鄂尔多斯盆地北以阴山、南以秦岭、西以贺兰山和六盘山、东以吕梁山为界, 跨越陕、甘、宁、蒙、晋5个省区(何自新和贺静, 2004)(图 1), 晚三叠世其原型盆地西与河西走廊相连, 东与南华北地区相通, 南到秦岭— 祁连造山带, 北抵阴山(刘化清等, 2013)。上三叠统延长组是鄂尔多斯盆地大型内陆淡水湖盆形成后发育的第1套自生自储油系, 主要发育东北和西南2个大的三角洲沉积体系, 以一套厚度可达约3000 m(崇信汭河剖面), 砂、泥岩为主, 总体呈浅黄绿、灰绿色调的长石砂岩为主要特征(何自新和贺静, 2004)。由下自上依次被划分为长10至长1共10个油层组, 长10— 长8为湖盆开始发育期, 长7— 长4+5为湖盆扩张期, 长3— 长1为湖盆消亡期(何自新, 2003)。延长组油气储集层主要为三角洲前缘朵状砂体、三角洲分流河道及深水重力流砂体, 为典型的低孔低渗储集层(何自新和贺静, 2004)。岩性以中细粒长石砂岩和长石岩屑砂岩为主, 结构成熟度高而成分成熟度低, 岩屑含量高且类型丰富, 长8— 长10以喷发岩岩屑为主, 长1— 长7以白云岩岩屑为主, 变质岩岩屑在各层段都存在(钟大康等, 2013)。重矿物含量一般介于2%~3%。

图1

Fig.1

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	图1 鄂尔多斯盆地构造划分以及研究钻井分布Fig.1 Tectonic division of Ordos Basin and distribution of studied wells

物源分析综合表明, 延长组沉积期间, 存在东北、东南、西南、西部、西北及北部等多个不同方向的物源(贺静等, 2011), 其下部长8— 长10与中、上部长1— 长7油层组也存在较大差异(邓秀芹等, 2008)。其中, 阿拉善古陆太古界— 元古界混合岩、片麻岩、片岩等变质岩为盆地西北部提供物源; 阴山褶皱带中下太古界长英质片麻岩, 上太古界铁铝榴石角闪岩、麻粒岩, 古元古界角闪片岩变粒岩、变质花岗闪长岩以及火山岩等组成的结晶基底, 从北部、东北方向向盆地供应沉积物; 而秦岭— 祁连造山带主要由前寒武纪及早古生代的地层组成, 包括变质的震旦系千枚岩、片麻岩, 下古生界浅海相碳酸盐岩及碎屑岩, 太古界斜长片麻岩、石英绢云母片岩及含石榴子石英二云母片岩, 是盆地东南、南部、西南沉积的物质供给者(梁积伟等, 2008; 王瑞飞等, 2008)。不同物源控制的沉积体系及同一沉积体系不同沉积期砂岩的碎屑组分、重矿物组合及填隙物成分和组合存在较大差异; 东北、西部和西北物源控制的沉积体系延伸远、分布范围广(贺静等, 2011)。

延长组沉积早、中期, 西北部石榴子石含量较高(一般占重矿物总量的65%以上), 东北部以石榴子石、榍石和绿帘石为主, 西南部以锆石、金红石、电气石和白钛矿(白钛矿在重矿物中的含量一般大于45%)组成的稳定重矿物组合为特征, 东南部以锆石(一般占重矿物总量的50%以上)、绿泥石和石榴子石组合为特征, 南部混合带为板钛矿、锆石、石榴子石和电气石组合区, 中部为锆石、电气石和板钛矿组合区(张道锋, 2006)。石榴子石在盆地西北部、东北部、南部、西南部及中部含量高, 以西北部含量最高, 东部含量最低; 锆石含量呈现在盆地东部、南部及中部高的特征, 盆地东部含量最高, 东北部含量最低, 其余地区都较低; 盆地西北部、西南部都以绿帘石含量高为特征(梁积伟等, 2008)。延长组沉积晚期, 西北部以锆石、石榴子石和电气石为主, 东北部以锆石、电气石和金红石为主, 西南部以锆石、石榴子石和白钛矿为主, 东南部以石榴子石为主(张道锋, 2006)。

鄂尔多斯盆地中西部长10— 长8下组合是油气勘探的主要目的层, 因此, 作者主要选取中西部延长组下组合砂岩为研究对象。考虑到重矿物在砂岩中的含量较低, 因此, 采取铸体薄片直接观察来研究典型重矿物在成岩期间的变化特征。

由于重矿物在物源分析及大地构造背景等研究中的重要性, 砂岩中重矿物在埋藏期间发生的成岩变化已引起了较多关注。不同类型的重矿物其稳定性各不相同, 重矿物在埋藏成岩期与深埋藏层内溶解有关的顺序为:橄榄石、辉石→ 红柱石、硅线石→ 闪石→ 绿帘石→ 榍石→ 蓝晶石→ 十字石→ 石榴子石→ 磷灰石、硬绿泥石、尖晶石→ 金红石、电气石、锆石(Morton, 1984)。通过对挪威大陆架泥盆系至上新统砂岩重矿物的分析发现, 榍石的最大埋深和温度为1093 m、45 ℃, 绿帘石的分别为2559 m和95 ℃, 石榴子石的分别为4589 m和175 ℃, 重矿物与石英胶结物的组合也颇有规律, 榍石不会与石英胶结物共存(Walderhaug and Porten, 2007)。

鄂尔多斯盆地延长组石榴子石、榍石和绿帘石这3种典型的重矿物在埋藏成岩期间的变化却有明显差别, 具有2个显著的特征:(1)延长组最大埋深约在2500~3000 m(陈瑞银等, 2006), 盆地东部延长组砂岩成岩温度为80~120 ℃(柳益群, 1996)。在延长组砂岩中, 部分石榴子石发生溶蚀形成刻面石榴子石, 小部分石榴子石被绿泥石、方解石或硅质交代; 成岩环境中较不稳定的碎屑状榍石和绿帘石在其最大溶蚀深度和温度线之下仍然存在, 并未见到溶蚀现象。(2)在陕北复合三角洲以北东物源为主的沉积区内的延长组砂岩中, 尤其是长9油层组砂岩中, 除了碎屑状榍石和绿帘石鲜见溶蚀现象仍然保存之外, 自生榍石晶体、榍石次生加大、自生绿帘石晶体及绿帘石次生加大也非常普遍。部分绿帘石被绿泥石、方解石或硅质交代。

结合目前已发表的成岩作用研究成果(何自新和贺静, 2004; 罗静兰等, 2006; 杨克文等, 2009; 张瑞等, 2010; 周晓峰等, 2010; 袁珍等, 2011; 李荣西等, 2012), 以及研究层段石榴子石溶蚀、自生榍石晶体、榍石次生加大、自生绿帘石晶体及绿帘石次生加大与其他胶结物之间的关系, 认为除部分自生榍石晶体可以较早形成外, 石榴子石和绿帘石溶蚀、加大等成岩作用的时间都较晚(图 5)。

图5

Fig.5

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	图5 鄂尔多斯盆地上三叠统延长组成岩作用序列Fig.5 Diagenetic sequence of the Upper Triassic Yanchang Formation of Ordos Basin

鄂尔多斯盆地上三叠统延长组石榴子石、榍石和绿帘石3种典型的重矿物在埋藏成岩期间有不同的表现形式。

1)石榴子石在埋藏成岩期间多发生溶蚀形成粒内溶孔和刻面石榴子石, 部分被方解石、绿泥石或硅质交代; 见碎屑状榍石, 并可以见到自生榍石晶体及榍石的次生加大, 且榍石的生长具有多期次性; 见碎屑状绿帘石, 并可见自生绿帘石晶体及绿帘石次生加大, 部分绿帘石被绿泥石或硅质交代。

2)上三叠统延长组砂岩中, 部分石榴子石发生溶蚀形成刻面石榴子石, 而相对稳定性弱的碎屑状榍石和绿帘石并未见到溶蚀现象。除了碎屑状榍石和绿帘石仍然保存之外, 自生榍石晶体、榍石次生加大、自生绿帘石晶体及绿帘石次生加大也非常普遍。这些现象与以往研究者对于不同重矿物稳定性的认识是不一致的, 希望能引起未来研究者的重视。