鄂爾多斯盆地西緣奧陶系拉什仲組復(fù)合水道沉積特征及演化*

談夢婷 李 華 何幼斌 葛穩(wěn)穩(wěn) 孫玉璽 馮 斌 于 星

長江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，湖北武漢 430100

深水重力流水道為陸架到深海區(qū) “源－匯”系統(tǒng)的重要組成部分，是陸源碎屑沉積物搬運(yùn)的重要通道和砂體重要沉積場所，且具有良好的深水油氣勘探潛力，是沉積學(xué)和油氣勘探研究熱點(diǎn)之一（Bouma，2001；Antobreh and Krastel，2005；Harris and Whiteway，2011；McHargueet al.，2011；李 磊等，2012；李全等，2019；陳亮等，2020；李華和何幼斌，2020；陳華等，2021；孫輝等，2021；田榮恒等，2021）。復(fù)合水道是指由多個單一水道側(cè)向遷移和垂向疊合、相互切割形成的水道 （蔡露露等，2016；李華和何幼斌，2020；趙曉明等，2022），是深水水道的重要類型之一。其彎曲度一般較低，形態(tài)多為透鏡狀、“U”、“V”形或復(fù)合形，邊界常發(fā)育大型侵蝕面，巖性以砂巖為主，底部見少量礫巖，發(fā)育槽模、平行層理、粒序?qū)永怼⒔诲e層理等沉積構(gòu)造，垂向上呈下粗上細(xì)沉積序列，主要為碎屑流及濁 流 沉 積 而 成 （Mayallet al.，2006；肖 彬 等，2014；李華等，2018；李華和何幼斌，2020）。前人通過地震資料、野外露頭、鉆井資料及室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)，對復(fù)合水道的外形、沉積單元及充填結(jié)構(gòu)、成因機(jī)制及沉積模式等進(jìn)行了研究并取得了一系列研究成 果 （Kneller，2003；Mayallet al.，2006；Alpaket al.，2013；Fildaniet al.，2013；肖彬等，2014；張文彪等，2017；李華和何幼斌，2020；趙曉明等，2018，2022；段瑞凱等，2019；Ashiruet al.，2020；Fonnesuet al.，2020；李 向 東 和 陳 海 燕，2020a，2020b；張旭等，2021；李華等，2022；李向東等，2022；王光緒，2022），但由于深水沉積體系復(fù)雜性，目前對復(fù)合水道形成機(jī)理的認(rèn)識較為薄弱。

鄂爾多斯盆地西緣桌子山地區(qū)奧陶系發(fā)育深水重力流復(fù)合水道沉積。本研究通過野外實(shí)測、薄片和粒度分析等，對研究區(qū)復(fù)合水道的沉積特征、演化規(guī)律、形成機(jī)理進(jìn)行研究，最終建立其沉積模式。該研究可提升對復(fù)合水道沉積的認(rèn)識，也可為研究區(qū)及類似地區(qū)重力流沉積相關(guān)油氣勘探提供借鑒。

1 區(qū)域地質(zhì)概況與剖面特征

鄂爾多斯盆地位于中國中部華北板塊，橫跨陜、甘、寧、晉、蒙5個省區(qū)，盆地面積約37萬km2。盆地西緣奧陶系沉積主要受賀蘭拗拉槽的再生裂開及晚期的閉合隆起所控制。研究區(qū)北山剖面位于內(nèi)蒙 古 烏 海 市 海 南 區(qū) 桌 子 山 地 區(qū) （39°38′10.16″N，106°59′10.83″E），南距石嘴山市66 km，緊鄰G109連接線（李華等，2022）。其大地構(gòu)造位置為賀蘭構(gòu)造帶與秦嶺、北祁連海槽構(gòu)成的三叉裂谷系（晉慧娟等，2005；肖彬等，2014；李華和何幼斌，2020；王鵬偉等，2020；Liet al.，2021；李向東等，2022），沉積環(huán)境主要為深水斜坡—盆地 （郭彥如等，2012，2014；吳興寧等，2015；吳東旭等，2018；李向東和陳海燕，2020a，2020b）（圖1－a）。

圖1 鄂爾多斯盆地西緣位置及地層發(fā)育 （據(jù)吳東旭等，2018；李向東和陳海燕，2020a，2020b；有修改）Fig.1 Location and stratigraphy of western margin of Ordos Basin（modified from Wu et al.，2018；Li and Chen，2020）

鄂爾多斯盆地西緣上奧陶統(tǒng)地層部分缺失，下統(tǒng)及中統(tǒng)地層保存較好（圖1－b）。研究區(qū)北山剖面走向?yàn)镹120°，自下而上發(fā)育上奧陶統(tǒng)烏拉力克組、拉什仲組、公烏素組及蛇山組。其中，拉什仲組地層出露總體厚度為159 m，據(jù)巖性類型及組合特征自下而上可分為3段：第1段為灰綠色透鏡狀砂巖、粉砂巖及頁巖互層；第2段為灰黑色頁巖夾灰綠色薄—中層細(xì)砂、粉砂巖；第3段為灰綠色透鏡狀及層狀砂巖、粉砂巖及頁巖不等厚互層。本次研究對象為上奧陶統(tǒng)拉什仲組第1段中下部的復(fù)合水道，其下部植被覆蓋較多，中部及上部出露良好，地層出露總厚度為7.41 m。巖性主要為褐灰色礫屑灰?guī)r、灰綠色細(xì)砂、粉砂巖與灰黑色泥頁巖，沉積構(gòu)造發(fā)育，常見粒序?qū)永?、平行層理、交錯層理，底部常見槽模、侵蝕面 （圖2）”。整體為一套砂泥不等厚互層的的重力流沉積。 （李華等，2022）（圖2）。

圖2 鄂爾多斯盆地西緣奧陶系拉什仲組復(fù)合水道沉積綜合柱狀圖 （Sr／Ba值及相對海平面升降據(jù)肖彬等，2013；修改）Fig.2 Synthesis column of complex channel in the Ordovician Lashizhong Formation in western margin of Ordos Basin（Data of Sr／Ba and relative sea level fluctuation is modified from Xiao et al.，2013）

2 分析測試

本次對復(fù)合水道露頭進(jìn)行了詳細(xì)測量、記錄，并系統(tǒng)取樣進(jìn)行分析測試。

1）薄片分析。本次研究共采樣21個，制成巖石鑄體薄片21塊。采樣位置為厚層水道的底、中、頂部，中—薄層水道的中部和發(fā)育天然堤水道的兩側(cè)。通過Leica DM4P正置偏光顯微鏡進(jìn)行觀察，對巖石的顆粒成分、結(jié)構(gòu)、膠結(jié)類型等進(jìn)行分析。

2）粒度分析。使用顯微鏡和Nano Measurer軟件，對21個樣品代表區(qū)域顆粒系統(tǒng)測量，每個樣品采樣450～500個，處理和導(dǎo)出粒徑分布數(shù)據(jù)。應(yīng)用Grapher、Excell軟件進(jìn)一步繪制頻率累積曲線、概率累積曲線及C-M 圖等，并采用Folk和Ward（1957）公式計算沉積物的平均粒徑、分選系數(shù)、偏度、峰度和中值等粒度參數(shù)。

3 復(fù)合水道沉積特征

3.1 復(fù)合水道形態(tài)特征

本次對研究區(qū)北山剖面奧陶系拉什仲組水道寬度、厚度、寬厚比、單砂層數(shù)等參數(shù)進(jìn)行了統(tǒng)計（表1）。結(jié)果表明：（1）復(fù)合水道整體上呈 “U”形，厚度7.41 m（圖3－a，3－b），寬度由于兩側(cè)構(gòu)造變形及植被覆蓋原因不能準(zhǔn)確測量，底部可見明顯侵蝕面（圖3－c）；（2）復(fù)合水道內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，共發(fā)育13條透鏡狀或不規(guī)則 “U”形單一水道（圖3－c至3－g），其相互遷移、相互疊置，但主要在水道內(nèi)部，遷移幅度較小，水道外部以層狀的粉砂巖及泥巖為主，堤岸沉積較少（圖3－e）；（3）單一水道寬度變化較大，最大22.0 m，最小2.4 m，平均寬度10.59 m；厚度最大1.12 m，最小僅0.17 m，多為0.4～0.8 m；寬厚比變化較大，分布在7.317～70.97之間；（4）單一水道內(nèi)部通常有1～4層砂體發(fā)育。

圖3 鄂爾多斯盆地西緣奧陶系拉什仲組復(fù)合水道沉積特征Fig.3 Characteristics of complex channel in the Ordovician Lashizhong Formation in western margin of Ordos Basin

表1 鄂爾多斯盆地西緣奧陶系拉什仲組復(fù)合水道內(nèi)部單一水道形態(tài)參數(shù)Table 1 Morphological parameters of single channel in complex channel in the Ordovician Lashizhong Formation in western margin of Ordos Basin

3.2 巖相與巖相組合特征

研究區(qū)復(fù)合水道沉積底部見少量生物碎屑灰?guī)r，向上主要為灰綠色細(xì)砂巖、粉砂巖和灰黑色泥頁巖的互層沉積（圖2），總體呈現(xiàn)為向上變細(xì)的沉積旋回?；诒∑?、巖性和沉積構(gòu)造特征分析，認(rèn)為研究區(qū)發(fā)育5種巖相，主要特征（表2）如下：

表2 鄂爾多斯盆地西緣奧陶系拉什仲組復(fù)合水道巖相特征Table 2 Lithofacies characteristics of complex channel in the Ordovician Lashizhong Formation in western margin of Ordos Basin

1）塊狀層理礫屑灰?guī)r相 （Cm）：為褐灰色礫屑灰?guī)r，主要發(fā)育在C1水道，底部與灰黑色泥巖呈突變接觸，見明顯侵蝕面。層內(nèi)無明顯組構(gòu)，基質(zhì)支撐為主，見次棱角狀礫屑 （3～8 cm），及少量生屑，如腕足類、介殼、三葉蟲、腹足類等（圖4－a，4－c），整體為塊狀層理。

2）粒序?qū)永砑?xì)－粉砂巖相 （Sg）：為灰色、灰綠色細(xì)砂巖，向兩側(cè)逐漸過渡為粉砂巖，發(fā)育較廣泛，主要集中在水道中、下層位，以粒序?qū)永碜顬槌Ｒ?，向上逐漸過渡為平行層理砂巖 （Sp），底部常見槽模、侵蝕面。顆粒含量70%～75%（圖4－d），以石英為主，見長石、巖屑及極少生屑，以基底膠結(jié)和接觸膠結(jié)為主，磨圓程度為棱角—次棱角狀，分選較好—中等。

3）平行層理砂巖相 （Sp）：為灰色、淺灰色細(xì)砂、粉砂巖，在實(shí)測露頭C6中部出露明顯。顆粒含量75%～78%，以石英為主，分選中等，棱角—次棱角狀，見泥屑、泥質(zhì)條帶及破碎生屑（圖4－e）。該巖相多與粒序?qū)永砑?xì)—粉砂巖相 （Sg）、交錯層理粉砂巖相 （Sc）共生。

圖4 鄂爾多斯盆地西緣奧陶系拉什仲組復(fù)合水道巖相特征Fig.4 Lithofacies characteristics of complex channel in the Ordovician Lashizhong Formation in western margin of Ordos Basin

4）交錯層理粉砂巖相 （Sc）：為灰色、灰綠色粉砂巖，紋層傾斜與層面相交，部分紋層呈波紋狀為波狀交錯層理。與其他巖相相比，出現(xiàn)頻率較低、厚度較小，主要發(fā)育在剖面中上部，在水道C5、C11可見。顆粒含量70%～78%，石英為主，基底膠結(jié)，分選中等—較好，次棱角狀—次圓狀，見少量巖屑、破碎生屑與泥質(zhì)。

5）水平層理 （泥）頁巖相 （Sh）：為深灰色、灰黑色泥、頁巖，分布廣泛，多與砂巖互層伴生出現(xiàn)，頁巖發(fā)育水平層理，含豐富的筆石類化石，也可見腕足類、腹足類及海百合等。生物擾動較為發(fā)育，見覓食跡和進(jìn)食跡遺跡為主的Nereites深水遺跡 （費(fèi)安瑋，2001）。

通過對研究區(qū)復(fù)合水道巖相組合類型進(jìn)行了分析和研究，識別出3種巖相組合（圖5）。

圖5 鄂爾多斯盆地西緣奧陶系拉什仲組復(fù)合水道巖相 及其組合Fig.5 Lithofacies and lithofacies association of complex channel in the Ordovician Lashizhong Formation in western margin of Ordos Basin

巖相組合A：僅由單一塊狀層理礫屑灰?guī)r相（Cm）組成，內(nèi)部也可能存在薄層的泥巖，底部見侵蝕面。通常塊狀層理指示快速沉積的過程。該巖相組合僅發(fā)育在復(fù)合水道底部。

巖相組合B：自下而上由粒序?qū)永砑?xì)—粉砂巖相 （Sg）和平行層理砂巖相 （Sp）2種巖相組成，砂巖與下伏泥頁巖呈突變接觸，底部發(fā)育槽模、侵蝕面等，形成不完整鮑馬序列Tab。

巖相組合C：自下而上由粒序?qū)永砑?xì)—粉砂巖相 （Sg）、平行層理砂巖相 （Sp）、交錯層理粉砂巖相 （Sc）3種巖相組成，底面見槽模、侵蝕面，形成不完整鮑馬序列Tabc。

3.3 粒度特征

3.3.1 粒度參數(shù)特征

通過對采集的21個巖樣進(jìn)行粒度測試及參數(shù)統(tǒng)計分析（表3）可知，復(fù)合水道的平均粒徑為－1.138～4.983Φ，平均值為3.662Φ，主要為細(xì)砂、粉砂和極少量礫石；標(biāo)準(zhǔn)偏差值大多數(shù)為0.600～1.000，平均值為0.885，整體分選性中等；偏度值為－0.172～0.232，平均值為0.003；峰度值為0.775～2.655，平均值為1.072，峰態(tài)多為正態(tài)窄峰，表明沉積物粒徑分布中等。

表3 鄂爾多斯盆地西緣奧陶系拉什仲組復(fù)合水道粒度參數(shù)特征Table 3 Characteristics of particle size parameters of complex channel in the Ordovician Lashizhong Formation in western margin of Ordos Basin

3.3.2 頻率分布曲線和概率累積曲線

研究區(qū)復(fù)合水道樣品粒度頻率多數(shù)呈正態(tài)分布，以單峰為主，集中分布范圍為3～5Φ，表明巖性主要是細(xì)砂、粉砂。概率累積曲線反映沉積物搬運(yùn)方式與粒度之間的關(guān)系，拉什仲組復(fù)合水道砂體粒度概率累積曲線明顯落在不同的區(qū)域，并且其斜率、分截點(diǎn)和粒度分布范圍存在明顯差異，根據(jù)這些差異將粒度概率累積曲線分為3種類型：直線一段式、彎曲一段式及過渡兩段式。

1）直線一段式：由單一直線段組成，表明粒度分布為正態(tài)，曲線斜率為50°，指示分選中等。粒徑范圍為1～5Φ，以細(xì)砂、粉砂為主。本類曲線可代表水速及密度均較大，全部沉積物呈懸浮負(fù)載（圖6－a）。

2）彎曲一段式：該類曲線具一定弧度，為較好正態(tài)分布，該曲線較直線一段式斜率略小、分選較優(yōu)。粒徑分布于1～6Φ，為細(xì)砂、粉砂巖，細(xì)粒組分較多。較直線一段式而言，本類曲線代表的水速及密度有所減小，但沉積物整體仍為懸浮沉積（圖6－b）。

3）過渡兩段式：該粒度概率曲線是以跳躍和懸浮總體組成的兩段式，跳躍總體組分低，含量約30%，粒度為1.8～3.5Φ，為細(xì)砂，懸浮組分含量60%～70%，分選中等，粒度為4～6Φ，為粉砂。跳躍、懸浮總體間的分截點(diǎn)的粒度為3.7Φ。該類曲線細(xì)粒成分占比較大（圖6－c）。

3.3.3 C-M 圖

奧陶系拉什仲組復(fù)合水道C-M圖均由平行C=M基線的QR段構(gòu)成。粒度范圍為C=90～600μm，M=30～200μm，C／M 值為3，反映研究區(qū)復(fù)合水道沉積物遞變懸浮搬運(yùn)，粒度展布范圍較為集中，分選中等（圖7）。

4 成因分析

綜合上述形態(tài)、巖性、沉積構(gòu)造、古生物、粒度等特征可知：（1）研究區(qū)灰黑色泥頁巖廣泛分布及大量筆石遺跡化石，表明整體為深水沉積環(huán)境；（2）水道巖性主要為砂巖、粉砂巖，顆粒以石英為主，且分選中等—較差，磨圓棱角—次棱角狀（圖4），表明沉積物為異地搬運(yùn)，且搬運(yùn)距離短，快速沉積；（3）粒序?qū)永?、平行層理及交錯層理、波狀層理等沉積構(gòu)造發(fā)育，底部具槽模，不完整鮑馬序列組合常見（圖5），具典型濁流沉積特征；（4）粒度概率累積曲線以一段式為主（圖6），樣點(diǎn)集中分布區(qū)間大致平行于C=M 基線（圖7），以懸浮載荷搬運(yùn)為主?？傮w而言，研究區(qū)發(fā)育深水原地沉積、重力流沉積以及可能伴隨少量牽引流沉積，其中，以重力流沉積為主，且可細(xì)分為碎屑流沉積以及濁流沉積。

圖6 鄂爾多斯盆地西緣奧陶系拉什仲組復(fù)合水道頻率分布曲線與概率累積曲線Fig.6 Frequency curves and probability cumulative curves of complex channel in the Ordovician Lashizhong Formation in western margin of Ordos Basin

圖7 鄂爾多斯盆地西緣奧陶系拉什仲組復(fù)合水道C-M圖Fig.7 C－M diagram of complex channel in the Ordovician Lashizhong Formation in western margin of Ordos Basin

1）深水原地沉積：以水平層理 （泥）頁巖相（Sh）為代表，顏色主要為灰黑色；水平層理發(fā)育，含有豐富的筆石類化石；生物擾動發(fā)育，Nereites深水遺跡為主，指示水體較深、沉積水動力條件弱的環(huán)境。推測其為深水懸浮沉降作用下形成的。

2）碎屑流沉積：以塊狀層理礫屑灰?guī)r相（Cm）為代表，層內(nèi)無明顯組構(gòu)，基質(zhì)支撐為主，見大小不等、無定向排列次棱角狀礫屑；整體為塊狀或略顯正遞變層理 （漂浮的礫石自下而上粒徑總體減?。?，顯示在重力作用下以基質(zhì)和雜基支撐的塊體搬運(yùn)機(jī)制，以及以凝結(jié)方式快速堆積的沉積特點(diǎn)?？赡転樗樾剂饕哉w凍結(jié)方式發(fā)生的沉積。

3）濁流沉積，發(fā)育3種巖相：（1）粒序?qū)永砩皫r相 （Sg），發(fā)育正粒序?qū)永?，底部見槽模，指示了濁流沉積，是牛頓流變和紊流搬運(yùn)和沉積的結(jié)果。其概率累積曲線為直線一段式，為典型濁流懸浮沉降產(chǎn)物，推測為鮑馬序列a段。 （2）平行層理砂巖相 （Sp），平行層理發(fā)育；概率累積曲線為直線或彎曲一段式，整體仍為懸浮沉降，可能為鮑馬序列b段。常與Sg組合形成不完整鮑馬序列Tab即巖相組合B，推測為濁流沉積的早期階段或濁流能量減弱時懸浮沉降產(chǎn)物。 （3）交錯層理粉砂巖相 （Sc），交錯層理，波狀層理發(fā)育，可見少量破碎生屑與泥質(zhì)；概率累積曲線為彎曲一段式，表明水動力能量減弱，推測為低密度濁流懸浮沉降產(chǎn)物，發(fā)育于鮑馬序列c段，常與Sg、Sp形成不完整鮑馬序列Tabc即巖相組合C。然而，若巖相Sp、Sc主要為泥質(zhì)粉砂巖，無明顯粒度變化的粒序?qū)永?，而交錯層理和波狀層理等沉積構(gòu)造發(fā)育，推測其是由攜帶沉積物的流體在水道內(nèi)發(fā)生溢流而形成的天然堤沉積。

4）牽引流沉積：水道頂部細(xì)粒成分占比較大，概率累積曲線呈現(xiàn)以跳躍和懸浮總體2部分組成的兩段式，推測為重力流發(fā)育后期能量減弱，伴隨著部分牽引流沉積。

5 演化特征

綜合分析復(fù)合水道內(nèi)部單一水道形態(tài)、巖相組合及粒度特征，認(rèn)為研究區(qū)復(fù)合水道自下而上大致經(jīng)歷4個演化期次。主要依據(jù)如下：（1）研究區(qū)水道寬度、厚度及寬厚比等形態(tài)參數(shù)均在垂向上呈現(xiàn)4個明顯期次，表現(xiàn)為由寬厚比較小的侵蝕型水道向?qū)捄癖容^大的沉積型水道轉(zhuǎn)變（圖8）；（2）研究區(qū)復(fù)合水道從早到晚經(jīng)歷了碎屑流沉積、濁流沉積、低密度濁流沉積和牽引流沉積過程，不同巖相組合的發(fā)育與水道發(fā)育期次具有較好聯(lián)動關(guān)系（表4）；（3）研究區(qū)水道的5種粒度參數(shù)在垂向上呈現(xiàn)4個明顯期次（圖8），且概率累積曲線也有較好的對應(yīng)關(guān)系。研究區(qū)復(fù)合水道的發(fā)育演化特征具體如下。

表4 鄂爾多斯盆地西緣奧陶系拉什仲組復(fù)合水道演化特征Table 4 Evolution characteristics of complex channel in the Ordovician Lashizhong Formation in western margin of Ordos Basin

圖8 鄂爾多斯盆地西緣奧陶系拉什仲組復(fù)合水道垂向特征Fig.8 Vertical characteristics of complex channel in the Ordovician Lashizhong Formationin western margin of Ordos Basin

第1期包含單一水道C1—C4，該期水道規(guī)模較大，寬3～12.1 m，厚0.41～1.12 m，水道向下侵蝕作用明顯。C1水道發(fā)育巖相組合A，可能為整體凍結(jié)作用產(chǎn)物，C2—C4發(fā)育巖相組合B、C，概率累積曲線以直線一段式為主，為整體懸浮沉降沉積。該時期重力流流體較大，水動力能量較強(qiáng)，可能為碎屑流和密度較高的濁流沉積形成。

第2期包含單一水道C5—C7，該期水道寬度較第1期明顯增大，寬8.3～21 m，厚0.31～0.6 m，向兩側(cè)侵蝕并沉積，水道堤岸發(fā)育。發(fā)育巖相組合B、C，概率累積曲線直線一段式和彎曲一段式為主。該期水動力能量有所減弱，重力流流態(tài)可能轉(zhuǎn)變?yōu)榈兔芏葷崃鳌?/p>

第3期由單一水道C8—C11組成，該期水道寬6.2～15.9 m，厚0.2～0.48 m。發(fā)育巖相組合B、C。概率累積曲線為一段式和過渡兩段式。水道以弱側(cè)向擺動遷移和弱加積，水道粉砂巖與深水沉積泥巖互層，且泥巖厚度增大。表明此時水動力能量減弱，重力流流態(tài)仍為低密度濁流。

第4期內(nèi)部發(fā)育單一水道C12—C13，水道寬度2.4～8.2 m，厚0.17～0.23 m，巖性以粉砂為主，發(fā)育巖相組合B，概率累積曲線呈過渡兩段式特征，表明濁流能量進(jìn)一步降低，沉積物供給量減少，水道逐漸消失廢棄，上覆深水原地沉積泥巖。

總體而言，研究區(qū)復(fù)合水道在發(fā)育過程中經(jīng)歷4個演化期次，從第1期到第4期水道經(jīng)歷由下切侵蝕—側(cè)向侵蝕充填—弱側(cè)向擺動遷移和弱加積充填及填平消亡的過程，水道規(guī)模逐漸減小，反映重力流能量的由強(qiáng)到弱的變化。

6 形成機(jī)理

6.1 主控因素

由于深水沉積體系的復(fù)雜性，相對海平面變化、沉積物供給和構(gòu)造運(yùn)動等大尺度因素對復(fù)合水道形態(tài)及發(fā)育規(guī)模有所影響；同時，地形地貌、重力流流體性質(zhì)等小尺度因素對復(fù)合水道內(nèi)部發(fā)育的單一水道平面分布位置和沉積樣式也會造成差異。

1）相對海平面變化。拉什仲組巖石樣品Sr／Ba值在剖面上整體上具有向上先減小后增大的趨勢（圖2），指示相對海平面先升高再降低 （肖彬等，2013；王振濤等，2015，2016），表明拉什仲組從下至上重力流沉積規(guī)模先減小再增大，自下而上發(fā)育復(fù)合水道、遷移水道、垂向疊加水道、孤立小水道 （李華等，2018，2022）。其中，復(fù)合水道發(fā)育時期，相對海平面呈現(xiàn)高—低下降變化，促進(jìn)物源產(chǎn)生和重力流發(fā)育 （Zhanget al.，2018）。且該期處于重力流爆發(fā)早期，流體能量較強(qiáng)，侵蝕作用明顯，且物源供給充分，從而在拉什仲組第1段下部發(fā)育一套復(fù)合水道沉積。隨后海平面波動上升，重力流能量減弱，復(fù)合水道逐漸消亡（圖2）。

2）沉積物供給。拉什仲組剖面底面槽模的古水流方向主要為SW，平均方位為230°，與該時期的大陸斜坡方向基本一致，表明該時期重力流自北東向南西推進(jìn) （晉慧娟等，2005；李向東等，2019）。結(jié)合復(fù)合水道大量發(fā)育砂巖，推測物源主要為來自伊盟古陸的陸源碎屑物，而其底部少量礫屑灰?guī)r可能來自于鄂爾多斯古陸的碳酸鹽沉積物。伊盟古陸和鄂爾多斯古陸地形較平坦，侵蝕速度、物源供給量較小，重力流發(fā)育規(guī)模較小，故發(fā)育一套規(guī)模較小的復(fù)合水道沉積，與通常重力流發(fā)育巨厚的分布面積廣的大型深水水道有所區(qū)別。

3）構(gòu)造運(yùn)動。鄂爾多斯盆地西緣的沉積演化與賀蘭裂陷槽的裂陷作用和秦祁洋的開裂擴(kuò)張活動密切相關(guān)。早古生代秦祁洋擴(kuò)張時，賀蘭裂陷槽開始裂陷，至中奧陶世裂陷至最大，以中奧陶烏拉力克組出現(xiàn)筆石頁巖為水體最深的表現(xiàn)；晚奧陶世—志留紀(jì)秦祁洋俯沖消亡，賀蘭裂陷槽則處于充填封閉階段 （傳婷婷，2013；許淑梅等，2016）。拉什仲組沉積時期，鄂爾多斯盆地西緣構(gòu)造環(huán)境相對穩(wěn)定，海平面波動下降，重力流水道沉積發(fā)育，至奧陶世晚期，受賀蘭拗拉槽擴(kuò)張影響，西部沉積水體加深，重力流發(fā)育減弱，該區(qū)水道逐漸萎縮直至被上覆泥巖覆蓋消失 （晉慧娟等，2005）。

4）重力流規(guī)模及能量的變化。深水水道發(fā)育過程中，重力流規(guī)模及能量的變化會對水道的沉積規(guī)模、幾何形態(tài)變化產(chǎn)生重要影響。研究區(qū)復(fù)合水道在發(fā)育過程中經(jīng)歷4個演化期次，其規(guī)模由大至小反映重力流能量的由強(qiáng)到弱的變化。各期次復(fù)合水道的沉積演化通常經(jīng)歷早期下切侵蝕、中期充填沉積及晚期填平消亡等3個階段。早期，重力流的規(guī)模大、能量強(qiáng)時，復(fù)合水道以侵蝕作用為主，易形成限制性的水道發(fā)育環(huán)境；隨著重力流對下伏地層的侵蝕能力變?nèi)鯐r，水道發(fā)育環(huán)境的限制性由強(qiáng)變?nèi)?，主要以沉積作用為主，水道內(nèi)部碎屑物質(zhì)開始大量沉降，水道寬度明顯增大。最終隨著重力流能量衰減、物源供應(yīng)不足，水道頂部沉積深海泥質(zhì)沉積物而消亡。重力流規(guī)模及能量的變化可能是導(dǎo)致不同期次復(fù)合水道的寬度、下切深度等差異的主要因素。

6.2 沉積模式

根據(jù)鄂爾多斯盆地西緣的沉積背景，結(jié)合復(fù)合水道形態(tài)特征、演化期次和水道沉積控制因素，建立了鄂爾多斯盆地西緣拉什仲組深水復(fù)合水道沉積模式（圖9）。

圖9 鄂爾多斯盆地西緣奧陶系拉什仲組復(fù)合水道沉積模式Fig.9 Sedimentary model of comlex channel in the Ordovician Lashizhong Formation in western margin of Ordos Basin

拉什仲組沉積時期，來自伊盟古陸的陸源碎屑物及少量鄂爾多斯古陸的碳酸鹽沉積物沿坳陷區(qū)邊緣斜坡自北東向南西緩慢搬運(yùn)并發(fā)生沉積。在海平面變化、物源供應(yīng)、區(qū)域構(gòu)造活動等因素影響下，重力流性質(zhì)與能量強(qiáng)弱不斷變化，水道分布形態(tài)也不斷變化。早期濁流能量強(qiáng)，水道以侵蝕作用為主，可利用的溝道空間較大。在一次濁流事件結(jié)束時，水道未被完全充填，后續(xù)的濁流到達(dá)時的能量高于先期濁流衰減時的能量，水道底部出現(xiàn)不平衡，導(dǎo)致早期濁流部分被侵蝕和水道向外側(cè)的逐漸遷移。最終隨著重力流能量衰減、物源供應(yīng)不足，水道最終被泥巖覆蓋消亡。在經(jīng)歷多次濁流事件后，最終形成復(fù)雜的多期次性充填與演化的深水復(fù)合水道。

7 結(jié)論

綜合露頭、薄片、粒度分析，對鄂爾多斯盆地西緣桌子山地區(qū)奧陶系拉什仲組復(fù)合水道沉積特征、演化過程及沉積模式進(jìn)行了研究，主要有以下幾方面的認(rèn)識。

1）研究區(qū)復(fù)合水道整體上呈 “U”形，底部可見明顯侵蝕面，內(nèi)部共發(fā)育13條透鏡狀或不規(guī)則 “U”形單一水道，其相互遷移、相互疊置，且單一水道內(nèi)部通常有1～4層砂體發(fā)育。

2）水道發(fā)育5種巖相 （包括塊狀層理礫屑灰?guī)r相 （Cm）、粒序?qū)永砑?xì)—粉砂巖相 （Sg）、平行層理砂巖相 （Sp）、交錯層理粉砂巖相 （Sc）、水平層理 （泥）頁巖相 （Sh））和不完整鮑馬序列組合Tab、Tabc。C-M圖上粒度分析樣點(diǎn)集中分布區(qū)間大致平行于基線，概率累積曲線以一段式為主，呈現(xiàn)重力流沉積特征。

3）根據(jù)復(fù)合水道內(nèi)部單一水道形態(tài)、巖相組合及粒度等將復(fù)合水道分為4個期次，從第1期到第4期水道經(jīng)歷由下切侵蝕—側(cè)向侵蝕充填—弱側(cè)向擺動遷移和弱加積充填及填平消亡的過程，水道規(guī)模逐漸減小，反映重力流能量的由強(qiáng)到弱的變化。

4）相對海平面變化、沉積物供給和構(gòu)造運(yùn)動等大尺度因素對復(fù)合水道形態(tài)及發(fā)育規(guī)模有所影響；重力流規(guī)模及能量變化等小尺度因素影響復(fù)合水道內(nèi)部發(fā)育的單一水道平面分布位置和沉積樣式。受以上因素的影響，研究區(qū)復(fù)合水道呈現(xiàn)復(fù)雜的多期次性充填與演化過程。