高级搜索

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

鄂尔多斯盆地西缘中部三叠系延长组碎屑岩沉积环境及物源示踪

李俊 赵红格 汪建 郭惠 邵晓州

李俊, 赵红格, 汪建, 郭惠, 邵晓州. 鄂尔多斯盆地西缘中部三叠系延长组碎屑岩沉积环境及物源示踪[J]. 沉积学报, 2024, 42(5): 1621-1638. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2022.120
引用本文: 李俊, 赵红格, 汪建, 郭惠, 邵晓州. 鄂尔多斯盆地西缘中部三叠系延长组碎屑岩沉积环境及物源示踪[J]. 沉积学报, 2024, 42(5): 1621-1638. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2022.120
LI Jun, ZHAO HongGe, WANG Jian, GUO Hui, SHAO XiaoZhou. Sedimentary Environment and Provenance Tracing of Clastic Rocks from the Triassic Yanchang Formation in the Western Margin of the Ordos Basin[J]. Acta Sedimentologica Sinica, 2024, 42(5): 1621-1638. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2022.120
Citation: LI Jun, ZHAO HongGe, WANG Jian, GUO Hui, SHAO XiaoZhou. Sedimentary Environment and Provenance Tracing of Clastic Rocks from the Triassic Yanchang Formation in the Western Margin of the Ordos Basin[J]. Acta Sedimentologica Sinica, 2024, 42(5): 1621-1638. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2022.120

鄂尔多斯盆地西缘中部三叠系延长组碎屑岩沉积环境及物源示踪

doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2022.120
基金项目: 

国家自然科学基金项目 42072170

大陆动力学国家重点实验室团队项目 20120132

详细信息

Sedimentary Environment and Provenance Tracing of Clastic Rocks from the Triassic Yanchang Formation in the Western Margin of the Ordos Basin

Funds: 

National Natural Science Foundation of China 42072170

Project of State Key Laboratory of Continental Dynamics 20120132

  • 摘要: 目的 鄂尔多斯盆地西缘中部三叠系延长组沉积环境和物源认识上还存在一些分歧和不足。 方法 通过地球化学方法对延长组不同层段的16件砂泥岩样品进行了主量、微量以及稀土元素测试分析,探讨了延长组碎屑岩的沉积环境、物源区源岩类型和构造背景。 结果 砂岩类型主要为岩屑砂岩、长石砂岩,源区经历了弱—中等的风化作用,样品受再旋回作用影响很小;源岩与上地壳物质相关;延长组整体处于氧化—弱还原的淡水沉积环境,古气候为干旱—半干旱,第三段部分处于弱氧化的微咸水环境和温湿古气候;源岩主要为长英质岩石,延长组三段物源较复杂,有部分中性岩;延长组源区总体处于活动大陆边缘构造背景,第三段源区构造背景较复杂,与大陆岛弧和活动大陆边缘构造背景均相关。 结论 元素地球化学特征示踪的物源和沉积环境特征,与三叠系延长组湖盆演化和区域构造环境具有较好的一致性。
  • 图  1  研究区构造位置及地质、地层简图(古水流据文献[16])

    Figure  1.  Structural location, geological map, and stratigraphic diagram of the study area (paleocurrent data from reference [16])

    图  2  研究区延长组典型砂泥岩岩心照片

    (a) greyish⁃green arkose, member 1 (Chang 10) of G24⁃4; (b) dark gray medium arkose, member 2 (Chang 9) of sample G42⁃7; (c) greyish⁃green fine arkose, member 2 (Chang 8) of sample G20⁃2; (d) grey black mudstone, member 3 (Chang 7) of sample G20⁃1; (e) grey black mudstone, member 3 (Chang 7) of sample G42⁃10; (f) dark grey arkose, member 4 (Chang 2) of sample G17⁃6

    Figure  2.  Photographs of typical sandstone and mudstone cores from the Yanchang Formation in the study area

    Fig.2

    图  3  研究区主量元素蛛网图及碎屑岩分类图

    (a) upper continental crust standardized spider diagram for the average content of major elements (upper continental crust data from reference [30]); (b) classification of clastic rocks (base map from reference [31]); All legends related to segmentation in this paper are the same as those in Fig.3

    Figure  3.  Spider diagram of major elements and classification map of clastic rocks in the study area

    Fig.3

    图  4  延长组各段微量元素UCC标准化蛛网图(UCC标准值据文献[32])

    Figure  4.  Upper continental crust standardized spider diagram of trace elements in the Yanchang Formation (upper continental crust standard data from reference [32])

    图  5  延长组碎屑岩微量元素及稀土元素分布特征

    (a) standardized spider diagram of trace element chondrite in clastic rocks from the Yanchang Formation (standard data of chondritefrom reference[36]); (b) standardized rare earth element (REE) distribution map of chondrites in clastic rocks from the Yanchang Formation (chondrite standardized data from reference [37])

    Figure  5.  Distribution characteristics of trace elements and rare earth elements in clastic rocks of Yanchang Formation

    Fig.5

    图  6  鄂尔多斯盆地西缘中部延长组碎屑岩A⁃CN⁃K图及CIA⁃ICV图

    (a) A⁃CN⁃K triangle diagram of clastic rocks from the Yanchang Formation (base map is modified from reference [43]); (b) CIA⁃ICV weathering diagram of clastic rocks from the Yanchang Formation (base data from reference [7])

    Figure  6.  A⁃CN⁃K diagram and CIA⁃ICV diagram of clastic rock from the Yanchang Formation in the middle of the western margin of the Ordos Basin

    Fig.6

    图  7  研究区延长组碎屑岩Th/Sc⁃Zr/Sc 图解(底图据文献[39]修改)

    Figure  7.  Th/Sc⁃Zr/Sc diagram of clastic rocks from the Yanchang Formation in the study area (base map is modified from reference [39])

    图  8  盆地西缘中部延长组样品δCe与δEu、∑REE相关性图解

    Figure  8.  Correlation of δCe, δEu, and ΣREE of the Yanchang Formation samples in the middle of the western basin margin

    图  9  盆地西缘中段延长组碎屑岩地球化学环境判别图

    Figure  9.  Geochemical environment discrimination map of clastic rocks from the Yanchang Formation in the middle of the western basin margin

    图  10  研究区与贺兰山延长组地球化学指标对比图

    Figure  10.  Comparison of geochemical indicators between the study area and Yanchang Formation in Helan Mountain

    图  11  盆地西缘中段延长组碎屑岩源岩类型判别图解(a~d底图分别据文献[6871])

    Figure  11.  Diagrams for distinguishing the source rock types of clastic rocks from the Yanchang Formation in the middle of the western basin margin (a⁃d are based on references[68⁃71], respectively)

    图  12  研究区延长组碎屑岩构造背景判别图解

    (a, b) base data from reference [1]; (c, d) base map data from reference [75]; A. oceanic island arc; B. continental island arc; C. active continental margin; D. passive continental margin

    Figure  12.  Discrimination diagram of the clastic rock structural background for the Yanchang Formation in the study area

    Fig.12

    表  1  鄂尔多斯盆地西缘中部延长组碎屑岩样品主微量元素含量(×10-6)分析及比值计算结果

    Table  1.   Analysis of major and trace element content (×10-6) and ratio calculation results of clastic rock samples from the Yanchang Formation in the middle of the western margin of the Ordos Basin

    层位样品编号岩性SrLiSr/BaTh/UNiU/ThδUV/CrNi/CoV/(V+Ni)Ce/LaSr/CuRb/SrAl2O3/MgOMgO/CaOCIAICV球粒陨石标准化
    REEδCeδEu
    T3y4G17-6深灰色细砂岩142.7711.020.106.8320.100.150.611.240.160.751.6222.100.5319.360.6080.730.63229.800.840.79
    G44-3灰色中砂岩196.7813.250.233.6414.240.270.901.010.080.761.9531.140.4611.880.3963.521.01102.601.010.87
    G17-5褐灰色细砂岩137.9116.700.225.2813.720.190.720.920.030.751.9426.400.517.092.7460.671.25122.631.000.71
    T3y3G42-5灰色细砂岩234.8320.840.275.0819.520.200.741.090.120.731.9326.800.356.912.0759.341.34148.920.990.79
    G20-1灰黑色泥岩333.0928.870.283.9230.990.260.871.510.760.741.909.330.258.441.6066.901.06212.460.980.84
    G24-3浅灰色细砂岩224.9610.750.136.5113.520.150.631.130.050.741.8533.890.2212.110.4050.931.43145.240.990.83
    ZT2-1灰色细砂岩150.1821.310.155.2223.050.190.731.190.160.761.9414.540.539.762.7363.941.11159.780.990.72
    G42-10灰黑色泥岩198.6052.660.441.2145.330.831.422.151.880.781.972.560.5910.791.6478.340.76240.260.970.69
    Y154-1灰色细砂岩514.8622.760.994.3129.960.230.821.180.630.692.0946.350.124.040.1261.461.88134.900.990.87
    T3y2G20-2灰绿色细砂岩233.6113.860.326.0917.530.160.661.160.070.741.9032.700.3010.560.6253.801.33141.690.990.74
    Y154-2浅灰色细砂岩237.1519.820.296.6319.170.150.621.130.080.801.8821.940.318.781.2056.781.36225.040.990.64
    G42-6灰绿色细砂岩355.573.920.064.483.110.220.801.490.090.791.60122.710.0417.450.8957.491.2422.340.923.68
    G42-7深灰色中砂岩171.4119.290.446.9710.820.140.600.920.030.761.9943.220.1317.720.8757.521.24102.421.020.71
    T3y1G42-8灰绿色砂岩181.696.470.276.828.250.150.611.150.020.751.9249.690.2917.831.0754.091.1781.651.011.05
    G20-3灰红色细砂岩230.1112.600.384.5110.750.220.801.610.060.761.9343.780.2715.550.4353.191.2077.690.990.94
    G24-4灰绿色砂岩316.189.640.355.809.630.170.681.460.050.781.8985.650.1320.150.3952.261.19127.411.021.05
    下载: 导出CSV
  • [1] Bhatia M R. Plate tectonics and geochemical composition of sandstones[J]. The Journal of Geology, 1983, 91(6): 611-627.
    [2] Nesbitt H W, Young G M. Formation and diagenesis of weathering profiles[J]. The Journal of Geology, 1989, 97(2): 129-147.
    [3] Taylor S R, McLennan S M. The geochemical evolution of the continental crust[J]. Reviews of Geophysics, 1995, 33(2): 241-265.
    [4] 范萌萌,卜军,赵筱艳,等. 鄂尔多斯盆地东南部延长组微量元素地球化学特征及环境指示意义[J]. 西北大学学报(自然科学版),2019,49(4):633-642.

    Fan Mengmeng, Bu Jun, Zhao Xiaoyan, et al. Geochemical characteristics and environmental implications of trace elements of Yanchang Formation in southeastern Ordos Basin[J]. Journal of Northwest University (Natural Science Edition), 2019, 49(4): 633-642.
    [5] 贾泽南,田亚铭,刘明,等. 姬塬北地区延长组长7—长8油层组泥岩地球化学特征与地质意义[J]. 矿物学报,2019,39(5):549-558.

    Jia Zenan, Tian Yaming, Liu Ming, et al. Geochemical characteristics of mudstones in Chang-7 to Chang-8 members of the Yanchang Formation in the northern Jiyuan area and their geological significances[J]. Acta Mineralogica Sinica, 2019, 39(5): 549-558.
    [6] 刘鑫,尚婷,田景春,等. 鄂尔多斯盆地镇北地区延长组长4+5段沉积期古环境条件及意义[J]. 地质学报,2021,95(11):3501-3518.

    Liu Xin, Shang Ting, Tian Jingchun, et al. Paleo-sedimentary environmental conditions and its significance of Chang 4+5 member of Triassic Yanchang Formation in the Zhenbei area, Ordos Basin, NW China[J]. Acta Geologica Sinica, 2021, 95(11): 3501-3518.
    [7] Nesbitt H W, Young G M. Early Proterozoic climates and plate motions inferred from major element chemistry of lutites[J]. Nature, 1982, 299(5885): 715-717.
    [8] Gibbs A K. The Continental Crust: Its Composition and Evolution. Stuart Ross Taylor, Scott M. McLennan[J]. The Journal of Geology, 1986, 94(4): 632-633.
    [9] 陶瑞,海连富,王磊,等. 宁夏灵武侏罗系直罗组碎屑岩地球化学特征及源区构造背景分析[J]. 中国地质,2023,50(6):1817-1836.

    Tao Rui, Lianfu Hai, Wang Lei, et al. Geochemical characte-ritics of clastic rocks from the Jurassic Zhiluo Formation in Lingwu, Ningxia and analysis of tectonic background of the source area[J]. Geology in China, 2023, 50(6): 1817-1836.
    [10] 田永强. 鄂尔多斯盆地三叠系延长组长7沉积特征研究[D]. 西安:西北大学,2011.

    Tian Yongqiang. Depositional system of Chang 7 oil formation of the Triassic Yanchang Formation in Ordos Basin[D]. Xi’an: Northwest University, 2011.
    [11] 王若谷,李文厚,廖友运,等. 鄂尔多斯盆地三叠系延长组长7段物源区分析[J]. 地质通报,2013,32(4):671-684.

    Wang Ruogu, Li Wenhou, Liao Youyun, et al. Provenance analysis of Chang 7 member of Triassic Yanchang Formation in Ordos Basin[J]. Geological Bulletin of China, 2013, 32(4): 671-684.
    [12] 张维. 鄂尔多斯西缘晚三叠世盆地构造—沉积格局恢复与烃源岩评价[D]. 西安:西北大学,2007.

    Zhang Wei. The restoration of tectonic-deposition pattern and evaluation of the hydrocarbon source rock in the Late Triassic western Ordos region[D]. Xi’an: Northwest University, 2007.
    [13] 王世虎,焦养泉,吴立群,等. 鄂尔多斯盆地西北部延长组中下部古物源与沉积体空间配置[J]. 地球科学:中国地质大学学报,2007,32(2):201-208.

    Wang Shihu, Jiao Yangquan, Wu Liqun, et al. Spatial combination of paleoprovenance and depositional lobe of mid-lower Yanchang Formation in the northwest of Ordos Basin[J]. Earth Science: Journal of China University of Geosciences, 2007, 32(2): 201-208.
    [14] 杨华,付金华,欧阳征健,等. 鄂尔多斯盆地西缘晚三叠世构造—沉积环境分析[J]. 沉积学报,2011,29(3):427-439.

    Yang Hua, Fu Jinhua, Ouyang Zhengjian, et al. Analysis of tectonic-sedimentory setting in Middle and Upper Triassic in the west margin of the Ordos Basin[J]. Acta Sedimentologica Sinica, 2011, 29(3): 427-439.
    [15] 赵红格,刘池洋,王海然,等. 贺兰山北段晚三叠世沉积物源分析[J]. 沉积学报,2012,30(4):654-660.

    Zhao Hongge, Liu Chiyang, Wang Hairan, et al. Analysis of Late Triassic sedimentary provenance in the north of Helan Mountain[J]. Acta Sedimentologica Sinica, 2012, 30(4): 654-660.
    [16] Sun J P, Dong Y P. Triassic tectonic interactions between the Alxa Massif and Ordos Basin: Evidence from integrated provenance analyses on sandstones, North China[J]. Journal of Asian Earth Sciences, 2019, 169: 162-181.
    [17] 雷琳琳,赵红格,邵晓州,等. 鄂尔多斯盆地西北缘晚三叠世早期物源组成:来自碎屑锆石U-Pb年龄的指示[J]. 沉积学报,2020,38(6):1258-1271.

    Lei Linlin, Zhao Hongge, Shao Xiaozhou, et al. Provenance composition of the early Late Triassic, northwestern Ordos Basin: Indications from detrital zircon U-Pb ages[J]. Acta Sedimentologica Sinica, 2020, 38(6): 1258-1271.
    [18] 李亚男. 鄂尔多斯盆地西缘中部晚三叠世沉积物源分析及其古构造意义[D]. 西安:西北大学,2019.

    Li Yanan. Analysis of the source of Late Triassic sediments in the middle of the western margin of Ordos Basin and its paleotectonic significance[D]. Xi’an: Northwest University, 2019.
    [19] 魏红红,李文厚,邵磊,等. 汝箕沟盆地上三叠统延长组沉积环境[J]. 西北大学学报(自然科学版),2001,31(2):171-174.

    Wei Honghong, Li Wenhou, Shao Lei, et al. Sedimentary environment of Yanchang Formation of the Upper Triassic in Ruqigou Basin[J]. Journal of Northwest University (Natural Science Edition), 2001, 31(2): 171-174.
    [20] 李蒙,赵红格,李文厚,等. 贺兰山地区中晚三叠世物源分析及其时空演化过程[J]. 古地理学报,2018,20(6):1068-1085.

    Li Meng, Zhao Hongge, Li Wenhou, et al. Provenances of the Middle-Late Triassic in the Helan Mountain and its temporal-spatial evolution[J]. Journal of Palaeogeography, 2018, 20(6): 1068-1085.
    [21] 李怡佳,阮壮,刘帅,等. 鄂尔多斯盆地南缘长10—长8段物源及源区构造背景研究[J]. 现代地质,2020,34(4):784-799,811.

    Li Yijia, Ruan Zhuang, Liu Shuai, et al. Provenance and tectonic setting of Chang 10-Chang 8 member in the southern Ordos Basin[J]. Geoscience, 2020, 34(4): 784-799, 811.
    [22] 彭治超,赵红格,李亚男,等. 贺兰山地区晚三叠世延长组地球化学特征及其地质意义[J]. 地质科学,2018,53(3):908-921.

    Peng Zhichao, Zhao Hongge, Li Yanan, et al. Geochemical characteristics of the Late Triassic Yanchang Formation in the Helan Mountain area and their geological significance[J]. Chinese Journal of Geology, 2018, 53(3): 908-921.
    [23] Zhao X C, Liu C Y, Xiao B, et al. Petrography and geochemistry of the Upper Triassic sandstones from the western Ordos Basin, NW China: Provenance and tectonic implications[J]. Acta Geologica Sinica, 2019, 93(6): 1835-1849.
    [24] 王峰,田景春,范立勇,等. 鄂尔多斯盆地三叠系延长组沉积充填演化及其对印支构造运动的响应[J]. 天然气地球科学,2010,21(6):882-889.

    Wang Feng, Tian Jingchun, Fan Liyong, et al. Evolution of sedimentary fillings in Triassic Yanchang Formation and its response to Indosinian movement in Ordos Basin[J]. Natural Gas Geoscience, 2010, 21(6): 882-889.
    [25] 尹泽,刘自亮,彭楠,等. 鄂尔多斯盆地西缘上三叠统延长组沉积相特征研究[J]. 沉积学报,2019,37(1):163-176.

    Yin Ze, Liu Ziliang, Peng Nan, et al. Study on sedimentary faciess features of the Upper Triassic Yanchang Formation, in the western margin, Ordos Basin[J]. Acta Sedimentologica Sinica, 2019, 37(1): 163-176.
    [26] 李文厚,刘溪,张倩,等. 鄂尔多斯盆地中晚三叠世延长期沉积演化[J]. 西北大学学报(自然科学版),2019,49(4):605-621.

    Li Wenhou, Liu Xi, Zhang Qian, et al. Deposition evolution of Middle-Late Triassic Yanchang Formation in Ordos Basin[J]. Journal of Northwest University (Natural Science Edition), 2019, 49(4): 605-621.
    [27] 邓秀芹,付金华,姚泾利,等. 鄂尔多斯盆地中及上三叠统延长组沉积相与油气勘探的突破[J]. 古地理学报,2011,13(4):443-455.

    Deng Xiuqin, Fu Jinhua, Yao Jingli, et al. Sedimentary facies of the Middle-Upper Triassic Yanchang Formation in Ordos Basin and breakthrough in petroleum exploration[J]. Journal of Palaeogeography, 2011, 13(4): 443-455.
    [28] 杨县超. 鄂尔多斯盆地吴定地区晚三叠世早期的沉积环境与古地理演化[D]. 西安:西北大学,2009.

    Yang Xianchao. Depositional environment and paleogeographic evolution of Wuqi-Dingbian area in the early period of the Late Triassic in Ordos Basin[D]. Xi'an: Northwest University, 2009.
    [29] 刘晔,第五春荣,柳小明,等. 密闭高温高压溶样ICP-MS测定56种国家地质标准物质中的36种痕量元素:对部分元素参考值修正和定值的探讨[J]. 岩矿测试,2013,32(2):221-228.

    Liu Ye, Chunrong Diwu, Liu Xiaoming, et al. Determination of 36 trace elements in 56 Chinese national standard reference materials by ICP-MS with pressurized acid-digestion[J]. Rock and Mineral Analysis, 2013, 32(2): 221-228.
    [30] Rudnick R L, Gao S. Composition of the continental crust[M]//Holland H D, Turekian K K. Treatise on geochemistry. Amsterdam: Elsevier, 2004: 1-64.
    [31] Herron M M. Geochemical classification of terrigenous sands and shales from core or log data[J]. Journal of Sedimentary Research, 1988, 58(5): 820-829.
    [32] Hu Z C, Gao S. Upper crustal abundances of trace elements: A revision and update[J]. Chemical Geology, 2008, 253(3/4): 205-221.
    [33] Ryerson F J, Watson E B. Rutile saturation in magmas: Implications for Ti- Nb- Ta depletion in island-arc basalts[J]. Earth and Planetary Science Letters, 1987, 86(2/3/4): 225-239.
    [34] 王庆磊,杨言辰,李骞,等. 黑龙江完达山地区358高地岩金矿床花岗斑岩LA-ICP-MS锆石U-Pb定年及其地质意义[J]. 地质通报,2015,34(12):2171-2180.

    Wang Qinglei, Yang Yanchen, Li Qian, et al. LA-ICP-MS zircon U-Pb dating of granite-porphyry from 358 upland rock gold deposit in Wanda Mountain area, Heilongjiang province and its geological significance[J]. Geological Bulletin of China, 2015, 34(12): 2171-2180.
    [35] 李晨,陈世悦,楼达,等. 黄骅坳陷中生界砂岩地球化学特征及意义[J]. 地球科学,2021,46(8):2903-2918.

    Li Chen, Chen Shiyue, Lou Da, et al. Geochemical characteristics and signatures of Mesozoic sandstones from Huanghua Depression[J]. Earth Science, 2021, 46(8): 2903-2918.
    [36] Thompson R N. Magmatism of the british tertiary volcanic pro-vince[J]. Scottish Journal of Geology, 1982, 18: 49-107.
    [37] Boynton W V. Cosmochemistry of the rare earth elements: Meteorite studies[J]. Developments in Geochemistry, 1984, 2: 63-114.
    [38] Bhatia M R. Rare earth element geochemistry of Australian Paleozoic graywackes and mudrocks: Provenance and tectonic control[J]. Sedimentary Geology, 1985, 45(1/2): 97-113.
    [39] McLennan S M, Hemming S, McDaniel D K, et al. Geochemical approaches to sedimentation, provenance, and tectonics[M]//Johnsson M J, Basu A. Processes controlling the composition of clastic sediments. New York: Geological Society of America, 1993: 21-40.
    [40] Fedo C M, Nesbitt H W, Young G M. Unraveling the effects of potassium metasomatism in sedimentary rocks and paleosols, with implications for paleoweathering conditions and provenance[J]. Geology, 1995, 23(10): 921-924.
    [41] Harnois L. The CIW index: A new chemical index of weathering[J]. Sedimentary Geology, 1988, 55(3/4): 319-322.
    [42] Nesbitt H W, Young G M. Prediction of some weathering trends of plutonic and volcanic rocks based on thermodynamic and kinetic considerations[J]. Geochimica et Cosmochimica Acta, 1984, 48(7): 1523-1534.
    [43] 汤超,魏佳林,陈路路,等. 松辽盆地长垣南端四方台组碎屑岩地球化学特征及其对物源与构造背景的制约[J]. 大地构造与成矿学,2021,45(5):892-912.

    Tang Chao, Wei Jialin, Chen Lulu, et al. Geochemical characteristics of clastic rocks and their constrains on source and tectonic background of the Sifangtai Formation at the southern end of the Changyuan, Songliao Basin[J]. Geotectonica et Metallogenia, 2021, 45(5): 892-912.
    [44] Hu J J, Li Q, Fang N Q, et al. Geochemistry characteristics of the Low Permian sedimentary rocks from central uplift zone, Qiangtang Basin, Tibet: Insights into source-area weathering, provenance, recycling, and tectonic setting[J]. Arabian Journal of Geosciences, 2015, 8(8): 5373-5388.
    [45] Cox R, Lowe D R, Cullers R L. The influence of sediment recycling and basement composition on evolution of mudrock chemistry in the southwestern United States[J]. Geochimica et Cosmochimica Acta, 1995, 59(14): 2919-2940.
    [46] Barshad I. The effect of a variation in precipitation on the nature of clay minerals formation in soils from acid and basic igneous rocks[C]//Heller L, Weiss A. Proceedings of international clay conference. Jerusalem: Israel Programme of Scientific Translation, 1966: 167-173.
    [47] McLennan S M, Taylor S R. Th and U in sedimentary rocks: Crustal evolution and sedimentary recycling[J]. Nature, 1980, 285(5767): 621-624.
    [48] Wang W, Zhou M F. Petrological and geochemical constraints on provenance, paleoweathering, and tectonic setting of the Neoproterozoic sedimentary basin in the eastern Jiangnan Orogen, South China[J]. Journal of Sedimentary Research, 2013, 83(11): 975-994.
    [49] Shields G, Stille P. Diagenetic constraints on the use of cerium anomalies as palaeoseawater redox proxies: An isotopic and REE study of Cambrian phosphorites[J]. Chemical Geology, 2001, 175(1/2): 29-48.
    [50] 田景春,张翔. 沉积地球化学[M]. 北京:地质出版社,2016:63-77.

    Tian Jingchun, Zhang Xiang. Sedimentary geochemistry[M]. Beijing: Geological Publishing House, 2016: 63-77.
    [51] 谭聪. 鄂尔多斯盆地上二叠统—中上三叠统沉积特征及古气候演化[D]. 北京:中国地质大学(北京),2017.

    Tan Cong. Sedimentary characteristics and paleocliamate evolution of the Upper Permian and middle Upper Triassic strata in Ordos Basin, China[D]. Beijing: China University of Geosciences (Beijing), 2017.
    [52] 王益友,郭文莹,张国栋. 几种地球化学标志在金湖凹陷阜宁群沉积环境中的应用[J]. 同济大学学报,1979(2):51-60.

    Wang Yiyou, Guo Wenying, Zhang Guodong. Application of some geochemical indicators in determining of sedimentary environment of the Funing Group (Paleogene), Jin-Hu Depression, Kiangsu province[J]. Journal of Tongji University, 1979(2): 51-60.
    [53] 郑荣才,柳梅青. 鄂尔多斯盆地长6油层组古盐度研究[J]. 石油与天然气地质,1999,20(1):20-25.

    Zheng Rongcai, Liu Meiqing. Study on palaeosalinity of Chang 6 oil reservoir set in Ordos Basin[J]. Oil & Gas Geology, 1999, 20(1): 20-25.
    [54] 刘刚,周东升. 微量元素分析在判别沉积环境中的应用:以江汉盆地潜江组为例[J]. 石油实验地质,2007,29(3):307-310,314.

    Liu Gang, Zhou Dongsheng. Application of microelements analysis in identifying sedimentary environment: Taking Qianjiang Formation in the Jianghan Basin as an example[J]. Petroleum Geology and Experiment, 2007, 29(3): 307-310, 314.
    [55] 邱欣卫. 鄂尔多斯盆地延长期富烃凹陷特征及其形成的动力学环境[D]. 西安:西北大学,2011.

    Qiu Xinwei. Characte-ristics and dynamic settings of Yanchang period hydrocarbon-rich depression in Ordos Basin, China[D]. Xi’an: Northwest University, 2011.
    [56] Tribovillard N, Algeo T J, Lyons T, et al. Trace metals as paleoredox and paleoproductivity proxies: An update[J]. Chemical Geology, 2006, 232(1/2): 12-32.
    [57] Jones B, Manning D A C. Comparison of geochemical indices used for the interpretation of palaeoredox conditions in ancient mudstones[J]. Chemical Geology, 1994, 111(1/2/3/4): 111-129.
    [58] 腾格尔,刘文汇,徐永昌,等. 缺氧环境及地球化学判识标志的探讨:以鄂尔多斯盆地为例[J]. 沉积学报,2004,22(2):365-372.

    Tenger, Liu Wenhui, Xu Yongchang, et al. The discussion on anoxic environments and its geochemical identifying indices[J]. Acta Sedimentologica Sinica, 2004, 22(2): 365-372.
    [59] Hatch J R, Leventhal J S. Relationship between inferred redox potential of the depositional environment and geochemistry of the Upper Pennsylvanian (Missourian) Stark Shale member of the Dennis limestone, Wabaunsee county, Kansas, U.S.A[J]. Chemical Geology, 1992, 99(1/2/3): 65-82.
    [60] 白顺良. 泥盆纪弗拉阶—法门阶事件的化学—生物地层学研究[J]. 北京大学学报(自然科学版),1998,34(2/3):363-369.

    Bai Shunliang. Chemo biostratigraphic study on the Devonian Frasnian Famennian event[J]. Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Pekinensis, 1998, 34(2/3): 363-369.
    [61] Parrish J T. Lakes: Chemistry, geology, physics by A. Lerman[J]. The Journal of Geology, 1980, 88(2): 249-250.
    [62] 陈骏,汪永进,陈旸,等. 中国黄土地层Rb和Sr地球化学特征及其古季风气候意义[J]. 地质学报,2001,75(2):259-266.

    Chen Jun, Wang Yongjin, Chen Yang, et al. Rb and Sr geochemical characterization of the Chinese loess and its implications for palaeomonsoon climate[J]. Acta Geologica Sinica, 2001, 75(2): 259-266.
    [63] 张才利,高阿龙,刘哲,等. 鄂尔多斯盆地长7油层组沉积水体及古气候特征研究[J]. 天然气地球科学,2011,22(4):582-587.

    Zhang Caili, Gao Along, Liu Zhe, et al. Study of character on sedimentary water and palaeoclimate for Chang7 oil layer in Ordos Basin[J]. Natural Gas Geoscience, 2011, 22(4): 582-587.
    [64] 范玉海,屈红军,王辉,等. 微量元素分析在判别沉积介质环境中的应用:以鄂尔多斯盆地西部中区晚三叠世为例[J]. 中国地质,2012,39(2):382-389.

    Fan Yuhai, Qu Hongjun, Wang Hui, et al. The application of trace elements analysis to identifying sedimentary media environment: A case study of Late Triassic strata in the middle part of western Ordos Basin[J]. Geology in China, 2012, 39(2): 382-389.
    [65] 付金华,李士祥,徐黎明,等. 鄂尔多斯盆地三叠系延长组长7段古沉积环境恢复及意义[J]. 石油勘探与开发,2018,45(6):936-946.

    Fu Jinhua, Li Shixiang, Xu Liming, et al. Paleo-sedimentary environmental restoration and its significance of Chang 7 member of Triassic Yanchang Formation in Ordos Basin, NW China[J]. Petroleum Exploration and Development, 2018, 45(6): 936-946.
    [66] 李相博,刘化清,黄军平,等. 干湿气候交替与内陆湖盆河流扇砂体的形成与分布:以鄂尔多斯盆地延长组为例[J]. 地质学报,2023,97(3):822-838.

    Li Xiangbo, Liu Huaqing, Huang Junping, et al. Alternation of arid-humid climate, and formation and distribution of fluvial fan sand in the central area of inland lake basin: A case study of the Yanchang Formation in Ordos Basin[J]. Acta Geologica Sinica, 2023, 97(3): 822-838.
    [67] 李相博,朱如凯,惠潇,等. 晚三叠世卡尼期梅雨事件(CPE)在陆相盆地中的沉积学响应:以鄂尔多斯盆地延长组为例[J]. 沉积学报,2023,41(2):511-526.

    Li Xiangbo, Zhu Rukai, Hui Xiao, et al. Sedimentological response of a lacustrine basin to the Upper Triassic Carnian pluvial episode (CPE): Case study from the Yanchang Formation, Ordos Basin[J]. Acta Sedimentologica Sinica, 2023, 41(2): 511-526.
    [68] Roser B P, Korsch R J. Provenance signatures of sandstone-mudstone suites determined using discriminant function analysis of major-element data[J]. Chemical Geology, 1988, 67(1/2): 119-139.
    [69] Floyd P A, Winchester J A, Park R G. Geochemistry and tectonic setting of Lewisian clastic metasediments from the Early Proterozoic Loch Maree Group of Gairloch, NW Scotland[J]. Precambrian Research, 1989, 45(1/2/3): 203-214.
    [70] Allègre C J, Minster J F. Quantitative models of trace element behavior in magmatic processes[J]. Earth and Planetary Science Letters, 1978, 38(1): 1-25.
    [71] Floyd P A, Leveridge B E. Tectonic environment of the Devonian Gramscatho Basin, south Cornwall: Framework mode and geochemical evidence from turbiditic sandstones[J]. Journal of the Geological Society, 1987, 144(4): 531-542.
    [72] Girty G H, Ridge D L, Knaack C, et al. Provenance and depositional setting of Paleozoic chert and argillite, Sierra Nevada, California[J]. Journal of Sedimentary Research, 1996, 66(1): 107-118.
    [73] Wronkiewicz D J, Condie K C. Geochemistry and provenance of sediments from the Pongola Supergroup, South Africa: Evidence for a 3.0-Ga-old continental craton[J]. Geochimica et Cosmochimica Acta, 1989, 53(7): 1537-1549.
    [74] Hayashi K I, Fujisawa H, Holland H D, et al. Geochemistry of ~1.9 Ga sedimentary rocks from northeastern Labrador, Canada[J]. Geochimica et Cosmochimica Acta, 1997, 61(19): 4115-4137.
    [75] Bhatia M R, Crook K A W. Trace element characteristics of graywackes and tectonic setting discrimination of sedimentary basins[J]. Contributions to Mineralogy and Petrology, 1986, 92(2): 181-193.
    [76] 王廷印,高军平,王金荣,等. 内蒙古阿拉善北部地区碰撞期和后造山期岩浆作用[J]. 地质学报,1998,72(2):126-137.

    Wang Tingyin, Gao Junping, Wang Jinrong, et al. Magmatism of collisional and post-orogenic period in northern Alaxa region in Inner Mongolia[J]. Acta Geologica Sinica, 1998, 72(2): 126-137.
    [77] Wu T R, He G Q, Zhang C. On palaeozoic tectonics in the Alxa region, Inner Mongolia, China[J]. Acta Geologica Sinica, 1998, 72(3): 256-263.
    [78] 吴素娟. 阿拉善地块东北缘变质变形研究及其大地构造意义[D]. 北京:中国地质科学院,2014.

    Wu Sujuan. Metamorphism and deformation history of the basement rocks from the northeastern Alxa block and their tectonic implications[D]. Beijing: Chinese Academy of Geological Sciences, 2014.
    [79] 杨华,刘自亮,朱筱敏,等. 鄂尔多斯盆地西南缘上三叠统延长组物源与沉积体系特征[J]. 地学前缘,2013,20(2):10-18.

    Yang Hua, Liu Ziliang, Zhu Xiaomin, et al. Provenance and depositional systems of the Upper Triassic Yanchang Formation in the southwestern Ordos Basin, China[J]. Earth Science Frontiers, 2013, 20(2): 10-18.
  • [1] 张军, 白玉彬, 闫新智, 赵靖舟, 徐宁.  鄂尔多斯盆地富县地区延长组长7段深水重力流沉积特征及油气勘探意义 . 沉积学报, 2024, (): -. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2024.059
    [2] 张云望, 金鑫, 乔培军, 李滨兵, 洪彦哲, 陈俞超, 芦刚, 杜怡星, 时志强.  鄂尔多斯盆地东北部下侏罗统富县组沉积物源分析 . 沉积学报, 2023, 41(5): 1414-1429. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2022.154
    [3] 王跃, 桂和荣, 苏尚国, 周奇明, 李俊, 张雅楠.  滇黔北五峰组—龙马溪组页岩沉积环境和古气候地球化学特征 . 沉积学报, 2022, 40(3): 653-666. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2021.113
    [4] 宋世骏, 柳益群, 郑庆华, 周鼎武, 付瑜.  鄂尔多斯盆地三叠系延长组黑色岩系成因探讨——以铜川地区长73段为例 . 沉积学报, 2019, 37(6): 1117-1128. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2019.053
    [5] 尹泽, 刘自亮, 彭楠, 沈芳, 谭梦琪, 王玉冲, 梁雨晨, 王红伟.  鄂尔多斯盆地西缘上三叠统延长组沉积相特征研究 . 沉积学报, 2019, 37(1): 163-176. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2018.156
    [6] 张顺存, 黄立良, 冯右伦, 邹阳, 鲁新川, 郭晖.  准噶尔盆地玛北地区三叠系百口泉组储层成岩相特征 . 沉积学报, 2018, 36(2): 354-365. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2018.030
    [7] 明晓冉, 刘立, 刘娜娜, 宋土顺, 王福刚, 于严龙.  鄂尔多斯盆地JX井延长组砂岩固碳潜力分析 . 沉积学报, 2015, 33(1): 202-210. doi: 10.14027/j.cnki.cjxb.2015.01.021
    [8] 深水块状砂岩碎屑流成因的直接证据:“泥包砾”结构——以鄂尔多斯盆地上三叠统延长组研究为例 . 沉积学报, 2014, 32(4): 611-622.
    [9] 田洋, 赵小明, 王令占, 涂兵, 谢国刚, 曾波夫.  重庆石柱二叠纪栖霞组地球化学特征及其环境意义 . 沉积学报, 2014, 32(6): 1035-1045.
    [10] 刘群, 袁选俊, 林森虎, 王岚, 郭浩, 潘松圻, 姚泾利.  鄂尔多斯盆地延长组湖相黏土岩分类和沉积环境探讨 . 沉积学报, 2014, 32(6): 1016-1025.
    [11] 鄂尔多斯盆地吴堡地区上三叠统延长组原油地球化学特征及油源对比 . 沉积学报, 2013, 31(2): 374-383.
    [12] 付锁堂.  晚三叠世鄂尔多斯盆地湖盆沉积中心厚层砂体特征及形成机制分析 . 沉积学报, 2010, 28(6): 1081-1089.
    [13] 李元昊.  鄂尔多斯盆地三叠系延长组震积岩特征研究 . 沉积学报, 2008, 26(5): 772-779.
    [14] 罗 忠.  层序界面对砂岩成岩作用及储层质量的影响——以鄂尔多斯盆地延河露头上三叠统延长组为例 . 沉积学报, 2007, 25(6): 903-914.
    [15] 吉利明.  陇东三叠系延长组主要油源岩发育时期的古气候特征 . 沉积学报, 2006, 24(3): 426-431.
    [16] 赵 欣.  砂岩储层中不同赋存状态油砂抽提物的地球化学特征:长链酮①——以鄂尔多斯盆地三叠系延长组为例 . 沉积学报, 2006, 24(1): 129-134.
    [17] 鄂尔多斯盆地陇东地区延长组沉积相特征与层序地层分析 . 沉积学报, 2006, 24(4): 549-554.
    [18] 赵欣, 史基安, 王金鹏, 王琪, 卢龙飞, 王雷, 王有孝.  油藏储层中不同赋存状态烃类地球化学特征:Ⅱ长链烷基苯——以鄂尔多斯盆地三叠系延长组为例 . 沉积学报, 2005, 23(3): 531-536.
    [19] 史基安, 赵欣, 王金鹏, 王琪, 卢龙飞, 王雷, 王有孝.  油藏储层中不同赋存状态烃类地球化学特征:Ⅰ链烷烃——以鄂尔多斯盆地三叠系延长组为例 . 沉积学报, 2005, 23(1): 162-169.
    [20] 王琪, 禚喜准, 陈国俊, 史基安, 王多云.  鄂尔多斯盆地盐池—姬源地区三叠系长4+5砂岩成岩演化特征与优质储层分布 . 沉积学报, 2005, 23(3): 397-405.
  • 加载中
图(12) / 表 (1)
计量
  • 文章访问数:  74
  • HTML全文浏览量:  29
  • PDF下载量:  32
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2022-05-31
  • 修回日期:  2022-09-22
  • 录用日期:  2022-11-26
  • 网络出版日期:  2022-11-26
  • 刊出日期:  2024-10-10

目录

    鄂尔多斯盆地西缘中部三叠系延长组碎屑岩沉积环境及物源示踪

    doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2022.120
      基金项目:

      国家自然科学基金项目 42072170

      大陆动力学国家重点实验室团队项目 20120132

      作者简介:

      李俊,男,1997年出生,硕士研究生,油气地质,E-mail: [email protected]

      通讯作者: 赵红格,女,教授,E-mail: [email protected]

    摘要: 目的 鄂尔多斯盆地西缘中部三叠系延长组沉积环境和物源认识上还存在一些分歧和不足。 方法 通过地球化学方法对延长组不同层段的16件砂泥岩样品进行了主量、微量以及稀土元素测试分析,探讨了延长组碎屑岩的沉积环境、物源区源岩类型和构造背景。 结果 砂岩类型主要为岩屑砂岩、长石砂岩,源区经历了弱—中等的风化作用,样品受再旋回作用影响很小;源岩与上地壳物质相关;延长组整体处于氧化—弱还原的淡水沉积环境,古气候为干旱—半干旱,第三段部分处于弱氧化的微咸水环境和温湿古气候;源岩主要为长英质岩石,延长组三段物源较复杂,有部分中性岩;延长组源区总体处于活动大陆边缘构造背景,第三段源区构造背景较复杂,与大陆岛弧和活动大陆边缘构造背景均相关。 结论 元素地球化学特征示踪的物源和沉积环境特征,与三叠系延长组湖盆演化和区域构造环境具有较好的一致性。

    English Abstract

    李俊, 赵红格, 汪建, 郭惠, 邵晓州. 鄂尔多斯盆地西缘中部三叠系延长组碎屑岩沉积环境及物源示踪[J]. 沉积学报, 2024, 42(5): 1621-1638. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2022.120
    引用本文: 李俊, 赵红格, 汪建, 郭惠, 邵晓州. 鄂尔多斯盆地西缘中部三叠系延长组碎屑岩沉积环境及物源示踪[J]. 沉积学报, 2024, 42(5): 1621-1638. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2022.120
    LI Jun, ZHAO HongGe, WANG Jian, GUO Hui, SHAO XiaoZhou. Sedimentary Environment and Provenance Tracing of Clastic Rocks from the Triassic Yanchang Formation in the Western Margin of the Ordos Basin[J]. Acta Sedimentologica Sinica, 2024, 42(5): 1621-1638. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2022.120
    Citation: LI Jun, ZHAO HongGe, WANG Jian, GUO Hui, SHAO XiaoZhou. Sedimentary Environment and Provenance Tracing of Clastic Rocks from the Triassic Yanchang Formation in the Western Margin of the Ordos Basin[J]. Acta Sedimentologica Sinica, 2024, 42(5): 1621-1638. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2022.120
      • 碎屑岩地球化学组分对源区性质、沉积环境及其形成的构造背景等通常具有良好的指示意义[13]。目前,国内外学者利用地球化学方法来判别物源区性质、构造背景和沉积环境已经得到了广泛应用[49]

        鄂尔多斯盆地西缘中部位于不同构造单元结合部位,由于其构造特征复杂,经历多次构造变动,因此一直以来盆地西缘中部晚三叠世延长期的沉积边界、古地貌格局及物源存在诸多的争论。近年来,延长组作为盆地西北部油气勘探开发的重点层位而备受关注。前人对盆地西缘、西北缘和西南缘晚三叠世的物源研究工作较多,田永强[10]、王若谷等[11]根据古水流流向、轻、重矿物和岩屑组合以及稀土元素特征,认为盆地西北部长7期物源来自西北缘阿拉善地块的花岗岩和变质岩;张维[12]、王世虎等[13]、杨华等[14]、赵红格等[15]、Sun et al.[16]通过盆地西北部汝箕沟剖面和西部石沟驿地区延长组的古水流、砾石成分、砂岩碎屑成分和砂岩锆石测年等分析认为,该时期盆地西北部物源来自阿拉善地块,而西部石沟驿地区有西南的祁连造山带物质加入;雷琳琳等[17]、李亚男[18]进一步利用碎屑锆石U⁃Pb年龄分析,对西北缘贺兰山地区和西缘中部磁窑堡地区晚三叠世早中期物源进行分析,认为早期以西北部的阿拉善地块和北部的孔兹岩带为主要物源区,西部巴彦浩特地区为次要物源区,中期巴彦浩特地区则开始成为主要物源区;魏红红等[19]、李蒙等[20]少数学者根据贺兰山东西部砾岩成分、重矿物和古水流差异,认为可能有少量的东部物源供给。而盆地西缘中部晚三叠世野外露头较少且改造剥蚀作用较强、地层层位不全,前人对有限的露头区(磁窑堡、石沟驿)沉积物源展开了部分研究[14,18],缺乏延长组系统的元素地球化学物源分析,在一定程度上制约了盆地西缘中部晚三叠世古地理恢复的深入研究。

        前人对盆地晚三叠世源区构造背景也进行了相关研究,李怡佳等[21]通过岩石学和地球化学特征等分析,认为盆地南缘长10—长8段砂岩源区是大陆岛弧为主,活动大陆边缘为辅的构造背景;彭治超等[22]、Sun et al.[16]、Zhao et al.[23]利用砂岩碎屑组分和地球化学特征认为盆地西北部晚三叠世砂岩主要来自大陆岩浆岛弧背景。而有关盆地西缘中部地区晚三叠世物源区构造背景的研究极少。通过碎屑岩地球化学特征分析探讨该时期物源性质和构造背景,对恢复鄂尔多斯盆地西缘中部原盆边界和古环境具有重要意义。

        诸多学者针对鄂尔多斯盆地晚三叠世沉积环境展开了研究,王峰等[24]、尹泽等[25]、李文厚等[26]通过露头、岩心和测井资料认为盆地晚三叠世发育一套河流—湖泊—三角洲沉积体系,且盆地西北部汝箕沟主要发育冲积扇沉积,中部石沟驿剖面则主要发育辫状河沉积。部分学者利用主微量元素等探讨了盆地西南部和东南部延长组部分段或层位的沉积环境,范萌萌等[4]认为盆地东南缘延长组为弱还原—氧化环境的淡水—半咸水水体环境,古气候为温暖潮湿;贾泽南等[5]提出盆地姬源地区长8—长6沉积期为低盐度的淡水湖泊环境和温暖湿润气候;刘鑫等[6]通过对盆地西南部的镇北地区延长组长4+5段元素地球化学分析,认为该区为弱还原—氧化的微咸水环境以及半潮湿—半干燥的气候。然而,盆地西缘中部地区的沉积环境缺少相关的地球化学证据,特别是缺少对延长组各段井下资料的地球化学分析。因此,借助于油田系统的钻井取心资料,开展不同层段岩心地球化学分析,能够准确地反演源区物源类型和构造背景。

        本文在前人的研究基础上,对鄂尔多斯盆地西缘中部三叠系延长组不同层段的16件钻井岩心砂泥岩样品进行主、微量及稀土元素地球化学测试分析,结合风化程度、古沉积环境、源岩类型和源区构造背景,探讨了鄂尔多斯盆地西缘中部晚三叠世延长组古环境特征与物源,以期为盆地西缘中部晚三叠世物源和沉积环境研究提供依据。

      • 鄂尔多斯盆地是发育于华北克拉通西部的大型中生代含油气盆地,三叠系延长组为盆地石油主要的赋存和产出层位。盆地形成演化受南北部洋陆俯冲、板块碰撞和多种构造作用的影响,南部受中晚三叠世勉略洋闭合,扬子板块向华北板块的俯冲碰撞影响,盆地沉降中心位于西南部,平行于秦—祁连造山带呈北西—南东向展布;北部受二叠纪末古亚洲洋闭合、华北板块与西伯利亚板块碰撞及其之后的远程效应影响,阿拉善地块北部和华北板块北缘强烈隆升,导致盆地古地理面貌呈现为北高南低、水体北浅南深、沉积北薄南厚的特点。印支运动制约了鄂尔多斯三叠系大型湖盆的形成演化,燕山运动使得盆地周缘进一步隆升遭受剥蚀,最终喜马拉雅运动使得盆地定型。盆地由古生代华北克拉通盆地逐渐转变为中生代坳陷盆地,沉积环境由海相、海陆过渡相转变为陆相环境。根据现今构造形态特征及基底性质,盆地可分为伊盟隆起、伊陕斜坡、渭北隆起、西缘逆冲带、天环坳陷和晋西挠褶带六个一级构造单元(图1a)。

        图  1  研究区构造位置及地质、地层简图(古水流据文献[16])

        Figure 1.  Structural location, geological map, and stratigraphic diagram of the study area (paleocurrent data from reference [16])

        盆地西缘中部位于阿拉善地块和秦祁造山带相接部位,处于南北向的西缘逆冲带和天环坳陷的中部,具有相对特殊的构造环境(图1a)。中—晚三叠世延长期沉积了一套以三角洲和湖泊沉积为主的陆源碎屑岩体系,代表着一个完整的大型陆相湖盆初始形成—强烈坳陷—萎缩消亡的演化过程。湖盆中沉积物以湖泊体系为主,自下而上依次为河流相中—粗砂岩沉积、河流—三角洲及湖泊相为主砂泥互层沉积、河流相砂泥岩沉积。按照沉积特征自下而上划分为T3y1~T3y5五个岩性段,对应于长10—长1共10个油层组(以便不同资料的对比)(图1c)[27]。第一段岩性主要为灰绿、肉红色中粗粒长石砂岩夹暗灰绿色、紫红色泥岩;第二段下部深灰、灰黑色泥页岩夹中细粒砂岩,上部灰绿色细砂岩夹粉砂岩;第三段下部深灰色泥岩或灰黑色碳质泥页岩与灰绿色粉细砂岩互层,中部灰绿、灰褐色细砂岩夹暗色泥岩,上部深灰、灰黑色泥岩夹薄—中层状细砂岩;第四段下部以深灰色泥岩与灰绿色粉砂者互层为主,上部为浅灰绿色厚层—块状中细砂岩夹灰色或深灰色泥岩;第五段岩性为深灰色泥岩夹浅灰色粉细砂岩及煤层[28]。盆地西缘中部地区接近盆地边缘,同时延长组沉积范围广,地层保留较全(从第一段到第四段均有沉积),能够较好地保留古沉积环境和物源信息。

      • 本次采样选取了延长组自下而上不同层段(T3y1~T3y4)的共7口井16件新鲜、无污染岩心的砂泥岩样品进行了综合分析和对比研究,采样井位分布如图1b所示。其中泥岩样品共两件,均在T3y3段,其余样品均为砂岩样品,典型岩心照片见图2。所有样品分析测试均在西北大学大陆动力学国家重点实验室完成。主量元素采用玻璃熔融法在X荧光光谱(XRF)仪上测试,微量和稀土元素分析采用美国Agilent公司生产的Agilent7500a等离子体质谱仪,使用国际岩石标样BHVO-2,AGV-2、BCR-2和GSP-2进行测定,采用HF和HNO3混合液在190 °C高温高压容器中消解样品粉末48 h。仪器精密度与准确度分别优于5%和10%,测试结果真实可信。具体实验测试流程可参照文献[29]。

        图  2  研究区延长组典型砂泥岩岩心照片

        Figure 2.  Photographs of typical sandstone and mudstone cores from the Yanchang Formation in the study area

      • 研究区样品主量元素SiO2、Al2O3含量较多,其中SiO2的含量最高,介于33.24%~82.76%,平均为69.71%,绝大多数高于上地壳[30](66.0%)。Al2O3次之,介于8.20%~18.99%,平均为12.08%,绝大多数低于上地壳平均值15.4%(仅G20-1、G42-10两个泥岩样品超过)。SiO2、Al2O3含量较高可能暗示源岩石英长石含量相对富集。TFe2O3介于1.42%~7.22%,平均为3.85%,低于上地壳平均值(5.04%)。K2O介于1.07%~2.97%,平均为2.27%,低于上地壳(2.8%)。MgO介于0.46%~2.48%,平均为1.15%,低于上地壳(2.48%)。Na2O介于0.18%~4.07%,平均为2.25%,除G24-4外,均低于上地壳平均值(3.27%);CaO含量介于0.43%~21.41%,平均为2.39%,除Y154-1样品CaO含量异常高之外其他均低于上地壳(3.59%)。值得注意的是,Y154-1样品同时还具有较高的烧失量和较低含量的SiO2和Al2O3,表明该样品可能含有一定量的方解石。TiO2、P2O5和MnO元素含量较低(<1%),且大都略小于上地壳平均含量。

        将16件样品主量元素含量用UCC(大陆上地壳)数据标准化,根据延长组各段主量元素含量的平均值作出UCC标准化蛛网图(图3a),延长组第一段(T3y1)SiO2、Al2O3、Na2O、K2O含量与UCC含量基本保持一致,而其他元素含量相对UCC表现为亏损。延长组第二段(T3y2)除MgO、CaO和P2O5相对UCC含量亏损外,其他元素含量基本与UCC含量一致;延长组第三段(T3y3)除MnO、CaO、P2O5相对UCC含量富集外,其他元素含量基本与UCC含量一致;延长组第四段(T3y4),MgO、CaO、Na2O和P2O5相对UCC含量亏损。整体来讲,延长组第三段(T3y3)与其他各段元素含量与UCC的比值具有一个较大幅度变化,特别是TFe2O3、MnO、MgO、CaO、P2O5含量与UCC比值高于延长组其余各段,表明该时期延长组第三段沉积环境可能有一个明显的改变。在碎屑岩分类图解中(图3b),样品大多数分布在岩屑砂岩、长石砂岩和杂砂岩区域内。根据长庆油田钻井资料,通过对G20-2、G24-3、G24-4、G42-5和G42-6样品的QFR三端元组分分析,这些样品主要落在长石岩屑砂岩和岩屑长石砂岩区域内,这与地球化学分类得到的结论一致。表明其成分成熟度较低,可能距物源区较近或源岩成熟度低。

        图  3  研究区主量元素蛛网图及碎屑岩分类图

        Figure 3.  Spider diagram of major elements and classification map of clastic rocks in the study area

      • 研究区延长组各段微量元素UCC标准化蛛网图显示,大离子亲石元素(Rb、Pb、Sr和Ba)在各段变化不同,Rb在T3y4、T3y3段含量相对接近平均上地壳,T3y2段亏损较严重;Sr相比其他层段,在T3y3段亏损程度较轻,且变化范围较大;Ba在延长组各段相对富集,部分接近平均上地壳(图4)。高场强元素(Th、U、Zr、Hf、Y)在地幔中不相容,且地壳物质部分熔融形成的岩浆本身就亏损高场强元素[33],因此它的亏损能够反映源岩的特征,且表明其源岩存在大陆地壳物质参与[34]。延长组各段高场强元素基本上相对亏损,且延长组第一段、二段相对亏损较严重,延长组第三段、四段相对接近上地壳含量或略亏损(图4)。过渡元素(Sc、V、Ni、Cr)一般与地幔相相容,且过渡元素多为亲镁铁元素[35]。延长组样品过渡元素均表现出不同程度的亏损,其中T3y3段表现为弱亏损,T3y1段则严重亏损(图4)。延长组碎屑岩过渡元素的亏损表明其镁铁质源岩的贡献较少。整体来看,延长组第一段除Ba元素含量相对上地壳略富集外,其他元素都相对亏损严重;延长组第二段相比第一段,各元素含量相对上地壳有所增加;而第三段部分样品元素含量相对上地壳已出现略富集或接近上地壳的变化趋势;延长组第四段,元素含量与第一段有类似的变化趋势,元素含量相对上地壳值减少。这种在延长组第三段微量元素变化趋势,明显区别于其他各段的特征,与前文提到的主量元素在该段的变化一致。

        图  4  延长组各段微量元素UCC标准化蛛网图(UCC标准值据文献[32])

        Figure 4.  Upper continental crust standardized spider diagram of trace elements in the Yanchang Formation (upper continental crust standard data from reference [32])

        利用Thompson[36]的球粒陨石平均数值对样品的微量元素进行了标准化处理(图5a),结果显示研究区的微量元素蛛网图具有“五峰(K、La、Nd、Tb、Zr)三谷(Nb、Ti、Sr)”的特征,岩石相对富集Ba、K、Nd等大离子亲石元素和La、Ce、Zr等亲岩浆元素,这些元素通常在长英质岩石中更富集,Nb、Ti等高场强元素和Sr则表现明显负异常。此外,各样品球粒陨石标准化蛛网图具有相对一致的变化趋势和微量元素含量,表明各段可能具有统一的物源。

        图  5  延长组碎屑岩微量元素及稀土元素分布特征

        Figure 5.  Distribution characteristics of trace elements and rare earth elements in clastic rocks of Yanchang Formation

      • 研究区延长组碎屑岩的∑REE介于(22.34~240.26)×10-6,平均为143.36×10-6,接近上地壳REE(128.44×10-6[30],LREE/HREE介于8.73~17.64,平均为11.84。稀土元素球粒陨石标准化曲线整体表现出轻稀土相对富集、重稀土相对亏损的右倾趋势(图5b)。其中,延长组第三段稀土元素含量最高,延长组第一段相对较低。δCe值介于0.84~1.02,平均为0.98,基本无异常;δEu值介于0.64~3.68,平均为0.9,整体表现为弱负异常。除延长组第一段稀土元素曲线较上地壳略低外,其余各段基本与上地壳一致,指示源岩可能与酸性岩和上地壳有关。这些特征与活动大陆边缘的稀土元素配分特征也比较相似[38]

      • 通常来讲,沉积岩的地球化学成分主要受源区源岩特征控制,但岩石在从源区到沉积区的过程中也会受到风化、再旋回作用以及成岩作用的影响[39],从而对沉积岩化学成分造成一定干扰,因此在探讨源岩属性和源区构造背景之前,需要对这些干扰因素进行分析讨论。

      • 源区的风化作用对沉积岩的化学成分和矿物组成造成影响[7]。用来表征风化作用的定量指标,其中已得到广泛应用的指标包括CIA(化学蚀变指数)、CIW(化学风化指数)等。CIA的表达式如下:

        CIA=n(Al2O3)/[n(Al2O3)+n(CaO*)+n(Na2O)+n(K2O)]×100 (1)

        式中:CaO*指的是仅存于硅酸盐中CaO的数量,不包括碳酸盐和磷酸盐矿物;n指摩尔量。文中采用McLennan et al.[39]提出间接计算CaO*的方法:CaO剩余=CaO-P2O5×10/3,若CaO剩余<Na2O,令CaO*=CaO剩余;若CaO剩余>Na2O,令CaO*=Na2O。

        CIA=50~60,反映了弱的风化程度;CIA=60~80,反映中等风化程度;CIA=80~100,反映强烈风化程度[40]。研究区延长组碎屑岩的CIA值介于52.3~80.7,平均为60.7,其中延长组第一段—第四段碎屑岩CIA平均值分别为53.2、56.4、63.5和68.3。从延长组第一段到第四段CIA值呈增加的趋势,表明遭受的风化程度逐渐增加,延长组第四段经历的风化作用相对较强。总体而言,延长组碎屑岩经历了弱—中等风化作用,这与Harnois[41]提出CIW方法所得到范围(57.1~95.7)和平均值(69.4)反映源区遭受中等风化作用的结果一致。

        此外,Nesbitt et al.[42]提出用A-CN-K三角图(即Al2O3-(CaO*+Na2O)-K2O)来对碎屑岩的风化程度进行判断。在A-CN-K三角图(图6a)中,延长组碎屑岩表现为近平行于A-CN边界的趋势,指示成岩作用或变质作用对岩石化学成分影响较小,其成分主要受控于风化作用[39,44]

        图  6  鄂尔多斯盆地西缘中部延长组碎屑岩A⁃CN⁃K图及CIA⁃ICV图

        Figure 6.  A⁃CN⁃K diagram and CIA⁃ICV diagram of clastic rock from the Yanchang Formation in the middle of the western margin of the Ordos Basin

        Cox et al.[45]提出成分变异指数(ICV)也可作为碎屑岩风化程度、成分成熟度和再旋回过程的指标。其计算公式为:

        ICV=[n(Fe2O3)+n(K2O)+n(Na2O)+n(CaO*)+n(MgO)+n(MnO)+n(TiO2)]/n(Al2O3 (2)

        式中:n(CaO*)仍是指硅酸盐中的CaO的摩尔量。

        碎屑岩的ICV大于1,反映构造活动带的首次沉积和具有丰富的相对未风化的碎屑矿物,且为低成分成熟度;ICV小于1,反映可能经历了再旋回作用或首次沉积条件下经历了强烈的风化作用[46],且为高成分成熟度。研究区延长组碎屑岩的ICV值介于0.62~1.87,平均为1.18,表明延长组成分成熟度低且没有经历强烈的风化作用(图6b)。

        部分微量元素的比值也是判断风化作用很好的指示剂。McLennan et al.[39]提出用Rb/Sr比值可以有效反映母岩经历风化的作用,Sr2+由于离子半径小于Rb+而易在风化作用中流失,随着风化作用的增强Rb/Sr比值会升高,研究区延长组碎屑岩样品中Rb/Sr比值变化不大(0.03~0.59,平均为0.32),指示源岩遭受风化程度较弱。Th和U的行为与Rb和Sr类似,其值随风化作用增强而增加,能够有效反映岩石遭受的风化程度大小[47]。样品Th/U比值介于1.21~6.97,平均为5.25,略高于上地壳3.8,指示源区母岩经历较弱—中等程度风化。综上所述,研究区延长组源区母岩遭受弱—中等程度风化作用。

      • 沉积岩除了受到风化作用外,分选和再旋回作用也尤为重要。沉积岩的化学成分有助于评估沉积分选的影响。McLennan et al.[39]利用Th/Sc-Zr/Sc图来反映沉积岩的成分变化、沉积物分选以及再旋回作用的影响。通过Th/Sc-Zr/Sc图中与火成岩分异趋势进行对比(图7),能够识别出岩石的成分变化以及分选与再旋回的影响[39]。研究区延长组碎屑岩Th/Sc介于0.38~2.11(平均为1.16),样品分布沿着岩浆成分变化线分布,绝大多数样品数值在上地壳附近,并向花岗岩演化,表明沉积分选和再旋回作用影响较小,样品成分主要受源岩成分控制,成分成熟度不高,分选性较差,其源岩可能与上地壳和花岗岩相关。SiO2/Al2O3比值也可反映沉积物成熟度和再旋回程度,其值大于10通常反映经历的再旋回程度和成熟度较高[48]。研究区延长组碎屑岩样品SiO2/Al2O3比值普遍小于10(2.81~10.09,平均为6.20),同样说明延长组样品的成分成熟度较低。这与前文所用的ICV值判定结果一致。

        图  7  研究区延长组碎屑岩Th/Sc⁃Zr/Sc 图解(底图据文献[39]修改)

        Figure 7.  Th/Sc⁃Zr/Sc diagram of clastic rocks from the Yanchang Formation in the study area (base map is modified from reference [39])

      • 虽然碎屑岩成分主要受源岩岩石成分所控制,但成岩作用会对沉积岩的化学成分造成一定的干扰。Shields et al. [49]对稀土元素的研究发现,受成岩作用的影响,Ce的异常值发生相应改变。通常造成δCe与δEu之间具有较好的负相关性,δCe与REE之间为良好的正相关性。

        对研究区16件碎屑岩样品的δCe和δEu,δCe与∑REE的相关性进行分析(图8),结果表明,δCe与δEu和∑REE之间相关性均不强(分别为R2=0.119 7,R2=0.073 3),表明研究区样品稀土元素值主要受源区物质成分控制,成岩作用影响作用较小。其中G17-6、G42-6两件样品与其他样品差别较大,可能是由于这两件样品遭受的风化作用较强(CIA值都在80左右),造成δCe值偏低。

        图  8  盆地西缘中部延长组样品δCe与δEu、∑REE相关性图解

        Figure 8.  Correlation of δCe, δEu, and ΣREE of the Yanchang Formation samples in the middle of the western basin margin

        通过对研究区延长组样品元素地球化学指标分析,可见碎屑岩受到的沉积分选、再旋回和成岩作用改造较小,经历了微弱到—中等的风化作用影响,样品成熟度不高,碎屑物质未经历长距离的搬运,距离物源区不远,碎屑岩成分主要受源岩控制,能够较真实地反映源区特征和沉积环境。

      • Sr、Ni、Li等微量元素含量是判断沉积古水体盐度的常用指标,淡水环境下,Sr含量介于(100~500)×10-6时,Ni含量小于25×10-6,Li含量小于90×10-6;咸水环境,Sr含量大于800×10-6,Ni大于40×10-6,Li大于150×10-6[50]。研究区样品的Li含量均小于90×10-6,Ni含量介于(3.11~45.33)×10-6,平均为18.11×10-6,除延长组第三段部分样品高于25×10-6,绝大多数Ni含量低于25×10-6,显示出淡水环境特征,Sr元素含量介于(132~514)×10-6,平均为234×10-6,除样品Y154-1(514.86×10-6)略高于500×10-6(指示微咸水环境)外,延长组样品含量均在500×10-6以下,整体上形成于淡水环境(表1)。

        表 1  鄂尔多斯盆地西缘中部延长组碎屑岩样品主微量元素含量(×10-6)分析及比值计算结果

        Table 1.  Analysis of major and trace element content (×10-6) and ratio calculation results of clastic rock samples from the Yanchang Formation in the middle of the western margin of the Ordos Basin

        层位样品编号岩性SrLiSr/BaTh/UNiU/ThδUV/CrNi/CoV/(V+Ni)Ce/LaSr/CuRb/SrAl2O3/MgOMgO/CaOCIAICV球粒陨石标准化
        REEδCeδEu
        T3y4G17-6深灰色细砂岩142.7711.020.106.8320.100.150.611.240.160.751.6222.100.5319.360.6080.730.63229.800.840.79
        G44-3灰色中砂岩196.7813.250.233.6414.240.270.901.010.080.761.9531.140.4611.880.3963.521.01102.601.010.87
        G17-5褐灰色细砂岩137.9116.700.225.2813.720.190.720.920.030.751.9426.400.517.092.7460.671.25122.631.000.71
        T3y3G42-5灰色细砂岩234.8320.840.275.0819.520.200.741.090.120.731.9326.800.356.912.0759.341.34148.920.990.79
        G20-1灰黑色泥岩333.0928.870.283.9230.990.260.871.510.760.741.909.330.258.441.6066.901.06212.460.980.84
        G24-3浅灰色细砂岩224.9610.750.136.5113.520.150.631.130.050.741.8533.890.2212.110.4050.931.43145.240.990.83
        ZT2-1灰色细砂岩150.1821.310.155.2223.050.190.731.190.160.761.9414.540.539.762.7363.941.11159.780.990.72
        G42-10灰黑色泥岩198.6052.660.441.2145.330.831.422.151.880.781.972.560.5910.791.6478.340.76240.260.970.69
        Y154-1灰色细砂岩514.8622.760.994.3129.960.230.821.180.630.692.0946.350.124.040.1261.461.88134.900.990.87
        T3y2G20-2灰绿色细砂岩233.6113.860.326.0917.530.160.661.160.070.741.9032.700.3010.560.6253.801.33141.690.990.74
        Y154-2浅灰色细砂岩237.1519.820.296.6319.170.150.621.130.080.801.8821.940.318.781.2056.781.36225.040.990.64
        G42-6灰绿色细砂岩355.573.920.064.483.110.220.801.490.090.791.60122.710.0417.450.8957.491.2422.340.923.68
        G42-7深灰色中砂岩171.4119.290.446.9710.820.140.600.920.030.761.9943.220.1317.720.8757.521.24102.421.020.71
        T3y1G42-8灰绿色砂岩181.696.470.276.828.250.150.611.150.020.751.9249.690.2917.831.0754.091.1781.651.011.05
        G20-3灰红色细砂岩230.1112.600.384.5110.750.220.801.610.060.761.9343.780.2715.550.4353.191.2077.690.990.94
        G24-4灰绿色砂岩316.189.640.355.809.630.170.681.460.050.781.8985.650.1320.150.3952.261.19127.411.021.05

        Th/U指标也常被学者用作判别古盐度的指标,比值大于2为陆相淡水沉积,小于2为海相咸水沉积[51]。淡水沉积进一步按Th/U介于2~7为微咸水—半咸水沉积环境,Th/U大于7为陆相淡水环境。研究区Th/U介于1.21~6.97,平均为5.25,显示为微咸水环境。

        Sr/Ba也是判别古盐度的常用指标,Sr/Ba值大于1.0指示海相咸水环境,0.6~1.0为微咸水相,小于0.6为淡水相[5254]。研究区样品Sr/Ba介于0.06~0.99,平均为0.29,除Y154-1较高外(0.99),其他小于0.6,指示研究区晚三叠世沉积环境为微咸水相的陆相沉积环境。值得注意的是,延长组第一段—第三段各项古盐度指标有增加趋势,而后又在延长组第四段减小,表明延长组第三段可能局部存在微咸水环境而略区别于其他各段(图9)。

        图  9  盆地西缘中段延长组碎屑岩地球化学环境判别图

        Figure 9.  Geochemical environment discrimination map of clastic rocks from the Yanchang Formation in the middle of the western basin margin

        此外,微量元素中Ba含量较高,可达5 574×10-6(G42-6井),平均为1 150×10-6。较高的Ba含量一般被认为是受深部热液影响,可能是深部热液流体构造活动性明显的情况下,由于温压差沿北西向基底断裂活动向上喷溢造成偏高的Ba含量[55]。且延长组第二段的G42-6井显示稀土元素含量整体偏低,具有明显的Eu正异常。基底断裂的“活化”有利于深部热液局部随断裂的活动而上涌,从而在延长组地层中保留深部热液活动的地质证据[55]。但整体而言,其不影响古盐度判别结果(图9)。

        综上,研究区延长组整体盐度较低,处于淡水沉积环境,第三段可能局部存在微咸水环境。

      • U、V、Cr、Co、Ni等微量元素在氧化环境与还原环境中各自富集程度不同,氧化条件下溶解度较高,还原条件下难溶,常被用来作为判断氧化还原环境的指标[56]。因此U/Th、V/Cr、Ni/Co、V/(V+Ni)以及Ce/La可以作为指示古水体氧化还原条件的指标。

        氧化环境下,U/Th小于0.75、δU小于1;贫氧环境,U/Th介于0.75~1.25;缺氧或还原环境,δU大于1,U/Th大于1.25[57]。V/Cr大于4.25、Ni/Co大于7指示厌氧环境,V/Cr介于2.00~4.25、Ni/Co介于5~7指示贫氧环境,V/Cr小于2、Ni/Co小于5指示氧化环境[58];当V/(V+Ni)小于0.6时,指示氧化环境,V/(V+Ni)介于0.60~0.84代表贫氧环境,V/(V+Ni)大于0.84时反映厌氧、极缺氧环境[59];Ce/La小于1.5时指示富氧环境,Ce/La介于1.5~1.8时为过渡环境,Ce/La大于2.0时指示还原环境[60]

        研究区U/Th介于0.14~0.83,平均为0.23,指示沉积古水体为氧化条件;V/Cr介于0.91~2.15,平均为1.28,反映水体整体为氧化环境。其中延长组第三段具有相对较高的U/Th值(0.15~0.83,平均为0.31),反映其水体氧化性有所减弱;Ni/Co均小于5,也反映出水体均为氧化条件,同样延长组第三段Ni/Co值有一个骤升的变化(图9),表明该时期水体还原性增强。V/(V+Ni)介于0.69~0.82,平均为0.76,表明为氧化—还原过渡环境。δU介于0.60~1.42,平均为0.76,除G42-10为1.42大于1外,其余样品δU值都比较接近1,表现出氧化—弱还原过渡环境特征。Ce/La介于1.60~2.09,平均为1.90,全都大于1.5,且整体比值接近于2.0,同样显示出氧化—还原过渡环境。

        研究区延长组沉积环境整体表现为氧化—弱还原过渡环境,各项指标均显示在延长组第三段氧化程度有轻微减小的趋势(图9),反映具有弱氧化环境特征。其中指示还原环境的两件样品是位于长7段的G42-10、Y154-1泥岩和细砂岩样品(图9),表明其可能处于水体较深的深湖相环境。

      • Sr/Cu、Rb/Sr、MgO/CaO及Al2O3/MgO通常作为古气候的判断的指标[56]。Sr/Cu大于10.0指示干旱的古气候特征,Sr/Cu小于等于10.0则指示温湿的古气候特征[61]。Rb/Sr值代表的气候意义则相反,气候干燥时,降水较少,Sr淋失较少,Rb/Sr呈低值;湿润气候条件下Sr大量淋失,导致Rb/Sr较高[62]。MgO/CaO、Al2O3/MgO与Sr/Cu比值所反映的古气候变化趋势相同[54]

        研究区Sr/Cu介于2.56~122.71,平均为37.22,指示整体沉积古气候为干旱气候,延长组第一段、第二段Sr/Cu值普遍高于延长组第三段、第四段,说明延长组在中晚期干旱程度有所降低。且延长组第一段—第三段,Sr/Cu比值不断减小,而在延长组第四段比值又有轻微增加的变化。Rb/Sr、MgO/CaO和Al2O3/MgO也反映相同古气候变化特征(图9)。此外,前文提到的CIA变化趋势亦可大致反映沉积时期古气候特征,CIA值在延长组第一段、第二段(50~60)与第三段、第四段(60~80)差别较大,反映古气候由干燥向温暖潮湿变化(图9)。因此,延长组沉积期古气候整体表现为干旱—半干旱的气候,且在延长组沉积中期气候向温湿转变。

        此外,G42井和G20井在延长组第一段—第三段均有样品,且这两口井由深到浅、从第一段至第三段具有相同的古沉积环境变化特征(图9),表明无论是单口井还是多口井,延长组均具有相同的古环境变化趋势。结合前文样品在延长组第三段主微量元素有明显的改变,同样说明其沉积环境已经发生了变化,为弱氧化的微咸水沉积环境,古气候为温湿。

        这与盆地晚三叠世湖盆演化过程密切相关[63],湖盆在形成初期气候相对干燥,延长组中期处于湖盆鼎盛发育时期,气候温湿,降水量增多,到了晚期湖盆逐渐萎缩消亡,但局部仍存在湖相沉积,所以晚期气候转变为半干旱—半湿润气候。这与范玉海等[64]、付金华等[65]、李相博等[6667]认为盆地在延长组早期属干旱气候,而在延长组中期干旱程度逐渐下降转换为温湿气候,晚期变为半干旱—半湿润气候的结论一致。

      • 通过将研究区中晚三叠世延长组T3y1~T3y4各段地球化学指标与西部的贺兰山T3y1~T3y5段样品[22]对比(图10),可知两地的古沉积环境并不完全一致。氧化还原环境指标显示两个地区均为氧化—还原的过渡环境;水体古盐度(Sr、Sr/Ba)指示两个地区整体上都为淡水环境,研究区延长组第一段、第二段和第四段各项指标略高于贺兰山样品相应值,第三段部分较低,表明延长组沉积期,研究区古盐度整体高于贺兰山地区;研究区Sr/Cu、SiO2/Al2O3比值第一段、第二段和第四段略高于贺兰山样品相应值,第三段早期值则相对较低。这表明延长组沉积期研究区的古气候相对西北部贺兰山略偏干旱,但是第三段早期研究区相对贺兰山地区较湿润。这种差异可能与研究区和贺兰山中晚三叠世延长组沉积演化相关[15]。研究区比贺兰山更接近湖盆内部,延长组第三段早期(长7段)为鄂尔多斯盆地湖盆发育的鼎盛时期,故气候相对偏湿润、水体具有一定的还原性。而贺兰山第三段相对其他各段偏干旱,第五段则又向温湿转变。贺兰山延长组晚期(第五段)仍有深湖相存在,与研究区东邻地区(盆地萎缩阶段无深湖相)沉积演化差异较大。

        图  10  研究区与贺兰山延长组地球化学指标对比图

        Figure 10.  Comparison of geochemical indicators between the study area and Yanchang Formation in Helan Mountain

      • 前文分析可知研究区碎屑岩样品仅受到弱到中等风化作用影响,且成熟度不高,碎屑岩的化学成分主要受源区母岩成分控制,因此利用碎屑岩的主微量元素分析可以有效地判定源区岩石属性。

        Roser et al.[68]根据主量元素F1-F2判别函数图解,把物源区分为铁镁质火山岩、中性火山岩、长英质火山岩以及长英质沉积岩物源区共四种类型。利用他提出的K、Na、Ca等7种氧化物图版分析可知,延长组样品绝大多数来源于长英质沉积岩物源区和长英质火成岩物源区,其中延长组第三段源岩类型相对复杂,2件样品分别落在中性与偏铁镁质的火山岩源区(图11a);Ni⁃TiO2物源恢复图解[69]投点主要在长英质范围内及其附近(图11b),反映样品物源来自长英质岩石。La/Yb-∑REE关系图解[70]指示研究区延长组碎屑岩样品大多位于花岗岩区域,部分落在沉积岩(图11c),表明碎屑沉积物母岩可能为花岗岩类,部分来自沉积岩。Hf-La/Th判别图解[71],研究区延长组的碎屑岩样品大多数落在酸性火山弧(长英质)源区,部分样品落在长英质、基性岩混合物源区,极个别位于安山岩岛弧区或有古老沉积物加入(图11d),表明延长组碎屑岩成分以大陆上地壳长英质岩石为主,并存在极少量的中基性物质的混入。

        图  11  盆地西缘中段延长组碎屑岩源岩类型判别图解(a~d底图分别据文献[6871])

        Figure 11.  Diagrams for distinguishing the source rock types of clastic rocks from the Yanchang Formation in the middle of the western basin margin (a⁃d are based on references[68⁃71], respectively)

        部分主量元素、微量元素含量及其比值也通常作为反映源岩性质的指标而得到广泛应用。大离子亲石元素在延长组各段相对其他元素富集,而这些元素通常在酸性岩中具有较高的含量,表明酸性岩物源贡献较大;亲镁铁元素(Co、Ni、Cr)通常在基性、超基性岩石中较为富含[69],其在延长组各段均表现为亏损,说明基性岩石对物源贡献较少。Zr值介于(28~613)×10-6,平均为192.9×10-6,大部分位于上地壳长英质岩石(190×10-6)附近。Zr和Hf元素为线性正相关,表现出相似的地球化学性质,其比值可以判断岩石成因和物源信息[44],样品的Zr/Hf值介于37.13~41.36,平均为39.48,这与花岗岩数值(31~40)相接近,说明Zr的来源与酸性岩浆岩有关[50]。Girty et al.[72]认为Al2O3/TiO2值可用于初步确定沉积物的源区成分:当Al2O3/TiO2<8时,沉积物来源于镁铁质岩石,介于8~21,来源于中性火成岩,大于21时,指示长英质火成岩物源。研究区Al2O3/TiO2值介于10.77~47.28,平均为26.38,延长组碎屑岩除3件样品在8~21之间,绝大多数值大于21,表明物源主要为长英质火成岩,少量中性火成岩。

        Cr/Zr比值对反映源岩为基性岩还是酸性岩的效果较好[73],其比值越大,说明源岩中铁镁质成分较多;相反,比值越小,则主要由长英质岩石提供物源。延长组碎屑岩样品中Cr/Zr比值很小(0.05~0.65),平均为0.27,远低于1,反映其物源主要为长英质岩石。Hayashi et al.[74]提出利用TiO2/Zr值确定物源类型。其中长英质物源一般具有较低的TiO2/Zr值(<55),中等的TiO2/Zr值(55~200)指示中性物源,而高的TiO2/Zr值(>200)则指示铁镁质的物源。研究区TiO2/Zr值介于15.47~142.71,平均为35.94,绝大多数样品TiO2/Zr值小于55,反映以长英质物源为主。

        前文提到的A-CN-K三角图和Th/Sc-Zr/Sc图解同样可以表征源岩类型[40]。不同类型源岩的理想风化曲线会平行于A-CN轴,延长组碎屑岩样品基本位于花岗闪长岩与花岗岩理想风化线附近,呈近平行于A-CN轴分布(图6a),前文对Th/Sc-Zr/Sc图(图7)的分析,同样说明说明样品源岩由长英质岩石为主。Th/U比值范围分析表明延长组碎屑岩源岩介于沉积岩和火山碎屑岩之间。稀土LREE/HREE和δEu值范围分析均指示长英质岩石是延长组的主要物源。

        综上所述,研究区延长组碎屑岩样品源岩类型相对复杂,具有多样性,但主要为上地壳长英质岩浆岩和沉积岩,同时混有部分中基性岩。

      • 碎屑岩的主微量元素是用来判断物源区构造背景的重要工具,前人建立了各种构造环境判别指标和图解[1,38,75]。通过将研究区延长组碎屑岩样品相关主微量元素(TFe2O3+MgO/TiO2、Al2O3/SiO2、Ti/Zr-La/Sc、Th-Sc-Zr/10)数据整理和投图,可知其物源区均表现出与活动大陆边缘和大陆岛弧相似的特点,且与活动大陆边缘更接近(图12)。推测延长组碎屑岩源区构造背景为活动大陆边缘和大陆岛弧。值得注意的是,延长组第三段样品相对其他层段投点相对分散,部分样品甚至落在判定区外,既显现出活动大陆边缘特征又有大陆岛弧物质加入,表明源区背景或来源具有多样化的特征。

        图  12  研究区延长组碎屑岩构造背景判别图解

        Figure 12.  Discrimination diagram of the clastic rock structural background for the Yanchang Formation in the study area

        前人通过古水流分析、碎屑成分鉴定、锆石U-Pb测年以及地球化学等一系列手段,对研究区附近三叠系延长组物源进行了探讨,指出盆地西缘及西北缘地区延长组物源主要来自西北方向的阿拉善地块[14,16,18],祁连造山带地区提供少量物源[16,23]。研究区与西北部阿拉善地块北部海西期中酸性岩浆岩稀土元素配分模式图[76]相似,结合古水流数据具有由北西向南东的主要流向以及少量南西向北东的古流向(图1b),表明研究区以西北向物源为主。延长组碎屑锆石U-Pb年龄表明盆地西缘中部地区主要包括晚古生代、早元古代和新太古代三组物源年龄[18,20],这与盆地西北部阿拉善地块年龄谱特征相似,阿拉善地块晚古生代花岗岩和部分沉积岩[7677]与前文得出的研究区延长组碎屑岩源岩主要为长英质火成岩,部分为沉积岩结论吻合。晚古生代末古亚洲洋向华北板块发生强烈俯冲作用,阿拉善北部地区受其影响具有活动大陆边缘特征,同时在阿拉善少勒套海、雅不赖山、巴音诺尔公、红古尔玉林、沙日吉庙、阿布得仁太山等广泛发育具有大陆岛弧性质花岗岩[78],一直到早三叠世随着古亚洲洋的完全闭合,阿拉善地区遭受剥蚀,为研究区晚三叠世沉积提供物源。另外,前文研究表明延长组中期(T3y3)源区构造背景具有多样化的特征,有部分大陆岛弧物质来源,同时具有相对复杂源岩类型(图11)。该时期盆地西南部华北板块与扬子板块之间发生自东向西的“剪刀式”俯冲拼接,秦祁造山带逐渐形成,延长组早期和晚期(T3y1~T3y2,T3y4)构造活动较弱,而延长组中期尤其是长7沉积期印支构造旋回加剧,断裂活动等事件频发[24,79],受碰撞祁连地区快速隆升,湖盆范围达到最大,接受部分来自祁连的岛弧物质。结合研究区存在部分西南向古流向,认为该时期源岩可能也有西南方向的祁连地区参与供给。因此,区域构造环境决定了研究区物源区具有大陆岛弧和活动大陆边缘的构造背景。

      • (1) 鄂尔多斯盆地西缘中部三叠系延长组碎屑岩主、微量地球化学特征指示源岩主要为长英质岩石(岩浆岩和沉积岩),部分为中基性岩。源岩经历了弱—中等程度风化作用、较弱的再旋回作用,成熟度较低。

        (2) 鄂尔多斯盆地西缘中部三叠系延长组碎屑岩化学元素古环境分析指示其沉积时处于氧化—弱还原的淡水沉积环境,古气候总体为干旱—半干旱,但延长组第三段有向温暖潮湿转变的趋势。

        (3) 鄂尔多斯盆地西缘中部三叠系延长组碎屑岩源区构造背景主要为活动大陆边缘,第三段构造背景较复杂,有部分大陆岛弧物质的加入。

    参考文献 (79)

    目录

      /

      返回文章
      返回