鄂尔多斯盆地东南部延长组长7段厚层熔结凝灰岩特征及其地质意义

doi:10.19657/j.geoscience.1000-8527.2019.02.14

摘要/Abstract

摘要：

鄂尔多斯盆地延长组长7优质烃源岩中凝灰岩夹层广泛分布,单层厚度一般为0.1~10 cm,局部可达1~2 m。在盆地南部铜川瑶曲镇新发现了单层厚约14 m的岩屑晶屑熔结角砾凝灰岩层夹透镜状碳酸岩。熔结凝灰岩SiO₂含量在47.09%~66.6%之间,呈中性-偏酸性特征;∑REE为(164.04~245.74)×10^-6,LREE相对富集,总体特征表现为负Eu异常明显的右倾型曲线;微量元素中大离子亲石元素Sr、P为负异常,高场强元素U、Th为明显的正异常。碳酸岩中SiO₂含量较高,矿物组成简单,可能为壳源碳酸岩;Sr和Ba的含量较高,显示典型的火成碳酸岩特征。根据熔结凝灰岩的野外露头及岩相学特征,结合其分布特征,建立了鄂尔多斯盆地中晚三叠世火山岩岩相模式,认为铜川瑶曲镇的熔结凝灰岩为火山通道相-爆发相。熔结凝灰岩源于火山弧高钾钙碱性岩浆源区,透镜状碳酸岩产生于碰撞造山过程中派生的引张大陆岩石圈断裂带,直接由岩石圈富集、地幔低程度部分熔融作用而产生的碳酸岩浆侵入或喷发所形成,与中晚三叠世秦岭造山带的演化关系密切,是秦岭造山带印支构造活动在鄂尔多斯盆地的沉积耦合效应,该发现为鄂尔多斯盆地中生代构造演化提供了新的岩石学证据。

关键词: 熔结凝灰岩, 碳酸岩, 火山通道相—爆发相, 火山岩相, 铜川瑶曲镇, 延长组, 鄂尔多斯盆地

Abstract:

Ignimbrite interbeds are widely distributed in the high-grade hydrocarbon source rocks in the Chang 7 member of the Yanchang Formation in the Ordos basin. Generally, a single layer is 0.1 to 10 cm thick, occasionally reaching 1 to 2 m. Field geological and microscope petrographic studies at Yaoquzhen (Tongchuan city, southern Ordos basin) have identified a ~14-meter thick lithic crystal ignimbrite with interbedded lensoidal carbonatite. The SiO₂ content is of 47.09% to 66.6%, which show that the rocks are primarily intermediate-felsic. Total REE (∑REE) contents are 164.04×10^-6 to 245.74×10^-6, and the rocks are enriched in LREEs, depleted in HREEs, with right-inclining REE pattern and negative Eu anomalies. LILEs (such as Sr and P) show negative anomalies whereas HFSEs (such as U and Th) show positive anomalies. For the carbonatites, the relatively high SiO₂ and simple mineral assemblage suggest a crustal origin, whilst the high Sr and Ba contents show an igneous origin. Based on the geological and petrographic features of the ignimbrite and their distribution characteristics, the Middle-Late Triassic volcanic lithofacies model in the Ordos basin is established and the ignimbrite is likely of volcanic feeder-explosive facies. The ignimbrite was primarily from volcanic arc and had a high-K calc-alkaline magma source. The lensoidal carbonatites may have formed during the extrusion along extensional lithospheric faults resulted from continental collision, with the carbonatites produced directly from low-degree partial melting of the lithospheric mantle, which was intimately related to the evolution of Qinling orogenic belt that was responsible to mountain-basin coupling. The discovery provides a new petrological basis to understand the tectonic evolution of the Mesozoic Ordos basin.

Key words: ignimbrite, carbonatite, volcanic feeder-explosive facies, volcanic lithofacies, Yaoquzhen Tongchuan city, Yanchang Formation, Ordos basin

中图分类号:

TE121

许锋, 朱增伍, 李长春, 杨治国. 鄂尔多斯盆地东南部延长组长7段厚层熔结凝灰岩特征及其地质意义[J]. 现代地质, 2019, 33(02): 389-400.

XU Feng, ZHU Zengwu, LI Changchun, YANG Zhiguo. Characteristics and Geological Significance of Thick Ignimbrite Beds of Yanchang Formation (Chang 7 Section) in Southeastern Ordos Basin[J]. Geoscience, 2019, 33(02): 389-400.

图/表 11

图1 秦岭造山带构造简图((a)据杨友运[10],2004修改)和鄂尔多斯盆地及外围盆地分布((b)据长庆油田地质志编写组[11],1992修改)

Fig.1 Simplified tectonic map of the Qinling orogenic belt ((a) modified after Yang[10], 2004) and distribution of Ordos basin and other peripheral basins ((b) modified after Changqing Oilfield[11], 1992)

表1 鄂尔多斯盆地三叠系延长组划分沿革表(据邓秀芹等[3],2008修改)

Table 1 Evolution of stratigraphic division of the Triassic Yanchang Formation in the Ordos basin

王竹泉和潘钟祥 (1933)		甘克文^① (1959)		谢秋文等^② (1974)		陕西省地质矿产局(1989)		全国地层委员会 (2002)		陕西区域地质志 (2013)		长庆油田 (2009)
侏罗系	瓦窑堡煤系	上三叠统延长组	T₃y⁵	上三叠统延长组	T₃ $y 5 1 - 5$	上三叠统	瓦窑堡组 ( $T 3 3$ )	上三叠统	瓦窑堡阶 ( $T 3 3$ )	上三叠统	瓦窑堡组 (T₃w)	上三叠统	长1
上三叠统	延长组		T₃y⁴		T₃y⁴		永平组 ( $T 3 2$ )		永平阶 ( $T 3 2$ )		(T_2-3y⁴)		长2
			T₃y⁴		T₃y⁴		永平组 ( $T 3 2$ )		永平阶 ( $T 3 2$ )		(T_2-3y⁴)		长3
			T₃y³		T₃ $y 3 1 - 3$		胡家村组 ( $T 3 1$ )		胡家村阶 ( $T 3 1$ )		(T_2-3y³)		长4+5
			T₃y³		T₃ $y 3 1 - 3$		胡家村组 ( $T 3 1$ )		胡家村阶 ( $T 3 1$ )				长6
			T₃y²		T₃ $y 2 1 - 2$	中三叠统	铜川组 ( $T 2 2$ )	中三叠统	铜川阶 ( $T 2 2$ )	中三叠统			长7
											(T_2-3y²)	中三叠统	长8
											(T_2-3y²)		长9
			T₃y¹		T₃y¹						(T_2-3y¹)		长10

表1 鄂尔多斯盆地三叠系延长组划分沿革表(据邓秀芹等[3],2008修改)

Table 1 Evolution of stratigraphic division of the Triassic Yanchang Formation in the Ordos basin

王竹泉和潘钟祥 (1933)		甘克文^① (1959)		谢秋文等^② (1974)		陕西省地质矿产局(1989)		全国地层委员会 (2002)		陕西区域地质志 (2013)		长庆油田 (2009)
侏罗系	瓦窑堡煤系	上三叠统延长组	T₃y⁵	上三叠统延长组	T₃ $y 5 1 - 5$	上三叠统	瓦窑堡组 ( $T 3 3$ )	上三叠统	瓦窑堡阶 ( $T 3 3$ )	上三叠统	瓦窑堡组 (T₃w)	上三叠统	长1
上三叠统	延长组		T₃y⁴		T₃y⁴		永平组 ( $T 3 2$ )		永平阶 ( $T 3 2$ )		(T_2-3y⁴)		长2
			T₃y⁴		T₃y⁴		永平组 ( $T 3 2$ )		永平阶 ( $T 3 2$ )		(T_2-3y⁴)		长3
			T₃y³		T₃ $y 3 1 - 3$		胡家村组 ( $T 3 1$ )		胡家村阶 ( $T 3 1$ )		(T_2-3y³)		长4+5
			T₃y³		T₃ $y 3 1 - 3$		胡家村组 ( $T 3 1$ )		胡家村阶 ( $T 3 1$ )				长6
			T₃y²		T₃ $y 2 1 - 2$	中三叠统	铜川组 ( $T 2 2$ )	中三叠统	铜川阶 ( $T 2 2$ )	中三叠统			长7
											(T_2-3y²)	中三叠统	长8
											(T_2-3y²)		长9
			T₃y¹		T₃y¹						(T_2-3y¹)		长10

图2 凝灰岩露头及镜下照片 (a)铜川衣食村剖面油页岩中凝灰岩夹层(浅色条纹状);(b)铜川瑶曲镇背阴沟剖面熔结凝灰岩层;(c)铜川瑶曲镇背阴沟剖面熔结凝灰岩标本;(d)铜川瑶曲镇背阴沟剖面熔结凝灰岩夹透镜状碳酸岩;(e)铜川瑶曲镇背阴沟剖面岩屑晶屑熔结角砾凝灰岩(正交偏光);(f)铜川瑶曲镇背阴沟剖面碳酸岩(正交偏光);(g)彬县水北沟剖面沉凝灰岩(正交偏光);(h)铜川霸王庄剖面晶屑岩屑熔结凝灰岩(正交偏光) Qtz.石英;Pl.斜长石;Mc.微斜长石;Ms.白云母;Cal.方解石

Fig.2 Outcrop photos and microphotographs of the ignimbrite

图3 铜川瑶曲镇熔结凝灰岩剖面柱状图和采样层位

Fig.3 Lithostratigraphic column and sampling horizon of the ignimbrite at Yaoquzhen, Tongchuan city

图4 鄂尔多斯盆地南部延长组凝灰岩柱状对比图

Fig.4 Lithostratigraphic comparison of the Yanchang Formation ignimbrite in the southern Ordos basin

图5 鄂尔多斯盆地中晚三叠世火山岩岩相分布示意图

Fig.5 Sketch map of Middle-Late Triassic volcanic lithofacies in the Ordos basin

表2 熔结凝灰岩及碳酸岩全岩化学成分(%)、微量和稀土元素(10-6)

Table 2 Whole-rock chemical composition (%), REE and trace elements (10-6) of the ignimbrite and carbonatites

样号	SiO₂	Al₂O₃	TFe₂O₃	MgO	CaO	Na₂O	K₂O	Cr₂O₃	P₂O₅	SO₃	MnO	TiO₂	烧失量	Total	Rb	Sr
熔结凝灰岩1	66.49	12.71	2.48	0.47	2.94	2.98	1.88	0.003	0.05	0.87	0.30	0.17	8.56	99.90	119	136
熔结凝灰岩2	60.96	14.77	4.14	0.78	0.93	1.09	3.84	0.001	0.15	1.98	0.11	0.29	10.10	99.14	238	119
熔结凝灰岩3	66.60	13.04	2.62	0.62	1.13	3.07	3.09	0.003	0.10	1.29	0.08	0.24	7.70	99.58	157	113
熔结凝灰岩4	66.22	12.82	2.69	0.80	1.27	1.89	3.55	0.003	0.10	1.85	0.09	0.25	8.10	99.63	181	123
熔结凝灰岩5	47.09	10.20	5.09	5.29	7.93	1.33	2.76	0.01	0.10	2.48	0.19	0.24	17.25	99.96	114	160
凝灰岩6	55.57	16.04	5.42	1.94	1.81	0.69	3.19	0.01	0.15	2.90	0.09	0.69	10.68	99.18	146	138
碳酸岩1	31.35	6.69	5.25	3.05	23.66	1.43	0.87	0.0013	0.88	0.74	0.23	0.13	26.19	100.47	42.4	975
碳酸岩2	31.95	5.94	5.40	3.25	23.24	1.12	0.87	0.0010	0.62	0.46	0.23	0.11	26.75	99.94	40.5	818
碳酸岩3	22.85	5.80	4.73	3.22	29.52	1.06	0.87	0.0003	0.67	0.47	0.24	0.06	30.46	99.95	41.0	999
碳酸岩4	47.65	6.96	6.33	3.36	12.96	0.91	1.34	0.0016	0.64	0.79	0.25	0.13	19.08	100.40	69.9	351
样号	Ba	Th	U	Nb	P	Zr	Hf	Sc	Ni	Ta	F	V	Cr	La	Ce	Pr
熔结凝灰岩1	420	23.7	7.24	19.8	300	136	7.50	5.90	29.4	1.76	805	34.8	19.6	49.7	99.9	11.9
熔结凝灰岩2	624	26.9	15.8	15.2	780	131	5.68	6.90	17.7	2.18	841	69.6	30.5	43.8	78.8	8.71
熔结凝灰岩3	507	27.7	12.0	18.0	485	134	6.52	6.30	78.1	1.94	660	43.9	17.3	38.7	70.1	7.32
熔结凝灰岩4	497	26.1	10.3	14.5	471	141	6.05	5.30	17.1	1.95	722	42.8	16.7	42.1	75.6	8.33
熔结凝灰岩5	460	22.4	8.82	13.7	480	131	5.63	9.10	8.77	1.50	617	78.6	27.8	39.5	69.8	7.81
凝灰岩6	446	17.1	5.33	14.8	668	166	6.80	12.4	36.3	1.42	736	133	81.4	54.4	102	11.5
碳酸岩1	232	12.5	6.48	16.2	3673	137	3.49	6.5	11.7	0.74	1333	75.1	16.6	26.9	53.2	6.70
碳酸岩2	252	13.6	5.57	3.85	2705	124	0.80	6.6	11.2	0.76	1112	65.4	13.2	19.4	36.4	4.81
碳酸岩3	205	15.7	6.43	3.65	3464	112	0.87	6.3	9.88	0.52	1062	58.7	8.3	19.7	33.1	4.11
碳酸岩4	297	14.5	7.60	4.99	2426	128	0.76	9.3	10.1	0.51	1172	66.8	14.7	23.1	42.7	5.39
样号	Nd	Sm	Eu	Gd	Tb	Dy	Ho	Er	Tm	Yb	Lu	Y	ΣREE	LREE	HREE	LREE/ HREE
熔结凝灰岩1	43.4	9.10	0.83	8.50	1.35	8.13	1.84	4.63	0.79	4.86	0.81	54.4	245.74	214.83	30.91	6.95
熔结凝灰岩2	30.0	5.91	1.12	5.96	0.89	4.87	1.12	3.15	0.50	3.30	0.59	33.9	188.72	168.34	20.38	8.26
熔结凝灰岩3	25.4	4.86	0.88	4.58	0.78	3.90	0.82	2.55	0.48	3.17	0.50	29.0	164.04	147.26	16.78	8.78
熔结凝灰岩4	29.0	5.38	0.94	5.40	0.84	4.42	0.99	2.79	0.48	3.44	0.52	31.5	180.23	161.35	18.88	8.55
熔结凝灰岩5	25.9	5.23	0.90	5.30	0.71	3.90	0.96	2.78	0.50	3.48	0.52	31.2	167.29	149.14	18.15	8.22
凝灰岩6	42.4	7.79	1.75	7.00	1.06	5.29	1.09	2.92	0.43	2.86	0.41	32.4	240.90	219.84	21.06	10.44
碳酸岩1	26.4	6.47	0.93	6.36	1.42	6.68	1.93	4.60	0.91	5.26	0.95	57.5	148.71	120.60	28.11	4.29
碳酸岩2	18.1	4.15	0.63	4.40	0.90	4.63	1.26	3.21	0.65	4.12	0.74	40.0	103.4	83.49	19.91	4.19
碳酸岩3	15.0	3.33	0.57	3.75	0.82	4.35	1.37	3.63	0.77	4.67	0.89	46.1	96.06	75.81	20.25	3.74
碳酸岩4	20.5	4.86	0.89	4.85	1.20	5.79	1.74	4.65	0.88	5.87	1.06	53.2	123.48	97.44	26.04	3.74

表2 熔结凝灰岩及碳酸岩全岩化学成分(%)、微量和稀土元素(10-6)

Table 2 Whole-rock chemical composition (%), REE and trace elements (10-6) of the ignimbrite and carbonatites

样号	SiO₂	Al₂O₃	TFe₂O₃	MgO	CaO	Na₂O	K₂O	Cr₂O₃	P₂O₅	SO₃	MnO	TiO₂	烧失量	Total	Rb	Sr
熔结凝灰岩1	66.49	12.71	2.48	0.47	2.94	2.98	1.88	0.003	0.05	0.87	0.30	0.17	8.56	99.90	119	136
熔结凝灰岩2	60.96	14.77	4.14	0.78	0.93	1.09	3.84	0.001	0.15	1.98	0.11	0.29	10.10	99.14	238	119
熔结凝灰岩3	66.60	13.04	2.62	0.62	1.13	3.07	3.09	0.003	0.10	1.29	0.08	0.24	7.70	99.58	157	113
熔结凝灰岩4	66.22	12.82	2.69	0.80	1.27	1.89	3.55	0.003	0.10	1.85	0.09	0.25	8.10	99.63	181	123
熔结凝灰岩5	47.09	10.20	5.09	5.29	7.93	1.33	2.76	0.01	0.10	2.48	0.19	0.24	17.25	99.96	114	160
凝灰岩6	55.57	16.04	5.42	1.94	1.81	0.69	3.19	0.01	0.15	2.90	0.09	0.69	10.68	99.18	146	138
碳酸岩1	31.35	6.69	5.25	3.05	23.66	1.43	0.87	0.0013	0.88	0.74	0.23	0.13	26.19	100.47	42.4	975
碳酸岩2	31.95	5.94	5.40	3.25	23.24	1.12	0.87	0.0010	0.62	0.46	0.23	0.11	26.75	99.94	40.5	818
碳酸岩3	22.85	5.80	4.73	3.22	29.52	1.06	0.87	0.0003	0.67	0.47	0.24	0.06	30.46	99.95	41.0	999
碳酸岩4	47.65	6.96	6.33	3.36	12.96	0.91	1.34	0.0016	0.64	0.79	0.25	0.13	19.08	100.40	69.9	351
样号	Ba	Th	U	Nb	P	Zr	Hf	Sc	Ni	Ta	F	V	Cr	La	Ce	Pr
熔结凝灰岩1	420	23.7	7.24	19.8	300	136	7.50	5.90	29.4	1.76	805	34.8	19.6	49.7	99.9	11.9
熔结凝灰岩2	624	26.9	15.8	15.2	780	131	5.68	6.90	17.7	2.18	841	69.6	30.5	43.8	78.8	8.71
熔结凝灰岩3	507	27.7	12.0	18.0	485	134	6.52	6.30	78.1	1.94	660	43.9	17.3	38.7	70.1	7.32
熔结凝灰岩4	497	26.1	10.3	14.5	471	141	6.05	5.30	17.1	1.95	722	42.8	16.7	42.1	75.6	8.33
熔结凝灰岩5	460	22.4	8.82	13.7	480	131	5.63	9.10	8.77	1.50	617	78.6	27.8	39.5	69.8	7.81
凝灰岩6	446	17.1	5.33	14.8	668	166	6.80	12.4	36.3	1.42	736	133	81.4	54.4	102	11.5
碳酸岩1	232	12.5	6.48	16.2	3673	137	3.49	6.5	11.7	0.74	1333	75.1	16.6	26.9	53.2	6.70
碳酸岩2	252	13.6	5.57	3.85	2705	124	0.80	6.6	11.2	0.76	1112	65.4	13.2	19.4	36.4	4.81
碳酸岩3	205	15.7	6.43	3.65	3464	112	0.87	6.3	9.88	0.52	1062	58.7	8.3	19.7	33.1	4.11
碳酸岩4	297	14.5	7.60	4.99	2426	128	0.76	9.3	10.1	0.51	1172	66.8	14.7	23.1	42.7	5.39
样号	Nd	Sm	Eu	Gd	Tb	Dy	Ho	Er	Tm	Yb	Lu	Y	ΣREE	LREE	HREE	LREE/ HREE
熔结凝灰岩1	43.4	9.10	0.83	8.50	1.35	8.13	1.84	4.63	0.79	4.86	0.81	54.4	245.74	214.83	30.91	6.95
熔结凝灰岩2	30.0	5.91	1.12	5.96	0.89	4.87	1.12	3.15	0.50	3.30	0.59	33.9	188.72	168.34	20.38	8.26
熔结凝灰岩3	25.4	4.86	0.88	4.58	0.78	3.90	0.82	2.55	0.48	3.17	0.50	29.0	164.04	147.26	16.78	8.78
熔结凝灰岩4	29.0	5.38	0.94	5.40	0.84	4.42	0.99	2.79	0.48	3.44	0.52	31.5	180.23	161.35	18.88	8.55
熔结凝灰岩5	25.9	5.23	0.90	5.30	0.71	3.90	0.96	2.78	0.50	3.48	0.52	31.2	167.29	149.14	18.15	8.22
凝灰岩6	42.4	7.79	1.75	7.00	1.06	5.29	1.09	2.92	0.43	2.86	0.41	32.4	240.90	219.84	21.06	10.44
碳酸岩1	26.4	6.47	0.93	6.36	1.42	6.68	1.93	4.60	0.91	5.26	0.95	57.5	148.71	120.60	28.11	4.29
碳酸岩2	18.1	4.15	0.63	4.40	0.90	4.63	1.26	3.21	0.65	4.12	0.74	40.0	103.4	83.49	19.91	4.19
碳酸岩3	15.0	3.33	0.57	3.75	0.82	4.35	1.37	3.63	0.77	4.67	0.89	46.1	96.06	75.81	20.25	3.74
碳酸岩4	20.5	4.86	0.89	4.85	1.20	5.79	1.74	4.65	0.88	5.87	1.06	53.2	123.48	97.44	26.04	3.74

图6 铜川瑶曲镇熔结凝灰岩K2O与SiO2判别图解(实线据Peccerillo and Talyer[16], 1976;虚线据Middlimost, 1985)

Fig.6 K2O vs. SiO2 plot for the ignimbrite (solid-line after Peccerillo and Talyer[16], 1976; dash-line after Middlimost, 1985)

图7 熔结凝灰岩稀土元素球粒陨石标准化配分图(a)和碳酸岩稀土元素球粒陨石标准化配分图(b)(球粒陨石标准值引自Sun和McDonough[17], 1989)

Fig.7 Chondrite-normalized REE patterns for the ignimbrite (a) and carbonatites (b) (chondrite normalizing values after Sun and McDonough[17], 1989)

图8 熔结凝灰岩微量元素原始地幔标准化蛛网图(a)和碳酸岩微量元素原始地幔标准化蛛网图(b)(原始地幔标准值引自Sun和McDonough[17], 1989)

Fig.8 Primitive mantle (PM)-normalized spider diagram for the ignimbrite (a) and carbonatites (b)(PM normalizing values after Sun and Mc Donough[17], 1989)

图9 延长组熔结凝灰岩大地构造环境判别图解 (a)和(b)底图据Pearcel19l, 1982其中IAB.岛弧玄武岩; IAT. 岛弧拉斑系列; ICA. 岛弧钙碱系列; SHO. 岛弧橄榄玄粗岩系列; WPB.板内玄武岩; MORB洋中脊玄武岩; TH.拉斑玄武岩; TR.过渡玄武岩; ALK.碱性玄武岩(c)底图据Bailey, 1981透镜状碳酸岩产生于碰撞造山过程中派生的引张大陆岩石圈断裂带,不与碱性杂岩相共生,直接由导源岩石圈富集地幔的低程度部分熔融作用而产生的碳酸岩浆侵入或喷发所形成。世界上已发现的400多个碳酸岩体大多产于大陆克拉通内,热地幔柱上隆可能是引发岩石圈发生拉张构造背景的主要原因,在构造上多表现为岩石圈减薄和深大断裂的产生[22]。

Fig.9 Tectonic discrimination diagrams for the Yanchang Formation ignimbrite

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