鄂尔多斯山西组沉积环境分析

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[摘要]鄂尔多斯盆地在历史上经历了非常多的海陆变迁，受到多次海水的侵袭，关于太原组和本溪组的陆表沉积环境已经经历了多次的研究，并且已经达成了广泛的共识，但是对于海陆转换时期的山西组沉积环境的问题还存在着非常大的争议，基于此本文对鄂尔多斯山西组沉积环境进行分析。

[关键词]鄂尔多斯 山西组沉积 环境 地质分析

[中图分类号] F416.1 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2013）-10-73-2

随着我国对鄂尔多斯盆地的煤炭和油气探索的逐渐深入，发现对古代海盆向陆盆的转换过程有一个正确的认识，在对古地理格局、盆地沉积演化、不同气田的分布规律和成因等研究都具有非常重要的科学价值和意义。本文根据沉积构造、地层和古生物、岩性的特征、成岩的作用等地质依据，对鄂尔多斯山西组沉积环境进行分析。

1地区简介

鄂尔多斯盆地南面秦岭造山带，北邻兴蒙造山带，东以吕梁山为界限，西以六盘山-贺兰山为界限，属于华北地台西端的次级构造单元，盆地主要经历了晚古生代海陆过渡相沉积的近海盆地、海相沉积为主的陆表海盆地和陆相碎屑岩沉积为主的内陆坳陷湖盆的古地理演化的过程，从上而下分别发育了上二叠统石千峰组、上石盒子组， 中二叠统下石盒子组、下二叠统山西组和太原组、和上石炭统本溪组。其中山西组是以“骆驼脖砂岩”的底为顶界和下石盒子组成冲刷不整合接触和整合接触，同时又以“北岔沟砂岩”的底部为底界，和下伏太原组为区域冲刷不整合接触。根据沉积旋回和岩性的特征，将其划分成上部山一段和下部山二段，同时有分别将上段和下段分别分成山11、山12、山13和山21、山22山23六个亚段。

2判断山西组沉积环境的地质依据

鄂尔多斯盆地在不断演化的过程中，发生了非常大的变化，各个地区也受到了不同时期不同程度的海水影响，这对研究大规模海侵事件提供了参考依据。经过深入研究山西组沉积环境的评判标志，发现了海相沉积的记录仅在第二段保存下来，其他的地质的依据主要由下面几个方面体现出来。

2.1山西组地质环境中古生物的存在

经过考察研究证明，有海相地层发育在和盆地东部紧邻的山西境内，而且在山2段最为明显，此段层从上往下发育了三个由灰岩、硅质岩、含海相化石泥岩、含钙质泥岩组成的海相夹层，其中在陵川-晋城-平顺线路以南的位置含量最高，一般会出现3～4层含有海相生物化石的灰岩层，到了孟县-太原-离石一线以北的位置基本消失，从南往北海相地层的总体变薄。另外鄂尔多斯盆地的东部和山西吕梁地区共同属于三角洲沉积体系，在这个时期，海水可以侵入到盆地的本部，山西期过后，渭北和吕梁逐渐隆起，使得海水从盆地东南方的泄水口倾泻出去。同时，有非常多腕足类化石在乡宁甘草山剖面山西组底部的硅质岩石中被发现，另外还有非常多的牙形类化石、腕足类化石、蜓类化石在河南境内山西组下段被发现，在盆地东部榆48 井山2 段的泥岩中发现了棘皮类化石碎片，在盆地东部塔巴庙地区的大12井山、3井山2段中，出现了非常多的有孔虫和海百合的骨屑（如图1所示），在盆地东北部陕212井山2段的暗色泥岩中，发现了棘皮类化石和腕足类化石。其中腕足类化石属于蒙古扁平长身贝和太原网格长身贝两种，保存也相对完整。而且此类腕足类化石在晋洞南山组下段的灰岩中非常的多。以上古生物的发现，不管从异地潮流搬运还是生态环境原生沉积等方面，都可以证明盆地山2段有海相地层存在。

2.2山西组岩性的特点

在对盆地塔巴庙地区山西组下段的沉积环境进行研究时，通过对岩石学等方面的证据进行分析发现，山2段属于海相或者海陆过渡沉积环境。实际上，在盆地东部山2段以及整个盆地范围中，存在着非常多的类海环境的识别标志，一方面有不同程度的菱铁矿砂屑出现在山2段岩屑石英砂岩中，在使用对岩层进行分析后，证明菱铁矿中含有比较多的镁，而镁一般都来自于海水，另一方面此山2段出现非常多的结构和成分成熟度都比较高的石英砂岩，这主要是因为此区域在古时地形非常的平缓，稍微出现海水动荡，就会导致此区域范围中的海岸线发生迁移的情况，在不断受到潮汐作用后，就会形成横向连片性比较好的结构成熟和成分成熟的高石英砂岩。另外还有大量的铝土矿质泥岩被发现于塔巴庙区大6井山2段的底部，而沉积型铝土岩的主要成因是海洋，所以此泥岩应该属于海相成因，而且在我国大多数比较有名的铝土矿都出产于石炭二叠纪的海洋环境。

2.3沉积的构造情况

通过对盆地东部地区的乡宁甘草山、蒲县宋家沟、白水三眼桥、柳林成家沟、太原西山柳子沟等山西组剖面进行沉积研究发现了非常多的双向交错层理、潮汐层理、羽状交错层理等原生沉积构造。可以断定其和典型海相沉积环境的识别标志相关。山西组的沉积构造主要在山2段集中发育，另外，在山1段底部位置也发现了具有海相特点的羽状交错层理，从而可以判断出，在盆地的东部地区曾经受到过潮汐的影响，在华北地台不断的海退背景下，到山1期时，海水的控制程度和影响范围已经远远低于上一个时期。

2.4成岩作用的介绍

在盆地东部山2段分布了比较多的以方解石为主的碳酸盐胶结物，而且在榆林地区还产生了白云石高值区，并且和主要的胶结物高岭石共同组成白云石高岭石成岩区，此类白云石胶结物主要在三角洲平原和三角洲平原的前沿过渡带出现，有非常明显的沉积相带专属性，所以，碳酸盐胶结物的物质的出现和海洋沉积环境有非常大的联系，相对碱性的成岩介质为碳酸盐胶结物沉淀出现提供了非常好的环境。由于镁离子主要来源于海水，当海相碳酸盐矿物新生变形后，镁离子会渗入到成岩流体中，此时海相地层就会提供出包括白云石胶结物中物质来源在内的碳酸盐结构物质的主要来源，另外，在盆地东部大多数钻井的山2段都出现了泥晶白云岩岩屑和粉晶白云岩，而且在这类岩石的形成也需要使用比较多的镁离子，进而形成白云石矿物。

3使用地化指标判断山西组沉积环境

沉积环境可以使用地球化学标志反映出来，通过对三个野外剖面中泥岩样品和盆地南部、东部和西北部十三口钻井岩芯中的泥岩样品进行了矿物学和地化分析测试，从而对鄂尔多斯盆地晚古生代的的海陆过渡环境有了更深一步的论证。

3.1硼元素法的应用

通过利用黏土矿物成分和硼元素对古盐度进行计算，可以非常直接的对沉积环境进行判断。首先使用定量计算的方法对古盐度进行计算，然后利用经验公式进一步将计算的准确度提高，经过研究证明，在古盐度计算公式中，不仅对多种黏土矿物的存在和吸附能力的差别进行了充分的考虑，而且也排除了非黏土矿物的影响，有非常广泛的使用范围，所以，使用以下公式来对研究区的古盐度进行确定，其表达式为：

在公式中Sp为古盐度（ ‰） ，B*为“校正硼”含量。由于使用此公式需要对泥岩样品硼含量可以适用于古盐度的计算和校正，考虑到研究的泥岩样品中含有蒙脱石、伊利石高岭石等黏土的矿物，成分非常复杂，所以使用下面这个公式对“校正硼的含量进行计算”，具体的计算公式为：

在公式中xi、xm、xk分别代表伊利石、蒙脱石和高岭石的含量，系数为各种黏土矿物分别代表硼吸收的强度，系数越高，吸收的能力越高。

经过计算证明，太原组和下石盒子组底部出现了比较明显的降低趋势，在整个山2段，山21亚段为2.42‰～12.93‰，平均为9.47‰，山22亚段为4.53‰～14.9‰，平均为9.75‰。山23亚段的变化范围为8.33‰ ～ 39. 79‰，平均为19.43%。

随着古盐度整体变化趋势的逐渐降低，证明山2段有一个古盐度旋回性变化，在整个山1段，山11压段为6.59‰～14.23‰，平均为9.53‰，山12亚段为5.78‰～28.54‰，平均为10.4‰，山13亚段为6.49‰～30.81‰，平均为10.64‰。证明在山1段也有一个古盐度旋回性变化，下石盒子组为6.53‰～10.46‰，平均为7.86‰。古盐度的变化平均值和变化范围都要低于上一个时期，而且和下伏地层有一个古盐度突变面存在。

以古盐度低于10‰为淡水、10‰～25.5‰为半咸水、25.5‰～35‰为咸水、超出35‰为超咸水的理论依据，结合现代海水正常盐度35‰进行参照证明，山23亚段和太原组曾经都有过海相存在。

通过对以上特征进行分析研究，说明山西组曾经受到过间歇性海水的侵袭，而且产生了海湖沟通事件，在此时期存在两个级别比较大的海侵-海退旋回。山2期相比山1期的海侵规模要大一些。从下个石盒子期开始，所有的海水从鄂尔多斯盆地退出，同时进入了陆相湖盆沉积演化阶段。

通过对山西组其他地区各个层位古盐度进行分析对比，整个山西组从西向东、从南向北的古盐度出现了总体降低的趋势，和山1段相比，山2段的表现更加显著，特别对于不同山2段下部地层来说，差异更加明显。

3.2铷、镓、硼三种元素之间的关系

在不同的环境下，黏土矿物结晶的格架中铷、镓、硼三种元素的含量也会逐渐发生一定的变化，通过对泥岩样品中此元素的分析结果进行投点（如图2所示），在山西组所有的层段的投放点数据点明显存在于海相沉积区，再次证明山西组在该时期受到过海水的影响，而且在石盒子组的底部有个别投点的数据存在于过渡相区，导致这种情况出现可能是因为气候过于干热，使得浅湖相区受蒸发的影响，局部出现了咸化的情况，以上内容也证明了在沉积环境不断改变的情况下，山2 段山1 段下石盒子组底部有整体从海相逐渐过多成陆相的趋势，其中对于山1段来说，海相区域投点的数据要明显低于山2段，证明海退的规模在逐渐增加，对于山2段来每个小层的投点数据来说，山23山22山21过渡相和陆相区的投点数量进一步增加，而海相区的投点数据越来越少，有非常显著的海退特点。对于各个小层投点的数据仍然显示为山13山12山11山过渡相和陆相的投点数据逐渐增多，海相区的投点数据渐渐降低。

4结语

鄂尔多斯盆地山西沉积环境是在太原期陆表海沉积背景的基础上逐渐发展起来的，所有的山西组都出现了海水影响过的迹象，而且从太原期到下盒子期间古盐度有非常显著的减少现象，证明山西期属于陆表海背景下海陆过渡沉积演化的时期，多分布在海陆过渡三角洲系统，并且在下石盒子期进入到了陆相湖盆沉积演化的时期，整个山西期古盐度按照从西向东、从南向北、层位从下到上整体降低的趋势进行变化。到了山1晚期，此差异性逐渐小时，鄂尔多斯盆地在层位从下到上、位置上从南向北受到海水影响的范围和规模也逐渐降低。

参考文献

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