Characteristics of the Source-to-Sink System and Paleogeographical Pattern from the Upper Carboniferous Yanghugou Formation in Western Margin of the Ordos Basin

鄂尔多斯盆地作为中国第二大盆地,蕴含着丰富的煤炭与油气资源^[1]。其西缘在晚石炭世受鄂尔多斯地块、阿拉善地块和秦岭—祁连造山带等多个构造域构造运动相互影响,产生了类型多样的油气藏^[2]。羊虎沟组沉积时期由于贺兰拗拉槽多期次的复活迁移,形成了一个拉张裂陷的复杂构造带,沉积地层厚度较大,生油层多且丰度高分布广,具有较高的勘探潜力^[3⁃4]。

众多学者认为,自早古生代加里东运动后,盆地周缘地区的主要古陆处于隆起剥蚀区,至晚古生代持续为鄂尔多斯盆地提供物源^[5⁃7]。上古生界盆地西缘地区北部物源为阿拉善古陆和阴山古陆,南部物源为北祁连和北秦岭造山带^[8⁃10]。中央古隆起形成于晚寒武世,于中二叠世下石盒子期彻底消亡,前人研究认为在晚石炭世中央古隆起应为一个低平宽缓的水下隆起,并不提供大量的碎屑物源^[11⁃12]。盆地西缘羊虎沟组沉积时期,认为秦岭造山带主要向鄂尔多斯盆地东部地区供砂,秦祁造山带是否对西缘供砂,尚有争论^[7⁃8]。而北部砂体的物源,也没有详细区分阿拉善和阴山古陆^[8,13]。西缘地区北部早期发育潮控三角洲,后期逐渐演化为河控三角洲；南部深水区发育浅海陆棚沉积,浅水区发育障壁海岸的海陆过渡相沉积,南北不同物源背景下的沉积格局存在诸多争议^[14⁃16]。单因素分析法常常存在一定的局限性,加之物源体系及沉积环境研究的薄弱,制约了对鄂尔多斯盆地西缘羊虎沟组沉积时期的古地理重建。

基于上述问题,本文通过研究区15条野外露头和30余口钻井资料,对羊虎沟组地层进行沉积学和地球化学分析,划分不同的物源体系,明确其物源区归属,恢复源区构造背景和母岩性质。并进一步结合沉积体系分析,揭示古地理格局,从而为鄂尔多斯盆地西缘油气勘探提供指导,丰富源—汇系统（source-to-sink system）研究实例。

鄂尔多斯盆地西缘北起内蒙古乌海,南经宁夏银川、固原至陕西宝鸡一带,东始陕西定边,西至宁夏中卫一带（图1a）^[1]；位于华北克拉通西部,东邻鄂尔多斯地块,北部与阿拉善地块相隔,西部紧邻贺兰山构造带,西部与祁连—秦岭构造带相接,其构造演化与周缘各构造单元之间的相互影响密切相关（图1b）^[2,17]。早古生代早期受加里东运动影响,北祁连洋盆持续向北俯冲消减,至早古生代晚期造山运动结束,贺兰山地区发生逆冲推覆活动,盆地南部接受来自北祁连造山带的碎屑沉积^[18⁃19]。古生代由于商丹洋北向俯冲碰撞,北秦岭构造带为盆内供源^[20⁃21]。晚古生代,由于古亚洲洋持续向南俯冲闭合,鄂尔多斯盆地北缘整体抬升隆起,西北缘阿拉善地块隆升为剥蚀区,向盆地内部稳定持续提供碎屑沉积物^[22],东北缘阴山造山带逐渐与华北板块北缘拼接隆升,并为盆地供源^[23]。

Figure 1.  Tectonic map and comprehensive lithologic histogram of the Yanghugou Formation in the western margin of the Ordos Basin

晚古生代,西缘内部沉积基本上受早古生代贺兰坳拉槽控制,其充填演化特征具有继承性,为坳拉槽再活动阶段,形成裂陷海湾^[9,24]。早中石炭世,古亚洲洋闭合,祁连海沿裂陷逐渐海侵形成裂陷海湾盆地^[19]。中石炭世末,华北地块南北海槽再次挤压,发生海退^[25]。晚石炭世羊虎沟期,受海西运动影响,鄂尔多斯盆地整体沉降,坳拉槽的发展进入新的演化阶段,祁连海再次海侵,形成陆缘海,发育海陆过渡相沉积环境^[9,16,26]。

鄂尔多斯盆地西缘祁连海域上古生界石炭纪沉积早于东部,羊虎沟组下伏地层为石炭系靖远组,岩性以黑色泥页岩为主,上覆地层为二叠系太原组,岩性以灰白色细砂岩、灰黑色泥岩和炭质泥岩为主,该时期研究区东西部海域连通,发育海陆交互相碎屑岩沉积。羊虎沟组大致与盆地东部的本溪组相当,岩性主要为灰白色（含砾）石英砂岩,与灰黑色粉砂岩和黑色泥岩呈韵律性互层,夹少量灰岩和薄煤层,见植物和介壳化石（图1c）。地层沉积特征呈由北向南的“喇叭口”形,地层厚度区域性差异较大,南部地区最厚可达1 500 m。由于加里东运动,石炭纪祁连海逐渐向东推进,海侵范围扩大,越过中央古隆起与华北海连通,研究区东部鄂托克旗—定边—环县一带地层因发育在中央古隆起之上,总体地层沉积厚度呈东薄西厚的特征^[16,20,27]。

研究的样品全部采自鄂尔多斯盆地西缘15条野外剖面及30余口研究区内部钻井岩心。取样过程中,尽量选择风化蚀变和成岩作用弱且具有代表性的样品,共采集样品60余件。挑选25件砂岩样品送至廊坊市诚信地质服务有限公司进行重矿物分析,将样品破碎后筛分再缩分,按规定含量淘洗后烘干进行重液（CHBr₃）分离,经过电磁选后记录装袋^[28]。挑选28件砂岩样品送样至四川省科源工程技术测试中心进行镜下薄片鉴定,以及35件泥岩样品分别使用Ｘ射线荧光光谱仪（XRF）和电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）进行主量元素分析测定和微量元素分析测定,挑选其中26件泥岩样品利用ICP-MS进行稀土元素分析测定。主量元素测试前样品颗粒粒径需小于200目,于105 ℃温度下烘样2 h,放于干燥器内保存,测试条件为电压50 kV,电流60 mA,各元素分析谱线均为Kα,标准曲线使用国家标准物质岩石系列GBW07101-14^[29]。微量、稀土元素分析测定需进行预处理,将岩石样品用清水冲洗、烘干,用陶瓷研钵初步研磨后去除样品中的粗碎屑颗粒,用标准分样筛过筛后保留小于200目的样品。在洁净、湿度35%～50%和温度18 ℃～25 ℃的室内,称取40 mg岩石样品于Teflon密封罐中,加入0.3 mL 1∶1HNO₃和1 mL浓HF,用超声波振荡后置150 ℃电热板上蒸干,再次加入0.3 mL 1∶1HNO₃和1 mLHF,密封加热。溶液蒸干后加入2 mL 1∶1HNO₃,恒温24 h再蒸干,加入2 mL 1∶1HNO₃溶解盐类,用1%HNO₃将样品溶液转移到50 mL聚乙烯塑料瓶中,加入Rh内标溶液,以1%HNO₃稀释至40 g进行ICP-MS测试^[30]。

沉积物在搬运过程中,随着搬运距离的增加,砂岩中稳定组分（石英）所占比例增大,容易被风化溶蚀的不稳定组分（长石、岩屑）含量相对减少^[31]。通过对鄂尔多斯盆地西缘羊虎沟组的28块样品进行镜下薄片鉴定,统计石英颗粒总数、长石总数和不稳定岩屑所占的百分含量,挑选9块数据数量较丰富的样品进行Dickinson三角图解（Qt-F-L）投图^[32],并挑选6个特征明显且具有区域代表性的镜下照片进行描述。研究区羊虎沟组沉积物具有石英含量（平均71.97%）最高,岩屑（平均23.55%）次之,长石含量（平均4.48%）最低的特征,岩性主要为石英砂岩、岩屑石英砂岩和长石石英砂岩。根据样品Dickinson三角图解（Qt-F-L）投图结果的不同以及砂岩薄片镜下照片特征的差异,可大致划分为南北两个区域（图2）：（1）北部阿参1井—忠1井—忠6井—鄂33井—鄂8井—铁1井地区,轻矿物特征以高石英、中—低岩屑和低长石为特征,石英次生加大边普遍发育（图3a~c）,岩石的成分成熟度相对较高,以石英砂岩和岩屑石英砂岩为主；（2）南部韦参1井—芦参1井—银探2井地区,轻矿物特征以高石英、低岩屑和中—低长石为特征,填隙物由黏土杂基和蚀变凝灰质混杂组成（图3d,f）,以石英砂岩和长石石英砂岩为主。

Figure 2.  Sandstone type plane distribution map of the Yanghugou Formation in the western margin of the Ordos Basin

Figure 3.  Sandstone microscopic characteristics of detrital components from the Yanghugou Formation in the western margin of the Ordos Basin

不同种类和含量的岩屑组合,是反映物质来源的重要标志,可以用来划分不同的物源体系,准确反映源区的岩性、风化类型和风化程度等特征^[33]。通过对鄂尔多斯盆地西缘羊虎沟组28块样品进行镜下薄片分析,统计变质岩,岩浆岩和沉积岩岩屑所占岩屑的百分含量,挑选25块具有代表性的样品生成岩屑百分含量饼状图,在平面图上可见有明显的分布规律（图4a）。根据研究区内各岩屑平均百分含量的差异,可划分出4个岩屑组合区域：A区（西北部）、B区（东北部）、C区（西南部）和D区（东南部）（表1）。

Figure 4.  Plane distribution of sandstone lithic assemblage and heavy minerals from the Yanghugou Formation in the western margin of the Ordos Basin

A区（西北部）主要特征为极高变质岩（93.25%）—低岩浆岩（6.25%）—无沉积岩（0.50%）；B区（东北部）为高变质岩（79.16%）—低岩浆岩（9.41%）—低沉积岩（11.43%）；C区（西南部）为高变质岩（80.00%）—极低岩浆岩（4.60%）—低沉积岩（15.40%）；D区（东南部）为中高变质岩（66.00%）—中岩浆岩（29.20%）—极低沉积岩（4.80%）。

重矿物是碎屑物源分析的主要对象,其不同的母岩类型会产生特定的重矿物组合,用以追溯物源,随着搬运距离增加,稳定重矿物在重矿物组合中占比逐渐增大,不稳定重矿物含量逐渐减少^[34]。对研究区羊虎沟组的砂岩样品进行重矿物含量统计分析,共删除3个不合理样品点,保留22个合理样品点。去除自生矿物后,统计9种主要重矿物组分的百分含量,生成重矿物百分含量饼状图,在平面图上可见有明显的分布规律（图4b）。羊虎沟组重矿物主要有锆石（41.08%）、白钛石（29.04%）、石榴子石（13.11%）、电气石（7.51%）、磁钛铁矿（4.42%）金红石（3.14%）和锐钛矿（1.47%）等。根据研究区内各重矿物平均百分含量的差异,可划分出与岩屑组合类似的4个区域（图4b、表2）。

A区（西北部）主要特征为锆石（30.29%）—白钛石（29.43%）—石榴子石（16.49%）—电气石（14.83%）；B区（东北部）为锆石（58.95%）—石榴子石（16.65%）—白钛石（9.07%）—磁钛铁矿（7.09%）；C区（西南部）为白钛石（54.06%）—锆石（26.78%）—金红石（10.11%）—电气石（5.04%）；D区（东南部）为锆石（43.00%）—白钛石（38.27%）—石榴子石（11.87%）—金红石（3.43%）。

稳定重矿物的比值能够更好地反映物源特征,这些比值被称作重矿物的特征指数^[35]。ZTR指标为锆石（zircon）、电气石（tourmaline）和金红石（rutile）稳定矿物组合在透明重矿物中的含量百分比,可指示成熟度和再循环程度^[36]。研究区B区ZTR指数（平均64.37%）最高,总体北部ZTR指数（平均55.54%）高于南部（平均45.07%）,北部尤其是东北部稳定重矿物含量高,矿物成熟度高。Morton et al.^[37]定义的GZi指标和RZi指标有助于区分沉积物的源区以及物源的变化。GZi（100×石榴子石/（石榴子石+锆石））指数直接反映物源区含石榴子石的母岩组成,可指示中—低级变质岩物源区,呈正相关特征^[38]。研究区北部GZi值（平均27.88%）高于南部（平均15.99%）,说明北部源岩变质岩成分供给较多,与岩屑组合特征相符。RZi（100×TiO₂矿物/（TiO₂矿物+锆石））值可以用来判断深埋砂岩物源区的情况,与含钛矿物含量成正比。研究区总体南部RZi值（平均12.75%）高于北部（平均3.01%）,C区RZi指数（平均19.56%）最高,B区RZi指数（平均0.61%）最低。RZi值显示南部尤其是西南部沉积物中含钛矿物相对于北部明显富集,符合重矿物组合特征。

稀土元素（REE）是一类具有特殊地球化学性质元素的总称,沉积物在风化、搬运、成岩作用及蚀变过程中对REE影响较弱^[39],可通过REE的比值（轻重稀土元素比值：LREE/ HREE）和个别元素（铈异常和铕异常：δCe,δEu）数值特征分析源区特征,利用沉积区REE配分模式图与周缘源区古陆进行对比,相似配分模式曲线反映其具有相同的物质来源。选择鄂尔多斯盆地西缘羊虎沟组剖面及钻井岩心的26个泥岩样品进行ICP-MS稀土元素地球化学分析,使用Boynton球粒陨石标准化处理^[40]。研究区域轻、重稀土元素分异程度明显,总体表现为轻稀土相对富集,重稀土相对亏损,配分模式曲线为“右倾型”,Ce负异常,Eu负异常。通过收集研究区周缘古陆和构造带的稀土数据,根据不同样品的配分模式图与源区配分模式图的相似性,挑选其中13个具有代表性的泥岩样品数据生成4种类型的稀土元素配分模式图（图5、表3）^[41⁃44]。

Figure 5.  Rare earth element (REE) distribution patterns of mudstone from the Yanghugou Formation and surrounding ancient land in the western margin of the Ordos Basin

（1）西北部乌达—呼鲁斯太—阿参1井地区：LREE/ HREE均值为4.59,轻、重稀土元素的分异程度明显；δCe均值为0.86,Ce负异常；δEu均值为0.67,Eu负异常明显；（2）东北部棋探6井—苏230井—苏359井一带：LREE/HREE均值为3.88,轻、重稀土元素的分异程度较低,LREE富集,HREE平坦型；δCe均值为0.93,Ce负异常不明显；δEu均值为0.59,Eu负异常十分明显且严重亏损；（3）西南部土坡—下河沿地区：LREE/HREE均值为5.55,轻、重稀土元素的分异程度十分明显；δCe均值为0.83,Ce负异常且轻微亏损；δEu均值为0.83,Eu负异常不明显；（4）东南部银探2井—韦参1井一带：LREE/ HREE均值为4.67,轻、重稀土元素的分异程度较明显；δCe均值为0.99,Ce负异常不明显；δEu均值为0.68,Eu负异常明显。

基于前人对盆地周缘古陆的稀土元素配分模式研究,通过数据对比得出（图5）：西北部样品稀土元素配分模式与鄂尔多斯盆地西北部阿拉善古陆诺尔公地区黑云母花岗岩稀土元素配分模式^[41]具有较强的一致性,推测研究区西北部物源来自阿拉善古陆；东北部样品稀土元素配分模式与盆地北部阴山古陆渣尔泰群透辉斜长角闪片麻岩稀土元素配分模式^[42]具有亲缘性,推测研究区东北部物源来自阴山古陆；西南部样品稀土元素配分模式与盆地南部北祁连陇西古陆混合花岗岩稀土元素配分模式^[43]相似程度较高,推测研究区西南部物源来自北祁连；东南部样品稀土元素配分模式与盆地南部北秦岭地区的秦岭群太白—片麻岩和太白—绿泥阳起片岩稀土元素配分模式^[44]具有相似性,推测研究区东南部物源来自北秦岭。结果表明研究区存在西北（阿拉善古陆）、东北（阴山古陆）、西南（北祁连）和东南（北秦岭）4个方向的物源区,与轻矿物、岩屑和重矿物组合特征分析结果相符。

综合以上轻矿物、岩屑组合、重矿物和稀土元素特征的分析,鄂尔多斯盆地西缘可划分出4个源—汇系统。

1） 西北部阿拉善源—汇系统

根据稀土元素配分模式数据对比,推测西北部沉积物源自阿拉善古陆。通过收集前人资料,阿拉善基底主要包括400~500 Ma、800~1 000 Ma和1 800~2 000 Ma三部分锆石年龄区间^[45]。研究区西北部阿参1井锆石年龄介于247~2 581.6 Ma,主要集中在247~413 Ma、1 982.4~2 581.6 Ma两组年龄区间,峰值年龄为413 Ma主峰值；巴参2井锆石年龄介于229.9~2612.4 Ma,主要集中在311~442.4 Ma、1 759.8~2 647.4 Ma两组年龄区间,峰值年龄为442 Ma主峰值^[19,46]。由于贺兰山周缘受华北、阿拉善和祁连地块构造运动的影响,大量研究认为贺兰坳拉槽在石炭世发生拉张复活,祁连海沿裂陷侵入盆地后,贺兰山一带于晚石炭世接受了羊虎沟组沉积^[19,47⁃50]。锆石数据表明,羊虎沟组沉积时期研究区西北部的碎屑沉积物主要来自阿拉善古陆稳定供源。该源—汇系统岩屑组合中变质岩岩屑含量高,重矿物组合以锆石和白钛石为主,含石榴子石、电气石及少量金红石,这类组合表明其物源以沉积岩和沉积变质岩为主,物源与阿拉善元古界的上阿拉善群碎屑岩、火山岩、变质石英砂岩等具有亲源性^[5]。ZTR值较高,为远源搬运,岩石的成分成熟度相对较高,岩性以石英砂岩和岩屑石英砂岩为主,推测源自阿拉善古陆的长英质物源区。

2） 东北部阴山源—汇系统

根据稀土元素配分模式数据对比,推测东北部沉积物源自阴山古陆。岩屑组合以变质岩为主,其次为沉积岩岩屑和岩浆岩岩屑为特征,这与阴山古陆太古界和元古界出露的片麻岩、变质石英砂岩、火山岩和角闪片岩直接相关^[51]。重矿物组合中锆石含量高于其他区域,ZTR值高,说明沉积物经历了较长距离的搬运,岩性以石英砂岩为主,岩石的成分成熟度高,推测源自阴山古陆的长英质物源区。北部图东4井和兔西1井重矿物组合特征与A、B两个区域有部分重合,可能在研究区北部存在混合区。

3） 西南部北祁连源—汇系统

根据稀土元素配分模式数据对比,推测西南部沉积物源自北祁连。通过收集前人资料,鄂尔多斯盆地南部上古生界520~378 Ma的碎屑锆石代表了北秦岭和北祁连的供源,北祁连碎屑锆石年龄主要集中在200~350 Ma、4 00~600 Ma、600~1 500 Ma、1 500~2 000 Ma、2 100~2 700 Ma^[19,52]。研究区西南部卫宁北山地区的样品锆石年龄介于315~3 674 Ma,主要集中在315~520 Ma、780~1 038 Ma、1 720~2 582 Ma这3组年龄区间,主要峰值年龄有328 Ma、442 Ma^[45,53]。根据锆石数据结果,认为羊虎沟组沉积时期研究区西南部受北祁连稳定供源。岩屑组合中变质岩岩屑含量较高,重矿物组合中不稳定矿物种类较多,ZTR值较低,表明其为近源沉积^[5,54]。岩性以石英砂岩和长石石英砂岩为主,填隙物含蚀变凝灰质的火山碎屑沉积物,推测源自北祁连的长英质和基性岩浆岩源区。

4） 东南部北秦岭源—汇系统

根据稀土元素配分模式数据对比,推测东南部沉积物主要源自北秦岭构造带。岩屑组合中沉积岩岩屑含量低,岩浆岩岩屑含量较高,推测该组合源区含有一定的中酸性岩浆岩物源^[55]。岩性以石英砂岩和长石石英砂岩为主,长石含量较高,成分成熟度低,ZTR值相对较低,沉积物距离物源区较近,推测源自北秦岭的长英质源区。

不活泼元素La、Th、Hf等不因搬运和成岩作用而改变,因此可以利用La/Th-Hf判别图解（图6a）分析沉积物的源岩岩性类型^[56],通过主量元素含量F2^*-F1^*判别图（图6b）可判断源区岩石特征^[57],利用La/Yb-∑REE判别图（图6c）判断沉积物岩石大类的成因特征^[58]。

Figure 6.  Discrimination map of parent rock characteristics from the Yanghugou Formation sediment source area in the western margin of the Ordos Basin

La/Th-Hf、F2^*-F1^*和La/Yb-∑REE判别图（图6）结果表明,阿拉善源—汇系统沉积物以平均上地壳长英质源和镁铁质火成物源区为主,母岩主要为碱性玄武岩和花岗岩,含部分钙质泥质沉积岩；阴山源—汇系统的沉积物来源较为复杂,主要为平均上地壳长英质源、中性岩火成物源区和镁铁质火成物源区的混合,母岩以钙质泥质沉积岩和花岗岩为主,偶见碱性玄武岩；北祁连源—汇系统沉积物大部分来自镁铁质火成物源区和中性岩火成物源区,母岩主要为钙质泥质沉积岩,其次为花岗岩和碱性玄武岩；北秦岭源—汇系统沉积物以镁铁质火成物源区为主,母岩以碱性玄武岩和花岗岩为主。

砂岩的碎屑组成直接记录了沉积物的母岩组合和构造强度等信息,与所处大地构造位置密切相关,可反映区域构造演化背景。岩屑组合分析以Dickinson三角图解应用最为广泛,通过统计石英颗粒总数、长石总数和不稳定岩屑所占的百分含量,绘制Qt-F-L三角图判断物源区背景（图7）^[32,39]。运用Roser et al.^[59]提出的K₂O/Na₂O-SiO₂构造环境判别图（图8）,以及La-Th-Sc、Th-Co-Zr/10和Th-Sc-Zr/10判别图解^[60]（图9）,可用来判别沉积物源区构造背景。

Figure 7.  Dickinson structural background triangular discriminant map of the Yanghugou Formation sandstones in the western margin of the Ordos Basin （base map from references [32,39]）

Figure 8.  Discrimination map of tectonic background for the Yanghugou Formation sediment source area in the western margin of the Ordos Basin (base map from reference [59])

Figure 9.  Triangular discrimination map of the tectonic background of the Yanghugou Formation sediment source area in the western margin of the Ordos Basin （base map from reference [60]）

前人研究认为上古生界鄂尔多斯盆地北缘母岩区构造背景为主动、被动大陆边缘及大陆岛弧,南缘古陆构造背景为被动大陆边缘^[6,61⁃63]。根据Qt-F-L物源区背景判别图（图7）、K₂O/Na₂O-SiO₂构造环境判别图（图8）和La-Th-Sc、Th-Co-Zr/10和Th-Sc-Zr/10构造背景三角判别图（图9）的判别结果,认为阿拉善源—汇系统源区为再旋回造山带,构造背景整体以主动大陆边缘为主,少部分为大陆岛弧,其次是被动大陆边缘；阴山源—汇系统源区为克拉通内部,构造背景整体以被动大陆边缘为主,其次为主动大陆边缘和大陆岛弧；北祁连源—汇系统源区为克拉通内部,构造背景为被动大陆边缘和主动大陆边缘的混合,部分为大陆岛弧；北秦岭源—汇系统源区为克拉通内部,构造背景以被动大陆边缘为主。

古流向是判断沉积砂体搬运方向的重要研究方法之一,利用交错层理、波痕、砾石叠瓦构造和生物遗迹等各种沉积构造,倾角较小的岩层可直接测量各构造指示的水流方向,当岩层倾角大于15°时测得的数据则需要采用赤平投影方法校正,利用计算机软件（构造解析）处理获得校正后的数据,再通过古流向数据分析软件PC99处理和分析,编制古流向玫瑰花图^[64]。受研究区野外实际勘探情况影响,实测数据量较少,通过测量和收集前人的古流向资料^[8,45,50],绘制出古流向玫瑰花图平面分布图（图10）。羊虎沟组时期研究区北部整体古流向的方向主要为由北向南,沉积物来源于盆地北部。乌达和呼鲁斯太剖面古流向方向为北西至南东,推测来自西北部阿拉善源—汇系统。沙巴台和雀尔沟剖面古流向方向主要为北东至南西,且表现出双向混合的特征,桌子山地区古流向方向为北东至南西方向,推测沉积物源自东北部阴山源—汇系统。研究区西南部小洪沟和土坡剖面古流向方向整体为南西至北东方向,推测源自北祁连源—汇系统。由于研究区东南部野外露头有限,无法有效地测量古流向,但根据东南部ZTR指数的变化特征,由南至北ZTR指数逐渐增大,沉积物中稳定组分逐渐增多,推测沉积物由南向北搬运,源自东南部北秦岭源—汇系统。

Figure 10.  Planar distribution of the paleocurrent rose diagram for the Yanghugou Formation in the western margin of the Ordos Basin （the red paleocurrent rose diagram is from references [8,45,50]）

鄂尔多斯盆地西缘羊虎沟组时期祁连海沿裂陷逐渐从研究区西南部海侵,形成裂陷海湾盆地,研究区北部地势较高,南部地势较低,东部由于发育在中央古隆起之上地形平缓,其西南侧地势较陡,地层厚度变化大。地层沉积特征呈由北向南的“喇叭口”形,研究区发育南北两个主要的沉降中心,北部位于乌达—沙巴台一带,南部位于大石头井沟—土坡—吴忠地区（图11）^[16]。

Figure 11.  Sand body distribution of the Yanghugou Formation in the western margin of the Ordos Basin （thickness of stratum and sand body from references [14,16,26⁃27]）

研究区北部沉降中心为一个狭窄的南北向沉积区,最大地层厚度约800 m,砂体集中分布于此,乌达地区砂体厚度约180 m,沿北东南西方向逐渐减薄,认为沉积物源自阴山源—汇系统。东北部棋探6井位于中央古隆起北部,该地区砂体沉积厚度小于10 m。西北部苏峪口地区砂体厚度约100 m,向南砂体成朵状展布且厚度逐渐减小,认为是来自阿拉善源—汇系统的碎屑沉积物。南部沉降中心面积较大,最大地层厚度约1 500 m,砂体主要位于该沉降中心西南侧的下河沿、校育川等高部位地区,砂体厚度约100 m,认为沉积物来自研究区西南部的北祁连源—汇系统。研究区东部中央古隆起两侧分布点状沉积砂体,大致呈南北向展布,其西侧忠6井—韦参1井地区地层厚度变化较大,最小点状砂体厚度小于5 m,最大砂体厚度约150 m,东部鄂33井等点状砂体厚度约为10 m。推测是由于中央古隆起的阻隔,使得来自北秦岭的碎屑沉积物呈断续的点状分布。

鄂尔多斯盆地西缘羊虎沟组沉积期主要发育海—陆过渡相沉积体系,由于海进海退变化频繁,研究区内沉积体系受潮汐作用影响较大,主要发育河控三角洲、潮控三角洲、障壁岛海岸（障壁岛—潟湖—潮坪）和浅海陆棚沉积体系（表4）^[16]。

研究区阿拉善源—汇系统沉积砂体主要为灰白色含砾砂岩和灰色中细砂岩,分选中等,磨圆度为次圆状,发育槽状交错层理和板状交错层理（图12a）。见底冲刷（图12b）,冲刷面之下为碳质泥岩和薄煤层,砂体呈透镜状侧向叠置（图12c）,粒度分布概率累积曲线以“滚动—跳跃—悬浮”的三段式为主（图12d）。指示较强水动力条件下处于海陆过渡环境河控三角洲沉积体系的三角洲平原分流河道沉积。

Figure 12.  Sedimentary characteristics of the Yanghugou Formation in the western margin of the Ordos Basin

阴山源—汇系统沉积物主要为浅灰色粉—细砂岩,夹灰黑色泥质条带,分选中等—差,发育大量羽状和槽状交错层理（图12e,f）。见前积层理,相邻层系砂体间发育泥质披盖层（图12g）,细粒沉积物中见植物碎片化石。粒度分布概率累积曲线以“两跳一悬式”为主（图12h）,认为受水体回流的潮汐作用影响^[65]。反应较弱水动力条件下,处于海陆过渡环境的潮控三角洲沉积体系。

北祁连源—汇系统沉积砂体在沿岸地区粒度较粗,石英含量高（图12i）,分选较好,磨圆度次圆—圆状,成分成熟度高,发育低角度及冲洗交错层理（图12j）,见波痕（图12k）。该地区近岸发育滨岸相沉积体系,海水冲刷淘洗环境下水动力强较强,在水动力条件较弱的深水地区,发育浅海—半深海陆棚沉积体系,沉积物泥质含量较高。

北秦岭源—汇系统沉积物主要为灰黑色中细砂岩—粉砂岩,灰黑色薄层泥与粉砂岩互层,分选较好,整体粒度较细,发育水平层理、脉状层理和砂纹交错层理（图12l,m）。黑色泥岩中见黄铁矿、虫孔和完整的植物叶片化石（图12n,o）,粒度概率累积曲线以“一跳一悬式”为主（图12p）,为较弱水动力条件下浅水环境的障壁岛海岸沉积体系。

基于源—汇系统分区、物源背景、古地貌和沉积体系等特征分析,恢复鄂尔多斯盆地西缘羊虎沟组源—汇沉积充填过程及古地理格局^[66⁃67]（图13）。

Figure 13.  Paleogeographic map of the Yanghugou Formation in the western margin of the Ordos Basin

西北部阿拉善古陆自早古生代加里东运动后长期隆升遭受剥蚀,晚古生代受中亚造山带构造演化影响,以及古亚洲洋的俯冲闭合,阿拉善古陆北大山地区发育显著岩浆活动^[68⁃70]。根据测量和收集前人的古流向资料可判断^[45]（图10）,自阿拉善古陆供给的沉积砂体由研究区西北部汇入,主要源自主动大陆边缘和大陆岛弧构造背景（图7~9）,沉积砂体岩性以石英砂岩和岩屑石英砂岩为主（图2）,成分成熟度较高,沉积砂体延伸距离较远,呈朵状推进至银川以南地区（图11）。沉积物主要来自平均上地壳长英质源和镁铁质火成物源区,母岩主要为碱性玄武岩和花岗岩,含部分钙质泥质沉积岩（图6）。该源—汇系统水动力条件强,发育海陆过渡沉积环境的河控三角洲等粗粒沉积体系,障壁砂坝平行岸线分布（图13）。

晚古生代由于加里东运动使得古亚洲洋向南俯冲闭合,导致阴山古陆抬升造山供源^[71]。结合古流向资料^[8,50]（图10）,来自阴山古陆剥蚀供给的沉积物呈北东南西方汇入,源区主要为被动大陆边缘构造背景（图7~9）。沉积砂体以石英砂岩为主（图2）,成分成熟度高,ZTR指数最高,碎屑沉积物搬运距离远,砂体展布面积广,砂体形态呈透镜状,且被潮汐作用改造强烈,由乌海可延伸至图东4井地区,甚至部分砂体可达吴忠地区（图11）。沉积物来源较为复杂,为平均上地壳长英质源、中性岩火成物源区和镁铁质火成物源区的混合,母岩以钙质泥质沉积岩和花岗岩为主,偶见碱性玄武岩（图6）。该源—汇系统主体发育海陆过渡相的潮控三角洲沉积体系,发育大量垂直于海岸线呈放射状分布的潮汐砂脊（图13）。

晚古生代时期,研究区西南部受秦岭海槽和贺兰坳拉槽构造运动的影响,祁连海沿裂陷自西侵入后,海侵范围逐渐扩大,沉积了羊虎沟组砂体^{[5,8,19,46,72]}。根据测量和收集前人的古流向资料可判断^[8,45]（图10）,研究区羊虎沟组沉积期西南部北祁连供给的沉积物由南西至北东方向汇入盆地深水区,构造背景较为复杂,为被动大陆边缘和主动大陆边缘的混合,部分为大陆岛弧（图7~9）。沉积砂体以石英砂岩和长石石英砂岩为主（图2）,成分成熟度低,碎屑沉积物搬运距离短,地形坡度大,为近源沉积,近岸砂体呈小型朵状。沉积物主要源自镁铁质火成物源区和中性岩火成物源区,母岩主要为钙质泥质沉积岩,其次为花岗岩和碱性玄武岩（图6）。该源—汇系统近岸发育小型河控三角洲和少量小型障壁砂坝,深水部位发育海相环境的滨岸和浅海—半深海陆棚沉积体系（图13）。中央古隆起在羊虎沟组沉积期早期较为平缓,且隆起幅度低,后期由于华北海与祁连海汇合,中央古隆起逐渐被淹没,整体为一个水下古隆起,在沉积过程中对沉积物东西分异的影响逐渐减弱,无法完全阻隔物源的供给和砂体在盆内的搬运^[12,73]。

研究区东南部沉积砂体的物源区处于北秦岭与北祁连的结合部位,沉积砂体存在部分混合,但汇入盆地的沉积砂体主要源自北秦岭构造带^[74]。中央古隆起虽无法完全阻隔沉积物的搬运,但砂体展布还是受到一定限制,在其两侧大致呈南北向断续点状分布,西侧斜坡部位砂体厚度较大。源区主要为被动大陆边缘构造背景（图7~9）,沉积物岩性以石英砂岩和长石石英砂岩为主（图2）,成分成熟度较差,ZTR指数相对较低,沉积砂体搬运距离短,从银探2井断续分布至忠6井（图11）。沉积物主要来自镁铁质火成物源区,母岩以碱性玄武岩和花岗岩为主（图6）。该区域整体水动力条件弱,中央古隆起高部位发育海陆过渡相的障壁海岸（障壁岛—潟湖—潮坪）等细粒沉积为主的沉积体系,障壁岛平行岸线分布,有效分隔广海与沿岸海域（图13）。

（1） 综合轻矿物、岩屑组合、重矿物组合和稀土元素特征的分析,研究区可划分出4个源—汇系统：西北部阿拉善、东北部阴山、西南部北祁连和东南部北秦岭源—汇系统。

（2） 阿拉善源—汇系统源区为再旋回造山带,构造背景整体以主动大陆边缘和大陆岛弧为主,其次为被动大陆边缘,沉积物主要来自平均上地壳长英质源和镁铁质火成物源区；阴山源—汇系统源区为克拉通内部,构造背景整体以被动大陆边缘为主,其次为主动大陆边缘和大陆岛弧,沉积物来源较为复杂,为平均上地壳长英质源、中性岩火成物源区和镁铁质火成物源区的混合；北祁连源—汇系统源区为克拉通内部,构造背景为被动大陆边缘和主动大陆边缘的混合,沉积物主要源自镁铁质火成物源区和中性岩火成物源区；北秦岭源—汇系统源区为克拉通内部,构造背景为被动大陆边缘,沉积物主要来自镁铁质火成物源区。四个源—汇系统母岩主要为碱性玄武岩、花岗岩与钙质泥质沉积岩的混合。

（3） 阿拉善源—汇系统碎屑沉积物由北西至南东方向自研究区西北部汇入,沉积砂体搬运距离较远,发育海陆过渡相的河控三角洲沉积体系,障壁砂坝平行岸线分布；源自阴山源—汇系统的碎屑沉积物由研究区东北部呈北东南西方向汇入,沉积砂体分布面积广,搬运距离远,砂体形态受潮汐作用强烈改造,发育海陆过渡相的潮控三角洲沉积体系,大量潮汐砂脊垂直岸线分布；北祁连源—汇系统碎屑沉积物由研究区西南部汇入,沿岸发育小型河控三角洲沉积,深水区发育以浅海—半深海陆棚沉积为主的海相沉积体系；北秦岭源—汇系统碎屑沉积物由研究区东南部汇入,沉积砂体受中央古隆起影响搬运距离较短,发育海陆过渡相的障壁岛海岸沉积体系,大量障壁岛平行岸线分布,有效隔绝广海。