鄂爾多斯東部奧陶系馬家溝組四段碳酸鹽巖沉積微相及古地理分析

潘為 （長江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢430100；中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所，北京100037）

張永生 （中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所，北京100037）

何幼斌 （長江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢430100）

邢恩袁 （中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所，北京100037）

蔣蘇揚 （長江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢430100；中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所，北京100037）

鄂爾多斯地塊位于中朝古板塊西部，是一個古生代陸表海盆地 （或被動大陸邊緣）及邊緣深坳陷與中、新生代陸內(nèi)坳陷的大型疊合克拉通盆地［1］。奧陶紀(jì)鄂爾多斯盆地馬家溝組 （Om）碳酸鹽巖含鹽巖系主要由碳酸鹽巖和蒸發(fā)巖交替沉積形成，為典型的穩(wěn)定克拉通古陸表海盆沉積［2－3］。該組由6個巖段組成，自下而上為馬一段至馬六段，其中：馬一段、馬三段和馬五段為蒸發(fā)巖段，巖性主要為鹽巖、硬石膏巖夾泥云巖和灰?guī)r；馬二段、馬四段和馬六段為正常淺海沉積，巖性主要為灰?guī)r和白云巖，夾膏巖和泥云巖［4－6］。

巖相古地理的研究對海相碳酸鹽巖儲層成因機理的深入認(rèn)識具有重大意義［7］。繼前人提出盆地東部馬四段可以形成有效儲層以來［8］，受到對其內(nèi)部沉積微相尚不清楚的影響，進而限制了對其的開發(fā)，筆者嘗試對于其碳酸鹽巖微相進行研究，以期為今后的油氣勘探提供一定的地質(zhì)依據(jù)。

1 巖石地層特征

馬家溝組自下而上劃分為6個巖性段。馬四段由下至上劃分了7個亞段 （Om14、Om24、Om34、Om44、Om54、Om64和 Om74）。

Om14厚度6.81m，主要巖性為含生物碎屑灰?guī)r，頂部發(fā)育粉晶構(gòu)造局部生物碎屑構(gòu)造、云朵狀構(gòu)造，由中部至底部淺色云朵狀構(gòu)造增多，發(fā)育細條帶黑色瀝青質(zhì)泥巖。巖心斷面處可見大量完整大小不等腕足類化石，推測為原地沉積或短距離搬運后沉積形成，局部可見薄層 （2cm）生物碎屑層，其中生物碎屑層全被亮晶方解石所交代。該亞段還可見大量被亮晶方解石交代的生物碎片，整體呈現(xiàn)出較大碎片在下而較小碎片在上的垂向特征。

Om24厚度2.93m，整體巖性為灰質(zhì)白云巖，具粉晶結(jié)構(gòu)，廣泛發(fā)育云朵狀構(gòu)造。該亞段頂部可見0.5mm黑色瀝青質(zhì)泥巖。底部發(fā)育形態(tài)起伏明顯的縫合線，并發(fā)育厚度約為1mm的炭質(zhì)泥巖。

Om34厚度53.62m，為Om4厚度最大的一套灰?guī)r段，其主要巖性為含云灰?guī)r及灰?guī)r，局部為含灰白云巖及白云質(zhì)礫屑灰?guī)r等，普遍顏色較深，以灰黑色至黑色為主。整體呈現(xiàn)灰?guī)r與含云灰?guī)r周期性交替出現(xiàn)，頂部發(fā)育約10m厚度的含云灰?guī)r，為其間相對厚度最大，可見云朵狀構(gòu)造、水平層理等。巖石表面呈現(xiàn)明暗相間條帶，可見大量縫合線構(gòu)造，并發(fā)育有黑色薄層炭質(zhì)泥巖 （污手）。局部可見微波狀層理、鋸齒狀縫合線等，發(fā)育了金黃色黃鐵礦、方解石脈、雙殼類及殼形軟體動物化石等。

Om44厚度為4.05m，發(fā)育灰黑色灰質(zhì)白云巖，具粉晶結(jié)構(gòu)，其中上部晶粒較小而下部較大，廣泛發(fā)育云朵狀構(gòu)造、水平層理，巖石被縫合線破裂嚴(yán)重，破裂面普遍發(fā)育黑色炭質(zhì)泥巖，其厚度為1～3mm，局部可見垂直層理的方解石細脈，黑色炭質(zhì)泥巖切穿水平層理。

Om54厚度19.55m，主要發(fā)育深灰色白云質(zhì)灰?guī)r、灰質(zhì)白云巖和含白云灰?guī)r等，其中，底部發(fā)育灰黑色薄層泥質(zhì)白云巖，底部產(chǎn)出灰色或深灰色灰?guī)r。該亞段從上至下普遍發(fā)育斑狀構(gòu)造和縫合線構(gòu)造等，且縫合線中多充填黑色炭質(zhì)泥巖。泥質(zhì)白云巖多為細粉晶至粗粉晶結(jié)構(gòu)，局部可達砂晶級別，并可見小型 （1～2mm）方解石脈。該亞段中部含白云灰?guī)r中可見小型波狀層理、平行層理及黑色順層發(fā)育的不連續(xù)縫合線。下部生物碎屑較中上部有明顯增加。

Om64厚度8.33m，主要發(fā)育了灰黑色含灰白云巖、深灰色灰質(zhì)白云巖和深灰色白云質(zhì)灰?guī)r，僅中部可見中厚層灰黑色白云巖。由上至下含灰白云巖層及白云質(zhì)灰?guī)r層厚度呈明顯減薄趨勢。普遍發(fā)育了斑狀構(gòu)造和縫合線構(gòu)造，縫間充填黑色炭質(zhì)泥巖，局部可見微型波狀層理。

Om74厚度10.97m，主要為深灰色白云質(zhì)灰?guī)r和深灰色灰質(zhì)白云巖，頂部發(fā)育厚層灰黑色灰?guī)r和薄層泥質(zhì)灰?guī)r。除頂部具塊狀構(gòu)造、泥－粉晶構(gòu)造灰?guī)r外，該亞段水平層理及微波狀層理、縫合線構(gòu)造普遍發(fā)育，且縫合縫間充填黑色炭質(zhì)泥巖，局部可瀝青味明顯。

2 沉積微相類型

由于馬四段期處在大型海進背景下，海水來源于東、南、西3個方向［9］，并且Om4沉積時期是整個鄂爾多斯盆地甚至華北地臺的最大海侵期，氣候普遍溫暖濕熱，中央古隆起成為水下隆起，僅在慶陽地區(qū)為水上隆起 （即慶陽古隆起）。研究區(qū)整體上海水變深、海水流通通暢，含鹽度降低，主要發(fā)育開闊臺地相，短暫海退期發(fā)育局限臺地相。

通過巖心觀察、測井解釋、鏡下薄片鑒定，同時結(jié)合區(qū)域構(gòu)造資料并參考前人研究成果，對Om4沉積微相進行了識別和劃分。

2.1 開闊臺地相

開闊臺地相在陜北鹽盆馬家溝組各時期均有發(fā)育。陜北鹽盆開闊臺地上可識別出灰泥丘微相，灰泥丘為淺海碳酸鹽巖臺地上常見的沉積類型，主要沉積的巖石類型為生屑灰?guī)r、含生屑顆?；?guī)r、泥灰?guī)r等。一個完整的灰泥丘通常包括丘基、丘核、丘翼和丘頂。需要指出的是灰泥丘上的灰?guī)r常發(fā)生白云化作用或膏化等成巖作用，而表現(xiàn)為云 （膏）質(zhì)灰?guī)r或灰 （膏）質(zhì)云巖［10］。

1）丘基 丘基為灰泥丘生長的初級階段發(fā)育，位置在灰泥丘的根部，巖石類型主要為生屑灰?guī)r（見圖1（a））和含生屑顆粒灰?guī)r （見圖1（b）），亮晶膠結(jié)常見，也可被灰泥充填。在馬家溝組各個沉積時期均有發(fā)育，Om2、Om4沉積時海侵期最為發(fā)育。顆粒多以生屑為主，鮞粒、藻團塊、內(nèi)碎屑等也較為常見［11］。主要特征表現(xiàn)為生屑等顆粒破碎較為嚴(yán)重，被風(fēng)浪拍擊或遠距離搬運所致，顆粒的分選較差。縱向上單層厚度較小，由數(shù)厘米至數(shù)米厚，累積厚度也不大，一般不超過10m。這點與淺灘有較大差別，淺灘顆?；?guī)r單層厚度和累積厚度要遠大于灰泥丘的丘基。

2）丘翼 丘翼為灰泥丘生長過程中外側(cè)沉積，通常范圍和規(guī)模均較小。巖石類型以生屑灰?guī)r為主，亮晶膠結(jié)常見。顆粒多以生屑為主，鮞粒、藻團塊、內(nèi)碎屑等也較為常見。顆粒在迎風(fēng)一側(cè)破碎較為嚴(yán)重，亮晶膠結(jié)；背風(fēng)一側(cè)顆粒較為完整，多為灰泥充填。與淺灘的主要區(qū)別還在于規(guī)模遠小于淺灘?？v向上常與丘基、丘核共生 （見圖1 （c））［12］。

3）丘核 丘核為灰泥丘主體部分，也最為常見，幾乎遍及整個陜北鹽盆馬家溝組各個層位均有發(fā)育。最為常見的巖石類型為凝塊狀灰?guī)r。主要特征為灰?guī)r層面極為不平整，常表現(xiàn)為類似“串層”現(xiàn)象，巖性為泥質(zhì)灰?guī)r或含泥灰?guī)r，或含少量生物碎屑，最主要特征是生物擾動強烈，常發(fā)育水平蟲孔或生物潛穴構(gòu)造。水平蟲孔主要為覓食跡，以暗色藻類有機質(zhì)為食的生物在水底爬行，吞食富含藻類的灰泥之后留下的痕跡，排泄物為缺少有機質(zhì)的微晶或粉晶方解石，該微晶或粉晶方解石在巖石中多表現(xiàn)為顏色較淺或較明亮。生物潛穴則為垂直于層面或斜交層面的蟲孔，為生物的洞穴或逃逸穴。該潛穴在沉積期被上覆暗色泥灰?guī)r （富含有機質(zhì)）充填，巖石中表現(xiàn)為垂直層面且切割層面的暗色灰泥條帶 （見圖2）。

圖1 鎮(zhèn)鉀1井巖心薄片及素描圖

4）丘頂 丘頂為灰泥丘生長晚期在接近水面附近形成的沉積物，位于灰泥丘的頂部，主要巖石類型為層紋石狀白云巖 （見圖3）、疊層石白云巖、紋層狀膏云巖等，生物碎屑很少，生物擾動也不發(fā)育。疊層石為柱狀，反映具備一定的水體深度，不完全暴露于大氣中，與潮上帶層狀疊層石明顯不同。

圖2 凝塊灰?guī)r中的生物潛穴圖

2.2 局限臺地相

局限臺地相進一步劃分為云坪、膏湖、鹽湖、淡化澙湖等微相。其中云坪、膏湖、鹽湖在Om1、Om3、Om5海退時期規(guī)模達到最大，Om4受到海侵條件的影響，發(fā)育規(guī)模受限明顯。

云坪即云質(zhì)潮坪，發(fā)育于靠近陸地邊緣的平坦海岸附近，在馬四段期慶陽陸周圍普遍發(fā)育了環(huán)陸云坪。主要沉積物為泥晶白云巖，在鄂爾多斯東部地區(qū)基本上都與硬石膏結(jié)核伴生，為含硬石膏結(jié)核白云巖。經(jīng)過成巖作用可重結(jié)晶為粉晶，或被硬石膏交代［13］。

圖3 丘頂層紋石白云巖水平層理發(fā)育圖

3 古地理分析

依據(jù)基干井 （鎮(zhèn)鉀1井）沉積微相分析，結(jié)合古地理圖件及資料，對鄂爾多斯盆地東部地區(qū)Om4巖相古地理格及其局演化有了更加深刻的理解。

從鄂爾多斯地區(qū)Om4巖相古地理圖 （見圖4）中不難看出，馬四段期鄂爾多斯地區(qū)分為陸、云坪、開闊臺地和淺灘4個古地理單元。

3.1 陸

有3個陸地，即阿拉善陸、伊盟陸和慶陽陸。由于海水由東、西、南3面侵入，阿拉善陸只在研究區(qū)西北角的吉蘭泰有一小部分，大部分位于圖區(qū)之外。伊盟陸主要分布在北部的包頭一帶，杭綿旗、鄂爾多斯偏南一線地區(qū)其面積規(guī)模較小。慶陽陸分布在馬四段期總體呈現(xiàn)出南北走向的特征，馬四段期沿固陽、慶陽、寶雞、平?jīng)鲋虚g分布。

3.2 云坪

其分布范圍北到吳旗，環(huán)縣，東到宜君南到寶雞，西到平?jīng)?、隴縣一帶。阿拉善陸、伊盟陸與之相似也可能發(fā)育云坪，但由于沒有具體的資料，故圖中未能展示。

3.3 開闊臺地

馬四段期進一步發(fā)育南部開闊臺地，并與西部開闊臺地同屬繼承性開闊臺地，連通西部祁連海槽和東南部秦嶺海槽。

3.4 淺灘

馬四段期發(fā)育有2個灘，即慶陽陸北部灘和西南部灘。其中北部灘沿鄂托克旗、布拉格蘇木分布，大體呈條帶狀。西南部灘主要發(fā)育在隴縣西南，呈北西南東向展布，與慶陽陸的西海岸線相平行之勢。

馬家溝組期為大型海侵期，特別是Om4沉積時期的海侵程度對古地理格局產(chǎn)生了重要的影響。

圖4 馬四段期巖相古地理圖

4 結(jié)論

1）研究區(qū)Om4巖石類型有白云巖 （含灰、灰質(zhì)、泥質(zhì)）、灰?guī)r （白云質(zhì)、白云質(zhì)礫屑、含生物碎屑、含云、泥質(zhì)）和少量的黑色泥巖。

2）確定了研究區(qū)碳酸鹽巖開闊臺地沉積相類型，進一步識別出灰泥丘沉積微相，并劃分識別出丘基、丘翼、丘核、丘頂?shù)戎饕糠帧?/p>

3）通過對Om4段巖相古地理圖分析，馬四段期在海侵規(guī)模上作為整個馬家溝組期最大的海侵期，云坪發(fā)育廣泛，對古地理格局產(chǎn)生了重要的影響

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