多年勘探实践表明，鄂尔多斯盆地蕴含丰富的石油、天然气、煤炭等资源^[1]。目前，在盆地北部进行了较为系统的沉积相、层序地层等方面的研究并先后发现了苏里格、乌审旗、大牛地等大型气田^[2]，形成了“南油北气”的局限认识，制约了盆地东南部天然气资源的利用。近年来，随着勘探的不断发展进步，盆地东南部石炭系本溪组、二叠系山西组和石盒子组发现了大型气田^[3]，其中二叠系山西组2段为重要的富气层位，因此，加强盆地东南部基础地质研究尤其是沉积、层序方面的深入剖析对于本区下一步勘探、开发具有重要指导意义。

目前，人们对鄂尔多斯盆地北部及西南部的研究较为成熟，主要表现为：1) 对盆地北部、中部地区沉积相与沉积体系进行了系统研究^[4-7]；2) 对盆地北部物源进行了详细研究，并对区内重矿物、岩屑等分区进行对比^[8]；3) 对盆地西南部上古生界层序地层进行研究^[9-10]。近年来，鄂尔多斯盆地东南部发现了延长大型气田，区内单井日产气量较高，最高可达数十万方，具有巨大的天然气开发潜力。前人对盆地东南部成藏特征^[11]、成岩体系^[12]、储层特征^[13]等进行了初步的研究，但对沉积相及沉积特征缺乏精细的刻画与描述，亟需对其进行系统的研究补充，指导区内天然气的进一步勘探开发。

此次研究以鄂尔多斯盆地东南部山西组2段为研究层位，结合对重矿物，岩屑组分、砂岩岩屑分区评价及阴极发光特征，明确山2段沉积物来源；通过岩芯、岩石薄片、粒度概率曲线等对曲流河三角洲沉积结构特征、粒度特征及沉积构造进行详细研究，明确平、剖面上砂体展布规律，并最终建立盆地东南部山2段沉积模式，为盆地东南部天然气勘探开发工作提供坚实的理论基础，指导后续天然气勘探开发。

1 研究区地质概况与地层划分 1.1 构造概况

构造单元上，盆地西以贺兰山断褶带、六盘山弧形逆冲构造带为界且与阿拉善地块相邻，北与古阴山褶皱造山带相接，东以离石断裂为界，西南则为秦祁复合型造山带所限^[14]。根据现今构造形态、盆地演化史及构造特征，盆地内可分为六个二级构造单元，中部为陕北古坳陷(伊陕斜坡)，东部为晋西挠摺带，西部依次为天环凹陷、西缘冲断带，北部为伊盟隆起，南部为渭北挠褶带^[15](图 1)。

研究区位于鄂尔多斯盆地东南部，构造单元上位于陕北古坳陷西南部及与中央古隆起交界部位，现今构造为一简单的西倾大单斜，总体地形较为平坦，古地形坡度较缓^[16]。地层整体东南部较厚，东北部次之，西部最薄，南北差异较小，除局部一些小的鼻隆构造外，未见其余构造特征^[17]。

1.2 地层划分

盆地内上古生界发育地层为上石炭统本溪组、下二叠统太原组、下二叠统山西组以及中二叠统石盒子组(图 2)。研究区本溪组岩性主要为碎屑岩、铝土岩及少量灰岩；太原组以灰岩发育为主要特征，局部可见灰色—灰黑色泥岩、砂质泥岩及薄煤层；山西组发育于太原组之上，包括山2段和山1段，其中山2段在下、山1段在上，泥岩呈深灰色、灰黑色，砂岩则以灰绿色粉砂岩、粉细砂岩为主，煤层发育较为广泛，山西组地层东厚西薄，北厚南薄；石盒子组分为上石盒子组与下石盒子组，下石盒子组底部为一套“骆驼脖子砂岩”，是石盒子组与山西组的分界标志，上石盒子组石主要为紫红色泥岩与砂质泥岩互层，泥岩颜色变化较大^[18-19]。

2 物源分析

物源对沉积物的展布与沉积环境的演化具有非常重要的作用。沉积物在搬运、沉积过程中，受搬运介质、搬运方式的影响，其矿物成分、化学特征及成分组合等会发生改变，因此，明确物源体系的方法较多。常用的物源分析方法包括重矿物、古流向、地球化学元素、碎屑岩分析等方法^[20]。本文主要采用重矿物与碎屑组分分析的方法，明确研究区物源体系分布。

2.1 重矿物特征

研究区常见的重矿物有六种，分别为电气石、锆石、金红石、白钛矿、石榴子石及磷灰石，根据稳定性的不同，可分为极稳定、较稳定及不稳定三类(表 1)。

选取研究区山2段15口井进行重矿物组分分析，结果表明，研究区内山2段沉积物主要来自北部与南部(图 3)，其中：

(1) 研究区北部重矿物组合主要为“锆石+电气石+金红石+白钛矿+磷灰石”，无其余重矿物分布；南部重矿物组合主要为“锆石+电气石+金红石+白钛矿+磷灰石”，其次为“锆石+石榴子石+金红石+白钛矿+磷灰石”。

(2) 山2段重矿物分布呈北、中、南三分的趋势，北部白钛矿含量最高，锆石与金红石次之，南部锆石含量较高、白钛矿、金红石含量次之。

(3) 研究区稳定重矿物分布呈由南、北部向中部增加的趋势，可见极稳定重矿物随着搬运距离的增加其百分含量亦增加。

重矿物百分含量研究表明北部向中部、南部的搬运方向较为明确，南部向中部搬运方向亦较为明确。表明研究区山2段沉积物来自于不同物源区。

2.2 岩屑组分特征

岩屑类型与含量可反映物源区岩性、风化类型及搬运距离的远近，不同物源区的岩屑类型与各类岩屑的相对含量必然存在差异^[21]。

研究区岩屑主要有岩浆岩岩屑、变质岩岩屑、沉积岩岩屑三类，总体表现为变质岩岩屑含量极高、沉积岩岩屑与岩浆岩岩屑较低的特征。岩屑含量按分布特征可分为三个区：西北区、东北区、南区(图 4)。

西北区变质岩岩屑含量最高，平均可达86%，呈从西北向中部逐渐减少的趋势，沉积岩岩屑与岩浆岩岩屑含量很少或不含。东北区变质岩岩屑含量亦最高，呈向中部减少的趋势，岩浆岩岩屑含量很少，石湾地区沉积岩岩屑含量较高，其余地区无沉积岩岩屑。

南区岩屑主要为变质岩岩屑，其含量也呈向中部延安—川口地区减小的趋势。与北部岩屑含量相比，南部岩浆岩岩屑含量较高，沉积岩岩屑则很少，且两者含量极不稳定，反映出沉积物离物源较近。

研究区延安以北与以南岩屑相对含量及成分差异较大，表明南、北沉积物来自不同的物源体系，即存在南、北两大物源分区。

2.3 砂岩碎屑组分特征

陆源碎屑是大陆风化—沉积旋回的产物，砂岩碎屑组分可以记录沉积物的母岩组合、改造强度、沉积环境等信息。因此，其是反映物源的重要标志^[22]。沉积物沉积过程中，随着沉积物搬运距离的增加，砂岩中稳定组分(石英)的含量增高，而不稳定组分(岩屑、长石)的含量降低^[23]。因此，根据砂岩碎屑组分含量的变化即可对沉积物物源进行分析。

对研究区46口取芯井180张岩芯薄片分析资料统计，鄂尔多斯盆地东南部山2段主要由石英砂岩、岩屑石英砂岩、岩屑砂岩组成(图 5)，砂岩碎屑组成可见明显的区域性特征。根据重矿物及岩屑特征将研究区分为三个区域，分别研究区域内砂岩碎屑变化情况，可得：

(1) 西北区砂岩碎屑组分主要以岩屑及石英为主，长石很少。石英含量呈由北西向中部增加的趋势，岩屑含量则逐渐减少，表明沉积物向中部趋于稳定，存在从定边到志丹方向的物源。

(2) 东北区砂岩碎屑亦以岩屑及石英为主，长石含量很少，石英所占百分比呈从北东向中部增加的趋势。

(3) 南区砂岩碎屑以石英、岩屑居多，长石很少，且石英含量呈从南部宜川、洛川等地向中部延安—延长增加的趋势，表明沉积物从南部向中部搬运并沉积。

根据以上砂岩碎屑含量及变化趋势，表明研究区沉积物分别从北西、北东以及南部向中部搬运沉积，存在南、北向两大物源分区。

2.4 阴极发光响应

沉积物碎屑中石英、长石等的阴极发光性差异对判断物源非常有效^[24]。碎屑沉积物中，石英颗粒的阴极发光可分为三类：1) 具蓝、紫色阴极发光，主要形成于深成岩；2) 具棕色、红棕色阴极发光，形成于区域变质岩；3) 不具有阴极发光，为成岩过程中形成于自生石英^[25]。在研究区80块阴极发光样品中挑选出山2段样品分西北部、东北部及南部进行研究。

(1) 研究区西北部石英颗粒以发棕色、棕褐色光以及不发光为主，反映主要形成于区域变质岩及成岩过程中形成的自生石英；泥岩发靛蓝色光，方解石斑点状分布且发明亮的橙黄色光，表明为溶蚀孔洞中充填的方解石(图 6a)。

(2) 研究区东北部石英颗粒以发棕—褐色光为主，反应主要形成于区域变质岩中；方解石发橙色—橙黄色光且呈斑状分布，反映主要充填于溶蚀孔洞或粒间胶结而成，岩屑高岭石化，发靛蓝色光(图 6b)。

(3) 研究区南部岩石胶结较为致密，石英颗粒发蓝色光，反映主要形成于深成岩及区域变质岩；长石发蓝绿色光，方解石斑状分布且发亮的橘黄色光，为构造裂缝或不规则缝洞中充填的方解石(图 6c)。

经对比，研究区南、北阴极发光特征存在差异，反映出南、北沉积物来源于不同物源体系，进一步印证了鄂尔多斯盆地东南部山2段沉积物为南、北双物源供源的特征。

3 三角洲沉积体系沉积特征

研究区山2段以曲流河三角洲前缘亚相沉积为主。三角洲前缘为三角洲沉积的主体部分，是三角洲进入水下的沉积，微相主要包括水下分流河道、水下分流间湾、水下漫溢砂及河口坝等。

3.1 沉积结构特征

沉积岩颗粒的性质、大小、形态及其相互关系即为沉积结构。分选是指粒度分布的集中程度，粒度分布越集中则分选越好，其主要反映搬运距离的远近与沉积速率的快慢。磨圆是指颗粒原始棱角被磨圆的程度，其随搬运距离与时间增加而增高^[26]。

研究区山2段碎屑颗粒分选中等—偏好，磨圆较好，次圆状为主，少数为棱角状—次棱角状，反映沉积物在沉积时搬运距离较远，以远源沉积为主。此外，山2段镜下可见颗粒之间接触较为紧密，以缝合线接触、颗粒接触为主，部分为杂基接触(图 7)，表明水动力中等—较强，和碎屑颗粒同时沉积的杂基被淘洗冲走，碎屑颗粒之间接触紧密。

3.2 沉积构造特征

沉积构造是沉积物各个组成部分之间的分布及排列方式，不同沉积类型及相带，沉积特征各异。

研究区水下分流河道岩性主要为灰白色中粗砂岩，沉积构造以槽、板状交错层理叠置发育为主，岩相主要为槽状交错层理砂岩相(St)、板状交错层理砂岩相(Sp)，反映河道不断冲刷充填的沉积过程；河口坝主要特征为沉积较快，分选较好，岩性主要为细砂岩、中细砂岩，砂质较纯，层理主要为板状交错层理及浪成交错层理，岩相主要为板状交错层理砂岩相(Sp)，为单向强水动力条件下沉积而成；水下分流间湾岩性主要以粉砂岩及泥质粉砂岩、泥岩为主，可见植物碎屑分布，层理主要为水平层理，部分可见透镜状层理及浪成波痕，岩相为水平层理粉砂岩相(Fh)，反映水动力较弱、沉积速率较缓慢的沉积环境。沼泽主要以泥岩、煤发育为特征，有机质含量较高，可见大量植物碎屑分布，分选较差，岩相主要为泥岩相(M)(表 2)。

3.3 粒度特征

粒度概率曲线可以反映沉积物沉积时的地理条件、水动力条件、搬运方式等特征^[27]。在研究区180块岩芯薄片中筛选出山2段薄片利用薄片法进行粒度分析。

水下分流河道是三角洲平原水上分流河道入水部分，沉积物以砂岩为主，泥质很少。在研究区可识别出两种概率粒度曲线类型：1) 三段式(图 8a)。由跳跃总体、悬浮总体及过渡段组成，其中，跳跃总体含量40%~50%，斜率65°左右，跳跃总体与过渡段的交点为3.3~3.75 ϕ，反映水动力较强的特征；过渡段含量30%~40%左右，斜率较跳跃总体缓，可达57°，与悬浮总体交切点粒径可达3.65~3.76 ϕ；悬浮总体含量较少，小于30%，反映水动力逐渐降低；2) 四段式(图 8b)。可识别出跳跃与悬浮两种搬运方式，其中跳跃总体由斜率较低的三段式组成，占80%左右，斜率从30°~60°，反映水动力条件较强，对沉积物搬运营力较大但不稳定，分选磨圆均较差。

三角洲前缘河口坝微相水动力条件较为复杂，与水下分流河道相比，分选较好，概率粒度曲线呈现两种类型：1) 两段式(图 8c)。粒度概率曲线以跳跃总体为主，且斜率较高，可达70°以上。悬浮总体含量较少，与跳跃总体交切点粒径为2.85 ~3 ϕ之间；2) 三段式(图 8d)。跳跃总体由两段构成，斜率较大，可达50°~65°，含量较高，与悬浮总体交切点处粒径为3.375 ϕ。这两种粒度概率曲线类型反映河口区坡度大、沉积快、水动力条件复杂、分选好的特点。

3.4 砂体展布 3.4.1 平面上

砂体在平面上的分布主要受控于物源、沉积相、水动力条件等。研究区山2段砂岩厚度差异较大，砂厚最小者仅为0.05 m，最大可达35.25 m。受南北物源共同影响，山2段砂体主要沿南北向展布，砂岩最厚者主要集中于研究区南部、北部及中部安塞、志丹、甘泉等地。北部砂体以子长、清涧、安塞、延川等地较厚，且呈南北向带状分布；南部黄陵、富县、黄龙等地因距物源较近，故砂体发育较厚。相带上，山2段砂体以曲流河三角洲水下分流河道、河口坝微相较厚，水下分流间湾、沼泽等微相砂体较薄，一般小于6 m(图 9)。

3.4.2 剖面上

选择研究区山2段顺物源方向与横切物源方向的两条剖面，对不同体系域内砂体形态及其叠加展布样式进行分析。

东西向剖面过A1、A2、A3、A4、A5以及A6共六口井，剖面位于中偏北部延安—延长一带，其沉积物主要受北部三角洲供源(图 10)。剖面中A2井、A3井及A5井砂体发育较好，砂体多以不对称型为主，连通性较好且相互叠置。砂体主要可分为三类，分别为水下分流河道砂体、河口坝砂体以及漫溢砂。水下分流河道砂体及河口坝砂体主要发育在A2井、A5井周围，相互叠置；漫溢砂发育较多且主要在A2井、A4井、A5井以及A6井周围，反映此时水流较大，漫溢于河道之间；此外，因距南、北物源均较远，沉积物供应较少，煤层大量发育。

南北向剖面位于研究区中东部，受南北物源共同供源，剖面过五口井(图 11)。剖面上砂体以B1井、B4井及B5井砂体发育较好且相互叠置，主要原因为距物源较近，沉积物供给充足。同时，山2段砂体由南、北向中部聚集，反映水动力较强且从南、北向中部汇聚。煤层亦较发育，主要沉积环境为沼泽或水下分流间湾，沉积物较少且适宜植物生长，可见植物化石分布。

总体来说，研究区山2段砂岩发育较厚，形成了天然气富集提的良好储层，从而为形成大型天然气藏提供了基础条件。

4 沉积模式建立

鄂尔多斯盆地晚古生代时期的充填与演化建立在贺兰坳拉槽的复活与基底沉降的基础上。盆地演化至下二叠统山西沉积时，盆地北部不断隆升，华北地台从海盆向湖盆转化，周缘构造活动开始分化并重组，从而导致盆地内侵蚀速度加快，北部碎屑物源不断增加，河流不断向南推进^[28]。山2段沉积时期，研究区内属于远物源沉积，盆地内沉积物除受北部物源供给之外，南部物源供给也持续增加，不断向北推进^[29]，此时，研究区整体以曲流河三角洲前缘沉积为主。

基于物源及曲流河三角洲沉积特征研究，建立早二叠世山2段沉积模式(图 12)，主要特点如下：

(1) 地形坡度较为平缓，研究区山2段为曲流河三角洲前缘沉积，且沉积主要受河流作用控制；

(2) 水下分流河道砂体为三角洲前缘主要砂体，规模较大，侧向连通性较好，河口坝较为发育，底部太原组灰岩基底发育。砂体形态部分呈鸟足状，剖面上砂体不对称型相互叠置，反映水动力中等—较强的特征；

(3) 南北物源在中部志丹—延安—延长一带虽未交汇但呈交汇趋势，可识别出冲积扇、曲流河三角洲平原，曲流河三角洲前缘，湖相等沉积亚相，其中，曲流河三角洲前缘可识别出水下分流河道、河口坝以及水下分流间湾等沉积微相。

5 结论

通过对鄂尔多斯盆地东南部山2段矿物学特征、重矿物分析、沉积特征剖析、砂体剖面对比和水动力条件进行研究，主要结论如下：

(1) 研究区重矿物主要以锆石、金红石，电气石以及白钛矿为主，稳定重矿物分布呈由南、北两部向中部增加的趋势；岩屑组分表现为变质岩岩屑含量极高，沉积岩岩屑与岩浆岩岩屑较少，且南、北岩屑组分特征各异；砂岩碎屑主要为石英及岩屑，长石很少，且南、北变化特征不同；南、北石英、方解石等矿物阴极发光特征存在明显差异。结合上述对重矿物、岩屑组分、砂岩碎屑以及阴极发光响应的研究，认为鄂尔多斯盆地东南北山2段主要受南、北物源共同供源。

(2) 研究区山2段碎屑颗粒分选中等偏好，磨圆较好，颗粒之间接触紧密，反映水动力较强，属远源沉积；识别出水下分流河道、河口坝各两种粒度概率曲线，水下分流河道主要为三段式式及四段式，且主要由跳跃组分组成，反映水动力较强，河口坝为多两段式及三段式两种，跳跃总体占多数，但与水下分流河道相比，跳跃总体百分含量较少；沉积构造主要以板状交错层理、槽状交错层理以及平行层理为主，可见部分浪成交错层理，反映单向强水动力条件。

(3) 山2段砂体平面上南北向展布，以南部、北部以及中部安塞、志丹、甘泉等地最厚，分布主要受控于曲流河三角洲水下分流河道；横剖面上砂体主要为水下分流河道砂体、河口坝砂体及漫溢砂，横剖面上砂体主要为不对称型相互叠置，纵剖面上砂体叠置连通较好。，同时，砂体从南、北向中部汇集，反映了从南、北向中部汇聚的水动力变化。建立了鄂尔多斯盆地东南部山2段南北双源曲流河三角洲沉积模式。