1 引言

柴达木盆地古近系路乐河组(E₁₊₂)位于新生界的最底部，在盆地内广泛分布。近年来深入研究路乐河组沉积作用和构造演化特征成为学术界和生产部门地质工作者研究的重点之一。这主要有两方面的原因：一方面，柴达木盆地位于青藏高原东北缘，路乐河组的沉积演化历史对于了解青藏高原抬升历史有重要的作用；另一方面，近几年盆地部分地区在路乐河组见到了具工业价值的油田(如盆地西部昆北断阶带E₁₊₂岩性油藏)，说明该组地层具有良好的勘探开发潜力。

物源体系研究是确定物源区地质特征细节、寻找有利储层的基础。作为石油勘探和盆地分析的重要组成部分，物源分析是路乐河组研究的关键内容。物源分析可以使用多种方法，如重矿物分析、古流向、地球化学、碎屑岩分类分析、岩屑组分分析、砂岩百分含量法、裂变径迹法等(刘宁等，2009；崔永北等，2011；Yang et al., 2009；赵红格和刘池阳，2003；胡宗全等，2001；刘云田和杨少勇，2005；杨忠芳和陈岳龙，1997；杨守业和李从先，1999；易定红等，2010)，各种方法均可以获得多方面的物源地质信息。前人采用了上述多种方法对柴达木盆地不同时期、不同区域的沉积物源进行探讨，获得了丰富的成果。例如和钟铧等(2001a)采用重矿物分析方法研究了大煤沟剖面沉积源区岩石类型的变化，以ZTR指数变化将中生代盆地划分出了不同的构造演化阶段；王艳清等(2012) 从重矿物组合、轻矿物组合、稀土元素分配和古水流恢复等方面系统分析了柴达木盆地西部渐新世物源方向，确定了阿尔金东段物源、阿尔金西段物源、阿拉尔物源等6大物源体系。但之前的学者们多针对小区块、典型剖面进行分析，还未见到从全盆地范围研究路乐河组物源体系的先例。

本文基于野外和钻井资料，采用重矿物组合、ZTR指数、重矿物稳定系数、岩屑组分分析等手段系统分析了柴达木盆地路乐河组沉积体系的分布范围、特征，讨论了各物源体系母岩的岩石类型。通过对比分析重矿物在连井剖面及平面上的变化规律，有效反映物源区的多种地质特征，为研究区沉积体系的精细划分、原型盆地恢复以及盆地构造演化提供依据。

2 区域地质背景

柴达木盆地位于青藏高原东北隅，是具有巨厚新生代沉积的山间盆地(图 1)。盆地周缘被西北部的阿尔金走滑断裂，东北部祁连山-南山逆冲断层带，南部的东昆仑山以及西部的祁漫塔格逆冲断层带所围限，具有特殊的盆-山构造格局(陈宣华等，2010)。盆地大致呈NWW向不规则菱形，面积约12.1×10⁴km²(刘云田和杨少勇，2005)。柴达木盆地是印支运动以后发育起来的中、新生代含油气盆地，内部地质条件复杂，多级构造发育，具有多沉积物源、岩相复杂多变和构造活动频繁的特点。盆地的形成演化一直是青藏高原发育历史中一个未解决的重大问题，多名学者对此做了大量的工作，也获得了许多不同认识(罗群，2008；Yin et al., 2002；孟庆任，2009)。柴达木盆地保存了较完整的中-新生代沉积地层，总厚度3~16km, 平均为8km，新生代依次划分出了路乐河组、下干柴沟组、上干柴沟组等八套沉积地层。路乐河组所处时代为古新世-始新世，是盆地在燕山末期构造运动基础上，遭受差异剥蚀后沉积的第一套地层，具明显的“填平补齐”特征。虽然该组地层在全盆地广泛发育，但各区厚度变化较大，为1400~100m。这一时期盆地发育冲积扇、辫状河、湖泊等多种沉积相，盆地边缘普遍存在大面积的冲积扇相沉积。

① 青海油田.2005.柴达木盆地地震地质统层综合研究报告

3 岩屑特征

路乐河组底部普遍发育棕色、棕红色或者杂色的砾岩、砂砾岩。砾石分选磨圆较差，成分复杂。向上碎屑颗粒粒度变细，主要发育砂砾岩和砂泥岩的互层沉积。本次研究采集了来自野外露头和探井岩心的多个岩石样品(图 2a, d, g)，样品的鉴定结果表明路乐河组砂岩主体为岩屑砂岩，岩屑类型丰富(图 2b, c, e, f, h, i)。砂岩碎屑颗粒大小不等，分选中-差，胶结类型主要是基底式、孔隙式和接触式胶结，岩石学特征反映了沉积物近物源快速堆积的特点。

砂岩中岩屑可以反映源区母岩岩石组合，常见的岩屑类型有变质岩岩屑(如片岩岩屑、千枚岩岩屑、变质石英岩岩屑等)，岩浆岩岩屑(如基性喷出岩岩屑、花岗岩岩屑等)以及沉积岩岩屑(如粘土岩岩屑、燧石岩屑、碳酸岩盐岩屑等)。盆地中不同区域路乐河组砂岩岩屑表现出不同类型，结合区域位置(图 1)总体的特征为：

(1) 柴达木盆地东北部祁连山前，昆特依地区主要是花岗岩、变质石英岩、砂岩岩屑；冷湖一至四号主要是基性喷出岩、片岩、变质石英岩、燧石岩屑；冷湖五至七号主体为石英岩、花岗岩、片岩岩屑；驼峰山地区主要是千枚岩、片岩、长英岩岩屑；马海地区主要是砂岩、花岗岩、片岩、石英岩岩屑；南八仙主要有硅质岩、片岩、石英岩岩屑；北陵丘-南极星主要有燧石岩、石英岩、中性岩浆岩岩屑；红山地区主要有板岩、片岩、花岗岩、变质石英岩岩屑。

(2) 盆地西北部阿尔金山前，鄂博梁-碱山地区主要是花岗岩、片岩岩屑；尖顶山、月牙山地区主要有变质石英岩、泥岩、花岗岩岩屑；咸水泉地区主要是碳酸盐岩、石英岩、千枚岩、结晶岩岩屑；狮子沟地区主要为千枚岩、片岩、泥岩、花岗岩岩屑；七个泉-红柳泉地区主要是片岩、安山岩、泥岩岩屑。

(3) 盆地西南部昆仑山前，跃进-油砂山地区主体为石英岩、千枚岩、正长岩岩屑；切克里克地区主要是花岗岩、板岩、少量碳酸盐岩岩屑；东柴山地区主要是千枚岩、板岩、花岗岩岩屑；黄石、弯西地区主要为片岩、变质石英岩、碳酸盐岩等岩屑。

4 重矿物分析

重矿物是有效判别物源方向和分区的手段。第三系沉积时代较新，受到温度、埋深变化的影响较小。路乐河组采用重矿物法可以获得较为准确、可靠的结果。本次研究在全盆地内选取了74口具有路乐河组岩心的探井，并从中采集了大量的重矿物样品进行处理和分析。样品处理过程为：对样品进行破碎，除油，酸化处理，随后水洗、烘干，采用重液将重矿物分离；提取出0.063~0.25mm的混合粒级(可以基本代表整个岩石特征)的重矿物，在岩相偏光显微镜下鉴定。统计数据显示含量相对较高的重矿物有锆石、电气石、石榴石、磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿、榍石、金红石、白钛矿、十字石、绿泥石、帘石、角闪石、辉石等。个别地区可见含量较少的符山石、黑云母、萤石、蓝晶石、刚玉等。

根据前人重矿物稳定性分类(岳艳，2010)，将本次研究中鉴定出的重矿物类型进行分类如表 1。

4.1 重矿物组合特征

重矿物组合方法可以有效推测物源的方向。盆地内重矿物组合具有明显的分区性展布规律。将盆地中多个重点地区(图 1)的重矿物数据予以归纳分析，可划分出11个主要的区域(a~k)，其中a~e区位于盆地东北部，f~h区位于盆地西北部，i~k区位于盆地西南部。每一个区域都具有特征的重矿物组合，可以表征该区的物源特征。

a区：红山，包括红山1井、红山参2井等，主要重矿物组合为磁铁矿-石榴石-白钛矿-锆石(图 3a)。

b区：北陵丘-南极星，包括北1井、星1井、园丘1井等，主要重矿物组合为磁铁矿-石榴石-绿帘石-锆石(图 3b)，以高的不稳定矿物绿帘石而区别于a区。

c区：马海-南八仙，包括仙3井、马北1井等，主要重矿物组合为磁铁矿-石榴石-锆石-绿帘石(图 3c)，主体与b区相似但是以几乎无绿泥石而有别于b区。

d区：冷湖五-七号-驼峰山，包括冷七2井、驼南1井等，主要重矿物组合为磁铁矿-石榴石-白钛矿-锆石(图 3d)。

e区：昆特依-冷湖一-四号，包括昆1井、潜深6井等，主要重矿物组合为绿帘石-磁铁矿-石榴石-角闪石(图 3e)，该区以大量的不稳定矿物绿帘石和角闪石而区别于d区。

f区：鄂博梁-碱山，包括鄂Ⅰ2井、碱1井等，主要重矿物组合为锆石-白钛矿-磁铁矿-石榴石(图 3f)，该区以丰富的锆石含量而区别于e区。

g区：尖顶山-咸水泉，包括尖3井、月3井、咸7井，主要重矿物组合为磁铁矿-白钛矿-硅灰石-石榴石(图 3g)，该区以富集硅灰石而区别于f区。

h区：狮子沟-红柳泉，包括狮35井、柴3井、红41井等，主要重矿物组合为磁铁矿-白钛矿-绿帘石-角闪石(图 3h)，该区以多不稳定矿物绿帘石和角闪石而有别于g区。

i区：油砂山-跃进，包括砂探1井、跃127井等，主要重矿物组合为磁铁矿-锆石-赤铁矿-白钛矿(图 3i)，该区铁矿、钛矿含量极高而不稳定矿物少见。

j区：昆北-东柴山，包括切13井、绿参1井、东2井等，主要重矿物组合为磁铁矿-锆石-白钛矿-赤铁矿(图 3j)，该区与i区性质相似但电气石含量增多，不稳定矿物极少。

k区：黄石-弯西，包括黄2井、弯参1井，主要重矿物组合为磁铁矿石-硅灰石-锆石-赤铁矿(图 3k)，该区以硅灰石含量占较大比例而区别于i、j区。

研究表明，柴达木盆地东北部磁铁矿、石榴石分布广泛，含量较高；西北部磁铁矿、白钛矿分布较占优势；而西南部磁铁矿、锆石含量较高。对比柴达木盆地区域位置图(图 1)发现赛什腾山前和阿尔金山前不稳定重矿物绿帘石含量较高，代表搬运距离短的近源沉积；其中北陵丘-南极星地区以多种不稳定矿物(绿泥石、绿帘石、角闪石)均有较高含量而最为典型。红山地区以及昆仑山山前的三个区域(i~k区)稳定重矿物含量占绝对主导地位，代表搬运距离较长的远源沉积。对于全盆地而言，白钛矿、赤铁矿、褐铁矿等代表强烈氧化条件的重矿物占据主导地位，可能与当时干旱氧化的气候环境或者水体范围较小有关。

4.2 重矿物稳定性

重矿物稳定系数为稳定的重矿物相对含量与不稳定的重矿物相对含量之比(吴朝东等，2005；周建文等，2002)。一般来说稳定重矿物抗风化能力强，分布广，远离母岩区含量相对升高(王秋良等，2009)，随着搬运距离的增加稳定重矿物含量升高，系数增大，所以稳定系数可以较好地反映沉积物搬运距离的远近。根据重矿物样品获得的数据，除去自生和次生重矿物，本次研究所采用的碎屑重矿物稳定系数=(锆石+电气石+石榴石+磁铁矿+榍石+金红石+白钛矿+十字石+蓝晶石+刚玉+萤石)/(黑云母+绿泥石+绿帘石+黝帘石+角闪石+透闪石+辉石+红柱石+硅线石)。全盆地的稳定系数一般为3~60，平均值约为9，整体呈现由盆地边缘向盆内数值明显增大的规律。尖顶山-月牙山-咸水泉、红山以及昆北地区稳定系数普遍较高，表明这些区域沉积物搬运距离较远。

ZTR指数是锆石、电气石、金红石在透明矿物中所占的比例，是判别碎屑岩成分成熟度的一种主要方法，其值越大成熟度越高(朱筱敏，2008)。矿物的成熟度受搬运距离、成岩作用及古构造等多方面因素影响，对其进行系统研究，可以指示沉积搬运距离和物源方向，也可反映不同时期的古构造和古气候的变化(和钟铧等，2001a)。全盆地重矿物ZTR指数具明显的变化规律，也由盆地边缘向内部递增。昆北-东柴山、油砂山-跃进以及红山地区ZTR指数最高，平均数值均大于25；其余靠近盆地边缘的地区ZTR指数平均为6，极不稳定的角闪石、辉石含量较高。

在柴达木盆地的东北部和西部地区分别各选取两条典型的连井剖面(图 1)，将其ZTR指数和重矿物稳定系数进行对比分析(如图 4)。结合二者的变化趋势以及剖面方向，可以看到ZTR指数和稳定系数由盆地边缘向盆地中心均有不同程度增大的现象。尽管重矿物指数增加的幅度存在差异，但总体来看二者变化的趋势基本呈正相关性，表现沉积物具有成分成熟度增加的特征，揭示柴达木盆地路乐河组物源是来自于盆地边缘的多个方向。连井剖面重矿物指数的变化在区域内一定程度地反映了搬运的方向和搬运距离，比如AA’剖面ZTR指数值和稳定系数值从较大的大数值变到近乎为0且变化速率很快，可以推测该地区物源供给方向大致与该剖面方向一致并且搬运距离也与该剖面的长度相似。综合几条剖面两类重矿物系数数值的变化大致可以判断，从盆地周边物源区剥蚀的沉积碎屑进入盆地的搬运方向应该与这几条剖面的方向基本一致。

5 讨论 5.1 母岩类型及物源体系划分

重矿物特征与母岩性质有着密切的关系，能够较好地反映物源区母岩的特征，其类型及组合是了解沉积物搬运距离和母岩岩性变化极为有利的线索和指示剂(Morton and Hallsworth, 1999；Eynatten and Gaupp, 1999；和钟铧等，2001b；Pettijohn et al., 1987)。基本原理是不同类型母岩的碎屑沉积物中重矿物组分及含量存在差异。一般来说，母岩为酸性岩浆岩的区域富集晶型完好的榍石、锆石、黑云母、磷灰石、电气石、锡石等；母岩为基性火山岩的地区有大量的磁铁矿，少量钛铁矿、辉石和角闪石；母岩是变质岩区域富集蓝晶石、夕线石、石榴石、绿帘石、十字石；沉积岩中富集磨圆较好的锆石、金红石、石榴石和电气石(朱筱敏，2008)。相同或者相似重矿物组合可以表征出相同的母岩区，为判别物源区位置、盆地形成以及沉积和构造活动提供线索。

母岩岩屑是母岩岩石的碎块，是保留着母岩结构的矿物集合体, 因此岩屑是提供沉积物来源类型的直接标志(朱筱敏，2008)。样品的岩屑鉴定结果可以为母岩岩性、物源划分研究提供可靠证据。

本次研究利用重矿物组合与母岩岩性之间的相关规律，结合全盆地不同区域的岩屑特征，恢复出全盆地具有不同重矿物组合和岩屑特征的11个区域的母岩类型，具体分析如表 2所示。根据母岩类型、重矿物类型、ZTR指数和稳定系数在平面上展布特征进行综合分析，认为柴达木盆地发育11个相对独立的物源体系(盆地北部3个、东北部5个、西南部3个，图 5)。

柴达木盆地普遍具有高磁铁矿、高石榴石的特点，母岩主要为岩浆岩和变质岩。祁连山前由北向南五个物源区域(a-e区)，磁铁矿、石榴石和锆石在重矿物中占主要地位，母岩以岩浆岩+变质岩以及岩浆岩+变质岩+沉积岩为主；阿尔金山前东段重矿物特征为锆石-白钛矿-石榴石-绿帘石的组合，反映物源区母岩为变质岩+岩浆岩；阿尔金山前西段重矿物组合特征为白钛矿-硅灰石-石榴石-锆石组合，也存在碳酸盐岩岩屑，反映物源区母岩有沉积岩+岩浆岩+变质岩，类型较为多样。狮子沟-红柳泉地区不稳定重矿物角闪石和绿帘石含量较高，母岩类型也涵盖了三大岩类。昆仑山前由西向东三大物源区(i-k区)重矿物组合特征为锆石-白钛矿-石榴石-绿帘石、锆石-白钛矿-石榴石-电气石、硅灰石-锆石-石榴石-白钛矿，反映物源区母岩分别为岩浆岩+变质岩、混合岩性、混合岩性。

5.2 物源体系特点

分别在路乐河组11个物源体系内对多口井做连井剖面分析(方法如图 4所示)。经过对各物源区内多个方向连井的数据对比，归纳了ZTR指数和稳定系数变化一致并且变化幅度较大的剖面，综合分析确定了各物源区沉积物的搬运方向(如图 5双箭头所示)。整体来看，沉积物供给方向均由盆地边部朝向盆地中心，但各物源区域物质供给的方向并不相同，说明盆地在路乐河组沉积期存在多个不同方向的古水流体系。

对各物源区重矿物数据进行平均值计算的结果表明：柴达木盆地西南部以及红山地区平均ZTR指数较高，主要在26之上；红山、尖顶山-月牙山-咸水泉、昆北-东柴山、黄石-弯西四个地区重矿物稳定系数相对很高，均在15以上(图 5)。两种指数在部分地区指示的结果并不完全统一。分析认为尖顶山-月牙山-咸水泉地区以及鄂博梁-碱山地区异常高的ZTR值，可能是由于锆石含量相对过高以及数据相对较少形成误差造成的。根据重矿物变化的展布方向以及不稳定重矿物所占比例，结合古构造可以间接了解物源影响的范围。昆仑山前物源较长、成分和结构成熟度较好，几乎少见不稳定重矿物；阿尔金山前物源较近，成分和结构成熟度较差，不稳定重矿物含量相对较多；祁连山前物源中等，但五个物源区重矿物稳定性、组合以及展布范围均有较明显差异。如红山地区物源较远，多稳定重矿物，而北陵丘-南极星地区沉积物源区域较近，绿帘石、绿泥石、角闪石等不稳定重矿物所占比例较大。

5.3 沉积构造响应

重矿物保留了与沉积环境和构造运动相关的许多信息, 通过对这些信息的提取和研究, 可反演盆地构造与沉积的响应关系(冉波等，2008)。在路乐河组沉积时期，除了红山和昆仑山前区域，盆地整体呈现ZTR指数较小(平均值为18)、重矿物稳定系数和成熟度较低的特征，表明盆地当时发生强烈的构造活动。结合全盆地砾地比分析(砾石的累计厚度与地层总厚度之比)以及沉积相研究(付玲等，2012)推测盆地受到构造运动的影响，发生山体抬升，和快速剥蚀充填沉积，物源具有距离近、沉积物供给充足的特点。结合多个物源区同时期共同存在的特征，推测当时盆地周边与现今相似，存在多个山体。根据沉积区域范围推测古-始新世盆地面积较现在的大，在昆仑山前最为显著，当时的盆地边界应该在现今昆仑山的西南部。这与孟庆任(2009) 研究认为古近纪时柴达木盆地与库木库里盆地甚至苏干湖盆地都是连为一体的观点基本一致。但本次研究苏干湖地区数据资料较少，目前的数据仅说明苏干湖地区与冷湖五-七号-驼峰山地区(b区)具有相似的重矿物组合(磁铁矿+绿帘石+白钛矿+锆石)，所以无法定论是否与苏干湖盆地相连。

6 结论

(1) 柴达木盆地路乐河组沉积显示了多物源体系的特征，根据重矿物组合、ZTR指数和稳定系数，结合岩屑特征划分出11个主要的沉积体系，其中，盆地东北部5个，西北部3个，西南部3个。

(2) 柴达木盆地周缘路乐河组地层中的重矿物稳定性低，不稳定组分含量高，岩石结构和成分成熟度中-差，说明盆地在古-始新世经历了近物源快速堆积。

(3) 祁连山南部、昆仑山前等多个地区重矿物稳定系数、ZTR指数较高，说明沉积物经历了较长距离的搬运，沉积物源较远。推测古-始新世盆地面积应该较现今的更大，盆地边界在现今昆仑山的西南部。

(4) 不同物源区搬运距离的长短也反映不同沉积边界的古地貌特征。如昆仑山前为缓坡区，沉积相带相对较宽；阿尔金山前为陡坡区，沉积相带相对较窄。

致谢 在成文过程中青海油田勘探开发研究院张永庶、谢梅，杭州院的黄革萍、王艳清等多名专家提供了许多宝贵意见和资料，特此表示感谢。