鄂尔多斯盆地合水地区洛河组沉积特征及演化.pdf

第 69 卷增刊 1Vol.69Supp.12023 年6 月Jun.,2023地质论评GEOLOGICALREVIEW264鄂尔多斯盆地合水地区洛河组沉积特征及演化一王凯，武正乾，刘坤鹏，张良，王奇辉，毛宁核工业二三研究所，西安，710086注：本文为中国核工业地质局铀矿科研项目（编号：202217-6）的成果。收稿日期：2023-04-10；改回日期：2023-04-30；责任编辑：刘志强。DOI：10.16509/j.georeview.2023.s1.110作者简介：王凯，男，1987 年生，工程师，主要从事铀矿地质科研和生产工作；Email:。关键词：关键词：沉积特征；洛河组；鄂尔多斯盆地；合水地区下白垩统志丹群是鄂尔多斯盆地的中生界主要沉积盖层之一，自下而上可分为两个沉积旋回，下部旋回由宜君组（K1y）、洛河组（K1l）和环河组（K1h）构成，上部旋回由罗汉洞组（K1lh）和泾川组（K1j）构成。洛河组作为白垩系自流水盆地系统中的三个主要含水岩组之一，以往的研究重心一直放在地下水相关领域，其他研究相对偏薄弱。近年来，天津地调中心、核工业二八大队等地勘单位在盆地内洛河组相继发现了厚大砂岩型铀矿，激发了地质工作者对洛河组研究的兴趣。基于此，本文试图通过对合水地区洛河组砂体、泥岩展布、岩性岩相和沉积环境等特征进行系统分析与精细编图，来刻画本区在早白垩世洛河期的沉积演化规律，进而丰富盆地内白垩系的相关研究。1地质背景合水地区处于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡南部，范围北起庆城，南至宁县，南北跨距 50 km，东西长40 km，面积约为 2000 km2。区内发育的中生代盖层自下而上依次为三叠系（T）、侏罗系（J）和下白垩统（K1）。地表沟谷中出露环河组（K1h），洛河组（K1l）未见出露，褶皱断裂构造不发育。洛河组地层厚度呈北东薄南西厚的特征，总体介于300460 m，在南部宁县一带厚度可达500 m以上；东西底界面相对高差约 400 m，坡降比约为 2.725m/km，东部坡降比大于西部，整体呈一向西缓倾的斜坡带，底板埋深普遍大于 600 m，在黄土层发育厚度大的塬上，底板埋深可超过 1000 m。2岩性特征本区洛河组岩性以巨厚层状棕红色、褐红色、褐黄色中细砂岩为主，夹有薄层褐色泥岩、粉砂质泥岩，砂岩为长石石英砂岩，中细粒碎屑结构为主，胶结物多为褐铁矿，另为少量碳酸盐，分选性好，磨圆度高，成熟度高。碎屑成分主要由石英（65%75%）、长石（10%15%）和岩屑（10%）组成，另见少量褐铁矿、黄铁矿、黑云母、绿泥石，含量均小于 5%，颗粒之间多呈点-线接触关系，为颗粒支撑类型。岩石整体氧化蚀变发育，碎屑颗粒之间孔隙度高。3沉积相类型及展布特征3.1沉积相类型通过对岩心、测井资料的综合分析，认为本地区洛河组主要为沙漠相沉积，进一步可划分出丘间亚相、沙丘亚相和沙漠湖亚相等类型。丘间沉积分布于风成沙丘之间的平坦低洼地带，是因暂时性水流汇聚而成的以细粒（如泥岩）为主的水力沉积物，大多呈夹层或透镜状展布于沙丘沉积中。岩性多为棕色、褐色泥岩或粉砂质泥岩，多见水平层理，其沉积厚度一般较小，由几十厘米到 2 m 左右，分布不稳定，范围局限。视电阻率测井曲线常呈指状。沙丘是沙漠相中最典型、最易识别的一类沉积亚相，广泛分布于鄂尔多斯盆地洛河组中。由于环境的干旱炎热导致沙丘砂岩整体以氧化色为主，多为橘红色、棕红、褐红色，部分因后期淋滤或深部还原性流体改造而褪色，呈褐黄色、黄褐色乃至灰绿色。岩石干净，杂基少，通常矿物颗粒以石英为主，分选好，透水性强。多发育大型巨型板状、楔状交错层理。测井曲线一般都呈低幅度、平直光地质论评 2023 年 69 卷 增刊 1265滑的特征，明显区别于与其相邻的丘间沉积和环河组湖相沉积，是本区洛河组沙丘沉积识别划分的重要标志。沙漠湖是沙漠盆地中较大范围的洼地，在降雨或潜水面上升时形成的水体较浅的湖泊，也可由丘间洼地由于积水时间相对较长演化而来。它在侧向和垂向上常与沙丘过渡演变，因此以细粒沉积物为主的沙漠湖沉积中可夹厚度不大的沙丘砂岩；其上游通常与沙漠边缘的旱谷(辫状水道)相连；视电阻率等测井曲线一般都呈较高幅度、指状、齿状特征。3.2沉积展布特征采用单因素分析多因素综合制图的思路(冯增昭，2004)，对研究区几十口煤田和核工业钻孔的资料整理，结合钻孔岩心编录、地球物理测井相分析等方法，编制了研究区洛河组泥岩厚度图、砂体厚度图、含砂率图及沉积相图。在河流沉积作用下，砂体厚度的高值带可能是主干河道长期发育的结果，频繁的分岔意味着河流由幼年向中老年期的逐渐过渡，带状厚砂体的展布方向指示着古水流的优势方向（李子颖，2019）。而风成沉积作用正好与之相反，带状泥岩展布方向指示着古水流的优势方向，泥岩厚度大的地方往往是沙漠湖发育的地段。结果显示，区内洛河组泥岩（含粉砂岩）厚度介于 10150 m，最厚可超过 250m，厚度变化大（图 1）。结合区域沉积相带展布初步认为，该期的主干河道可能来自南部或西南部，不断向北部分岔又汇聚，反映出风成沉积与水图 1合水地区洛河组泥岩厚度图成沉积在空间上此消彼长的关系。无论从砂体规模、连通性还是均质性来看，洛河组无疑是盆地内白垩系最好的含砂单元。从统计结果可以看出，洛河组砂体累计厚度介于 250400m 之间，在南部宁县一带最厚可超过 430 m；在合水以西由于泥岩发育，砂岩明显减少，是区内砂体厚度最小的地段，一般不大于 265 m。本区洛河组含砂率均大于 60%。本文在相图编制时为突出沙漠湖亚相，特意选取砂地比值大于87.5%且小于 92.5%的区域作为丘间亚相，大于92.5%的区域作为沙丘亚相，小于 87.5%的区域划为沙漠湖亚相。可以看出本区东部主要以沙丘亚相沉积为主，向西过渡为丘间亚相和沙漠湖亚相（图 2）。4沉积演化中生代以来，鄂尔多斯盆地受印支、燕山和喜山运动的影响，遭受了多期次的构造抬升、挤压变形，形成了现今的构造格局（郭庆银，2010）。其中在晚侏罗世早白垩世时的燕山幕运动使区内发生了自三叠纪和侏罗纪后的第三次拗陷（于波，2008；李子颖，2019）。在本期坳陷的基础上，白垩系拉开了序幕。白垩世初期（宜君期），盆地南部蚀源区（秦岭）抬升剥蚀，在间歇性流水作用下开始了不整合于侏罗系之上的充填沉积，形成了向盆地内部呈楔形迅图 2合水地区洛河组沉积相图1-沙丘亚相；2-丘间亚相；3-沙漠湖亚相；4-沉积相界线；5-地名地质论评 2023 年 69 卷 增刊 1266速变薄至尖灭的边缘相粗碎屑岩快速堆积。至洛河期，随着气候的干旱化和风力作用的加强，盆地进入白垩纪第一个沙漠沉积扩张期，并先后经历了西风与东北风交替盛行西风盛行的风向演变，沙丘总体向东、东南迁移（江新胜，2003）。此时，盆地南部彬州至长武一带以河流相沉积为主，间夹沙丘、旱谷、丘间等沙漠亚相沉积，垂向上水力与风力作用交互叠置，沉积环境及其沉积组合复杂多变，构成复杂的风成冲积体系。部分辫状水道向北甚至延伸至宁县，与合水一带的沙漠湖相连，长期为其提供补给；合水以东相对远离盆缘，辫状水道难以到达，流水作用减弱甚至殆尽，加之地形相对源区平缓，气候干旱，风力更强，巨厚的沙丘得以形成并被保存下来，形成以砂丘沉积为主体的风成沉积体系。而这些地区在气候变化、短暂性降雨发生时，相对低洼区可形成规模不等的丘间泥质沉积，剖面上呈透镜状、薄层状，横向上延伸不远。到环河期，气候由干旱炎热逐渐演变为温热潮湿，盆地进一步构造沉降，湖侵发生且规模逐渐扩大，形成湖泊、河流、三角洲沉积广布全盆的景观，逐渐进入早白垩世第一次沙漠沉积的萎缩期直至消亡。由上可见，沙漠相沉积并不是宜君洛河期的唯一古地理景观，在盆缘也存在规模宏大的冲积扇相、河流相沉积，只不过受北半球亚热带内陆信风带、干旱炎热气候、古地理环境等因素的影响，形成了自盆缘至盆地内部由水力作用带、风力水力作用交互带、风力作用带逐渐过渡的展布特征。即使在盆地内风力作用带，由于地形、物源、气候及水流作用的差异，沉积相构成与展布也并非全是沙丘沉积，而是占优势的风成沙丘相与其它水成沉积相在空间上呈有机的配置组合。参 考 文 献/References冯增昭.2004.单因素分析多因素综合作图法定量岩相古地理重建.古地理学报,(1):319.李子颖,焦养泉.2019.鄂尔多斯盆地北部砂岩铀成矿作用.北京:地质出版社.郭庆银,李子颖,于金水,李晓翠.2010.鄂尔多斯盆地西缘中新生代构造演化与铀成矿作用.铀矿地质,26(3):137144.于波,张忠义,刘显阳,宋江海,宋元威.2008.鄂尔多斯盆地白垩系洛河组至环河华池组砂体展布规律研究.地层学杂志,(3):285289.江新胜.2003.中国白垩纪沙漠及其古气候.成都理工大学,(4)WANG Kai,WU Zhengqian,LIU Kunpeng,ZHANG Liang,WANG Qihui,MAO Ning：Sedimentary characteristics andevolution of Luohe Formation in Heshui Area,Ordos BasinKeywords:sedimentary characteristics;Luohe Formation;Ordos Basin;Heshui Area