鄂爾多斯盆地西緣晚石炭世羊虎溝組源—匯系統(tǒng)特征及古地理格局

摘 要 鄂爾多斯盆地西緣石炭系羊虎溝組具有較大的油氣資源勘探潛力，但受其復(fù)雜的構(gòu)造活動影響，其從源到匯充填過程及古地理格局尚有諸多爭議。通過輕礦物、重礦物、巖屑組合和稀土元素等特征進(jìn)行物源分析，結(jié)合前人研究資料，共劃分出西北部阿拉善、東北部陰山、西南部北祁連和東南部北秦嶺4個源—匯系統(tǒng)。阿拉善源—匯系統(tǒng)源區(qū)構(gòu)造背景整體以主動大陸邊緣和大陸島弧為主，沉積物主要來自平均上地殼長英質(zhì)源和鎂鐵質(zhì)火成物源區(qū)；陰山源—匯系統(tǒng)源區(qū)構(gòu)造背景整體以被動大陸邊緣為主，沉積物來源較為復(fù)雜，為平均上地殼長英質(zhì)源、中性巖火成物源區(qū)和鎂鐵質(zhì)火成物源區(qū)的混合；北祁連源—匯系統(tǒng)源區(qū)構(gòu)造背景為被動大陸邊緣和主動大陸邊緣的混合，沉積物主要源自鎂鐵質(zhì)火成物源區(qū)和中性巖火成物源區(qū)；北秦嶺源—匯系統(tǒng)源區(qū)構(gòu)造背景為被動大陸邊緣，沉積物主要來自鎂鐵質(zhì)火成物源區(qū)。4個源—匯系統(tǒng)母巖主要為堿性玄武巖、花崗巖與鈣質(zhì)泥質(zhì)沉積巖的混合。基于源—匯系統(tǒng)分區(qū)，重建古地理格局：（1）阿拉善源—匯系統(tǒng)碎屑沉積物從西北部匯入，向南東方向搬運，且搬運距離較遠(yuǎn)，發(fā)育海陸過渡相的河控三角洲沉積體系；（2）源自陰山源—匯系統(tǒng)的沉積物由東北部匯入，向南西方向搬運，搬運距離遠(yuǎn)分布面積廣，發(fā)育海陸過渡相的潮控三角洲沉積體系；（3）北祁連源—匯系統(tǒng)碎屑沉積物由西南部匯入，沿岸發(fā)育小型河控三角洲沉積，深水區(qū)發(fā)育以淺海—半深海陸棚沉積為主的海相沉積體系；（4）北秦嶺源—匯系統(tǒng)碎屑沉積物由東南部匯入，沉積砂體受中央古隆起影響搬運距離短，發(fā)育海相的障壁島海岸沉積體系。

關(guān)鍵詞 源—匯系統(tǒng)；元素地球化學(xué)；古地理格局；羊虎溝組；鄂爾多斯盆地

第一作者簡介 朱淑玥，女，1997年出生，碩士研究生，地質(zhì)學(xué)，E-mail： zhushuyue0309@163.com

通信作者 劉磊，男，研究員，E-mail： liulei10owen@163.com

中圖分類號 P512.2 P618.13 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 A

0 引言

鄂爾多斯盆地作為中國第二大盆地，蘊含著豐富的煤炭與油氣資源[1]。其西緣在晚石炭世受鄂爾多斯地塊、阿拉善地塊和秦嶺—祁連造山帶等多個構(gòu)造域構(gòu)造運動相互影響，產(chǎn)生了類型多樣的油氣藏[2]。羊虎溝組沉積時期由于賀蘭拗拉槽多期次的復(fù)活遷移，形成了一個拉張裂陷的復(fù)雜構(gòu)造帶，沉積地層厚度較大，生油層多且豐度高分布廣，具有較高的勘探潛力[3?4]。

眾多學(xué)者認(rèn)為，自早古生代加里東運動后，盆地周緣地區(qū)的主要古陸處于隆起剝蝕區(qū)，至晚古生代持續(xù)為鄂爾多斯盆地提供物源[5?7]。上古生界盆地西緣地區(qū)北部物源為阿拉善古陸和陰山古陸，南部物源為北祁連和北秦嶺造山帶[8?10]。中央古隆起形成于晚寒武世，于中二疊世下石盒子期徹底消亡，前人研究認(rèn)為在晚石炭世中央古隆起應(yīng)為一個低平寬緩的水下隆起，并不提供大量的碎屑物源[11?12]。盆地西緣羊虎溝組沉積時期，認(rèn)為秦嶺造山帶主要向鄂爾多斯盆地東部地區(qū)供砂，秦祁造山帶是否對西緣供砂，尚有爭論[7?8]。而北部砂體的物源，也沒有詳細(xì)區(qū)分阿拉善和陰山古陸[8，13]。西緣地區(qū)北部早期發(fā)育潮控三角洲，后期逐漸演化為河控三角洲；南部深水區(qū)發(fā)育淺海陸棚沉積，淺水區(qū)發(fā)育障壁海岸的海陸過渡相沉積，南北不同物源背景下的沉積格局存在諸多爭議[14?16]。單因素分析法常常存在一定的局限性，加之物源體系及沉積環(huán)境研究的薄弱，制約了對鄂爾多斯盆地西緣羊虎溝組沉積時期的古地理重建。

基于上述問題，本文通過研究區(qū)15條野外露頭和30余口鉆井資料，對羊虎溝組地層進(jìn)行沉積學(xué)和地球化學(xué)分析，劃分不同的物源體系，明確其物源區(qū)歸屬，恢復(fù)源區(qū)構(gòu)造背景和母巖性質(zhì)。并進(jìn)一步結(jié)合沉積體系分析，揭示古地理格局，從而為鄂爾多斯盆地西緣油氣勘探提供指導(dǎo)，豐富源—匯系統(tǒng)（source-to-sink system）研究實例。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

鄂爾多斯盆地西緣北起內(nèi)蒙古烏海，南經(jīng)寧夏銀川、固原至陜西寶雞一帶，東始陜西定邊，西至寧夏中衛(wèi)一帶（圖1a）[1]；位于華北克拉通西部，東鄰鄂爾多斯地塊，北部與阿拉善地塊相隔，西部緊鄰賀蘭山構(gòu)造帶，西部與祁連—秦嶺構(gòu)造帶相接，其構(gòu)造演化與周緣各構(gòu)造單元之間的相互影響密切相關(guān)（圖1b）[2，17]。早古生代早期受加里東運動影響，北祁連洋盆持續(xù)向北俯沖消減，至早古生代晚期造山運動結(jié)束，賀蘭山地區(qū)發(fā)生逆沖推覆活動，盆地南部接受來自北祁連造山帶的碎屑沉積[18?19]。古生代由于商丹洋北向俯沖碰撞，北秦嶺構(gòu)造帶為盆內(nèi)供源[20?21]。晚古生代，由于古亞洲洋持續(xù)向南俯沖閉合，鄂爾多斯盆地北緣整體抬升隆起，西北緣阿拉善地塊隆升為剝蝕區(qū)，向盆地內(nèi)部穩(wěn)定持續(xù)提供碎屑沉積物[22]，東北緣陰山造山帶逐漸與華北板塊北緣拼接隆升，并為盆地供源[23]。

晚古生代，西緣內(nèi)部沉積基本上受早古生代賀蘭坳拉槽控制，其充填演化特征具有繼承性，為坳拉槽再活動階段，形成裂陷海灣[9，24]。早中石炭世，古亞洲洋閉合，祁連海沿裂陷逐漸海侵形成裂陷海灣盆地[19]。中石炭世末，華北地塊南北海槽再次擠壓，發(fā)生海退[25]。晚石炭世羊虎溝期，受海西運動影響，鄂爾多斯盆地整體沉降，坳拉槽的發(fā)展進(jìn)入新的演化階段，祁連海再次海侵，形成陸緣海，發(fā)育海陸過渡相沉積環(huán)境[9，16，26]。

鄂爾多斯盆地西緣祁連海域上古生界石炭紀(jì)沉積早于東部，羊虎溝組下伏地層為石炭系靖遠(yuǎn)組，巖性以黑色泥頁巖為主，上覆地層為二疊系太原組，巖性以灰白色細(xì)砂巖、灰黑色泥巖和炭質(zhì)泥巖為主，該時期研究區(qū)東西部海域連通，發(fā)育海陸交互相碎屑巖沉積。羊虎溝組大致與盆地東部的本溪組相當(dāng)，巖性主要為灰白色（含礫）石英砂巖，與灰黑色粉砂巖和黑色泥巖呈韻律性互層，夾少量灰?guī)r和薄煤層，見植物和介殼化石（圖1c）。地層沉積特征呈由北向南的“喇叭口”形，地層厚度區(qū)域性差異較大，南部地區(qū)最厚可達(dá)1 500 m。由于加里東運動，石炭紀(jì)祁連海逐漸向東推進(jìn)，海侵范圍擴(kuò)大，越過中央古隆起與華北海連通，研究區(qū)東部鄂托克旗—定邊—環(huán)縣一帶地層因發(fā)育在中央古隆起之上，總體地層沉積厚度呈東薄西厚的特征[16，20，27]。

2 樣品采集與測試方法

研究的樣品全部采自鄂爾多斯盆地西緣15條野外剖面及30余口研究區(qū)內(nèi)部鉆井巖心。取樣過程中，盡量選擇風(fēng)化蝕變和成巖作用弱且具有代表性的樣品，共采集樣品60余件。挑選25件砂巖樣品送至廊坊市誠信地質(zhì)服務(wù)有限公司進(jìn)行重礦物分析，將樣品破碎后篩分再縮分，按規(guī)定含量淘洗后烘干進(jìn)行重液（CHBr3）分離，經(jīng)過電磁選后記錄裝袋[28]。挑選28件砂巖樣品送樣至四川省科源工程技術(shù)測試中心進(jìn)行鏡下薄片鑒定，以及35件泥巖樣品分別使用Ｘ射線熒光光譜儀（XRF）和電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS）進(jìn)行主量元素分析測定和微量元素分析測定，挑選其中26件泥巖樣品利用ICP-MS進(jìn)行稀土元素分析測定。主量元素測試前樣品顆粒粒徑需小于200目，于105 ℃溫度下烘樣2 h，放于干燥器內(nèi)保存，測試條件為電壓50 kV，電流60 mA，各元素分析譜線均為Kα，標(biāo)準(zhǔn)曲線使用國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)巖石系列GBW07101-14[29]。微量、稀土元素分析測定需進(jìn)行預(yù)處理，將巖石樣品用清水沖洗、烘干，用陶瓷研缽初步研磨后去除樣品中的粗碎屑顆粒，用標(biāo)準(zhǔn)分樣篩過篩后保留小于200目的樣品。在潔凈、濕度35%～50%和溫度18 ℃～25 ℃的室內(nèi)，稱取40 mg巖石樣品于Teflon密封罐中，加入0.3 mL 1∶1HNO3和1 mL 濃HF，用超聲波振蕩后置150 ℃電熱板上蒸干，再次加入0.3 mL 1∶1HNO3和1 mLHF，密封加熱。溶液蒸干后加入2 mL 1∶1HNO3，恒溫24 h再蒸干，加入2 mL 1∶1HNO3溶解鹽類，用1%HNO3將樣品溶液轉(zhuǎn)移到50 mL聚乙烯塑料瓶中，加入Rh內(nèi)標(biāo)溶液，以1%HNO3稀釋至40 g進(jìn)行ICP-MS測試[30]。

3 物源體系分析

3.1 輕礦物特征

沉積物在搬運過程中，隨著搬運距離的增加，砂巖中穩(wěn)定組分（石英）所占比例增大，容易被風(fēng)化溶蝕的不穩(wěn)定組分（長石、巖屑）含量相對減少[31]。通過對鄂爾多斯盆地西緣羊虎溝組的28塊樣品進(jìn)行鏡下薄片鑒定，統(tǒng)計石英顆粒總數(shù)、長石總數(shù)和不穩(wěn)定巖屑所占的百分含量，挑選9塊數(shù)據(jù)數(shù)量較豐富的樣品進(jìn)行Dickinson三角圖解（Qt-F-L）投圖[32]，并挑選6個特征明顯且具有區(qū)域代表性的鏡下照片進(jìn)行描述。研究區(qū)羊虎溝組沉積物具有石英含量（平均71.97%）最高，巖屑（平均23.55%）次之，長石含量（平均4.48%）最低的特征，巖性主要為石英砂巖、巖屑石英砂巖和長石石英砂巖。根據(jù)樣品Dickinson三角圖解（Qt-F-L）投圖結(jié)果的不同以及砂巖薄片鏡下照片特征的差異，可大致劃分為南北兩個區(qū)域（圖2）：（1）北部阿參1井—忠1井—忠6井—鄂33井—鄂8井—鐵1井地區(qū)，輕礦物特征以高石英、中—低巖屑和低長石為特征，石英次生加大邊普遍發(fā)育（圖3a～c），巖石的成分成熟度相對較高，以石英砂巖和巖屑石英砂巖為主；（2）南部韋參1井—蘆參1井—銀探2井地區(qū)，輕礦物特征以高石英、低巖屑和中—低長石為特征，填隙物由黏土雜基和蝕變凝灰質(zhì)混雜組成（圖3d，f），以石英砂巖和長石石英砂巖為主。

3.2 巖屑組合特征

不同種類和含量的巖屑組合，是反映物質(zhì)來源的重要標(biāo)志，可以用來劃分不同的物源體系，準(zhǔn)確反映源區(qū)的巖性、風(fēng)化類型和風(fēng)化程度等特征[33]。通過對鄂爾多斯盆地西緣羊虎溝組28塊樣品進(jìn)行鏡下薄片分析，統(tǒng)計變質(zhì)巖，巖漿巖和沉積巖巖屑所占巖屑的百分含量，挑選25塊具有代表性的樣品生成巖屑百分含量餅狀圖，在平面圖上可見有明顯的分布規(guī)律（圖4a）。根據(jù)研究區(qū)內(nèi)各巖屑平均百分含量的差異，可劃分出4個巖屑組合區(qū)域：A區(qū)（西北部）、B區(qū)（東北部）、C區(qū)（西南部）和D區(qū)（東南部）（表1）。

A區(qū)（西北部）主要特征為極高變質(zhì)巖（93.25%）—低巖漿巖（6.25%）—無沉積巖（0.50%）；B區(qū)（東北部）為高變質(zhì)巖（79.16%）—低巖漿巖（9.41%）—低沉積巖（11.43%）；C區(qū)（西南部）為高變質(zhì)巖（80.00%）—極低巖漿巖（4.60%）—低沉積巖（15.40%）；D 區(qū)（東南部）為中高變質(zhì)巖（66.00%）— 中巖漿巖（29.20%）—極低沉積巖（4.80%）。

3.3 重礦物組合特征

重礦物是碎屑物源分析的主要對象，其不同的母巖類型會產(chǎn)生特定的重礦物組合，用以追溯物源，隨著搬運距離增加，穩(wěn)定重礦物在重礦物組合中占比逐漸增大，不穩(wěn)定重礦物含量逐漸減少[34]。對研究區(qū)羊虎溝組的砂巖樣品進(jìn)行重礦物含量統(tǒng)計分析，共刪除3個不合理樣品點，保留22個合理樣品點。去除自生礦物后，統(tǒng)計9種主要重礦物組分的百分含量，生成重礦物百分含量餅狀圖，在平面圖上可見有明顯的分布規(guī)律（圖4b）。羊虎溝組重礦物主要有鋯石（41.08%）、白鈦石（29.04%）、石榴子石（13.11%）、電氣石（7.51%）、磁鈦鐵礦（4.42%）金紅石（3.14%）和銳鈦礦（1.47%）等。根據(jù)研究區(qū)內(nèi)各重礦物平均百分含量的差異，可劃分出與巖屑組合類似的4個區(qū)域（圖4b、表2）。

A區(qū)（西北部）主要特征為鋯石（30.29%）—白鈦石（29.43%）— 石榴子石（16.49%）— 電氣石（14.83%）；B區(qū)（東北部）為鋯石（58.95%）—石榴子石（16.65%）—白鈦石（9.07%）—磁鈦鐵礦（7.09%）；C區(qū)（西南部）為白鈦石（54.06%）—鋯石（26.78%）—金紅石（10.11%）—電氣石（5.04%）；D區(qū)（東南部）為鋯石（43.00%）— 白鈦石（38.27%）— 石榴子石（11.87%）—金紅石（3.43%）。

穩(wěn)定重礦物的比值能夠更好地反映物源特征，這些比值被稱作重礦物的特征指數(shù)[35]。ZTR指標(biāo)為鋯石（zircon）、電氣石（tourmaline）和金紅石（rutile）穩(wěn)定礦物組合在透明重礦物中的含量百分比，可指示成熟度和再循環(huán)程度[36]。研究區(qū)B區(qū)ZTR指數(shù)（平均64.37%）最高，總體北部ZTR指數(shù)（平均55.54%）高于南部（平均45.07%），北部尤其是東北部穩(wěn)定重礦物含量高，礦物成熟度高。Morton et al.[37]定義的GZi指標(biāo)和RZi指標(biāo)有助于區(qū)分沉積物的源區(qū)以及物源的變化。GZ（i 100×石榴子石（/ 石榴子石+鋯石））指數(shù)直接反映物源區(qū)含石榴子石的母巖組成，可指示中—低級變質(zhì)巖物源區(qū)，呈正相關(guān)特征[38]。研究區(qū)北部GZi值（平均27.88%）高于南部（平均15.99%），說明北部源巖變質(zhì)巖成分供給較多，與巖屑組合特征相符。RZ（i 100×TiO2礦物（/ TiO2礦物+鋯石））值可以用來判斷深埋砂巖物源區(qū)的情況，與含鈦礦物含量成正比。研究區(qū)總體南部RZi值（平均12.75%）高于北部（平均3.01%），C區(qū)RZi指數(shù)（平均19.56%）最高，B區(qū)RZi指數(shù)（平均0.61%）最低。RZi值顯示南部尤其是西南部沉積物中含鈦礦物相對于北部明顯富集，符合重礦物組合特征。

3.4 稀土元素特征

稀土元素（REE）是一類具有特殊地球化學(xué)性質(zhì)元素的總稱，沉積物在風(fēng)化、搬運、成巖作用及蝕變過程中對REE影響較弱[39]，可通過REE的比值（輕重稀土元素比值：LREE/ HREE）和個別元素（鈰異常和銪異常：δCe，δEu）數(shù)值特征分析源區(qū)特征，利用沉積區(qū)REE配分模式圖與周緣源區(qū)古陸進(jìn)行對比，相似配分模式曲線反映其具有相同的物質(zhì)來源。選擇鄂爾多斯盆地西緣羊虎溝組剖面及鉆井巖心的26個泥巖樣品進(jìn)行ICP-MS 稀土元素地球化學(xué)分析，使用Boynton球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化處理[40]。研究區(qū)域輕、重稀土元素分異程度明顯，總體表現(xiàn)為輕稀土相對富集，重稀土相對虧損，配分模式曲線為“右傾型”，Ce負(fù)異常，Eu負(fù)異常。通過收集研究區(qū)周緣古陸和構(gòu)造帶的稀土數(shù)據(jù)，根據(jù)不同樣品的配分模式圖與源區(qū)配分模式圖的相似性，挑選其中13個具有代表性的泥巖樣品數(shù)據(jù)生成4 種類型的稀土元素配分模式圖（圖5、表3）[41?44]。

（1）西北部烏達(dá)—呼魯斯太—阿參1 井地區(qū)：LREE/ HREE均值為4.59，輕、重稀土元素的分異程度明顯；δCe均值為0.86，Ce負(fù)異常；δEu均值為0.67，Eu負(fù)異常明顯；（2）東北部棋探6井—蘇230井—蘇359井一帶：LREE/HREE均值為3.88，輕、重稀土元素的分異程度較低，LREE富集，HREE平坦型；δCe均值為0.93，Ce負(fù)異常不明顯；δEu均值為0.59，Eu負(fù)異常十分明顯且嚴(yán)重虧損；（3）西南部土坡—下河沿地區(qū)：LREE/HREE均值為5.55，輕、重稀土元素的分異程度十分明顯；δCe均值為0.83，Ce負(fù)異常且輕微虧損；δEu均值為0.83，Eu負(fù)異常不明顯；（4）東南部銀探2井—韋參1井一帶：LREE/ HREE均值為4.67，輕、重稀土元素的分異程度較明顯；δCe均值為0.99，Ce負(fù)異常不明顯；δEu均值為0.68，Eu負(fù)異常明顯。

基于前人對盆地周緣古陸的稀土元素配分模式研究，通過數(shù)據(jù)對比得出（圖5）：西北部樣品稀土元素配分模式與鄂爾多斯盆地西北部阿拉善古陸諾爾公地區(qū)黑云母花崗巖稀土元素配分模式[41]具有較強(qiáng)的一致性，推測研究區(qū)西北部物源來自阿拉善古陸；東北部樣品稀土元素配分模式與盆地北部陰山古陸渣爾泰群透輝斜長角閃片麻巖稀土元素配分模式[42]具有親緣性，推測研究區(qū)東北部物源來自陰山古陸；西南部樣品稀土元素配分模式與盆地南部北祁連隴西古陸混合花崗巖稀土元素配分模式[43]相似程度較高，推測研究區(qū)西南部物源來自北祁連；東南部樣品稀土元素配分模式與盆地南部北秦嶺地區(qū)的秦嶺群太白—片麻巖和太白—綠泥陽起片巖稀土元素配分模式[44]具有相似性，推測研究區(qū)東南部物源來自北秦嶺。結(jié)果表明研究區(qū)存在西北（阿拉善古陸）、東北（陰山古陸）、西南（北祁連）和東南（北秦嶺）4個方向的物源區(qū)，與輕礦物、巖屑和重礦物組合特征分析結(jié)果相符。

3.5 物源區(qū)歸屬

綜合以上輕礦物、巖屑組合、重礦物和稀土元素特征的分析，鄂爾多斯盆地西緣可劃分出4個源—匯系統(tǒng)。

1） 西北部阿拉善源—匯系統(tǒng)

根據(jù)稀土元素配分模式數(shù)據(jù)對比，推測西北部沉積物源自阿拉善古陸。通過收集前人資料，阿拉善基底主要包括400～500 Ma、800～1 000 Ma 和1 800～2 000 Ma三部分鋯石年齡區(qū)間[45]。研究區(qū)西北部阿參1井鋯石年齡介于247～2 581.6 Ma，主要集中在247～413 Ma、1 982.4～2 581.6 Ma兩組年齡區(qū)間，峰值年齡為413 Ma主峰值；巴參2井鋯石年齡介于229.9～2612.4 Ma，主要集中在311～442.4 Ma、1 759.8～2 647.4 Ma兩組年齡區(qū)間，峰值年齡為442 Ma主峰值[19，46]。由于賀蘭山周緣受華北、阿拉善和祁連地塊構(gòu)造運動的影響，大量研究認(rèn)為賀蘭坳拉槽在石炭世發(fā)生拉張復(fù)活，祁連海沿裂陷侵入盆地后，賀蘭山一帶于晚石炭世接受了羊虎溝組沉積[19，47?50]。鋯石數(shù)據(jù)表明，羊虎溝組沉積時期研究區(qū)西北部的碎屑沉積物主要來自阿拉善古陸穩(wěn)定供源。該源—匯系統(tǒng)巖屑組合中變質(zhì)巖巖屑含量高，重礦物組合以鋯石和白鈦石為主，含石榴子石、電氣石及少量金紅石，這類組合表明其物源以沉積巖和沉積變質(zhì)巖為主，物源與阿拉善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[5]。ZTR值較高，為遠(yuǎn)源搬運，巖石的成分成熟度相對較高，巖性以石英砂巖和巖屑石英砂巖為主，推測源自阿拉善古陸的長英質(zhì)物源區(qū)。

2） 東北部陰山源—匯系統(tǒng)

根據(jù)稀土元素配分模式數(shù)據(jù)對比，推測東北部沉積物源自陰山古陸。巖屑組合以變質(zhì)巖為主，其次為沉積巖巖屑和巖漿巖巖屑為特征，這與陰山古陸太古界和元古界出露的片麻巖、變質(zhì)石英砂巖、火山巖和角閃片巖直接相關(guān)[51]。重礦物組合中鋯石含量高于其他區(qū)域，ZTR值高，說明沉積物經(jīng)歷了較長距離的搬運，巖性以石英砂巖為主，巖石的成分成熟度高，推測源自陰山古陸的長英質(zhì)物源區(qū)。北部圖東4井和兔西1井重礦物組合特征與A、B兩個區(qū)域有部分重合，可能在研究區(qū)北部存在混合區(qū)。

3） 西南部北祁連源—匯系統(tǒng)

根據(jù)稀土元素配分模式數(shù)據(jù)對比，推測西南部沉積物源自北祁連。通過收集前人資料，鄂爾多斯盆地南部上古生界520～378 Ma的碎屑鋯石代表了北秦嶺和北祁連的供源，北祁連碎屑鋯石年齡主要集中在200～350 Ma、4 00～600 Ma、600～1 500 Ma、1 500～2 000 Ma、2 100～2 700 Ma[19，52]。研究區(qū)西南部衛(wèi)寧北山地區(qū)的樣品鋯石年齡介于315～3 674 Ma，主要集中在315～520 Ma、780～1 038 Ma、1 720～2 582 Ma這3組年齡區(qū)間，主要峰值年齡有328 Ma、442 Ma[45，53]。根據(jù)鋯石數(shù)據(jù)結(jié)果，認(rèn)為羊虎溝組沉積時期研究區(qū)西南部受北祁連穩(wěn)定供源。巖屑組合中變質(zhì)巖巖屑含量較高，重礦物組合中不穩(wěn)定礦物種類較多，ZTR值較低，表明其為近源沉積[5，54]。巖性以石英砂巖和長石石英砂巖為主，填隙物含蝕變凝灰質(zhì)的火山碎屑沉積物，推測源自北祁連的長英質(zhì)和基性巖漿巖源區(qū)。

4） 東南部北秦嶺源—匯系統(tǒng)

根據(jù)稀土元素配分模式數(shù)據(jù)對比，推測東南部沉積物主要源自北秦嶺構(gòu)造帶。巖屑組合中沉積巖巖屑含量低，巖漿巖巖屑含量較高，推測該組合源區(qū)含有一定的中酸性巖漿巖物源[55]。巖性以石英砂巖和長石石英砂巖為主，長石含量較高，成分成熟度低，ZTR值相對較低，沉積物距離物源區(qū)較近，推測源自北秦嶺的長英質(zhì)源區(qū)。

4 物源區(qū)背景分析

4.1 母巖巖性

不活潑元素La、Th、Hf等不因搬運和成巖作用而改變，因此可以利用La/Th-Hf判別圖解（圖6a）分析沉積物的源巖巖性類型[56]，通過主量元素含量F2*-F1*判別圖（圖6b）可判斷源區(qū)巖石特征[57]，利用La/Yb-ΣREE 判別圖（圖6c）判斷沉積物巖石大類的成因特征[58]。

La/Th-Hf、F2*-F1*和La/Yb-ΣREE判別圖（圖6）結(jié)果表明，阿拉善源—匯系統(tǒng)沉積物以平均上地殼長英質(zhì)源和鎂鐵質(zhì)火成物源區(qū)為主，母巖主要為堿性玄武巖和花崗巖，含部分鈣質(zhì)泥質(zhì)沉積巖；陰山源—匯系統(tǒng)的沉積物來源較為復(fù)雜，主要為平均上地殼長英質(zhì)源、中性巖火成物源區(qū)和鎂鐵質(zhì)火成物源區(qū)的混合，母巖以鈣質(zhì)泥質(zhì)沉積巖和花崗巖為主，偶見堿性玄武巖；北祁連源—匯系統(tǒng)沉積物大部分來自鎂鐵質(zhì)火成物源區(qū)和中性巖火成物源區(qū)，母巖主要為鈣質(zhì)泥質(zhì)沉積巖，其次為花崗巖和堿性玄武巖；北秦嶺源—匯系統(tǒng)沉積物以鎂鐵質(zhì)火成物源區(qū)為主，母巖以堿性玄武巖和花崗巖為主。

4.2 構(gòu)造背景

砂巖的碎屑組成直接記錄了沉積物的母巖組合和構(gòu)造強(qiáng)度等信息，與所處大地構(gòu)造位置密切相關(guān)，可反映區(qū)域構(gòu)造演化背景。巖屑組合分析以Dickinson三角圖解應(yīng)用最為廣泛，通過統(tǒng)計石英顆粒總數(shù)、長石總數(shù)和不穩(wěn)定巖屑所占的百分含量，繪制Qt-F-L 三角圖判斷物源區(qū)背景（圖7）[32，39]。運用Roser et al.[59]提出的K2O/Na2O-SiO2構(gòu)造環(huán)境判別圖（圖8），以及La-Th-Sc、Th-Co-Zr/10 和Th-Sc-Zr/10判別圖解[60]（圖9），可用來判別沉積物源區(qū)構(gòu)造背景。

前人研究認(rèn)為上古生界鄂爾多斯盆地北緣母巖區(qū)構(gòu)造背景為主動、被動大陸邊緣及大陸島弧，南緣古陸構(gòu)造背景為被動大陸邊緣[6，61?63]。根據(jù)Qt-F-L物源區(qū)背景判別圖（圖7）、K2O/Na2O-SiO2構(gòu)造環(huán)境判別圖（圖8）和La-Th-Sc、Th-Co-Zr/10和Th-Sc-Zr/10構(gòu)造背景三角判別圖（圖9）的判別結(jié)果，認(rèn)為阿拉善源—匯系統(tǒng)源區(qū)為再旋回造山帶，構(gòu)造背景整體以主動大陸邊緣為主，少部分為大陸島弧，其次是被動大陸邊緣；陰山源—匯系統(tǒng)源區(qū)為克拉通內(nèi)部，構(gòu)造背景整體以被動大陸邊緣為主，其次為主動大陸邊緣和大陸島弧；北祁連源—匯系統(tǒng)源區(qū)為克拉通內(nèi)部，構(gòu)造背景為被動大陸邊緣和主動大陸邊緣的混合，部分為大陸島弧；北秦嶺源—匯系統(tǒng)源區(qū)為克拉通內(nèi)部，構(gòu)造背景以被動大陸邊緣為主。

5 沉積區(qū)特征分析

5.1 古流向特征

古流向是判斷沉積砂體搬運方向的重要研究方法之一，利用交錯層理、波痕、礫石疊瓦構(gòu)造和生物遺跡等各種沉積構(gòu)造，傾角較小的巖層可直接測量各構(gòu)造指示的水流方向，當(dāng)巖層傾角大于15°時測得的數(shù)據(jù)則需要采用赤平投影方法校正，利用計算機(jī)軟件（構(gòu)造解析）處理獲得校正后的數(shù)據(jù)，再通過古流向數(shù)據(jù)分析軟件PC99處理和分析，編制古流向玫瑰花圖[64]。受研究區(qū)野外實際勘探情況影響，實測數(shù)據(jù)量較少，通過測量和收集前人的古流向資料[8，45，50]，繪制出古流向玫瑰花圖平面分布圖（圖10）。羊虎溝組時期研究區(qū)北部整體古流向的方向主要為由北向南，沉積物來源于盆地北部。烏達(dá)和呼魯斯太剖面古流向方向為北西至南東，推測來自西北部阿拉善源—匯系統(tǒng)。沙巴臺和雀爾溝剖面古流向方向主要為北東至南西，且表現(xiàn)出雙向混合的特征，桌子山地區(qū)古流向方向為北東至南西方向，推測沉積物源自東北部陰山源—匯系統(tǒng)。研究區(qū)西南部小洪溝和土坡剖面古流向方向整體為南西至北東方向，推測源自北祁連源—匯系統(tǒng)。由于研究區(qū)東南部野外露頭有限，無法有效地測量古流向，但根據(jù)東南部ZTR指數(shù)的變化特征，由南至北ZTR指數(shù)逐漸增大，沉積物中穩(wěn)定組分逐漸增多，推測沉積物由南向北搬運，源自東南部北秦嶺源—匯系統(tǒng)。

5.2 地貌及砂體展布特征

鄂爾多斯盆地西緣羊虎溝組時期祁連海沿裂陷逐漸從研究區(qū)西南部海侵，形成裂陷海灣盆地，研究區(qū)北部地勢較高，南部地勢較低，東部由于發(fā)育在中央古隆起之上地形平緩，其西南側(cè)地勢較陡，地層厚度變化大。地層沉積特征呈由北向南的“喇叭口”形，研究區(qū)發(fā)育南北兩個主要的沉降中心，北部位于烏達(dá)—沙巴臺一帶，南部位于大石頭井溝—土坡—吳忠地區(qū)（圖11）[16]。

研究區(qū)北部沉降中心為一個狹窄的南北向沉積區(qū)，最大地層厚度約800 m，砂體集中分布于此，烏達(dá)地區(qū)砂體厚度約180 m，沿北東南西方向逐漸減薄，認(rèn)為沉積物源自陰山源—匯系統(tǒng)。東北部棋探6井位于中央古隆起北部，該地區(qū)砂體沉積厚度小于10 m。西北部蘇峪口地區(qū)砂體厚度約100 m，向南砂體成朵狀展布且厚度逐漸減小，認(rèn)為是來自阿拉善源—匯系統(tǒng)的碎屑沉積物。南部沉降中心面積較大，最大地層厚度約1 500 m，砂體主要位于該沉降中心西南側(cè)的下河沿、校育川等高部位地區(qū)，砂體厚度約100 m，認(rèn)為沉積物來自研究區(qū)西南部的北祁連源—匯系統(tǒng)。研究區(qū)東部中央古隆起兩側(cè)分布點狀沉積砂體，大致呈南北向展布，其西側(cè)忠6井—韋參1井地區(qū)地層厚度變化較大，最小點狀砂體厚度小于5 m，最大砂體厚度約150 m，東部鄂33井等點狀砂體厚度約為10 m。推測是由于中央古隆起的阻隔，使得來自北秦嶺的碎屑沉積物呈斷續(xù)的點狀分布。

5.3 沉積體系類型及分布

鄂爾多斯盆地西緣羊虎溝組沉積期主要發(fā)育海—陸過渡相沉積體系，由于海進(jìn)海退變化頻繁，研究區(qū)內(nèi)沉積體系受潮汐作用影響較大，主要發(fā)育河控三角洲、潮控三角洲、障壁島海岸（障壁島—潟湖—潮坪）和淺海陸棚沉積體系（表4）[16]。

研究區(qū)阿拉善源—匯系統(tǒng)沉積砂體主要為灰白色含礫砂巖和灰色中細(xì)砂巖，分選中等，磨圓度為次圓狀，發(fā)育槽狀交錯層理和板狀交錯層理（圖12a）。見底沖刷（圖12b），沖刷面之下為碳質(zhì)泥巖和薄煤層，砂體呈透鏡狀側(cè)向疊置（圖12c），粒度分布概率累積曲線以“滾動—跳躍—懸浮”的三段式為主（圖12d）。指示較強(qiáng)水動力條件下處于海陸過渡環(huán)境河控三角洲沉積體系的三角洲平原分流河道沉積。

陰山源—匯系統(tǒng)沉積物主要為淺灰色粉—細(xì)砂巖，夾灰黑色泥質(zhì)條帶，分選中等—差，發(fā)育大量羽狀和槽狀交錯層理（圖12e，f）。見前積層理，相鄰層系砂體間發(fā)育泥質(zhì)披蓋層（圖12g），細(xì)粒沉積物中見植物碎片化石。粒度分布概率累積曲線以“兩跳一懸式”為主（圖12h），認(rèn)為受水體回流的潮汐作用影響[65]。反應(yīng)較弱水動力條件下，處于海陸過渡環(huán)境的潮控三角洲沉積體系。

北祁連源—匯系統(tǒng)沉積砂體在沿岸地區(qū)粒度較粗，石英含量高（圖12i），分選較好，磨圓度次圓—圓狀，成分成熟度高，發(fā)育低角度及沖洗交錯層理（圖12j），見波痕（圖12k）。該地區(qū)近岸發(fā)育濱岸相沉積體系，海水沖刷淘洗環(huán)境下水動力強(qiáng)較強(qiáng)，在水動力條件較弱的深水地區(qū)，發(fā)育淺海—半深海陸棚沉積體系，沉積物泥質(zhì)含量較高。

北秦嶺源—匯系統(tǒng)沉積物主要為灰黑色中細(xì)砂巖—粉砂巖，灰黑色薄層泥與粉砂巖互層，分選較好，整體粒度較細(xì)，發(fā)育水平層理、脈狀層理和砂紋交錯層理（圖12l，m）。黑色泥巖中見黃鐵礦、蟲孔和完整的植物葉片化石（圖12n，o），粒度概率累積曲線以“一跳一懸式”為主（圖12p），為較弱水動力條件下淺水環(huán)境的障壁島海岸沉積體系。

6 源—匯充填過程及古地理格局

基于源—匯系統(tǒng)分區(qū)、物源背景、古地貌和沉積體系等特征分析，恢復(fù)鄂爾多斯盆地西緣羊虎溝組源—匯沉積充填過程及古地理格局[66?67]（圖13）。

西北部阿拉善古陸自早古生代加里東運動后長期隆升遭受剝蝕，晚古生代受中亞造山帶構(gòu)造演化影響，以及古亞洲洋的俯沖閉合，阿拉善古陸北大山地區(qū)發(fā)育顯著巖漿活動[68?70]。根據(jù)測量和收集前人的古流向資料可判斷[45]（圖10），自阿拉善古陸供給的沉積砂體由研究區(qū)西北部匯入，主要源自主動大陸邊緣和大陸島弧構(gòu)造背景（圖7～9），沉積砂體巖性以石英砂巖和巖屑石英砂巖為主（圖2），成分成熟度較高，沉積砂體延伸距離較遠(yuǎn)，呈朵狀推進(jìn)至銀川以南地區(qū)（圖11）。沉積物主要來自平均上地殼長英質(zhì)源和鎂鐵質(zhì)火成物源區(qū)，母巖主要為堿性玄武巖和花崗巖，含部分鈣質(zhì)泥質(zhì)沉積巖（圖6）。該源—匯系統(tǒng)水動力條件強(qiáng)，發(fā)育海陸過渡沉積環(huán)境的河控三角洲等粗粒沉積體系，障壁砂壩平行岸線分布（圖13）。

晚古生代由于加里東運動使得古亞洲洋向南俯沖閉合，導(dǎo)致陰山古陸抬升造山供源[71]。結(jié)合古流向資料[8，50]（圖10），來自陰山古陸剝蝕供給的沉積物呈北東南西方匯入，源區(qū)主要為被動大陸邊緣構(gòu)造背景（圖7～9）。沉積砂體以石英砂巖為主（圖2），成分成熟度高，ZTR指數(shù)最高，碎屑沉積物搬運距離遠(yuǎn)，砂體展布面積廣，砂體形態(tài)呈透鏡狀，且被潮汐作用改造強(qiáng)烈，由烏海可延伸至圖東4井地區(qū)，甚至部分砂體可達(dá)吳忠地區(qū)（圖11）。沉積物來源較為復(fù)雜，為平均上地殼長英質(zhì)源、中性巖火成物源區(qū)和鎂鐵質(zhì)火成物源區(qū)的混合，母巖以鈣質(zhì)泥質(zhì)沉積巖和花崗巖為主，偶見堿性玄武巖（圖6）。該源—匯系統(tǒng)主體發(fā)育海陸過渡相的潮控三角洲沉積體系，發(fā)育大量垂直于海岸線呈放射狀分布的潮汐砂脊（圖13）。

晚古生代時期，研究區(qū)西南部受秦嶺海槽和賀蘭坳拉槽構(gòu)造運動的影響，祁連海沿裂陷自西侵入后，海侵范圍逐漸擴(kuò)大，沉積了羊虎溝組砂體[5，8，19，46，72]。根據(jù)測量和收集前人的古流向資料可判斷[8，45]（圖10），研究區(qū)羊虎溝組沉積期西南部北祁連供給的沉積物由南西至北東方向匯入盆地深水區(qū)，構(gòu)造背景較為復(fù)雜，為被動大陸邊緣和主動大陸邊緣的混合，部分為大陸島弧（圖7～9）。沉積砂體以石英砂巖和長石石英砂巖為主（圖2），成分成熟度低，碎屑沉積物搬運距離短，地形坡度大，為近源沉積，近岸砂體呈小型朵狀。沉積物主要源自鎂鐵質(zhì)火成物源區(qū)和中性巖火成物源區(qū)，母巖主要為鈣質(zhì)泥質(zhì)沉積巖，其次為花崗巖和堿性玄武巖（圖6）。該源—匯系統(tǒng)近岸發(fā)育小型河控三角洲和少量小型障壁砂壩，深水部位發(fā)育海相環(huán)境的濱岸和淺海—半深海陸棚沉積體系（圖13）。中央古隆起在羊虎溝組沉積期早期較為平緩，且隆起幅度低，后期由于華北海與祁連海匯合，中央古隆起逐漸被淹沒，整體為一個水下古隆起，在沉積過程中對沉積物東西分異的影響逐漸減弱，無法完全阻隔物源的供給和砂體在盆內(nèi)的搬運[12，73]。

研究區(qū)東南部沉積砂體的物源區(qū)處于北秦嶺與北祁連的結(jié)合部位，沉積砂體存在部分混合，但匯入盆地的沉積砂體主要源自北秦嶺構(gòu)造帶[74]。中央古隆起雖無法完全阻隔沉積物的搬運，但砂體展布還是受到一定限制，在其兩側(cè)大致呈南北向斷續(xù)點狀分布，西側(cè)斜坡部位砂體厚度較大。源區(qū)主要為被動大陸邊緣構(gòu)造背景（圖7～9），沉積物巖性以石英砂巖和長石石英砂巖為主（圖2），成分成熟度較差，ZTR指數(shù)相對較低，沉積砂體搬運距離短，從銀探2井?dāng)嗬m(xù)分布至忠6井（圖11）。沉積物主要來自鎂鐵質(zhì)火成物源區(qū)，母巖以堿性玄武巖和花崗巖為主（圖6）。該區(qū)域整體水動力條件弱，中央古隆起高部位發(fā)育海陸過渡相的障壁海岸（障壁島—潟湖—潮坪）等細(xì)粒沉積為主的沉積體系，障壁島平行岸線分布，有效分隔廣海與沿岸海域（圖13）。

7 結(jié)論

（1） 綜合輕礦物、巖屑組合、重礦物組合和稀土元素特征的分析，研究區(qū)可劃分出4個源—匯系統(tǒng)：西北部阿拉善、東北部陰山、西南部北祁連和東南部北秦嶺源—匯系統(tǒng)。

（2） 阿拉善源—匯系統(tǒng)源區(qū)為再旋回造山帶，構(gòu)造背景整體以主動大陸邊緣和大陸島弧為主，其次為被動大陸邊緣，沉積物主要來自平均上地殼長英質(zhì)源和鎂鐵質(zhì)火成物源區(qū)；陰山源—匯系統(tǒng)源區(qū)為克拉通內(nèi)部，構(gòu)造背景整體以被動大陸邊緣為主，其次為主動大陸邊緣和大陸島弧，沉積物來源較為復(fù)雜，為平均上地殼長英質(zhì)源、中性巖火成物源區(qū)和鎂鐵質(zhì)火成物源區(qū)的混合；北祁連源—匯系統(tǒng)源區(qū)為克拉通內(nèi)部，構(gòu)造背景為被動大陸邊緣和主動大陸邊緣的混合，沉積物主要源自鎂鐵質(zhì)火成物源區(qū)和中性巖火成物源區(qū)；北秦嶺源—匯系統(tǒng)源區(qū)為克拉通內(nèi)部，構(gòu)造背景為被動大陸邊緣，沉積物主要來自鎂鐵質(zhì)火成物源區(qū)。四個源—匯系統(tǒng)母巖主要為堿性玄武巖、花崗巖與鈣質(zhì)泥質(zhì)沉積巖的混合。

（3） 阿拉善源—匯系統(tǒng)碎屑沉積物由北西至南東方向自研究區(qū)西北部匯入，沉積砂體搬運距離較遠(yuǎn)，發(fā)育海陸過渡相的河控三角洲沉積體系，障壁砂壩平行岸線分布；源自陰山源—匯系統(tǒng)的碎屑沉積物由研究區(qū)東北部呈北東南西方向匯入，沉積砂體分布面積廣，搬運距離遠(yuǎn)，砂體形態(tài)受潮汐作用強(qiáng)烈改造，發(fā)育海陸過渡相的潮控三角洲沉積體系，大量潮汐砂脊垂直岸線分布；北祁連源—匯系統(tǒng)碎屑沉積物由研究區(qū)西南部匯入，沿岸發(fā)育小型河控三角洲沉積，深水區(qū)發(fā)育以淺海—半深海陸棚沉積為主的海相沉積體系；北秦嶺源—匯系統(tǒng)碎屑沉積物由研究區(qū)東南部匯入，沉積砂體受中央古隆起影響搬運距離較短，發(fā)育海陸過渡相的障壁島海岸沉積體系，大量障壁島平行岸線分布，有效隔絕廣海。

致謝 感謝成都理工大學(xué)沉積地質(zhì)研究院劉磊老師的指導(dǎo)，感謝成都理工大學(xué)沉積地質(zhì)研究院王志偉博士、張靖芪碩士、張蕊碩士、李丹碩士和趙菲碩士對本文提出的建議和幫助。各位評審專家及編輯部老師對本文提出了寶貴的修改意見，在此表示衷心的感謝！

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