鄂尔多斯盆地西南部上古生界盒8段物源分析

杨 锐，彭德堂，潘仁芳，石书缘，张 莉

（1.油气资源与勘探技术教育部重点实验室·长江大学，湖北荆州 434023；2.中国石油勘探开发研究院）

鄂尔多斯盆地西南部上古生界盒8段物源分析

杨 锐1，彭德堂1，潘仁芳1，石书缘2，张 莉1

（1.油气资源与勘探技术教育部重点实验室·长江大学，湖北荆州 434023；2.中国石油勘探开发研究院）

随着鄂尔多斯盆地西南部上古生界二叠系碎屑岩油气藏的不断发现，其物源引起了人们特别的关注和重视。应用数理统计方法，对鄂尔多斯盆地西南部二叠系下石盒子组盒8段的碎屑组分及S岩屑分布特征、重矿物组合、古水流方向进行分析，并与源岩进行对比，分析探讨了该地区二叠系下石盒子组盒8段的物源问题。分析结果表明：研究区存在三个物源区，即盆地北部物源来自阴山古陆西段太古界的沉积变质岩和中基性火山岩，盆地西南部物源来自中北祁连和西秦岭物源区的高级变质岩及部分岩浆岩和少量的沉积岩，盆地南部物源来自北秦岭物源区的高级变质岩及部分岩浆岩和少量的沉积岩，并指出三大物源的交汇区大致在环县－华池一带。这些分析和结论不但澄清了鄂尔多斯盆西南部二叠系下石盒子组盒8段物源研究中长期不清的问题，而且对研究盆地其他地区的下石盒子组物源变化规律提供了一定的参考。

鄂尔多斯盆地；物源分析；重矿物组合；岩屑；古水流

通过勘探证实，在鄂尔多斯盆地西南部镇探2井盒8段日产气99 m3，镇探1井在盒8段砂岩中也有很好天然气显示。因此，进一步深入研究盆地西南部二叠系盒8段的物源方向，已成为勘探生产中越来越迫切的任务。但研究区探井资料较少，研究还缺乏系统性和全面性。在了解盆地周缘地层与岩性特征的基础上，对自采和收集的大量岩矿、重矿物、古流向资料和区域地质资料进行了统计与整理。深入研究该盆地西南部主要目的层盒8段的物源方向，为拓宽天然气勘探区域和相邻层位研究、沉积相及砂体分布规律研究提供理论基础，进一步寻找优质储集层提供依据。

1 研究区及其周缘地层概况

鄂尔多斯地区属华北地台西端的次级构造单元，是一个多旋回克拉通叠加盆地。在早二叠世，研究区北缘古亚洲洋继续俯冲，兴蒙海槽西段关闭，使华北板块北部迅速隆升；研究区南缘勉略洋向北俯冲，北秦岭和华北地台南缘构造隆升趋于强烈，造成北高南低的趋势逐渐减弱［1－2］。本文研究区位于盆地西南部，即渭北隆起西段、伊陕斜坡和天环坳陷南部；具体范围为西线以泾源为界，东至耀县，南以淳化陕县为界，北至吴起（图1）。

鄂尔多斯盆地周缘地区的古陆主要为阿拉善－阴山古陆和祁连－北秦岭古陆，自加里东运动后，长期处于剥蚀隆起地区，持续为鄂尔多斯盆地提供物源。古陆主要为太古界、元古界的各类火山－沉积岩组成的多套古老变质岩系［3－5］。盆地北部物源区结晶基底主要由中下太古宙集宁群、上太古宙乌拉山群、下元古宙色尔腾山群及二道凹群、中元古宙长城系渣尔泰山群、白云鄂博群及蓟县系什那干群组成。

盆地南缘剥蚀古陆形成于加里东运动时期，以北秦岭隆起幅度最大，并长期处于隆起剥蚀状态［6］。其中太古界是以太华群、阜平群、集宁群、贺兰山群和下阿拉善群为代表，由花岗－绿片岩区和高级片麻岩区共同组成的中深变质、强烈岩浆活动和混合岩化的复杂变质岩系；下元古界是由五台－滹沱群、铁洞沟组、秦岭群、赵池沟组和上阿拉善群，以及中、上元古界宽坪群、陶湾群和海原群组成的一套变火山－沉积岩系。

2 物源分析

2.1 重矿物分布特征

重矿物是指碎屑岩中密度大于2.86 g／cm3的陆源碎屑矿物，在岩石中含量很少，一般不超过1%［1，3，7］。由于 它 在 成 岩 过 程 中 的 稳 定 性 ，该 种 类和含量可指示源区母岩的性质。而在搬运和沉积过程中，性质不稳定的重矿物，随着搬运距离的增大而逐渐减少，而稳定重矿物的相对含量逐渐升高。因此，可根据重矿物含量、组合特征，及其在平面的展布来反映母岩类型及物源方向。

图1 研究区位置

选取研究区盒8段20口井和5个野外剖面的砂岩样品进行了重矿物分析，分析结果表明，研究区主要受到了北部、西南部和南部三个不同物源区供给的影响（图2），其中：

（1）研究区北部的重矿物组合为：“锆石＋白钛矿＋金红石”组合，又可以进一步分为东西两个小区，西小区为“锆石＋电气石＋白钛矿＋金红石”组合，其中锆石含量比白钛矿含量低；东小区为“锆石＋石榴石＋白钛矿＋金红石”组合，其中锆石含量比白钛矿含量高。

（2）研究区西南部重矿物组合为：“锆石＋石榴石＋白钛矿”主要组合，及“电气石＋金红石”次要组合。

（3）研究区东南部重矿物组合：“锆石＋电气石＋白钛矿＋金红石”组合，重矿物类型较多。

前人研究表明，盆地北缘阴山地区地层分布具有分带性，大致以乌拉山西为界［8－10］。其西的太古代－中元古代渣尔泰山群、白云鄂博群和色尔腾山群控制了盆地北部的西侧的石英砂岩沉积，沉积物中重矿物组合以“锆石＋电气石＋白钛矿＋石榴石”为特征，其东太古界乌拉山群、集宁群控制了盆地北部东侧的岩屑石英砂岩＋岩屑砂岩和岩屑砂岩沉积，沉积物中重矿物组合以“锆石＋电气石＋白钛矿＋绿泥石＋金红石”为特征（图3）。

图2 研究区盒8段重矿物组合分布

图3 鄂尔多斯盆地北部物源及岩性分布

比较研究区北部的重矿物组合与盆地北部的重矿物组合，二者有较好的相似性，而且呈现出盆地北部西侧重矿物组合与研究区北部东小区重矿物组合相似程度较高（除了锆石和白钛矿外，均含石榴石）、盆地北部东侧重矿物组合与研究区北部西小区重矿物组合相似程度较高（“锆石＋电气石＋白钛矿＋金红石”组合）。图2显示研究区存在三大物源，且东南部沉积物的物源与西南部沉积物的物源较为接近，具有近源沉积的特点（重矿物类型多），与研究区北部沉积物的物源明显不同。进一步推断研究区北部沉积物可能来自盆地北缘的阴山地区中－低变质岩和岩浆岩；研究区西南部沉积物可能来自中北祁连和西秦岭太古界的中－高变质岩系等；研究区东南部沉积物可能来自北秦岭下元古界中变质岩系。

2.2 碎屑组分分布特征

碎屑物质主要为母岩机械破碎的产物，因此砂岩的碎屑组分特征与物源区有着密切的关系［11－12］。通过对研究区38口取心井、5个剖面点观察和260块薄片鉴定，按照曾允孚（1986）砂岩成份～成因分类方案，研究区主要为石英砂岩、岩屑石英砂岩及岩屑砂岩，含少量长石岩屑砂岩（图4），总体表现出石英含量高，长石含量极低的特点，岩屑以变质岩的岩屑为主，其次为岩浆岩的岩屑，沉积岩的岩屑含量较少。沿NW－SE向——石板沟、庆深2、环县、庆深1和合水一线划分为南北两大类，不同地区的碎屑组份及含量有所变化（表1和图5）。

图4 研究区盒8段砂岩投点图

表1 研究区盒8段砂岩碎屑组份含量统计

（1）在石板沟、庆深2、环县、庆深1和合水一线以北，为高石英、低岩屑、无长石含量区。石英含量较高，为69.4%～96.7%，长石整体含量低，为0%～1.1%，岩屑含量为3.3%～30.6%，以石英砂岩和岩屑石英砂岩为主，其中石英／岩屑稳定，符合远源沉积的特点。岩屑主要为石英岩岩屑、变质岩岩屑、岩浆岩岩屑。

（2）在石板沟、庆深2、环县、庆深1和合水一线以南，为高石英、低岩屑、低长石含量区。石英含量较高，为73.8%～95.6%，长石含量有少量增加，为0%～11.9%，岩屑含量为4.2%～22.8%，主要是岩屑石英砂岩、石英砂岩、岩屑砂岩、长石石英砂岩，其中石英／岩屑不稳定，符合近源沉积特点。岩屑主要为石英岩岩屑、变质岩岩屑、岩浆岩岩屑。

碎屑颗粒含量及岩屑成份的差异，反映出其母岩类型的不同。结合周缘古陆特征，推测研究区北部物源主要为阴山古陆西段太古界的沉积变质岩和中基性火山岩；南部物源主要为中北祁连和西秦岭太古界、北秦岭下元古界地层的石英岩、片岩、变长石石英砂岩、大理岩、花岗岩等高级变质岩及部分岩浆岩和少量的沉积岩。

2.3 岩屑组成的分布特征

岩屑的类型及含量能够准确地反映物源区的岩性、风化类型、风化程度及沉积物搬运距离。来自不同物源区的岩屑，其岩屑类型和相对含量必然存在差异，利用这种差异，可进行物源分析。在研究区沿NW－SE向－－石板沟、庆深2、庆深1、莲1一线，可以分为南北两大区（图6）。

图5 盒8段碎屑成分分布

图6 盒8段岩屑成分分布

（1）北区以变质岩岩屑为主，其次为岩浆岩岩屑，仅极个别井（苏113、苏274、陕122、陕128等）中见沉积岩岩屑，且沉积岩岩屑中除了粉砂岩岩屑和泥岩岩屑外，还有部分石灰岩岩屑（苏274）和白云岩岩屑（陕122）。图3中显示的盆地北部西侧主要以岩浆岩岩屑和变质岩岩屑为主、东侧除了岩浆岩岩屑和变质岩岩屑以外，则还含沉积岩岩屑，而沉积岩岩屑包括来自阴山地区东段的石灰岩和白云岩。结合图5和图3，说明研究区北部的盒8段碎屑物质主要来自盆地北缘阴山地区西部，部分来自阴山地区东部。

（2）南区以变质岩岩屑为主，兼有岩浆岩岩屑和沉积岩岩屑，与北部的主要区别在于，沉积岩岩屑普遍，沉积岩岩屑包括粉砂岩岩屑和泥岩岩屑，不含石灰岩和白云岩岩屑，且沉积岩岩屑和岩浆岩岩屑的含量不稳定，反映了近源沉积的特点。由于南北岩屑的差异，说明南部和北部不是来自同一个物源体系的沉积物。

2.4 古水流分析

古水流分析有助于判断物源位置、推测盆地沉积物充填布局及砂体延伸方向，是识别沉积环境和重建古地理的有效手段之一。经测量平凉二道沟盒8段平均古水流方向为30°～50°，即古水流优势方向为西南向北东。同心太阳山平均古水流方向为190°～200°，西北部惠安堡地区古水流方向主要是自东北向西南。而在研究区西南部华亭地区古流向为60°～100°之间，南部麟游－旬邑地区为正南方向0°左右，耀县石川河盒8段纹层以北北西和北西向为主。这些古流向参数证据表明，盆地四周存在古隆起，盆地西南边缘整体为一物源区。但在淳化口镇一带，古水流为自南向北，与平凉相比物源区已经改变，已不属于同一个物源区，进一步说明研究区南部盒8段沉积物可能物源为北秦岭地区，西南部可能物源为中北祁连和西秦岭，北部可能物源为阴山古陆。

3 讨论

前面几种方法已经讨论过研究区北部地区、南部、西南部分别是三个截然不同的物源区，据此可以推断母岩区主要从三个方向为盆地提供物源，决定着盆地内砂体的物质成分。其一来自北部和西北方向阴山古陆西段太古界的沉积变质岩和中基性火山岩，并经受了不同程度的花岗岩化和混合岩化作用。主要是片麻岩、麻粒岩、石英岩、变粒岩、绿片岩等，依据变质程度属于高级及中低级变质作用的产物。其二前面也谈及到研究区西部平凉－华亭地区和南部口镇－麟游地区的物源母岩具有较强的亲缘性，通过物源区的对比和重矿物的研究发现，其间仍然存在一定的差别，南部地区的物源主要来自于北秦岭下元古界地层的石英岩、片岩、变长石石英砂岩等高级变质岩及部分岩浆岩和少量的沉积岩。而西南部的物源则来自中北祁连和西秦岭太古界下元古界地层的石英岩、片麻岩、大理岩、花岗岩等高级变质岩及部分岩浆岩和少量的沉积岩。可见物源区母岩岩石类型分布不同是造成研究区北部地碎屑成分中石英含量高于南部地区的主要原因。研究区北部沉积区与西南部和南部沉积区的分界大致为石板沟、庆深2、庆深1、莲1一线，二者之间没有重叠。研究区南部沉积区主要限于淳探1、石川河、口镇等地，其他区域为西南部沉积区，二者具体的界线参考砂体等厚度，按照就近砂体厚度相近的原则确定。汇水区大致为庆深2、莲7、旦八镇、莲1、庆深2和镇探1井围成的区域，即大致在天环－华池一带交汇。

4 结论

（1）研究区盒8段储层砂岩以岩屑石英砂岩和石英砂岩为主，总体表现出石英含量高，长石含量极低的特点，岩屑以变质岩的岩屑为主，其次为岩浆岩的岩屑，沉积岩的岩屑含量较少。

（2）通过对研究区盒8段的碎屑岩组分特征、重矿物组合特征和古水流的研究，结合对盆地西南部地区周缘的构造活动背景，认为盆地西南部盒8段砂岩沉积物受阴山古陆老变质岩系、中北祁连和西秦岭、北秦岭三个物源区控制，三大物源的交汇区大致在天环－华池一带。由此可见，研究区是一个汇集北部、西南、南三个方向物源而沉积的一个混源区。

致谢：本次研究的野外工作得到了长庆油田分公司勘探开发研究院的大力支持，在此一并表示感谢！

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With the successive discovering of clasticrock oil－gas reservoirs in Permian of upper Paleozoic in the southwest area of Ordos basin，special attention has been paid to the material sources of these reservoirs.By applying mathematical statistics and in combination with the debris composition，the distribution characteristics of heavy minerals and paleocurrent direction，the source areas of the 8th member of the Xiashihezi formation of Permian in the region have been analyzed in contrast with native rocks.The analysis results show that three provenance exist in the studied area.The provenance of north of the basin is derived from the Archean sedimentary metamorphic rock and the sex volcanic rocks of Yinshan paleoland，the provenance of the southwest of the basin is derived from the senior metamorphic rocks and part of magmatic rocks and a small amount of sedimentary rock of north Qilian and west Qinling and the provenance of the south of the basin is derived from senior metamorphic rocks and part of magmatic rocks and a small amount of sedimentary rock of north Qinling.Besides，three provenance approximately intersect the Huan county－Huachi area.The problems existing in the research on the material sources of upper Paleozoic in the southwest area of Ordos basin not only have been settled，a certain reference to research the sediment provenance of the basin in other parts of the Xiashihezi formation of Permian has been offered as well.

01Sediment provenance analysis of the 8th member of the upper Paleozoic Xiashihezi formation in the southwest area of Ordos basin

Yang Rui et al（Key Laboratory of Oil and Gas Resources ＆Exploration（Ministry of Education），Yangtze U－niversity，Jingzhou，Hubei 434023）

Ordos basin；provenance analysis；heavy mineral combination；clastic debris；paleocurrent direction

TE111.3

A

1673－8217（2012）03－0001－05

2011－08－22；改回日期：2011－12－15

杨锐，1987年生，2010年毕业于长江大学地球科学学院资源勘查专业，在读硕士研究生，主要从事油藏描述方面的研究。

国家重大专项“中国大型气田形成条件、富集规律及目标评价”（2008ZX05007－005）课题的部分研究成果。

吴官生