鄂爾多斯盆地南緣寒武紀巖相古地理特征及演化

劉曉光

(重慶市地質礦產勘查開發局107地質隊，重慶 401120)

鄂爾多斯盆地南緣寒武紀巖相古地理特征及演化

劉曉光

(重慶市地質礦產勘查開發局107地質隊，重慶 401120)

通過對野外露頭剖面、鉆井及巖心觀察，在地層劃分與對比基礎上，系統分析了鄂爾多斯盆地南緣寒武紀不同時期的巖相古地理特征。研究表明，受古陸及海平面升降的影響，研究區寒武紀具有三個演化階段，辛集-朱砂洞組發育濱-淺海沉積體系，并逐漸向碳酸鹽巖緩坡過渡；饅頭組主要為碳酸鹽巖緩坡沉積體系，自北向南發育內緩坡、外緩坡及深水盆地相沉積；張夏組海侵到達最大，碳酸鹽巖臺地形成，臺緣鮞粒灘異常發育；三山子組由局限臺地云坪、臺緣灘、斜坡及深水盆地沉積組成。受后期表生溶蝕作用，張夏組臺緣鮞粒灘及三山子組云坪局部形成優質儲集層，為研究區寒武系最為有利的儲集相帶。

鄂爾多斯盆地；寒武紀；饅頭組；張夏組；巖相古地理；沉積相演化

隨著鄂爾多斯盆地奧陶系油氣勘探開發不斷深入，在下古生界急需尋找新的勘探領域。鄂爾多斯盆地南緣中上寒武統地層相對齊全，具有一定的潛在烴源巖及優質儲層[1-2]，多口井出現含氣層(寧探1井冒氣達10分鐘[3])，為下古生界重要的潛在天然氣接替領域。目前，盆地南緣寒武系油氣地質條件研究處于起步階段，前人研究多針對全盆地甚至整個華北地臺[3-8]，研究集中在地層劃分問題上[9-11]，對巖相古地理面貌認識不清，嚴重制約著寒武系天然氣勘探。鑒于此，以野外露頭剖面、鉆井資料為基礎，結合前人研究成果，較為客觀地恢復了鄂爾多斯盆地南緣寒武紀巖相古地理面貌，以期為尋找寒武系潛在烴源巖及優質儲層平面展布規律提供地質依據，進而推動寒武系天然氣勘探進程。

1 地質概況

中元古代末期，西緣裂谷相繼關閉，海水退出，鄂爾多斯地區和華北地臺逐漸形成一準平原化古陸[12]；寒武紀黔東世南皋期，秦嶺區裂陷擴張向洋發展，海水從盆地西、南方向緩慢侵入研究區，辛集組地層僅在岐山、平1井等地區不整合超覆于震旦系羅圈組之上[13]，巖性主要為褐黃色含粉砂細粉晶白云巖、灰綠色泥巖，底部為含磷砂礫巖；隨著海平面上升，在寒武紀南皋期末～臺江期，研究區沉積了朱砂洞組、饅頭組，巖性主要為紫紅色泥巖、青灰、深灰色泥粉晶白云巖及鮞粒灰巖、生屑灰巖等，遠端變陡，低能緩坡逐漸形成；至王村期，古秦嶺洋進一步擴張[13]，碳酸鹽巖臺地形成，研究區沉積厚度巨大的鮞粒灰巖、鮞粒云巖；晚寒武世古丈期～牛車河期，海平面下降，水體能量降低，三山子組沉積了一套灰黑色中厚層狀泥粉晶白云巖，竹葉狀灰巖。

2 地層特征

研究區寒武紀以海相沉積為主，依據巖性及組合特征差異，自下而上可劃分出辛集組、朱砂洞組、饅頭組、張夏組及三山子組。

辛集組：與下伏地層呈不整合接觸，主要巖性為褐黃色含粉砂細粉晶白云巖、灰綠色泥巖，底部為含磷砂礫巖，厚約30 m，呈帶狀分布，在古陸西南隴縣牛心山一帶地層出露較全，且有寒武紀標準化石分布，辛集組下部白云巖及鮞粒磷塊巖中含軟舌螺Hyolithessp.,辛集組中部含磷生物碎屑白云巖富含三葉蟲Hsuaspis.zhoujiaquensis(周家渠許氏盾殼蟲),H.shaanxiensis(陜西許氏盾殼蟲)及Longxianaspislatilimbatus(隴縣寬邊寬蚜頭蟲)。

朱砂洞組：巖性以青灰、深灰色薄-中層狀泥粉晶白云巖、泥質白云巖，夾薄層狀泥云巖，厚約90 m，研究區東南部巖性主要為淺灰、灰白色中-厚層狀石英砂巖，中上部夾紫紅色含鐵石英砂巖，結構和成分成熟度高，底部有底礫巖，厚度約60 m；朱砂洞組呈帶狀分布，地層分布較辛集組廣，未見化石。

饅頭組：地層總厚約170 m，根據巖性差異可分為三段，分別對應于原饅頭組、毛莊組及徐莊組。下段為淺灰、灰色薄-中層狀泥云巖、泥質白云巖、泥質灰巖，夾紫紅色泥巖；中段巖性主要為紫紅色泥巖、淺灰、灰色薄-中層狀鮞粒灰巖，夾薄層狀泥灰巖及泥晶灰巖，研究區北部可見淺灰色中層狀砂巖及薄層狀粉砂巖；上段以灰色薄層狀泥灰巖、薄-中層狀泥質條帶泥晶灰巖、泥質灰巖為主，夾鮞粒灰巖、粉砂巖及泥質白云巖。

張夏組：主要為深灰、灰色薄-中層狀泥灰(云)巖、泥晶灰(云)巖、灰、淺灰色中層狀泥-粉晶云巖及顆粒灰(云)巖，顆粒以鮞粒為主，有少量礫屑、砂屑及生屑。

三山子組：與上覆地層呈不整合接觸，厚約150 m。巖性以淺灰-灰色、深灰色薄-中層狀泥云巖、泥質白云巖、白云巖為主，夾中-厚層狀礫屑白云巖、生物屑白云巖及膏質白云巖。

3 沉積體系特征

在地層劃分及對比基礎上，通過對鄂爾多斯盆地南緣露頭剖面及鉆遇井資料研究發現，研究區寒武紀發育海相沉積體系，可劃分出局限臺地、開闊臺地、臺地邊緣、內緩坡、外緩坡、濱海、斜坡和深水盆地相等8個沉積相類型，根據巖石學特征，又進一步分出若干亞相和微相(表1)。通過對研究區連井沉積剖面對比，明確了寒武紀沉積體系在二維空間上的展布規律，進而歸納出了三種沉積模式：以辛集-朱砂洞組為代表的濱、淺海沉積模式；以饅頭組為代表的碳酸鹽巖緩坡模式；以張夏-三山子組為代表的碳酸鹽巖臺地模式。研究區寒武紀經歷了碳酸鹽巖緩坡向臺地演化階段。

表1 鄂爾多斯盆地南緣寒武系沉積體系劃分

4 巖相古地理特征

通過準確把握研究區內沉積體系和沉積模式，在沉積相標志識別、野外露頭和鉆遇井沉積相研究、沉積相對比剖面建立的基礎上，利用地層厚度及白云巖、灰巖、鮞粒、深水沉積物等單因素，恢復了鄂爾多斯盆地南緣寒武紀各沉積期巖相古地理。

4.1 辛集組

從巖相古地理圖可以看出(圖1)，辛集組沉積期研究區表現為古陸-濱海-深水盆地(淺海)的古地理環境。這一時期海侵開始，古陸分布面積為寒武紀最大，主要分布在龍2-黃深1-西硙口一線以北，由于長期隆升，地形地貌差異大，物源供給充足，在古陸南部形成了濱岸相帶，沿海岸線沉積了含磷砂礫巖、含磷白云巖、磷塊巖等；深水盆地主要分布在千陽-淳探1-合陽一線以南；在岐山-富平地區存在一小型坳拉谷，巖性主要為灰綠色泥巖，生物含量及有機碳含量較高，可作為寒武系潛在烴源巖。

圖1 鄂爾多斯盆地南緣辛集組巖相古地理

4.2 朱砂洞組

朱砂洞組沉積期巖相古地理基本繼承了辛集組的沉積格局(圖2)，古陸面積略有減小，黃龍-西磑口一線開始接受沉積，巖性為石英砂巖；與辛集期相比，朱砂洞期陸源碎屑明顯減小，隴縣-淳探1-白水一線以碳酸鹽巖建造為主，逐漸向碳酸鹽巖緩坡過渡，沉積巖性主要為白云巖，含少量石膏。

4.3 饅頭組下段

饅頭組早期，研究區沉積環境演變為碳酸鹽巖緩坡，可劃分出內緩坡和外緩坡兩個亞相(圖3a)。隨著海平面的上升，古陸面積進一步縮小，研究區西部慶深2-鎮探2井區開始接受沉積，古陸主要分布慶深2-龍2井以東、靈1-宜5一線以北；千陽-富平一線以北屬內緩坡潮坪環境，根據巖性不同，以隴縣-旬探1-白水為界，劃分了云坪、灰坪(灰質澙湖)兩個沉積微相(圖3a)。由于沉積充填作用，早先的坳拉谷范圍縮小，且明顯向東遷移。

圖2 鄂爾多斯盆地南緣朱砂洞組巖相古地理

4.4 饅頭組中段

饅頭組中期研究區海侵規模擴大，巖相古地理明顯變化，古陸僅存北部蓮6-吳起地區的伊盟古陸和鎮探2-龍2井區的鎮原古陸，“鄂爾多斯海”已初步形成，南部坳拉谷依稀可見(圖3b)。內緩坡主要分布在隴縣-淳探1-富平一線以北，慶深2井區屬泥坪環境，巖性主要為棕灰色泥巖，慶陽-靈臺地區屬顆粒灘環境，根據巖性可進一步細分出砂灘和鮞粒灘兩個微相；千陽-麟游一線以南為深水盆地環境。

圖3 鄂爾多斯盆地南緣饅頭組(下、中、上)和張夏組巖相古地理

4.5 饅頭組上段

饅頭組晚期，古陸進一步縮小，僅分布在鎮原-龍2井地區，南部坳拉谷已不明顯；與中期相比，晚期內緩坡顆粒灘具有分布面積廣，沿潮坪邊緣條帶狀分布的特點(圖3c)，巖性主要為鮞粒灰巖，表明寒武紀緩坡已明顯向臺地相過渡。內緩坡泥云坪主要分布在慶深2-志丹-延川地區，慶陽-合水-宜川地區屬泥灰坪沉積環境。

4.6 張夏組

張夏組沉積期研究區為典型的碳酸鹽巖臺地沉積，臺地邊緣分布面積大，臺緣灘非常發育，吉縣-黃龍-靈臺等廣大地區沉積了厚度巨大的鮞粒灰巖和鮞粒云巖，為本區寒武系最有利的儲集巖類。此時，海侵達到最大，沉積覆蓋區最廣，研究區僅存鎮原古陸；西部環縣-隴縣地區靠近西緣廣海，海水循環良好，巖性主要為灰巖，發育開闊臺地；局限臺地主要分布子長-志丹-華池地區，巖性以淺灰-灰色薄-中層泥晶白云巖、含泥白云巖及灰質白云巖為主；以隴縣-淳化-永濟一線以南，逐漸向古秦嶺洋過渡，沉積環境為斜坡-深水盆地沉積，沉積物為深灰色泥晶灰巖、泥質灰巖夾薄層泥灰巖(圖3d)。

4.7 三山子組

三山子組沉積期研究區巖相古地理分布格局再一次發生變化，在大規模海退背景下，古陸面積擴大，蓮6-龍2井廣大地區遭受不同程度的剝蝕(圖4)。研究區中南部，沉積了夾有白云質頁巖的白云巖、藻生長丘、粉屑白云巖、灰、淺灰色泥云巖、云巖，屬局限臺地(泥)云坪沉積環境；臺地邊緣圍繞(泥)云坪呈條帶狀分布，巖性主要為礫屑白云巖，這些質純、性脆的白云巖經過后期表生溶蝕作用的改造，形成了較好的儲層。

5 沉積相演化

通過對以上各期巖相古地理特征分析和研究，了解了鄂爾多斯盆地南緣寒武紀時空演化特征，并建立了寒武紀海相碳酸鹽巖沉積演化模式(圖5)。

圖4 鄂爾多斯盆地南緣三山子組巖相古地理

在中元古代末期-寒武紀早期形成準平原化古陸的基礎上，自寒武紀辛集組沉積期研究區海侵范圍逐漸擴大，古陸面積不斷縮小，研究區辛集組發育含磷碎屑巖濱岸沉積，朱砂洞組過渡為瀉湖沉積(局限內緩坡)和砂灘沉積(海侵前鋒，盆地東南)，南部岐山地區存在一坳拉谷，沉積物主要為灰綠色泥巖，為本區主重要的潛在烴源巖；隨后，海侵進一步擴大，饅頭組早-中期局限內緩坡潮坪面積擴大，研究區進入碳酸鹽巖緩坡沉積，沉積物主要為紫紅色泥巖、灰色泥晶灰巖、泥晶白云巖夾薄層鮞粒灰巖；饅頭組晚期，內緩坡鮞粒灘沿潮坪邊緣條帶狀分布，已明顯向碳酸鹽巖臺地過渡；張夏組沉積期海侵到達最大，碳酸鹽巖臺地形成，在臺地邊緣區發育大量碳酸鹽巖淺灘，巖性主要為鮞粒灰巖和鮞粒云巖，形成了寒武紀一套重要的儲集層；三山子組沉積期研究區發生大規模海退，以局限臺地沉積為主，巖性主要為厚層的泥晶云巖、泥質云巖等，邊緣發育碳酸鹽巖礫屑灘，受后期溶蝕作用改造，為本區另一套重要儲集層。

6 結論

(1)寒武紀鄂爾多斯盆地南緣經歷了濱淺海-碳酸鹽巖緩坡-碳酸鹽巖臺地沉積環境的變化，主要發育濱淺海、碳酸鹽巖內緩坡、局限臺地、開闊臺地等沉積相。

(2)對寒武紀巖相古地理研究表明，研究區存在重要的潛在烴源巖及優質儲層，可作為新的潛在油氣勘探領域。

[1] 朱建輝,呂劍虹,繆九軍，等.鄂爾多斯西南緣下古生界烴源巖生烴潛力評價[J].石油實驗地質,2011,33(6):662-670.

[2] 謝慶賓,韓德馨,陳方鴻，等.鄂爾多斯盆地下古生界三山子組白云巖體成因及儲集性[J].石油大學學報(自然科學版),2001,25(6)：6-12.

[3] 時保宏，劉亞楠，武春英，等.鄂爾多斯盆地古隆起東側奧陶系馬家溝組中組合成藏地質條件[J].石油與天然氣地質，2013，34(5)：610-618.

[4] 馮增昭,彭勇民,金振奎，等.中國中寒武世巖相古地理[J].古地理學報,2002,4(2):1-10.

[5] 李振鵬.鄂爾多斯地區寒武紀巖相古地理研究[D].山東濟南：山東科技大學，2010.

[6] 鄧昆,張哨楠,周立發，等.鄂爾多斯張夏期原型盆地類型與油氣勘探前景[J].石油實驗地質,2010,32(5):442-452.

[7] 蘇中堂,陳洪德,陳安清，等.鄂爾多斯盆地寒武紀層序-巖相古地理特征[J].油氣地質與采收率,2012,19(1):15-18.

[8] 廖英,李風勛,楊玉璽，等.南華北南緣下寒武統優質海相烴源巖初探[J].石油地質與工程,2010,24(4)：26-28.

[9] 張韋.鄂爾多斯盆地東南緣的寒武系[J].石油與天然氣地質,1983,4(3):246-253.

[10] 章雨旭.試論華北板塊寒武紀地層的穿時性[J].沉積與特提斯地質,2001,2(1):78-87.

[11] 段杰,張哨楠,丁曉琪，等.鄂爾多斯盆地西緣下古生界地層分析[J].四川地質學報,2008,20(4):271-275.

[12] 陳方鴻,謝慶賓,王貴文.碳酸鹽巖成巖作用與層序地層學關系研究-以鄂爾多斯盆地寒武系為例[J].巖相古地理,1999,19(1):20-24.

[13] 蔡忠賢,秦玉娟,賈振遠.鄂爾多斯地區南緣寒武紀層序地層和海平面變化[J].地球科學-中國地質大學學報,1997,22(5):484-490.

編輯：吳官生

1673-8217(2015)01-0014-05

2014-08-15；改回日期：2014-09-22

劉曉光，碩士，1984年生，2010年畢業于西南石油大學，主要從事儲層沉積學研究工作。

國家科技重大專項“四川、塔里木、鄂爾多斯盆地構造演化、巖相古地理與沉積相研究”(2008ZX05004-001)。

TE111.3

A