鄂爾多斯盆地南部下奧陶統(tǒng)馬家溝組沉積特征

辛勇光，周進(jìn)高，鄧紅嬰

（中國石油杭州地質(zhì)研究院）

鄂爾多斯盆地南部下奧陶統(tǒng)馬家溝組沉積特征

辛勇光，周進(jìn)高，鄧紅嬰

（中國石油杭州地質(zhì)研究院）

依據(jù)鄂爾多斯盆地南部早奧陶世古構(gòu)造、古地理、古水動(dòng)力以及古氣候背景，結(jié)合單井、野外露頭沉積相分析等認(rèn)為,秦嶺海槽和中央古隆起的存在和演化控制盆地南部馬家溝組沉積特征及演化。(1)平面上根據(jù)中央古隆起的障壁作用將其分為兩大沉積區(qū)，西南區(qū)和東北區(qū)。西南區(qū)發(fā)育盆地—斜坡—臺(tái)地邊緣相，東北區(qū)為障壁潟湖沉積環(huán)境；(2)東北區(qū)馬家溝組由“三云三灰”六段組成，馬一、馬三、馬五段為白云巖、石膏和石鹽組成的蒸發(fā)巖系，馬二、馬四、馬六段為石灰?guī)r夾白云巖的碳酸鹽巖序列，在縱向上構(gòu)成蒸發(fā)巖與碳酸鹽巖間互的旋回性沉積。在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步建立了馬家溝組障壁潟湖沉積模式，該模式具有兩個(gè)主要特征：(1)中央古隆起作為障壁控制秦嶺海與潟湖之間的海水溝通；(2)依據(jù)海平面升降旋回將該模式動(dòng)態(tài)地分為三個(gè)階段，即與海侵期相對應(yīng)的以石灰?guī)r沉積為主的障壁潟湖沉積階段（階段Ⅰ）、與海退期相對應(yīng)的以石灰?guī)r夾蒸發(fā)巖沉積為主的障壁咸化潟湖沉積階段（階段Ⅱ）和與低海平面期對應(yīng)的以膏鹽巖沉積為主的障壁膏鹽湖沉積階段（階段Ⅲ）。

鄂爾多斯盆地；馬家溝組；秦嶺海槽；中央古隆起；沉積特征；沉積模式

鄂爾多斯盆地馬家溝組由“三云三灰”六段組成，馬一、馬三、馬五段為白云巖、膏鹽和石鹽組成的蒸發(fā)巖系，馬二、馬四、馬六段為石灰?guī)r夾白云巖的碳酸鹽巖序列，在縱向上構(gòu)成蒸發(fā)巖與碳酸鹽巖間互的旋回性沉積［1-2］。對于馬家溝組沉積特征，前人已做了大量研究，主要有馮增昭等［3-4］提出的潮坪膏鹽湖說、呂炳全等［5］的蒸發(fā)邊緣海說、劉群等［6］的蒸發(fā)臺(tái)地說以及侯方浩等［7］提出的蒸發(fā)陸架盆地說等等。筆者通過盆地西南緣、南緣野外露頭及盆內(nèi)鉆井巖心觀察發(fā)現(xiàn)，鄂爾多斯盆地南部馬家溝組實(shí)際上由多個(gè)深水—淺水沉積小旋回疊置組成，因此，用單一的深水或淺水模式均難以合理解釋。筆者從動(dòng)態(tài)演化角度分階段建立了馬家溝組海侵期到海退期及至低海平面期持續(xù)演化的沉積模式，即障壁潟湖沉積模式。隨著障壁程度的增加，由寬廣的障壁潟湖逐漸向障壁咸化潟湖及至障壁膏鹽湖階段演化，整個(gè)馬家溝組由上述模式不同階段的間互沉積所構(gòu)成。

1 馬家溝組沉積背景分析

合理的沉積模式應(yīng)反映沉積盆地古構(gòu)造、古地理、水動(dòng)力和古氣候背景以及它們的演化特點(diǎn)等。因此，在建立鄂爾多斯盆地南部馬家溝組沉積模式之前，有必要對其沉積背景進(jìn)行分析。

1.1 古構(gòu)造、古地理背景

鄂爾多斯盆地南部位于華北地臺(tái)的西南緣，奧陶紀(jì)尤其是早奧陶世，由于秦祁賀裂谷的強(qiáng)烈拉張導(dǎo)致沿鄂克托旗—慶陽—韓城一帶形成“L”形中央隆起，并在裂谷東北側(cè)形成以米脂—延安為沉降中心的裂谷邊側(cè)補(bǔ)償盆地［8］。寒武紀(jì)—早奧陶世期間,本區(qū)處于秦嶺海槽擴(kuò)張、被動(dòng)大陸邊緣發(fā)育階段,形成了克拉通邊緣坳陷,具邊緣海沉積類型特征［9］；早奧陶世亮甲山期應(yīng)為俯沖消減活動(dòng)的起始時(shí)期，隨著秦嶺洋殼向鄂爾多斯陸塊俯沖，盆地南緣由前期的被動(dòng)大陸邊緣開始向主動(dòng)大陸邊緣轉(zhuǎn)化［10］。中央古隆起在高海平面期主要表現(xiàn)為水下隆起，具有障壁作用（圖1）。

圖1 鄂爾多斯盆地南部奧陶紀(jì)古構(gòu)造簡圖

1.2 水動(dòng)力條件

海侵期和海退期的水動(dòng)力狀況完全不同。海侵期（以馬四時(shí)為例），海水覆蓋全盆地。由于周圍隆起水下門檻作用，導(dǎo)致盆地表層水體循環(huán)較好，盆內(nèi)深處水體循環(huán)受限，而水下隆起迎風(fēng)側(cè)水動(dòng)力條件較強(qiáng)，可以發(fā)育灘體。海退期（以馬五時(shí)為例），在四周隆起的障壁作用下，潟湖與外海的溝通受限，當(dāng)有海水間歇補(bǔ)給時(shí)，潟湖水面與外海海平面相當(dāng)或略低，水動(dòng)力條件微弱；而當(dāng)隆起完全將潟湖與外海隔絕時(shí)，由于強(qiáng)烈蒸發(fā)，潟湖水面大大低于外海平面，潟湖邊緣坪部分暴露，而東部深凹的邊側(cè)補(bǔ)償盆地完全被濃縮的鹵水覆蓋。

1.3 古氣候條件

古地磁資料表明，鄂爾多斯盆地早古生代處于赤道附近低緯度，應(yīng)屬干旱炎熱古氣候條件［11－12］。

2 沉積特征

2.1 平面展布

通過野外剖面、巖心和薄片等的觀察和研究，并根據(jù)早奧陶世古地理格局尤其是中央古隆起的障壁作用，將盆地南部劃分為兩大沉積區(qū)，以中央古隆起為中心，分為西南區(qū)和東北區(qū)。西南區(qū)從秦嶺海槽向中央古隆起方向依次發(fā)育盆地、斜坡及臺(tái)地邊緣相。盆地主要發(fā)育泥質(zhì)、灰泥質(zhì)、硅質(zhì)等微相；斜坡相主要存在三種類型：重力沉積、等深流沉積以及原地沉積；臺(tái)地邊緣發(fā)育臺(tái)緣礁灘相（圖2，圖3）。東北區(qū)為障壁潟湖沉積環(huán)境，發(fā)育潟湖亞環(huán)境和潟湖邊緣坪亞環(huán)境。潟湖亞環(huán)境主要微相有石灰?guī)r、白云巖、硬石膏質(zhì)白云巖、硬石膏巖、石鹽巖和硬石膏巖—鹽巖潟湖等；潟湖邊緣坪亞環(huán)境沉積微相主要有顆粒白云巖淺灘、礫屑白云巖風(fēng)暴灘、疙瘩狀灰?guī)r坪、含硬石膏結(jié)核細(xì)粉晶白云巖坪、硬石膏結(jié)核細(xì)粉晶白云巖坪、細(xì)粉晶白云巖坪、白云巖坪、含生物潛穴或攪動(dòng)斑的細(xì)粉晶白云巖坪、含硬石膏白云巖坪、硬石膏質(zhì)白云巖坪、灰質(zhì)白云巖坪、石灰?guī)r坪和白云質(zhì)石灰?guī)r坪等（圖4）。

圖2 耀縣桃曲坡剖面涇河組（馬家溝組）臺(tái)緣灘灰色砂礫屑灰?guī)r

圖3 永壽好峙河剖面涇河組（馬家溝組）厚層塊狀臺(tái)緣生物礁灰?guī)r

圖4 河津西硙口剖面馬家溝組灰色膏溶角礫白云巖

2.2 沉積演化

早奧陶世秦嶺海槽和中央古隆起的演化，控制了鄂爾多斯盆地南部下奧陶統(tǒng)馬家溝組縱向上“云灰間互”的沉積演化特征。東北區(qū)在馬一時(shí)由于中央古隆起的障壁作用，大大限制了潟湖與秦嶺海的自由流通，廣泛沉積蒸發(fā)巖類，凹陷處沉積膏鹽巖；馬二時(shí)隨著賀蘭裂谷擴(kuò)張作用的加強(qiáng)，中央古隆起帶抬升幅度有所減小，海平面上升，海水自由交流能力大大加強(qiáng)，主要為石灰質(zhì)沉積；馬三時(shí)隨著賀蘭裂谷擴(kuò)張作用急劇加強(qiáng)，裂谷肩急劇抬升，兩翼傾角變陡，中央古隆起帶基本定型，海平面下降，廣泛沉積蒸發(fā)巖類；馬四時(shí)處于較大海侵期，海平面上升，海水交換能力大大改善，廣泛發(fā)育石灰質(zhì)沉積；馬五時(shí)基底抬升、海平面下降、海水變淺，強(qiáng)烈的蒸發(fā)作用和障壁作用又開始了新一期蒸發(fā)巖沉積；馬六時(shí)海平面上升，廣泛發(fā)育各類石灰?guī)r沉積。西南區(qū)馬家溝期穩(wěn)定發(fā)育盆地、斜坡、臺(tái)地邊緣相，廣泛發(fā)育石灰?guī)r、硅質(zhì)巖沉積，其相帶隨海平面升降有所遷移（圖5）。

圖5 鄂爾多斯盆地南部馬家溝組沉積相剖面圖

3 沉積模式

縱向上“云灰間互”的特點(diǎn)表明，本區(qū)馬家溝組由多個(gè)海侵至海退旋回組成。為了能動(dòng)態(tài)地反映馬家溝組的相序演變以及早奧陶世時(shí)期中央古隆起的障壁作用，筆者將一個(gè)完整的海平面升降旋回分為海侵期、海退期和低海平面期三個(gè)時(shí)段，使其分別與石灰?guī)r、白云巖夾膏鹽巖和膏鹽、石鹽沉積期相對應(yīng)，從而建立了馬家溝組障壁潟湖沉積模式。該模式分為三個(gè)階段：即障壁潟湖、咸化潟湖和膏鹽湖沉積階段。

3.1 障壁潟湖沉積階段（階段Ⅰ）

代表海侵至最大海泛沉積階段。海侵期海水由構(gòu)造鞍部及東部低隆三個(gè)方向進(jìn)入本區(qū)，因與外海溝通，海水補(bǔ)給大于或等于蒸發(fā)，海平面持續(xù)上升，此時(shí)以石灰?guī)r沉積為主間夾少量白云巖和泥巖，如馬一段、馬二段和馬四段的下部石灰?guī)r段；海侵晚期至最大海泛時(shí)（如馬四時(shí)、馬六時(shí)），由于中央隆起被海水淹沒，鄂爾多斯盆地與外海水體循環(huán)更為通暢，主要沉積泥晶灰?guī)r和各種顆?；?guī)r。該階段與威爾遜經(jīng)典的陸表海沉積相模式相似，但本文更強(qiáng)調(diào)該階段水下隆起的障壁對后緣潟湖沉積所起的控制作用。以馬四段為例，其沉積環(huán)境主要包括潮坪、潟湖、潟湖邊緣坪、臺(tái)緣障壁灘和斜坡等（圖6）。

3.2 障壁咸化潟湖沉積階段（階段Ⅱ）

代表海退沉積階段。海退期因海平面下降（馬一、馬三、馬五時(shí)），中央隆起包括東面的離石隆起對海水的障壁增強(qiáng)。此時(shí)的障壁島位于海平面附近，僅構(gòu)造鞍部與外海溝通。由于強(qiáng)烈蒸發(fā)作用，寬廣的潟湖逐漸演化為咸化潟湖環(huán)境，潟湖水體含鹽度增大，灰泥沉積下來后迅速轉(zhuǎn)化成白云石。在潟湖邊緣坪，硬石膏可直接從表層水晶出而沉淀下來，而在凹陷的中心因有通道間歇與外海溝通，海水鹽度相對正常，以灰泥沉積為主間夾白云巖。咸化潟湖主要包含潟湖邊緣坪、淺灘和灰（云）質(zhì)潟湖環(huán)境（圖7）。

圖6 鄂爾多斯盆地南部馬家溝組障壁潟湖沉積相模式(階段Ⅰ)

圖7 鄂爾多斯盆地南部馬家溝組障壁潟湖沉積相模式（階段Ⅱ）

3.3 障壁膏鹽湖沉積階段（階段Ⅲ）

當(dāng)海平面繼續(xù)下降至低海平面時(shí)，隆起完全露出水面，鄂爾多斯盆地則演化為與外海隔絕的海盆，在強(qiáng)烈的蒸發(fā)作用下變成極度咸化的膏鹽湖，沉淀出硬石膏和石鹽。馬三段和馬五段就是由多個(gè)咸化潟湖至膏鹽湖沉積旋回組成。膏鹽湖主要有膏鹽坪、膏鹽和石鹽潟湖（包括深水和淺水）環(huán)境（圖8）。

圖8 鄂爾多斯盆地南部馬家溝組障壁潟湖沉積相模式（階段Ⅲ）

4 結(jié) 論

馬家溝期秦嶺海槽和中央古隆起的存在和演化，控制了盆地南部馬家溝組沉積特征及演化。平面上根據(jù)中央古隆起的障壁作用將其分為兩大沉積區(qū)，西南區(qū)和東北區(qū)。西南區(qū)發(fā)育盆地—斜坡—臺(tái)地邊緣相；東北區(qū)為障壁潟湖沉積環(huán)境。東北區(qū)馬家溝組由“三云三灰”六段組成。馬一段、馬三段和馬五段為白云巖、石膏和石鹽組成的蒸發(fā)巖系；馬二段、馬四段、馬六段為石灰?guī)r夾白云巖的碳酸鹽巖序列，在縱向上構(gòu)成蒸發(fā)巖與碳酸鹽巖間互的旋回性沉積。在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步建立的馬家溝組障壁潟湖沉積模式具有兩個(gè)主要特征：（1）中央古隆起作為障壁控制秦嶺海與潟湖之間的海水溝通；（2）依據(jù)海平面升降旋回將該模式動(dòng)態(tài)地分為三個(gè)階段：即與海侵期相對應(yīng)的以石灰?guī)r沉積為主的障壁潟湖沉積階段（階段Ⅰ）、與海退期相對應(yīng)的以石灰?guī)r夾蒸發(fā)巖沉積為主的障壁咸化潟湖沉積階段（階段Ⅱ）和與低海平面期對應(yīng)的以膏鹽巖沉積為主的障壁膏鹽湖沉積階段（階段Ⅲ）。

通過綜合分析古構(gòu)造、古地理、古水動(dòng)力以及古氣候背景，結(jié)合單井、野外露頭等沉積相分析來恢復(fù)沉積時(shí)期的地質(zhì)原貌，在此基礎(chǔ)上建立動(dòng)態(tài)的沉積模式能較好地解釋沉積特征。

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［3］馮增昭，陳繼新，張吉森.鄂爾多斯地區(qū)早古生代巖相古地理［M］.北京：地質(zhì)出版社，1991.

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Sedimentary Features of Lower Ordovician Majiagou Formation in the Southern Part of Ordos Basin

Xin Yongguang，Zhou Jingao，Deng Hongyin

Based on predecessor's researches of paleostructures,paleogeography,paleohydrodynamics and paleoclimate as well as the sedimentary facies of single wells and outcrops,authors discovered that Qinling Trough and the Central Uplift controlled the sedimentary features and evolution in the southern part of Ordos Basin during Early Ordovician period.The southern part of Ordos Basin is divided into two main sedimentary areas,the southwestern and the northeastern areas,owing to the barrier role of the Central Uplift.A basin,a slope and a platform margin developed in the southwestern and a lagoon in the northeastern.Lower Ordovician Majiagou Formation is composed of six members (abbreviated as Ma1 to Ma6),in which Ma1,Ma3 and Ma5 are evaporite including dolomite,anhydrite and halite and Ma2,Ma4,and Ma6 are limestone with dolomite.A new model,the Majiagou barrier-lagoon sedimentary model,is further put forward in order to interpret the sedimentary features of Majiagou Formation.This model includes two main characters.the one is that the Central Uplift plays an extreme role in the exchange of seawater between the lagoon and Qinling sea as a barrier;and the other is that the model is divided into three dynamical phases on the basis of an integrated cycle：the limestone in wide Barrier-lagoon during transgression to high sea level(phaseⅠ),the mixed limestone/evaporite succession in concentrated lagoon during regression(phaseⅡ),and the anhydrite and halite in barrier lagoon during low sea level(phaseⅢ).

Ordos Basin;Ordovician;Qinling Trough;Central Uplift;Sedimentary features;Sedimentary model

TE111.3

A

辛勇光 1975年生，碩士，工程師。從事碳酸鹽巖沉積儲(chǔ)層方面的研究工作。通訊地址：310023浙江省杭州市西溪路920號(hào)；電話：（0571）85224930

辛勇光

1672-9854(2010)-04-0001-05

2010-03-02；改回日期：2010-04-26

金順愛

Xin Yongguang：male,Master,Geologist.Add：PetroChina Hangzhou Institute of Geology,920 Xixi Rd.,Hangzhou,Zhejiang,310023 China