鄂尔多斯盆地南缘长10-长8段物源及源区构造背景研究

doi:10.19657/j.geoscience.1000-8527.2020.04.14

摘要/Abstract

摘要：

中晚三叠世鄂尔多斯盆地周缘各地块处于不同的构造演化阶段,盆内延长组沉积的物质来源一直是研究的热点和难点,尤其是盆地南缘的物源构成一直存在诸多争议。通过砂岩碎屑组分统计以及地球化学分析方法,结合研究区和周缘古陆的稀土元素特征,开展了鄂尔多斯盆地南缘长10-长8段的物源和源区构造背景研究,结果表明:研究层段具有中-近源的沉积特点,形成于弱氧化的浅水环境;长10-长8段的主体物质形成于岩浆岛弧背景,南缘西部地区的长8段存在再旋回造山带型物质;盆地南缘中东部的长10-长8段源区为阿拉善古陆和阴山古陆,西部地区长10-长9段碎屑物质主要来自于阿拉善古陆,在长8段则混入了祁连-秦岭地区的碎屑物质。这种多源区、多变化的物质组成与中三叠世盆地周缘造山活动密切相关,指示该区为源-汇体系研究的良好实例。这些认识有助于进行原盆沉积环境的恢复和有利储集砂体的预测,为研究区下一步油气勘探部署提供沉积理论依据。

关键词: 延长组, 物源分析, Dickinson图解, 地球化学, 鄂尔多斯盆地

Abstract:

During the Middle-Late Triassic, all tectonic blocks surrounding the Ordos Basin were in different stages of tectonic evolution. Especially in the southern margin of the basin, the detrital source is still controversial. Provenance of the Yanchang Formation in the basin is still under much debate, especially the Chang 10 to Chang 8 section. In this study, the sandstone detrital component and geochemical statistics in the bottom of Yanchang Formation (Chang 10-Chang 8) are analyzed to unravel their provenance. The results show that the Chang 10-Chang 8 section have the characteristics of shallow-water, intermediate-proximal source deposition with weak oxidation. The major materials of the Chang 10-Chang 8 section may have formed in an island arc. Moreover, there are recycled-orogenic materials in Chang 8 in the western part of the southern margin. The Chang 10-Chang 8 member was likely originated from the Alxa block and Yinshan paleo-continent in the southern part of the basin, the Chang 10-Chang 9 member may have originated mainly from the Alxa block in the western part of the southern margin, whilst the Chang 8 member was likely a mixture of clastic materials from the Qilian and Qinling regions. This multi-source and varying material composition may have closely related to the orogenic activities around the Middle Triassic basin, indicating that this area is an ideal target to revel the source to sink system. Our findings can assist the reconstruction of the basin depositional environment, and the prediction of favorable reservoir sandbodies, which provides the theoretical basis for future oil and gas exploration in the study area.

Key words: Yanchang Formation, provenance analysis, Dickinson diagram, geochemistry, Ordos Basin

中图分类号:

TE121.3

李怡佳, 阮壮, 刘帅, 常秋红, 赖玮, 杨志辉. 鄂尔多斯盆地南缘长10-长8段物源及源区构造背景研究[J]. 现代地质, 2020, 34(04): 784-799.

LI Yijia, RUAN Zhuang, LIU Shuai, CHANG Qiuhong, LAI Wei, YANG Zhihui. Provenance and Tectonic Setting of Chang 10-Chang 8 Member in the Southern Ordos Basin[J]. Geoscience, 2020, 34(04): 784-799.

图/表 17

图1 鄂尔多斯盆地西南部地质图(地质图据文献[11]修改)

Fig.1 Geologic map of southern margin of the Ordos Basin (geologic map modified after reference [11])

图2 金锁关剖面及汭水河剖面岩性柱状图及采样位置(岩性柱据文献[26]修改)

Fig.2 Lithostratigraphic columns and sampling location of the Jinsuoguan and Ruishuihe areas (lithostratigraphic columns modified after reference [26])

图3 金锁关剖面及汭水河剖面延长组野外地质特征 (a)金锁关剖面,长8段,灰绿、灰黄色中厚层中细砂岩夹灰色泥岩、粉砂质泥岩,平行层理、交错层理、包卷层理发育;(b)汭水河剖面,长8段,深灰色、灰色厚层中砂岩夹薄层炭质泥岩;(c)金锁关剖面,长9段,中厚层细砂岩夹薄层泥质砂岩,砂泥比值大于1,水平层理发育;(d)汭水河剖面,长9段,厚层黄灰色中细砂岩,夹薄层泥质砂岩、泥岩,大型板状交错层理发育;(e)金锁关剖面,长10段,灰绿、灰黄色中薄层细砂岩与深灰色炭质泥岩、粉砂质泥岩不等厚互层;(f)汭水河剖面,长10段,灰黄色中砂岩夹薄层泥岩;黄色虚线为分流河道底部冲刷面

Fig.3 Field geological features of the Yanchang Formation in the Jinsuoguan and Ruishuihe areas

图4 鄂尔多斯盆地南部延长组早期砂岩碎屑组分统计图 (a)金锁关剖面延长组底部砂岩镜下照片;(b)金锁关剖面延长组底部砂岩碎屑组分分布图;(c)汭水河剖面延长组底部砂岩镜下照片;(d)汭水河剖面延长组底部砂岩碎屑组分分布图;Qt.石英;F.长石;Ls.沉积岩岩屑;Lv.岩浆岩岩屑;Lm.变质岩岩屑

Fig.4 Statistical diagram of sandstone clastic components for the Lower Yanchang Formation in the southern Ordos Basin

表1 鄂尔多斯盆地南部延长组砂岩碎屑组分表

Table 1 Statistics of detrital compositions for the Yanchang Fm. sandstone in the southern Ordos Basin

样品编号	石英(Qt)/%		长石 (F)/%	岩屑 (Lt)/%	岩屑成分/%
样品编号	单晶石英(Qm)	多晶石英(Qp)	长石 (F)/%	岩屑 (Lt)/%	岩浆岩(Lv)	变质岩(Lm)	沉积岩(Ls)
R8-1	33.42	5.81	25.54	33.02	24.59	61.90	13.51
R8-2	35.66	5.98	22.06	35.87	25.68	62.22	12.10
R8-3	34.54	6.02	21.86	36.79	27.48	58.47	14.05
J8-1	36.31	4.41	28.37	30.59	24.83	67.85	7.32
J8-2	30.50	5.01	23.97	35.95	29.40	60.78	9.82
J8-3	33.25	4.83	25.66	33.76	24.67	66.11	9.21
R9-1	34.31	1.97	35.84	29.19	22.92	60.02	17.06
R9-2	36.53	3.01	27.61	32.63	30.92	55.56	13.52
R9-3	35.76	2.88	28.94	28.64	30.27	58.90	10.82
J9-1	16.45	2.76	30.55	31.83	19.64	67.75	12.60
J9-2	17.23	2.57	30.68	32.11	21.74	65.74	12.52
J9-3	17.18	2.65	29.89	31.28	22.03	65.46	12.51
R10-1	25.43	4.56	30.66	37.18	29.29	60.01	10.70
R10-2	25.62	5.17	25.85	39.72	30.19	59.16	10.65
R10-3	26.21	5.02	28.77	38.44	28.12	61.81	10.07
J10-1	25.15	3.76	22.80	33.84	37.68	43.76	18.56
J10-2	26.32	3.51	22.13	31.94	37.16	47.93	14.90
J10-3	25.76	3.66	22.90	32.04	39.14	44.79	16.07

图5 砂岩成分分类判别图(底图据文献[34]) (a)金锁关剖面延长组底部砂岩分类;(b)汭水河剖面延长组底部砂岩分类;1.石英砂岩;2.长石石英砂岩;3.岩屑石英砂岩;4.长石岩屑石英砂岩;5.长石砂岩;6.岩屑长石砂岩;7.长石岩屑砂岩;8.岩屑砂岩

Fig.5 Classification diagram of sandstone composition (base map from reference [34])

图6 鄂尔多斯盆地南部延长组底部砂岩镜下照片 (a)喷出岩岩屑;(b)隐晶岩岩屑;(c)石英岩岩屑;(d)石英片岩岩屑;(e)针柱状金红石,具有Ⅲ级蓝干涉色;(f)反光显微镜下拍摄的浅黄色黄铁矿,具高反射率;Qm.单晶石英;Pl.斜长石;K.钾长石;Ls.沉积岩岩屑;Lv.岩浆岩岩屑;Lm.变质岩岩屑;Rt.金红石;Py.黄铁矿

Fig.6 Microphotographs of sandstone from the bottom of Yanchang Formation in the southern Ordos Basin

表2 鄂尔多斯盆地南缘延长组底部砂岩主量元素分析结果(%)

Table 2 Major element compositions of sandstone from the bottom of Yanchang Formation in the southern Ordos Basin(%)

样品	SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	MgO	CaO	Na₂O	K₂O	MnO	TiO₂	P₂O₅	FeO	烧失量^*	Al₂O₃/ SiO₂	K₂O/ Na₂O	MgO+ Fe₂ $O 3 *$
R8-1	60.27	14.47	7.83	2.80	2.84	2.29	2.43	0.21	0.87	0.19	3.86	5.76	0.24	1.06	10.63
R9-3	60.46	14.67	5.31	1.69	5.02	2.80	2.51	0.13	0.66	0.25	2.45	6.46	0.24	0.90	7.00
R10-3	67.65	14.94	3.81	1.32	1.07	2.65	3.95	0.10	0.45	0.09	1.58	3.97	0.22	1.49	5.13
J8-2	57.27	14.95	7.71	3.61	4.01	3.34	2.58	0.12	1.20	0.52	5.98	4.64	0.26	0.77	11.32
J9-1	61.79	15.00	6.08	3.17	2.53	3.29	2.74	0.09	0.74	0.31	5.32	4.24	0.24	0.83	9.25
J10-1	61.70	15.11	5.60	2.48	2.97	2.82	2.82	0.17	0.71	0.32	1.07	5.27	0.24	1.00	8.08

表2 鄂尔多斯盆地南缘延长组底部砂岩主量元素分析结果(%)

Table 2 Major element compositions of sandstone from the bottom of Yanchang Formation in the southern Ordos Basin(%)

样品	SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	MgO	CaO	Na₂O	K₂O	MnO	TiO₂	P₂O₅	FeO	烧失量^*	Al₂O₃/ SiO₂	K₂O/ Na₂O	MgO+ Fe₂ $O 3 *$
R8-1	60.27	14.47	7.83	2.80	2.84	2.29	2.43	0.21	0.87	0.19	3.86	5.76	0.24	1.06	10.63
R9-3	60.46	14.67	5.31	1.69	5.02	2.80	2.51	0.13	0.66	0.25	2.45	6.46	0.24	0.90	7.00
R10-3	67.65	14.94	3.81	1.32	1.07	2.65	3.95	0.10	0.45	0.09	1.58	3.97	0.22	1.49	5.13
J8-2	57.27	14.95	7.71	3.61	4.01	3.34	2.58	0.12	1.20	0.52	5.98	4.64	0.26	0.77	11.32
J9-1	61.79	15.00	6.08	3.17	2.53	3.29	2.74	0.09	0.74	0.31	5.32	4.24	0.24	0.83	9.25
J10-1	61.70	15.11	5.60	2.48	2.97	2.82	2.82	0.17	0.71	0.32	1.07	5.27	0.24	1.00	8.08

表3 鄂尔多斯盆地南缘延长组底部砂岩微量稀土元素组成(μg/g)

Table 3 Trace elements and REE compositions of sandstone from the bottom of Yanchang Formation in the southern Ordos Basin (μg/g)

样品编号	Sc	V	Cr	Co	Ni	Cu	Zn	Rb	Cs	Pb	Th	U	Nb	Zr	Hf	La	Ce	Pr	Nd	Sm	Eu
R8-1	19.90	144.00	101.00	21.20	35.30	18.30	112.00	74.70	2.30	27.50	16.10	2.98	15.00	192.00	6.58	67.80	125.00	15.20	15.00	9.61	1.66
R9-3	12.60	64.50	60.20	17.60	32.50	19.60	100.00	82.60	3.27	23.90	15.30	2.53	11.50	157.00	5.48	39.70	77.30	9.46	11.50	6.53	1.37
R10-3	9.68	86.80	40.50	12.50	18.90	7.61	62.50	104.00	2.61	26.90	8.41	1.61	8.56	94.10	3.43	34.20	71.10	8.00	8.56	5.81	1.44
J8-2	18.30	159.00	111.00	18.10	30.70	18.20	151.00	66.30	1.31	22.90	25.10	5.15	26.20	337.00	11.40	95.20	168.00	20.60	26.20	13.00	2.84
J9-1	13.60	93.90	70.90	18.90	34.70	39.50	125.00	88.00	3.03	25.10	11.10	2.48	14.80	140.00	4.95	45.70	87.70	10.50	14.80	7.28	1.77
J10-1	11.50	81.00	67.70	16.00	28.30	29.60	112.00	88.10	3.25	26.20	13.60	2.40	14.20	125.00	4.42	44.90	94.70	10.40	14.20	7.64	1.64
样品编号	Gd	Tb	Dy	Ho	Er	Tm	Yb	Lu	Y	Rb/ Sr	La/ Y	La/ Sc	Zr/ Hf	Zr/ Th	Ti/ Zr	Sc/ Cr	∑REE	LREE/ HREE	δCe	δEu	La/ Yb
R8-1	6.86	1.12	5.81	1.07	3.37	0.54	3.56	0.51	28.60	0.34	2.37	3.41	29.18	11.93	15.45	0.19	257.10	10.25	0.90	0.59	19.04
R9-3	4.93	0.84	4.04	0.74	2.42	0.40	2.59	0.37	21.90	0.23	1.81	3.15	28.65	10.26	13.25	0.21	162.20	8.93	0.93	0.71	15.33
R10-3	4.08	0.71	3.59	0.67	2.06	0.31	2.07	0.28	18.10	0.59	1.89	3.53	27.43	11.19	45.03	0.24	142.90	9.37	1.00	0.86	16.52
J8-2	9.53	1.47	7.31	1.38	4.28	0.69	4.59	0.64	39.00	0.19	2.44	5.20	29.56	13.43	7.97	0.16	355.70	10.89	0.87	0.74	20.74
J9-1	5.29	0.85	4.17	0.79	2.38	0.39	2.56	0.34	22.40	0.31	2.04	3.36	28.28	12.61	27.78	0.19	184.50	10.01	0.93	0.83	17.85
J10-1	5.77	0.93	5.02	0.89	2.74	0.39	2.62	0.37	25.30	0.26	1.77	3.90	28.28	9.19	32.36	0.17	192.20	9.26	1.02	0.73	17.14

表3 鄂尔多斯盆地南缘延长组底部砂岩微量稀土元素组成(μg/g)

Table 3 Trace elements and REE compositions of sandstone from the bottom of Yanchang Formation in the southern Ordos Basin (μg/g)

样品编号	Sc	V	Cr	Co	Ni	Cu	Zn	Rb	Cs	Pb	Th	U	Nb	Zr	Hf	La	Ce	Pr	Nd	Sm	Eu
R8-1	19.90	144.00	101.00	21.20	35.30	18.30	112.00	74.70	2.30	27.50	16.10	2.98	15.00	192.00	6.58	67.80	125.00	15.20	15.00	9.61	1.66
R9-3	12.60	64.50	60.20	17.60	32.50	19.60	100.00	82.60	3.27	23.90	15.30	2.53	11.50	157.00	5.48	39.70	77.30	9.46	11.50	6.53	1.37
R10-3	9.68	86.80	40.50	12.50	18.90	7.61	62.50	104.00	2.61	26.90	8.41	1.61	8.56	94.10	3.43	34.20	71.10	8.00	8.56	5.81	1.44
J8-2	18.30	159.00	111.00	18.10	30.70	18.20	151.00	66.30	1.31	22.90	25.10	5.15	26.20	337.00	11.40	95.20	168.00	20.60	26.20	13.00	2.84
J9-1	13.60	93.90	70.90	18.90	34.70	39.50	125.00	88.00	3.03	25.10	11.10	2.48	14.80	140.00	4.95	45.70	87.70	10.50	14.80	7.28	1.77
J10-1	11.50	81.00	67.70	16.00	28.30	29.60	112.00	88.10	3.25	26.20	13.60	2.40	14.20	125.00	4.42	44.90	94.70	10.40	14.20	7.64	1.64
样品编号	Gd	Tb	Dy	Ho	Er	Tm	Yb	Lu	Y	Rb/ Sr	La/ Y	La/ Sc	Zr/ Hf	Zr/ Th	Ti/ Zr	Sc/ Cr	∑REE	LREE/ HREE	δCe	δEu	La/ Yb
R8-1	6.86	1.12	5.81	1.07	3.37	0.54	3.56	0.51	28.60	0.34	2.37	3.41	29.18	11.93	15.45	0.19	257.10	10.25	0.90	0.59	19.04
R9-3	4.93	0.84	4.04	0.74	2.42	0.40	2.59	0.37	21.90	0.23	1.81	3.15	28.65	10.26	13.25	0.21	162.20	8.93	0.93	0.71	15.33
R10-3	4.08	0.71	3.59	0.67	2.06	0.31	2.07	0.28	18.10	0.59	1.89	3.53	27.43	11.19	45.03	0.24	142.90	9.37	1.00	0.86	16.52
J8-2	9.53	1.47	7.31	1.38	4.28	0.69	4.59	0.64	39.00	0.19	2.44	5.20	29.56	13.43	7.97	0.16	355.70	10.89	0.87	0.74	20.74
J9-1	5.29	0.85	4.17	0.79	2.38	0.39	2.56	0.34	22.40	0.31	2.04	3.36	28.28	12.61	27.78	0.19	184.50	10.01	0.93	0.83	17.85
J10-1	5.77	0.93	5.02	0.89	2.74	0.39	2.62	0.37	25.30	0.26	1.77	3.90	28.28	9.19	32.36	0.17	192.20	9.26	1.02	0.73	17.14

图7 鄂尔多斯盆地南部延长组砂岩微量元素蛛网图(a)和稀土元素标准化配分模式图(b)(球粒陨石平均数值引自文献[36];球粒陨石数据引自文献[37])

Fig.7 Trace-element spider diagram (a) and chondrite-normalized REE diagram (b) of the Yanchang Fm. sandstone in the southern Ordos Basin

表4 砂岩源区判别函数变量及其系数

Table 4 Provenance discrimination parameters and their coefficients for the sandstone samples

变量	TiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	MgO	CaO	Na₂O	K₂O	常数
F1系数	-1.773	0.607	0.76	-1.5	0.616	0.509	-1.224	-9.090
F2系数	0.445	0.07	-0.25	-1.142	0.438	1.475	1.426	-6.861

图8 物源F1-F2判别图解(底图据文献[43])

Fig. 8 F1-F2 provenance discrimination diagrams (base map from reference [43])

图9 鄂尔多斯盆地南缘延长组底部砂岩La/Th-Hf(a)和La/Yb-∑REE图解(b)((a)底图据文献[45];(b)底图据文献[48])

Fig.9 La/Th-Hf (a) and La/Yb-∑REE (b) discrimination diagrams of sandstones from the bottom of Yanchang Formation in the southern Ordos Basin

图10 延长组底部砂岩组分Dickinson图解(底图据文献[50,51,52,53]) Qt.石英总量(Qt = Qm + Qp);F.长石(F = P + K);L.不稳定岩屑(L = Lv + Ls);Qm.单晶石英(大于0. 062 5 mm);Qp.多晶石英(包括燧石);Lv.火山/变火山岩屑;Ls.沉积/变沉积岩屑;Lt.岩屑总量(Lt = L + Qp); P.斜长石;K.碱性长石;点线分界为Weltje[51,52]的计算结果;A.稳定陆块; B.岩浆弧;C.再旋回造山带

Fig.10 Dickinson diagram for sandstone components from the bottom of Yanchang Formation (base map from references [50-53])

表5 不同构造背景沉积盆地砂岩的稀土元素特征

Table 5 REE geochemical parameters of sandstones in different tectonic settings

构造背景	物源区类型	La/10^-6	Ce/10^-6	REE/10^-6	La/Yb	LREE/HREE	δEu
大洋岛弧	未切割的岩浆弧	8±1.7	19±3.7	58±10	4.2±1.3	3.8±0.9	1.04±0.11
大陆岛弧	切割的岩浆弧	27±4.5	59±8.2	146±20	11±3.6	7.7±1.7	0.79±0.13
活动大陆边缘	上隆的基底	37	78	186	12.5	9.1	0.6
被动大陆边缘	克拉通内构造高地	39	85	210	15.9	8.5	0.56

图11 鄂尔多斯盆地南部延长组砂岩微量元素构造环境判别图解(底图据文献[19]) A.大洋岛弧;B.大陆岛弧;C.活动大陆边缘;D.被动大陆边缘

Fig.11 Trace elements tectonic discrimination diagram for the Yanchang Fm. sandstone (base map from reference [19])

图12 研究区及周缘古陆REE配分模式图 (a)金锁关地区;(b)汭水河地区;(c)盆地东北缘-北缘阴山古陆;(d)盆地西北缘阿拉善古陆;(e)盆地西南缘陇西古陆;(f)盆地南缘秦岭造山带

Fig.12 REE patterns of the research area and surrounding paleo-continents

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