鄂爾多斯盆地西部中奧陶統(tǒng)克里摩里組沉積特征研究

摘要 鄂爾多斯盆地西部下古生界奧陶系因油氣勘探潛力大一直備受關(guān)注。其中，中奧陶統(tǒng)克里摩里組發(fā)育的碳酸鹽巖有望成為下一個勘探目標(biāo)層，因此，對其沉積特征進(jìn)行深入剖析可以為西緣奧陶系天然氣勘探提供地質(zhì)依據(jù)。通過野外剖面考察、巖心觀察和薄片鑒定等手段，研究了克里摩里組的巖石學(xué)特征、沉積相類型及其空間展布規(guī)律。結(jié)果表明，克里摩里組巖性主要為薄層泥晶灰?guī)r、礫屑、砂屑、粉屑灰?guī)r、（含）生物碎屑灰?guī)r及黑色頁巖。泥晶結(jié)構(gòu)、粒屑結(jié)構(gòu)發(fā)育可見薄層狀、紋層狀、瘤狀、角礫狀構(gòu)造和滑塌及鮑馬層序。沉積相類型以臺地前緣斜坡和深水斜坡海槽發(fā)育為主要特征，表現(xiàn)為沿南北向呈狹窄的條帶狀展布，在自東向西方向上，緊鄰鄂爾多斯本部的開闊海臺地發(fā)育臺地前緣斜坡相帶，向西迅速相變?yōu)樯钏逼潞２巯?，海水具有逐漸加深的趨勢。

關(guān)鍵詞 鄂爾多斯盆地西部；奧陶系；克里摩里組；沉積特征

中圖分類號：P631 "DOI：10.16152/j.cnki.xdxbzr.2024-06-006

Study on sedimentary characteristics of Middle Ordovician

Keliomori Formation in western Ordos Basin

OUYANG Zhengjian1， FENG Juanping2， YAO Weizhuo2， LI Wenhou3，

WANG Zhizhong1， YU Shiyu1， LIN Yunting1， WU Wenyuan1， YU Tianze1

（1.Bailie School of Petroleum Engineering， Lanzhou City University， Lanzhou 730070， China；

2.College of Geology and Environment， Xi’an University of Science and Technology， Xi’an 710054， China;

3.Department of Geology， Northwest University，" Xi’an 710069， China）

Abstract The Lower Paleozoic Ordovician system in the western Ordos Basin has attracted much attention because of its great potential for oil and gas exploration， and the carbonate rock developed in the Middle Ordovician Keliomori Formation is expected to be the next exploration target layer， so study on its sedimentary characteristics can provide geological basis for the exploration of Ordovician gas in the west margin. By means of outcrops investigation， core observation and thin section identification， the characteristics of petrology， sedimentary facies types and spatial distribution of the Keliomori Formation are studied. It is shown that the Keliomori Formation is mainly composed of thin layer micrite， calcirudyte， calcarenite， calcisiltite， bioclastic limestone and black shale. They have micrite structure， granular structure， and thin layer， lamellar， nodular， brecciform structure， slump and Bauma sequence can be seen. The sedimentary facies platform front slope and deep water slop-trough， which are distributed in a narrow strip along the north-south direction. From east to west， the platform front slope facies develops in the open sea platform close to the Ordos base， and rapidly changes into deep water slop-trough facies westward， and the sea water has a gradual deepening trend.

Keywords western Ordos Basin; Ordovician； Keliomori Formation;" sedimentary characteristics

鄂爾多斯盆地在奧陶紀(jì)時為穩(wěn)定的克拉通盆地發(fā)育時期，形成的海相碳酸鹽巖夾碎屑巖建造為天然氣聚集成藏提供了基本地質(zhì)條件。盆地西部中奧陶統(tǒng)克里摩里組碳酸鹽巖非常發(fā)育，前期勘探已獲得工業(yè)性氣流（如棋探3井的2.2×104 m3／d氣流）或氣測顯示，該組有望成為新的勘探目的層。前人對盆地西部中奧陶統(tǒng)克里摩里組的沉積體系進(jìn)行了較多研究，但爭議較大，存在廣海陸架相／斜坡相［1］、臺地前緣相［2］、局限臺地、開闊臺地、斜坡及深水盆地相［3］、斜坡相夾局部盆地相［4］、斜坡相［5］、臺地邊緣相［6］、臺地邊緣、斜坡、深水陸棚和盆地相［7］等認(rèn)識。本文利用野外剖面考察、巖心觀察和薄片鑒定等技術(shù)方法對鄂爾多斯盆地西部中奧陶統(tǒng)克里摩里組沉積特征等相關(guān)基礎(chǔ)地質(zhì)問題進(jìn)行了研究，以期為克里摩里組天然氣勘探提供基礎(chǔ)資料和理論指導(dǎo)。

1 地質(zhì)概況

鄂爾多斯盆地西部夾持于華北克拉通、秦-祁造山帶與阿拉善地塊之間，包括天環(huán)坳陷、西緣沖斷帶及其周緣地區(qū)（見圖1）。西緣沖斷帶斷層發(fā)育，常見地層缺失、重復(fù)等現(xiàn)象。天環(huán)坳陷整體上呈一單斜，斷層不太發(fā)育，地層穩(wěn)定。

圖1 鄂爾多斯盆地西部大地構(gòu)造位置與奧陶系綜合地層柱狀圖（據(jù)文獻(xiàn)［8-11］修改）

Fig.1 Tectonic location and comprehensive stratigraphic column map of the western for Ordos Basin

寒武紀(jì)末，鄂爾多斯地塊整體抬升為陸并遭受剝蝕。早奧陶世開始的海侵僅局限在鄂爾多斯的東南邊緣，以靈臺—隴縣—正寧—洛川—宜川—黃河一線為界的西部及北部仍為統(tǒng)一的古陸區(qū)，該線以東及以南，地層逐漸增厚，表明奧陶紀(jì)初期的海侵主要來自華北海方向的東部和南部［4，12-23］。此時，鄂爾多斯整體水體較淺，以環(huán)陸潮坪沉積為主且沉積范圍較小。晚期水體雖然有所加深但古地理格局變化并不大。

早奧陶世末的懷遠(yuǎn)運(yùn)動造成大規(guī)模海退，使鄂爾多斯中東部地層間普遍發(fā)育平行不整合及在盆地西緣缺失下奧陶統(tǒng)。中奧陶世初期開始發(fā)生的大規(guī)模海侵在鄂爾多斯本部形成廣闊的淺水陸表海沉積。鄂爾多斯盆地西緣在西北部阿拉善古陸、北部伊盟古陸和西南部慶陽古陸的夾持下形成西緣凹陷，開始接受海侵初期的局限臺地環(huán)陸潮坪沉積。隨后，海侵持續(xù)，水深不斷增大，在鄂爾多斯西緣，由南向北大致沿隴縣景福山—平?jīng)鋈罍稀h(huán)14井—蘆參1井—苦深1井—天深1井—布1井—棋探1井—烏海一線以東發(fā)育開闊臺地厚層碳酸鹽巖沉積，該線以西為水體逐漸加深的臺地前緣斜坡帶沉積。鄂爾多斯盆地西緣自下而上發(fā)育的中奧陶統(tǒng)三道坎組、桌子山組與克里摩里組就是在這樣的構(gòu)造沉積背景下形成的，分別對應(yīng)盆地南緣的下馬家溝組、上馬家溝組和峰峰組（見圖1）。 三道坎組在青龍山—老石旦—桌子山主要為淺褐色、灰白色中厚層狀白云巖，代表開闊潮下低能環(huán)境，以及以石英砂巖與泥質(zhì)白云巖、灰?guī)r的不等厚互層為主的混合坪沉積環(huán)境。桌子山組主要為中厚層灰色、灰白色灰?guī)r、含生物碎屑灰?guī)r，發(fā)育于開闊的淺海碳酸鹽巖臺地沉積環(huán)境。克里摩里組整合于桌子山組之上，主要為薄層泥晶灰?guī)r、泥灰?guī)r巖夾頁巖，代表臺地前緣斜坡、深水斜坡-海槽沉積環(huán)境。

晚奧陶世的加里東運(yùn)動致使鄂爾多斯的構(gòu)造沉積格局與前大為不同，鄂爾多斯大部隆升形成統(tǒng)一古陸并遭受剝蝕，沉積僅發(fā)生在西緣及西南緣。在西緣沉積的上奧陶統(tǒng)底部的烏拉力克組連續(xù)沉積于克里摩里組之上，之后分別沉積了上奧陶統(tǒng)拉什仲組和公務(wù)素組。烏拉力克組分布局限，厚度不大，巖性單一，以黑色頁巖及灰綠色、灰黃色鈣泥質(zhì)、粉砂質(zhì)頁巖為主，夾少量泥灰?guī)r，代表水體深度大的臺地前緣斜坡至深水斜坡-海槽沉積環(huán)境。拉什仲組主要為灰綠色砂巖與泥巖的互層，砂巖層大多具有鮑馬層序，發(fā)育粒序?qū)永?、平行層理、砂紋層理及水平層理，底部具槽模和重荷模，為大陸斜坡相下的濁流沉積產(chǎn)物。公烏素組分布十分局限，主要為灰綠色、黃綠色泥巖與薄層泥灰?guī)r的互層，夾少量薄層砂巖，砂巖發(fā)育鮑馬序列，整體仍為大陸斜坡環(huán)境。

晚奧陶世，在鄂爾多斯整體構(gòu)造變動強(qiáng)烈的背景下，西緣構(gòu)造變動更加活躍并使臺前斜坡陡度增加，開闊海臺地及臺地前緣斜坡相帶由北向南呈狹長的窄帶狀展布，沿棋探1井—天深1井—慶深2井—平?jīng)鲆痪€向西快速相變至深水斜坡-海槽沉積，在烏海老石旦一帶的烏拉力克組黑色筆石頁巖沉積就是深水斜坡-海槽的典型代表。與此同時，在鄂爾多斯南緣，顯著發(fā)育平?jīng)鼋M開闊海臺地及臺地邊緣相帶，主要沿隴縣—銅川一帶以西以南分布，并向西南方向逐漸過渡為以平?jīng)鲰搸r為代表的大陸斜坡-海槽相沉積，同時在太統(tǒng)山、石板溝、青龍山、老石旦等地均有發(fā)育。

晚奧陶世末期的海退使鄂爾多斯整體上升為陸地，從而結(jié)束了鄂爾多斯地區(qū)早古生代的海相沉積歷史［24］。

2 沉積特征

2.1 巖石學(xué)特征

克里摩里組主要發(fā)育灰黑色、深灰色、灰色薄板狀泥晶灰?guī)r、泥灰?guī)r夾內(nèi)碎屑灰?guī)r及黑色頁巖，含生物化石及發(fā)育水平蟲跡。巖石類型主要有泥晶灰?guī)r、內(nèi)碎屑灰?guī)r、（含）生物碎屑灰?guī)r及頁巖等幾種類型。

2.1.1 泥晶灰?guī)r

泥晶灰?guī)r主要成分為方解石、白云石、伊利石等，礦物含量變化范圍較大，分別變化在55%～92％、5%～35％、5%～18％之間;呈薄板狀〔見圖2（a）〕、瘤狀〔見圖2（b）〕、紋層狀〔見圖2（c）〕，也發(fā)育顯微紋層〔見圖2（d）〕，可見被后期泥鐵質(zhì)充填的扭動彎曲變形的縫合線。薄板狀泥晶灰?guī)r層面上發(fā)育水平蟲孔及蟲跡〔見圖2（e）〕。瘤狀泥晶灰?guī)r的瘤體呈不規(guī)則的透鏡狀、扁平狀、疙瘩狀，長約10 cm，寬約5 cm，瘤體間被灰泥充填。它們均代表了穩(wěn)定的水體環(huán)境。

2.1.2 內(nèi)碎屑灰?guī)r

內(nèi)碎屑灰?guī)r的內(nèi)碎屑以砂屑、礫屑為主，其次為粉屑。內(nèi)碎屑含量變化范圍較大，一般變化在10％～80％之間。砂屑、粉屑灰?guī)r中可見鮑馬層序的上平行層理段〔見圖2（f）〕。余探1井克里摩里組砂屑灰?guī)r〔見圖2（g）〕，砂屑呈灰黑色，亮晶方解石孔隙式膠結(jié)，灰泥基質(zhì)充填。大部分粒度為0.1 mm左右，圓度及分選較好，可能是從淺水臺地搬運(yùn)至臺地前緣斜坡沉積形成。角礫狀礫屑灰?guī)r〔見圖2（h）、（i）〕，為粒屑結(jié)構(gòu)，礫石以泥晶灰?guī)r為主，主要為來自于淺水臺地的碳酸鹽巖，大小不一，幾至十幾厘米，棱角狀-次棱角狀，雜亂堆積，含量變化大，多者可達(dá)90％以上，多為灰泥填充，屬于臺地前緣斜坡環(huán)境的碎屑流沉積。在那1井克里摩里組中可見礫屑灰?guī)r，為深灰色灰泥膠結(jié)，不含亮晶。

2.1.3 （含）生物碎屑灰?guī)r

巖石類型主要為泥晶生物碎屑灰?guī)r〔見圖2（j）〕和含生物碎屑泥晶灰?guī)r〔見圖2（k）〕。泥晶生物碎屑灰?guī)r具粒屑結(jié)構(gòu)，顆粒主要為生物碎屑，約含50％，以腕足類、頭足類、腹足類等生物化石為主，完整性較好，形態(tài)各異，內(nèi)部多為亮晶方解石。其次為內(nèi)碎屑，由亮晶方解石顆粒及泥晶、微晶方解石集合體構(gòu)成，呈團(tuán)塊狀、不規(guī)則狀分布，含量約為10％。填隙物為灰泥及泥質(zhì)，少量微晶方解石充填于顆粒間。含生物碎屑泥晶灰?guī)r中的生物碎屑含量少，形態(tài)不完整。填隙物為灰泥及少量微晶方解石。

2.1.4 筆石頁巖

筆石頁巖， 黑色、 灰黑色， 風(fēng)化后呈黃褐色， 富含三葉蟲、 筆石等化石。 薄層狀， 與灰黑色、 深灰色泥晶灰?guī)r構(gòu)成不等厚互層〔見圖2（l）〕， 代表水體較深的臺地前緣斜坡至深水斜坡-海槽沉積環(huán)境。

2.2 沉積相類型

中奧陶世開始的大規(guī)模海侵使鄂爾多斯本部均處于水下，形成廣闊的淺水陸表海沉積。西緣地區(qū)在阿拉善古陸、伊盟古陸和慶陽古陸的圍限下形成凹陷。此后至中奧陶世晚期的持續(xù)海侵將伊盟古陸全部和慶陽古陸大部沒于水下，在鄂爾多斯本部整體發(fā)育開闊海臺地相帶，在西緣凹陷地區(qū)緊鄰開闊海臺地形成水體深度向西逐漸加深的臺地前緣斜坡帶及一套以黑色筆石頁巖為代表的深水斜坡-海槽相沉積（見圖2-圖4）。

2.2.1 臺地前緣斜坡

臺地邊緣斜坡處于開闊海臺地與深水海槽之間的過渡部位。 發(fā)育薄板狀、 紋層狀、 瘤狀泥晶灰?guī)r、 內(nèi)碎屑灰?guī)r及（含）生物碎屑灰?guī)r等巖石類型， 顆粒的粒度呈現(xiàn)出由東向西、 由臨近開闊海臺地一側(cè)沿斜坡向深水海槽方向由粗變細(xì)的特征。 除此之外， 臺地前緣斜坡帶上滑塌構(gòu)造〔見圖2（m）〕及沉積物重力流發(fā)育較好， 由于斜坡坡度較大， 沉積物極易沿斜坡向下發(fā)生滑動而形成。 滑塌構(gòu)造表現(xiàn)為弱固結(jié)的斜坡帶薄層泥晶灰?guī)r紋層變形而形成包卷層理。 沉積物重力流常見碎屑流〔見圖2（h）、 （n）〕及濁流〔見圖2（f）〕。 這些沉積物主要來自于淺水碳酸鹽臺地及斜坡帶上方固結(jié)、 弱固結(jié)的角礫狀碳酸鹽巖碎塊、 生物碎屑及灰泥。

2.2.2 深水斜坡-海槽

深海海槽為從臺地前緣斜坡底部向盆地外側(cè)延伸至深海的狹長地帶。 南北較長， 東西較窄， 在橫向上由東向西相變快且可見反復(fù)疊置的現(xiàn)象。 巖石類型主要為黑色筆石頁巖與薄層狀深灰色泥晶灰?guī)r的不等厚互層， 并可有凝灰質(zhì)夾層〔見圖2（o）〕。 水深較大，一般超過200 m， 水體相對安靜缺氧， 間或有來自遠(yuǎn)源的重力流沉積。

2.3 沉積相展布規(guī)律

依據(jù)地震、鉆井、地質(zhì)等相關(guān)資料，綜合巖性、沉積構(gòu)造、地球化學(xué)等特征，編制了鄂爾多斯盆地西部克里摩里期沉積相平面圖（見圖4）。從圖4可以看出，鄂爾多斯盆地西部奧陶紀(jì)克里摩里期呈“南北分帶、東西分異”沉積格局，主要發(fā)育臺地、臺地前緣斜坡、深水斜坡-海槽等沉積相，海水自東向西具有逐漸加深的趨勢。伊盟古陸—剝蝕古陸—慶陽古陸以西自北向南主要發(fā)育碳酸鹽臺地相。阿拉善左旗—棋探1井—陰石峽一帶附近發(fā)育臺地前緣斜坡相。銀川—中寧—西吉一帶主要發(fā)育深水斜坡-海槽（見圖4）。

3 結(jié)論

1）鄂爾多斯盆地西中奧陶統(tǒng)克里摩里組巖性主要為薄層泥晶灰?guī)r、礫屑、砂屑、粉屑灰?guī)r、（含）生物碎屑灰?guī)r及黑色頁巖。泥晶結(jié)構(gòu)、粒屑結(jié)構(gòu)發(fā)育，可見薄層狀、紋層狀、瘤狀、角礫狀構(gòu)造，可見滑塌及鮑馬層序。

2）沉積相類型以臺地前緣斜坡和深水斜坡-海槽發(fā)育為主要特征，表現(xiàn)為沿南北向呈狹窄的條帶狀展布，在自東向西方向上，緊鄰鄂爾多斯本部的開闊海臺地發(fā)育臺地前緣斜坡相帶，向西迅速相變?yōu)樯钏逼?海槽相，海水具有逐漸加深的趨勢。

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（編 輯 張 歡）

收稿日期：2024-09-11

基金項(xiàng)目：甘肅省高校教師創(chuàng)新基金（2025B-8）；蘭州城市學(xué)院艾黎學(xué)科建設(shè)計(jì)劃項(xiàng)目。

第一作者：歐陽征健，男，博士后，副教授，從事造山帶與盆地地質(zhì)研究，ouyangzhengjian@126.com。

通信作者：馮娟萍，女，博士，副教授，從事巖石學(xué)及地球化學(xué)研究，fengjuanping@163.com。