鄂爾多斯地區(qū)中新元古代構(gòu)造沉積演化研究

馮娟萍 李文厚 歐陽征健

摘要：綜合利用地質(zhì)、測井和地震等資料，探究鄂爾多斯地區(qū)中新元古代的構(gòu)造沉積演化過程，以便恢復(fù)研究區(qū)中新元古界的原始構(gòu)造沉積格局和開展深層油氣勘探。研究結(jié)果表明，研究區(qū)中新元古代長城紀(jì)、薊縣紀(jì)、青白口紀(jì)和震旦紀(jì)經(jīng)歷了4個構(gòu)造-沉積演化階段：裂谷階段、被動大陸邊緣階段、邊緣沉降階段和邊緣坳陷階段。研究后認(rèn)為，長城系主要為一套陸相—濱海相石英砂巖沉積建造，發(fā)育辮狀河、三角洲、濱淺海、淺海和深海等沉積相。薊縣系主要為淺水陸表海沉積，發(fā)育砂坪、云坪、燧石云坪、開闊臺地和淺海等沉積相。青白口系主要為滯留海盆和大陸斜坡等沉積環(huán)境。震旦系主要為冰川沉積，發(fā)育大陸冰川、濱岸、陸棚等沉積相。

關(guān)鍵詞：鄂爾多斯地區(qū)；中新元古代；原盆屬性；構(gòu)造沉積演化

中圖分類號：TE121

DOI：10.16152/j.cnki.xdxbzr.2020-04-015開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

Tectonic and depositional evolution of Meso-NeoProterozoic in Ordos Area

FENG Juanping1， LI Wenhou2， OUYANG Zhengjian3

（1.College of Geology and Environment， Xi′an University of Science and Technology， Xi′an? 710054， China;

2.Department of Geology， Northwest University， Xi′an 710069， China；

3.Bailie School of Petroleum Engineering， Lanzhou City University， Lanzhon 730070，? China）

Abstract： The tectonic and sedimentary evolution of Meso-Neo Proterozoic in Ordos Area is ascertained in order to restore the original tectonic and sedimentary pattern and to explore oil and gas. In this paper， based on geological， seismic and logging data， the tectonic and depositional evolution of Meso-Neo Proterozoic have been studied in Ordos Area. The research shows that the Ordos Area underwent four tectonic and sedimentary evolutionary stages in Changchengian， Jixianian， Qingbaikou and Sinian Period of Meso-Neo Proterozoic. They are rift， passive continental margin， marginal subsidence and marginal depression， respectively.The Changchengian System was mainly composed of a set of terrestrial-littoral facies quartz sandstone， and developed braided river， delta， littoral shallow sea， shallow sea and deep sea sedimentary facies. The Jixianian System was mainly epeiric sea sedimentary facies with shallow water， including sand flat， dolomitic flat， flint dolomitic flat， open platform and shallow sea facies. Within Qingbaikou Period， the sedimentary environment of Ordos Area was retention marine basin and continental slope. There was glacial deposits in the Sinian System developed continental glacier， littoral sediment and shelf sedimentary facies.

Key words： Ordos Area； Meso-Neo Proterozoic； property of prototype basin； tectonic and depositional evolution

國內(nèi)外油氣勘探實踐證實，中新元古界具備一定的勘探潛力，是下一步油氣勘探重要的接替領(lǐng)域之一。

前人對鄂爾多斯地區(qū)中新元古界開展過初步研究，取得了一些進(jìn)展，也存在一些爭議，具體表現(xiàn)在以下幾個方面：① 不同時期構(gòu)造屬性爭議較大。孫肇才等［1］認(rèn)為，上元古界為穩(wěn)定地臺型沉積；部分學(xué)者認(rèn)為，中元古界是深地塹或拗拉槽環(huán)境的產(chǎn)物［2-7］；還有部分學(xué)者認(rèn)為，中、上元古界具大陸裂谷沉積特征［8-10］；馮娟萍等［11-12］認(rèn)為，中元古代為拗拉槽發(fā)育時期，主要發(fā)育4個北東向拗拉槽。② 開展了不同時期巖相古地理研究［13-14］，其中長城紀(jì)自北東向西南依次發(fā)育河流、三角洲、濱淺海、淺海及深海沉積相［14］。 ③ 中新元古界，特別是長城系具有一定的生烴潛力［15-17］。

總體上講，研究區(qū)中新元古界的研究、勘探程度均低，加之其經(jīng)歷過多期構(gòu)造作用疊加改造后，其原始沉積格局已不復(fù)存在，導(dǎo)致學(xué)者對該區(qū)中新元古代不同時期構(gòu)造沉積演化過程的認(rèn)識存在明顯分歧。本研究綜合利用地質(zhì)、測井和地震等資料，對鄂爾多斯地區(qū)中新元古界原盆的屬性、構(gòu)造沉積演化過程等基礎(chǔ)地質(zhì)問題開展研究，以期為鄂爾多斯地區(qū)乃至華北克拉通中新元古代原始構(gòu)造沉積格局的恢復(fù)和深層油氣勘探提供新的地質(zhì)依據(jù)。

1 地質(zhì)概況

1.1 大地構(gòu)造背景

鄂爾多斯地區(qū)屬華北克拉通西側(cè)部分，盆地北側(cè)、西側(cè)北段與阿拉善—內(nèi)蒙地塊相鄰，西側(cè)南段與走廊過渡帶、祁連褶皺帶相接，南側(cè)隔渭河盆地與秦嶺褶皺帶相望，南側(cè)東段與豫皖地塊的小秦嶺地區(qū)相鄰，東鄰山西地塊的呂梁山隆起。研究區(qū)包括鄂爾多斯盆地及其周緣地區(qū)［11-12，14-15］。

1.2 地層系統(tǒng)

研究區(qū)中元古界主要由長城系和薊縣系組成，新元古界由青白口系和震旦系組成，但是地層分布、厚度存在較大的差異：① 鄂爾多斯盆地周緣的陰山、賀蘭山和小秦嶺等地區(qū)的中新元古界分布較全（見圖1），盆地內(nèi)部普遍缺失新元古界青白口系和震旦系；② 盆地周緣的地層厚度變化非常大，而盆地內(nèi)部的地層厚度變化相對較少。

1.2.1 中元古界長城系 中元古界長城系在鄂爾多斯盆地周緣及內(nèi)部均有廣泛分布，與下伏不同時代的地層之間均為不整合接觸。在鄂爾多斯南緣、西南緣及小秦嶺地區(qū)，長城系高山河群角度不整合覆于下伏熊耳群或太華群之上。在東緣中條山地區(qū)，可見長城系云夢山組石英砂巖角度不整合覆于熊耳群或古元古界中條群/太古界涑水群之上。在河津及呂梁山地區(qū)，長城系“霍山砂巖”直接角度不整合于太古界涑水群之上（見圖2A）。在鄂爾多斯西緣及西北緣，可見長城系黃旗口群底部的石英礫巖直接角度不整合覆于新太古界/古元古界千里山群（烏拉山群）之上（見圖2B，C），缺失南緣地區(qū)的鐵銅溝組和熊耳群及其相同時代的沉積。在北緣，主要表現(xiàn)為，長城系白云鄂博群/渣爾泰山群直接角度不整合于下伏的太古界和古元古界之上。

在鄂爾多斯盆地內(nèi)部的眾多鉆井中，均可見長城系與下伏古元古界/新太古界之間的不整合接觸，如慶深1井、天深1井、古探1井及桃59井等。這些井鉆遇的長城系大多為灰白色、棕紅色的石英砂巖。

1.2.2 中元古界薊縣系

在鄂爾多斯地區(qū)，長城系上覆薊縣系，二者普遍平行不整合接觸。薊縣系底部常為一套厚度不等的礫巖及含礫巖層，礫石往往為下伏長城系的石英砂巖。

在鄂爾多斯南緣及西南緣，可見薊縣系洛南群龍家園組（石莊組）與長城系高山河群之間的平行不整合接觸。有些地區(qū)的薊縣系洛南群龍家園組底部砂質(zhì)白云巖中可見下伏長城系高山河群棱角狀的石英砂巖礫石。在鄂爾多斯東南緣的中條山地區(qū)，洛南群龍家園組為一套灰色、灰白色中厚層狀白云巖、硅質(zhì)條帶白云巖組合，與長城系汝陽群洛峪組平行不整合接觸（見圖2D）。在鄂爾多斯西緣及西北緣可見薊縣系王全口群硅質(zhì)條帶白云巖平行不整合于長城系黃旗口群之上（見圖2E），底部普遍發(fā)育一套灰白色厚層狀石英質(zhì)礫巖、角礫巖，且含有下伏地層棱角狀的石英砂礫巖的礫石（見圖2F），明顯具有底礫巖的特點。在盆地內(nèi)部的伊盟隆起、伊陜斜坡西部、天環(huán)拗陷及渭北隆起均有井鉆遇了薊縣系和長城系之間不整合面。

1.2.3 新元古界

新元古界青白口系大莊組在陜西洛南一帶的厚度有20～385 m，主要為一套灰黑色炭質(zhì)板巖、硅質(zhì)板巖夾硅質(zhì)灰?guī)r（見圖2G），顯示了滯留海盆的特征。其向東可一直延伸到河南盧氏—靈寶—欒川一帶，沉積厚度加大。鄂爾多斯地區(qū)大部則基本缺失青白口系。

新元古界震旦系，在鄂爾多斯西南緣的賀蘭山—青龍山—隴縣—岐山—洛南一帶及其外側(cè)沉積了一套冰水沉積物組合，正常海相紋層狀泥巖中含有大小不等、棱角狀墜石（見圖2H）。在西南緣、南緣及東南緣的中條山地區(qū)，震旦系為羅圈組，與下伏青白口系或薊縣系為平行不整合接觸。在西緣及賀蘭山地區(qū)，震旦系正目觀組平行不整合于薊縣系王全口群之上（見圖2I）。

2 原盆屬性

2.1 長城紀(jì)裂谷盆地

華北克拉通地區(qū)中元古代發(fā)育3期基性巖墻群，分別為～1.80 Ga熊耳構(gòu)造事件、～1.75 Ga鎂鐵質(zhì)巖墻群發(fā)育事件和～1.62 Ga基性火成巖事件［18-23］。它們可能是在陸內(nèi)裂解期間形成的［24］，這說明鄂爾多斯地區(qū)中元古界長城紀(jì)具備區(qū)域伸展構(gòu)造環(huán)境。

中元古界，長城系在盆地周緣與下伏地層之間呈角度不整合接觸，盆地內(nèi)部與下伏地層呈平行不整合接觸。其為華北克拉通第一套沉積蓋層，自此開始進(jìn)入盆地演化過程。長城系高山河群下部鱉蓋子組，巖性主要為含礫石英砂巖及石英巖狀砂巖，夾灰色、灰黑色板巖，為濱岸—三角洲沉積環(huán)境。中部二道河組巖性主要為含疊層石白云巖，屬潮坪沉積環(huán)境。上部陳家澗組巖性主要為灰黑色泥質(zhì)板巖，發(fā)育于潟湖環(huán)境?？傮w上講，高山河群具有水體向上變深、粒度向上變粗的趨勢，具備裂谷盆地的沉積特征（見圖1）。

馮娟萍等［11］對鄂爾多斯地區(qū)中元古界“拗拉槽”重新進(jìn)行了厘定，認(rèn)為鄂爾多斯地區(qū)中元古界發(fā)育一系列北東向“拗拉槽”，表明鄂爾多斯地區(qū)中元古界長城紀(jì)處于拉張構(gòu)造環(huán)境。鄂爾多斯盆地本部主要發(fā)育深、淺兩種構(gòu)造層次斷層，其中深構(gòu)造層次斷層早期性質(zhì)為同沉積斷層。受基底正斷層控制，長城系厚度變化較大，呈箕狀，具備裂谷盆地的結(jié)構(gòu)特征。

2.2 薊縣紀(jì)被動大陸邊緣盆地

鄂爾多斯盆地本部淺構(gòu)造層次斷層性質(zhì)主要為逆斷層，發(fā)育于元古界、古生界和中生界。薊縣系與長城系在構(gòu)造樣式、構(gòu)造變形和斷層發(fā)育特征等方面存在較大差異，應(yīng)屬不同的構(gòu)造層。

薊縣紀(jì)經(jīng)歷長城紀(jì)陸內(nèi)裂谷削高補(bǔ)平之后，薊縣系沉積范圍大為縮小。其整體上為一套淺海相碎屑巖-碳酸鹽巖建造，巖性以硅質(zhì)條帶白云巖為主，夾泥質(zhì)板巖，疊層石十分發(fā)育。其底部常為一套厚度不等的礫巖及含礫巖層，礫石成分以長城系石英砂巖為主，與下伏地層長城系呈平行不整合接觸（見圖1）。

由此可見，薊縣紀(jì)相對于長城紀(jì)，構(gòu)造背景和沉積環(huán)境均發(fā)生了明顯的轉(zhuǎn)變，其沿大陸邊緣穩(wěn)定分布，原盆屬性為被動大陸邊緣盆地。

2.3 青白口紀(jì)邊緣沉降盆地

研究區(qū)青白口系與下伏地層薊縣系呈平行不整合接觸（見圖1），說明薊縣紀(jì)末期并沒有發(fā)生大規(guī)模的構(gòu)造變形作用，青口系基本繼承了薊縣系的沉積格局。

大莊組巖性主要為灰黑色碳質(zhì)板巖、硅質(zhì)板巖，夾硅質(zhì)灰?guī)r，水平層理非常發(fā)育，常見微古化石，為一套滯留海盆沉積建造。其向東、向南沉積厚度逐漸加大，可達(dá)1 400～1 600 m。大莊組僅分布于洛南深大斷裂帶北側(cè)的狹長地帶，其大幅度沉降與南側(cè)秦嶺向北擴(kuò)張有密切關(guān)系。這說明青白口紀(jì)原盆屬性為邊緣沉降盆地。

2.4 震旦紀(jì)邊緣拗陷盆地

鄂爾多斯盆地本部震旦系羅圈組、正目觀組缺失。震旦系發(fā)育于華北克拉通西南緣、北緣，其中，羅圈組主要發(fā)育于鄂爾多斯盆地南緣的豫西、洛南等地區(qū)，正目觀組主要發(fā)育于盆地西緣的賀蘭山地區(qū)。

震旦紀(jì)，冰磧巖下部巖性主要為冰磧礫巖，中上部巖性主要為板巖，局部含少量墜石。其地層分布范圍有限，原盆屬性為邊緣拗陷盆地（見圖1）。

3 沉積演化

3.1 長城系海陸交互沉積

研究區(qū)長城系基本繼承了基底的宏觀構(gòu)造格局，? 盆地本部呈北東向展布，? 北緣呈近南北向展布（見圖3）。? 盆地本部具有西厚東薄、? 南厚北薄的特點，? 地層厚度變化范圍比較大， 一般為0～6 000 m；盆地西緣、南緣地層最厚可達(dá)10 000 m以上，北緣具有自南向北逐漸增厚的趨勢，地層厚度一般在0～7 000 m。在盆地中部，地層厚度可達(dá)200～400 m，它發(fā)育于陸內(nèi)裂谷沉積環(huán)境，為一套陸相—濱海相石英砂巖沉積建造。盆地內(nèi)部，海水自南向北、向東侵入，北緣海水自北向南侵入，依次發(fā)育辮狀河、三角洲、濱淺海、淺海和深海等沉積相（見圖3）。

3.2 薊縣系陸表海沉積

中元古代， 薊縣紀(jì)地層分布范圍及地層厚度較長城紀(jì)?。ㄒ妶D4）。 盆地西緣、 南緣地層厚度具有西厚東薄、 南厚北薄的特點， 地層最厚可達(dá)2 000 m以上。盆地中部慶陽一帶，地層厚度僅100 m，在盆地東部未接受沉積。北緣具有南薄北厚的特點，一般沉積厚度為0～1 600 m，最厚可達(dá)2 500 m以上。

薊縣紀(jì)主要發(fā)育陸表海碳酸鹽巖臺地沉積，水體較淺，依次發(fā)育砂坪、云坪、燧石云坪、開闊臺地和淺海等沉積相。從洛南至慶陽、環(huán)縣，再到北部的蘇峪口，整體上地形平緩，水體不深，屬于碳酸鹽潮坪沉積環(huán)境；其受波浪、潮汐及間歇暴露的影響，形成一套特殊的巖相標(biāo)志，主要為潮間帶沉積，同時也包括一部分潮上帶及潮下帶沉積。在西緣北部的烏海摩爾溝剖面可以見到薊縣系王全口組底部含礫砂質(zhì)白云巖，其陸源物質(zhì)大大減少（見圖4）。

3.3 青白口系滯留海盆沉積

新元古代早期，鄂爾多斯盆地本部基本缺失青白口系。青白口系沉積主要發(fā)生在鄂爾多斯盆地南緣，西南緣局部也有分布，具有自北向南依次增厚的趨勢。如在陜西省洛南縣，主要發(fā)育青白口系大莊組，厚度變化范圍加大（見圖5）。

青白口系大莊組為一套滯留海盆沉積建造，向南海水深度逐漸增大，由滯留海盆沉積環(huán)境逐漸過渡為大陸斜坡（見圖5）。

3.4 震旦系冰川沉積

研究區(qū)新元古代震旦紀(jì)地層分布范圍及地層厚度最小，主要分布于鄂爾多斯地區(qū)西南緣，沉積厚度相對長城系、薊縣系急劇減薄，自北東向西南依次加厚，一般沉積厚度為0～50 m，最厚可達(dá)100 m以上。北緣包頭附近沉積有少量震旦系。在盆地中部的慶陽及以東地區(qū)未接受沉積，基本缺失青白口系沉積（見圖5）。

研究區(qū)震旦系普遍發(fā)育一套冰水沉積或與其有聯(lián)系的深水沉積。其中，冰磧礫巖沿大陸邊緣呈帶狀分布，向外逐漸過渡為濱岸、陸棚相，地層厚度也由內(nèi)帶向外帶逐漸增厚（見圖6）。

4 構(gòu)造-沉積演化過程

鄂爾多斯地區(qū)中新元古代經(jīng)歷了4個形成演化階段：① 長城紀(jì)裂谷階段。研究區(qū)長城紀(jì)處于造山期后的伸展構(gòu)造環(huán)境，發(fā)育一系列基性巖墻群和同沉積正斷層；在此構(gòu)造背景下，發(fā)育辮狀河、三角洲、濱淺海、淺海和深海等沉積相，構(gòu)成一套正粒序陸相—濱海相沉積建造；長城系呈箕狀；具備陸內(nèi)裂谷盆地的典型地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征。② 薊縣紀(jì)被動大陸邊緣階段。薊縣紀(jì)構(gòu)造環(huán)境穩(wěn)定，沉積范圍相對長城系大范圍縮小，沿克拉通邊緣穩(wěn)定分布；其處于淺水陸表海沉積環(huán)境，發(fā)育砂坪、云坪、燧石云坪、開闊臺地和淺海等沉積相；原盆屬性為大陸邊緣拗陷。③ 青白口紀(jì)邊緣沉降階段。青白口紀(jì)基本繼承了薊縣紀(jì)的沉積格局，其沉降幅度受洛南深大斷裂的控制作用明顯；自北向南依次發(fā)育滯留海盆、大陸斜坡等沉積相。④ 震旦紀(jì)邊緣拗陷階段。震旦紀(jì)處于大冰期，為發(fā)生大規(guī)模冰川作用的時期，研究區(qū)的沉積范圍大大縮?。惶幱诒ǔ练e環(huán)境，沿邊緣拗陷向外依次發(fā)育大陸冰川、濱岸、陸棚等沉積相（見圖7）。

5 認(rèn)識與結(jié)論

1）鄂爾多斯地區(qū)中新元古界長城系、薊縣系、青白口系和震旦系分別發(fā)育于海陸交互沉積環(huán)境、陸表海沉積環(huán)境、滯留海盆沉積環(huán)境和冰川沉積環(huán)境。

2）研究區(qū)中新元古代長城紀(jì)、薊縣紀(jì)、青白口紀(jì)和震旦紀(jì)經(jīng)歷了4個構(gòu)造-沉積演化階段，分別為裂谷、被動大陸邊緣、邊緣沉降和邊緣拗陷。

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（編 輯 雷雁林）