鄂爾多斯盆地東南部晚石炭世—中二疊世沉積環(huán)境及演化

摘要 通過(guò)對(duì)鄂爾多斯盆地東南部上古生界泥巖樣品微量元素的分析測(cè)試，并結(jié)合巖石沉積學(xué)特征、地球物理測(cè)井等多種方法，定性、半定量及定量地分析整個(gè)研究區(qū)晚石炭世本溪組至中二疊世下石盒子組盒8段的沉積水體環(huán)境和古氣候等特征，并在此基礎(chǔ)上探討沉積環(huán)境的演化特征。結(jié)果表明，砂巖中多以反應(yīng)牽引流水動(dòng)力條件的沉積構(gòu)造為主，沉積期水動(dòng)力較強(qiáng);Sr／Ba值指示研究區(qū)處于混合水-淡水環(huán)境;巖性組合、典型自生礦物、V／Cr、Ni／Co、V／（V+Ni）、δU及自然伽馬能譜測(cè)井資料定性及半定量判別表明，研究區(qū)主體為富氧淺水環(huán)境;結(jié)合La-Co法定量判別認(rèn)為研究區(qū)古水體深度多小于25 m，但古水深頻繁變化;Sr／Cu值指示研究區(qū)屬溫濕的古氣候。由本溪組至下石盒子組盒8段，水體鹽度逐步降低，水體深度穩(wěn)步下降，古氣候由濕潤(rùn)趨于干燥，亦揭示出鄂爾多斯盆地東南部上古生界經(jīng)歷了由近海湖盆至內(nèi)陸湖盆的沉積演化過(guò)程。

關(guān)鍵詞 古鹽度;古水深;古氣候;微量元素;晚石炭世—中二疊世;鄂爾多斯盆地東南部

中圖分類號(hào)：P595 "DOI：10.16152/j.cnki.xdxbzr.2024-06-008

Sedimentary environment and evolution of Late Carboniferan-Middle

Permian in southeastern Ordos Basin

WANG Ruogu1， ZHOU Jinsong1， ZHANG Jianfeng1， MI Weiwei1， ZHANG Jiafei1， GAO Ze1， LIU Nan1， LI Wenhou2

（1.Natural Gas Research Institute of Shaanxi Yanchang Petroleum （Group） Co.， Ltd.， Xi’an 710065， China;

2.Department of Geology／State Key Laboratory of Continental Dynamics， Northwest University， Xi’an 710069， China）

Abstract By conducting analysis and testing of trace elements in mudstone samples from the Upper Paleozoic strata in the southeastern Ordos Basin， and integrating various methods such as sedimentary geological characteristics and geophysical logging， this study qualitatively， semi-quantitatively， and quantitatively analyzes the sedimentary water body environment and paleoclimate features of the Late Carboniferous Benxi Formation to the Middle Permian Xiashihezi Formation He 8 Member. Furthermore， it explores the evolutionary characteristics of the sedimentary environment based on these findings. The results indicate that the Upper Paleozoic strata are primarily characterized by sedimentary structures reflecting traction flow conditions. During sandstone deposition periods， water dynamics were notably strong. The Sr／Ba value suggests that the study area is situated within a mixed water-freshwater environment. Qualitative and semi-quantitative assessments based on rock composition， typical self-formed minerals， the values of V／Cr， Ni／Co， V／（V+Ni）， δU， as well as natural gamma ray spectral logging data collectively indicate that an oxygen-rich shallow water environment predominates in the study area. Furthermore， quantitative judgment using La-Co law indicates that paleo-water depths in this region generally did not exceed 25 meters but exhibited frequent fluctuations. The Sr／Cu value points to a warm and humid ancient climate prevailing in this area. From Benxi Formation to Xiashihezi Formation He 8 Member， the salinity of water bodies gradually decreased while their depth steadily diminished. Additionally， the paleoclimate transitioned from humid to dry， revealing a sedimentary evolution process from nearshore basin to inland basin for Upper Paleozoic strata in southeastern Ordos Basin.

Keywords paleosalinity; paleo-water depth; paleoclimate; trace element; Late Carboniferan-Middle Permian; southeastern Ordos Basin

沉積水體中的沉積物記錄了豐富的古環(huán)境和古氣候信息。恢復(fù)沉積水體可揭示湖盆在不同地質(zhì)時(shí)期的水深、水溫、鹽度、氧化還原條件等沉積環(huán)境特征，進(jìn)而揭示古氣候的演變規(guī)律、古環(huán)境的變遷過(guò)程［1-3］。沉積古水體環(huán)境也影響著巖相組合［4］和烴源巖生烴潛力［5］，分析探討沉積古環(huán)境及其演化過(guò)程，可為油氣勘探，特別是非常規(guī)油氣勘探提供重要的地質(zhì)依據(jù)。

鄂爾多斯盆地是我國(guó)最大的能源生產(chǎn)基地，其中上古生界蘊(yùn)含著豐富的天然氣資源。近年來(lái)，隨著勘探開(kāi)發(fā)程度的提高，勘探開(kāi)發(fā)的視野逐漸匯聚到烴源巖附近及其層系，致密氣、頁(yè)巖氣、煤層氣等非常規(guī)資源已成為勘探開(kāi)發(fā)重點(diǎn)領(lǐng)域。鄂爾多斯盆地東南部沉積環(huán)境有別于北部，晚古生代沉積是在陸表海環(huán)境向大陸環(huán)境演化的大背景下形成的，處于近海湖盆的邊緣位置［6］。前人多側(cè)重于天然氣成藏系統(tǒng)中沉積相［7-9］、烴源巖［10-11］、儲(chǔ)層［12-13］等方面的研究，部分學(xué)者對(duì)古沉積環(huán)境進(jìn)行過(guò)探討，多針對(duì)的是山西組［14］，鮮有學(xué)者開(kāi)展過(guò)本溪組古沉積環(huán)境介質(zhì)條件的研究，且尚未有學(xué)者對(duì)鄂爾多斯東南部上古生界湖（海）盆水體深度進(jìn)行系統(tǒng)定量的分析。

鑒于此，本文主要通過(guò)對(duì)鄂爾多斯盆地東南部上古生界泥巖樣品微量元素的分析，并結(jié)合巖石沉積學(xué)特征、測(cè)井資料評(píng)價(jià)等多種方法，定性、半定量及定量分析整個(gè)鄂爾多斯盆地東南部晚石炭世本溪組至中二疊世下石盒子組盒8段的沉積環(huán)境介質(zhì)條件和古氣候等特征，并在此基礎(chǔ)上探討沉積環(huán)境的演化特征，旨在為盆地東南部上古生界致密氣、頁(yè)巖氣等資源的勘探開(kāi)發(fā)提供理論依據(jù)。

1 地質(zhì)背景

鄂爾多斯盆地位于華北克拉通中西部，是一個(gè)古生代地臺(tái)及臺(tái)緣坳陷與中新生代臺(tái)內(nèi)坳陷疊合的大型多旋回克拉通盆地。研究區(qū)位于鄂爾多斯盆地東南部，北起子洲，南至黃陵，東達(dá)延川，西抵志丹，構(gòu)造位置隸屬伊陜斜坡構(gòu)造單元（見(jiàn)圖1），構(gòu)造較為簡(jiǎn)單。受加里東運(yùn)動(dòng)的影響，鄂爾多斯盆地東南部上古界地層發(fā)育不全，缺失泥盆系和下石炭統(tǒng)地層，之上再無(wú)沉積間斷，上古生界地層自下而上劃分為上石炭統(tǒng)本溪組、下二疊統(tǒng)太原組和山西組、中二疊統(tǒng)下石盒子組和上石盒子組及上二疊統(tǒng)石千峰組。其中，根據(jù)巖性組合、電性和沉積旋回等特征可將山西組自下而上劃分出山2 和山1 兩段，山2段可再細(xì)分出3個(gè)亞段（見(jiàn)圖1）。區(qū)內(nèi)石炭系—二疊系整體經(jīng)歷了由海及陸的古地理演化過(guò)程，主要發(fā)育障壁海岸、陸表海碳酸鹽臺(tái)地、辮狀河三角洲前緣、曲流河三角洲前緣和湖泊沉積體系［9］。

本次研究所選取泥頁(yè)巖微量元素測(cè)試樣品位于研究區(qū)不同位置51口鉆井、91塊樣品，取樣層位涉及本溪組、山西組及下石盒子組盒8段。樣品測(cè)試由西北大學(xué)大陸動(dòng)力學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成，各樣品分析計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1，具體計(jì)算過(guò)程及結(jié)果討論見(jiàn)后文。

2 沉積水動(dòng)力條件分析

碎屑巖沉積物的巖性、粒度特征以及沉積構(gòu)造均能反應(yīng)沉積時(shí)的水動(dòng)力條件。研究區(qū)本溪組、山西組—下石盒子組盒8段巖性以中-細(xì)砂巖與泥、粉砂巖互層為主，整體看來(lái)，泥巖占比較高，地層多呈現(xiàn)出“泥包砂”的特征。相較而言，本溪組和下石盒子組盒8段粒度稍大，可見(jiàn)一定數(shù)量的細(xì)礫巖和粗砂巖。砂巖中常見(jiàn)槽狀交錯(cuò)層理、板狀交錯(cuò)層理、平行層理、流水沙紋層理、浪成沙紋層理、塊狀層理等原生沉積構(gòu)造（見(jiàn)圖2），未見(jiàn)反映重力流作用的構(gòu)造類型?？v向上看：本溪組砂巖及細(xì)礫巖中多見(jiàn)塊狀層理、槽狀交錯(cuò)層理，偶見(jiàn)沖洗交錯(cuò)層理及浪成沙紋層理，反應(yīng)了強(qiáng)水動(dòng)力背景下，局部雙向水流的特征;山西組砂巖可見(jiàn)塊狀、板狀及平行層理，亦見(jiàn)少量的變形層理，反應(yīng)了水動(dòng)力條件以牽引流為主，但局部存在不穩(wěn)定的水動(dòng)力環(huán)境，粉-細(xì)砂巖中可見(jiàn)浪成交錯(cuò)層理，為波浪作用的產(chǎn)物，多形成于濱淺湖等較強(qiáng)水動(dòng)力的淺水環(huán)境中;下石盒子組盒8段砂巖中多見(jiàn)板狀、槽狀及平行層理等反應(yīng)牽引流水動(dòng)力條件的沉積構(gòu)造，水動(dòng)力條件進(jìn)一步加強(qiáng)，反映出近岸的淺水沉積環(huán)境。

（a）灰色細(xì)砂巖中發(fā)育浪成交錯(cuò)層理，延416井，2 308.65 m，盒8段;（b）深灰色中砂巖中發(fā)育槽狀交錯(cuò)層理，延330井，2 534.89 m，山1段;（c）灰色粗砂巖中發(fā)育板狀交錯(cuò)層理，延267井，3 087.46 m，本溪組

3 水體古鹽度分析

地層中微量元素的分布、分配和遷移往往受控于沉積巖的形成環(huán)境，可以利用性質(zhì)穩(wěn)定的、受后續(xù)成巖作用影響較小的元素含量及相關(guān)比值來(lái)判斷和恢復(fù)沉積環(huán)境［15-19］。本次采用Sr／Ba值對(duì)本溪組、山西組及下石盒子組盒8段水體古鹽度進(jìn)行分析。

Sr／Ba值可作為古鹽度判別的靈敏標(biāo)志，但關(guān)于淡水及混合水的分界線一直存在爭(zhēng)議［20-22］?；谂璧貣|南部上古生界沉積背景， 本文采用王香增等人推薦的Sr／Ba=0.4作為淡水和混合水的界限［22］。 根據(jù)泥巖樣品分析結(jié)果可知（見(jiàn)表2），研究區(qū)本溪組—下石盒子組盒8段泥巖樣品的Sr／Ba值介于0.19～4.49， 共有31個(gè)樣品Sr／Ba值大于0.4， 占總樣品數(shù)的34％， 說(shuō)明研究區(qū)本溪組、山西組至下石盒子組盒8段沉積期整體處于淡水-混合水沉積環(huán)境中。垂向上，由本溪組至盒8段Sr／Ba值呈現(xiàn)逐步降低的趨勢(shì)，本溪組Sr／Ba最高值可達(dá)4.5，指示了海相咸水環(huán)境; 山23、山22亞段均有約75％（19個(gè)、 9個(gè)）的樣品Sr／Ba值高于0.4， 山21亞段有25％（2個(gè)）樣品Sr／Ba值高于0.4。" 區(qū)域上，" 大致呈現(xiàn)出由東南向西北， Sr／Ba值逐步降低的趨勢(shì)， 說(shuō)明山2沉積期仍處于混合水環(huán)境中， 間歇性的海侵作用仍影響著研究區(qū)的東南部; 山1段和盒8段各有約10％（2個(gè)）的樣品Sr／Ba值略高于0.4， 說(shuō)明海水基本已完全退出研究區(qū)，僅在東南部宜川區(qū)域有著極小的影響。

4 古水深判別

4.1 沉積學(xué)標(biāo)志

自生礦物、特定巖石類型均可作為古水深的推測(cè)依據(jù)［23-24］。煤層形成于泥炭沼澤發(fā)育的地貌單元，其形成與植物密切相關(guān)。鄂爾多斯盆地東南部本溪組、山西組地層中多套煤層發(fā)育，尤其在本溪組頂部和山西組中下部，煤層分布廣泛且較穩(wěn)定，單層厚度最大可達(dá)7 m，平均厚度2 m左右，其中，本溪組煤層總厚度介于0.50～13.9 m，山西組煤層總厚度介于0.50～19.5 m（見(jiàn)圖3）。煤層的廣泛發(fā)育指示出研究區(qū)在本溪組、山西組沉積期水體應(yīng)處于淺水環(huán)境。

自生礦物記錄了其形成時(shí)的自然條件，可間接反映古水深。含鐵自生礦物在水深控制的氧化還原條件下呈現(xiàn)出有規(guī)律的分布特征：赤鐵礦形成于水深0～1 m、褐鐵礦水深1～3 m、菱鐵礦水深3～15 m，深度大于15 m 時(shí)則以黃鐵礦為主［24-25］。通過(guò)對(duì)探井薄片觀察統(tǒng)計(jì)得出（見(jiàn)表3），鄂爾多斯盆地上古生界含鐵自生礦物多以菱鐵礦和黃鐵礦為主，其中，本溪組砂巖樣品中常見(jiàn)黃鐵礦，平均含量1.58％，偶見(jiàn)菱鐵礦，平均含量0.42％;山西組山2段砂巖樣品中黃鐵礦含量明顯降低，平均含量0.86％，但菱鐵礦含量顯著升高，薄片中最高含量可達(dá)8％，平均含量1.06％;山1段薄片中仍以菱鐵礦為主，平均含量0.55％，黃鐵礦含量極低，平均含量不足0.07％;下石盒子組黃鐵礦和菱鐵礦含量均較低，菱鐵礦（0.35％）含量略高于黃鐵礦（0.06％）。從含鐵自生礦物的變化規(guī)律不難看出，本溪組至下石盒子組處于動(dòng)蕩的水體變化環(huán)境中，但黃鐵礦逐步減少，菱鐵礦相應(yīng)增加，水體深度逐步變小。

4.2 微量元素地化特征分析

微量元素V、Ni、Co、Cr、U和Th等是氧化還原敏感性元素，其富集程度明顯受控于沉積環(huán)境的氧化還原條件［26］。而湖底的氧化還原環(huán)境主要受水深和水動(dòng)力條件控制：河流入湖口及濱、淺湖區(qū)水體動(dòng)蕩，水深普遍不超過(guò)15 m，湖底處于氧化環(huán)境;水深介于15～25 m的開(kāi)放湖域湖底區(qū)或水深小于15 m的局限湖灣區(qū)，其湖底環(huán)境則通常表現(xiàn)為弱氧化與弱還原狀態(tài)的交替或共存;水深大于25 m的湖底多位于遠(yuǎn)離河口的低能帶，處于還原-強(qiáng)還原環(huán)境［2，27］。

微量元素的富集程度往往會(huì)受到陸源組分、碳酸鹽巖含量等影響，因此，僅憑微量元素絕對(duì)含量來(lái)判斷水體的氧化還原條件尚不夠精確。相比之下，采用元素的比值作為指標(biāo)，會(huì)相對(duì)消除部分影響作用，從而能更好地反映水體的氧化還原條件參數(shù)［15，18］，進(jìn)而推測(cè)古水深值。

Krejci-Graf、Jones和Manning、Hatch 和Leventhal等人的研究認(rèn)為，V／Cr、Ni／Co、V／（V+Ni） 對(duì)氧化還原環(huán)境有較好的指示作用，均能夠反應(yīng)古環(huán)境的氧化-還原條件［28-30］。通常，V／Crlt;2為氧化環(huán)境，V／Cr在2～4.25之間為貧氧環(huán)境，大于4.25為厭氧環(huán)境;Ni／Colt;2.5為氧化環(huán)境，Ni／Co在2.5～5.0之間為貧氧環(huán)境，大于5.0為厭氧環(huán)境;V／（V+Ni） ≥0.84 時(shí)反映硫化靜海的環(huán)境，V／（V+Ni） 處于0.54～0.72 時(shí)反映非硫化缺氧的環(huán)境，處于0.46～0.60 時(shí)反映貧氧的水體環(huán)境，但需要指出的是，V／（V+Ni） 比值估算的氧化還原條件往往會(huì)偏向還原［31］。吳朝東等人通過(guò)研究U和Th的相互關(guān)系，提出可利用 δU 作為判識(shí)缺氧環(huán)境的另一指標(biāo)，其中，δU=U／［0.5×（Th／3+U）］，δUgt;1為缺氧環(huán)境，δUlt;1為正常水體環(huán)境［32］。綜上，本次研究采用的氧化還原狀態(tài)常用的指示標(biāo)記判斷指標(biāo)見(jiàn)表4。

研究區(qū)本溪組—下石盒子組盒8段泥巖的微量元素比值統(tǒng)計(jì)結(jié)果特征如表5所示。整體看來(lái)，V／Cr介于0.38～3.60之間，Ni／Co分布在0.07～15.65之間，V／（V+Ni）介于0.19～0.90之間，δU分布于0.08～1.97之間。根據(jù)上述氧化還原條件判斷指標(biāo)及分析測(cè)試結(jié)果，V／Cr值、Ni／Co值和δU值具有較好的相關(guān)性，均反應(yīng)出研究區(qū)本溪組—下石盒子組盒8段沉積時(shí)水體多處于富氧環(huán)境，古水深一般小于15 m，推測(cè)沉積環(huán)境應(yīng)位于河流入湖（海）口及水體動(dòng)蕩的濱、淺湖區(qū)。但不同層段均有樣品處于貧氧環(huán)境中，本溪組約22％（2個(gè)）的樣品特征元素比值指示了貧氧-厭氧環(huán)境;山西組山2段約有18％（7個(gè)）的樣品特征元素比值指示了貧氧環(huán)境，山1段約有40％（8個(gè)）的樣品指示了貧氧環(huán)境;而盒8段僅有1個(gè)樣品處于貧氧環(huán)境中，也證實(shí)了研究區(qū)本溪組、山西組及下石盒子組盒8段沉積期，水體整體經(jīng)歷了由深變淺的過(guò)程。

延X(jué)井在山西組山1段泥頁(yè)巖中連續(xù)取樣7點(diǎn)，本井V／Cr介于1.70～2.63之間，Ni／Co分布在1.25～3.23之間，δU分布于0.71～1.24之間（見(jiàn)圖4），說(shuō)明了山西組沉積期貧氧-含氧環(huán)境頻繁變化，古水深多處于小于25 m的弱氧化-弱還原環(huán)境中，且水進(jìn)水退頻繁，沉積環(huán)境快速變遷。

4.3 地球物理學(xué)方法

利用泥巖樣品測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行古水深分析，只能集中于采樣目的層段，不能垂向連續(xù)性地分析整套地層的水深變化情況。而自然伽馬能譜測(cè)井可以獲取地層中垂向連續(xù)的U、Th、K含量。Jones等人在對(duì)北歐地區(qū)晚侏羅世的暗色泥質(zhì)巖研究后發(fā)現(xiàn)，Th／U在0～2之間，指示了厭氧的環(huán)境，水體相對(duì)較深;2～8之間指示了貧氧環(huán)境；大于8時(shí)指示了富氧的環(huán)境，水體相對(duì)較淺［29］。因此，可利用測(cè)井中的Th／U 值間接但連續(xù)性地恢復(fù)沉積期古水深［33-34］。

延Y井位于鄂爾多斯盆地東南部延安市境內(nèi)，本井進(jìn)行了常規(guī)電纜測(cè)井，獲得了伽馬能譜曲線，測(cè)井品質(zhì)較高。通過(guò)對(duì)本井的Th／U值分析得出，連續(xù)測(cè)井剖面上Th／U值變化劇烈，分布在0.44～9.1區(qū)間內(nèi)，反應(yīng)出古水深變化劇烈（見(jiàn)圖5）。整體看來(lái)，砂巖層段的Th／U值明顯高于泥巖層段，反應(yīng)出砂巖沉積主要發(fā)生在淺水環(huán)境期間。本溪組Th／U值介于1.24～5.20，大多數(shù)測(cè)點(diǎn)處于貧氧環(huán)境，偶見(jiàn)厭氧環(huán)境，推測(cè)本溪組沉積物主要形成于15～25 m的開(kāi)放海（湖）域中;太原組Th／U值最小，介于0.44～4.54，大多數(shù)處于厭氧環(huán)境，偶見(jiàn)貧氧環(huán)境，指示出太原組整體古水深較大，可能往往大于25 m，屬具有一定深度的海相環(huán)境中;山西組Th／U值介于2.5～9.1，大多數(shù)測(cè)點(diǎn)處于貧氧環(huán)境，并見(jiàn)富氧環(huán)境，推測(cè)山西組沉積物主要形成于15～25 m的開(kāi)放海（湖）域中，但砂巖沉積處于水深小于15 m的高能區(qū);盒8段Th／U值介于2.13～8.48，較山西組來(lái)看，形成于富氧環(huán)境的測(cè)點(diǎn)更多，推測(cè)盒8段沉積期水深進(jìn)一步減小。綜上所述，Th／U值定量恢復(fù)得出鄂爾多斯盆地上古生界古水深變化劇烈，整體處于低能區(qū)-高能區(qū)過(guò)渡帶，由本溪組—下石盒子組盒8段水體經(jīng)歷了由淺到深繼而又變淺的過(guò)程。

4.4 La-Co法計(jì)算

吳智平等人提出，可以利用湖相泥巖中La和Co的含量定量計(jì)算古水深［35］。多位學(xué)者利用該方法對(duì)鄂爾多斯盆地中生界延長(zhǎng)組湖盆［17，36-37］、四川盆地早侏羅世湖盆［2］的古水深進(jìn)行了恢復(fù)。計(jì)算公式如式（1）～（3）。

Vs=VoNCoSCo-tTCo[JY]（1）

t=SLa／NLa"" [JY]（2）

h=C／V3／2s"" [JY]（3）

式（1）中：Vs為樣品沉積時(shí)的沉積速率（單位m／Ma）;Vo為正常環(huán)境的沉積速率（m／Ma），湖相泥巖沉積速率一般介于0.2×103～0.3×103 m／Ma（本次取值0.3×103 m／Ma）;NCo 為正常湖泊沉積物中Co 的平均值（20 μg／g）;SCo為實(shí)測(cè)樣品Co豐度（μg／g）;TCo為陸源碎屑巖中Co的平均值（4.68 μg／g）;t 表示陸源Co對(duì)樣品的影響，可由式（2）計(jì)算出。式（2）中：SLa（μg／g）表示實(shí)測(cè)樣品中La的豐度;NLa為陸源碎屑巖中La 的平均值（38.99 μg／g）。式（3）中：h為古水深（單位m）;C為常數(shù)（3.05×105）。

計(jì)算結(jié)果顯示，研究區(qū)古水深變化范圍較大，分布范圍0.1～72.2 m，平均23.6 m，表明研究區(qū)晚石炭世至中二疊世水深變化頻繁，但絕大多數(shù)泥巖形成于小于25 m的水深環(huán)境中。垂向上由本溪組、山西組至下石盒子組盒8段計(jì)算得出的古水深平均值逐步變低（見(jiàn)表6），且形成于大于25 m古水深泥巖樣品數(shù)量占比逐步減少，而小于15 m泥巖樣品數(shù)量穩(wěn)步提升（見(jiàn)圖6），指示出水體逐步由深變淺的過(guò)程，對(duì)應(yīng)了上古生界海水逐步退出鄂爾多斯地區(qū)，研究區(qū)經(jīng)歷了由海至陸的沉積演化。

朱筱敏等人以湖浪波長(zhǎng)的1／2作為淺水區(qū)的下限深度，認(rèn)為陸相湖盆淺水三角洲沉積水深不超過(guò) 15 m［38］;楊華等人通過(guò)對(duì)湖相生物相帶的恢復(fù)，認(rèn)為淺湖古水深應(yīng)在15～35 m［39］。結(jié)合薛叔浩等人對(duì)湖底氧化-還原環(huán)境的分析［27］，本研究認(rèn)為有河流注入的陸相淺水三角洲古水深應(yīng)在25 m以內(nèi)。而本次利用La-Co法計(jì)算得出約有41％（37個(gè)）樣品古水深大于25 m，25％（23個(gè)）的樣品古水深大于35 m（見(jiàn)圖6）。古水深大于25 m樣品多集中于山2段與本溪組。前已述及，根據(jù)沉積構(gòu)造、自生鐵礦物組合及微量元素分析均認(rèn)為研究區(qū)在本溪組、山西組沉積期水體應(yīng)處于不大于25 m的淺水環(huán)境中，而La-Co法計(jì)算古水深結(jié)果與已得出結(jié)論存在一定矛盾，可能與微量元素的豐度同時(shí)受到母巖類型和沉積-成巖環(huán)境雙重控制作用相關(guān)，同時(shí)，La-Co法對(duì)古水深的恢復(fù)結(jié)果還受到沉積速率賦值的影響［2］，但其計(jì)算得出的各層位古水深變化趨勢(shì)仍具有較高的可參考性。

5 古氣候分析

多位學(xué)者研究表明，沉積物中微量元素受古氣候影響，不同的元素在特定的環(huán)境中可以保存下來(lái)［40-42］?？衫孟哺尚驮豐r和喜濕型元素Cu的比值作為對(duì)古氣候變化研究的參數(shù)，通常Sr／Cu比值小于10指示溫濕氣候，大于10指示干熱氣候［41-43］。

通過(guò)對(duì)本次研究的樣品分析表明（表1、5），鄂爾多斯盆地東南部上古生界Sr／Cu值均介于1.04～24.46之間，自本溪組—山西組—下石盒子組盒8段，Sr／Cu值總體上為逐漸增大的變化趨勢(shì)。本溪組和山西組山2段所有樣品Sr／Cu均小于10，山1段有2個(gè)樣品值大于10，盒8段亦有2個(gè)樣品值大于10，且最高值顯著高于其余層位。Sr／Cu值指示出本溪組—石盒子組盒8沉積時(shí)期，研究區(qū)總體處于溫濕的氣候環(huán)境下，但有逐漸由濕潤(rùn)趨于干燥的演化趨勢(shì)。

Sr／Cu值指示的古氣候環(huán)境與巖石學(xué)特征也具有較好的對(duì)應(yīng)性。本溪組沉積是一套陸表海沉積［6，9］，泥巖顏色多為灰黑-深灰色，黃鐵礦發(fā)育，云母含量低，指示出還原性沉積環(huán)境;研究區(qū)東部地區(qū)灰?guī)r發(fā)育，說(shuō)明該沉積時(shí)期氣候溫暖潮濕。山西組發(fā)育一套海陸交互相的含煤巖系地層，煤層廣布，泥巖顏色為深灰色-灰黑色，富含植物莖桿化石，部分已碳化，黃鐵礦發(fā)育，指示出還原性沉積環(huán)境，古氣候溫暖濕潤(rùn)，沼澤相發(fā)育。山1段泥巖顏色仍以深色為主，但不再發(fā)育區(qū)域性的厚煤層，僅見(jiàn)較薄的煤線，黃鐵礦含量顯著降低，指示古氣候開(kāi)始由溫暖濕潤(rùn)向季節(jié)性干旱過(guò)渡。進(jìn)入下石盒子組盒8段，泥炭沼澤不再持久發(fā)育，僅在局部地區(qū)見(jiàn)零星煤線;泥巖顏色逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樯罨揖G色為主，但亦可見(jiàn)淺灰、淺灰綠色泥巖;植物化石發(fā)育，但多為碎片狀，指示古氣候有逐步趨于干燥的演化趨勢(shì)。

6 結(jié)論

1）綜合水體動(dòng)力、 古鹽度、 古水深及古氣候分析認(rèn)為， 鄂爾多斯盆地東南部晚石炭世—早、中二疊世沉積期處于混合水-淡水環(huán)境，以淡水環(huán)境為主; 巖性組合、典型自生礦物、V／Cr、 Ni／Co、V／（V+Ni）、 δU及自然伽馬能譜測(cè)井資料定性及半定量判別表明， 研究區(qū)主體為富氧淺水環(huán)境; 結(jié)合La-Co法定量判別認(rèn)為古水深頻繁變化，整體處于淺水環(huán)境中， 雖然部分La-Co法定量計(jì)算得出的古水深與沉積亞相存在一定矛盾， 但計(jì)算得出的古水深變化趨勢(shì)仍具有較高的可參考性; Sr／Cu值和巖石學(xué)特征均指示出研究區(qū)屬溫濕的古氣候。

2）由晚石炭世本溪組到中二疊世下石盒子組盒8段，鄂爾多斯盆地東南部水體鹽度逐步降低，水體深度穩(wěn)步下降，古氣候由濕潤(rùn)趨于干燥。泥巖多形成于淺海-淺湖轉(zhuǎn)變過(guò)程中，指示出鄂爾多斯盆地東南部經(jīng)歷了由近海湖盆至內(nèi)陸湖盆的沉積演化過(guò)程。

3）通過(guò)定性、 半定量及定量地分析鄂爾多斯盆地東南部晚石炭世本溪組至中二疊世下石盒子組盒8段的沉積水動(dòng)力特征、 水體鹽度和古水深特征， 明確了本溪期至盒8期沉積水介質(zhì)條件和古氣候特征，有助于準(zhǔn)確地恢復(fù)沉積期巖相古地理， 進(jìn)而為致密氣、 頁(yè)巖氣等非常規(guī)氣藏勘探開(kāi)發(fā)過(guò)程中的烴源巖及儲(chǔ)集層基本參數(shù)的獲取提供可靠的基礎(chǔ)地質(zhì)依據(jù)， 具有重要的理論和實(shí)際意義。

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（編 輯 李 靜）

收稿日期：2024-09-27

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目（42230815，41630312）

第一作者：王若谷，女，博士，高級(jí)工程師，從事天然氣勘探地質(zhì)綜合研究，wrg_8922@163.com。