贺敬聪, 朱筱敏, 李明瑞, 刘芬, 叶蕾, 薛梦戈. (2017)鄂尔多斯盆地陇东地区二叠系山西组—石盒子组母岩类型和构造背景[J]. 古地理学报, 19(2): 285-298
He Jingcong, Zhu Xiaomin, Li Mingrui, Liu Fen, Ye Lei, Xue Mengge. (2017)Parent rock types and tectonic setting of the Permian Shanxi and Shihezi Formations in Longdong area,Ordos Basin[J]. Journal Of Palaeogeography, 19(2): 285-298. DOI:10.7605/gdlxb.2017.02.022  
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鄂尔多斯盆地陇东地区二叠系山西组—石盒子组母岩类型和构造背景
贺敬聪1, 朱筱敏1, 李明瑞2, 刘芬1, 叶蕾1, 薛梦戈1
１中国石油大学（北京） 地球科学学院，北京102249。
２中国石油长庆油田分公司勘探部，陕西西安71001。

第一作者简介 贺敬聪,男, 1991年生,硕士研究生,主要从事沉积地质学研究。 E-mail: hjc_91@163.com。

通讯作者简介 朱筱敏,男,1960年生,教授,博士生导师,主要从事沉积学和层序地层学教学研究。E-mail: xmzhu@cup.edu.cn。

收稿日期:2016-09-29
摘要

通过岩石学及地球化学分析方法,对鄂尔多斯盆地陇东地区二叠系山西组 1段—石盒子组 8段碎屑岩物源区的母岩类型和构造属性进行分析。研究结果表明: 山 1段和盒 8段的砂岩碎屑组成相似,具有基本相同的物源区组成,它们在构造背景、物源及物源特征上具有很好的继承性;砂岩碎屑颗粒镜下特征及石英阴极发光颜色显示母岩主要为变质岩和火成岩;轻矿物特征反映物源与再循环造山带源区中的碰撞缝合线及褶皱—逆掩带物源区密切相关;研究区与北秦岭地区秦岭群和宽坪群斜长石种类一致;构造环境判别图解反映物源区长期受被动大陆边缘物源影响,到晚古生代后期有向主动大陆边缘转换的趋势;源岩判别图解显示物源区主要是长英质岩石;山 1段、盒 8段沉积岩的 REE配分模式均呈右倾型且基本相互平行,与北秦岭地区秦岭群、宽坪群变质岩的稀土元素配分模式相似;锆石 U-Pb同位素定年结果显示物源主要来自元古代,有少部分来自晚古生代。综合分析认为研究区主要受被动大陆边缘物源影响,其次为主动大陆边缘物源,母岩主要为北秦岭下元古界秦岭群的片麻岩、石英岩等和中、上元古界宽坪群的绿泥石片岩、阳起石片岩,其次为北秦岭造山带晚古生代岩浆岩。

关键词: 岩石学; 地球化学; 母岩类型; 构造背景; 山西组; 石盒子组; 陇东地区; 鄂尔多斯盆地
文献标志码:A 文章编号:1671-1505(2017)02-0285-14
Parent rock types and tectonic setting of the Permian Shanxi and Shihezi Formations in Longdong area,Ordos Basin
He Jingcong1, Zhu Xiaomin1, Li Mingrui2, Liu Fen1, Ye Lei1, Xue Mengge1
1 College of Geosciences,China University of Petroleum(Beijing),Beijing 102249.
2 Exploration Department,Changqing Oilfield Company,PetroChina, Xi'an 710018,Shaanxi;

About the first author He Jingcong,born in 1991,is a master degree candidate of China University of Petroleum(Beijing). He is mainly engaged in sedimentary geology. E-mail: hjc_91@163.com.

About the corresponding author Zhu Xiaomin,born in 1960,is a professor and Ph.D. supervisor in China University of Petroleum(Beijing). He is mainly engaged in sedimentology and sequence stratigraphy. E-mail: xmzhu@cup.edu.cn.

Abstract

Based on petrological and provenance analysis,this paper discusses tectonic property and provenance of the Member 1 of Shanxi Formation and Member 8 of Shihezi Formation of Permian in Longdong Area,Ordos Basin. The results suggest that detrital mode compositions of these two members are similar,which were formed from the same parent rocks and tectonic setting. Microscopic characteristics and CL image of quartz show that the parent rocks are metamorphic rocks and igneous rocks;Light mineral characteristics are associated with collisional suture and fold-thrust belt sources. The plagioclase An and EPMA analysis indicate that the study area and the north Qinling orogenic belt have similar plagioclase type. Tectonic discrimination plots indicate that the provenance was mainly affected by passive continental margin source until the end of Late Paleozoic,then under the influence of active continental margin. Parent rock discrimination plots suggest that the provenance was dominated by felsic rocks. The REE distribution patterns of the sedimentary rock in Shan 1 and He 8 Members are consistently declining to the right,and are very similar to those of Qinling Group and Kuanping Group in the north Qinling orogenic belt. The dating of U-Pb isotope in zircon reveal that they can be divided into two groups according to their ages,which mostly dated from Proterozoic and some from Late Paleozoic. It is concluded that the provenance mainly affected by passive continental margin,others are active continental margin sources. Furthermore,the parent rocks of Shan 1 and He 8 Members are mainly from gneiss and quartzite of Qinling Group and chlorite schist and actinolite schist of Kuanping Group in the north Qinling orogenic belt,a few from igneous rocks of late Paleozoic era in the north Qinling orogenic belt.

Key words: petrology; geochemistry; parent rock type; tectonic setting; Shanxi Formation; Shihezi Formation; Longdong area; Ordos Basin

鄂尔多斯盆地天然气勘探始于20世纪60年代, 20世纪80年代开始系统勘探以来, 天然气勘探不断取得新的突破与进展(王道富等, 2005)。近几年, 庆探1、2、3和城探3等探井相继在山1段、盒8段获得工业气流, 陇东地区已成为天然气勘探的重点目标。前人针对陇东地区层序地层、沉积物源、沉积体系与石油地质开展了大量研究工作(朱筱敏等, 2002; 陈孟晋等, 2006; 陈全红等, 2006; 王超勇等, 2007; 肖建新等, 2008; 杨伟利等, 2009; 罗婷婷和周立发, 2013; 王璇等, 2014), 其中沉积物源是一个研究热点, 明确其有助于理解构造背景及沉积体系, 分析生储盖及其组合特征, 指出有利的油气勘探开发区域。

前人对鄂尔多斯盆地陇东地区沉积物源开展了系统分析。陈全红等(2006)认为鄂尔多斯盆地西南部有3个不同的物源区, 但主要为南部物源区, 西部物源从盒8段开始供给。研究区母岩主要为太古界的复杂变质岩系及下元古界的变质火山— 沉积岩系。李慧等(2011)研究了盆地西南部山西组沉积期的物源, 认为物源主要来自盆地南部前寒武系的变质结晶基底, 也存在北部的次要物源。杨锐等(2012)研究了陇东地区石盒子组盒8段沉积期的物源, 认为物源主要来自西南部和南部, 其次为北部物源, 3大物源的交汇区大致在环县— 华池一带。整体来看, 众多学者对于鄂尔多斯盆地陇东地区山西组和石盒子组沉积时期存在南北2个方向物源是没有异议的, 但对物源区母岩类型和构造背景研究不足, 若将物源母岩类型、构造背景与沉积物源方向结合起来开展研究, 可建立两者的成因关系, 使沉积物源方向的判断更加可信。此外, 研究区山西组、石盒子组沉积物能否和相邻的北秦岭造山带建立对应关系, 还值得进一步研究。因此, 文中根据区域地质背景及周缘基岩特征, 结合岩石学、阴极发光、主量元素、微量元素、稀土元素分析和锆石U-Pb同位素定年等资料, 对鄂尔多斯盆地陇东地区山西组1段— 石盒子组8段碎屑岩物源区母岩类型和构造背景进行分析, 为油气勘探评价提供地质依据。

1 区域地质概况及周缘基岩特征
1.1 区域地质背景

鄂尔多斯盆地是发育在华北克拉通之上的中、新生代大型拗陷型内陆克拉通盆地(胡见义和黄第藩, 1991), 其结晶基底由太古界、下元古界的变质岩构成, 沉积盖层由中上元古界、下古生界的海相碳酸盐岩以及上古生界滨海相、中新生界陆相碎屑岩构成(何自新, 2003)。鄂尔多斯盆地总体构造面貌为南北走向, 呈东缓西陡的不对称箕状向斜。盆地内发育一系列轴向近东西的鼻状隆起, 区域断裂构造微弱, 盆地构造运动以升降运动为主(朱筱敏等, 2002)。

陇东地区位于鄂尔多斯盆地西南部, 其西部为天环坳陷, 并与西缘冲断构造带相邻, 东部为陕北斜坡的西南部, 南部与渭北隆起区相邻, 面积约5× 104, km2(图 1)。陇东地区的构造沉积演化与北秦岭构造带的演化发展有着密切的关系。早古生代中期, 秦岭洋壳板块向北俯冲消减, 导致海水退缩至鄂尔多斯地区的西缘和西南缘, 而华北克拉通主体隆升为陆。早古生代晚期, 加里东运动使华北克拉通南缘的北秦岭褶皱隆起, 拼接在华北克拉通南缘, 物源区开始形成(戚学祥等, 2004), 这为盆地西南部晚古生代沉积和古水系的发育奠定了地貌基础。由于区域性的地壳拉张使得早石炭世形成贺兰— 祁连海盆, 晚石炭世形成祁连海与华北海(武法东等, 1995)。早二叠世晚期, 华北克拉通南北缘海槽封闭, 海盆发育结束, 进入陆相盆地演化阶段。此时, 秦岭造山带进入全面碰撞阶段, 挤压构造作用不断加剧, 北秦岭构造带开始全面隆升, 物源区不断扩大(周洪瑞和王自强, 1999)。到二叠纪晚期, 海西运动使得祁连— 秦岭形成统一的物源区。因此, 北秦岭地区为研究区晚古生代的重要物源区。

图1 鄂尔多斯盆地构造单元划分及研究区井位分布Fig.1 Tectonic division of Ordos Basin and well distribution in study area

陇东地区上古生界主要发育上石炭统本溪组(C2b), 下二叠统太原组(P1t)、山西组(P1s), 中二叠统石盒子组(P2h), 上二叠统石千峰组(P3q)。其中山西组又可分为2段, 自下而上分别为山2段和山1段, 石盒子组又可分为8段, 自下而上分别为盒8段— 盒1段。研究区本溪组和太原组为海陆过渡相沉积, 山西组和石盒子组发育陆相湖泊— 三角洲沉积体系, 到石千峰组沉积时已完全转变为陆相沉积环境。文中的主要研究层位为山1段和盒8段, 其是上古生界天然气的重要储集层。

图2 鄂尔多斯盆地陇东地区二叠系山1段— 盒8段砂岩碎屑显微特征Fig.2 Micrographs of the Member 1 of Shanxi Formation and Member 8 of Shihezi Formation of Permian in Longdong area, Ordos Basin

1.2 周缘基岩特征

鄂尔多斯盆地周缘地区古老地层及其结晶基底主要为太古宇、元古宇的各类变火山— 沉积岩, 此外盆地周缘还有少量花岗岩体出露(图 1)。元古代以后长期处于剥蚀隆起地区, 形成盆地北部的阿拉善— 阴山古陆、南部的祁连— 北秦岭古陆, 并持续为鄂尔多斯盆地提供物源。西南缘剥蚀古陆形成于早古生代的加里东运动, 以北秦岭构造区隆起幅度最大, 并长期处于剥蚀状态, 剥蚀区中太古界主要为太华群, 下元古界以秦岭群为主, 中、上元古界主要是宽坪群、陶湾群(陈全红等, 2012), 岩性特征见表1。

表1 鄂尔多斯盆地陇东地区周缘基岩岩性简表(据陈全红等, 2012, 有修改) Table1 Abridged table of bedrocks in Longdong periphery area, Ordos Basin(modified from Chen et al., 2012)
2 岩石学分析
2.1 砂岩碎屑组成特征

陇东地区山1段和盒8段的砂岩碎屑成分相似, 具有基本相同的物源区组成。碎屑颗粒组分中石英含量为51.50%~87.00%, 平均为70.61%; 长石含量普遍较低(< 3.00%); 岩屑含量相对较高, 为3.00%~29.50%, 平均为14.38%。硅质碎屑以单晶石英为主, 含有少量燧石(图 2-a)。一般认为, 来自变质岩的石英常显示出明显的波状消光(图 2-b), 而来自火成岩的石英呈突变消光, 并具有溶蚀港湾的轮廓(图 2-c)。石英中包裹体也可以对石英的来源起到指示作用, 来自火成岩的石英以针状或不规则包裹体为特征(图 2-d), 而来自变质岩(如片岩、片麻岩)中的石英则大多有规则的包裹体(图 2-e)。研究区长石普遍存在绢云母化, 可见斜长石聚片双晶(图 2-f)。岩屑主要为变质岩岩屑(图 2-g), 包含石英岩、千枚岩和板岩等, 其次是岩浆岩岩屑(图 2-h), 主要为喷发岩、隐晶岩, 几乎没有沉积岩岩屑。上述特征反映了该物源区岩石类型以变质岩和岩浆岩为主。

图3 鄂尔多斯盆地陇东地区二叠系山1段— 盒8段石英阴极发光特征

2.2 石英阴极发光特征

由于晶体内部晶格缺陷和微量元素的含量差别, 不同成因的石英在电子照射下呈现不同的阴极发光特征, 因此可以利用这一特性来鉴别石英的形成环境, 从而确定源区属性(Matter and Ramseyer, 1985; Gotte and Richer, 2006)。Zinkernagel(1978)提出了第1个石英阴极发光色谱划分方案(表 2)。对研究区山1段和盒8段样品的阴极发光特征分析发现, 石英阴极发光颜色主要以蓝色和蓝紫色光为主, 少量呈棕色光(图 2), 表明源岩主要为火成岩、深成岩和接触变质岩, 也含有一些高级区域变质岩或低级变质岩。

表2 石英阴极发光颜色与原岩类型(据Zinkernagel, 1978) Table2 Quartz CL colors and parent rocks (from Zinkernagel, 1978)
2.3 轻矿物特征

盆地中的碎屑沉积物一般来自盆地外围的物源区, 因此沉积盆地内沉积物的碎屑组分和结构特征与物源区的大地构造性质和构造环境有着密切联系。由于砂岩的碎屑成分对物源区的大地构造性质和构造环境有着敏感的反映, 因此通过准确的砂岩碎屑成分定量分析可解释物源区的构造背景(朱筱敏, 2008)。Dickinson和Suczek(1979)及Dickinson(1985)根据88个已知构造背景地区的砂岩碎屑成分的统计数据, 划分了主要的蚀源区, 为分析砂岩物源区构造属性提供了重要的参考。

图4 鄂尔多斯盆地陇东地区二叠系山1段— 盒8段砂岩碎屑成分Dickinson三角图解Fig.4 Dickinson's detrital triangular charts of the Member 1 of Shanxi Formation and Member 8 of Shihezi Formation of Permian in Longdong area, Ordos Basin

陇东地区下二叠统山1段和盒8段为三角洲沉积, 主要发育三角洲平原亚相和三角洲前缘亚相, 岩性以砂岩和泥岩为主。选取山1段和盒8段共26块砂岩样品磨制薄片, 统计了石英、长石、岩屑、单晶石英和多晶石英等的含量, 以Qt-F-L、Qm-F-Lt和Qp-Lv-Ls为端元成分对砂岩样品中的石英、长石和岩屑进行三角图投点。在Qt-F-L图解(图 4-a)中, 山1段和盒8段样品点均落入再循环造山带物源区; 在Qm-F-Lt图解(图 4-b)中, 样品点基本都落入再循环造山带物源区, 山1段有1个样品点落入大陆块物源区; 在Qp-Lv-Ls图解(图 4-c)中, 样品点集中在碰撞缝合线及褶皱— 逆掩带物源区, 个别样品点落入混合造山带砂岩区域内。由此可见, 陇东地区山1段和盒8段砂岩碎屑组成相似, 且具有基本相同的物源区组成, 都与再循环造山带源区中的碰撞缝合线及褶皱— 逆掩带物源区密切相关, 这与二叠纪秦岭造山带已进入接触碰撞造山阶段、北秦岭构造带开始大幅度隆升的地质背景吻合。

图5 鄂尔多斯盆地陇东地区石盒子组砂岩与北秦岭宽坪群和秦岭群中斜长石牌号对比①Fig.5 Comparison of plagioclase An between the Shihezi Formation in Longdong area of Ordos Basin and Qinling Group and Kuanping Group in north Qinling Orogenic Belt

2.4 斜长石类型对比

对研究区镇探1井、灵1井石盒子组砂岩样品的斜长石牌号测定表明, An基本小于30, 以钠长石和奥长石为主, 北秦岭地区秦岭群、宽坪群岩石斜长石牌号大多也都在30以下(图 5), 表明研究区与北秦岭地区秦岭群和宽坪群斜长石种类一致。对砂岩样品中的长石颗粒进行电子探针和能谱分析, 并与北秦岭样品(包括宽坪群、秦岭群、γ 3花岗岩及δ 4闪长岩等)中的长石组分进行对比, 发现两者具有很好的对应性(图 6)。

图6 鄂尔多斯盆地陇东地区石盒子组与北秦岭地区宽坪群和秦岭群中长石的端元组分三角图①Fig.6 Plagioclase component triangle chart of the Shihezi Formation in Longdong area of Ordos Basin and Qinling Group and Kuanping Group in north Qinling Orogenic Belt

3 地球化学分析

碎屑沉积岩的地球化学特征主要取决于其组成成分。尽管有沉积过程的改造作用, 碎屑岩的地球化学成分仍与其物源的大地构造背景和母岩类型有着非常密切的关系。碎屑沉积岩的化学组成特征及其时空变化, 在一定程度上可以反映物源区的构造背景和构造活动的强度、性质和持续时间等特征(Rollinson, 1993)。因此, 利用碎屑岩的地球化学成分分析可以开展对物源区母岩类型和构造背景的研究。

图7 鄂尔多斯盆地陇东地区二叠系山1段— 盒8段K2O/Na2O-SiO2(a)和SiO2/Al2O3-K2O/Na2O(b)构造环境判别图解（ARC: 岛弧; ACM: 活动大陆边缘; PM: 被动大陆边缘; A1: 玄武质和安山质碎屑的岛弧环境; A2: 长英质侵入岩碎屑的进化岛弧环境）Fig.7 K2O/Na2O-SiO2(a)and SiO2/Al2O3-K2O/Na2O(b)tectonic discrimination plots of major elements of clastic rocks of the Member 1 of Shanxi Formation and Member 8 of Shihezi Formation of Permian in Longdong area, Ordos Basin

3.1 主量元素分析

在Roser和Korsch(1986)提出的K2O/Na2O-SiO2构造环境判别图解(图 7-a)中, 研究区山1段样品点主要集中在被动大陆边缘区域内, 有少量样品点落入活动大陆边缘区域; 盒8段样品点主要集中在被动大陆边缘区域内, 有少量样品点落入活动大陆边缘区域, 极个别点位于岛弧区域内。在McLennan等(1993)提出的SiO2/Al2O3-K2O/Na2O图解(图 7-b)中, 山1段样品点主要集中在被动大陆边缘区域内, 有少量样品点落入活动大陆边缘区域; 盒8段样品点主要集中在被动大陆边缘区域内, 有少量样品点落入活动大陆边缘区域, 只有1个样品点位于岛弧区域内。在Bhatia(1983)提出的CaO-Na2O-K2O三角图解(图 8)中, 研究区山1段样品点集中在被动大陆边缘区域内; 盒8段样品点主要落入被动大陆边缘区域内, 有个别样品点位于活动大陆边缘区域。

图8 鄂尔多斯盆地陇东地区二叠系山1段— 盒8段碎屑岩样品CaO-Na2O-K2O判别图解Fig.8 CaO-Na2O-K2O tectonic discrimination plots of clastic rocks of the Member 1 of Shanxi Formation and Member 8 of Shihezi Formation of Permian in Longdong area, Ordos Basin

利用砂岩构造环境判别函数(表 3)及砂、泥岩源岩判别函数(表 4)投点作图(图9), 可判断碎屑岩的构造背景及母岩类型。在Roser和Korsch(1988)提出的主量元素判别图解(图 9-a)中, 研究区山1段和盒8段砂岩样品点都落在被动大陆边缘物源区内。在Bhatia(1983)提出的主量元素判别图解(图 9-b)中, 研究区山1段多数样品点落入酸性火山岩物源区, 其余点位于石英岩沉积物源区; 盒8段多数样品点集中在酸性火山岩物源区, 少量样品点落入石英岩沉积物源区, 个别点位于中性岩火成物源区内靠近酸性火山岩物源区的位置, 反映碎屑岩物源主要来自酸性火成岩、变质岩和古老沉积岩。

图9 鄂尔多斯盆地陇东地区二叠系山1段— 盒8段F2'-F1'(a)及F2-F1(b)函数判别图解Fig.9 F2'-F1'(a)and F2-F1(b)tectonic discrimination plots of clastic rocks of the Member 1 of Shanxi Formation and Member 8 of Shihezi Formation of Permian in Longdong area, Ordos Basin

3.2 微量元素分析

微量元素具有相对稳定的特性, 其溶解度普遍较低, 在水体中停留时间短暂, 能快速进入到细粒沉积物中且不发生分异, 使得细粒沉积物能较好地保存源区地球化学信息(Condie, 1991)。沉积岩中的一些不活泼微量元素(如Th、Y、Zr、Ti、Co、V、Ni和REE等) 是非迁移性的, 在后期的风化作用、成岩作用和蚀变作用过程中受到的影响较弱(Rollinson, 1993)。此外, 沉积岩中微量元素含量的差异, 主要由源区母岩类型控制, 可代表物源区原岩的地球化学特征。因此, 根据沉积物中微量元素的特征, 利用特定的图解可以判别大洋岛弧、大陆岛弧、主动大陆边缘和被动大陆边缘等构造环境以及反映物源区的母岩类型(McLennan et al., 1993)。

表3 鄂尔多斯盆地陇东地区二叠系山1段— 盒8段砂岩构造环境判别函数的变量及其系数(据Roser和Korsch, 1988) Table3 Variables and their coefficients of discrimination function for tectonic setting of sandstone of the Member 1 of Shanxi Formation and Member 8 of Shihezi Formation of Permian in Longdong area, Ordos Basin(from Roser and Korsch, 1988)
表4 鄂尔多斯盆地陇东地区二叠系山1段— 盒8段砂、泥岩源区判别函数的变量及其系数(据Bhatia, 1983) Table4 Variables and their coefficients of discrimination function for provenance of sandstone and mudstone of the Member 1 of Shanxi Formation and Member 8 of Shihezi Formation of Permian in Longdong area, Ordos Basin(from Bhatia, 1983)

图10 鄂尔多斯盆地陇东地区二叠系山1段— 盒8段碎屑岩La-Th-Sc(a), Th-Co-Zr/10(b), Th-Sc-Zr/10(c)判别图解Fig.10 La-Th-Sc(a), Th-Co-Zr/10(b)and Th-Sc-Zr/10(c)tectonic discrimination plots of clastic rocks of the Member 1 of Shanxi Formation and Member 8 of Shihezi Formation of Permian in Longdong area, Ordos Basin

在Bhatia(1983)、Bhatia和Crook(1986)提出的La-Th-Sc判别图解(图 10-a)中, 陇东地区山1段和盒8段大多数样品点都落入被动大陆边缘和主动大陆边缘物源区, 仅有少量样品位于被动大陆边缘区域附近, 盒8段有1个样品点落入大陆岛弧区。在Th-Co-Zr/10判别图解(图 10-b)中, 山1段和盒8段样品点基本都落入被动大陆边缘及附近区域, 少量样品点位于主动大陆边缘区域。在Th-Sc-Zr/10判别图解(图 10-c)中, 大多数样品点落入被动大陆边缘和主动大陆边缘物源区, 有个别点落入大陆岛弧物源区。这与主量元素的判别结果基本一致。

图11 鄂尔多斯盆地陇东地区二叠系山1段— 盒8段碎屑岩La/Yb-REE判别图解Fig.11 La/Yb-REE discrimination plots of clastic rocks of the Member 1 of Shanxi Formation and Member 8 of Shihezi ormation of Permian in Longdong area, Ordos Basin

研究区山1段和盒8段碎屑岩具有高SiO2、低Fe2O3、MgO的特点, 说明源岩主要为长英质岩石。为了进一步揭示母岩的属性, 利用Allè gre和Minster(1978)提出的La/Yb-REE判别图解(图 11)对碎屑岩样品原始属性进行分析。由图11可见, 研究区山1段和盒8段大多数样品点位于花岗岩、碱性玄武岩和沉积岩区域的重叠部分, 表明源岩主要为花岗岩、碱性玄武岩和沉积岩的混合。在Floyd和Leveridge(1987)提出的La/Th-Hf判别图解(图 12)中, 大部分样品点位于长英质物源区附近, 有部分样品点位于长英质物源区的右侧, 表明母岩中有古老沉积物, 个别样品点落入长英质、基性岩混合物源区附近, 说明母岩中还含有少量基性岩浆岩。

图12 鄂尔多斯盆地陇东地区二叠系山1段— 盒8段碎屑岩La/Th-Hf判别图解Fig.12 La/Th-Hf discrimination plots of clastic rocks of the Member 1 of Shanxi Formation and Member 8 of Shihezi ormation of Permian in Longdong area, Ordos Basin

综合主量和微量元素分析, 并结合区域地质背景和盆地周缘古陆特征推断: 陇东地区山1段和盒8段碎屑岩物源基本一致, 母岩主要为变质岩和火山岩以及少量古老沉积岩, 物源主要受到被动大陆边缘构造环境影响, 到晚古生代后期, 伴随着剧烈的造山运动, 有向主动大陆边缘转换的趋势。

3.3 稀土元素配分模式

陇东地区山1段和盒8段沉积岩具有较高的稀土总量, 􀰐REE为38.29~699.35 μ g/g, 均值为212.13 μ g/g(表5)。􀰐LREE/􀰐HREE为轻、重稀土元素比值, 能够反映样品轻、重稀土的分异程度。研究区山1段和盒8段样品􀰐LREE/􀰐HREE值为3.58~24.21, 均值为10.23, 表现为轻稀土元素富集, 重稀土元素亏损的型式。LaN/YbN是稀土元素球粒陨石标准化图解中分布曲线的斜率, 反映曲线的倾斜程度, LaN/SmN、GdN/YbN分别反映了轻、重稀土元素之间的分馏程度, LaN/SmN、GdN/YbN值越大, 表明轻稀土越富集。研究区样品LaN/YbN值为2.75~21.60, 均值为10.24; LaN/SmN值为2.24~10.65, 均值为4.92; GdN/YbN值为0.54~3.22, 均值为1.51; δ EuN为0.41~0.93, 均值为0.58; δ CeN为0.92~1.39, 均值为1.04(表5)。上述结果表明研究区样品的轻、重稀土元素分异明显, 且轻稀土元素相对富集, 具有明显负Eu异常和轻微Ce正异常。根据稀土元素特征判断, 其母岩可能属于上地壳长英质岩石。

从REE配分模式(图 13-a)上看, 研究区山1段与盒8段沉积岩的REE配分模式大致相同, 都呈右倾型且基本相互平行, 表明它们在构造背景及物源特征上具有很好的继承性, 并且与北秦岭地区秦岭群、宽坪群样品的稀土元素配分模式(图 13-b)非常相似。因此推断研究区山1段、盒8段的物源为北秦岭地区秦岭群和宽坪群的变质岩和岩浆岩等。

图13 鄂尔多斯盆地陇东地区二叠系山1段和— 8段(a)与北秦岭地区秦岭群及宽坪群(b)REE配分曲线Fig.13 REE distribution models of the Member 1 of Shanxi Formation and Member 8 of Shihezi Formation of Permian in Longdong area(a), Ordos Basin and Qinling Group and Kuanping Group in north Qinling Orogenic Belt(b)

3.4 锆石U-Pb同位素定年

单颗粒碎屑矿物的同位素测年越来越多的应用在物源分析中, 其中含铀微相(锆石、独居石和榍石)U-Pb测年法应用较为广泛。对研究区镇探2井碎屑岩样品的84个碎屑锆石进行年龄测定, 结果显示: 年龄值介于2100— 1700, Ma之间的锆石颗粒有40个, 占总数的47.62%; 年龄值介于2500— 2300, Ma之间的锆石颗粒有18个, 占总数的21.43%; 年龄值介于450— 300, Ma之间的锆石颗粒有14个, 占总数的16.67%(图 14)。结合区域构造背景及盆地周缘基岩的形成时代(黄萱和吴利仁, 1990; 张宗清等, 1994; 黄萱等, 1995; 李靠社, 2002)认为, 研究区物源主要为北秦岭下元古界秦岭群(Ar3-Pt1)的深变质岩系, 其次为中— 上元古界宽坪群(Pt1-2)的区域变质岩, 一小部分物源来自北秦岭造山带加里东— 海西期的岩浆岩。

图14 鄂尔多斯盆地镇探2井锆石U-Pb同位素年龄分布图Fig.14 Distribution of zircon ages in Well ZT2 of Ordos Basin

上述认识在前人的研究中同样得到了验证。王洪亮等(2008)对来自鄂尔多斯盆地南缘铜川、澄城和韩城等地的二叠系山西组和石盒子组样品的210个碎屑锆石进行年龄测定, 结果显示绝大多数年龄值都集中在元古代和早古生代, 但还是有14个碎屑锆石(占总数7%)的年龄值介于360— 250, Ma之间, 且在每个样品中都存在。

闫建萍(2010)对洛南地区山西组和石盒子组砂岩样品的114个碎屑锆石进行年龄测定, 结果显示其年龄主要集中在古元古代, 但也有7个碎屑锆石(占总数6%)的年龄值介于360— 250, Ma之间, 且在每个样品中都存在, 这些晚古生代的碎屑锆石的年龄, 与北秦岭晚加里东— 海西期岩浆岩形成时间正好可以对应。黄萱和吴利仁(1990)、黄萱等(1995)认为北秦岭造山带在晚古生代经历强烈的俯冲— 碰撞过程, 464— 360, Ma岩浆活动最为强烈, 形成了俯冲型花岗岩的大规模喷发和侵位。

4 结论

1)鄂尔多斯盆地陇东地区二叠系山1段和盒8段物源与秦岭造山带的演化发展有着密切的关系。奥陶纪秦岭洋壳俯冲, 北秦岭开始隆升, 这为研究区古水系的发育奠定了地貌基础。志留纪— 泥盆纪, 弧— 陆碰撞, 造山带全面抬升。石炭纪— 二叠纪, 由于华北克拉通南北两侧强烈碰撞造山导致华北克拉通相对下沉, 使得研究区广泛接受沉积作用。

2)鄂尔多斯盆地陇东地区二叠系山1段和盒8段砂岩碎屑颗粒组成中石英平均含量为70.61%, 以单晶石英为主; 长石含量普遍较低(< 3%); 岩屑平均含量为14.38%, 以变质岩和岩浆岩岩屑为主, 几乎没有沉积岩岩屑。

3)鄂尔多斯盆地陇东地区二叠系山1段和盒8段砂岩碎屑组成相似, 且具有基本相同的物源区组成, 它们在构造背景、物源及物源特征上具有很好的继承性, 主要受被动大陆边缘物源影响, 到晚古生代后期, 伴随着剧烈的造山运动, 有向主动大陆边缘转换的趋势。物源区岩石类型主要是长英质岩石, 有少量中基性岩浆岩和沉积岩。

4)北秦岭下元古界秦岭群的片麻岩、石英岩等和中上元古界宽坪群的绿泥石、阳起石片岩为鄂尔多斯盆地陇东地区二叠系山1段和盒8段的最主要物源, 也有少部分物源来自北秦岭造山带晚古生代岩浆岩。

作者声明没有竞争性利益冲突.

作者声明没有竞争性利益冲突.

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