鄂爾多斯盆地中南部上古生界層序與巖相古地理演化*

李克永 楊文鵬 徐帥康 李文厚

1西安科技大學地質(zhì)與環(huán)境學院／期刊中心，陜西西安 710054

2西北大學地質(zhì)學系／大陸動力學國家重點實驗室，陜西西安 710069

鄂爾多斯盆地中南部晚古生代由陸表海向海陸過渡相、陸相湖盆演化。上古生界野外露頭和測井曲線區(qū)域性不整合面、區(qū)域性海退面、下切沖刷面、海侵方向轉(zhuǎn)換面、陸上暴露面等層序界面特征明顯，海侵面、最大海泛面等體系域界面易于識別，便于利用層序地層學分析上古生界地層發(fā)育特征，利用巖性巖相等地質(zhì)特征恢復巖相古地理。

邵龍義等 （2018）將鄂爾多斯盆地東部本溪組、太原組和山西組劃分為3個三級層序，海侵方向由北東向轉(zhuǎn)變?yōu)槟蠔|向；常嘉等 （2019）根據(jù)華北地區(qū)不同類型層序界面將上古生界劃分為7個三級層序；侯中帥等 （2018a）依據(jù)層序界面將盆地東部上古生界劃分為7個三級層序，并將不同體系域類型與沉積相帶對應(yīng)；羅立民等 （1997）、張周良 （1996）、方石等 （2000）等認為辮狀河為水退階段低位體系域，曲流河向網(wǎng)狀河演變階段為水進體系域，曲流河沉積類型為高位體系域。

對華北地區(qū)及鄂爾多斯盆地上古生界不同范圍、不同層位、不同尺度的層序及巖相古地理進行研究（郭英海等，1998；陳世悅，2000；邵龍義等，2009；張滿郎等，2009；魯靜等，2012；侯中帥等，2018；常嘉等，2021），但研究多服務(wù)于尋找油氣資源，造成研究區(qū)域和研究層位存在一定局限性，導致鄂爾多斯盆地相關(guān)成果認識不盡統(tǒng)一。利用鄂爾多斯盆地中南部鉆井及盆地周緣野外露頭層序界面、體系域界面特征，對鄂爾多斯盆地中南部上古生界層序地層進行劃分，分析巖相古地理特征及沉積演化規(guī)律，恢復盆地中南部上古生界古地理環(huán)境，為分析鄂爾多斯盆地演化規(guī)律提供依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

鄂爾多斯盆地位于華北地臺西部，是華北克拉通次一級構(gòu)造單元，北起陰山、大青山，南至秦嶺，東起呂梁山、太行山，西至賀蘭山、六盤山，盆地面積為37×104km2，是中國第二大沉積盆地（楊俊杰和裴錫古，1996）。本次研究范圍北至鄂托克旗、保德，東臨盆地東部邊界，西至涇源、平?jīng)鲆粠?，南至渭北隆起南部，地跨陜北斜坡、晉西撓褶帶、天環(huán)坳陷、西緣逆沖帶、渭北隆起等5個一級構(gòu)造單元（圖1）。

圖1 鄂爾多斯盆地構(gòu)造分區(qū)及研究區(qū)位置圖Fig.1 Structural partition and study area location in Ordos Basin

鄂爾多斯盆地自中晚奧陶世隆起之后至晚石炭世接受海侵，加里東運動后半期為主造山幕，華北地塊與西伯利亞板塊全面碰撞，陰山—燕山造山帶快速隆升使華北地塊擠壓坳陷形成沉積盆地。盆地西緣、東部和南部分別受祁連海、華北海和南秦嶺勉略洋的控制形成海侵超覆地層，近南北向中央古隆起分割祁連海與華北海，西部由扇三角洲—潟湖—潮坪沉積組成，東部以扇三角洲—三角洲—潟湖—潮坪為代表；太原期古隆起淹沒水下，范圍縮小并明顯東移，對祁連海與華北海仍具屏障作用；山西期中央古隆起分割作用明顯變?nèi)?，?zhèn)原—旬邑—宜君—宜川一線以南的渭北隆起向南退縮，山西組繼續(xù)向南超覆，發(fā)育以陸相碎屑沉積為主的河湖沉積體系，東西分異的沉積環(huán)境演變?yōu)槟媳狈之?；石盒子期中央古隆起明顯西偏，渭北隆起解體，華亭—鎮(zhèn)原—富平一線以南由原來的相對隆起區(qū)變?yōu)橄鄬晗輩^(qū)，華北地臺南緣相對隆起區(qū)已經(jīng)成為沉積區(qū)，西緣為坳陷，東部為斜坡；石千峰組沉積期中央古隆起完全消失，盆地主體為南北分帶的構(gòu)造格局 （陳全紅等，2007；李克永等，2020；李文厚等，2021）。

鄂爾多斯盆地經(jīng)歷了晚石炭世—早二疊世陸表海盆地形成與中、晚二疊世統(tǒng)一的內(nèi)陸盆地形成2個時期，不同的沉積構(gòu)造格局決定了鄂爾多斯盆地不同地區(qū)、不同時期形成不同的沉積層序和巖相古地理格局。

2 關(guān)鍵界面識別

層序地層關(guān)鍵界面是反映沉積間斷的一個時間界面，包括層序界面和體系域界面等 （Bertram，1996），關(guān)鍵界面識別對于層序劃分及古地理恢復具 有 重 要 意 義。Vail（1977，1987）、Wagoner（1988）認為不整合面及對應(yīng)的整合面為層序邊界，Galloway強調(diào)以最大海泛面及對應(yīng)的沉積間斷面為層序邊界，Embry提出海進—海退旋回，即T—R旋回 （紀友亮和周勇，2020）。

2.1 層序界面的識別

不同級別層序界面表現(xiàn)為沉積突變或沉積間斷，上下巖層在巖相、測井相、盆地構(gòu)造體系和充填方式等方面具有不同的響應(yīng) （李增學和張新元，1998）。

2.1.1 區(qū)域性不整合面

區(qū)域性不整合面在同一沉積盆地內(nèi)等時并普遍發(fā)育，在相同應(yīng)力場作用下的同期盆地往往是一級層序界面或二級層序界面，具有較明顯的對比性（紀友亮和周勇，2020）。奧陶系與石炭系分界面為典型的區(qū)域性不整合面，是加里東運動造成的沉積間斷138 Ma的不整合界面 （馬永生和田海芹，2006）。完整的母巖風化自下而上依次為縫洞化、礫化、砂化、土化和礦化等5個風化序列，風化序列低的在下，高的在上，順序不會顛倒。不同區(qū)域可見不同風化階段的風化序列或序列組合 （金振奎等，2021）。加里東運動初期華北地臺出露地表，母巖風化縫發(fā)育，巖石脆弱部分出現(xiàn)碎裂，縫洞化母巖之下為未受風化淋濾的母巖，韓城薛峰川剖面不整合面之下馬家溝組頂部裂縫發(fā)育，見3層地下暗河被鋁土質(zhì)泥巖和垮塌的白云巖原地充填，澄城三眼橋剖面馬家溝組頂部高低不平，晚期風化序列階段產(chǎn)物被剝蝕、搬運，上覆太原組泥坪、泥炭坪填平補齊（圖2）；縫洞化階段后較細粒物質(zhì)被剝蝕形成礫化階段風化殼，保德橋頭剖面馬家溝組頂部白云角礫巖即為此階段產(chǎn)物（圖3－a）；礫石被進一步風化為砂化—土化最終為穩(wěn)定的鋁土礦、褐鐵礦等礦物，呈雜色、紅色、白色、土黃色等，為礦化階段風化殼，耀縣桃曲坡剖面土黃色礫化—礦化階段鋁土巖，澄城三眼橋剖面見礦化階段的白色、褐紅色、土黃色風化殼（圖3－b）。風化殼為識別區(qū)域不整合面的重要標志，發(fā)育普遍、厚薄不等，是典型層序界面 （常嘉等，2019）。鄂爾多斯盆地古生界不整合界面上下地層巖性差異明顯，界面下為奧陶系碳酸鹽巖，上部為潮坪相泥巖，上部巖層顏色較下部更深，說明上古生界為海平面更高的還原環(huán)境（圖2）；不整合面上下地層產(chǎn)狀也不完全相同，韓城薛峰川剖面不整合面為渭北隆起褶皺抬升的角度不整合（圖3－c），興縣關(guān)家崖剖面不整合面為華北地臺整體抬升的平行不整合面。區(qū)域不整合面在測井相上有明顯的響應(yīng)，宜6井2270 m處由奧陶系馬家溝組到石炭系本溪組，GR、SP曲線呈臺階狀在界面處突變升高，DEN曲線呈尖刀狀高值，AC值明顯增大，RT曲線在界面下高、低值交替界面上呈低值，CAL曲線界面下部鋸齒狀，上部平滑，且下部高于上部（圖4）。

圖2 區(qū)域性不整合面及巖性特征 （澄城三眼橋剖面）Fig.2 Regional unconformity surface and lithologic characteristics（Chengcheng Sanyanqiao section）

圖3 鄂爾多斯盆地中南部上古生界層序界面特征Fig.3 Sequence boundary characteristics of the Upper Paleozoic in central-southern Ordos Basin

2.1.2 區(qū)域性海退面

區(qū)域性海退面為海平面下降至最低點時的沉積界面，界面上下粒度變化大。鄂爾多斯盆地山西組北岔溝砂巖底為區(qū)域性海退面，界面下為太原組陸表海背景下的障壁海岸—碳酸鹽巖臺地潮坪沉積，粒度小、顏色深，為海平面較高、水動力條件較弱的還原環(huán)境（圖5）；界面以上為三角洲相砂巖，粒度大、顏色淺，為海平面較低、水動力條件較強、下切沖刷作用明顯的沉積環(huán)境（圖5（Ⅱ）），太原組頂部潮坪相泥巖、煤層出現(xiàn)不同程度的減薄或缺失現(xiàn)象（圖5（Ⅰ））。區(qū)域性海退面不僅在剖面上有明顯巖性差異，測井相上也易于識別，宜6井2190 m處GR、SP、DEN、CAL曲線階梯狀減小呈低幅度負異常，RT曲線為高值且底部突變、向上增大（圖4）。

圖4 鄂爾多斯盆地中南部上古生界層序與測井相關(guān)系 （宜6井）Fig.4 Relationship between sequence and logging facies of the Upper Paleozoic in central-southern Ordos Basin（Well Yi 6）

圖5 韓城薛峰川北岔溝剖面 （區(qū)域性海退面及巖性特征）Fig.5 Regional regression surface and lithologic characteristics of Xuefengchuan Beichagou outcrop in Hancheng

根據(jù)巖相及測井相分析，區(qū)域性海退面在近東西方向和近南北方向有所差異，近東西向界面識別出3種類型：（1）泥／煤型界面，隴探1—鎮(zhèn)探1一帶和寧古3—建1井一帶，界面上為顆粒較細的山西組泥巖，下為分布范圍廣、沉積穩(wěn)定的太原組6＃煤層，為水體較深、水動力較強的沉積環(huán)境，界面為6＃煤層頂；（2）砂／煤型界面，寧探1—寧古3界面上為北岔溝砂巖，下為太原組6＃煤層，反映海平面降低、水動力增強的沉積環(huán)境，界面為北岔溝砂巖底面；（3）泥／泥型界面，界面上為山西組灰色泥巖，下為太原組深黑色泥巖，界面上下巖性一致但下部泥巖顏色較暗，反應(yīng)水體更深的還原環(huán)境，界面為太原組暗色泥巖頂面（圖6－a）。近南北向界面識別出5種類型：（1）砂／泥型界面，淳探1井附近、中部黃深1井附近、蓮1井—陜15井之間部分區(qū)域，界面上為顆粒較粗的北岔溝砂巖，下為太原組泥巖，反映海平面降低、水動力增強的沉積環(huán)境，界面為北岔溝砂巖底面；（2）煤／泥巖型界面，耀參1井—旬宜1井一帶界面上為山西組4+5＃煤層，下為太原組泥巖，反應(yīng)海平面下降、水動力條件較弱的沉積環(huán)境，界面為4+5＃煤層底面；（3）煤／砂型界面，延698井—蓮1井之間界面上為山西組4+5＃煤層，反應(yīng)海平面升高、水動力條件減弱的沉積環(huán)境，下為太原組薄層粉細砂巖，界面為4+5＃煤層底；（4）砂／砂型界面，蓮1井—陜15井之間界面上部為層理發(fā)育、具明顯下切面的山西組北岔溝砂巖，下部為層理不發(fā)育、發(fā)育穩(wěn)定的薄層太原組粉細砂巖，反映海平面較低、水動力條件強、具明顯海退相變的沉積環(huán)境，界面為北岔溝砂巖底面；（5）泥／泥型界面，陜15井附近界面上為山西組底部灰色泥巖，下為太原組頂部暗色泥巖，界面上下巖性一致、顏色變淺，反映海退的沉積環(huán)境，界面為暗色泥巖頂面（圖6－b）。

圖6 鄂爾多斯盆地中南部山西—太原組地層劃分對比模式Fig.6 Stratigraphic division of the Shanxi－Taiyuan Formations in central－southern Ordos Basin

2.1.3 下切沖刷面

下切沖刷面是基準旋回面下降時盆地邊緣下切作用加強、碎屑物質(zhì)充填形成的低位下切下伏地層遭受不同程度的侵蝕面，本質(zhì)上是一種侵蝕性不整合面，界面上下沉積環(huán)境、碎屑成分、古生物組成及微量元素存在明顯差異，為三級層序界面 （邵龍義等，2008）。下切沖刷面形成前為高水位期弱水動力還原環(huán)境，以細粒、暗色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖及泥質(zhì)粉砂巖為主，隨海平面下降、水動力增強，受河流—三角洲沖刷作用，低位體系域粗粒厚層砂巖削截或部分削截下伏細粒沉積物?？阪?zhèn)冶峪河剖面下切沖刷面上下巖性差異大，駱駝脖子含礫中粗砂巖下切下伏山西組頂部碳質(zhì)泥巖，出現(xiàn)不同程度的削頂現(xiàn)象（圖3－e）。下石盒子組底部駱駝脖子砂巖、石千峰組底部厚層砂巖都是典型的下切沖刷面。宜6井2120 m處下石盒子組底、1884 m處石千峰組底在下切沖刷面以上GR、SP曲線呈箱型或鐘型且底部突變最為特征，DEN曲線增大且底部突變、AC曲線為箱型、RT曲線底部高值突變、CAL曲線出現(xiàn)減小的拐點（圖4）。

2.1.4 海侵方向轉(zhuǎn)換面

海侵方向轉(zhuǎn)換面是構(gòu)造應(yīng)力場轉(zhuǎn)換的結(jié)果，在盆地邊緣多為侵蝕下切沖刷面，盆地內(nèi)部表現(xiàn)為整合面，為三級層序界面。鄂爾多斯盆地海侵方向轉(zhuǎn)換面出現(xiàn)在晚石炭世末—早二疊世初加里東運動至海西運動轉(zhuǎn)換時期。加里東運動后半期為主造山幕，華北地塊與西伯利亞板塊全面碰撞，陰山—燕山造山帶快速隆升，華北地塊北部擠壓坳陷，海侵方向由北東向南東方向轉(zhuǎn)換，北西方向發(fā)育向西依次推進、層位逐漸變新、與海岸線近平行的障壁沙壩 （侯中帥等，2018a；常嘉等，2019）。盆地鉆井及周緣野外露頭可以發(fā)現(xiàn)，海侵方向轉(zhuǎn)換面表征沉積體系轉(zhuǎn)換，8+9＃煤為石炭系本溪組與二疊系太原組分界線，盆地邊部見侵蝕下切沖刷面，保德橋頭至興縣關(guān)家崖可見太原組橋頭砂巖下切本溪組頂部地層，8+9＃煤層有不同程度的削頂現(xiàn)象（圖3－f）。宜6井2246 m太原組底海侵方向轉(zhuǎn)換面具低GR、低DEN、高RT、高AC的尖峰特征，界面上下高峰跳躍（圖4）。

2.1.5 陸上暴露面

陸上暴露面是基準旋回面降低、陸源碎屑供給不足、泥炭層暴露氧化形成的沉積間斷面 （邵龍義等，2021）。暴露面上下巖層巖性明顯不同，多表現(xiàn)為氧化色明顯的紅層。鄂爾多斯盆地石盒子組首次出現(xiàn)一套紫紅色泥巖，含鐵質(zhì)鮞?；驁F塊，與上覆砂巖突變接觸，在整個盆地發(fā)育穩(wěn)定，為二疊紀中期氣候由溫暖濕潤演變?yōu)檠谉岣稍锏某练e標識，作為上、下石盒子組的地層界線?？阪?zhèn)冶峪河剖面、韓城薛峰川剖面（圖7）、平?jīng)龆罍掀拭婕芭璧刂芫壘娺@一陸上暴露面，稱“桃花泥巖”。界面以下為灰色、淺灰色弱還原沉積環(huán)境，“桃花泥巖”代表基準旋回面短暫下降，由弱還原環(huán)境演變?yōu)檠趸h(huán)境，紫紅色、棕紅色地層可作為地層對比的穩(wěn)定層序界面（圖3－g）。宜6井2007 m處“桃花泥巖”具GR尖刀狀高值的測井相特征（圖4）。

圖7 鄂爾多斯盆地中南部上古生界地層及層序發(fā)育特征Fig.7 Characteristics of the Upper Paleozoic and sequence development in central-southern，Ordos Basin

2.2 體系域界面

體系域是根據(jù)界面類型及在層序內(nèi)的位置、準層序及準層序疊置模式的綜合體 （紀友亮和周勇，2020）。界面類型是劃分體系域的主要識別標志，是全球海平面變化曲線中特定段落沉積時期的沉積體，海侵面與最大海泛面為體系域主要界面。

2.2.1 海侵面

海侵面為由海侵作用形成、發(fā)育于下切谷充填沉積砂體之上的第 1個海泛面 （邵龍義等，2014），主要為煤巖、泥巖、粉砂巖等細粒沉積物，是低位體系域與海侵體系域的分界面 （張巍等，2010），不發(fā)育低位體系域的位置，海侵面與層序界面大體重合 （侯中帥等，2018b）。

韓城薛峰川剖面山西組山1段粉細砂巖發(fā)育反方向水流層系斜交的羽狀交錯層理，為典型潮間帶砂坪沉積特征，羽狀交錯層理砂坪頂為海侵面（圖8－a（Ⅱ）），上覆灰黑色碳質(zhì)泥巖（圖8－a（Ⅰ））；加里東運動不整合面之上的本溪組畔溝段海侵期強物源型底礫巖，具成分單一、向上變細、磨圓好的含礫中粗石英砂巖，礫石具疊瓦狀定向構(gòu)造，為海侵初期近岸相潮成砂巖典型特征，近岸相砂巖頂與遠岸相潟湖相灰黑色泥頁巖界線清晰、巖性迥異，為初次海侵面（圖3－c；圖9－a）；石千峰組頂部紫紅色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖夾灰色灰質(zhì)泥巖夾層，為一個薄的海侵單元，上覆厚層進積棕褐色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖（圖9－b）；保德橋頭剖面本溪組潟湖相碳質(zhì)泥巖為海侵期沉積，上覆海退期晉祠砂巖具明顯下切沖蝕（圖9－c），為Embry的海進—海退旋回，即T—R旋回。

圖8 盆地中南部上古生界體系域界面及巖性特征Fig.8 Interface and lithologic characteristics of the Upper Paleozoic in central-southern Ordos Basin

2.2.2 最大海泛面

最大海泛面是層序中最大海侵時形成的界面，可容空間增加速率與物源供給速率大致相同，海平面深度達到最大值，代表海侵范圍最大時的界面，反映水體最深時巖石單元 （Aitken and Flint，1995；Bohacs and Suter，1997）。最大海泛面下為海侵體系域，上為高位體系域，高位體系域前積層下超于最大海泛面之上。

海侵沉積在巖性上多為層序中的煤層和灰?guī)r。澄城三眼橋剖面太原組發(fā)育相當于毛兒溝灰?guī)r，見苔蘚蟲等生物碎屑，為最大海侵面典型特征（圖3－h(huán)；圖8－b）；盆地東北緣保德橋頭至扒樓溝一帶太原組灰黑色泥頁巖中夾保德灰?guī)r（圖9－d，9－e），柳林成家莊剖面太原組中上部灰?guī)r與潮坪相泥巖界面（圖9－f）為最大海侵面；興縣關(guān)家崖剖面太原組中上部由下向上依次發(fā)育灰黑色泥頁巖、煤層、淺灰色泥巖，泥頁巖、煤層為最大海侵的沉積產(chǎn)物（圖3－i）；宜6井太原組2218～2223 m具低GR值、低SP值、高AC值、高RT值，發(fā)育厚度約為5 m 的煤層，為最大海泛面（圖4）。

圖9 鄂爾多斯盆地中南部上古生界體系域界面特征Fig.9 Interface characteristics of the Upper Paleozoic system tract in central-southern Ordos Basin

3 層序及體系域劃分

3.1 層序劃分

不同學者對于同一層位層序劃分的級別和周期認識觀點不同，李文厚等 （2003）將鄂爾多斯盆地上古生界劃分為3個二級層序和15個三級層序，山西組劃分為2個三級層序；沈玉林 （2009）將山西組劃分為5個三級層序；翟愛軍等 （1999）劃分為3個中期旋回和11個短期旋回，其中山西組為1個中期地層旋回，認為中期地層旋回對應(yīng)三級層序；梁積偉和李文厚 （2006）將山西組劃分為1個中期基準面旋回、5個短期基準面旋回，認為中期基準面旋回大體對應(yīng)三級層序，短期基準面旋回大體對應(yīng)四級層序；鄭榮才等 （2002）將山西組劃分為1個超長期基準面旋回、2個長期基準面旋回、6個中期基準面旋回，認為超長期基準面旋回對應(yīng)三級層序或準二級層序，長期基準面旋回對應(yīng)三級層序，中期基準面旋回對應(yīng)四級層序。不同專家對同一地層層序劃分方案不盡一致。筆者總結(jié)了不同學者的劃分方法，結(jié)合鄂爾多斯盆地中南部野外露頭和測井數(shù)據(jù)對地層進行了層序劃分。

三級層序界面是由于盆地構(gòu)造運動、氣候變化和物源供給等基準面旋回下降產(chǎn)生的不整合面、陸上暴露面及與之對應(yīng)的界面。鄂爾多斯盆地上古生界發(fā)育海相—海陸過渡相—陸相沉積，根據(jù)層序界面特征和旋回樣式可劃分為2個二級層序，以太原組底部海侵方向轉(zhuǎn)換面為二級層序界面，下部上石炭統(tǒng)本溪組為第1個二級層序 （MSQ1）（邵龍義等，2014），界面上部二疊系為第2個二級層序（MSQ2），MSQ2可分為5個三級層序（圖4；圖7）。

二級層序MSQ1內(nèi)含有1個三級層序SQ1，底界面為加里東運動不整合面之下的鐵鋁質(zhì)風化殼，頂界面為晉祠段上部相當于8＃、9＃煤頂，時代為石炭紀賓夕法尼亞世巴什基爾階至卡西莫夫階。二級層序MSQ2內(nèi)含有5個三級層序 （SQ2～SQ6），其中SQ2底界面為相當于8＃、9＃煤層海侵方向轉(zhuǎn)換面，頂界面為區(qū)域性海退北岔溝砂巖底，時代為二疊紀烏拉爾世早期阿瑟爾階—薩克馬爾階；SQ3底界面為北岔溝砂巖底，頂界面為區(qū)域性下切駱駝脖子砂巖底，時代為烏拉爾世晚期亞丁斯克階—空谷階；SQ4底界面為駱駝脖子砂巖底面，頂為陸上暴露面 “桃花泥巖”，時代為瓜德魯普世早期羅德階—沃德階；SQ5底界面為 “桃花泥巖”，頂界面為石千峰組底部K8砂巖，時代為瓜德魯普世晚期卡皮墩階；SQ6底界面巖層為K8砂巖底，頂界面為石千峰組頂部泥灰?guī)r頂，時代為樂平世吳家坪階—長興期（圖4；圖7）。

3.2 體系域劃分

體系域是一系列同時期沉積體系組合體，具有內(nèi)在成因聯(lián)系的相三維空間。根據(jù)沉積類型、構(gòu)造樣式、發(fā)育特征和基準面特征，將體系域劃分為低位體系域 （LST）、海侵體系域 （TST）和高位體系域 （HST）（紀友亮和周勇，2020）。

3.2.1 低位體系域

低位體系域為相對海平面下降幅度較大，碎屑物質(zhì)下切下伏早期高位體系域沉積物，底界為Ⅰ型層序不整合面或與之對應(yīng)的整合面，頂界面為初始洪泛面（圖3－e，3－f）。鄂爾多斯盆地上古生界山西組底部區(qū)域性海退北岔溝砂巖、石盒子組底部駱駝脖子砂巖及石千峰組底部下切厚砂體均為低位體系域沉積（圖9－c，9－d，9－e，9－f）。本溪組、太原組不發(fā)育低位體系域，只發(fā)育水進體系域與高位體系域（圖4；圖7）。

3.2.2 海侵體系域

海侵體系域形成于初始海泛面與最大洪泛面之間，下界為海侵面，上界為下超面或最大海泛面，上覆地層在最大海泛面之上且厚度薄的緩慢沉積層段，基準旋回面加速上升，沉積物供給速率低于可容納空間增大速率，沉積物粒度逐漸變小。韓城薛峰川剖面本溪組畔溝段底部為近岸相海侵體系域（圖3－c；圖7；圖9－a），遠岸相為弱碎屑作用、靜水環(huán)境的煤層（圖3－i；圖8－b）或灰?guī)r（圖3－h(huán)；圖9－d，9－e）。

3.2.3 高位體系域

高位體系域形成于海平面上升晚期、海平面靜止期和海平面下降早期，沉積物供給速率增大，垂向上進積疊加、向上變粗、變淺和變厚的沉積序列。下界為下超面或最大海泛面，上界面為下一個層序邊界，多被上覆層序邊界削截（圖3－d，3－e；圖9－c，9－d，9－e，9－f），保存部分為厚度薄、粒度細的地層（圖8－b；圖9－a，9－c，9－d，9－e，9－f）。

3.3 剖面特征

據(jù)盆地內(nèi)近東西向剖面隴探1井—鎮(zhèn)探1井—寧探1井—寧古3井—建1井—宜6井剖面（圖1AA’），本溪組—下石盒子組由海相、海陸過渡相漸變?yōu)殛懴喑练e。本溪組在東部地區(qū)以泥巖沉積為主，部分地區(qū)可見煤層；太原組為海相沉積，受控于海侵—海退過程，以泥巖沉積為主，在海侵中后期和海退作用早期發(fā)育規(guī)模較大、較為穩(wěn)定的煤層；山西組為海陸過渡相沉積為主，低位體系域沉積灰色泥巖和細砂巖，水進體系域早期中東部地區(qū)發(fā)育較為穩(wěn)定的煤層，水進體系域中后期主要為泥巖沉積，高位體系域整體為泥巖、砂巖互層且砂巖延伸較遠；下石盒子組盒8段底部陸相粗粒砂巖沉積厚度大、延伸遠、分布穩(wěn)定，晚期高位體系域以泥巖沉積為主，粉細砂巖分布范圍小、厚度薄、粒度細（圖10－a）。

據(jù)近南北向剖面淳探1井—耀參1井—旬宜1井—黃深1井—延698井—蓮1井—陜15井剖面（圖1－BB’），太原組—下石盒子組由海相沉積轉(zhuǎn)變?yōu)殛懴喑练e，太原組為海相泥巖和細砂巖，砂巖呈透鏡狀展布連續(xù)性較差，在太原組海侵體系域晚期、高位體系域早中期可見厚度較大的煤層；山西組為海陸過渡相泥巖與粉、細砂巖交互沉積，低位體系域砂巖厚度大、延伸遠，后期可見延伸較遠的薄煤層，海侵體系域砂體薄、透鏡狀、粒度細，高位體系域砂體發(fā)育規(guī)模小、連續(xù)性差、透鏡狀；下石盒子期盒8段為陸相沉積，早期受構(gòu)造作用影響底部發(fā)育中粗砂巖，厚度大、延伸遠、粒度粗，可作為與下伏地層的分層標志，后期為海侵體系域砂體透鏡狀分布、連續(xù)性差（圖10－b）。

圖10 鄂爾多斯盆地中南部上古生界層序與沉積相剖面Fig.10 Sequence and sedimentary facies profile of the Upper Paleozoic in central-southern Ordos Basin

4 巖相古地理特征

以鉆井和周緣野外露頭為基礎(chǔ)，以沉積特征為依據(jù)，以測井相為手段，以三級層序為作圖單元，對鄂爾多斯盆地中南部上古生界地層進行層序及體系域劃分，編制各層序巖相古理圖（圖11），恢復沉積古環(huán)境及巖相古地理。

4.1 石炭紀賓夕法尼亞世層序SQ1（本溪組）巖相古地理

SQ1底界面為奧陶系鐵鋁質(zhì)風化殼，頂界面為本溪組晉祠段頂，對應(yīng)時代巴什基爾階至梅舌爾階，對應(yīng)地層為石炭系本溪組。本溪組沉積早期為海平面上升的海侵體系域，下部為障壁沙壩相、上部為泥炭坪相，晚期海退使沉積物粒度變粗，下部泥坪相、上部障壁沙壩相，海侵方向由南西逐漸演變?yōu)楸蔽鞣较颉：钤茤|等 （2018）認為鄂爾多斯盆地東南緣存在物源，南側(cè)屬于三角洲沉積砂體，鄂爾多斯盆地中南部薛峰川剖面本溪組發(fā)育丘狀交錯層理和定向排列的含礫石英砂巖、礫巖（圖9－j，9－k），認為盆地南部發(fā)育海相障壁島。本溪期受祁連海和華北海海侵作用影響，祁連海東侵至山城—小南溝一帶，華北海西侵至吳起—黃陵—澄城—河津一帶，大寧—吉縣、安塞—延安—宜川—河津、志丹—高橋發(fā)育與海岸平行的障壁沙壩，沙壩橫剖面具有不對稱性，較陡的一側(cè)為水動力條件較強的淺海相，較緩的一側(cè)為水動力條件較弱的潟湖相，在沙壩阻隔作用下幾乎無水動力作用影響的區(qū)域發(fā)育富含有機質(zhì)的泥炭坪沉積（圖11－a），沉積物顆粒細，且無明顯的層理。

4.2 二疊紀烏拉爾世早期層序SQ2（太原組）巖相古地理

SQ2底界面為本溪組晉祠段頂，頂界面為山西組北岔溝砂巖底，對應(yīng)時代為阿瑟爾階至薩克馬爾階，對應(yīng)地層為二疊系太原組。早期受南東方向海侵作用影響發(fā)育海侵體系域泥炭坪相泥巖和煤巖，中期海侵作用減弱、海退作用加強，下部為泥坪相泥巖，上部為障壁海岸沉積相砂巖，晚期為海侵體系域泥炭坪相泥巖和煤層。太原期祁連海和華北海由于海侵持續(xù)增強而相互連通，平?jīng)觥净纬恰咏蛞痪€以北為均海侵區(qū)域，姬塬—華池—寧縣一線以東受華北海影響障壁沙壩呈近北西—南東向，以西受祁連洋影響障壁沙壩為近北東—南西走向（圖11－b）。

4.3 二疊紀烏拉爾世晚期層序SQ3（山西組）巖相古地理

SQ3底界面為山西組北岔溝砂巖底，頂界面為下石盒子組駱駝脖子砂巖底，對應(yīng)時代為亞丁斯克階至空谷階，對應(yīng)地層為二疊系山西組。山西組為曲流河三角洲沉積體系，早期受海退作用影響發(fā)育低位體系域三角洲分流河道，成分主要為巖屑砂巖、巖屑石英砂巖，單一砂層發(fā)育正粒序，底部見明顯的沖刷面；中期為海侵體系域三角洲分流間灣，主要為細砂巖、泥巖等多期疊置細粒物質(zhì)；晚期為海侵作用減弱的高位體系域，由于可容納空間增大，發(fā)育淺湖相粉砂質(zhì)泥巖和劣質(zhì)煤層，為弱還原—還原性沉積環(huán)境。山西期海侵地層主要發(fā)育在合陽、韓城、河津一線一帶，野外剖面見魚骨狀雙向交錯層理（圖8－a（Ⅱ）），為海相潮坪沉積。由于構(gòu)造隆升，在盆地南部平?jīng)觥h(huán)縣、寧縣—華池、淳化—銅川、澄城—宜9井、河津—大寧一帶發(fā)育近南北向匯入盆地的曲流河三角洲分流河道，砂體多期疊置、規(guī)模較大（圖11－c）。

4.4 二疊紀瓜德魯普世早期層序SQ4（下石盒子組）巖相古地理

SQ4底界面為下石盒子組駱駝脖子砂巖底，頂界面為桃花泥巖頂，對應(yīng)時代為羅德階至沃德階，對應(yīng)地層為二疊系下石盒子組。下石盒子組發(fā)育辮狀河三角洲沉積體系，早期為低位體系域，構(gòu)造隆升使古地貌坡降增大，可容納空間逐漸增大，河道砂壩下蝕作用增強，見下切沖刷面；中期為海侵體系域分流間灣泥巖沉積；晚期為海平面逐漸降低的高位體系域，粉砂質(zhì)泥巖出露地表被氧化成為棕紅色陸上暴露面（圖3－g）。下石盒子期由于構(gòu)造隆升，盆地南緣隴縣、平?jīng)觥⒋净?、澄城、河津、宜川一帶普遍發(fā)育向盆地進積的辮狀河三角洲，河道彎曲度小，河流流速較快，砂體粒度較大、分選性與磨圓性均較差，反映了近源堆積的特征，北部姬塬、吳起、安塞、子洲一帶河道彎曲度大，水流流速較慢，砂體粒度較小、分選性與磨圓性較好，反映河道延伸較遠的沉積特征，環(huán)縣、華池、富縣、延安、延長一線為南北物源匯源區(qū)，以淺湖為優(yōu)勢相（圖11－d）。

圖11 鄂爾多斯盆地中南部上古生界巖相古地理演化特征Fig.11 Characteristics of lithofacies palaeogeography evolution of the Upper Paleozoic in central-southern Ordos Basin

4.5 二疊紀瓜德魯普世晚期層序SQ5（上石盒子組）巖相古地理

SQ5底界面為下石盒子組桃花泥巖頂，頂界面為石千峰組K8砂巖底，對應(yīng)時代為卡皮墩階，對應(yīng)地層為二疊系上石盒子組。上石盒子組沉積早期為低位體系域三角洲分流河道中、粗砂巖，中期為水進體系域三角洲分流間灣粉砂巖、砂質(zhì)泥巖，晚期為高位體系域三角洲分流間灣細粒粉砂巖、泥巖。盆地西南緣麟游紫石崖一帶見含礫石英砂巖，礫石成層分布，最大扁平面指向古水流方向的上游，為海相潮坪沉積典型特征（圖9－i），鎮(zhèn)原—慶陽、銅川—黃陵一帶發(fā)育近源三角洲，西北部姬塬一帶發(fā)育三角洲前緣，北部安塞、延川—大寧一帶為三角洲前緣沉積，淺湖相分布廣，河津—宜川—富縣—志丹—吳起一線為南北物源混源區(qū)（圖11－e）。

4.6 二疊紀樂平世層序SQ6（石千峰組）巖相古地理

SQ6底部為石千峰組K8砂巖底，頂部為三疊系之底，對應(yīng)時代為吳家坪階至長興階，對應(yīng)地層為二疊系石千峰組。石千峰組沉積早期低位體系域三角洲分流河道下切下伏地層形成下切沖刷面，中期海侵體系域與高位體系域分流間灣泥巖沉積，上部為分流河道中、細砂巖，晚期高位體系域可容納空間較大，為粉砂巖、泥巖等細粒沉積，偶見灰綠、灰黑色海侵夾層（圖9－b）。

程政武等 （1983）等在麟游剖面、岐山剖面石千峰組上段發(fā)現(xiàn)Lingula化石的海相夾層；譚聰?shù)?（2019）在石川河剖面2套泥巖層中發(fā)現(xiàn)腕足類和葉肢介化石。筆者認為鄂爾多斯盆地中南部石千峰期延續(xù)了上石盒子期沉積格局，西南緣麟游紫石崖剖面見海相化石及灰?guī)r夾層（圖9－g），東南部韓城薛峰川剖面見海侵灰?guī)r夾層（圖9－b），砂巖見雙向交錯層理（圖9－h(huán)），為海相潮坪沉積，鎮(zhèn)原—慶陽—環(huán)縣、黃陵—富縣—宜川一帶發(fā)育近源三角洲沉積，北部吳起、靖邊、延川—大寧一帶發(fā)育延伸較遠的淺水型三角洲，混源區(qū)較上石盒子沉積期明顯北移，大致在吉縣—延安—志丹—吳起一線（圖11－f）。

4.7 巖相古地理演化規(guī)律

鄂爾多斯盆地中南部上古生界為海相向陸相轉(zhuǎn)換，華北地臺本溪期整體發(fā)生沉降，華北海與祁連海分別從北東和北西方向向盆地海侵，以中央古隆起相隔，沉積區(qū)域多為障壁沙壩沉積，隨著地臺沉降作用增強，中央古隆起兩側(cè)海域逐漸連通，沉積區(qū)多為泥炭坪沉積，本溪期后期地臺發(fā)生抬升，區(qū)域內(nèi)沉積物顆粒增大；太原期受北部興蒙海槽的俯沖作用，形成北升南降的構(gòu)造格局，中南部沉降區(qū)受海侵作用影響，中央古隆起完全沒入水下，華北海與祁連海連通形成華北陸表海盆地，為泥炭坪相沉積，后期海水向南東方向退去，泥巖變?。簧轿髌谂璧乇辈刻?，三角洲開始向盆地內(nèi)遷移，東南部受海侵影響具有海相沉積夾層；下石盒子期盆地北部構(gòu)造作用加強，河流物源充足，三角洲進一步向盆地推進，南部物源較少，形成規(guī)模較小的三角洲前緣；上石盒子期南緣構(gòu)造運動加強、物源增加，三角洲相帶加寬，北部三角洲規(guī)模減小，湖盆向北發(fā)生遷移；石千峰期盆地受秦嶺海槽的俯沖作用，盆地整體抬升，北部三角洲規(guī)模增大、延伸較遠，南部發(fā)育邊緣相沉積，局部見海侵夾層。

5 結(jié)論

作者對鄂爾多斯盆地中南部上古生界層序與巖相古地理沉積深化的研究，得出以下幾點認識：

1）認為區(qū)域性不整合面以及由構(gòu)造應(yīng)力場轉(zhuǎn)化造成的海侵方向轉(zhuǎn)換面或沉積體系轉(zhuǎn)換面為二級層序界面，區(qū)域性海退面、下切沖刷面及陸上暴露面為三級層序界面。

2）提出海侵面是低位體系域與海侵體系域的分界，不發(fā)育低位體系域地層海侵面與層序界面重合，認為最大海侵面是海侵體系域與高位體系域分界面。

3）劃分出MSQ1、MSQ2等2個二級層序，其中MSQ1發(fā)育SQ1本溪組1個三級層序，MSQ2可劃分為5個三級層序。

4）認為鄂爾多斯盆地中南部低位體系域為海退下切砂巖、區(qū)域性下切面厚層低位砂體，在SQ3－SQ6較為發(fā)育，SQ1－SQ2不發(fā)育低位體系域，只發(fā)育水進體系域與高位體系域；海侵體系域為具疊瓦狀定向構(gòu)造含礫中粗砂巖近岸相和具弱碎屑作用、靜水環(huán)境的煤層、灰?guī)r發(fā)育的遠岸相；高位體系域厚度較薄、粒度很細、上覆層序邊界被削截。

5）剖析了鄂爾多斯盆地中南部SQ1障壁海岸沉積體系，SQ2障壁海岸潮坪沉積，SQ3曲流河三角洲沉積體系，SQ4低位體系域下切沖蝕河道沉積體系，SQ5低位體系域或水進體系域三角洲前緣沉積體系，SQ6低位體系域下切明顯、較為發(fā)育的三角洲前緣水下分流河道沉積體系。