鄂爾多斯東部奧陶系馬家溝組四段碳酸鹽巖沉積微相及古地理分析

潘為 （長江大學地球科學學院，湖北 武漢430100；中國地質科學院礦產資源研究所，北京100037）

張永生 （中國地質科學院礦產資源研究所，北京100037）

何幼斌 （長江大學地球科學學院，湖北 武漢430100）

邢恩袁 （中國地質科學院礦產資源研究所，北京100037）

蔣蘇揚 （長江大學地球科學學院，湖北 武漢430100；中國地質科學院礦產資源研究所，北京100037）

鄂爾多斯地塊位于中朝古板塊西部，是一個古生代陸表海盆地 （或被動大陸邊緣）及邊緣深坳陷與中、新生代陸內坳陷的大型疊合克拉通盆地［1］。奧陶紀鄂爾多斯盆地馬家溝組 （Om）碳酸鹽巖含鹽巖系主要由碳酸鹽巖和蒸發巖交替沉積形成，為典型的穩定克拉通古陸表海盆沉積［2－3］。該組由6個巖段組成，自下而上為馬一段至馬六段，其中：馬一段、馬三段和馬五段為蒸發巖段，巖性主要為鹽巖、硬石膏巖夾泥云巖和灰巖；馬二段、馬四段和馬六段為正常淺海沉積，巖性主要為灰巖和白云巖，夾膏巖和泥云巖［4－6］。

巖相古地理的研究對海相碳酸鹽巖儲層成因機理的深入認識具有重大意義［7］。繼前人提出盆地東部馬四段可以形成有效儲層以來［8］，受到對其內部沉積微相尚不清楚的影響，進而限制了對其的開發，筆者嘗試對于其碳酸鹽巖微相進行研究，以期為今后的油氣勘探提供一定的地質依據。

1 巖石地層特征

馬家溝組自下而上劃分為6個巖性段。馬四段由下至上劃分了7個亞段 （Om14、Om24、Om34、Om44、Om54、Om64和 Om74）。

Om14厚度6.81m，主要巖性為含生物碎屑灰巖，頂部發育粉晶構造局部生物碎屑構造、云朵狀構造，由中部至底部淺色云朵狀構造增多，發育細條帶黑色瀝青質泥巖。巖心斷面處可見大量完整大小不等腕足類化石，推測為原地沉積或短距離搬運后沉積形成，局部可見薄層 （2cm）生物碎屑層，其中生物碎屑層全被亮晶方解石所交代。該亞段還可見大量被亮晶方解石交代的生物碎片，整體呈現出較大碎片在下而較小碎片在上的垂向特征。

Om24厚度2.93m，整體巖性為灰質白云巖，具粉晶結構，廣泛發育云朵狀構造。該亞段頂部可見0.5mm黑色瀝青質泥巖。底部發育形態起伏明顯的縫合線，并發育厚度約為1mm的炭質泥巖。

Om34厚度53.62m，為Om4厚度最大的一套灰巖段，其主要巖性為含云灰巖及灰巖，局部為含灰白云巖及白云質礫屑灰巖等，普遍顏色較深，以灰黑色至黑色為主。整體呈現灰巖與含云灰巖周期性交替出現，頂部發育約10m厚度的含云灰巖，為其間相對厚度最大，可見云朵狀構造、水平層理等。巖石表面呈現明暗相間條帶，可見大量縫合線構造，并發育有黑色薄層炭質泥巖 （污手）。局部可見微波狀層理、鋸齒狀縫合線等，發育了金黃色黃鐵礦、方解石脈、雙殼類及殼形軟體動物化石等。

Om44厚度為4.05m，發育灰黑色灰質白云巖，具粉晶結構，其中上部晶粒較小而下部較大，廣泛發育云朵狀構造、水平層理，巖石被縫合線破裂嚴重，破裂面普遍發育黑色炭質泥巖，其厚度為1～3mm，局部可見垂直層理的方解石細脈，黑色炭質泥巖切穿水平層理。

Om54厚度19.55m，主要發育深灰色白云質灰巖、灰質白云巖和含白云灰巖等，其中，底部發育灰黑色薄層泥質白云巖，底部產出灰色或深灰色灰巖。該亞段從上至下普遍發育斑狀構造和縫合線構造等，且縫合線中多充填黑色炭質泥巖。泥質白云巖多為細粉晶至粗粉晶結構，局部可達砂晶級別，并可見小型 （1～2mm）方解石脈。該亞段中部含白云灰巖中可見小型波狀層理、平行層理及黑色順層發育的不連續縫合線。下部生物碎屑較中上部有明顯增加。

Om64厚度8.33m，主要發育了灰黑色含灰白云巖、深灰色灰質白云巖和深灰色白云質灰巖，僅中部可見中厚層灰黑色白云巖。由上至下含灰白云巖層及白云質灰巖層厚度呈明顯減薄趨勢。普遍發育了斑狀構造和縫合線構造，縫間充填黑色炭質泥巖，局部可見微型波狀層理。

Om74厚度10.97m，主要為深灰色白云質灰巖和深灰色灰質白云巖，頂部發育厚層灰黑色灰巖和薄層泥質灰巖。除頂部具塊狀構造、泥－粉晶構造灰巖外，該亞段水平層理及微波狀層理、縫合線構造普遍發育，且縫合縫間充填黑色炭質泥巖，局部可瀝青味明顯。

2 沉積微相類型

由于馬四段期處在大型海進背景下，海水來源于東、南、西3個方向［9］，并且Om4沉積時期是整個鄂爾多斯盆地甚至華北地臺的最大海侵期，氣候普遍溫暖濕熱，中央古隆起成為水下隆起，僅在慶陽地區為水上隆起 （即慶陽古隆起）。研究區整體上海水變深、海水流通通暢，含鹽度降低，主要發育開闊臺地相，短暫海退期發育局限臺地相。

通過巖心觀察、測井解釋、鏡下薄片鑒定，同時結合區域構造資料并參考前人研究成果，對Om4沉積微相進行了識別和劃分。

2.1 開闊臺地相

開闊臺地相在陜北鹽盆馬家溝組各時期均有發育。陜北鹽盆開闊臺地上可識別出灰泥丘微相，灰泥丘為淺海碳酸鹽巖臺地上常見的沉積類型，主要沉積的巖石類型為生屑灰巖、含生屑顆粒灰巖、泥灰巖等。一個完整的灰泥丘通常包括丘基、丘核、丘翼和丘頂。需要指出的是灰泥丘上的灰巖常發生白云化作用或膏化等成巖作用，而表現為云 （膏）質灰巖或灰 （膏）質云巖［10］。

1）丘基 丘基為灰泥丘生長的初級階段發育，位置在灰泥丘的根部，巖石類型主要為生屑灰巖（見圖1（a））和含生屑顆?；規r （見圖1（b）），亮晶膠結常見，也可被灰泥充填。在馬家溝組各個沉積時期均有發育，Om2、Om4沉積時海侵期最為發育。顆粒多以生屑為主，鮞粒、藻團塊、內碎屑等也較為常見［11］。主要特征表現為生屑等顆粒破碎較為嚴重，被風浪拍擊或遠距離搬運所致，顆粒的分選較差?？v向上單層厚度較小，由數厘米至數米厚，累積厚度也不大，一般不超過10m。這點與淺灘有較大差別，淺灘顆?；規r單層厚度和累積厚度要遠大于灰泥丘的丘基。

2）丘翼 丘翼為灰泥丘生長過程中外側沉積，通常范圍和規模均較小。巖石類型以生屑灰巖為主，亮晶膠結常見。顆粒多以生屑為主，鮞粒、藻團塊、內碎屑等也較為常見。顆粒在迎風一側破碎較為嚴重，亮晶膠結；背風一側顆粒較為完整，多為灰泥充填。與淺灘的主要區別還在于規模遠小于淺灘?？v向上常與丘基、丘核共生 （見圖1 （c））［12］。

3）丘核 丘核為灰泥丘主體部分，也最為常見，幾乎遍及整個陜北鹽盆馬家溝組各個層位均有發育。最為常見的巖石類型為凝塊狀灰巖。主要特征為灰巖層面極為不平整，常表現為類似“串層”現象，巖性為泥質灰巖或含泥灰巖，或含少量生物碎屑，最主要特征是生物擾動強烈，常發育水平蟲孔或生物潛穴構造。水平蟲孔主要為覓食跡，以暗色藻類有機質為食的生物在水底爬行，吞食富含藻類的灰泥之后留下的痕跡，排泄物為缺少有機質的微晶或粉晶方解石，該微晶或粉晶方解石在巖石中多表現為顏色較淺或較明亮。生物潛穴則為垂直于層面或斜交層面的蟲孔，為生物的洞穴或逃逸穴。該潛穴在沉積期被上覆暗色泥灰巖 （富含有機質）充填，巖石中表現為垂直層面且切割層面的暗色灰泥條帶 （見圖2）。

圖1 鎮鉀1井巖心薄片及素描圖

4）丘頂 丘頂為灰泥丘生長晚期在接近水面附近形成的沉積物，位于灰泥丘的頂部，主要巖石類型為層紋石狀白云巖 （見圖3）、疊層石白云巖、紋層狀膏云巖等，生物碎屑很少，生物擾動也不發育。疊層石為柱狀，反映具備一定的水體深度，不完全暴露于大氣中，與潮上帶層狀疊層石明顯不同。

圖2 凝塊灰巖中的生物潛穴圖

2.2 局限臺地相

局限臺地相進一步劃分為云坪、膏湖、鹽湖、淡化澙湖等微相。其中云坪、膏湖、鹽湖在Om1、Om3、Om5海退時期規模達到最大，Om4受到海侵條件的影響，發育規模受限明顯。

云坪即云質潮坪，發育于靠近陸地邊緣的平坦海岸附近，在馬四段期慶陽陸周圍普遍發育了環陸云坪。主要沉積物為泥晶白云巖，在鄂爾多斯東部地區基本上都與硬石膏結核伴生，為含硬石膏結核白云巖。經過成巖作用可重結晶為粉晶，或被硬石膏交代［13］。

圖3 丘頂層紋石白云巖水平層理發育圖

3 古地理分析

依據基干井 （鎮鉀1井）沉積微相分析，結合古地理圖件及資料，對鄂爾多斯盆地東部地區Om4巖相古地理格及其局演化有了更加深刻的理解。

從鄂爾多斯地區Om4巖相古地理圖 （見圖4）中不難看出，馬四段期鄂爾多斯地區分為陸、云坪、開闊臺地和淺灘4個古地理單元。

3.1 陸

有3個陸地，即阿拉善陸、伊盟陸和慶陽陸。由于海水由東、西、南3面侵入，阿拉善陸只在研究區西北角的吉蘭泰有一小部分，大部分位于圖區之外。伊盟陸主要分布在北部的包頭一帶，杭綿旗、鄂爾多斯偏南一線地區其面積規模較小。慶陽陸分布在馬四段期總體呈現出南北走向的特征，馬四段期沿固陽、慶陽、寶雞、平涼中間分布。

3.2 云坪

其分布范圍北到吳旗，環縣，東到宜君南到寶雞，西到平涼、隴縣一帶。阿拉善陸、伊盟陸與之相似也可能發育云坪，但由于沒有具體的資料，故圖中未能展示。

3.3 開闊臺地

馬四段期進一步發育南部開闊臺地，并與西部開闊臺地同屬繼承性開闊臺地，連通西部祁連海槽和東南部秦嶺海槽。

3.4 淺灘

馬四段期發育有2個灘，即慶陽陸北部灘和西南部灘。其中北部灘沿鄂托克旗、布拉格蘇木分布，大體呈條帶狀。西南部灘主要發育在隴縣西南，呈北西南東向展布，與慶陽陸的西海岸線相平行之勢。

馬家溝組期為大型海侵期，特別是Om4沉積時期的海侵程度對古地理格局產生了重要的影響。

圖4 馬四段期巖相古地理圖

4 結論

1）研究區Om4巖石類型有白云巖 （含灰、灰質、泥質）、灰巖 （白云質、白云質礫屑、含生物碎屑、含云、泥質）和少量的黑色泥巖。

2）確定了研究區碳酸鹽巖開闊臺地沉積相類型，進一步識別出灰泥丘沉積微相，并劃分識別出丘基、丘翼、丘核、丘頂等主要部分。

3）通過對Om4段巖相古地理圖分析，馬四段期在海侵規模上作為整個馬家溝組期最大的海侵期，云坪發育廣泛，對古地理格局產生了重要的影響

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