0 引言

鄂尔多斯盆地具有多旋回期次，多沉积类型，多构造体系的特点^[1-3]，是中国陆上第二大沉积盆地。本次研究的目的层段为上古生界二叠系山1段、盒8段。前人研究表明该两个层段为连续沉积的整合接触，盒8段下部为一套泥质含量较少且颗粒较粗的砂岩，且通常多个单层砂体叠加，与下伏的山1段上部的泥岩呈突变接触，导致在自然伽马测井曲线上从山1段到盒8段显示出一个较为明显的突变面^[4]。二叠纪晚期，由于大面积的海退，盆地内沉积体系由海相转变为陆相以及海陆过渡相，盆地北部形成隆起区，剥蚀作用变强，为盆地内提供充足的碎屑物质来源^[5]，前人的研究资料多集中在盆地北部与东南部，大多数学者认为盆地上古生界受多物源的控制，且以北部物源为主，而南部物源影响较小^[6-7]，但盆地西南部分物源方面的详细且系统性的资料相对较少，上古生界各个层段的物源认识较为模糊，层段之间物源是否发生变化缺乏明确的认识；另外，前人在研究物源方面大多忽视了对地球化学中REE的应用，缺乏岩石颗粒成分特征与地球化学的结合。笔者在结合前人研究的基础上通过对16口井岩芯采样结合3条地质剖面采样，实地测量古水流方向，镜下观察统计岩屑成分，长石含量变化，并结合稀土元素分析，与周缘古陆特征进行对比分析物源。对盆地西南二叠系地层有利砂体的展布以及下一步的油气勘探的部署具有指导意义(图 1)。

1 周缘古陆特征

位于伊盟隆起的阴山地区，其北部地层大致以乌兰格尔地区为界，组成古陆的岩层的岩石类型及年代等，区别较大。分界线西部地层为中心元古宇，石英含量较为丰富，东部地层年代较为古老，为太古宇地层，石英含量相对较少，受加里东运动的影响，自二叠纪以来，处于构造高位置，为盆地提供碎屑沉积物质。由于物源区所具有的分区性，其所控制沉积的二叠系碎屑岩特征具有东西分异的特征。盆地南部秦岭北部，可观察到下元古界以及中元古界地层，主要包括铜铁沟组，陶湾群等，岩性可见变质岩中的片岩，大理岩等，以及火成岩类型的花岗岩系等(表 1)^[8]。

2 古水流分析

古水流分析是进行盆地分析的重要方法^[9]。古水流方向的研究需要结合相应的野外观察统计^[10]。古流向的测定主要来西北部和南部山1段、盒8段野头剖面，针对比较能反应古水流方向的板状交错层里、槽状交错层理、楔状交错层理等构造进行实测。为了指示物源方向，需要先借助吴氏网来进行角度的校正，从而做出玫瑰花图。其中山1段石板沟剖面测得数据25组，倾向集中在157°~176°之间；二道沟剖面测得数据28组，倾向集中在35°~51°之间；石川河剖面测得数据25组，倾向集中在265°~285°之间。盒8段在上述剖面中所测数据分别为22组，24组和25组，所得古水流倾向分别集中在140°~157°，28°~45°，280°~297°之间。所测数据在玫瑰花图上可直观显示出北部石板沟剖面古水流方向主要指向为由北部向南部；二道沟剖面古水流方向主要指向为由西南向东北方向；石川河剖面古水流方向主要为东南指向西北，三个方向均指向研究区中部(图 2a)。单由古水流这一特征来分析，可初步推测研究区可能存在三个方向的物源，三个方向的物源可能在研究区中部汇合。盒8段时期除了石板沟剖面古水流方向与山1段时期有一些差别外其他两地古水流方向差别不大(图 2b)，说明研究区盒8段时期也可能存在三个不同方向的物源区。

3 重矿物分析 3.1 重矿物平面分布特征

碎屑岩中重矿物的种类及类型以及重矿物的组合新形势是在研究碎屑岩物源方面的一个重要参数，不同物源区由于其岩性的差异，其所包含的重矿物种类及含量是不同的，又由于不同类型的重矿物其抗风化能力的差异，使得重矿物可以对碎屑物质的来源，以及碎屑物质搬运距离的远近有着较为直观的反应，因此重矿物组合以及重矿物的相对含量可作为指示物源的良好参数^[11-12](图 3)。

根据重矿物结果分析可在研究区识别出3个不同的区域(图 3b)，其中北部重矿物组合以超稳定重矿物锆石为主，相对含量33%，白钛矿相对含量31.7%，并可见金红石(图 4a, b, c)，而该区带又可分为两个小区，东部重矿物组合中可见子石榴子石，白钛矿 < 锆石含量(符合盆地北缘阴山地区西部色尔腾山、白云鄂博，渣尔泰山群地层特征)，西部不含石榴子石且白钛矿>锆石含量(符合盆地北缘阴山地区东部太古界乌拉山群、集宁群特征)；这与盆地北部的地层分区性相吻合，而且研究区北部重矿物组合中皆为超稳定重矿物，说明沉积物搬运距离较远，更加说明了研究区北部碎屑物质受盆地北部物源控制。研究区盒8段南部重矿物种类较多，主要为超稳定矿物中的锆石，电气石。以及不稳定重矿物，例如黑云母，还可见绿帘石以及绿泥石等(图 4d~i)，其中西南部可见含量较少不稳定重矿物绿泥石，东南部不稳定重矿物类型较多，可见黑云母、绿泥石、绿帘石等易被风化的组分，判断为近源沉积。总体来说，这种分布格局表明了研究区受到了北部物源和西南部物源的共同控制。

根据山1段中重矿物分布特征同样可识别出三个区，各区域的分布位置与盒8大致相同，且各区的重矿物组合也与盒8段三个区的重矿物组合相似(研究区山1段北部重矿物组合与研究区盒8段北部西侧小区一致，山1段西南部和东南部重矿物组合完全一致)，说明山1段与盒8段的物源没有发生大的变化，两个层段的物源区可能是相同的。

3.2 ZTR指数等值线

由于不同种类重矿物稳定性的差异，在碎屑物质不断被搬运的过程中，各个类型的重矿物的相对含量是不断变化的，尤其是不稳定重矿物，由于搬运过程中风化和磨蚀作用，离物源区越远，在碎屑物质中的相对百分比越少，由此剩余的稳定重矿物组分相对百分比越大，其中电气石，锆石以及金红石为最具有代表性的超稳定重矿物，碎屑物质中三者与总重矿物的比值为ZTR指数，可以判断沉积物离物源区的远近，ZTR指数越高说明离物源区越远^[13]。图 5a显示，山1沉积时期，研究区中北部，环县、华池一带ZTR指数值较高，达到90以上，可判断为汇水的沉积中心。盒8段(图 5b)ZTR指数等值线图与山1段反映出的信息基本一致，汇水区可同样判断为以环县、华池为中心的区域。

对比山1与盒8段ZTR指数等值线图可以发现两个时期汇水沉积中心基本相同，综合盒8段与山1段重矿物特征分布图与ZTR指数等值线图来看，两图所示的沉积中心有较大部分的重叠。另外可以看出北部ZTR指数明显大于南部，说明研究区北部沉积物成分成熟度较高，为远源沉积，研究区西南部和东南部沉积物成熟度较低，为近源沉积。

4 颗粒成分特征分析

碎屑岩中碎屑颗粒特征，不稳定的长石组分特征，岩屑特征等都对物源的指示具有较为重要的意义，本节着重从以上几个方面对物源进行分析。

4.1 碎屑成分分析

由于母源区母岩类型的差异，被风化剥蚀产生的碎屑物质的成分特征也将存在差异，且与重矿物类似，随着距离物源越远，由于矿物稳定性的差异，碎屑颗粒中石英所占的百分比越来越大，岩屑以及长石所占百分比越来越少^[14-15]。将各取样点薄片在镜下观察(图 6)，统计碎屑成分相对含量制成饼状图，列于对应的取样点位置(图 7)可以发现有以下特征：

山西组1段碎屑成分大致可以分为四块：研究区北部碎屑物质以高石英+低岩屑、石英/岩屑稳定(3:1)为特征，而西南部碎屑物质中含有长石，且石英/岩屑在9:1至3:2之间，东南部碎屑物质特征与西南部较为相似。研究区中北部环县、华池一带区域以极高石英+低岩屑、石英/岩屑的值波动较小。

下石盒子组8段岩石颗粒特征将研究区以北西—南东向的庆城，沙井子地区分为两个南部和北部：分界线以北碎屑成分中石英所占比例较大，岩屑比例较小，两组分比例稳定在5:1，镜下观察几乎不可见含长石。分界线以南的区域沉积物碎屑颗粒中，在石英比例较高和岩屑比例较低，且两者比例不稳定的基础上，含有百分含量较低的长石(约2%~3%)。有学者指出，盆地北部阴山古陆西段石英含量较高，以此为物源的的二叠系碎屑物质颗粒成分中石英含量也比较高，岩屑比例较低，长石百分含量在2%以下^[16-17]。对比可知，该特征和本次研究区分界线以北的碎屑特征非常一致，两者的成分比例特征又显示出沉积物为远源沉积，说明在盒8段沉积时期，盆地北部的阴山古陆西段。

长石作为稳定性较差的碎屑组分，在碎屑物质向低势区沉积的过程中，随着搬运距离的增加以及风化作用的持续进行，长石含量逐渐减少。本次研究区的山1段与盒8段地层中，随着采样点向南部以及西南部的推移，其长石含量平面分布特征呈现出逐渐增加的趋势，这在一定程度上表明研究区南部与西南部的沉积物距离母源区比较近，在碎屑物质的搬运过程中，长石未被完全分化和分选出去。研究区山1段北部的特征与研究区盒8段北部特征一致，仍然是以盆地北缘的阴山地区为物源，这里不再赘述。研究区山1段西南部和东南部均含有百分含量较低的长石，且石英与岩屑的相对百分含量比值波动较大，和本次研究区下石盒子组8段南部的碎屑颗粒表现出的特征相似，同样属于离物源区较近的碎屑物质。

4.2 长石相对含量变化

在对比研究区各个区域的碎屑成分特征时，长石作为划分物源在研究区的影响范围时，显示出明显的南北分异的特点，同时，与石英相比，在碎屑物质搬运的过程中，长石的抗风化能力以及抗磨蚀能力均较差，在沉积过程中，其相对百分含量减少的方向，可作为沉积物搬运的方向。针对这一特征，分别作盒8段和山1段的长石含量等值线图(图 8)。

研究区山1段地层中，北部采样点所采样品中，均不可见长石。以华池，镇探1、泾川、香1、淳2和莲1为界，越靠近研究区南部，长石的相对百分含量的值越大，并且在研究区西南部的太统山，香1井附近以及东南部的淳探1井，石川河附近长石含量较高，可达8%~9%，说明沉积物为近源沉积，物源方向为盆地西南和东南方向。

盒8段显示出的长石特征与山1段具有类似的特征，即同样都是沿北西—南东向以长石含量零线为界，分为两个区域，越靠近研究区西南，离物源区越近，而零线以北的沉积物距离物源区较远。不同之处在于在灵台至合水附近的区域，盒8段长石含量逐渐递减，而山1段中该区域在长石零线以北，即不含长石，这在一定程度上说明盒8时期，南部物源的影响范围在一定程度上向北扩大。

4.3 岩屑成分特征

岩屑是由母岩直接剥蚀出来的矿物集合体，一般认为能够较好的反映了母岩的特征，另外在碎屑岩中的特征可作为指示物源的一个很好地参数指标，各类特征能够比较直观的指示碎屑物质距离源区的远近以及沉积过程中的一些成岩作用。从薄片统计结果(图 9)，将各结果投在底图上来看有以下特征：

山1段岩屑成分大致可以划分为四块(图 10a)：研究区北部以变质岩岩屑+岩浆岩岩屑、变质岩/岩浆岩相对来说较稳定为特征，说明碎屑物质距离物源区较远。研究区南部的两个分区，西南部和东南部均以变质岩岩屑+岩浆岩岩屑+沉积岩岩屑为特征，三者比例不稳定，显示出近源沉积的特征。环县、华池一带的区域则以变质岩岩屑+岩浆岩岩屑、变质岩/岩浆岩不稳定为特征。综合重矿物特征，长石特征等可确定中部呈现出该特征的原因应为分别来自盆地南部和北部的沉积物在此处发生了交汇。从总体来看，南北差异主要是沉积岩岩屑，北部沉积物中不含沉积岩岩屑，南部普遍含有沉积岩岩屑。

盒8段岩屑岩成分主要以变质岩岩屑为主，以庆探2井、环县、莲1井为界可以将研究区分为南部和北部两个部分(图 10b)。北部变质岩相对含量可达11%，岩浆岩含量约5%，几乎不含沉积岩岩屑，在个别井中观察到的沉积岩岩屑，其岩性主要类型为碎屑岩中的粉砂岩岩屑和泥岩岩屑。研究区南部沉积岩岩屑分布较为普遍，对比南北两个区域三大岩岩屑可发现，组成北部碎屑岩中岩屑中，变质岩岩屑相对含量与岩浆岩岩屑相对含量比例稳定在2:1左右，而在研究区南部三者比例极不稳定，在石板沟地区沉积岩岩屑与变质岩岩屑比例甚至到达1:1，且几乎不含岩浆岩岩屑，另外从南部其他地点的岩芯采样与野外露头采样分析来看，三者比例呈现出比较杂乱的特点，反映出研究区北部为远源沉积，南部碎屑沉积物距离源区较近。

5 稀土元素特征分析

由于稀土元素本身稳定的化学性质，在不同地质体中的浓度及分配形式受介质体条件的变化较为敏感，另外由于具有较高的均一化程等特征，决定了稀土元素在沉积学的物源分析方面提供较为准确的地球化学参数。而稀土元素在应用于不同的岩石类型上采用的标准化是不同的，对于沉积岩中稀土元素进行分析时，NASC(北美页岩)对比其他类型的标准化能更好的反映出沉积岩的地球化学特征^[18]。因此本次研究过程中测试数据利用NASC(北美页岩)为标准，对研究区碎屑物质中的稀土元素含量进行标准化^[19]，绘制稀土元素NASC标准化配分模式图，并将山1段和盒8段稀土元素的地化参数综合并分为研究区北部、中部、西南部和东南部四个部分进行统计，计算铕异常值(δEu)、轻重稀土比(LREE/HREE)、镧镱比((La/Yb)_N)以及镧钐比((La/Sm)_N)等地球化学参数，分析其特征。

5.1 稀土元素配分模式

由于盆地周围源岩类型趋同，导致不论取样点属于盒8段还是山1段、不论取样点位于研究区北部、西南部还是东南部，所有的稀土元素分配型式均具有Eu亏损、东倾的特点(图 11)。因此，稀土元素分配型式对于本次物源研究意义不大，在此不予讨论。

5.2 δEu特征

Eu较为特殊，其价态会随沉积环境的不同而改变，当Eu³⁺存在时，这时与其他三价的稀土元素具有相似的特征，共同迁移，当沉积环境为还原环境时，一定比例的Eu³⁺转化成Eu²⁺，导致由于pH值与别的+3价态的稀土元素存在较大的不同而分离开来，从而出现Eu异常^[20]。由于沉积中心的汇水区水深较大，整体较其周边区域呈现出偏还原的沉积环境，导致区域出现Eu异常大于周边环境，研究区盒8段中部Eu异常明显大于其他区域，说明汇水区位于镇探1井、莲1井即偏中北部附近，山1段中部取样点位于中部，位置相对于盒8段取样点更加偏南，因此Eu异常不是很突出，但是这更加佐证了汇水区位于研究区中北部地区的结论。另外在表 2与表 3中同时可见研究区东南部Eu异常也比较突出，说明该地区在沉积时期水体较深，偏湖相环境，可能为一处规模较小的洼陷。

5.3 LREE/HREE特征

LREE/HREE的比值是判断不同类型的稀土元素在沉积过程中分异程度的重要参数。越往汇水区，泥岩含量越多，黏土矿物的含量也越来越多，稀土元素更多的表现为以吸附态搬运，而吸附态搬运的主要是LREE，导致LREE相对富集，而HREE相对亏损，所以在汇水区会出现LREE/HREE明显高于其他区域的情况^[21-22]。表 2与表 3中该参数较高的有中部和东南部两个区域，对比ZTR指数等参数可明确汇水区应为中部偏北的环县、华池地区，与Eu异常相对应，该参数在研究区东南部同样有较高的参数值，两参数特点与反应的结果非常吻合，都说明了汇水区位于研究区中部偏北地区，沉积环境为还原环境，同时在研究区东南口镇、淳化附近区域也有类似的特征，推断应为一处规模较小的洼陷(与δEu特征相吻合)。La/Yb、La/Sm、∑REE值反应的结果与以上两个参数均一致，另外可见研究区北部∑REE值与其他区域∑REE值明显不在一个层次，说明研究区北部的物源与其他区域存在着明显的差别。

6 结论

(1) 综合古水流，重矿物，碎屑成分与稀土元素等特征可得出研究区盒8段与山1段地层的物源区在沉积时期无明显的变化，两个层段存在三大物源：研究区北部沉积物来源于盆地北部的阴山古陆，研究区西南区碎屑物质来源于盆地西南部的祁连古陆中部和北部与秦岭古陆西部，而秦岭古陆北部则为研究区东南部提供碎屑物质来源。汇水区为研究区中北部环县、华池一带。

(2) 研究区北部沉积物来源于盆地以北的源区，成分成熟度较高。其中盒8段重矿物具有分区性特征，以锆石和白钛矿的含量特征可明显分为东西两个区域，与盆地北部的地层分区性吻合程度高；南部沉积物受盆地南部物源控制，成熟度较低。

(3) 研究区中部环县、华池附近区域在沉积时期沉积环境偏还原。与研究区周缘相比，研究区中部明显表现为低∑REE、高LREE /HREE、高δEu等特征；另外在研究区东南口镇、淳化一带，REE也反映出类似的特征，结合其他岩石矿物特征，推测该地区在沉积时期应该为一处规模较小的洼陷。