鄂尔多斯盆地西缘羊虎沟组物源区分析

鄂尔多斯盆地西缘羊虎沟组物源区分析王子腾;王康乐;王峰;孔磊;田景春;付勋勋【摘要】鄂尔多斯盆地西缘羊虎沟组物源特征对天然气勘探尤为重要.通过砂岩的碎屑组分、岩屑组分、重矿物组合以及石英阴极发光等研究,认为研究区羊虎沟组受到北部、西南部、南部物源控制,各个方位物源在研究区中部吴忠—马家滩地区汇合.通过砂岩轻、重矿物组合和碎屑组分的Dickinson三角图解,以及泥岩的稀土元素特征等分析,认为研究区羊虎沟组源岩以大陆上地壳岩石为主.研究区北部砂岩物源区为再旋回造山带物源区,泥岩球粒陨石标准化稀土元素配分模式与阿拉善古陆浅变质岩相似,具有亲缘性;西南部及南部砂岩物源区为稳定陆块区和再旋回造山带物源区,泥岩球粒陨石标准化稀土元素配分模式与祁连—北秦岭造山带中浅变质岩相似.综上所述,研究区北部母岩主要为阿拉善古陆的浅变质岩夹少许火山岩,西南部及南部母岩主要为祁连—北秦岭造山带的中浅变质岩,其次为碳酸盐岩和火山岩.【期刊名称】《地球科学与环境学报》【年(卷),期】2019(041)003【总页数】16页(P281-296)【关键词】物源区;羊虎沟组;母岩;轻、重矿物组合;Dickinson三角图解;稀土元素;天然气;鄂尔多斯盆地【作者】王子腾;王康乐;王峰;孔磊;田景春;付勋勋【作者单位】成都理工大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室,四川成都610059;中国石油长庆油田分公司勘探开发研究院,陕西西安 710018;成都理工大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室,四川成都610059;中国石油长庆油田分公司勘探开发研究院,陕西西安 710018;成都理工大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室,四川成都610059;中国石油长庆油田分公司勘探开发研究院,陕西西安710018【正文语种】中文【中图分类】P618.130.20 引言鄂尔多斯盆地位于华北克拉通西部，上古生界蕴含着丰富的天然气资源[1-9]。

近年来随着全盆勘探程度的加深，在盆地西缘羊虎沟组发现丰富的烃源岩[10]，其具有较好勘探潜力。

地层的发育受控于其物源特征、沉积体系及砂体展布规律，且物源特征又严重制约砂体的展布规律，因此，开展对产气层的物源分析研究尤为重要。

前人对鄂尔多斯盆地西缘上古生界产气层的物源研究多数集中于二叠系山西组—石盒子组，而对上石炭统羊虎沟组物源缺乏系统且详细的研究。

陈全红等研究认为山西组—石盒子组受多物源影响，且以南、北物源为主[11]；白斌等研究认为山西组物源以盆地北部阴山—阿拉善地区为主[12]；梁飞等研究认为山1段与盒8段物源以盆地北部阴山古陆和盆地南部祁连—秦岭古陆为主[13]。

受区域构造运动破坏强烈、沉积演化复杂等条件的制约，羊虎沟组还存在物源区方向不明、母岩性质模糊等问题，需要进一步研究。

本文主要根据鄂尔多斯盆地西缘羊虎沟组12条野外剖面和8口钻井数据资料，在明确其区域地质背景和周缘古陆基岩特征的基础上，利用砂岩碎屑组分，砂岩岩屑组分，石英碎屑阴极发光图像，轻、重矿物组合，碎屑组分的Dickinson三角图解以及泥岩稀土元素地球化学特征等对羊虎沟组物源特征进行综合分析，厘清其物源区方向和母岩性质，为鄂尔多斯盆地西缘羊虎沟组油气勘探评价提供地质依据。

1 区域地质背景研究区位于内蒙古磴口以南，宁夏固原以北，陕西定边—内蒙古鄂托克前旗以西(图1)，处于鄂尔多斯盆地西缘逆冲带一级构造单元内。

盆地西缘位于华北克拉通、祁连—北秦岭造山带、阿拉善地块以及河西走廊过渡带之间众多不同构造单元的交接部位，是连接中国东、西部不同大地构造单元的枢纽地带[14-15]。

盆地西缘的构造演化与阿拉善地块及祁连—秦岭海槽发展演化密切相关。

在中晚元古代—早古生代受到其拗拉槽演化阶段的影响，盆地西缘部分地层缺失：在桌子山—贺兰山地区，缺失上奥陶统至下石炭统地层，上石炭统只沉积羊虎沟组[1]；在六盘山—中卫地区，缺失上、中奥陶统地层，上石炭统沉积靖远组以及羊虎沟组[16]；而平凉—永寿地区，缺失志留系至上石炭统地层，未沉积羊虎沟组地层(表1)。

羊虎沟组主要出露深灰色和灰黑色泥岩、粉砂质泥岩及灰白色砂岩，夹较多薄煤层以及少量的灰岩和泥灰岩夹层(图2)。

表1 鄂尔多斯盆地上古生界石炭系地层分布Tab.1 Distribution of Upper Paleozoic Carboniferous Strata in Ordos Basin地层界系统鄂尔多斯盆地内部桌子山—贺兰山地区平凉—永寿地区六盘山—中卫地区上古生界石炭系上统本溪组羊虎沟组羊虎沟组、靖远组下统臭牛沟组、前黑山组图件引自文献[1],有所修改图1 鄂尔多斯盆地西缘构造位置Fig.1 Tectonic Location of the Western Margin of Ordos Basin鄂尔多斯盆地西缘周边地区古老地层主要由太古界和元古界的各类岩浆岩、变质岩、沉积岩组成[17]。

自加里东运动后，盆地西北缘阿拉善古陆与盆地南缘祁连—北秦岭造山带逐渐形成，长期隆起并接受剥蚀，持续为盆地西缘地区提供物源[17-18]。

其中，北缘古陆出露有集宁群、阿拉善群、诺尔公群、渣尔泰群等太古界和元古界地层，岩性以变质岩和中酸性火成岩系为主[19-20]；南缘古陆中太古界以太华群为主，元古界以陇山群、海原群、宽坪群等变火山-沉积岩为主[18,21](表2)。

2 物源区方向2.1 碎屑组分图2 羊虎沟组代表性野外剖面沉积综合柱状图Fig.2 Comprehensive Histogram of the Representative Field Profile of Yanghugou Formation通过对鄂尔多斯盆地西缘羊虎沟组138块岩石薄片鉴定的统计得出，其砂岩碎屑组分在平面上有明显的分布规律(图3、4)。

①研究区北部乌海—石嘴山—银川地区，为高石英、低长石、低岩屑含量(质量分数，下同)分布区，石英含量为92.44%～97.04%，长石含量为0.12%～0.64%，岩屑含量为2.59%～7.86%，含有大量石英砂岩，具有较高的结构和成分成熟度，在碎屑物质的搬运中，常用石英含量与长石加其他岩屑含量的比值(Q/(F+R))作为成分成熟度的衡量标准，成分成熟度主要为11.2～26.5，由研究区北部边缘向中心呈增大趋势。

②研究区西南部中卫—同心地区，长石、岩屑含量有所增加，主要为岩屑石英砂岩，石英含量为79.86%～90.57%，长石含量为1.08%～8.07%，岩屑含量为7.14%～20.47%，碎屑矿物的结构和成分成熟度低于北部，成分成熟度主要为3.9～7.6，大致呈现出由研究区西南部边缘向中心增大趋势。

③研究区南部惠安堡—环县地区，为高岩屑含量分布区，岩石类型为岩屑砂岩，其中岩屑含量为31.5%～43.7%，石英含量为48.36%～66.06%，长石含量为3.0%～7.9%。

碎屑组分的分区性总体上表明研究区存在北部、西南部以及南部三大物源区。

表2 鄂尔多斯盆地南、北缘基岩岩性Tab.2 Lithology of Bedrocks in the Northern and Southern Margin of Ordos Basin位置地层岩性描述北缘、西北缘南缘、西南缘集宁群(Ar1-2)以深变质大理岩、麻粒岩为主,属于高角闪岩相-麻粒岩相;深度深于9 700 m阿拉善群(Ar3-Pt1)下部为深变质的片岩、片麻岩,上部为中深变质的碎屑岩、碳酸盐岩夹少许火山岩;深度为6 038 m诺尔公群(Pt12)中浅变质海相碎屑岩,上部夹有碳酸盐岩,岩性主要为石英岩、板岩及浅粒岩;深度深于3 000 m巴音西别群(Pt22)浅变质碎屑岩、碳酸盐岩夹中性火山岩,岩性以白云岩和板岩为主渣尔泰山群(Pt2)变质砾岩、石英砂岩、石英岩、含叠层石结晶灰岩、白云岩、片岩、千枚岩、板岩和中基性火山岩乌兰哈夏群(Pt3)浅变质碎屑岩夹碳酸盐岩,下部为杂色板岩夹少量泥灰岩,中、上部为硅质板岩与白云质板岩太华群(Ar3)混合质片麻岩、二长质混合花岗岩夹斜长角闪岩、混合角闪斜长片麻岩,主要为片麻岩、角闪岩夹变粒岩;深度深于5 000 m秦岭群(Pt1)混合质斜长片麻岩、斜长角闪岩夹大理岩、石英岩、石英片麻岩等组成的深变质岩系,混合岩化普遍;深度深于9 000 m陇山群(Pt1)斜长角闪岩、含磁铁矿石英片岩、黑云母石英片岩宽坪群(Pt12)千枚岩、绿泥石片岩、阳起石片岩等,夹大理岩、石英岩;深度深于6 000 m陶湾群(Pt22)大理岩和各种片岩;深度深于3 000 m海原群(Pt2-3)低级变质岩系,主要有绿帘阳起片岩、白云母石英片岩、大理岩、火山岩;深度深于6 700 m图3 砂岩类型分布Fig.3 Distribution of Sandstone Types2.2 岩屑组分岩屑类型及含量与物源区的岩性，风化作用的类型、程度及搬运距离密切相关。

因此，通过对碎屑组分中岩屑类型及含量进行分析，可以得到有关物源区方向和母岩性质的直接信息[22]。

从鄂尔多斯盆地西缘羊虎沟组砂岩薄片信息来看，其岩屑含量总体偏低，为3.67%～51.36%，平均为12.70%，主要为变质岩岩屑，其次为岩浆岩岩屑和沉积岩岩屑。

通过岩屑组分平面上的变化，可将研究区大致分为3个区(图5)：研究区北部乌海—石嘴山—银川地区，属于高变质岩岩屑区，变质岩岩屑含量为岩屑总含量的90%以上；研究区西南部中卫—同心地区，沉积岩岩屑与研究区北部相比明显增加，属于变质岩岩屑+沉积岩岩屑区；研究区南部惠安堡—环县地区，岩浆岩岩屑明显升高，并且岩屑含量明显高于研究区北部，属于变质岩岩屑+岩浆岩岩屑组合区。

这种分区特征表明，研究区羊虎沟组主要受北部变质岩母岩区、西南部变质岩和沉积岩母岩区以及南部变质岩和岩浆岩母岩区影响。

图4 碎屑组分分布Fig.4 Distribution of Clastic Components2.3 重矿物组合特征图5 岩屑组分分布Fig.5 Distribution of Lithic Components在物源相同的沉积物中，重矿物组合具有相似性，而物源区不同性质的母岩具有不一样的重矿物组合，因此，常用重矿物组合分布来分析母岩区位置[22]。

通过对鄂尔多斯盆地西缘羊虎沟组的19个砂岩样品进行重矿物含量分析统计得出(表3)，羊虎沟组重矿物主要有锆石(含量为29.48%)、白钛矿(35.72%)、石榴子石(18.95%)，还有少量金红石(3.10%)、电气石(8.97%)、磁钛铁矿(2.85%)及锐钛矿(0.93%)，自生的重矿物多为黄铁矿。

在平面上，由于重矿物组合的差异性，将研究区大致划分为3个区(图6)：研究区北部乌海—石嘴山—银川地区，为锆石+白钛矿+石榴子石组合区，含有少量磁钛铁矿；研究区西南部中卫—同心地区，为锆石+白钛矿组合区，石榴子石含量明显降低，金红石、电气石含量增多；研究区南部惠安堡—环县地区，主要为锆石+电气石+白钛矿+石榴子石组合区。