響，不將其列為主要物源方向。

3重礦物特征

重礦物是指在碎屑巖中含量少，但相對密度較大的陸源碎屑礦物，一般以2.86 g/cm3為標準，大于2.86 g/cm3的部分為重礦物。在砂巖中，重礦物的含量低于1%[23-24]，不同巖性的母巖中重礦物的組合各不相同，并且隨著搬運作用的持續(xù)，砂巖重礦物中不穩(wěn)地成分含量相對減少，礦物組合類型也相應發(fā)生變化[25-26]。作為沉積物運移距離及巖性變化極其敏感的指示劑[27]，砂巖中的重礦物礦物類型、含量及其組合方式可以作為判別母巖礦物組分及物源方向的重要參數(shù)。

圖2　盒8段重礦物組合餅狀分布圖Fig.2　Pie distribution of heavy mineral of 8 section

對本次研究區(qū)盒8段砂巖中重礦物進行分析后認為，盒8段重礦物主要以鋯石、榍石、金紅石、石榴石、電氣石等為主，包含大量磁鐵礦、白鈦礦、黃鐵礦、綠簾石及重晶石等。從組合來看，主要為一套來自變質(zhì)巖及變火成巖的組合，含少量沉積變質(zhì)巖組分。通過對源區(qū)較為敏感的鋯石、榍石、金紅石、石榴石、電氣石等進行分析，統(tǒng)計其相對百分含量(圖2)，分析其礦物組合及含量。重礦物組合及其含量在盆地北部的烏海-銀川-鄂托克前旗、杭錦旗-烏審旗及神木-準格爾旗存在明顯差異，在烏海-銀川-鄂托克前旗一帶重礦物組合以鋯石和白鈦礦為主，含少量電氣石、石榴石，部分區(qū)域含有綠簾石和金紅石，反映該地區(qū)物源主要為沉積巖和沉積變質(zhì)巖，但也含有少量中高級變質(zhì)巖和花崗巖礦物組分，與阿拉善及狼山元古界的上阿拉善群碎屑巖、火山巖、變質(zhì)石英砂巖等具有親源性；杭錦旗-烏審旗一帶重礦物組合以鋯石、金紅石為主，含部分白鈦礦、電氣石、磁鐵礦、銳鈦礦，綠簾石少量發(fā)育，這類組合反映了物源以變質(zhì)巖為主，與陰山地區(qū)太古界的片麻巖、變質(zhì)石英砂巖、火山巖、角閃片巖及千枚巖具有親源性和可比性；盆地東北部準格爾旗一帶重礦物組合以鋯石、磁鐵礦為主，電氣石、白鈦礦在區(qū)域內(nèi)部較發(fā)育，含少量磁鈦鐵礦、黃鐵礦、榍石、金紅石、銳鈦礦，與陰山地區(qū)太古界的片麻巖、角閃巖、石榴石二長片麻巖、變粒巖及麻粒巖具有親源性。以上結(jié)果表明，盆地北部至少存在3個物源方向，西北部元古界物源、北部和東北部太古界物源，東北部物源中磁鐵礦含量較高，物源來自地殼更深部，變質(zhì)程度較高。

盆地中部吳旗-安塞一帶主要重礦物為鋯石、白鈦礦，發(fā)育次要礦物黃鐵礦和金紅石，含少量電氣石、石榴石，與南北重礦物組合無可對比性，故推測在盆地中部存在一個受南北物源影響的匯水區(qū)。盆地南部與盆地北、西部礦物類型明顯不同，南部物源受秦-祁造山帶活動的影響，礦物普遍變質(zhì)程度較高。南部重礦物組合主、次要礦物組分相似，僅在微量礦物含量及類型上有所差異，據(jù)此可以把南部物源分為3個方向：盆地西南部平?jīng)?環(huán)縣一帶重礦物主要發(fā)育鋯石，含少量磁鈦鐵礦、榍石、十字石和磁鐵礦；南部宜君-淳化地區(qū)主要以鋯石、白鈦礦為主，富含電氣石，磁鈦鐵礦；東南部富縣-韓城地區(qū)重礦物主要以鋯石、白鈦礦為主，金紅石發(fā)育，含少量銳鈦礦、白鈦礦、石榴石。綜上所述，盆地南部物源以巖漿巖、中-深度變質(zhì)巖為主，存在3個物源方向-東南部、南部及西南部物源。

圖3　盒8段輕礦物組合餅狀分布圖Fig.3　Pie distribution of light mineral of 8 section

根據(jù)盆地主要物源區(qū)重礦物組分、類型的分析，盒8期鄂爾多斯盆地主要存在北、南部2個物源供給區(qū)。盆地北部可細分為西北、北部及東北3個主要物源方向，源區(qū)基巖為沉積變質(zhì)巖、中-低級變質(zhì)巖，來自于盆地北部阿拉善、狼山、陰山地區(qū)；南緣物源可細分為西南、南部及東南3個主要物源方向為一些中-高級變質(zhì)巖、巖漿巖；盆地西緣重礦物類型獨特，區(qū)別于南北各區(qū)，但又受南北物源影響，結(jié)合盆地古地理演化，將其劃分為受各區(qū)物源影響的匯水區(qū)。

4輕礦物特征

輕礦物是與重礦物相對而言的，指比重小于2.86 g/cm3的陸源碎屑礦物，其含量約占砂巖的99.5%～99.9%，主要由穩(wěn)定礦物石英及不穩(wěn)定礦物長石、方解石和沸石組成，以石英相對含量作為其研究對象[28]。物源區(qū)輕礦物類型的差異以及隨后在河流搬運、分異作用中的變化決定了沉積盆地中輕礦物組成存在差異[29]。沉積物在搬運過程中，隨著搬運距離的增加，石英所占的比例增大，容易被風化溶蝕的長石和巖屑含量相對減少。

對其輕礦物數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，表明盆地盒8段砂巖主要以長石巖屑砂巖、巖屑石英砂巖及巖屑長石砂巖為主(圖3)。在盆地西北部烏海-銀川一帶，為高長石、巖屑含量分布區(qū)，石英含量多為50%～60%，長石含量大于25%，巖屑含量不足20%，其中巖屑多以變質(zhì)巖巖屑為主，含量為6%～11%，主要為石英片巖、片麻巖、綠片巖及千枚巖等；沉積巖屑主要為粉砂巖、灰?guī)r、云巖等，含量在4%～5%左右；火成巖巖屑多不足10%.盆地北部鄂克托旗地區(qū)為高巖屑分布區(qū)，含少量長石，石英含量為75%～80%，巖屑含量小于25%，長石含量小于10%，與西部相比長石含量減少，巖屑主要為沉積巖巖屑。盆地東北部杭錦旗-榆林-柳林一帶，石英含量普遍為60%～75%，長石含量為10%～20%，巖屑含量在30%左右，為高巖屑、長石區(qū)，巖屑基本上為變質(zhì)巖。盆地中部定邊-吳旗一帶為高石英區(qū)，整體上處于貧長石物源區(qū)，石英含量大于80%，巖屑含量一般小于20%，與北部輕礦物組合具有明顯差異，石英含量大幅度增加，巖屑主要為變質(zhì)巖巖屑。盆地南部，石英含量為60%～70%，長石含量在25%左右，巖屑含量為10%～30%，主要為噴出巖巖屑。

盆地西北部主要為巖屑長石砂巖，由北向南石英含量逐漸增加，長石含量逐漸減少，物源主要來自于盆地西北部阿拉善、狼山地區(qū)；盆地北部地區(qū)巖屑砂巖發(fā)育，向南石英含量明顯增加，物源主要來自北部陰山地區(qū)；而盆地東北部地區(qū)總體上為長石巖屑砂巖的覆蓋區(qū)，由北向南巖屑含量增加，長石含量減少，石英含量較穩(wěn)定，說明沉積物主要來自盆地北部和東北部，且離物源較近。盆地南部地區(qū)，受祁連-北秦嶺造山帶的控制，沉積物主要以巖屑長石砂巖為主，長石大量發(fā)育表明南部離物源較近。而盆地中部地區(qū)，則是西北、北部和東北以及南部4大物源的混積區(qū)，碎屑顆粒中石英有所增加，達到80%以上，以石英砂巖為主，礦物成熟度有增高的趨勢。

5結(jié)論

1)鄂爾多斯盆地下石盒子組盒8段沉積期，周緣存在多個古隆起，盆地主要存在北、南部2個物源供給區(qū)，其中北部物源供給時間長、影響范圍大；

2)盆地西緣物源分布局限，多受南北物源共同影響，沉積物主要為來自中寧一帶的上太古界千里山群和宗別立群以及元古界賀蘭山群地層；

3)盆地北部地區(qū)沉積物根據(jù)其輕重礦物組合及古流水的差異，可細分為北北東、北及北北西3個物源方向，北北西物源主要為來自阿拉善、狼山的元古界上阿拉善群、渣爾泰山群的沉積巖或沉積變質(zhì)巖地層；而北部物源主要為陰山地區(qū)太古界變質(zhì)巖；北北東物源主要為來自陰山地區(qū)變質(zhì)較深的太古界烏拉山、集寧群地層變質(zhì)巖，北部同時受北北東、北北西2個方向物源影響，其中北北西物源影響較大；

4)盆地南部沉積物變質(zhì)程度較高，在礦物組合和類型上具有相似性，根據(jù)微量礦物組合可將南部物源分為南南東、南及南南西3個物源方向，南南西物源主要來自六盤山、秦嶺的海原群地層；南部物源受西南、東南物源影響，主要來自秦嶺古陸的寬坪群、秦嶺群地層；南南東物源主要為來自秦嶺古陸的太華群、鐵銅溝群、秦嶺群的中-高級變質(zhì)巖。

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Analysis of the provenance of the 8thmember in Ordos Basin

LIANG Ji-wei1，CHEN Jie1，ZHAO Kai-qiang1，MEI Hua-ping2，LIU Wei-rong1，YANG Ling3

(1.CollegeofEarthScienceandRecourses，Chang’anUniversity，Xi’an710054，China；

2.GasProductionPlant5，PetroChinaChangqingOilfieldCompany，Wushenqi017300，China；

3.ShaanxiCenterofGeologicalSurvey，Xi’an710068，China)

Abstract：The study on provenance of the Shihezi Formation in the Ordos Basin，which is on the basis of the research on the whole basin，is more and more important in the new discovery of gas reservoir.Based on the method of mathematical statistics analysis of the data of the ancient flow direction，the severity of the mineral composition，distribution and so on，combined with the comparative study of the surrounding bedrock，the provenance of the 8thmember of the Xiashihezi Formation was studied.The research suggests that the sources during the deposition of the 8thMember of Xiashihezi Formation in Ordos Basin were from north and south，and the catchment area centers around Wuqi-Zichang area；The northern provenance can be subdivided into three directions including north-east，northwest and north direction.The influence area of northern provenance is bigger，which has been extended to the Dingbian-Zichang area；The mineral components in southern are same，and according to the difference of the trace mineral，it can be divided into South-east direction，south direction and south-west direction，but the scope was restricted to the south of Wuqi-Yan’an area；Affected by more than one sources，Dingbian-Yanan area formed a catchment basin.

Key words：source analysis；heavy minerals；paleo-current directions；8thMember of Xiashihezi Formation；Ordos Basin

中圖分類號：TD 912

文獻標志碼：A

通訊作者：梁積偉(1969-)，男，甘肅山丹人，副教授，E-mail:jiwei@chd.edu.cn

收稿日期：*2015-07-14責任編輯：李克永

文章編號：1672-9315(2016)01-0040-07

DOI：10.13800/j.cnki.xakjdxxb.2016.0107