鄂爾多斯盆地南部旬宜地區(qū)及周緣馬家溝組層序地層研究

常大宇，張成龍，陳燕萍，張紅軍，邢麗娟，曹建康

(1.中國石化河南油田分公司勘探開發(fā)研究院，河南 鄭州 450018；2.中國地質調查局水文地質環(huán)境地質調查中心，河北 保定 071052 )

0 引言

鄂爾多斯盆地是我國第二大沉積盆地，作為我國西部海相油氣勘探的重要盆地，擁有著極其豐富的油氣資源[1]，其中，下古生界奧陶系馬家溝組是備受關注的海相層系之一。

20世紀90年代初，隨著馬家溝組天然氣勘探開發(fā)的逐漸深入，有關馬家溝組儲層特征及其控制因素、沉積環(huán)境等方面已取得了許多有意義的科學研究成果。但是直到目前，層序地層研究工作尤顯薄弱。且關于馬家溝組三級層序格架仍存在意見分歧。馮增昭等[2]開始了有關鄂爾多斯盆地奧陶系地層對比和巖相古地理研究，王玉新等[3]在奧陶系地層對比研究基礎之上，第一次針對馬家溝組層序地層進行研究，并把馬家溝組劃分為3個三級層序。賈振遠等[4]就鄂爾多斯地區(qū)南緣奧陶紀層序地層及海平面變化方面開展探究，將南緣整個奧陶紀劃分成為了12個三級層序，其中馬家溝組與峰峰組劃分為6個三級層序。田景春等[5]將馬家溝組的馬一段至馬五段劃分成了4個三級層序。蘇中堂等[6]將馬家溝組劃分為6個層序。

鄂爾多斯南部尤其是旬宜地區(qū)及其周緣的馬家溝組基礎地質研究總體仍處于相當薄弱的階段，三級層序的劃分及其劃分的理論依據(jù)是研究層序地層學的基礎和重要組成部分，同時也是進一步開展高分辨率層序地層學研究的奠基，因此有必要給與足夠的重視和深入研究。在前人關于鄂爾多斯盆地層序地層研究成果的基礎上[1-13]，結合旬宜地區(qū)及其周緣的實際情況就馬家溝組層序地層格架進行了重新厘定，對旬宜地區(qū)及其周緣層序劃分提出新的觀點，研究成果可為鄂爾多斯盆地層序地層研究及下古生界馬家溝組的油氣勘探提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)地層概述

鄂爾多斯盆地中奧陶統(tǒng)馬家溝組是一套以碳酸鹽巖為主夾蒸發(fā)巖的地層，地層經(jīng)歷三次大的海侵、海退旋回，縱向上可分為六個巖性段，自下而上為馬一、二、三、四、五、六段。該組沉積后晚加里東運動使盆地抬升為陸，直至晚石炭世又接受沉積，沉積中斷長達1.5億年，馬家溝組頂部遭受到不同程度的剝燭。

旬宜地區(qū)及其周緣(圖1)由于緊鄰慶陽古隆起，古地貌較高，僅在工區(qū)東南部局部殘余馬六段地層，其余主體馬六段地層均被剝蝕。截至目前，工區(qū)內已鉆遇下古生界馬家溝組的探井馬六段均無殘余。

圖1 鄂爾多斯南部旬宜地區(qū)及周緣位置圖

2 層序界面的識別及特征

層序是以不整合面和與之對應的整合面為界所劃分的等時沉積體[14-15]，因此準確識別層序界面及關鍵地層界面是層序劃分的關鍵問題。鄂爾多斯盆地旬宜地區(qū)及其周緣奧陶系馬家溝組是一套受華北淺海影響下發(fā)育的碳酸鹽巖夾蒸發(fā)巖建造[16]，海平面低位期主要沉積的含膏云巖、云巖等蒸發(fā)鹽類及泥質云巖等，海平面高位期主要沉積泥質灰?guī)r、泥晶灰?guī)r、生屑灰?guī)r等[17-19]，因此沉積的巖性以及沉積構造是劃分層序及體系域的重要依據(jù)。馬家溝組自下而上分為馬一段至馬六段，其中馬一、馬三、馬五段巖性主要為蒸發(fā)巖類，馬二、馬四、馬六段巖性主要為灰?guī)r類。馬家溝組底部和頂部均為地殼抬升剝蝕形成的區(qū)域不整合面。本文通過吸取前人相關成果資料，同時結合旬宜地區(qū)及周緣鉆井錄井、野外資料，識別出層序界面5個，主要為不整合面和巖性巖相轉換面。

2.1 馬家溝組底界

早奧陶世亮甲山組沉積之后，由于懷遠運動造成亮甲山組、冶里組、寒武系不同程度的抬升剝蝕，新一期的快速海侵沉積了馬家溝組，因而馬家溝組與下伏亮甲山組/冶里組/寒武系的不同層位呈平行不整合、角度不整合接觸。旬宜1、洛3、旬探1等井鉆探證實，自然伽馬曲線在不整合面上下呈現(xiàn)突變特征。旬宜1井馬家溝組硅質灰?guī)r與張夏組灰?guī)r突變接觸，旬探1井馬家溝組含膏云巖與亮甲山組白云巖突變接觸，洛3井馬家溝組泥質白云巖與冶里組灰?guī)r突變接觸，鐵瓦殿剖面馬家溝組薄層隱藻灰?guī)r與亮甲山組硅云巖突變接觸(圖2)。懷遠運動導致馬家溝組與下伏地層不整合接觸，該不整合面成為Ⅰ型層序界面。

圖2 馬家溝組與亮甲山組/冶里組/張夏組界線

2.2 馬家溝組頂界

中奧陶世末，加里東運動導致華北地臺整體抬升遭受剝蝕，歷經(jīng)長達1.5億年，缺失了中晚奧陶世至早石炭世沉積，是典型的不整合面[20-21]。旬宜地區(qū)及周緣馬家溝組頂部與晚石炭世太原組、中統(tǒng)平?jīng)鼋M不整合接觸。建1、旬宜1、旬宜2、淳探1等井鉆探證實，自然伽馬曲線在不整合面上下呈現(xiàn)突變特征。建1井馬家溝組白云巖、泥質白云巖與太原組泥巖突變接觸，旬宜2井馬家溝組泥灰?guī)r與太原組鋁土質泥巖突變接觸，淳探1井馬家溝組白云巖與太原組泥質灰?guī)r突變接觸，金栗山剖面馬家溝組白云巖與平?jīng)鼋M薄層隱藻灰?guī)r突變接觸(圖3)。

圖3 太原組/平?jīng)鼋M與馬家溝組界線圖

2.3 巖性巖相轉換面

本次共識別巖性巖相轉換面3個(圖4)，在此一并做解剖。

馬五與馬四巖性巖相轉換面：建1井錄井資料顯示馬四期為低自然伽馬的白云巖沉積，上覆為馬五期高自然伽馬的泥巖、泥質白云巖、膏巖沉積；旬宜1井錄井資料顯示馬四為低自然伽馬的純凈白云巖沉積，馬五白云巖泥質含量明顯增大，自然伽馬明顯呈高值。

圖4 馬五與馬四、馬四與馬三、馬三與馬二界線圖

馬四與馬三巖性巖相轉換面：旬探1井錄井資料顯示馬三期為自然伽馬呈鋸齒狀特征的含膏云巖沉積，上覆為馬四期低伽馬曲線的薄層灰?guī)r；宜6井錄井資料顯示馬三期為高伽馬的泥巖、云巖、泥云巖交互沉積，上覆為馬四期低伽馬白云巖。

馬三與馬二巖性巖相轉換面：洛3、宜6井錄井資料均顯示馬二期為低自然伽馬的灰?guī)r沉積，上覆為馬三期高自然伽馬的泥質白云巖沉積。

3 層序劃分

孟祥化等[22-25]在對中奧陶統(tǒng)馬家溝組到上奧陶統(tǒng)背鍋山組(共計36.2 Ma)研究過程中，將其劃分為兩個形成于自然周期的二級旋回，同時提出奧陶系三級旋回的劃分時限大致在3.4 Ma最佳。本文在孟祥化等前人二級層序劃分的基礎上開展馬家溝組三級層序劃分研究。

筆者通過11口探井錄井資料及30多口鉆井測井資料等綜合分析，根據(jù)盆地演化、區(qū)域構造及上述識別出的5個三級層序界面，同時參考前人研究成果[5-8]，將旬宜地區(qū)及周緣奧陶系馬家溝組劃分為5個三級層序，分別命名為SQ1～SQ5(圖5)。馬六段是第5個三級層序，研究區(qū)及周緣內僅有極少數(shù)井有馬六段的風化剝蝕殘余且殘余厚度薄，故在此不加討論。依據(jù)年代地層學研究成果，超層序延續(xù)時間為17.7 Ma，那么SQ1～SQ5平均每個三級層序延續(xù)時間則為3.54 Ma，符合孟祥華等對奧陶系三級層序最佳時限的判斷，且也在層序的時長范圍內(表1)。從層序界面性質來看，SQ1層序底界面和SQ4層序頂界面為Ⅰ型，其余層序底界面皆為Ⅱ型。

圖5 鄂爾多斯盆地旬宜地區(qū)旬宜2井單井相和層序地層綜合柱狀圖

表1 沉積層序級次劃分標準

4 層序地層對比

在上述層序劃分的基礎上，參考前人研究成果及建1井、宜6井、洛3井、旬探1井、旬宜1井、旬宜2井、淳探1井等層序劃分結果，進行了層序地層對比研究(圖6)。

圖6 鄂爾多斯盆地南部城探3 - 建1 - 旬宜1 - 旬宜2 - 洛3 - 宜6井馬家溝組層序地層對比格架

SQ1：相當于馬一段+馬二段。層序厚40～120 m，屬Ⅰ型層序，SQ1底界同時也是二級層序底界，層序界面為Ⅰ型不整合，劃分為低位(LST)、海侵(TST)和高位(HST)三個體系域。馬一期為低位體系域，馬二期整體表現(xiàn)為快速海進緩慢海退，由海侵體系域和高位體系域構成。低位體系域(LST)：由馬一段構成。低水位體系域是海平面迅速下降又緩慢上升的產(chǎn)物。早奧陶世亮甲山組沉積之后，受懷遠運動影響，盆地短暫抬升，鄂爾多斯大部暴露。馬一沉積期海水緩慢侵入鄂爾多斯，此時水體較淺，氣候干熱，海水大量蒸發(fā)，形成局限的沉積環(huán)境，而局限的沉積環(huán)境并不反映相對海平面快速上升，與之相反，只能反映出海平面的緩慢上升，而低水位體系域是海平面迅速下降又緩慢上升的產(chǎn)物，故將馬一段定為低位體系域。馬一期沉積的是局限沉積環(huán)境下的局限臺地相高伽馬泥質白云巖、白云巖、白云質灰?guī)r，亦見角礫狀白云質泥灰?guī)r，局部夾有膏質白云巖，顏色多為深灰、灰黃或黃褐色。底部見一套薄層石英砂巖，偶含礫，假整合于下覆亮甲山組之上。旬宜2井為14.8 m局限臺地云灰質潟湖、灰質潟湖微相的白云質灰?guī)r、灰?guī)r，自然伽馬呈尖峰狀中高值。海侵體系域：由馬二段下部高伽馬之下構成。由于馬二期整體表現(xiàn)為快速海進緩慢海退，故將馬二段下部的高伽馬之下判識

為海侵體系域。高位體系域：由馬二段下部的高伽馬之上構成。旬宜地區(qū)馬二段上下無明顯巖性區(qū)別，自然伽馬曲線整體上較平穩(wěn)低值，主要為開闊臺地亞相云灰質洼地微相、灰云質洼地微相沉積的白云質灰?guī)r、石灰?guī)r、灰質白云巖等。但在盆地范圍內，海侵體系域主要為泥晶灰?guī)r，在海平面上升導致海域擴大水體較深時形成，泥晶灰?guī)r頂部為最大海泛面。上部高位體系域則由于海平面上升速度低于碳酸鹽產(chǎn)率，氣候干熱，由薄層鹽巖、白云巖等蒸發(fā)巖類構成。

SQ2：相當于馬三段。層序厚30～110 m，屬Ⅱ型層序，層序界面為巖性巖相轉換面，區(qū)域上馬二期主體呈現(xiàn)的是自然伽馬相對平穩(wěn)低值開闊臺地相的厚層塊狀泥晶灰?guī)r，而馬三期整體呈現(xiàn)的是自然伽馬尖峰狀中高值蒸發(fā)潮坪相的泥質白云巖、膏質白云巖。劃分為海侵(TST)和高位(HST)兩個體系域。由于馬三期整體表現(xiàn)為緩慢海進快速海退，因此將馬三中上部高伽馬之下判識為海侵體系域，之上判識為高位體系域。海侵體系域：是繼SQ1小幅度海退之后，開始的又一次較大規(guī)模的海侵。海平面整體上升較慢，可容納空間逐漸增加，旬宜地區(qū)主要沉積環(huán)繞慶陽古陸潮坪相的白云巖、含泥灰云巖及含泥云巖、泥質云巖，最大海泛期在區(qū)域上廣泛沉積CS凝縮段薄層泥質云巖、泥質灰?guī)r和瘤狀灰?guī)r。高位體系域：旬宜地區(qū)沉積格局與海侵體系域相似，但代表潮上亞相的泥質白云巖比例增大。區(qū)域上，作者認為，由于受華北淺海影響，尤其在潮坪相帶發(fā)育的層段，由于水體太淺，反而在最大海泛面時，水體具有一定深度解除局限環(huán)境的限制，可以動蕩起來。局部井在最大海泛面上下呈現(xiàn)一段代表水動力條件較強的低伽馬小段(洛3井、宜6井)。

SQ3：相當于馬四段。層序厚40～120 m，屬Ⅱ型層序，層序界面為巖性巖相轉換面。區(qū)域上馬三期整體呈現(xiàn)的是自然伽馬尖峰狀中高值蒸發(fā)潮坪相的泥質白云巖、膏質白云巖，而馬四期為自然伽馬相對平穩(wěn)低值的開闊臺地相厚層塊狀泥晶灰?guī)r。劃分為海侵(TST)和高位(HST)兩個體系域。由于馬四期整體表現(xiàn)為海進海退速率近似相等的特征。故將馬四中部高伽馬之下判識為海侵體系域，之上判識為高位體系域。海侵體系域：是繼馬三期小幅海退后最大一次規(guī)模的海侵，海平面上升快，可容納空間迅速增加，旬宜地區(qū)主要沉積開闊臺地亞相云質洼地、灰云質洼地微相的白云巖、灰質白云巖。最大海泛期在區(qū)域上廣泛沉積CS凝縮段薄層泥質云巖或泥灰?guī)r。高位體系域：旬宜地區(qū)沉積格局與海侵體系域相似，主要沉積開闊臺地亞相云質洼地、灰云質洼地微相的白云巖、灰質白云巖。但區(qū)域上，在高位晚期，局部可發(fā)育代表蒸發(fā)巖相的泥質云巖、含膏云巖。

SQ4：相當于馬五段。層序厚90～200 m，屬Ⅱ型層序，層序界面為巖性巖相轉換面。區(qū)域上馬四期為自然伽馬相對平穩(wěn)低值的開闊臺地相厚層塊狀泥晶灰?guī)r，而馬五期整體呈現(xiàn)的是自然伽馬尖峰狀中高值蒸發(fā)潮坪相的泥質白云巖、膏質白云巖。劃分為海侵(TST)和高位(HST)兩個體系域。由于馬五期整體表現(xiàn)為快速海進緩慢海退，故將馬五段中下部高伽馬之下判識為海侵體系域，之上判識為高位體系域。海侵體系域：是繼馬四期最大海侵之后，又一次小規(guī)模海侵的開始。海平面上升快，可容納空間迅速增加，旬宜地區(qū)主要沉積環(huán)繞慶陽古陸潮坪相的白云巖、含泥灰云巖及含泥云巖、泥質云巖，最大海泛期在區(qū)域上廣泛沉積CS凝縮段薄層泥質云巖、泥質灰?guī)r和瘤狀灰?guī)r。高位體系域：旬宜地區(qū)沉積格局與海侵體系域相似，但代表潮上亞相的泥質白云巖比例明顯增大。區(qū)域上，高位體系域期廣泛發(fā)育薩布哈環(huán)境潮上亞相含膏云巖、泥質白云巖、白云巖及膏鹽層巖相組合。

SQ5：相當于馬六段。旬宜地區(qū)僅在工區(qū)東南部局部殘余馬六段地層，其余主體馬六均被剝蝕。且目前已鉆遇下古生界馬家溝組探井馬六段均無殘余，因此SQ5此處不多敘述。

5 結論

筆者以孟祥華等對中奧陶統(tǒng)馬家溝組二級層序的劃分為基礎，吸取前人相關成果資料，同時結合旬宜地區(qū)及周緣鉆井錄井、野外資料，識別出層序界面5個，主要為不整合面和巖性巖相轉換面，將鄂爾多斯盆地南部旬宜地區(qū)及周緣劃分為5個平均時限為3.54 Ma的三級層序，分別命名為SQ1～SQ5。

SQ1相當于馬一段+馬二段，劃分為低位、海侵和高位三個體系域。SQ2相當于馬三段，劃分為海侵和高位兩個體系域。SQ3相當于馬四段，劃分為海侵和高位兩個體系域。SQ4相當于馬五段，劃分為海侵和高位兩個體系域。SQ5相當于馬六段，旬宜地區(qū)僅在工區(qū)東南部局部殘余馬六段地層，主體地區(qū)馬六均被剝蝕，且目前已鉆遇下古生界馬家溝組探井馬六段均無殘余，此處不多敘述。

鄂爾多斯南部尤其是旬宜地區(qū)及周緣的馬家溝組基礎地質研究仍相當薄弱，筆者在充分汲取前人關于鄂爾多斯盆地層序地層研究精華的基礎之上，結合旬宜地區(qū)及其周緣11口探井錄井資料、30多口鉆井測井資料、鄂南野外露頭剖面的實際情況對馬家溝組層序地層格架進行了重新厘定。對鄂爾多斯旬宜地區(qū)及其周緣層序劃分提出新的觀點，同時也為鄂爾多斯盆地層序地層研究及下古生界馬家溝組的油氣勘探提供理論依據(jù)。