鄂爾多斯盆地奧陶系層序地層格架①

郭彥如 趙振宇 徐旺林 史曉穎 高建榮 包洪平 劉俊榜張延玲 張月巧

(1.中國石油勘探開發(fā)研究院 北京 100083;2.中國地質(zhì)大學(xué)(北京)100083;3.長慶油田勘探開發(fā)研究院 西安 710021)

0 引言

鄂爾多斯盆地位于中國中西部地區(qū)，為中國第二大沉積盆地，橫跨陜、甘、寧、蒙、晉5省區(qū)，盆地本部面積2.5×105km2(圖1)。其內(nèi)部基地穩(wěn)定，構(gòu)造簡單，地層平緩。早古生代發(fā)育海相碳酸鹽巖沉積，是天然氣的重要產(chǎn)層。

自二十世紀(jì)八十年代鄂爾多斯盆地下古生界奧陶系碳酸鹽巖天然氣勘探取得突破以來，不同學(xué)者開始關(guān)注奧陶系層序地層研究，研究內(nèi)容涉及層序地層研究方法、層序地層劃分方案、層序地層沉積模式以及與油氣的關(guān)系等方面［1～15］。關(guān)于層序地層方法研究，包洪平等提出了碳酸鹽巖—蒸發(fā)巖地層層序界面識別的微相方法［1］;李斌等提出了空間數(shù)據(jù)庫技術(shù)定量研究方法［2，3］。關(guān)于層序地層劃分方案主要有四種:賈振遠(yuǎn)等將鄂爾多斯地區(qū)南緣奧陶紀(jì)可劃分為12個層序［4］;姚涇利將盆地西部奧陶系劃分為19個三級層序，其中馬家溝組包含了8個三級層序［5］;雷卞軍等將馬家溝組劃分為4個三級層序［6］;曹金舟等將盆地南部奧陶系劃分為7個層序［7］。關(guān)于層序地層模式，魏魁生等認(rèn)為鄂爾多斯盆地奧陶紀(jì)是一種碳酸鹽巖—碎屑巖緩坡模式和鑲邊陸架與末端陡傾緩坡的綜合模式［8～10］;周進高等將盆地中東部馬家溝組沉積模式總結(jié)為障壁瀉湖、咸化瀉湖和膏鹽湖三個沉積階段不同的沉積模式［11］;黃麗梅等在研究了盆地中東部馬家溝組后，提出了低海平面時期沉積模式和高海平面時期沉積模式［12］;另外，有學(xué)者還探討了層序地層與油氣的關(guān)系等問題［13～15］。然而，由于盆地西緣、南緣秦祁被動大陸邊緣與盆地中東部華北陸表海受慶陽古隆起的分隔，導(dǎo)致不同構(gòu)造環(huán)境的奧陶紀(jì)地層特征差異較大，且后期破壞嚴(yán)重，盆地周邊地層出露不連續(xù)，造成奧陶系地層對比困難，尚未形成全盆地統(tǒng)一的奧陶系層序地層格架，基礎(chǔ)研究并不牢靠。因此建立一套全盆地可對比的奧陶系層序地層格架十分必要?！笆晃濉逼陂g，筆者依托國家重大攻關(guān)項目，在綜合應(yīng)用各種地質(zhì)、地震資料的基礎(chǔ)上，通過大量的野外露頭剖面的實測與觀察，盆地內(nèi)典型井的層序地層分析，總結(jié)出鄂爾多斯盆地碳酸鹽巖層序地層分析方法，重新進行了奧陶系層序地層格架劃分與對比，系統(tǒng)建立了鄂爾多斯盆地奧陶系二、三級層序地層格架。

圖1 鄂爾多斯盆地位置圖Fig.1 Location of Ordos Basin

1 層序地層等時格架的建立方法

傳統(tǒng)的層序地層學(xué)研究主要強調(diào)對地震層序及其層序界面、凝縮段、體系域的識別與分析，重點在于從地震剖面中識別出有意義的超覆面(上超、下超、頂超)、截切面、以及沉積體系的退積—加積—進積特征［16］，由此來劃分不同的三級層序及其體系域。

鄂爾多斯盆地地震資料品質(zhì)較差，分辨率低，難以作為層序地層研究的主要手段［17］。根據(jù)層序地層學(xué)原理，尋找等時意義的地質(zhì)證據(jù)將成為鄂爾多斯盆地碳酸鹽巖層序地層劃分與對比的主要手段。因此，奧陶系碳酸鹽巖層序地層劃分必須建立在全盆地地層系統(tǒng)對比基礎(chǔ)上。針對鄂爾多斯盆地地表與地下地質(zhì)條件復(fù)雜、奧陶系層序地層劃分方案繁多、盆地周緣與盆地本部難以對比的難題，主要構(gòu)造層不整合面的等時對比成為解決這一問題的關(guān)鍵。筆者提出以下主要基于露頭與鉆井資料的“碳酸鹽巖層序地層劃分與對比五要素”分析方法進行奧陶系碳酸鹽巖層序地層劃分與對比。層序地層劃分的思路是首先根據(jù)奧陶系發(fā)育齊全的剖面作為標(biāo)準(zhǔn)剖面進行層序地層劃分;然后運用上述方法在全區(qū)尋找有共同特征的主要三級層序界面作為等時層序地層對比的標(biāo)志層;其次，以此標(biāo)志層為限定，通過測井和剖面巖性旋回性特征進行其他三級層序的對比，最后建立盆地不同構(gòu)造背景下可對比的奧陶系三級層序地層格架。

1.1 古生物地層是基礎(chǔ)

古生物用于層序地層對比的核心是關(guān)鍵地層的等時對比。鄂爾多斯盆地奧陶系露頭剖面化石豐富，而盆地鉆井缺乏化石。所以，主要依據(jù)地面露頭剖面建立不同地層區(qū)的古生物地層剖面。

在華北地臺內(nèi)部(唐山地區(qū))，奧陶系內(nèi)有4個重要的全區(qū)性I型不整合面(SB-1至SB-4)可作為層序地層對比的重要參考標(biāo)準(zhǔn)［18］。另外在冶里組近底部的SB-0雖不是很顯著，但也可普遍辨識［19］。這些層序界面在鄂爾多斯盆地西部和南部邊緣均可識別，但盆地邊緣的上奧陶統(tǒng)還有幾個重要的層序界面。因此，綜合起來鄂爾多斯盆地自上而下可識別的重要層序界面及關(guān)鍵性化石帶控制如下:

上述重要界面(SB-0至SB-5)均有較好的生物地層約束，可以在華北地臺各個地區(qū)進行良好的對比。在鄂爾多斯盆地西緣和南緣臺地邊緣不同地區(qū)，界面的表現(xiàn)有所不同。要根據(jù)其他識別標(biāo)志綜合判斷。

通過對盆地西緣和南緣14條奧陶系野外露頭剖面的地層對比，發(fā)現(xiàn)最重要的層序界面(SB-5)分別位于烏拉力克組之底、三道溝組頂部、山字溝組底部以及涇河組頂部，代表了本區(qū)地質(zhì)演化與沉積發(fā)展史的重要轉(zhuǎn)折。這個層序界面具有很好的生物地層控制，位于筆石Husterograptus teretiusculus帶和Pterograptus elegans帶之間，或牙形石Pygodus serra帶(DW3)中部。這個層序界面位于華北地臺中部位于峰峰組與馬家溝組之間，低于中—上奧陶統(tǒng)界線一個筆石帶，但厚度變化不等［18］。在盆地東西各不同地區(qū)，這個層序界面都構(gòu)成重要的巖相變化界面，是輔助識別中—上奧陶統(tǒng)界線的重要參考標(biāo)志。在這個層序邊界附近普遍存在一個顯著的碳同位素正向異常(MDICE)，并被解釋為可能與大氣CO2濃度下降有關(guān)，同時也伴生有一個重要的鍶同位素變化異常，被認(rèn)為可能與陸源風(fēng)化向海洋輸入的鍶含量升高有關(guān)［20］。

1.2 層序界面識別是關(guān)鍵

在奧陶系地面露頭剖面上可見到風(fēng)化暴露面(圖2a，g，i)、不整合面(圖2c)、能量轉(zhuǎn)換面(圖2e)、底礫巖(圖2f)、水下截切面(圖2f)等標(biāo)志，這些標(biāo)志是層序界面的主要識別標(biāo)志。通過這些識別標(biāo)志識別出三級層序界面。

圖2 地面露頭奧陶系剖面三級層序界面識別標(biāo)志Fig.2 Identification marks of Tertiary sequence interface in Ordovician outcrops profile

圖3 XT 1井奧陶系層序地層綜合柱狀圖(位置見圖1)Fig.3 Integrated Ordovician sequence stratigraphy chart of XT1 well(for its position Fig.1)

在鉆井剖面上，根據(jù)測井曲線的突變識別層序界面。碳酸鹽巖剖面往往沒有明顯的曲線特征，但重大界面特征明顯，如盆地南部二級層序界面Osq1/?sq1(冶里組與寒武系)、Osq6/Osq5(相當(dāng)于平?jīng)鼋M與馬家溝組)、Csq1/Osq7(相當(dāng)于石炭系與平?jīng)鼋M)、三級層序界面Osq3/Osq2(馬家溝組與亮甲山組)、Osq4/Osq3(相當(dāng)于馬四段與馬三段)、Osq5/Osq4(相當(dāng)于馬六段與馬五段)等界面是沉積環(huán)境突變面，界面上下自然伽馬、Pe曲線和 AC曲線特征差異明顯(圖3)。

在地震剖面上，由于訊噪比差、分辨率低等原因，內(nèi)部反射雜亂，不宜區(qū)分。但在盆地臺緣區(qū)和古隆起周邊可見大的不整合界面引起的同相軸的削截、收斂等接觸關(guān)系，如在盆地東部可見Osq2/∈sq6、Osq3/Osq2和Csq1/Osq4等不整合面(圖4)。

1.3 重要地質(zhì)事件是標(biāo)志

鄂爾多斯盆地金粟山組發(fā)育斑脫巖(圖2g)，其成分火山碎屑占80%，陸源石英占10%，雜基占10%，基質(zhì)以水云母為主，在盆地西緣與南緣廣泛分布。該類火山巖的發(fā)育反映該時期是一個大的構(gòu)造活動期。與全球其他地區(qū)對比，這類火山巖在晚奧陶世 Laurentia、Baltica、南中國大陸廣泛分布［21，22］。G.Gao等(1996)研究發(fā)現(xiàn)該套火山巖的87Sr/86Sr與δ13C在中奧陶世末出現(xiàn)明顯的拐點［23］，表明鄂爾多斯盆地在奧陶系發(fā)育的斑脫巖屬于中奧陶世末。因此可以斷定，中奧陶世末是全球構(gòu)造活動環(huán)境的重大轉(zhuǎn)變期，其沉積界面應(yīng)是二級層序OMsq1和OMsq2的層序界面，也是Osq6/Osq5的層序界面。

圖4 鄂爾多斯盆地東部地震剖面層序結(jié)構(gòu)剖面(位置見圖1)Fig.4 Sequence stratigraphy of seismic profiles in the eastern part of Ordos Basin(for its position Fig.1)

1.4 地球化學(xué)指標(biāo)是補充

對地面露頭剖面進行全剖面的C/O同位素曲線制作，用國際奧陶系標(biāo)準(zhǔn)同位素剖面進行標(biāo)定。選擇盆地南部和盆地東部多條奧陶系露頭剖面進行了C/O同位素實測，其C/O同位素曲線與Stig M.Begstrom et al.建立的奧陶系C/O同位素曲線可對比［24］，可識別七個層序界面，分別是 Osq2/Osq1(亮甲山組/冶里組)、Osq3/Osq2(馬一段/亮甲山組)、Osq4/Osq3(馬四段/馬三段)、Osq5/Osq4(克里摩里組/馬五段)、Osq6/Osq5(烏拉力克組/克里摩里組)、Osq7/Osq6(拉什仲組/烏拉力克組)和 Osq8/Osq7(背鍋山組/公烏素組)(圖5)。同時確定了盆地東部與南部馬家溝組的地質(zhì)時代，盆地內(nèi)馬一段至馬三段應(yīng)屬于下奧陶統(tǒng)弗洛階，馬四段至馬五段應(yīng)屬于中奧陶統(tǒng)大坪階，不僅解決了馬四三—馬五段的地層劃分問題，也為盆地東、西部不同構(gòu)造背景的等時地層對比提供了有力佐證。

1.5 測井曲線對比是核心

在上述三級層序界面識別的基礎(chǔ)上，與盆地鉆井資料建立關(guān)系。以XT 1井為例，奧陶系劃分為8個三級層序，各層序測井曲線變化韻律明顯，特別是GR曲線，按照LST—TST—HST發(fā)育特征展現(xiàn)出低值—高值—低值的變化韻律，由此也可進一步證明層序地層劃分的準(zhǔn)確性。同時Pe、RILD和RILS曲線也展現(xiàn)了較為明顯的變化韻律(見圖3)。依據(jù)電性特征，結(jié)合巖性變化規(guī)律，SB-2、SB-3、SB-5三個重要的不整合界面的控制，在沉積學(xué)原理指導(dǎo)下，進行全盆地17條連井剖面層序地層等時對比(圖6，7)，最終建立了全盆地層序地層格架。

2 層序界面識別與對比

層序界面識別是層序地層劃分與對比的關(guān)鍵，根據(jù)鄂爾多斯盆地“碳酸鹽巖層序地層劃分與對比五要素”總結(jié)出奧陶系層序界面的綜合識別標(biāo)志如下。

2.1 二級層序OMsq1

二級層序OMsq1包括五個三級層序，涉及以下五個層序界面:

SB-0(Osq1/∈sq7)層序界面:分布在盆地西緣與南緣，為奧陶系與寒武系之間的二級層序界面。在盆地西緣青龍山鴿堂溝剖面表現(xiàn)清楚，位于麻川組底部8 m后的寒武系深灰色厚塊狀灰?guī)r之上，以厚約1.2 m粉紅色泥質(zhì)粉砂巖為特征，與上下地層分隔明顯。在盆地南緣淳化鐵瓦殿山北坡，則出現(xiàn)在麻川組距底12 m的深灰色泥晶灰?guī)r之上，表現(xiàn)為厚約0.5 m的灰黃色泥質(zhì)粉砂巖(圖2a)，這個特征與在華北唐山地區(qū)看到的情況相似。自然伽馬曲線有明顯變化，界面之上表現(xiàn)為低值(圖3)。在二維地震剖面上有明顯的地震同相軸超覆尖滅現(xiàn)象(圖4)。

SB-1(Osq2/Osq1)層序界面:分布在盆地西緣與南緣。在華北唐山一帶位于亮甲山組底部，以古風(fēng)化殼為特征，在華北地臺中部可以廣泛追索［18］。在盆地西緣青龍山地區(qū)則表現(xiàn)為麻川組中下部一個明顯起伏的古喀斯特面，其上存在5～15 cm不等的灰黃—紫紅色粘結(jié)砂屑礫灰?guī)r，沿此面追索，還見有切入下伏灰?guī)r深30 cm、寬35 cm、長約3 m的典型潮道，其中充填有灰黃色礫巖。在盆地南緣淳化縣鐵瓦殿山北坡，該界面位于麻川組中下部含白云質(zhì)厚層灰?guī)r中，也是一個很好的古風(fēng)化面，其上發(fā)育有厚約50 cm的灰黃色泥質(zhì)粉砂巖以及鐵質(zhì)風(fēng)化殼層。在隴縣白家灘剖面上，這個界面同樣以泥質(zhì)沉積的出現(xiàn)為標(biāo)志。向西至山西河津剖面亮甲山組與冶里組之間表現(xiàn)為明顯的不整合面(圖2b)。自然伽馬曲線有明顯變化，界面之上表現(xiàn)為鋸齒狀高值(圖3)。碳同位素曲線表現(xiàn)為一明顯的負(fù)異常值(δ13C值偏輕)，與全球奧陶系碳同位素曲線特征一致［24］(圖5)。

SB-2(Osq3/Osq2)層序界面:分布在盆地西緣、南緣與盆地中東部。在盆地西緣西北部桌子山剖面三道坎組與崮山組之間不整合接觸，風(fēng)化殼明顯;青龍山水泉嶺組底部是一個區(qū)域性風(fēng)化不整合面，之下出現(xiàn)厚約5～15 cm不等的石英砂層和紫紅色礫灰?guī)r層(圖2c)。在盆地南緣岐山—麟游斜坡相帶，馬家溝組底界發(fā)育一套2～3 m的大塊底礫巖，具有明顯的氧化暴露特征。向西至鐵瓦殿北坡則是一個顯著的陸上風(fēng)化殼，以中厚層灰?guī)r序列中出現(xiàn)厚約5 m的黃色泥質(zhì)粉砂巖為特征，成層性較差，風(fēng)化后形成明顯的大溝。在華北地臺馬家溝組底部分布廣泛，以厚層喀斯特角礫巖、櫛殼灰?guī)r為重要特征，個別地區(qū)見有不規(guī)則分布的砂巖體，代表一個突出的古風(fēng)化面。自然伽馬曲線變化明顯，界面之上表現(xiàn)為鋸齒狀低值，聲波測井曲線出現(xiàn)高值，電阻率迅速增高(圖3，3，6)。碳同位素曲線表現(xiàn)為一明顯的負(fù)異常值(δ13C值偏輕)，與全球奧陶系碳同位素曲線可對比［24］，Osq3氧同位素值也偏輕(圖5)。

圖5 鄂爾多斯盆地東南部山西省河津縣西硙口奧陶系碳氧同位素特征與標(biāo)準(zhǔn)奧陶系碳同位素特征對比Fig.5 Comparison between Ordovician carbon isotope characteristics in Xiweikou village HeJin county Shanxi province in eastern Ordos Basin and the standard of Ordovician carbon isotope characteristics

圖6 H14-YT1井連井剖面奧陶系層序地層格架(位置見圖1)Fig.6 Ordovician sequence stratigraphy contrast of H14-YT1 Well(for its position Fig.1)

圖7 Y23-YC1井連井剖面奧陶系層序地層格架(位置見圖1)Fig.7 Ordovician sequence stratigraphy contrast of Y23-YC1 Well(for its position Fig.1)

SB-3(Osq4/Osq3)層序界面:分布在盆地西緣、南緣與盆地中東部。在多數(shù)地區(qū)表現(xiàn)為陸上暴露風(fēng)化面，不同程度地發(fā)育古風(fēng)化殼或殘積角礫。在盆地西緣桌子山組下部表現(xiàn)為起伏不平的暴露風(fēng)化面(圖2d)，其上發(fā)育有厚5～10 cm不等的紅色泥質(zhì)層和鈣質(zhì)結(jié)殼層。在盆地中東部馬三頂部膏巖層之上，自然伽馬和電阻率曲線變化明顯，層序界面均表現(xiàn)為齒狀高值，而界面之下均表現(xiàn)為鋸齒狀高值，界面之上曲線均呈微齒狀低值(圖3、圖6、圖7)。

SB-4(Osq5/Osq4)層序界面:分布在盆地西緣和南緣。在鄂爾多斯盆地西緣北段，該界面位于克里摩里組底部薄層瘤狀灰?guī)r與桌子山組厚層灰?guī)r之間，可見明顯的古風(fēng)化面與侵蝕下切穿層現(xiàn)象(圖2e)。在桌子山組頂部出現(xiàn)多個薄的櫛殼層和紅色泥質(zhì)層，代表小的暴露面。在賀蘭山西坡胡基臺以米缽山組底部的約9 m厚層礫屑灰?guī)r為重要標(biāo)志，其中具良好的滑動變形構(gòu)造，代表近源滑塌沉積。由此點向東4 km至中梁子一帶，該界面變化為明顯的古風(fēng)化面，其下的厚層灰?guī)r頂起伏不平，其上存在有約1.3 m灰黃色泥質(zhì)沉積。表明這個地區(qū)有明顯的構(gòu)造沉降疊加的影響，滑塌沉積啟動較早，這也是西緣外帶的共同特征，普遍早于內(nèi)帶。向南至在青龍山地區(qū)，該界面位于水泉嶺組與三道溝組之間，表現(xiàn)為一個陸上風(fēng)化面，其上存在約10 cm厚的灰白色鈣結(jié)殼層和約15 cm褐灰黃色粘結(jié)礫灰?guī)r。在盆地南緣鐵瓦殿北坡表現(xiàn)為三道溝組底部一層厚約1.2 m的喀斯特角礫巖，其底部明顯起伏不平，與水泉嶺組頂部白云質(zhì)厚層灰?guī)r明顯不同，喀斯特角礫橫向可變化為礫屑灰?guī)r。在盆地中東部，以馬五段頂部膏巖發(fā)育為特征，代表了水體變淺的過程。自然伽馬曲線出現(xiàn)明顯的臺階狀變化，界面之上表現(xiàn)為低值平滑曲線，而界面之下表現(xiàn)為鋸齒狀低值背景，在界面處電阻率迅速升高(圖3)。碳氧同位素曲線均表現(xiàn)為一明顯的負(fù)異常值，與全球奧陶系碳同位素曲線可對比［24］(圖5)。在盆地本部大部分地區(qū)，該界面是石炭系與奧陶系馬五段的風(fēng)化殼不整合面，奧陶系頂部侵蝕溝槽明顯(圖4)。

2.2 二級層序OMsq2

二級層序OMsq2包括三個層序，涉及以下四個層序界面:

SB-5(Osq6/Osq5)層序界面:為二級層序界面，是一個區(qū)域性大的構(gòu)造不整合面，代表了大的構(gòu)造運動的轉(zhuǎn)換時期。沿該界面之上，盆地中東部處于侵蝕剝蝕狀態(tài)，一直持續(xù)到石炭紀(jì)開始，而盆地西部、南部形成深海槽。因此在奧陶系地層中，該界面在有奧陶系的地區(qū)分布范圍較小，僅分布在盆地西緣、南緣與盆地本部的東南部。在大部分地區(qū)表現(xiàn)為典型的水下滑塌截切面，與前述的各層序界面顯著不同。在西緣小區(qū)不同剖面上，界面之上為3～12 m不等的LST滑塌角礫灰?guī)r(烏拉力克組底部，山字溝組底部和三道溝組頂部)，是鄂爾多斯盆地邊緣最突出的一個層序界面。在賀蘭山西坡胡基臺，界面之上是厚達18 m的滑塌巨角礫巖，礫石直徑可達1 m，一般在5～15 cm，大小混雜，呈現(xiàn)出斜坡扇水道沉積的特點。在青龍山地區(qū)，以三道組頂部厚3.5 m的厚層含礫屑灰層為特征，其中有明顯的漸進變形構(gòu)造(圖2f)，而界面之下則是薄板狀泥晶灰?guī)r，兩者截然不同。在鄂爾多斯盆地南緣隴縣，該界面出現(xiàn)在三道溝組頂部，其上發(fā)育厚約5 m厚層滑塌灰?guī)r，含有近源大巖塊，向下刨蝕地層深達2 m，再向上出現(xiàn)中薄層灰?guī)r夾粉砂巖，向上過渡為含有Husterograptus teretiusculus的平?jīng)鼋M頁巖。向東至富平趙老峪一帶，表現(xiàn)為涇河組底部重大的陸上風(fēng)化面。在起伏不平的厚層碳酸鹽巖侵蝕面上發(fā)育有厚約1 m的黃色粉砂質(zhì)泥巖。自然伽馬曲線低值無變化，而自然電位曲線出現(xiàn)明顯的負(fù)異常，在界面處電阻率迅速降低(圖3)。碳氧同位素曲線均表現(xiàn)為一明顯的正異常值，與全球奧陶系碳同位素曲線可對比［24］(圖5)。在盆地本部東南部，該界面演變?yōu)槭肯蹬c奧陶系馬六段的風(fēng)化殼不整合面。

SB-6(Osq7/Osq6)層序界面:分布在盆地西緣與南緣。在盆地西緣桌子山地區(qū)位于拉什仲組下部，以厚約25 m的厚層—塊狀含長石中—粗粒石英砂巖與下伏黑灰色泥質(zhì)—黏土巖截然區(qū)分，砂巖底部含有細(xì)礫，代表一次大幅海平面下降。其下的泥質(zhì)巖中含有筆石 Nemagraptus gracilis，砂巖之上的頁巖中含有Climacograptus bicornis，因此界面的時代可確定在SA2帶之底。在盆地西南緣隴縣龍門洞以及平?jīng)鲒w溝橋剖面上的平?jīng)鼋M中上部，也發(fā)育有一層厚約0.4～4 m不等的礫屑灰?guī)r，其性質(zhì)與拉什仲組下部的層序界面一致，層位也接近于SA1/SA2帶的邊界，恰在界面之下的頁巖中我們采獲筆石Nemagraptus gracilis至少表明界線底界應(yīng)高于此帶。向西至涇陽西陵溝和耀縣桃曲坡剖面相當(dāng)于金粟山組之下的涇河組頂之下約5～8 m處，也發(fā)育有一個明顯的界面，但均表現(xiàn)為陸上暴露面(圖2g)。在西陵溝以一層紫紅色鐵質(zhì)風(fēng)化殼為標(biāo)志，其上下出現(xiàn)礫屑灰?guī)r層。而在桃曲坡，則表現(xiàn)為一層厚約40 cm的黃色泥質(zhì)粉砂巖。在華北地臺中部，峰峰組在各地保存情況不一。目前已知該組最高的層位含牙形石Belodina compressa-Microelodus symmetricus帶，一般對比為Proniodus alaba-tus帶下部或筆石Climacograptus bicornis帶(SA2)底部［25］，考慮到峰峰組沉積后經(jīng)歷了從晚奧陶世晚期至早石炭世長達數(shù)億年的風(fēng)化剝蝕，其原始沉積的最高層位很可能接近bicornis帶之底，故其頂界的不整合可能相當(dāng)于拉什仲組下部層序界面，或略早于SB-5底界。自然伽馬曲線在鋸齒狀中值背景中出現(xiàn)低值，其他區(qū)縣無明顯變化(圖3)。碳同位素曲線變化不大，但氧同位素值明顯偏輕(圖5)。

SB-7(Osq8/Osq7)層序界面:分布在盆地西緣與南緣。在不同的地區(qū)分別位于蛇山組底部、背鍋山組底部、銀川組底部以及桃曲坡組近底部。前兩者表現(xiàn)為明顯的水下滑塌截切面，其上為厚層砂質(zhì)礫屑灰?guī)r和塊狀角礫巖，其下則為頁巖或黏土巖。而在賀蘭山西坡胡基臺則以銀川組底部厚達50～65 m的厚層含鈣屑長石石英砂巖(重力流成因)明顯地區(qū)分于其下的薄層粉砂質(zhì)泥巖和粉砂質(zhì)頁巖遠(yuǎn)源濁流沉積，代表一次向盆方向的相遷移。在盆地南緣東段地區(qū)，該界面出現(xiàn)在桃曲坡坡組與金粟山組之間或略高層位。這個層序界面有很好的生物地層控制，其位置相當(dāng)于筆石帶Dicranograptus clingani(KA1)和Pleurograptus linearis(KA2)之間，或相當(dāng)于北美中大陸牙形石帶confluens帶和tenuis帶之間的層序界面;在華南出現(xiàn)在寶塔組之上，或相當(dāng)于Hamarodus europaeus和其上的臨湘組Protopanderodus insculptus帶之間，在歐洲出現(xiàn)在Amorphognathus superbus和 Prioniodus alobatus帶之間，大致與北美中大陸Eureka砂巖之下的層序界面相當(dāng)［25］。這個界面通常被認(rèn)為代表了晚奧陶世冰川開始啟動導(dǎo)致的第一個重大海平面下降事件，而其上的Eureka砂巖則被認(rèn)為代表了冰川啟動導(dǎo)致的最重大的低海平面時期沉積，具有全球的大致同時性［25］。這個層序界面為本區(qū)上奧陶統(tǒng)與世界其它地區(qū)的地層對比提供了最重要的可靠的層序界面參考標(biāo)志。

SB-8(Csq1/Osq8)層序界面:為奧陶系與石炭系之間的二級層序界面，有奧陶系存在的地區(qū)只分布在盆地西、南緣。所代表的海平面下降規(guī)?？赡芟鄬^小，僅見于盆地南部桃曲坡剖面和龍門洞剖面，分別位于桃曲坡組頂部和背鍋山組頂部。在龍門洞剖面上，該界面之上出現(xiàn)5 m紫紅色鈣質(zhì)膠結(jié)角礫灰?guī)r，代表LST部分滑塌沉積，向上被東莊組底部TST黃綠色頁巖所覆蓋。在桃曲坡剖面上，以桃曲坡組頂部厚約15 m富含腹足，頭足及珊瑚化石的中層狀灰?guī)r為標(biāo)志，代表LST期沉積，其上被東莊組底部薄層泥質(zhì)灰?guī)r為代表的TST所上覆。與此相當(dāng)?shù)慕缑嬖谄渌貐^(qū)沒有辨識，可能主要是由于西緣外帶水深較大，一般規(guī)模海平面下降已經(jīng)不足以引起海底沉積相的明顯變化。但我們推測可能在銀川組上部的一些薄層礫屑灰?guī)r可能也是由于海平面下降所導(dǎo)致。這個層序界面的時代約束不很好，但可以肯定在Orthograptus quadrimucronata的FAD之上(出現(xiàn)在桃曲坡組上部)，故可能相當(dāng)于KA2中上部。在桃曲坡剖面位于東莊組頂部，代表一個長時期的古風(fēng)化面(圖2i)。其上被晚古生界含煤陸相地層所覆蓋。在其它地區(qū)這個風(fēng)化面所代表的時間可能更長，是華北地臺上規(guī)模巨大的區(qū)域性不整合面?？紤]到該界面之下的東莊組沉積水深并不淺，因此我們認(rèn)為這個地區(qū)原始的沉積地層可能還會延續(xù)的晚一些，只是被后期風(fēng)化剝蝕掉了。

3 奧陶系層序地層格架

3.1 奧陶系層序地層縱向格架

上述9個層序界面是盆地奧陶系可識別出的層序界面。界面特征明顯，反映出2個二級層序和8個三級層序。各層序及其地層對比關(guān)系大致為:OMsq1相當(dāng)于中下奧陶統(tǒng)，包括Osq1(相當(dāng)于冶里組)、Osq2(相當(dāng)于亮甲山組)、Osq3(LST:相當(dāng)于馬一段;TST:相當(dāng)于馬二段;HST:相當(dāng)于馬三段)、Osq4(TST:相當(dāng)于馬四段;HST:相當(dāng)于馬五段)和Osq5(相當(dāng)于馬六段/克里摩里組);OMsq2相當(dāng)于上奧陶統(tǒng)，包括Osq6(相當(dāng)于平?jīng)鼋M下部/烏拉力克組+拉什仲組下部)、Osq7(相當(dāng)于平?jīng)鼋M上部/拉什仲組上部+公務(wù)素組)和Osq8(相當(dāng)于背鍋山組)(表1、圖3)。

3.2 奧陶系層序地層橫向格架

在單井和露頭層序地層劃分基礎(chǔ)上，開展了盆地奧陶系露頭—鉆井層序?qū)Ρ妊芯?。研究表明，盆地奧陶系三級層序地層格架以中央古隆起為界，東西和南北層序地層格架明顯不同。在東西向剖面上(圖6)，盆地西部至少發(fā)育層序Osq4—層序Osq7四套地層，結(jié)合野外青龍山剖面可知，該區(qū)地層發(fā)育層序Osq1—層序Osq7，由于南部慶陽古隆起的存在，地層尖滅于慶深2井處，由下至上依次發(fā)育外緩坡、中緩坡、開闊臺地、斜坡相;盆地中部南北古隆起的鞍部主要發(fā)育層序Osq4地層，由下至上依次為潮坪、蒸發(fā)臺地相;東部與中部地層關(guān)系對比良好，保存狀態(tài)基本一致，發(fā)育層序Osq3、Osq4，由下至上蒸發(fā)潮坪、澙湖交替分布。從整個剖面來看，在慶陽古隆起東側(cè)，相變變化較快，以緩坡—臺地相為主，東部以蒸發(fā)潮坪—澙湖相為主。由下至上，西部祁連海水深逐漸增加，東部華北海震蕩加深。

在南北向剖面上(圖7)，也有類似的特點，但有差異。盆地北部為伊盟古隆起，缺失奧陶系全部地層;中部主要發(fā)育層序Osq3、Osq4兩套地層，由下至上依次為潮坪、淺水臺地、蒸發(fā)臺地相;南部慶陽古隆起一直處于隆起剝蝕狀態(tài);南緣層序地層發(fā)育最全(層序Osq1—層序Osq8)，由下至上依次發(fā)育潮坪、中緩坡、臺緣礁灘相、開闊臺地相、斜坡相，反映出秦嶺海也存在水深逐漸增加的過程。

總體來看，在盆地西、南部“L”型秦祁海槽奧陶系層序發(fā)育齊全，表現(xiàn)出7～8次海進—海退的演化過程。在盆地西部窄大陸邊緣北部奧陶系發(fā)育層序Osq3—層序Osq7五套地層，南部奧陶系發(fā)育層序Osq1—層序Osq7五套地層;盆地南部寬大陸邊緣奧陶系發(fā)育層序Osq1—層序Osq8八套地層。受伊盟古隆起—慶陽古隆起的分隔，盆地中東部臺內(nèi)凹陷只在海進最大時期中奧陶世出現(xiàn)3次海進—海退旋回，形成層序Osq3—層序Osq5 TST層序。西部祁連海和東部華北海僅在Osq4 LST海侵最大時出現(xiàn)過短暫連通。

3.3 奧陶系層序地層平面分布特征

奧陶系8個層序的巖相古地理特征已撰文發(fā)表［26］，在此不再贅述。以下就其總體展布特征作一簡介。

3.3.1 下奧陶統(tǒng)特馬道克階

由層序Osq1和層序Osq2組成。層序Osq1相當(dāng)于冶里組，層序Osq2相當(dāng)于亮甲山組。

早奧陶世開始，華北地臺繼承了寒武紀(jì)在其南緣、西緣的被動大陸邊緣構(gòu)造環(huán)境，在秦祁、興蒙海槽的伸展構(gòu)造背景下發(fā)生鄂爾多斯古陸西、南、東三個方向的海侵，形成層序Osq1和層序Osq2。兩層序厚度相近，沉積環(huán)境相似，分布較局限。巖性主要為白云巖、砂巖、灰質(zhì)泥巖，分布于盆地周緣，呈“U”型展布，向中央古隆起一帶超伏尖滅，沉積厚度0～160 m，由盆地向海依次發(fā)育內(nèi)緩坡、中緩坡和外緩坡［26］。

3.3.2 中下奧陶統(tǒng)弗洛階—中奧陶統(tǒng)達瑞威爾階

由下統(tǒng)弗洛階的層序Osq3(相當(dāng)于馬一段至馬三段)、中統(tǒng)大坪階的層序Osq4(相當(dāng)于馬四段)和達瑞威爾階的層序Osq5(相當(dāng)于馬六段/克里摩里組)組成。

早奧陶世晚期，在向中奧陶世活動大陸邊緣轉(zhuǎn)化的過程中，中央古隆起逐漸下沉，西、南、東三面海侵加劇。在一個大的海進背景下形成三個次級海進海退旋回，沉積了層序Osq3—層序Osq5。盆地西部和南部在層序Osq2基礎(chǔ)上繼承發(fā)育了內(nèi)緩坡、中緩坡和外緩坡沉積，沉積范圍向中央隆起帶擴展，巖性從含生屑泥晶灰?guī)r—泥晶灰?guī)r—泥灰?guī)r—灰泥巖—泥頁巖由陸向海依次過渡，厚度0～1 640 m。其中層序Osq5逐漸演變?yōu)槿蹊傔吪_地，厚度劇增，增幅達500 ～1 000 m［26］。盆地中東部出現(xiàn)內(nèi)陸鹽洼，在海平面下降期形成三期鹽化瀉湖沉積(層序Osq3 LST，相當(dāng)于馬一段(圖8a);層序Osq3 HST，相當(dāng)于馬三段;層序Osq4 HST，相當(dāng)于馬五段(圖8c))，在海平面上升期形成三期局限臺地—開闊臺地相(層序Osq3 TST，相當(dāng)于馬二段;層序Osq4 TST，相當(dāng)于馬四段(圖8b);層序Osq5，相當(dāng)于馬六段)。鹽化澙湖呈“O”字型，外圍發(fā)育膏云坪，盆底發(fā)育鹽化澙湖，沉積了大量的膏鹽巖、鹽泥巖、膏云巖等典型蒸發(fā)鹽類。局限臺地—開闊臺地相主要由云質(zhì)灰?guī)r、含生物碎屑灰?guī)r組成。內(nèi)陸鹽洼沉積厚度相對穩(wěn)定，盆地東部洼陷中心最厚達800 m，向北、西、南三面減薄至0～400 m(其中層序Osq5遭大面積剝蝕，僅有零星沉積分布，厚度小于20 m)。

3.3.3 上奧陶統(tǒng)桑比階—凱特階下部

由上統(tǒng)桑比階的層序Osq6(相當(dāng)于平?jīng)鼋M下部/烏拉力克組)、層序Osq7(相當(dāng)于平?jīng)鼋M上部/拉什仲組—公烏素組)和凱特階下部的層序Osq8(相當(dāng)于背鍋山組/蛇山組)組成。

中奧陶世末，大地構(gòu)造發(fā)生劇烈變化，隨著古秦嶺洋、古祁連洋俯沖消減的持續(xù)進行，包括鄂爾多斯盆地在內(nèi)的華北盆地大幅度抬升，成為剝蝕古隆起(一直持續(xù)到早石炭世)，僅在鄂爾多斯盆地的西、南緣形成了具有溝—弧—盆體系的主動大陸邊緣弧后裂陷盆地，沉積了層序Osq6—層序Osq8。層序Osq6沉積期開始，盆地西部、南部形成深海槽，沉積環(huán)境演變?yōu)榫哂腥蹊傔吪_地邊緣的開闊臺地、斜坡和盆地沉積環(huán)境，沉積分布范圍呈窄條帶狀，“L”型展布，沉積地層在盆地西部厚0～1 000 m(西緣中段缺失層序8)，在盆地南部厚0～2 500 m。開闊盆地相以泥粉晶灰?guī)r為主，其中西緣發(fā)育臺地邊緣灘亞相，南緣發(fā)育一定規(guī)模的臺緣礁灘體。斜坡相發(fā)育泥頁巖與泥灰?guī)r互層，深水盆地與廣海陸棚主要發(fā)育碎屑流和濁流［27～31］(圖8d)。

表1 鄂爾多斯盆地奧陶系重要化石帶與層序地層劃分對照表Table 1 Cross-references between important fossils and sequence stratigraphic division of Ordovician in Ordos Basin

奧陶紀(jì)末，鄂爾多斯地區(qū)整體抬升，經(jīng)歷了長達1.2億年的風(fēng)化剝蝕［32］，形成了奧陶系頂面古巖溶地貌［33］。

4 奧陶系碳酸鹽巖臺地層序地層發(fā)育模式

鄂爾多斯盆地位于華北地臺西南部，早古生代西側(cè)為古祁連洋，南側(cè)為秦嶺洋，盆地實際上是一個被南、西兩側(cè)洋盆所圍限的大陸地臺邊緣。由于秦、祁洋具有不同的地質(zhì)演化過程，因此在盆地南緣和西緣沉積層序各具特點。盆地中東部則受華北?？刂?，發(fā)育了封閉—半封閉沉積環(huán)境所具有的層序模式。

4.1 碳酸鹽臺地緩坡層序發(fā)育模式

中奧陶世晚期達瑞威爾期層序Osq5(克里摩里組/馬六段)沉積之前，盆地西部延伸到賀蘭山地區(qū)，南部延伸到秦嶺地區(qū)。大地構(gòu)造環(huán)境處于被動大陸邊緣發(fā)育階段，其背景相似，構(gòu)造活動弱，盆地西緣與南緣環(huán)境變化不大。三道坎組沉積期，為由碳酸鹽巖和硅質(zhì)碎屑巖組成的緩坡。

縱觀盆地西緣和南緣垂向演化序列，早奧陶世—中奧陶世早期以內(nèi)陸棚緩坡臺地沉積為主(圖9a)，大多數(shù)地區(qū)屬潮坪—潮下帶上部淺海環(huán)境，白云質(zhì)碳酸鹽巖沉積較為發(fā)育，生物化石相對較少，門類單一。低位體系域主要由濱岸砂巖組成。坡度很緩，低位期的砂巖覆蓋面積較大，但愈近物源區(qū)愈薄或消失。隨著海進的開始，臺地重新發(fā)育，陸源物質(zhì)受到抑制。首次洪泛面附近為具內(nèi)源碎屑、含腕足殼的泥砂質(zhì)沉積。海侵體系域在遠(yuǎn)源區(qū)(例如老石旦東山一帶)為陸架灰?guī)r或灘相生物屑灰?guī)r;在近岸區(qū)(例如蘇必溝)潮坪沉積發(fā)育，剖面上見青魚刺形等潮汐層理。在高位體系域一般巖層在不同程度地受到白云巖化作用，由外陸架的粒泥巖和內(nèi)陸架的泥粒巖或顆粒巖組成。

圖8 中晚奧陶紀(jì)主要層序沉積期巖相古地理Fig.8 The lithofacies paleogeography of main sequences in Middle-Late Ordovician，Ordos Basin

圖9 鄂爾多斯盆地西緣、南緣奧陶紀(jì)碳酸鹽臺地層序發(fā)育模式Fig.9 Sequence model of carbonate platform in Ordovician in the western and southern margin of Ordos

4.2 碳酸鹽臺地鑲邊陸架層序發(fā)育模式

中奧陶世晚期達瑞威爾期層序Osq5(克里摩里組/馬六段沉積期)—晚奧陶世是鄂爾多斯盆地西、南邊緣地質(zhì)演化的新階段，大地構(gòu)造環(huán)境由被動大陸邊緣轉(zhuǎn)化為主動大陸邊緣活動階段，普遍發(fā)生強烈沉降，巖相分異顯著，逐漸演化為弱鑲邊碳酸鹽臺地(圖9b)，在臺地邊緣形成了典型的弱鑲邊型礁灘沉積體系，垂向上生物礁體與藻灰?guī)r互層，礁核膠結(jié)致密，很難形成有利儲層，典型沉積特征如好峙河露頭剖面。在臺緣斜坡環(huán)境中發(fā)育了滑塌、碎屑流和濁流沉積［27～31］，在深水盆地相沉積中含有豐富的筆石動物群化石。

(1)低位體系域(LST)。LST典型的沉積有兩類，一是濁流沉積，二是碎屑流沉積。當(dāng)臺地下沉到透光帶之下，由于淹沒而消亡，繼后的海平面下降，發(fā)育陸源碎屑濁積巖，見于烏拉力克組以上地層，拉什仲組十分發(fā)育，為斜坡扇體系。烏拉力克組發(fā)育碳酸鹽沉積。克里摩里組見下切谷充填式碎屑流沉積，公烏素組見碳酸鹽泥屑巖沉積。低水位體系域還可以見到向下(海)建造的臺地邊緣灘或巖隆、砂質(zhì)濱岸沉積和潮坪體系。

(2)海侵體系域(TST)。初期具有滯留礫巖和喀斯特(臺地)沉積，臺內(nèi)點礁或點灘常見;岸帶部位見砂灘、砂壩體系和寬闊的潮坪體系;坡折部位原發(fā)育的巖隆部分淹沒消失，部分向上建筑。隨著海平面的上升、可容納空間的增大進入追補沉積階段，深水部位發(fā)育等深流沉積，見低密度鈣屑濁積巖。當(dāng)海平面上升到最高點、可容納空間最大時，發(fā)育密集段。典型的密集段為黑色筆石頁巖(圖10a)。

(3)高位體系域(HST)。HST有追補型和并進型兩種重要的沉積體系。追補型往往為連續(xù)的暗色泥頁巖沉積(圖10b)，間夾低密度鈣屑濁積巖和薄板狀微晶灰?guī)r，泥粒巖或顆粒巖中早期海底膠結(jié)物很少。并進型早期沉積與追補型相似，中晚期沉積大相徑庭。其臺地邊緣巖隆、礁灘體(圖10c)、臺內(nèi)淺灘(圖10d)發(fā)育，范圍較TST擴大;坡折部位，陸架灰?guī)r沉積較為普遍。

4.3 碳酸鹽臺內(nèi)洼陷層序發(fā)育模式

鄂爾多斯盆地中東部是華北地臺內(nèi)部典型的陸表海沉積環(huán)境，早奧陶世晚期弗洛期—中奧陶世馬家溝組沉積期發(fā)展成為臺內(nèi)洼陷，并出現(xiàn)了3次蒸發(fā)膏鹽化澙湖與局限澙湖/開闊臺地交替發(fā)育的特征，由此沉積了3套厚層蒸發(fā)膏鹽巖。其中，海侵體系域以發(fā)育局限臺地/開闊臺地相為主，層序Osq4海侵體系域(馬四段)沉積期海侵使得華北海與祁連海連通。高位體系域發(fā)育蒸發(fā)潮坪與鹽化澙湖，表現(xiàn)為典型的封閉—半封閉“同心圓”狀澙湖沉積模式［11，12］。

5 結(jié)論

(1)提出了鄂爾多斯盆地“碳酸鹽巖層序地層劃分與對比五要素”分析方法，即針對地震資料分辨率低的資料特點，提出強調(diào)古生物地層是基礎(chǔ)、層序界面識別是關(guān)鍵、重要地質(zhì)事件是標(biāo)志、地球化學(xué)指標(biāo)是補充、測井曲線對比是核心的分析方法。通過該分析方法在鄂爾多斯盆地奧陶系層序地層對比中的應(yīng)用，建立了鄂爾多斯盆地奧陶系層序地層格架。

(2)將鄂爾多斯盆地奧陶系層序地層劃分為2個二級層序和8個三級層序:OMsq1包括Osq1(冶里組)、Osq2(亮甲山組)、Osq3(LST:馬一段;TST:馬二段;HST:馬三段)、Osq4(TST:馬四段;HST:馬五段)和Osq5(馬六段/克里摩里組);OMsq2包括Osq6(平?jīng)鼋M下部/烏拉力克組+拉什仲組下部)、Osq7(平?jīng)鼋M上部/拉什仲組上部+公務(wù)素組)和Osq8(背鍋山組)。

(3)盆地奧陶系受伊盟古隆起—慶陽古隆起發(fā)育演化的控制，不同構(gòu)造環(huán)境形成不同的層序格架:在盆地西部窄大陸邊緣奧陶系北部發(fā)育層序Osq3—層序Osq7五套地層，持續(xù)時間從早奧陶世弗洛階到晚奧陶世桑比階末，南部發(fā)育層序Osq1—層序Osq7七套地層，持續(xù)時間從早奧陶世特馬道克階到晚奧陶世桑比階末，總體上西部地層西厚東薄，南北向條帶狀展布，向伊盟隆起—慶陽古隆起上超伏尖滅，厚度0～1 600 m;在盆地南部寬大陸邊緣奧陶系發(fā)育盆地所發(fā)現(xiàn)的8個層序，持續(xù)時間從早奧陶世弗洛階到晚奧陶世凱特階早期，地層南厚北薄，向慶陽古隆起上超伏尖滅，厚度0～1 800 m;在盆地中東部臺內(nèi)洼陷奧陶系僅發(fā)育層序Osq3—層序Osq5 TST，以盆地東部洼陷東側(cè)最厚，沉積厚度為800 m，向北、西、南三面減薄至0～400 m;盆地北部伊盟隆起、慶陽古隆起主體一直處于隆起剝蝕狀態(tài)，二者的鞍部僅在Osq4 TST時期有過西部祁連海與東部華北海的連通，沉積厚度在0～600 m。

(4)建立了鄂爾多斯盆地奧陶系碳酸鹽巖臺地緩坡、弱鑲邊陸架和碳酸鹽巖臺內(nèi)洼陷層序地層發(fā)育模式。

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