伊盟隆起地區(qū)上古生界石盒子組和山西組物源分析

白玉奇

(西北大學地質(zhì)學系，陜西 西安710069)

物源分析的主要任務是確定來源方向、侵蝕地區(qū)或母巖區(qū)位置、搬運距離及母巖的性質(zhì)。主要的研究對象是陸源碎屑組分及其結(jié)構(gòu)和構(gòu)造特征，基本原理是機械分異作用。

伊盟隆起地區(qū)位于鄂爾多斯盆地北部，劉銳娥等認為在鄂爾多斯盆地北部基巖分布及類型具有明顯的分區(qū)特征，其中在杭錦旗以東及東北部地區(qū)主要以太古界的混合巖為主等;在杭錦旗以西地區(qū)主要以中上元古界的沉積變質(zhì)巖為主;在盆地的西北部巖性也以石英含量高的中高級變質(zhì)巖為主。張福東、田世澄等根據(jù)鄂爾多斯盆地地表露頭、鉆井和物探資料分析認為，鄂爾多斯盆地北部基巖分布具有明顯的東西分帶特征，在杭錦旗以西地區(qū)主要以中上元古代沉積變質(zhì)巖和中基性火山巖為主。

通過對研究區(qū)石盒子組和山西組巖石薄片鑒定、陰極發(fā)光分析、重礦物組合特征、主元素、微量元素分析等，對其物源及母巖特征進行研究。

1 碎屑巖巖石組成分析

圖1表明該區(qū)山西組與石盒子組砂巖碎屑組分石英含量占75%以上。石盒子組以巖屑石英砂巖為主，次為石英巖屑砂巖、石英砂巖，其中變質(zhì)巖巖屑占巖屑總量的88.98%。山西組以石英砂巖為主，次為含巖屑石英砂巖、巖屑石英砂巖，變質(zhì)巖巖屑占巖屑總量的66.39%。其中變質(zhì)巖巖屑則多以富含硅質(zhì)的碎裂石英巖、石英巖、石英片巖和硅質(zhì)巖為主，而火成巖巖屑主要為碎裂花崗巖，含量＜2%。

圖1 石盒子組和山西組的砂巖碎屑組分含量分布圖

2 石英顆粒陰極發(fā)光特征

礦物的陰極發(fā)光是其成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造等特點的直觀反映。研究表明，石英的發(fā)光顏色與其形成時溫度、結(jié)晶速度等條件有著直接關(guān)系，因此，從石英的發(fā)光顏色就可推斷出形成時的環(huán)境。砂巖中的石英顆粒雖己經(jīng)過搬運，但從其發(fā)光顏色可以判斷其來源于哪種巖石類型(表1)，對研究物源可以提供一定的依據(jù)。

表1 石英陰極發(fā)光類型及產(chǎn)狀(據(jù)Zinkernagel(1978)

石盒子組和山西組石英陰極發(fā)光相似，巖石中碎屑顆粒呈次圓狀，部分石英顆粒具不規(guī)則狀加大邊，次生加大邊不發(fā)光。石英顆粒發(fā)藍紫色和褐紫色光，以發(fā)藍紫色石英顆粒為主，石英巖和硅質(zhì)巖發(fā)棕色或褐色光。粒間泥質(zhì)雜基不發(fā)光，高嶺石呈凝塊狀分布，發(fā)靛藍色光，含凝灰質(zhì)發(fā)棕色光。碳酸鹽巖發(fā)火紅色光(圖2～3)。發(fā)棕色或褐色光的石英一般在低變質(zhì)巖中可以見到，在高級變質(zhì)巖中如果冷卻速度比較慢，結(jié)晶的石英也發(fā)棕色或褐色光，所以發(fā)棕色或褐色光石英屬于低溫石英或高溫慢冷卻結(jié)晶的石英。

綜合分析認為石盒子組和山西組的母巖以高級變質(zhì)巖、淺變質(zhì)巖為主，主要為變質(zhì)石英砂巖、石英片巖及石英巖等。

3 重礦物組合分析

巖石中的礦物成分受源巖及構(gòu)造環(huán)境兩方面因素的控制，不同的礦物之間有不同的共生關(guān)系。不同類型的母巖其礦物組分不同，經(jīng)風化破壞后會產(chǎn)生不同的礦物組合。重礦物有穩(wěn)定和不穩(wěn)定之分，在搬運和沉積過程中，性質(zhì)穩(wěn)定的重礦物隨著搬運距離的增大而逐漸減少，穩(wěn)定的重礦物的含量相對較高。最常見的碎屑重礦物穩(wěn)定性如下表2。

表2 某些碎屑重礦物的穩(wěn)定性(據(jù)裴蒂莊，1972)

該地區(qū)重礦物中超穩(wěn)定重礦物有:自形鋯石、它形鋯石、電氣石、金紅石、錫石;穩(wěn)定礦物有:石榴石、磁鐵礦、赤褐鐵礦;中等穩(wěn)定礦物有:綠簾石、黝簾石、榍石;不穩(wěn)定礦物有角閃石。

從不同層段重礦物組合與含量上分析，石盒子組和山西組重礦物組合類似。石盒子組和山西組不同程度的發(fā)育中等穩(wěn)定重礦物如綠簾石、黝簾石和榍石以及不穩(wěn)定重礦物角閃石，其中石盒子組和山西組中等穩(wěn)定重礦物分別占8.12%、6.20%，不穩(wěn)定重礦物角閃石分別占 3.90%、3.89%(圖4)。

按照表2中某些碎屑重礦物的穩(wěn)定性(據(jù)裴蒂莊，1972)，結(jié)合不同層段重礦物組合分布的穩(wěn)定性，石盒子組和山西組超穩(wěn)定重礦物組合占絕對優(yōu)勢，并且在砂巖重礦物組合中發(fā)現(xiàn)一定量的中等穩(wěn)定重礦物綠簾石和不穩(wěn)定重礦物角閃石，其中石盒子組不穩(wěn)定重礦物角閃石的含量相對山西組不穩(wěn)定重礦物角閃石的含量偏高。

由此分析認為，石盒子組和山西組沉積物來自相同的物源區(qū)，從山西組到石盒子組沉積物在搬運過程中受到的機械分異作用呈現(xiàn)逐漸減弱。一方面可能是因為沉積物鄰近物源區(qū)，另一方面可能是鄂爾多斯盆地北部在二疊紀時不斷抬升造成沉積物在相對高能的水動力條件下的機械分異程度相對較弱所致。

圖4 不同層段重礦物重量百分含量分布圖

4 地球化學元素分析

利用地球化學方法進行碎屑沉積巖的源巖屬性判別，始于上世紀70年代，Roser和Korsch對新西蘭已知構(gòu)造背景下的砂泥巖的巖石化學特征，進行了主元素的多變量判別函數(shù)分析，將新西蘭雜砂巖劃分為4種物源區(qū)類型，通過判別圖解進行檢驗，得到較好的判別結(jié)果。圖5為根據(jù)該地區(qū)主元素分析數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果在前人研究圖解的基礎上進行投點，發(fā)現(xiàn)石盒子組、山西組碎屑巖主元素的多變量判別函數(shù)統(tǒng)計點均落在了以石英巖為背景的沉積巖相區(qū)。

圖5 主元素判定物源區(qū)圖解(圖中散點為樣品計算點)

圖6 地殼不同類型巖石的La/Yb-ΣREE圖解(圖中散點為樣品計算點)

稀土元素(REE)是不可溶的，它們在海水和河水中含量極低。因此，存在于沉積巖中的REE主要呈顆粒物質(zhì)搬運的，而后期的風化、成巖和蝕變作用對其的影響效應是次要的。因此，巖石中稀土元素及其特征能夠反映物質(zhì)來源區(qū)的地球化學特征。圖6為根據(jù)該區(qū)碎屑巖稀土元素分析統(tǒng)計在前人圖解上的投點。石盒子組、山西組統(tǒng)計樣品點仍然都落在了以沉積巖為背景區(qū)域。

經(jīng)過對該區(qū)不同層段稀土元素分布的統(tǒng)計，各層段稀土元素總量∑REE平均為49.72 ppm(石盒子組)、67.54 ppm(山西組);輕稀土(LREE)/重稀土(HREE)(注:重稀土包括釔(Y))平均為7.81(石盒子組)、3.95(山西組));石盒子組輕稀土(∑La-Nd)、中稀土(∑Sm-Ho)、重稀土(∑Er-Lu)分別為 41.17 ppm、3.22 ppm、1.01 ppm。山西組輕稀土(∑La-Nd)、中稀土(∑Sm-Ho)、重稀土(∑Er-Lu)分別為 51.23 ppm、6.31 ppm、1.71 ppm，說明山西組中稀土和重稀土的總量比石盒子組偏高。

從單稀土元素的比值分析，石盒子組的∑Ce/∑Y、La/Yb、La/Sm 分別為 6.97、29.67、9.85，山西組的∑Ce/∑Y、La/Yb、La/Sm 分別為 3.11、16.92、6.33。此外，不同層段銪(δEu)＜1，為中度虧損。綜合上述統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，由于山西組比石盒子組的重稀土相對含量占優(yōu)勢，因此山西組比石盒子組離物源區(qū)的距離要遠，而距離湖盆凹陷區(qū)相對較近。

統(tǒng)計中的w(Gd)/w(Yb)在不同程度有差異，但變化不大，平均值基本上接近2.0。結(jié)合之前砂巖碎屑組成認為其沉積物母巖可能既有來自后太古界的較新地層，也有部分來自太古界的老地層。其中石盒子組和山西組砂巖富含石英，且母巖以高級變質(zhì)巖、中淺變質(zhì)巖為主，主要為變質(zhì)石英砂巖、石英片巖及石英巖等，推測其母巖來自北部及北西方向陰山地區(qū)的下太古界和元古界的變質(zhì)巖和火成巖系，該套巖系經(jīng)受了不同程度的花崗巖化和混合巖化作用。

5 結(jié)語

文中通過對伊盟隆起地區(qū)上古生界石盒子組和山西組的各種實驗數(shù)據(jù)分析，對其母巖成分及物源進行了確定，得到如下幾點認識:

1)石盒子組和山西組均有較高的石英含量，其母巖富含石英質(zhì)。通過陰極發(fā)光實驗分析，認為石盒子組和山西組的母巖以高級變質(zhì)巖和淺變質(zhì)巖為主，主要為變質(zhì)石英砂巖、石英片巖及石英巖等。

2)石盒子組和山西組的沉積物來自相同的物源區(qū)，同時山西組受到的機械分異作用強于石盒子組，說明山西組離物源區(qū)的距離要遠些，距離湖盆凹陷區(qū)相對較近。

3)石盒子組和山西組的物源區(qū)為沉積巖相區(qū)，其沉積物母巖可能來自北部及北西方向陰山地區(qū)的下太元古界和元古界的變質(zhì)巖和火成巖系。

［1］李文厚.鄂爾多斯盆地沉積體系與古地理分析.石油工業(yè)出版社.2004.

［2］何自新，南珺祥.鄂爾多斯盆地上古生界儲層.石油工業(yè)出版社.2004.

［3］何自新等.鄂爾多斯盆地演化與油氣.石油工業(yè)出版社.2003.

［4］趙徵林等.油區(qū)巖相古地理.石油大學出版社.2001.4

［5］趙振華.微量元素地球化學原理.1997.北京.科學出版社.

［6］劉銳娥.“鄂爾多斯盆地北部晚古生代物源區(qū)分析及其地質(zhì)意義”.礦物巖石 .Vol.23 No.3 2003.

［7］張福東，田世澄.“鄂爾多斯盆地北部晚古生代儲層物源區(qū)與高滲帶的發(fā)育關(guān)系.地學前緣.Vol.10 No.3 2003.

［8］席勝利.“鄂爾多斯盆地北部山西組、下石盒子組物源分析”.天然氣工業(yè).Vol.22 No.2 2002.

［9］陳安清.“鄂爾多斯東北部山西組上石盒子組砂巖特征及物源分析”.成都理工大學學報(自然科學版).Vol.34 No.3 2007.

［10］蔡觀強.“碎屑沉積物地球化學:物源屬性、構(gòu)造環(huán)境和影響因素”.地球與環(huán)境.Vol.34 No.4 2006.