鄂爾多斯盆地加里東期不整合面類型及分布特征*

熊加貝 何登發(fā)

1 中國地質(zhì)大學（北京）能源學院，北京100083

2 中國地質(zhì)大學（北京）海相儲層演化與油氣富集機理教育部重點實驗室，北京100083

3 中國石油天然氣股份有限公司浙江油田分公司，浙江杭州311100

不整合常常（但不總是）表現(xiàn)為地層間的非平行接觸關系，具有明顯地層間斷，是地質(zhì)演化的階段性標志（劉波和王英華，1997）。不整合通常是構造旋回劃分的一個重要標志，也是確定層序級別及類型、建立等時格架的基本依據(jù)，還是海平面變化、重大構造運動的記錄者（Sloss，1963；Mitchumet al.，1977；Haqet al.，1987；陳 發(fā)景等，2004；Catuneanu 2006；林暢松，2006，2009；任紀舜等，2016；何登發(fā)，2018）。同時，不整合也反映了后期地質(zhì)活動對早期沉積物具有不同程度和不同性質(zhì)的影響，這些影響經(jīng)過長期勘探實踐證明多具有明顯的經(jīng)濟價值，即不僅是與不整合面發(fā)育相伴生的次生高孔高滲帶、風化殼巖溶型油氣藏等油氣礦產(chǎn)聚集的重要部位，也是許多沉積型礦床和古風化殼礦床產(chǎn)出的重要場所（翟裕生，1965；袁見齊等，1985；劉波和王英華，1997；李朝陽等，2004；侯連華等，2017）。

古生代鄂爾多斯地區(qū)位于華北克拉通板塊的西南部，但在奧陶紀，其與華北地區(qū)在古地理格局及沉積特征上已產(chǎn)生了明顯的構造分異，除秦嶺—祁連洋的俯沖造山作用引發(fā)一系列構造事件、火山噴發(fā)事件、全球海平面變化等多種類型的重大地質(zhì)事件外，還發(fā)育了區(qū)域性的不整合，如下奧陶統(tǒng)亮甲山組頂部和中奧陶統(tǒng)馬家溝組頂部2期不整合。長期以來，石油勘探部門將這2個不整合面視為該區(qū)油氣儲集層的兩大控制界面。許多學者認為，亮甲山組頂部不整合是由亮甲山組沉積后華北地區(qū)的一次構造運動——“懷遠運動”引起的，該運動導致馬家溝組在不同地區(qū)都處于超覆狀態(tài)（宋奠南，2001；陳安清，2010；李相博等，2021；劉化清等，2021）。近年來，隨著勘探程度的加大，鄂爾多斯盆地東部本溪組和隴東地區(qū)太原組鋁土質(zhì)泥巖段有多口探井獲得氣測異常顯示（付金華，2018；付金華等，2021），奧陶系頂界不整合也逐漸引起了人們的重視。然而，目前對這一不整合面的類型和發(fā)育演化特征的認識，及由此形成的奧陶系頂部風化殼和古巖溶作用、風化殼形成過程中儲集層分布規(guī)律、不整合的時間變量以及形成演化過程等還存在較大分歧。

針對上述問題，本次研究基于鄂爾多斯盆地內(nèi)120多口鉆井、22條地震測線以及64個野外露頭點，首先對加里東運動形成的不整合面證據(jù)進行分析，并對奧陶系頂部出露地層（尤其是馬家溝組）進行精細的對比，研究馬家溝組頂面地層剝蝕情況，揭示鄂爾多斯盆地加里東期抬升剝蝕的古地貌特征。其次，通過對不整合面類型的分析，劃分鄂爾多斯盆地加里東期不整合面類型及其分布范圍。在此基礎上，結合周緣板塊的構造事件及全球海平面的升降，探討不整合發(fā)育演化特征對盆地演化和油氣勘探提供的借鑒和參考。

1 地質(zhì)背景

鄂爾多斯盆地地處華北克拉通的西南部，是中國重要的能源盆地，油氣、礦產(chǎn)資源十分豐富。由于鄂爾多斯盆地寒武系和奧陶系以碳酸鹽巖為主，因此前人將其與四川盆地和塔里木盆地并稱為三大碳酸鹽巖盆地（趙文智等，2016；付金華，2018）。該盆地經(jīng)歷了加里東—喜馬拉雅構造旋回的多幕構造運動，是一個多旋回克拉通盆地，具有穩(wěn)定沉降、斜坡寬緩、地層水平的特點（圖1-b）（楊俊杰，2002；周義軍等，2006；王振濤等，2015；馮娟萍等，2021）。奧陶紀—石炭紀是鄂爾多斯盆地演化的一個重要轉(zhuǎn)換期：首先，奧陶紀末期，受加里東構造運動影響，鄂爾多斯地區(qū)由隆起和坳陷共存的格局演變?yōu)檎w的、統(tǒng)一的隆起區(qū)，代表了一個重要的填平補齊階段（馮增昭和鮑志東，1999）；其次，華北地臺結束抬升剝蝕之后的海侵作用，代表了奧陶紀穩(wěn)定的陸表海沉積與石炭紀海陸過渡相沉積之間的重要轉(zhuǎn)換（陳洪德等，2001；楊華等，2015；包洪平等，2017；賈浪波等，2019）。本次研究重點分析奧陶系頂部不整合的發(fā)育演化特征及其地質(zhì)意義。

圖1 鄂爾多斯盆地構造位置（a）與綜合柱狀圖（b）Fig.1 Tectonic location of the Ordos Basin（a）and comprehensive histogram（b）

鄂爾多斯盆地奧陶系—石炭系由老到新依次發(fā)育冶里組（O1y）、亮甲山組（O1l）、馬家溝組（O2m）、平?jīng)鼋M（O2p）（對應西緣的烏拉力克組、拉什仲組、公烏素組、蛇山組）、背鍋山組（O3b）、前黑山組（C1q）、臭牛溝組（C1c）、靖遠組（C2j）、羊虎溝組（C2y）、本溪組（C2b）和太原組（C2t）（顧其昌，1996；李文國，1996；武鐵山，1997；馬潤華，1998；李文厚等，2012）（圖2）。本次研究所關注的不整合主要位于中奧陶統(tǒng)馬家溝組（O2m）與其上覆地層之間，但在一些地方奧陶系分別被更年輕的地層覆蓋，另外還存在泥盆系、志留系等內(nèi)部層組之間的不整合面。

圖2 鄂爾多斯盆地加里東期不整合面分布Fig.2 Caledonian unconformity distribution in Ordos Basin

2 加里東期不整合的識別、類型與特征

2.1 不整合面的識別

加里東期不整合在野外露頭、地震、測錄井和巖心等方面均表現(xiàn)出較明顯的響應。地震剖面上，不整合面上、下地層在鄂爾多斯盆地的各個區(qū)域具有不同的接觸關系，尤其在盆地邊緣地區(qū)，表現(xiàn)為下伏傾斜變形地層被上覆地層所削截（角度不整合），而對地震剖面進行橫向追蹤，可以識別出盆地內(nèi)部上、下地層多呈平行不整合接觸。此外，不整合往往在測井曲線上表現(xiàn)為一突變界面，錄井和巖心資料也證實界面上、下地層的巖性存在明顯的差異。

2.1.1 野外露頭

通過對鄂爾多斯盆地周緣地區(qū)野外露頭的詳細觀測，發(fā)現(xiàn)不整合面之下的馬家溝組多為白云巖或灰?guī)r，局部出現(xiàn)泥頁巖及砂礫巖，而不整合面之上的石炭系中、下部普遍為鋁土質(zhì)泥巖、碳質(zhì)泥巖及多層煤線，這是加里東運動不整合面識別的主要標志。界面上、下地層接觸關系各異，如盆地東緣府谷天橋則地區(qū)，沿黃河公路，下部出露奧陶系厚層灰?guī)r（260°∠14°），中部出現(xiàn)黃色黏土質(zhì)的風化殼（圖3-b），上部本溪組為雜色泥巖與砂巖薄互層，頂部太原組為大套的灰褐色砂巖，并發(fā)育多套煤層。該剖面出露地層較全，比較容易識別出不整合面（圖3-a）。南緣東段韓城地區(qū)馬家溝組與本溪組多為平行不整合接觸，少數(shù)呈角度不整合接觸，不整合面之下的馬家溝組為薄層的泥灰?guī)r和角礫狀灰?guī)r（300°∠25°），上覆本溪組底部為明顯的淺灰色細砂巖、灰白色石英礫巖（圖3-c）。南緣中西段麟游交街剖面可見奧陶系灰黑色中夾薄層紫紅色泥巖（123°∠24°），其上被二疊系太原組黃綠色、灰褐色頁巖（115°∠12°）不整合覆蓋，兩者呈明顯的角度相交（圖3-d）。在盆地西緣南段平?jīng)龅貐^(qū)野外露頭上可見二疊系山西組灰黑色砂質(zhì)頁巖、石英砂巖覆蓋于奧陶系之上：在平?jīng)鋈罍掀拭婵梢娚轿鹘M不整合于馬家溝組灰?guī)r及泥頁巖之上（圖3-e）；平?jīng)龃鬄忱锲拭婵梢姴徽辖缑嬷系纳轿鹘M底部煤層（圖3-f）；從固原黑石河地層接觸關系可以看出，下白堊統(tǒng)和尚鋪組砂巖（200°∠60°）與下奧陶統(tǒng)深灰色厚層塊狀灰?guī)r（190°∠37°）呈角度不整合接觸（圖3-g）。盆地西緣中段屈吳山下石炭統(tǒng)臭牛溝組的含礫砂巖、灰綠色泥巖（330°∠46°）覆蓋在下奧陶統(tǒng)陰溝群的灰色灰?guī)r、泥灰?guī)r（326°∠60°）之上，并且在不整合界面上可看到石炭系底部大套的底礫巖（圖3-h）；景泰縣黃河渡口中下泥盆統(tǒng)礫巖（300°∠45°）與奧陶系灰?guī)r（310°∠80°）呈角度不整合（圖3-i）；中衛(wèi)校育川剖面可見泥盆系磚紅色砂巖（240°∠24°）不整合于奧陶系灰?guī)r（238°∠60°）之上，內(nèi)部發(fā)育小規(guī)模的褶皺變形（圖3-j）；景泰紅石階剖面下石炭統(tǒng)（300°∠26°）與奧陶系（310°∠15°）呈不整合接觸，且在奧陶系頂部發(fā)育一套土黃色的風化殼，奧陶系呈現(xiàn)輕微變質(zhì)，不整合面之上的石炭系多為生物碎屑灰?guī)r，含大量筆石、海百合莖及瓣腮類等化石（圖3-k，3-l）。

圖3 鄂爾多斯盆地周緣加里東期不整合面露頭照片F(xiàn)ig.3 Photos showing unconform ities on outcrops reflecting the Caledonian Movement on periphery of Ordos Basin

2.1.2 鉆井資料

鄂爾多斯盆地鉆遇的多口井均能證實奧陶系與石炭系之間存在不整合接觸，因為不整合面上、下地層的測井曲線特征明顯不同。不整合面之上的本溪組發(fā)育一套由奧陶系碳酸鹽巖風化、剝蝕、沖刷后經(jīng)上覆石炭系沉積壓實、固結而逐漸演化成的鋁土質(zhì)泥巖、雜色膏質(zhì)、鐵質(zhì)渣狀層（冉櫻，2011），測井曲線特征表現(xiàn)為高自然伽馬，與上、下地層差異較大，整體呈高峰狀突起，密度曲線底部出現(xiàn)高值段，井徑曲線基本規(guī)則，聲波時差曲線呈高鋸齒狀，電阻率較低。而在不整合面之下，碳酸鹽巖地層發(fā)育，馬六段以灰?guī)r為主，幾乎完全被溶蝕，馬五段上組合以白云巖、過渡型白云巖為主，巖溶帶發(fā)育，時序特征較強；測井曲線差異很大，馬家溝組白云巖段總體上具有自然伽馬、自然電位、聲波時差低、電阻率較低的特征，含泥巖段具有自然伽馬、自然電位和聲波時差較高而電阻率較低等特征，灰?guī)r段具有電阻率高的特點（圖4）。

圖4 鄂爾多斯盆地加里東期不整合的縱向結構特征Fig.4 Vertical structures of unconformities formed during the Caledonian in Ordors Basin

不整合面還可以通過巖心直觀地觀察到，如在盆地東緣府5井，不整合面之下出露的奧陶系頂部馬五小層主要為深灰色角礫灰?guī)r（圖5-c），角礫間充填有大量泥質(zhì)，局部黃鐵礦含量較高，充填于溶蝕擴大縫中，整體呈團塊狀分布。不整合面之上的鋁土質(zhì)泥巖（未取心）、淺灰色泥質(zhì)砂巖、細砂巖與粗砂巖交替出現(xiàn)（圖5-a，5-b）。位于中央古隆起北端定探2井奧陶系頂部的橙黃色、黃色黏土巖，為下伏白云巖暴露、還原、剝蝕后被上覆地層沉積壓實后的殘余沉積（圖5-d）。

圖5 鄂爾多斯盆地加里東運動不整合面鉆井巖心照片F(xiàn)ig.5 Photos showing unconformity in cores reflecting the Caledonian movement on periphery of Ordos Basin

2.1.3 地震響應

在大量鉆井資料限定的基礎上，從奧陶系頂部和石炭系底部的地震地層出發(fā)，進行橫向?qū)Ρ茸粉櫍瑸椴徽厦娴淖R別奠定了基礎。奧陶系頂部不整合面的反射特點主要表現(xiàn)為較強振幅、中等連續(xù)，且在不整合界面上有顯著的削截現(xiàn)象，易于辨認（圖6）。文中以2條東西、南北向跨越盆地的地震大剖面為例進行說明。

圖6 加里東期不整合在地震剖面上的削截特征Fig.6 Cutting characteristics of the Caledonian unconformity on seism ic profile

1）利用慶探2、慶深1、蓮1、富探1、宜探1井的測井數(shù)據(jù)對AA′東西向二維地震剖面進行了層位標定。以鎮(zhèn)原古隆起為界，奧陶系沉積厚度向東、西兩側迅速增厚。在古隆起的西側，奧陶系由西向東快速減薄，呈不對稱的楔形，而在隆升的高部位，石炭系—二疊系穿時覆蓋于寒武系之上，奧陶系削截特征非常顯著。古隆起東側的奧陶系與石炭系—二疊系之間同樣表現(xiàn)為削截關系，地層由東向西向鎮(zhèn)原古隆起方向呈楔形減薄，與古隆起西側的構造特征基本相似（圖7-a）。

2）BB′南北向地震剖面的解釋結果顯示奧陶系與上覆石炭系—二疊系呈明顯的削截接觸關系（圖7-b）。該地震剖面自南向北依次經(jīng)過渭南坳陷、伊陜斜坡、伊盟凸起、臨河地塹4個構造單元。在渭南坳陷區(qū)，奧陶系多發(fā)生褶皺變形，自北向南厚度逐漸減薄、構造變形強度也逐漸減弱。進入伊陜斜坡區(qū)，奧陶系表現(xiàn)為快速減薄，呈不對稱的楔形，構造變形強度較之前明顯減弱。在隆升剝蝕最嚴重的鎮(zhèn)原古隆起區(qū)，可看到奧陶系頂、底及寒武系底部三大不整合面。在慶深1井附近，薊縣系直接與二疊系呈角度不整合接觸，表明該區(qū)域在奧陶紀持續(xù)抬升，經(jīng)歷了多期沉積與剝蝕作用。盡管人們普遍認為這一地區(qū)的不整合面是由加里東運動引起的，但也有可能是由多個構造活動疊加形成的。

2.2 不整合類型及其展布

根據(jù)盆地內(nèi)豐富的地震剖面、測井和鉆井巖心等資料，結合露頭剖面，總結出鄂爾多斯盆地不整合構造的地質(zhì)特點，并對不整合結構進行了分類（圖8），明確了其平面展布規(guī)律。

2.2.1 不整合類型劃分

不整合類型主要指不整合面上、下地層之間的空間接觸關系，以往一般劃分為角度不整合和平行不整合2種類型（李軍亮，2017）。文中為了區(qū)分不整合的性質(zhì)，在這兩類不整合的基礎上進一步分為高角度不整合、低角度不整合、平行不整合3種，根據(jù)地層層序內(nèi)部和層序邊界的關系將其再進行細分為削截（下）—整一（上）和削截（下）—超覆（上）2個大類（圖7）。筆者將上、下2套地層相交的角度超過15°的不整合劃分為高角度不整合，在奧陶系層間可以見到較為明顯的褶皺等構造變形（圖3-j）。低角度不整合是由高角度不整合到平行不整合的過渡類型，一般角度差介于5°～15°之間，在上、下地層之間有輕微的變形。平行不整合則指上、下2套地層在沉積過程中產(chǎn)狀近于平行，在鄂爾多斯盆地分布十分廣泛，如盆地東部府谷地區(qū)、西北緣烏海桌子山和呼魯斯臺均可觀察到十分明顯的平行不整合現(xiàn)象。鄂爾多斯盆地本部地震資料的解釋能夠更好地反映地下的平行不整合形態(tài)，如盆地南緣東西向地震剖面上平行不整合主要位于伊陜斜坡區(qū)（蓮1井—宜探1井）（圖8-a），盆地中部南北向地震剖面上平行不整合形態(tài)也較好（圖8-b）。筆者整理收集了64個野外不整合控制點，結合22條地震測線，劃分出不整合類型的分布范圍（圖9）。從圖9中發(fā)現(xiàn)，不整合類型的分布呈明顯的區(qū)域性，由盆地邊緣高角度不整合向盆地內(nèi)部上、下古生界間的低角度不整合過渡，再過渡到盆地本部的平行不整合。同時，盆地邊緣高角度不整合面之下的下古生界變形比較劇烈，經(jīng)常出現(xiàn)褶皺、逆沖推覆等構造，而盆地本部平行不整合面上、下地層則相對平坦，變形較弱。

圖7 鄂爾多斯盆地代表性地震地質(zhì)剖面解釋圖（剖面位置見圖1-a）Fig.7 Typical seismic geological profile interpretation map of Ordos Basin（see Fig.1-a for the position of the profile）

圖8 鄂爾多斯盆地奧陶系頂部不整合面的類型Fig.8 Types of unconformities formed of the Top Ordovician in Ordos Basin

圖9 鄂爾多斯盆地及周緣奧陶系頂部不整合面類型平面分區(qū)Fig.9 Type division of the Top Ordovician unconformity in Ordos Basin and its periphery

2.2.2 盆地南緣奧陶系頂部不整合類型分區(qū)

鄂爾多斯盆地南部以永濟—涇陽—乾縣—千陽為界，以南區(qū)域上、下地層變形最為強烈，高角度不整合分布廣泛，且上、下地層間隔時間較長（二疊系—奧陶系）（圖10-b）。如典型的嵯峨山剖面，不整合面之下寒武系—奧陶系發(fā)育一種大規(guī)模的南傾北倒的緊閉倒轉(zhuǎn)背向斜，而不整合面之上則為開闊的褶皺（圖10-c）。在乾縣—禮泉地區(qū)這一特征較為突出，乾縣磨子溝剖面唐王陵組和二疊系石盒子組之間存在高角度不整合接觸，其中唐王陵組以斷面南傾的疊瓦型逆沖斷層和軸向向南傾的緊閉褶皺為主（袁衛(wèi)國和王平，1996）（圖10-d）。

前人研究表明，鄂爾多斯盆地南緣位于穩(wěn)定地塊和活動造山帶之間，二郎坪弧后盆地于奧陶紀關閉，鄂爾多斯板塊與北秦嶺板塊發(fā)生弧、陸碰撞，使得高角度不整合位于北秦嶺造山帶北段加里東期逆沖推覆帶前緣高應變帶（師平平等，2021）。該界線以北至韓城—銅川—淳化區(qū)域為低角度不整合分布區(qū)，向盆地本部演變?yōu)槠叫胁徽?。南緣并不是一直保持同一類不整合分布區(qū)，如東部澄城—韓城地區(qū)近乎平行不整合接觸，而西部隴縣—耀縣地區(qū)則為低角度不整合接觸。

2.2.3 盆地西緣奧陶系頂部不整合面類型分區(qū)

以不整合面上、下地層的沉積組合、接觸關系、變形特征等方面的差異為依據(jù)，結合鄂爾多斯盆地西緣5條關鍵斷裂帶，將盆地西部自東向西分為3個不整合區(qū)域：平行不整合區(qū)、低角度不整合區(qū)、高角度不整合區(qū)（圖10-a）。

圖10 鄂爾多斯盆地西緣、南緣奧陶系頂部不整合面類型平面分區(qū)Fig.10 Type division of Top Ordovician unconformity in the western and southern margins of the Ordos Basin

西緣北段賀蘭山向烏海及海勃灣地區(qū)可看出明顯的地層差異性，賀蘭山地區(qū)的地層沉積間隔、變形程度較烏海及海勃灣地區(qū)強烈，因此不整合的類型向北部轉(zhuǎn)換為平行不整合?；莅脖ぁ尘訑嗔岩晕髦饕獮楦呓嵌炔徽戏植紖^(qū)，牛首山—羅山下古生界（寒武系—奧陶系）發(fā)生構造—巖漿熱事件，引起地層普遍發(fā)生低級變質(zhì)和強烈構造變形（高春云和周立發(fā)，2019），多期次構造活動導致在西華山、南華山及衛(wèi)寧北山等多個區(qū)域形成志留系、泥盆系及石炭系與奧陶系之間的多個高角度不整合接觸。位于惠安堡—沙井子斷裂和擺宴井斷裂（馬家灘地區(qū)）之間的地區(qū)以分布低角度不整合為主，整個區(qū)域普遍缺失上古生界（志留系、泥盆系等），奧陶系多為開闊的背斜和向斜構造，但由于上覆地層沉積之前該區(qū)域就已經(jīng)發(fā)生了一定的變形，只是變形程度沒有那么強烈，主要表現(xiàn)出過渡性特點，因此該區(qū)域石炭系羊虎溝組或二疊系太原組多以低角度不整合于奧陶系之上。馬家灘以東地區(qū)下古生界整體抬升，缺失中上奧陶統(tǒng)—下石炭統(tǒng)，上、下地層主要表現(xiàn)為平行不整合接觸關系（高春云和周立發(fā)，2019）。

2.3 不整合結構

巖石出露地表遭受風化剝蝕，由于風化剝蝕程度的不同使不整合具有了“體”的概念，即具層次結構。在此，應特別注意不整合的結構與不整合面的結構是2種不同的概念，通常將不整合的結構劃分為不整合面、上覆巖層和下伏巖層的“三元”結構，它能為研究者提供構造作用過程及動力學信息（何碧竹等，2011，2013）。關于不整合面（風化殼）結構的劃分，因其風化強度和剝蝕程度的差異，已有許多學者提出了不同的分類方法（Little，1969；張克銀等，1996；何登發(fā)，2007；吳孔友，2009）。根據(jù)風化作用強度和剝蝕程度的不同，作者更傾向于將其分為風化殘積層、強風化巖石層、半風化巖石層、基巖層。簡單來說，不整合的結構劃分包含了不整合面的劃分。本次研究主要依據(jù)巖性組合與測錄井數(shù)據(jù)，分別對不整合及不整合面的結構和意義進行了討論。

以鉆遇奧陶系風化殼的單井測井曲線和巖性錄井資料分析為基礎，識別出鄂爾多斯盆地奧陶系頂部不整合的結構主要為泥巖（鋁土質(zhì)泥巖）／碳酸鹽巖（圖4）?？碧阶C實，不整合面之上的鋁土質(zhì)泥巖是暴露于地表的白云巖被化學分解并經(jīng)后期壓實而形成的，具較高的膨脹性，成巖過程中不易產(chǎn)生裂縫，常作為氣藏的理想蓋層（付金華，1991），隨著勘探程度的加大，有學者提出本溪組的這套鋁土質(zhì)泥巖可以作為潛在的儲集層（劉文輝等，2015）。而不整合面之下的海相碳酸鹽巖平面分布穩(wěn)定且厚度較大，白云巖或膏質(zhì)云巖經(jīng)選擇性溶解，形成了溶孔、溶洞及溶縫等巖溶孔洞層，是良好的古風化殼巖溶儲集體（馬振芳和周樹勛，1999；代金友，2016）。

對于不整合面的結構劃分，首先考慮到風化殼頂部是由鋁土質(zhì)泥巖及黃綠色黏土和鐵質(zhì)物質(zhì)組成，故將其劃分為風化殘積層，測井曲線上具有明顯的特征，呈高自然伽馬、低電阻率、井徑偏大、高聲波時差。在強風化帶，存在大量的風化裂縫，具有溶孔和溶洞，井徑會急劇增大，自然伽馬值略低；而當洞穴中充滿了泥質(zhì)物時，自然伽馬值略有增高，而自然電位及視電阻率則較低，主要為氣層。由強風化帶過渡到弱風化帶時，裂縫不發(fā)育，測井曲線整體齒化嚴重，自然伽馬值增高，電阻率較高。基巖帶多以馬五5亞段為主，巖性主要為灰色云質(zhì)灰?guī)r或白云巖。

2.4 不整合的時間屬性

不整合的時間屬性，包含了目前在露頭或鉆井中所見到的地層間斷時間和不整合發(fā)育時間，前者是指因不整合發(fā)育而導致地層缺失的時期，包括地層無沉積而形成的“地層間斷”以及不整合導致以前的地層侵蝕造成的“剝蝕缺失”（Grabau，1906；Wheeler，1964），后者則是指不整合從形成到最后接受沉積被掩埋的時間（李攀等，2020）。

文中所討論的鄂爾多斯盆地奧陶系頂部不整合代表的時間間隔大多指的是不整合發(fā)育造成的地層缺失時間。南緣石炭系—二疊系的本溪組和太原組削截奧陶系頂部的不同地層，推測鄂爾多斯南緣奧陶系頂部不整合面代表的時間間隔約為160 Ma。雖然加里東期不整合的形成時間大致相同，但是不同地區(qū)的發(fā)展時期有很大差異。例如，在鄂爾多斯盆地西緣南段西華山、南華山及西緣北段米缽山—單梁山一帶，奧陶系頂部不整合的發(fā)育至志留系或泥盆系便已終結，但其他廣大地區(qū)仍處于暴露未接受沉積或剝蝕狀態(tài)（圖11）。其中需要特別指出的是，彭陽—環(huán)縣具有長達220Ma的時間間隔，這些地方石炭系、二疊系甚至是三疊系也遭受了剝蝕。由于很難確定這些地區(qū)的時間間隔是加里東期不整合所造成的還是后期三疊系頂部不整合面的相應運動所造成的，因此也就不能確定奧陶系頂部不整合面所代表的具體時間間隔。

圖11 鄂爾多斯盆地加里東期不整合面上、下地層時間間隔等值線圖Fig.11 Time interval between surface and subsurface of Caledonian unconformity in Ordos Basin

3 討論：加里東期不整合的地質(zhì)意義

3.1 對恢復鄂爾多斯盆地古地貌的啟示

鄂爾多斯盆地是在太古代—古元古代變質(zhì)結晶基底之上發(fā)育的，經(jīng)歷了印支期、燕山期及喜馬拉雅期等一系列后期運動的改造，從而使早期的加里東構造運動變得更為復雜。結合鄂爾多斯盆地的區(qū)域地質(zhì)特點，以本溪組底界為標志層，建立多條地層對比剖面（圖12；圖13；圖14），以了解不整合面之下的地層在區(qū)域內(nèi)自南向北、自西向東的變化規(guī)律，進一步研究奧陶系頂面地層的剝蝕狀況。同時以馬四段最大海侵期為底界面，進行層拉平，結合殘厚法恢復前石炭紀古地貌（圖15）。

鄂爾多斯盆地西北緣的鄂托克旗鄂18井—烏審旗桃61、桃112、統(tǒng)8井—靖邊靳6井—榆152井—宜川宜探1井西北—東南向?qū)Ρ绕拭娼沂荆晕鞅毕驏|南逐層出露馬三段、馬四段、馬五10-馬五1段，在榆152井—宜探1井區(qū)奧陶系頂部出現(xiàn)馬六段，馬家溝組小層自西北緣向東南緣逐漸變新，反映加里東運動結束后，當時地勢具有西北高、東南低的特征（圖12；圖15）。在鎮(zhèn)遠古隆起的邊部，自西南向北東的地層剖面對比結果表明，慶深1井—合探2井區(qū)奧陶系頂面馬家溝組主要出露馬五7-馬四段，蓮3井—龍?zhí)?井區(qū)逐層出露馬五3、馬五2、馬五1亞段，在陜473井區(qū)出露馬六段，龍?zhí)?—米探1井區(qū)出現(xiàn)了同樣的變化，即地層呈現(xiàn)老—新—老—新—老的趨勢，但總體上地層自西南向北東出現(xiàn)馬家溝組小層剝露逐層變新的地貌形態(tài)，反映了加里東運動結束后，古地勢具有西南高、北東低的特征（圖13；圖15）。從前石炭紀古地貌圖（圖15）可看出，這中間并不是平緩過渡的，在蓮3井—米探1井區(qū)出現(xiàn)忽高忽低的低緩起伏變化。吳忠地區(qū)劉慶7、李34、李1井—定邊地區(qū)定北5、定探1、蓮6井—城川1井—麒44井近東西向?qū)Ρ绕拭娼沂?，自西向東地層逐漸變老，在定邊地區(qū)定北5—蓮6井區(qū)大部分出露馬四段，向兩側地層逐漸變新，反映當時處于中間高、兩側低的地勢，但整體西部較東部地勢低（圖14；圖15）。對比鄂18—宜探1井西北—東南向剖面，發(fā)現(xiàn)其雖處于西緣逆沖帶至天環(huán)坳陷內(nèi)，但北部鄂托克旗地區(qū)較中部吳忠地區(qū)的地勢高，與定邊同處于高地勢區(qū)（圖15）。

圖12 鄂18井—宜探1井南東向連井地層對比剖面（剖面位置見圖1-a）Fig.12 SE-striking well-tie section of E18-YT1（see Fig.1-a for the position of section）

圖13 慶深1-雙131北東向連井地層對比剖面（剖面位置見圖1-a）Fig.13 NE-striking well-tie section of QS1-S131（see Fig.1-a for the position of section）

圖14 劉慶7井—麒44井近東西向連井地層對比剖面（剖面位置見圖1-a）Fig.14 WE-striking well-tie section of LQ7-Q131（see Fig.1-a for the position of section）

圖15 鄂爾多斯盆地前石炭紀古地貌Fig.15 Pre-Carboniferous palaeogeomorphology in Ordos Basin

3.2 對鄂爾多斯盆地演化的啟示

在鄂爾多斯盆地演化過程中，地層不整合是該過程的一個重要產(chǎn)物，一次構造活動或一次海平面變動通常會導致形成一個不整合面（李攀等，2020）。在接近造山帶的盆地邊緣地帶，由于構造變形較大，削截程度較高，主要表現(xiàn)為高角度不整合，而在盆地內(nèi)部，由于構造活動減弱，削截作用減弱，逐漸向平行不整合轉(zhuǎn)變。

3.2.1 全球海平面升降與巖溶夷平作用對平行不整合分布的控制

大部分不整合都是由于侵蝕作用而引起的，其中包括由于全球海平面的降低、地殼構造抬升導致的地表侵蝕，以及由于事件流和海平面升高而引起的水下侵蝕（尹微等，2006）。

晚寒武世，鄂爾多斯地區(qū)在經(jīng)歷了一次海侵后，進入了一段較短的海退抬升—剝蝕期，使得2套地層（寒武系—奧陶系）之間出現(xiàn)了明顯的平行不整合。馬家溝期為海侵規(guī)模的最大時期，呈現(xiàn)海侵—海退的旋回性。馬家溝組沉積后，盆地西緣、南緣與盆地本部發(fā)生了差異隆升—沉降，本部結束了早古生代的海侵，發(fā)生大范圍的隆升，進入長期的剝蝕、風化及夷平期，缺失中、上奧陶統(tǒng)沉積。該過程一直持續(xù)到早石炭世末期本溪組沉積時期，該區(qū)重新下降接受沉積，形成了與上覆沉積巖層間的平行不整合接觸。

3.2.2 周緣板塊構造作用對角度不整合分布的控制

古生代，鄂爾多斯盆地進入穩(wěn)定克拉通盆地發(fā)育階段，演化受南側祁連—秦嶺洋盆、北側古亞洲洋盆及西側阿拉善地塊的形成、俯沖消減及閉合的控制。鄂爾多斯南緣的伸展構造活動導致北秦嶺塊體和鄂爾多斯塊體間形成寬坪洋盆，之后寬坪洋盆在1Ga左右閉合，北秦嶺塊體和鄂爾多斯塊體擠壓、碰撞，使南緣褶皺隆起遭受剝蝕（何登發(fā)等，2021）。早古生代末，二郎坪弧后洋盆在北秦嶺鄂爾多斯塊體和華北鄂爾多斯塊體間向北俯沖于秦嶺—鄂爾多斯地區(qū)之下，商丹洋盆地的閉合使得鄂爾多斯板塊和北秦嶺島弧相互撞擊，使鄂爾多斯南緣早古生代地層受到擠壓而產(chǎn)生變形。晚奧陶世，當南側的秦祁洋向北俯沖時，北側的中亞—蒙古洋盆也向南俯沖，在南、北2個方向的擠壓作用下，鄂爾多斯板塊和華北板塊又一次出現(xiàn)了大規(guī)模的整體隆起，大量缺失志留系—泥盆系—下石炭統(tǒng)，直至本溪期才開始整體沉降接受沉積。此次沉降在盆地西南部（中央古隆起）的“反應速度”較盆地本部慢，直到早二疊世山西期才開始接受全面的沉積作用。因此，上、下古生界由盆地本部向西南部呈超覆不整合接觸，最終上覆正常沉積地層（寬緩褶皺）與下伏已變形地層（褶皺、劈理、輕微變質(zhì)）呈角度各異的不整合接觸。這種角度各異的不整合接觸與南北向構造應力場的強弱密切相關，即從秦嶺地區(qū)向鄂爾多斯盆地本部構造變形強度逐漸減弱，構造應力場逐漸減弱。

秦嶺洋位于鄂爾多斯盆地南緣的外圍，西緣中段、南段為祁連洋，二者在隴縣和平?jīng)鲆粠У奈髂暇壪噙B，即祁—秦洋。西緣北部和西緣的中段、南段與南緣在早古生代時具有不同的構造演化背景。在西側賀蘭碰撞谷和北面中亞—蒙古板塊南南東碰撞的雙重擠壓下，西緣北段馬家溝組發(fā)生幅度較高的翹升，殘余厚度較小，呈現(xiàn)高角度不整合接觸。向南由于只受到賀蘭碰撞谷的單向擠壓作用，因此地層變形較弱，抬升幅度較小，角度比較平緩，大多呈低角度不整合接觸。

4 結論

1）通過對120多口鉆井、22條地震測線及64個野外露頭點進行整理分析，認為鄂爾多斯盆地早古生代中晚期發(fā)生了一次構造運動，奧陶系與其上覆地層間形成了廣泛分布的不整合界面，為奧陶紀后期一個顯著的隆起和沉積間斷。從巖性上看，不整合面之上的石炭系中下部的鋁土質(zhì)泥巖、碳質(zhì)泥巖及多層煤線是加里東運動不整合面主要的識別標志，不整合面之下的奧陶系則為一套海相碳酸鹽巖地層；從測井響應表現(xiàn)上看，不整合面之上為高自然伽馬，與上下地層差異較大，整體呈高峰狀突起，密度曲線底部出現(xiàn)高值段，井徑曲線基本規(guī)則，聲波時差曲線呈現(xiàn)高鋸齒狀，電阻率較低，而下伏奧陶系則表現(xiàn)為自然伽馬、自然電位和聲波時差低，電阻率較低。

2）奧陶系頂部的不整合面是鄂爾多斯盆地性質(zhì)轉(zhuǎn)換的界面。目前所見到的加里東期不整合的形成時期大致相同，但是在不同地區(qū)的發(fā)展時期有很大差異。不整合面上、下地層主要表現(xiàn)為角度各異的接觸關系，盆地本部多以平行不整合為主，盆地邊緣則呈現(xiàn)為由高角度至低角度的過渡接觸關系。推測造成這種接觸關系的原因與全球海平面的升降及周緣板塊運動有關，馬家溝組的海侵與海退旋回及后期整體抬升造成盆地內(nèi)平緩低隆區(qū)發(fā)育平行不整合，而盆地周緣角度各異的接觸關系則與構造應力場、擠壓作用的強弱密切相關，構造變形程度和擠壓作用弱的地區(qū)通常抬升幅度較小，接觸角度較為平緩，反之則會出現(xiàn)較高的翹升，出現(xiàn)高角度不整合接觸。

3）將馬家溝組頂面剝蝕出露小層的層位與馬家溝組殘余厚度法進行比較，可以在一定程度上還原加里東期不整合面的起伏形態(tài)，使鄂爾多斯加里東期古地貌得以復原。整體表現(xiàn)為：鄂托克旗—定邊—環(huán)縣一線表現(xiàn)為長條狀隆起，其中鎮(zhèn)遠及北部的鄂托克旗隆起較中部幅度高，該界線以東地勢較西側高、地層剝蝕較弱，呈低緩東傾。