鄂爾多斯盆地西緣中部三疊系延長組碎屑巖沉積環(huán)境及物源示蹤

摘 要 【目的】鄂爾多斯盆地西緣中部三疊系延長組沉積環(huán)境和物源認(rèn)識上還存在一些分歧和不足。【方法】通過地球化學(xué)方法對延長組不同層段的16件砂泥巖樣品進(jìn)行了主量、微量以及稀土元素測試分析，探討了延長組碎屑巖的沉積環(huán)境、物源區(qū)源巖類型和構(gòu)造背景?！窘Y(jié)果】砂巖類型主要為巖屑砂巖、長石砂巖，源區(qū)經(jīng)歷了弱—中等的風(fēng)化作用，樣品受再旋回作用影響很小；源巖與上地殼物質(zhì)相關(guān)；延長組整體處于氧化—弱還原的淡水沉積環(huán)境，古氣候?yàn)楦珊怠敫珊?，第三段部分處于弱氧化的微咸水環(huán)境和溫濕古氣候；源巖主要為長英質(zhì)巖石，延長組三段物源較復(fù)雜，有部分中性巖；延長組源區(qū)總體處于活動(dòng)大陸邊緣構(gòu)造背景，第三段源區(qū)構(gòu)造背景較復(fù)雜，與大陸島弧和活動(dòng)大陸邊緣構(gòu)造背景均相關(guān)?！窘Y(jié)論】元素地球化學(xué)特征示蹤的物源和沉積環(huán)境特征，與三疊系延長組湖盆演化和區(qū)域構(gòu)造環(huán)境具有較好的一致性。

關(guān)鍵詞 三疊系；延長組；地球化學(xué)；沉積環(huán)境；物源特征；鄂爾多斯盆地

第一作者簡介 李俊，男，1997年出生，碩士研究生，油氣地質(zhì)，E-mail： 2173844163@qq.com

通信作者 趙紅格，女，教授，E-mail： zhaohg@nwu.edu.cn

中圖分類號 P512.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 A

0 引言

碎屑巖地球化學(xué)組分對源區(qū)性質(zhì)、沉積環(huán)境及其形成的構(gòu)造背景等通常具有良好的指示意義[1?3]。目前，國內(nèi)外學(xué)者利用地球化學(xué)方法來判別物源區(qū)性質(zhì)、構(gòu)造背景和沉積環(huán)境已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用[4?9]。

鄂爾多斯盆地西緣中部位于不同構(gòu)造單元結(jié)合部位，由于其構(gòu)造特征復(fù)雜，經(jīng)歷多次構(gòu)造變動(dòng)，因此一直以來盆地西緣中部晚三疊世延長期的沉積邊界、古地貌格局及物源存在諸多的爭論。近年來，延長組作為盆地西北部油氣勘探開發(fā)的重點(diǎn)層位而備受關(guān)注。前人對盆地西緣、西北緣和西南緣晚三疊世的物源研究工作較多，田永強(qiáng)[10]、王若谷等[11]根據(jù)古水流流向、輕、重礦物和巖屑組合以及稀土元素特征，認(rèn)為盆地西北部長7期物源來自西北緣阿拉善地塊的花崗巖和變質(zhì)巖；張維[12]、王世虎等[13]、楊華等[14]、趙紅格等[15]、Sun et al.[16]通過盆地西北部汝箕溝剖面和西部石溝驛地區(qū)延長組的古水流、礫石成分、砂巖碎屑成分和砂巖鋯石測年等分析認(rèn)為，該時(shí)期盆地西北部物源來自阿拉善地塊，而西部石溝驛地區(qū)有西南的祁連造山帶物質(zhì)加入；雷琳琳等[17]、李亞男[18]進(jìn)一步利用碎屑鋯石U?Pb年齡分析，對西北緣賀蘭山地區(qū)和西緣中部磁窯堡地區(qū)晚三疊世早中期物源進(jìn)行分析，認(rèn)為早期以西北部的阿拉善地塊和北部的孔茲巖帶為主要物源區(qū)，西部巴彥浩特地區(qū)為次要物源區(qū)，中期巴彥浩特地區(qū)則開始成為主要物源區(qū)；魏紅紅等[19]、李蒙等[20]少數(shù)學(xué)者根據(jù)賀蘭山東西部礫巖成分、重礦物和古水流差異，認(rèn)為可能有少量的東部物源供給。而盆地西緣中部晚三疊世野外露頭較少且改造剝蝕作用較強(qiáng)、地層層位不全，前人對有限的露頭區(qū)（磁窯堡、石溝驛）沉積物源展開了部分研究[14，18]，缺乏延長組系統(tǒng)的元素地球化學(xué)物源分析，在一定程度上制約了盆地西緣中部晚三疊世古地理恢復(fù)的深入研究。

前人對盆地晚三疊世源區(qū)構(gòu)造背景也進(jìn)行了相關(guān)研究，李怡佳等[21]通過巖石學(xué)和地球化學(xué)特征等分析，認(rèn)為盆地南緣長10—長8段砂巖源區(qū)是大陸島弧為主，活動(dòng)大陸邊緣為輔的構(gòu)造背景；彭治超等[22]、Sunet al.[16]、Zhao et al.[23]利用砂巖碎屑組分和地球化學(xué)特征認(rèn)為盆地西北部晚三疊世砂巖主要來自大陸巖漿島弧背景。而有關(guān)盆地西緣中部地區(qū)晚三疊世物源區(qū)構(gòu)造背景的研究極少。通過碎屑巖地球化學(xué)特征分析探討該時(shí)期物源性質(zhì)和構(gòu)造背景，對恢復(fù)鄂爾多斯盆地西緣中部原盆邊界和古環(huán)境具有重要意義。

諸多學(xué)者針對鄂爾多斯盆地晚三疊世沉積環(huán)境展開了研究，王峰等[24]、尹澤等[25]、李文厚等[26]通過露頭、巖心和測井資料認(rèn)為盆地晚三疊世發(fā)育一套河流—湖泊—三角洲沉積體系，且盆地西北部汝箕溝主要發(fā)育沖積扇沉積，中部石溝驛剖面則主要發(fā)育辮狀河沉積。部分學(xué)者利用主微量元素等探討了盆地西南部和東南部延長組部分段或?qū)游坏某练e環(huán)境，范萌萌等[4]認(rèn)為盆地東南緣延長組為弱還原—氧化環(huán)境的淡水—半咸水水體環(huán)境，古氣候?yàn)闇嘏睗?；賈澤南等[5]提出盆地姬源地區(qū)長8—長6沉積期為低鹽度的淡水湖泊環(huán)境和溫暖濕潤氣候；劉鑫等[6]通過對盆地西南部的鎮(zhèn)北地區(qū)延長組長4+5段元素地球化學(xué)分析，認(rèn)為該區(qū)為弱還原—氧化的微咸水環(huán)境以及半潮濕—半干燥的氣候。然而，盆地西緣中部地區(qū)的沉積環(huán)境缺少相關(guān)的地球化學(xué)證據(jù)，特別是缺少對延長組各段井下資料的地球化學(xué)分析。因此，借助于油田系統(tǒng)的鉆井取心資料，開展不同層段巖心地球化學(xué)分析，能夠準(zhǔn)確地反演源區(qū)物源類型和構(gòu)造背景。

本文在前人的研究基礎(chǔ)上，對鄂爾多斯盆地西緣中部三疊系延長組不同層段的16件鉆井巖心砂泥巖樣品進(jìn)行主、微量及稀土元素地球化學(xué)測試分析，結(jié)合風(fēng)化程度、古沉積環(huán)境、源巖類型和源區(qū)構(gòu)造背景，探討了鄂爾多斯盆地西緣中部晚三疊世延長組古環(huán)境特征與物源，以期為盆地西緣中部晚三疊世物源和沉積環(huán)境研究提供依據(jù)。

1 地質(zhì)背景

鄂爾多斯盆地是發(fā)育于華北克拉通西部的大型中生代含油氣盆地，三疊系延長組為盆地石油主要的賦存和產(chǎn)出層位。盆地形成演化受南北部洋陸俯沖、板塊碰撞和多種構(gòu)造作用的影響，南部受中晚三疊世勉略洋閉合，揚(yáng)子板塊向華北板塊的俯沖碰撞影響，盆地沉降中心位于西南部，平行于秦—祁連造山帶呈北西—南東向展布；北部受二疊紀(jì)末古亞洲洋閉合、華北板塊與西伯利亞板塊碰撞及其之后的遠(yuǎn)程效應(yīng)影響，阿拉善地塊北部和華北板塊北緣強(qiáng)烈隆升，導(dǎo)致盆地古地理面貌呈現(xiàn)為北高南低、水體北淺南深、沉積北薄南厚的特點(diǎn)。印支運(yùn)動(dòng)制約了鄂爾多斯三疊系大型湖盆的形成演化，燕山運(yùn)動(dòng)使得盆地周緣進(jìn)一步隆升遭受剝蝕，最終喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)使得盆地定型。盆地由古生代華北克拉通盆地逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橹猩晗菖璧?，沉積環(huán)境由海相、海陸過渡相轉(zhuǎn)變?yōu)殛懴喹h(huán)境。根據(jù)現(xiàn)今構(gòu)造形態(tài)特征及基底性質(zhì)，盆地可分為伊盟隆起、伊陜斜坡、渭北隆起、西緣逆沖帶、天環(huán)坳陷和晉西撓褶帶六個(gè)一級構(gòu)造單元（圖1a）。