鄂爾多斯盆地中奧陶統(tǒng)馬五6 亞段高頻旋回層序研究：論海平面升降與橫山凸起沉積分異效應(yīng)*

鐘壽康 譚秀成 聶萬才 張道鋒 楊夢穎 盧子興 張欣玥 肖 笛

1 中國石油集團(tuán)碳酸鹽巖儲層重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室西南石油大學(xué)研究分室，四川成都610500

2 西南石油大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川成都610500

3 中國石油長慶油田分公司勘探開發(fā)研究院，陜西西安710021

4 中國石油長慶油田分公司宜黃天然氣項(xiàng)目部，陜西延安716000

高頻旋回是指由米蘭科維奇旋回驅(qū)動的氣候變化和高頻短周期海平面變化控制而形成的四、五級甚至六級旋回（鄭榮才等，2017），其在淺海碳酸鹽巖臺地內(nèi)十分常見（吳懷春等，2011；Al-Awwad and Collins，2013；Sevillano et al.，2020），并控制著碳酸鹽巖儲集層的形成與分布（Zhong et al.，2019；Xiong et al.，2019）。目前，眾多研究將高頻旋回的形成與啟動機(jī)制與以下因素相關(guān)聯(lián)：（1）地球軌道驅(qū)動力周期性變化引起氣候與沉積物的周期性響應(yīng)（吳懷春等，2011；張運(yùn)波等，2013）；（2）幕式構(gòu)造活動對于臺地內(nèi)可容空間的周期性影響（Benedictis et al.，2007；Bosence et al.，2009；王建功等，2020）；（3）臺地內(nèi)部沉積物遷移與疊置方式（Kemp and Manen，2019）等。因此，基于高頻旋回精細(xì)研究，可恢復(fù)諸多沉積學(xué)信息：（1）旋回垂向疊置與演化，這是恢復(fù)臺地內(nèi)部可容空間以及相對海平面變化規(guī)律最直接有效的手段（Guo et al.，2018）；（2）平面上旋回結(jié)構(gòu)類型的差異，可反映不同相區(qū)沉積分異、相帶分布規(guī)律（Ortíet al.，2018）；（3）跨相區(qū)的旋回對比，有利于揭示重要古地理單元自身演化及其對盆內(nèi)沉積的影響（Bosence et al.，2009）。

基于鄂爾多斯盆地中東部地區(qū)中奧陶統(tǒng)馬家溝組馬五6亞段發(fā)育白云巖、膏巖、鹽巖等多種巖石類型，同時不同地區(qū)地層厚度差異較大，推測這是由于活躍的構(gòu)造運(yùn)動導(dǎo)致臺地內(nèi)部海水循環(huán)受限和可容空間差異分布，造成馬五6亞段“相分異”現(xiàn)象十分發(fā)育。與之相反，上覆馬五5亞段則沉積了一套厚度穩(wěn)定（蘇中堂等，2021）的灰?guī)r地層。上、下地層的巖性與厚度分布存在巨大差異，可能是由于馬五6 亞段與馬五5 亞段沉積之交，該地區(qū)構(gòu)造活動經(jīng)歷了由活躍到穩(wěn)定的轉(zhuǎn)變。因此，針對馬五6亞段高頻旋回及其對比研究，可揭示鄂爾多斯盆地構(gòu)造活躍期的海平面升降、重要古地理單元演變與消亡、臺地內(nèi)部沉積分異規(guī)律等沉積學(xué)信息及其之間連帶關(guān)系。另一方面，近年來的油氣勘探顯示，鄂爾多斯盆地中下組合天然氣藏受高頻旋回控制的互層式生儲蓋組合特征尤為明顯（Xiong et al.，2019），而原先針對亞段尺度的旋回劃分及其海平面升降規(guī)律（謝錦龍等，2013；席勝利等，2017）的認(rèn)識已不能滿足新的儲層刻畫、預(yù)測的要求，亟待更高精度旋回對比和海平面波動基準(zhǔn)曲線的建立。鑒于此，筆者利用鄂爾多斯盆地中東部地區(qū)豐富的鉆井取心資料和系統(tǒng)的巖石學(xué)工作，總結(jié)區(qū)內(nèi)典型單旋回類型，建立“橫穿”橫山凸起的骨架井相序剖面等高頻旋回，綜合研究馬五6亞段海平面升降與“橫山凸起”沉積期地貌演化及其對盆地內(nèi)沉積分異的控制作用等問題。

1 地質(zhì)概況

鄂爾多斯盆地位于華北地臺西緣。中奧陶世，由賀蘭裂谷與秦嶺裂谷擴(kuò)張影響形成的中央古隆起，將盆地中東部地區(qū)與西南緣秦、祁廣海相分隔（付金華和鄭聰斌，2001；王振濤等，2016），致使中央古隆起以東區(qū)域演變?yōu)橄鄬κ芟薜臏\水碳酸鹽巖臺地（圖1-A）。馬家溝組沉積期，受加里東期幕式運(yùn)動影響（許淑梅等，2016），臺地內(nèi)部（中央古隆起—呂梁古隆起之間）發(fā)育近南北走向的隆坳地貌（席勝利等，2018；周進(jìn)高等，2020），由西向東依次為靖西凹陷、橫山凸起、東部坳陷等次級古地理單元（圖1-A）。同時，在華北地臺整體抬升的背景下，馬家溝組沉積期廣泛發(fā)育次一級海平面升降運(yùn)動（謝錦龍等，2013；席勝利等，2017），具體表現(xiàn)為馬一、三、五段沉積時期發(fā)生海退，以白云巖—膏巖—鹽巖韻律沉積為主；而馬二、四、六段沉積時期發(fā)生海侵，巖性以石灰?guī)r—白云巖組合的碳酸鹽巖為主（圖1-B）。本次研究層位馬五6亞段位于馬五段中部，厚度介于70～160m之間，碳酸鹽巖、膏巖、鹽巖等均有發(fā)育，同時該亞段中蒸發(fā)巖占比為馬五段之最。

關(guān)于鄂爾多斯盆地中部地區(qū)馬家溝組沉積期的古地理格局認(rèn)識，由于缺少鉆井資料，早期學(xué)者們多認(rèn)為是西高東低的單斜式東傾地貌（謝錦龍等，2013），近2年來隨著該區(qū)域鉆井增多，發(fā)現(xiàn)了1個地跨橫山—靖邊的近南北向水下隆起帶，即橫山凸起（魏柳斌等，2021）。橫山凸起的發(fā)現(xiàn)，將研究區(qū)單斜式東傾地貌重新厘定為兩側(cè)低中間高的隆凹相間地貌，同時凸起的東西兩側(cè)沉積巖性差異巨大。橫山凸起西側(cè)，以白云巖與膏巖韻律互層沉積為特征，部分井區(qū)馬五6 亞段上部可見規(guī)模發(fā)育的巖溶角礫巖（圖1-C）；而在橫山凸起東側(cè)，則以沉積巨厚層鹽巖夾中、厚層膏巖為特征（圖1-C）。本次研究區(qū)位于鄂爾多斯盆地中東部，由西向東跨越靖西凹陷、橫山凸起、東部坳陷等古地理單元（圖1-A）。

圖1 鄂爾多斯盆地及鄰區(qū)奧陶紀(jì)古地理背景與橫山凸起東、西兩側(cè)馬五6亞段巖性柱狀剖面示意圖Fig.1 The Ordovician palaeogeographic map of Ordos Basin and its adjacent region，and lithology columnar diagrams of the Ma56 submember of Middle Ordovician Majiagou Formation in east and west sides of Hengshan uplift

2 巖石學(xué)特征

受強(qiáng)局限臺地環(huán)境、強(qiáng)蒸發(fā)作用的影響，在馬五6亞段海水化學(xué)沉積分異的演化路徑中，碳酸鹽、硫酸鹽和鹵化物等多種化學(xué)成分礦物均有發(fā)現(xiàn)，對應(yīng)巖性分別為白云巖、膏巖和鹽巖。白云巖包括泥晶云巖類、顆粒云巖類以及微生物云巖類，膏巖依據(jù)巖石產(chǎn)出狀態(tài)劃分為紋層狀云質(zhì)膏巖和雞雛狀膏巖，鹽巖依據(jù)礦物成分劃分為鈉鹽巖和鉀鹽巖。表1總結(jié)了研究區(qū)內(nèi)馬五6 亞段常見的9種巖石類型的主要特征、成因分析和微相解譯，為后續(xù)高頻旋回研究提供巖石學(xué)基礎(chǔ)認(rèn)識和沉積微相劃分標(biāo)準(zhǔn)。

3 馬五6 亞段高頻旋回特征

受中央古隆起對其東西兩側(cè)的沉積分異影響（付金華和鄭聰斌，2001），鄂爾多斯盆地內(nèi)部層序旋回劃分及其與西緣奧陶系地層的對比等工作難度較大。目前，在馬家溝組的地層研究中，依據(jù)不同標(biāo)準(zhǔn)的層序劃分大多只進(jìn)行到三級、四級層序尺度（姚涇利等，2008；郭彥如等，2012，2014；黃正良等，2015；王起琮等，2018），且認(rèn)識尚未統(tǒng)一，彼此出入較大。為規(guī)避上述問題，筆者從系統(tǒng)的巖心精細(xì)觀測入手，依托最小巖石單元縱向搭建五級旋回，以便在研究區(qū)開展關(guān)于海平面升降、旋回劃分等研究。

3.1 典型五級高頻單旋回類型

鄂爾多斯盆地中東部馬五6亞段發(fā)育的多種巖石類型，構(gòu)成了類型豐富的多種向上變淺序列。結(jié)合沉積相分析，在馬五6亞段內(nèi)共識別出5種不同類型的五級高頻單旋回。

1）單旋回Ⅰ：云質(zhì)潟湖—顆粒灘。該類型旋回由下至上依次為礫屑云巖—含石膏假晶泥晶云巖—砂屑云巖（圖4-A）。旋回底部的2套礫屑云巖呈正粒序結(jié)構(gòu)，具撕裂狀邊緣（圖2-E），推測為2期事件性的風(fēng)暴沉積；向上演變?yōu)橹袑訝钅嗑г茙r（圖2-B），為正常浪基面之下的低能沉積產(chǎn)物；再向上為逆粒序砂屑云巖，代表正常浪基面之上的高能沉積產(chǎn)物。此外，部分顆粒內(nèi)部存在溶蝕特征（圖2-D）。上述沉積物由低能向高能的轉(zhuǎn)變及灘體內(nèi)發(fā)育的溶蝕特征，皆表明該序列存在向上變淺的趨勢，且頂部存在短期暴露。結(jié)合沉積相分析（表1），認(rèn)為單旋回Ⅰ是云質(zhì)潟湖—顆粒灘的典型旋回。

表1 鄂爾多斯盆地中東部地區(qū)中奧陶統(tǒng)馬五6亞段碳酸鹽巖與蒸發(fā)巖的巖石學(xué)特征與沉積環(huán)境分析Table 1 Lithological characteristics and sedimentary environmental analysis of carbonates and evaporites of the Ma56 submember of Middle Ordovician Majiagou Formation in central and eastern Ordos Basin

2）單旋回Ⅱ：灰泥丘—膏質(zhì)潟湖。該類型旋回以發(fā)育微生物巖為特征，由下至上依次由泥質(zhì)泥晶云巖—層狀凝塊云巖—格架狀凝塊云巖—緩波狀疊層云巖—紋層狀云質(zhì)膏巖—雞雛／角礫狀膏巖構(gòu)成完整序列（圖4-B）。在該序列中，占比最大的微生物巖具備多種形態(tài)，其中中下部的凝塊云巖由層狀（圖4-B中照片3）向格架狀（圖2-F，2-G，2-H；圖4-B中照片4和5）演變，表明水體逐漸變深；向上凝塊變?yōu)榀B層（圖2-I；圖4-B中照片6），推測是可容空間不足，導(dǎo)致微生物由縱向生長轉(zhuǎn)為側(cè)向生長（羅平等，2013）；頂部微生物巖被膏巖替代，代表海水鹽度升高并突破石膏沉淀閾值。依據(jù)該序列由微生物巖形態(tài)呈現(xiàn)的向上變淺及由巖性變化呈現(xiàn)的水體向上變咸特征，結(jié)合沉積相分析（表1），認(rèn)為單旋回Ⅱ構(gòu)成灰泥丘（丘基—丘核—丘蓋／坪）—膏質(zhì)潟湖典型旋回。

圖2 鄂爾多斯盆地中東部地區(qū)中奧陶統(tǒng)馬五6亞段白云巖宏觀與微觀特征Fig.2 Macro-and micro-characteristics of dolomite stone of the Ma56 submember of Middle Ordovician Majiagou Formation in central and eastern Ordos Basin

3）單旋回Ⅲ：云質(zhì)潟湖—顆粒灘—灰泥丘—膏質(zhì)潟湖。該類型旋回的巖性構(gòu)成較為復(fù)雜，依次為（泥質(zhì)）泥晶云巖—砂屑云巖—紋層狀云質(zhì)膏巖—含膏質(zhì)團(tuán)塊泥晶云巖—砂屑云巖—粘結(jié)砂屑云巖—紋層狀膏質(zhì)云巖—雞雛狀膏巖（圖4-C）。下部泥晶云巖向砂屑云巖過渡的特征與相序Ⅰ類似；向上為紋層狀含云膏巖且頂部未見暴露（圖4-C中照片2），推測水體鹽度小幅度增加但沉積未間斷；再向上泥晶云巖再次向砂屑云巖轉(zhuǎn)變，砂屑云巖之上發(fā)育粘結(jié)砂屑云巖，說明水體鹽度增加并開始發(fā)育小規(guī)模微生物巖；至頂部膏巖規(guī)模發(fā)育，上部見垂向溶溝（圖4-C中照片5），是旋回頂部暴露溶蝕的有力證據(jù)?？梢娫擃愋托蛄芯哂兴w向上變淺變咸、同時頂部暴露的特征，結(jié)合沉積相分析（表1），認(rèn)為單旋回Ⅲ構(gòu)成云質(zhì)潟湖—顆粒灘—灰泥丘—膏質(zhì)潟湖的典型旋回。

4）單旋回Ⅳ：云膏質(zhì)潟湖—膏質(zhì)潟湖。該類型旋回主要發(fā)育膏巖，單個旋回厚度較??；結(jié)合多個旋回組合，歸納出常見巖性組合為泥晶云巖／紋層狀膏質(zhì)云巖—紋層狀云質(zhì)膏巖—雞雛狀膏巖（圖4-D）。單個旋回下部，膏質(zhì)紋層向?qū)訝罡鄮r轉(zhuǎn)變，膏質(zhì)含量逐漸增多，表明水體變咸；單個旋回頂部，多見雞雛／角礫狀膏巖，推測為間歇性暴露結(jié)果。該類型旋回具有水體向上變咸變淺的特征，結(jié)合沉積相分析（表1），認(rèn)為單旋回Ⅳ構(gòu)成云膏質(zhì)潟湖—膏質(zhì)潟湖的典型旋回。

圖3 鄂爾多斯盆地中東部地區(qū)中奧陶統(tǒng)馬五6亞段膏巖與鹽巖微觀特征Fig.3 Micro-characteristics of evaporites of the Ma56 submember of Middle Ordovician Majiagou Formation in central and eastern Ordos Basin

5）單旋回Ⅴ：膏質(zhì)潟湖—鹽質(zhì)潟湖。該類型旋回的巖性構(gòu)成最為單一，以鹽巖發(fā)育為主，僅底部發(fā)育中層狀云質(zhì)膏巖，向上演變?yōu)閴K狀鈉鹽巖和鉀鹽巖（圖4-E）。由膏巖向鹽巖的轉(zhuǎn)變，表明沉積水體鹽度最大可能存在10%幅度的增加（Babel and Schreiber，2014）；同時鹽巖沉淀階段，遵循先鈉鹽后鉀鹽的析出順序。巖性變化體現(xiàn)出單旋回Ⅴ水體向上變咸變淺，構(gòu)成膏質(zhì)潟湖—鹽質(zhì)潟湖的典型旋回。

總的來說，上述5種五級高頻單旋回存在2點(diǎn)共性：（1）單個旋回沉積初期水體加深、鹽度減小，隨后便向上緩慢變淺、變咸；（2）除單旋回Ⅴ暴露特征無法確定以外，多數(shù)旋回頂部發(fā)育暴露面（圖4-A中照片5，圖4-B中照片7，圖4-C中照片5，圖4-D中照片2和4）。由此認(rèn)為，單個五級旋回是快速海侵（T）—緩慢海退（R）的完整沉積過程，具有一定的地層意義（鄧宏文，2009），并可依此進(jìn)一步開展馬五6亞段五級高頻旋回的縱向搭建與對比研究工作。除上述5種發(fā)育較為完整的典型五級高頻T—R單旋回之外，研究區(qū)內(nèi)仍可見大量不完整旋回。

圖4 鄂爾多斯盆地中東部地區(qū)中奧陶統(tǒng)馬五6亞段典型五級T-R單旋回Fig.4 Typical fifth-order T-R cycle within the Ma56 submember of Middle Ordovician Majiagou Formation in central and eastern Ordos Basin

3.2 骨架井五級高頻旋回結(jié)構(gòu)剖面

多類型的單旋回在縱向上頻繁疊置，造成在研究區(qū)馬五6亞段不同相區(qū)內(nèi)形成多種特征差異明顯的旋回組合。為了進(jìn)一步加強(qiáng)各相區(qū)旋回特征對比及整個馬五6亞段縱向演化研究，本次選取了2口全取心井（T112、Y9）和3口取心較多的井（T17、J2、T76），以向上變淺變咸、頂部發(fā)育暴露面的單旋回為單元，搭建了由西向東跨越橫山凸起的5口骨架井旋回結(jié)構(gòu)剖面（圖5），從地層厚度分布、旋回橫向組合差異、旋回縱向演化3個方面，分析了橫山凸起東西兩側(cè)在旋回結(jié)構(gòu)差異和縱向演化方面的特征。

圖5 鄂爾多斯盆地中東部地區(qū)中奧陶統(tǒng)馬五6亞段骨架井旋回結(jié)構(gòu)剖面Fig.5 Cyclical structural sections of the Ma56 submember of Middle Ordovician Majiagou Formation from framework wells in central and eastern Ordos Basin

馬五6亞段頂面拉平后顯示，橫山凸起西緣J2井向T112井方向厚度逐漸減薄，而凸起東緣Y9井向T76井方向也有減薄趨勢，證實(shí)了馬五6亞段沉積期橫山凸起地貌較高。

分布在橫山凸起東西兩側(cè)的5口骨架井相序組合形式顯示：橫山凸起西緣以碳酸鹽巖發(fā)育為主，多數(shù)旋回頂部見膏巖，常見的旋回組合有泥晶云巖—顆粒云巖、泥晶云巖—膏巖、泥晶云巖—顆粒云巖—膏巖、泥晶云巖—微生物云巖—膏巖以及泥晶云巖—顆粒云巖—微生物云巖—膏巖等，可對應(yīng)于5種單旋回類型中的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類（圖4-A，4-B，4-C），整體表現(xiàn)出云質(zhì)潟湖—顆粒灘—灰泥丘—膏質(zhì)潟湖的環(huán)境演變。而在橫山凸起東緣，主要發(fā)育膏巖及鹽巖，僅極個別旋回底部發(fā)育泥云巖，常見的序列組合有層狀膏巖—鹽巖、紋層狀云質(zhì)膏巖—雞雛狀膏巖，對應(yīng)于5種相序類型中的Ⅳ、Ⅴ類（圖4-D，4-E），呈現(xiàn)出云膏質(zhì)潟湖—膏質(zhì)潟湖—鹽質(zhì)潟湖的環(huán)境演變。此外，橫山凸起西緣沿T17井、J2井向T112井方向，顆粒巖逐漸減少，微生物巖逐漸增多，即Ⅰ、Ⅲ類旋回逐漸為Ⅱ類旋回所代替；凸起東緣沿Y9井向T76井方向，鹽巖逐漸減少，膏巖逐漸增多，即Ⅳ類旋回漸變?yōu)棰躅愋亍?/p>

在相序縱向演化方面，橫山凸起西緣的旋回結(jié)構(gòu)顯示，向馬五6亞段頂部，單個旋回頂部的膏巖消失或減少，其中消失的膏巖常被顆粒巖（圖5-A）或巖溶角礫巖（圖5-C）替代，而較少的膏巖則主要體現(xiàn)在雞雛狀膏巖消失，僅保留部分紋層狀云質(zhì)膏巖（圖5-B）。橫山凸起東緣，向馬五6亞段上部，鹽巖消失后以膏巖代替，即旋回類型由相序Ⅴ類向Ⅳ類演變（圖5-D），且此現(xiàn)象越靠近橫山凸起及東部鹽凹周緣越是發(fā)育。

3.3 高頻旋回統(tǒng)計(jì)

在了解馬五6亞段的五級高頻旋回結(jié)構(gòu)分布特征基礎(chǔ)上，對5口骨架井的地層厚度及單旋回個數(shù)、厚度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。結(jié)果表明，由西向東5口骨架井馬五6亞段的地層厚度分別為88.2m、98.7m、75.6m、104.5m、156.5m，而對應(yīng)的單個五級旋回平均厚度與個數(shù)則分別為3.3m（27個）、3.7m（27個）、2.8m（27個）、4.8m（22個）、6.5m（24個）（圖6-A）。每口井的單旋回厚度分布頻數(shù)統(tǒng)計(jì)為：T17井，主峰明確，其主峰帶介于2～3m之間（圖6-B）；J2井，主峰較為明確，但主峰帶分布較寬，介于2～5m之間（圖6-C）；T112井，主峰明確，單旋回厚度分布峰值介于2～3m之間（圖6-D）；T76井和Y9井的主峰帶較寬或是出現(xiàn)多個峰值（圖6-E，6-F）。

圖6 鄂爾多斯盆地中東部地區(qū)中奧陶統(tǒng)馬五6亞段骨架井地層厚度及單旋回厚度發(fā)育頻數(shù)分布直方圖Fig.6 Frequency distribution histogram of formation thickness and single cycle thickness of the Ma56 submember of Middle Ordovician Majiagou Formation from framework wells in central and eastern Ordos Basin

在對統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的分析中，值得注意的規(guī)律是：（1）地層厚度變大，相對應(yīng)的單旋回平均厚度也隨之 增 大（相 關(guān) 性 R2=0.9481）（圖 6-A）；（2）各井中旋回個數(shù)差異較小，尤其是西部3口井馬五6亞段旋回個數(shù)一致，均為27個（圖6-B，6-C，6-D），而往東部，T76井和Y9井的旋回個數(shù)減少；（3）主峰帶的分布和寬度，與井位和地層厚度存在一定關(guān)系，即越往東側(cè)（尤其是橫山凸起以東）沉積旋回厚度分布越不穩(wěn)定；同樣地層越厚單旋回厚度分布越不穩(wěn)定，表現(xiàn)為主峰帶較寬（圖6-E），甚至出現(xiàn)了多峰態(tài)（圖6-F）。

4 橫山凸起東西緣沉積特征比較

基于巖石學(xué)、典型五級旋回、高頻旋回結(jié)構(gòu)剖面以及旋回統(tǒng)計(jì)等分析，以橫山凸起為界，圍繞其東、西兩側(cè)，進(jìn)行包括巖石類型、旋回類型、縱向演化、地層厚度、旋回個數(shù)以及單旋回厚度等主要沉積特征比較（表2）。

表2 橫山凸起東、西兩側(cè)中奧陶統(tǒng)馬五6亞段沉積期沉積特征對比Table 2 Comparison of sedimentary characteristics during the depositional stage of the Ma56 submember of Middle Ordovician Majiagou Formation between west and east sides of Hengshan uplift

首先，橫山凸起東、西兩側(cè)巖性差異巨大。從海水化學(xué)沉積分異的角度來看，凸起西側(cè)以碳酸鹽→硫酸鹽的咸化序列為主，東側(cè)則基本跳過碳酸鹽沉淀過程，多為硫酸鹽→鹵化物咸化序列（表1）；其次，橫山凸起東西兩側(cè)沉積物的差異，構(gòu)成了典型五級單旋回的差異性分布（圖4，圖5），而由五級單旋回代表的沉積微環(huán)境演變，表明由西向東存在沉積水體能量漸弱、漸次受限的環(huán)境演替；最后，橫山凸起東西兩側(cè)旋回統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（圖6），則暗示著高頻旋回的啟動機(jī)制與橫山凸起之間有著密不可分的聯(lián)系。

綜合來看，基于巖石類型、沉積環(huán)境、五級旋回構(gòu)成等方面的顯著差異，認(rèn)為橫山凸起在馬五6亞段沉積期對研究區(qū)沉積分異具有影響。

5 高頻旋回的沉積學(xué)應(yīng)用

5.1 海平面相對升降變化與沉積響應(yīng)

針對鄂爾多斯盆地中東部地區(qū)馬五6亞段高頻旋回劃分與縱向分布，進(jìn)一步利用Fischer圖解，來重現(xiàn)沉積期海平面的相對升降變化趨勢（Guo et al.，2018）。Fischer圖解制作要求有更多的旋回參與統(tǒng)計(jì)，以更真實(shí)地展示馬五6亞段海平面升降趨勢，因此將馬五6亞段放入整個馬家溝組中組合地層中（馬五10亞段—馬五5亞段）進(jìn)行統(tǒng)計(jì)繪圖（圖7-A，7-B）。T112井和Y9井的Fischer圖解均顯示馬五10-6亞段為一套不完整三級旋回，其中馬五6亞段（紅色段）僅為海退半旋回，說明整個馬五6亞段相對海平面持續(xù)下降，且于該亞段頂部結(jié)束該套三級旋回沉積。因此，利用Fischer圖解得出馬五6亞段處于海退期的結(jié)論，與前人從巖性統(tǒng)計(jì)（席勝利等，2017）、沉積相演化（謝錦龍等，2013）、層序劃分（郭彥如等，2012）、化學(xué)地層分析（蔣蘇揚(yáng)等，2019）、盆緣露頭Fischer圖解分析（翟永紅，1999）等大量工作中得出的結(jié)論相一致。

三級旋回之下，可以進(jìn)一步劃分若干四級旋回。其中Y9井馬五6亞段中可見2套四級旋回（圖7-B），下部的第1套四級旋回構(gòu)成不完整，處于海退階段，而上部的第2套四級旋回構(gòu)成完整，呈現(xiàn)快速海侵到緩慢海退的特征。相比而言，T112井馬五6亞段四級旋回劃分顯得不太清晰（圖7-A），但在五級旋回37處可見相對海平面下降速率變緩，表現(xiàn)為海平面變化曲線變緩；同時基于層序地層格架可對比的考慮，也將T112井馬五6亞段劃分為2套四級旋回，具體特征同Y9井類似。因此，在三級旋回海退背景下，將馬五6亞段細(xì)分為初次海退—快速海侵—再次海退四級海平面升降組合（圖5）。

圖7 鄂爾多斯盆地中東部地區(qū)T112井、Y9井中奧陶統(tǒng)馬五6亞段Fischer圖解響應(yīng)海平面升降與沉積物發(fā)育耦合關(guān)系Fig.7 Coupling relation between Fischer plot and sediment development of the Ma56 submember of Middle Ordovician Majiagou Formation from Wells T112 and Y9 in central and eastern Ordos Basin

前述分析表明，典型五級T-R旋回的旋回劃分是以明確的暴露面進(jìn)行標(biāo)定的，且單個旋回由下至上具有變淺變咸的演化趨勢。以劃分的五級旋回為基礎(chǔ)，對單井的四級旋回及相應(yīng)的沉積特征進(jìn)行了分析。T112井中（圖7-C），自旋回32～34（連續(xù)3套五級旋回中膏巖占比大于50%）和自旋回34～36（連續(xù)3套五級旋回頂部出現(xiàn)巖溶角礫巖），對應(yīng)馬五6亞段第1套不完整四級旋回晚期；旋回37（巖溶角礫巖消失、膏巖類占比下降、泥晶巖類占比上升）對應(yīng)馬五6亞段第2套完整四級旋回海侵階段、自旋回39～42（膏巖類占比連續(xù)大于50%）和自旋回43（后續(xù)每一套五級旋回頂部皆發(fā)育巖溶角礫巖），對應(yīng)第2套完整四級旋回海退階段。Y9井中（圖7-D），旋回20～29（鉀鹽巖占比始終大于50%）和旋回30（鈉鹽巖出現(xiàn)、鉀鹽巖占比下降），分別對應(yīng)第1套四級旋回晚期海退和第2套四級旋回初期海侵的轉(zhuǎn)變。此外，在T112井馬五6亞段Fischer圖解中，雖然四級旋回不明顯，但五級沉積響應(yīng)卻較為明顯，可以進(jìn)一步佐證四級旋回的劃分；反之，可理解為四級旋回控制了五級旋回在垂向上的差異性疊置。

5.2 橫山凸起沉積期地貌演化

一般來說，通過對基準(zhǔn)面和現(xiàn)今地層厚度分布的分析，可以近似地恢復(fù)淺水沉積區(qū)內(nèi)古地形的相對起伏特征（郭榮濤等，2019），但有關(guān)橫山凸起在三級旋回沉積末期的地貌特征、2套四級旋回對比下橫山凸起的演變趨勢等方面的討論，至今尚不明確。另一方面，研究區(qū)內(nèi)多種五級高頻旋回多為上、下暴露面約束（圖4-A中照片5，4-B中照片7，4-C中照片5，4-D中照片2和4），而暴露面多是指由于相對海平面下降而導(dǎo)致沉積物暴露至地表、遭受溶蝕或無沉積的作用面，具有明顯沉積間斷的沉積學(xué)意義（Flügel，2010），因此頂部發(fā)育暴露面的五級高頻旋回，可認(rèn)為是1次從海侵開始到可容空間為零的完整、獨(dú)立的沉積充填過程。因此，可利用單個旋回厚度粗略反映沉積地貌差異，故基于研究區(qū)骨架井五級旋回厚度統(tǒng)計(jì)，可以揭示馬五6亞段2套四級旋回的沉積期地貌特征及可容空間演化趨勢。

在馬五6亞段下部的第1套四級旋回中（圖5），橫山凸起附近骨架井（T112井）五級單旋回平均厚度為2.8m，西側(cè)骨架井（J2井）為3.8m，東側(cè)骨架井（T76）為5.8m（圖8-A），反映了橫山凸起及其東西兩側(cè)存在米級的沉積地貌差異（圖8-B）。在馬五6亞段上部的第2套四級旋回中，五級單旋回平均厚度分別減小為2.7m、3.5m、4.0m（圖8-A），推測在整體水深略微減小的同時，橫山凸起東西兩側(cè)的地貌差異也在減?。▓D8-C）。2套四級旋回繼承性旋回厚度演變表明，馬五6亞段沉積初期，橫山凸起具有明顯高于東西兩側(cè)的地貌，為隆凹格局的發(fā)育階段；至晚期，橫山凸起東西兩側(cè)地貌差異逐漸減小，處于填平補(bǔ)齊階段。因此，橫山凸起西側(cè)為白云巖與膏巖韻律互層沉積、東側(cè)為巨厚鹽巖沉積，可能是由于鹽巖具有較高沉積速率，導(dǎo)致橫山凸起兩側(cè)逐漸填平形成的。再者，地層厚度與平均旋回厚度的協(xié)同演變（圖6-A）表明，前人研究認(rèn)識中差異達(dá)50余米的“大隆大凹”格局可拆分為若干單個五級旋回的米級差異，其正是由高頻旋回米級差異的“小隆小凹”繼承性頻繁疊置形成的。

圖8 橫山凸起周緣中奧陶統(tǒng)馬五6亞段五級旋回平均厚度控制下的沉積底形與旋回構(gòu)成示意圖Fig.8 Sedimentary bedform and cyclical composition controlled by the fifth-order cycle within Ma56 submember of Middle Ordovician Majiagou Formation around Hengshan up lift

5.3 橫山凸起對沉積分異的影響

2套四級旋回中五級旋回平均厚度的統(tǒng)計(jì)，揭示了橫山凸起東西兩側(cè)馬五6 亞段地層具有填平補(bǔ)齊的趨勢。而對旋回結(jié)構(gòu)樣式及東西差異隨之發(fā)生調(diào)整的分析，可進(jìn)一步開展關(guān)于橫山凸起在地貌演變過程中對盆內(nèi)沉積分異控制的討論。

在第1套四級旋回內(nèi)，橫山凸起西側(cè)的旋回結(jié)構(gòu)樣式以Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類五級旋回為主，下部云巖、上部膏巖，而橫山凸起東側(cè)，發(fā)育鹽巖為主的Ⅴ類五級旋回（表2；圖8-A）。第1套四級旋回內(nèi)蒸發(fā)巖較為發(fā)育，推測與隆凹格局的發(fā)育有關(guān)，尤其以橫山凸起的封隔效應(yīng)最為明顯。在第2套四級旋回內(nèi)，上部的五級旋回中蒸發(fā)巖含量明顯下降（圖8-B），凸起西緣膏巖減少甚至消失，東緣鹽巖減少甚至消失（表2）（Ⅳ類旋回），說明第2套四級旋回上部沉積水體鹽度下降。局限環(huán)境的海水鹽度下降，存在2種可能：（1）規(guī)模海侵；（2）局限環(huán)境被改變，可以與正常鹽度海水進(jìn)行循環(huán)交換。但依據(jù)研究層段單旋回厚度減小以及凸起附近單旋回頂部的巖溶角礫巖發(fā)育（圖5-C），認(rèn)為這是可容空間減少造成的（Y?lmaz and Alt?ner，2006），由此推測海侵的可能性不大，而是沉積地貌變平緩導(dǎo)致了海水局限程度降低。這一猜想與馬五6亞段沉積末期填平補(bǔ)齊的認(rèn)識相吻合。

另外，橫山凸起東西兩側(cè)在五級旋回?cái)?shù)量和地層厚度方面同樣存在差異（圖6-B至6-F；表2）。首先，橫山凸起西側(cè)旋回個數(shù)多于東側(cè)，推測橫山凸起作為地貌高地，使次級小規(guī)模海侵無法越過，導(dǎo)致橫山凸起西側(cè)淺水區(qū)對海侵影響更加敏感，而水體相對較深的東側(cè)則可能表現(xiàn)出若干旋回的合并。其次，橫山凸起西側(cè)單旋回厚度分布較東側(cè)表現(xiàn)得更為集中，四、五級旋回可對比性更強(qiáng)（圖5），推測橫山凸起西側(cè)淺水區(qū)高頻旋回的發(fā)育統(tǒng)一受到了區(qū)域性構(gòu)造運(yùn)動、絕對海平面升降等因素控制，表現(xiàn)為具有時間地層對比意義的異旋回（鄧宏文，2009）；而東側(cè)五級單旋回內(nèi)鹽巖占比較大（圖4-E），推測是鹽巖極高的沉積速率放大了等時格架下的單旋回厚度差異（Sorento et al.，2020），加之若干旋回的合并，導(dǎo)致橫山凸起東側(cè)單旋回厚度分布不集中、五級旋回可對比性較差。

6 結(jié)論與啟示

1）基于鄂爾多斯盆地中奧陶統(tǒng)馬家溝組馬五6亞段碳酸鹽巖與蒸發(fā)巖共生組合的9種巖石類型，搭建了5類典型五級T—R單旋回，其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類為云質(zhì)潟湖—顆粒灘—灰泥丘沉積，Ⅳ、Ⅴ類為膏鹽質(zhì)潟湖沉積，并以5種類型相序?yàn)榇泶罱ü羌芫哳l五級旋回結(jié)構(gòu)剖面。

2）依據(jù)高頻旋回結(jié)構(gòu)剖面建立的Fischer圖解，認(rèn)為馬五6亞段處于三級旋回晚期，內(nèi)部發(fā)育“2個”四級旋回，具有初次海退—快速海侵—再次海退的海平面變化趨勢。同時，五級旋回結(jié)構(gòu)樣式很好地響應(yīng)了四級旋回，四級旋回控制了五級旋回的垂向疊置方式。

3）基于旋回厚度統(tǒng)計(jì)與對比，分析了“2套”四級旋回對比下橫山凸起的演變趨勢，認(rèn)為馬五6亞段沉積初期（第1套四級旋回）為隆凹格局發(fā)育階段，沉積晚期（第2套四級旋回）為填平補(bǔ)齊階段，橫山凸起規(guī)模逐漸減小。

4）橫山凸起作為水下高地，造成其東西兩側(cè)海水鹽度產(chǎn)生明顯分異，致使凸起西側(cè)發(fā)育Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類相序，東緣發(fā)育Ⅳ、Ⅴ類；至晚期凸起的封隔影響減弱，東西兩側(cè)鹽度明顯下降。此外，橫山凸起對東西兩側(cè)五級旋回的發(fā)育個數(shù)和橫向?qū)Ρ纫伯a(chǎn)生了重要影響。

筆者以馬五6亞段為例進(jìn)行了鄂爾多斯盆地馬家溝組高頻旋回研究的初探，而關(guān)于該地區(qū)高頻旋回的搭建與對比工作遠(yuǎn)未結(jié)束，期待在未來加強(qiáng)與儲集層分布規(guī)律、化學(xué)地層等多學(xué)科方向的研究融合，以及更大尺度的旋回搭建工作，進(jìn)而解決鄂爾多斯奧陶系馬家溝組地層歸屬及其與全球海平面對比等關(guān)鍵地質(zhì)問題。