鄂爾多斯盆地寒武紀(jì)沉積演化及天然氣成藏條件分析

摘要 基于多年來(lái)對(duì)鄂爾多斯盆地寒武紀(jì)的研究成果，在大量野外剖面觀察、鉆井及巖心資料分析的基礎(chǔ)上，對(duì)寒武紀(jì)地層劃分、沉積體系類(lèi)型、沉積演化特征及成藏條件進(jìn)行研究。研究表明，研究區(qū)寒武系發(fā)育濱岸潮坪、碳酸鹽臺(tái)地、臺(tái)地邊緣3類(lèi)沉積體系，鄂爾多斯盆地寒武紀(jì)為穩(wěn)定大陸邊緣陸表海沉積，由內(nèi)向外表現(xiàn)為臺(tái)內(nèi)局限潮坪—臺(tái)外開(kāi)闊臺(tái)地—臺(tái)緣鮞粒灘—臺(tái)前斜坡的構(gòu)造古地理格局，沉積演化經(jīng)歷了早寒武世濱岸潮坪、中寒武世局限-開(kāi)闊臺(tái)地、晚寒武世局限-蒸發(fā)臺(tái)地3個(gè)階段，構(gòu)成一個(gè)完整的演化旋回。研究認(rèn)為，鄂爾多斯盆地寒武紀(jì)不發(fā)育深水沉積，烴源巖整體發(fā)育較差。晚寒武世—早奧陶世的懷遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)造成中央古隆起的形成，影響了晚寒武世的沉積格局，并且控制了中上寒武統(tǒng)的白云巖化作用及巖溶儲(chǔ)層的發(fā)育。

關(guān)鍵詞 沉積體系;沉積演化;成藏條件;寒武紀(jì);鄂爾多斯盆地

中圖分類(lèi)號(hào)：P531 "DOI：10.16152/j.cnki.xdxbzr.2024-06-003

Cambrian sedimentary evolution and natural gasaccumulation conditions in Ordos Basin

CHEN Qiang1，" LI Wenhou2， LI Zhichao1， ZHANG Qian2

（1.School of Earth Science and Resources/School of Land Engineering， Chang’an University， Xi’an 710054， China;

2.Department of Geology， Northwest University， Xi’an 710069， China）

Abstract Based on the authors’ years research on Cambrian in Ordos Basin， and combined with field profile observation and drilling data analysis in recent years， the stratigraphic division， sedimentary system types， sedimentary evolution characteristics and nature gas accumulation condition of the Cambrian were studied.The research shows that there are three types of sedimentary systems in Cambrian： coastal tidal flat， carbonate platform and platform margin， and the Cambrian of Ordos Basin is composed of epicontinental deposits on a stable continental margin. The tectonic paleogeographic pattern of the carbonate platform is represented by inner restricted tidal flat， outer open platform， marginal oolitic beach and front slope from inside to outside. And the sedimentary evolution experienced a complete evolution cycle， including Early Cambrian coastal tidal flat， Middle Cambrian restricted to open platform and Late Cambrian restricted to evaporation platform. The result suggests that the deep-water deposits are not developed in the Cambrian of Ordos Basin， and the hydrocarbon source rocks are usually poorly developed.The Huaiyuan Movement during the Late Cambrian to Early Ordovician resulted in the formation of the Central Paleouplift，which affected the sedimentary pattern of the Late Cambrian and controlled the dolomitization of the Middle-Upper Cambrian and the development of weathered crust karst reservoirs.

Keywords depositional system; sedimentary evolution; accumulation condition; Cambrian; Ordos Basin

鄂爾多斯盆地是中國(guó)第二大沉積盆地，天然氣資源豐富，發(fā)育上古生界致密砂巖和下古生界碳酸鹽巖兩大含氣層系。下古生界圍繞奧陶系馬家溝組風(fēng)化殼巖溶氣藏，學(xué)者開(kāi)展了大量構(gòu)造-沉積演化等方面的研究［1-8］。近年來(lái)，隨著勘探的逐漸深入和認(rèn)識(shí)的提高，奧陶系鹽下、中組合白云巖、臺(tái)緣礁灘等地層相繼取得勘探突破，而處于深層—超深層的寒武系—中新元古界可否作為新的勘探領(lǐng)域，也開(kāi)始引起大家的關(guān)注。早期的沉積相和巖相古地理研究認(rèn)為，鄂爾多斯盆地寒武紀(jì)為穩(wěn)定的克拉通淺水陸表海沉積［1-4，9-10］，隨著四川盆地震旦系—寒武系安岳氣田古裂陷槽氣藏的發(fā)現(xiàn)［11-13］，學(xué)者研究認(rèn)為，鄂爾多斯盆地寒武系存在賀蘭、岐山、洛南等拗拉槽或裂陷槽沉積，在相應(yīng)的深水部位烴源巖發(fā)育較好，隆拗相間的古構(gòu)造格局控制了臺(tái)緣鮞粒灘相儲(chǔ)層的發(fā)育，構(gòu)成自生自?xún)?chǔ)型成藏組合，具備勘探潛力［14-27］。但是，對(duì)鄂爾多斯盆地寒武紀(jì)沉積演化格局，特別是拗拉槽的發(fā)育及其成烴作用，學(xué)界還存在不同認(rèn)識(shí)等。本研究通過(guò)對(duì)鄂爾多斯盆地及周緣大量野外剖面和鉆井資料的研究，探討寒武紀(jì)的沉積格局和演化特征，并對(duì)其成藏條件進(jìn)行分析。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

1.1 盆地及資料概況

鄂爾多斯盆地位于華北地臺(tái)的西南部，西以賀蘭山西麓斷裂、青銅峽固原斷裂為界與阿拉善地塊、祁連造山帶相鄰，南北分別以渭河、河套地塹與秦嶺、陰山造山帶相望?，F(xiàn)今盆地劃分為伊盟隆起、渭北隆起、西緣逆沖帶、天環(huán)拗陷、陜北斜坡和晉西撓褶帶6個(gè)構(gòu)造單元（見(jiàn)圖1）。鄂爾多斯盆地寒武系地層廣泛出露于盆地周緣山區(qū)，盆地內(nèi)部被上覆層系覆蓋深埋。近年來(lái)，隨著勘探工作的不斷推進(jìn)，鉆遇或鉆穿寒武系的鉆井已有上百口，主要分布在西南部和北部，中部較少。本研究先后對(duì)30余條野外剖面進(jìn)行了詳細(xì)觀察，并實(shí)測(cè)了部分重點(diǎn)剖面，收集整理了70余口鉆井的測(cè)井資料，巖心觀察40余口井。基于大量的野外剖面和鉆井資料，編制了一套寒武系剖面柱狀圖、地層及沉積相對(duì)比圖、地層厚度圖、巖相古地理圖等圖件。

1.2 區(qū)域地層

鄂爾多斯盆地及鄰區(qū)根據(jù)物質(zhì)組成、古生物組合、沉積環(huán)境及構(gòu)造背景等方面的差異，可劃分為鄂爾多斯中東部、鄂爾多斯南緣、鄂爾多斯西緣、河西走廊、陰山等不同的地層分區(qū)（見(jiàn)表1）。鄂爾多斯盆地寒武系普遍缺失梅樹(shù)村階—筇竹寺階相應(yīng)的地層，底部以一套（含礫）石英砂巖不整合在震旦系冰磧礫巖、薊縣系白云巖或長(zhǎng)城系石英砂巖之上，或直接覆蓋在太古代—古元古代變質(zhì)基底之上。上部多與奧陶系平行不整合接觸，局部被上古生界直接不整合覆蓋。

鄂爾多斯盆地南緣和中東部的地層系統(tǒng)與華北地臺(tái)基本一致，鄂爾多斯盆地東部一般缺失辛集組、朱砂洞組或饅頭組至張夏組沉積，底部與下伏長(zhǎng)城系砂巖或太古代變質(zhì)基底不整合接觸。鄂爾多斯盆地西緣寒武系自下而上劃分為下統(tǒng)蘇峪口組和五道淌組，中下統(tǒng)陶思溝組，中統(tǒng)胡魯斯臺(tái)組和張夏組以及上統(tǒng)阿不切亥組。河西走廊的香山群代表的一套厚度巨大的深水濁積巖系的時(shí)代長(zhǎng)期存在爭(zhēng)議，部分學(xué)者認(rèn)為其應(yīng)屬寒武系［27-29］。但從地層層序上講，其整合于奧陶系米缽山組之上、志留系或泥盆系之下，其巖石組合、變質(zhì)特征、碎屑鋯石年代學(xué)、地球化學(xué)均與米缽山組相似，因此，將其置于晚奧陶世更為合適［30-33］。目前，河西走廊分區(qū)僅在賀蘭山南段的元山子、科學(xué)山、古城子一帶發(fā)育少量的阿不切亥組和張夏組，但發(fā)生了明顯的淺變質(zhì)作用。

2 沉積體系類(lèi)型

通過(guò)對(duì)野外露頭和鉆井巖心的觀察，根據(jù)沉積物的顏色、成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、巖性組合、垂向序列、古生物化石等相標(biāo)志的綜合分析，將寒武系劃分為濱岸潮坪、碳酸鹽臺(tái)地和臺(tái)地邊緣3種沉積體系［1-4，9-10，18，23］。

2.1 濱岸潮坪沉積

濱岸沉積發(fā)育在寒武系底部的辛集組、蘇峪口組和陶思溝組底部，主要分布在盆地西緣和南緣。作為海侵初期的產(chǎn)物，由于古地勢(shì)平坦，波浪能量強(qiáng)，巖性以高成熟度的石英砂巖為特征，分選和磨圓較好，發(fā)育波痕、平行層理、板狀交錯(cuò)層理、沖洗交錯(cuò)層理等沉積構(gòu)造〔見(jiàn)圖2（a）〕。

潮坪沉積發(fā)育在下寒武統(tǒng)朱砂洞組和五道淌組， 分布范圍與辛集組大致相當(dāng)。 由于辛集組陸源碎屑的不斷加積， 古地勢(shì)趨于平緩， 波浪作用減弱， 潮汐能量增強(qiáng)， 在漲潮落潮的過(guò)程中形成了一系列潮間帶沉積，巖性主要為粉細(xì)晶白云巖、 泥質(zhì)云巖， 普遍含藻灰結(jié)核， 發(fā)育紋層狀構(gòu)造〔見(jiàn)圖2（b）〕。

2.2 碳酸鹽臺(tái)地沉積

碳酸鹽臺(tái)地沉積發(fā)育在中上寒武統(tǒng)，是分布最為廣泛的沉積類(lèi)型，遍布整個(gè)盆地形成了一套穩(wěn)定的淺水陸表海沉積。根據(jù)沉積組合、古地理位置和水動(dòng)力條件，可劃分為局限臺(tái)地和開(kāi)闊臺(tái)地2種沉積類(lèi)型。

2.2.1 局限臺(tái)地

局限臺(tái)地發(fā)育在碳酸鹽臺(tái)地的內(nèi)部， 受外側(cè)古陸、 水下隆起或淺灘等高地貌的阻擋， 或者臺(tái)地十分平坦且范圍寬廣， 海水與外側(cè)廣海溝通不暢， 環(huán)境相對(duì)閉塞。 局限臺(tái)地的淺部位受潮汐作用控制形成潮坪沉積，低洼地區(qū)則形成低能的潟湖沉積。

局限臺(tái)地潮坪沉積可分為混積潮坪和清水潮坪兩種類(lèi)型，混積潮坪主要發(fā)育在饅頭組中下部和三山子組，清水潮坪主要發(fā)育在饅頭組上部和張夏組。潮上帶泥質(zhì)含量普遍較高，以薄層的準(zhǔn)同生白云巖、泥質(zhì)云巖、泥巖為主，發(fā)育水平紋層、干裂、鳥(niǎo)眼、石膏假晶等特征構(gòu)造〔見(jiàn)圖2（c）～（e）〕，反映了強(qiáng)烈的蒸發(fā)作用。潮間帶以中薄層的泥巖、泥灰?guī)r、灰?guī)r不等厚互層為主，夾生物碎屑灰?guī)r、鮞?；?guī)r等，多具波狀、脈狀、透鏡狀層理，局部發(fā)育疊層石，潮汐溝發(fā)育竹葉狀礫屑灰?guī)r。低能潮下帶以中薄層—厚層的暗色灰泥灰?guī)r為主，層理不發(fā)育。高能潮下帶以中厚層顆?；?guī)r為主，發(fā)育波痕和交錯(cuò)層理。根據(jù)具體的巖性特征可進(jìn)一步劃分為泥坪、云坪、泥云坪、泥灰坪、灰坪等不同的沉積微相。

潟湖為局限臺(tái)地內(nèi)水體相對(duì)較深的低洼地區(qū)，由于障壁、臺(tái)地的阻擋，水動(dòng)力條件較弱，水體安靜缺氧，巖性以暗色的中薄層粉砂質(zhì)泥巖、泥巖、泥灰?guī)r或頁(yè)巖為主，通常缺乏生物化石。

2.2.2 開(kāi)闊臺(tái)地

開(kāi)闊臺(tái)地發(fā)育在碳酸鹽臺(tái)地的外部，與廣海相連，水體深度通常在幾十米以?xún)?nèi)，陽(yáng)光充足，鹽度正常，適宜于各類(lèi)生物繁育。由于水體淺，能量強(qiáng)，泥質(zhì)含量低，常為較純的碳酸鹽巖沉積。由岸向海方向水體由淺到深，巖性為各種顆?；?guī)r、顆粒泥晶灰?guī)r、泥晶灰?guī)r，顆粒主要為鮞粒、生物碎屑以及少量砂屑、藻灰結(jié)核等。由于生物擾動(dòng)強(qiáng)烈，層理不發(fā)育，常呈厚層或塊狀，局部出現(xiàn)平行層理或斜層理。生物類(lèi)型主要為三葉蟲(chóng)、腕足類(lèi)、腹足類(lèi)、棘皮類(lèi)及藻類(lèi)等。

在臺(tái)地內(nèi)古地貌高部位，由于水體淺，能量強(qiáng)，顆粒持續(xù)發(fā)育，可形成顆粒灘沉積，如中上寒武統(tǒng)大量發(fā)育的鮞粒灰?guī)r。受強(qiáng)風(fēng)暴浪作用，在臺(tái)地中還可形成風(fēng)暴礫屑灰?guī)r，在上晚寒武統(tǒng)較為發(fā)育。風(fēng)暴沉積常呈透鏡狀?yuàn)A層，底部具侵蝕充填構(gòu)造，發(fā)育口袋構(gòu)造、菊花狀構(gòu)造、倒“小”字構(gòu)造〔見(jiàn)圖2（f）〕、丘狀交錯(cuò)層理等。礫屑以泥晶灰?guī)r為主，多為竹葉狀，部分具紅色氧化圈，填隙物主要為泥晶基質(zhì)。

2.3 臺(tái)地邊緣沉積

臺(tái)地邊緣是淺水碳酸鹽臺(tái)地與深水斜坡之間的過(guò)渡部分， 沿臺(tái)地外側(cè)呈帶狀或點(diǎn)狀斷續(xù)分布， 主要發(fā)育在盆地南緣和西緣。 其可劃分為臺(tái)地邊緣淺灘、 臺(tái)地邊緣礁和臺(tái)地前緣斜坡3種沉積類(lèi)型。

2.3.1 臺(tái)地邊緣淺灘

臺(tái)地邊緣淺灘發(fā)育在饅頭組上部和張夏組，因水體淺且面向廣海，波浪作用強(qiáng)烈，能量高，簸選干凈，以亮晶鮞?；?guī)r為特色，沉積厚度大，可達(dá)上百米〔見(jiàn)圖2（g）、（h）〕；鮞粒分選、磨圓較好，可含生物碎屑和海綠石團(tuán)塊；主要巖性為中厚層或塊狀鮞粒灰?guī)r，夾竹葉狀灰?guī)r、竹葉狀鮞?；?guī)r、泥質(zhì)條帶灰?guī)r等。

2.3.2 臺(tái)地邊緣礁

臺(tái)地邊緣礁僅發(fā)育在西緣北段桌子山地區(qū)的張夏組頂部和阿不切亥組，主要為一些零星的疊層石藻礁。礁體規(guī)模較小，高度在1 m以?xún)?nèi)，呈柱狀、點(diǎn)狀、環(huán)狀、透鏡狀等，基底多為礫屑灰?guī)r，圍巖可見(jiàn)白云石化〔見(jiàn)圖2（i）〕。疊層石礁的發(fā)育是間歇性海平面降低期的沉積產(chǎn)物，但持續(xù)時(shí)間短，因此礁體規(guī)模有限。

2.3.3 臺(tái)地前緣斜坡

臺(tái)地前緣斜坡發(fā)育在西緣北段的胡魯斯臺(tái)組、張夏組和阿不切亥組，是碳酸鹽臺(tái)地向深水盆地過(guò)渡的斜坡帶，沉積物主要為薄層的細(xì)粒懸浮物質(zhì)以及部分由臺(tái)地邊緣帶來(lái)的顆粒，向下出現(xiàn)滑塌滑動(dòng)構(gòu)造以及重力流沉積。其主要巖性為薄層狀灰色、灰綠色的泥灰?guī)r、粉砂質(zhì)泥頁(yè)巖夾竹葉狀灰?guī)r，水平蟲(chóng)孔發(fā)育，反映了較深水的低能還原環(huán)境。

鄂爾多斯西緣寒武系阿不切亥組以發(fā)育大量礫屑灰?guī)r為特征，因呈竹葉狀或含紅色氧化圈，常被誤認(rèn)為是淺水風(fēng)暴沉積。但其磨圓較差，棱角狀為主，多順層或雜亂排列，斷續(xù)分布，底部具沖刷面，并發(fā)育滑塌和揉皺變形構(gòu)造，顯示了碎屑流的沉積特征〔見(jiàn)圖2（j）～（l）〕。礫屑灰?guī)r中少量的菊花狀構(gòu)造反映碎屑流的成因機(jī)制為風(fēng)暴擾動(dòng)，同時(shí)說(shuō)明其水深在風(fēng)暴浪基面以?xún)?nèi)。

（a）陶思溝組石英砂巖，具沖洗交錯(cuò)層理，石嘴山；（b）朱砂洞組藻紋層白云巖，岐山；（c）饅頭組組薄層泥質(zhì)條帶白云巖，F(xiàn)T1井；（d）饅頭組泥灰?guī)r，干裂構(gòu)造，河津；（e）饅頭組薄層泥灰?guī)r，鳥(niǎo)眼構(gòu)造，中陽(yáng)；（f）三山子組竹葉狀白云巖，YT1井；（g）張夏組中厚層鮞?；?guī)r，JT1井；（h）張夏組厚層鮞?；?guī)r露頭，河津；（i）阿不切亥組藻礁灰?guī)r，圍巖云化，烏海；（j）張夏組薄層泥質(zhì)條帶灰?guī)r夾礫屑灰?guī)r，烏海；（k）阿不切亥組礫屑灰?guī)r，棱角狀礫屑，烏海；（l）阿不切亥組薄層泥質(zhì)條帶灰?guī)r夾礫屑灰?guī)r，滑塌構(gòu)造，烏海

從鄂爾多斯盆地及周緣寒武系沉積特征看，盆地范圍內(nèi)皆以淺水濱岸潮坪和碳酸鹽臺(tái)地沉積為特征，僅在西緣北段發(fā)育臺(tái)地前緣斜坡沉積，未見(jiàn)以暗色頁(yè)巖和濁積巖為代表的深水斜坡—盆地相沉積。

3 構(gòu)造格局及沉積演化

寒武紀(jì)，鄂爾多斯盆地作為華北穩(wěn)定克拉通的一部分，受西南側(cè)古秦祁洋演化的控制。從沉積厚度上看，研究區(qū)整個(gè)寒武系均表現(xiàn)為由內(nèi)向外逐漸增厚的特點(diǎn)。從沉積格局上看，研究區(qū)由內(nèi)向外構(gòu)成臺(tái)內(nèi)潮坪—臺(tái)緣坡折—臺(tái)前斜坡的古地理格局，整體上呈現(xiàn)為向南平穩(wěn)緩傾、向西邊緣裂陷的被動(dòng)大陸邊緣結(jié)構(gòu)型式（見(jiàn)圖3，4，剖面位置對(duì)應(yīng)圖1中① 和②）。區(qū)域上，鄂爾多斯盆地本部以局限臺(tái)地的潮坪沉積為特征，南部以開(kāi)闊臺(tái)地及臺(tái)地邊緣的顆粒灘沉積為主，西緣北段則以較深水的臺(tái)地前緣斜坡相沉積為特色。時(shí)間上，早寒武世僅在鄂爾多斯古陸的西南側(cè)發(fā)育海岸潮坪相沉積，中寒武世發(fā)展成碳酸鹽臺(tái)地沉積，鄂爾多斯盆地本部的廣闊地區(qū)為穩(wěn)定的克拉通陸表海沉積，而西緣北段活動(dòng)性增強(qiáng)，發(fā)育臺(tái)地前緣斜坡沉積；晚寒武世盆地開(kāi)始抬升變淺，中央隆起形成，水體蒸發(fā)強(qiáng)烈；寒武紀(jì)末整體抬升為陸，遭受剝蝕改造（見(jiàn)圖5）。

3.1 早寒武世環(huán)陸濱岸潮坪沉積

鄂爾多斯盆地寒武紀(jì)從辛集期海侵開(kāi)始，圍繞統(tǒng)一的鄂爾多斯古陸形成L型海域，形成環(huán)陸濱岸潮坪相砂巖、云巖沉積〔見(jiàn)圖5（a）〕。沉積范圍主要分布在西緣和南緣，近陸一側(cè)以含磷石英砂巖為主，向外白云巖增多，說(shuō)明水體逐漸加深，代表了海進(jìn)初期的沉積序列。

朱砂洞期基本繼承了辛集期的沉積格局，沉積范圍大致相當(dāng)，但由陸源碎屑沉積演變?yōu)榍逅妓猁}沉積，不含或少含碎屑物質(zhì)。其主體巖性為一套灰色、深灰色的中厚層粉細(xì)晶白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r，夾少量砂質(zhì)白云巖、泥質(zhì)白云巖，代表了環(huán)陸潮坪相沉積。

3.2 中寒武世局限—開(kāi)闊臺(tái)地沉積

中寒武世，研究區(qū)大范圍海侵開(kāi)始。饅頭早期，鄂爾多斯盆地內(nèi)部仍為統(tǒng)一的古陸，外側(cè)為濱岸潮坪相沉積；饅頭晚期海侵?jǐn)U大，沉積范圍幾乎遍布整個(gè)盆地，原來(lái)統(tǒng)一的古陸被一分為三，并由饅頭組早期的渾水沉積逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榍逅练e，形成廣闊的淺水陸表海碳酸鹽臺(tái)地沉積。大體以中央古隆起的位置為限，盆地內(nèi)部基本上以局限臺(tái)地的各種潮坪沉積為特征，外側(cè)以開(kāi)闊海臺(tái)地沉積為主，西緣北段開(kāi)始發(fā)育臺(tái)地前緣斜坡相沉積〔圖5（b）〕。

研究區(qū)饅頭期盡管在沉積格局上出現(xiàn)了一定的隆拗分異，但主體仍呈現(xiàn)北高南低、東高西低的古地貌特征。盆地內(nèi)部由于地勢(shì)平坦和外側(cè)古陸的障壁作用，且氣候炎熱干燥，形成局限臺(tái)地潮坪沉積。其巖性主要為紫紅色粉砂質(zhì)泥巖、頁(yè)巖和中薄層泥云巖、泥灰?guī)r、顆粒灰?guī)r，發(fā)育波痕、脈狀層理、波狀層理、透鏡狀層理、羽狀交錯(cuò)層理以及干裂、鳥(niǎo)眼、石鹽假晶等反映間歇暴露蒸發(fā)的沉積構(gòu)造，代表潮上帶—潮間帶的沉積環(huán)境。向上陸源碎屑物質(zhì)含量逐漸減少，形成中薄層鈣質(zhì)泥巖、泥質(zhì)灰?guī)r夾薄層顆粒灰?guī)r，表明水體逐漸加深的局限臺(tái)地潮下帶沉積。西南緣主體為開(kāi)闊臺(tái)地相沉積，以灰色、深灰色中厚層灰?guī)r、泥灰?guī)r夾顆?；?guī)r為主，含少量粉砂巖和泥頁(yè)巖，代表高能的開(kāi)闊臺(tái)地夾顆粒灘沉積。饅頭期末，鄂爾多斯盆地已完全演變?yōu)榍逅妓猁}臺(tái)地沉積，且局部開(kāi)始發(fā)育顆粒灘沉積。

張夏期海侵達(dá)到了寒武紀(jì)的頂峰，鄂爾多斯盆地幾乎全為溫暖的淺水所覆蓋，整體上為清水碳酸鹽臺(tái)地沉積，并在外側(cè)形成大規(guī)模的鮞粒灘沉積，古陸面積最小化〔見(jiàn)圖5（c）〕。盆地內(nèi)部受古陸及外側(cè)顆粒灘的障壁作用，仍為相對(duì)局限的碳酸鹽臺(tái)地沉積，主要沉積了一套中薄層泥質(zhì)條帶灰?guī)r、泥灰?guī)r夾鮞粒灰?guī)r、竹葉狀灰?guī)r的組合，生物不發(fā)育，鮞?；?guī)r的含量差異明顯，但多為泥晶充填，代表半開(kāi)闊—局限的沉積環(huán)境。在西南緣的開(kāi)闊海域中，由于能量較高，以發(fā)育大套厚層塊狀的亮晶鮞?；?guī)r為特征，厚度可達(dá)200 m以上，代表開(kāi)闊臺(tái)地中的鮞粒灘沉積。在中央古隆起的東側(cè)，多口鉆井揭示該地層總體為一套厚層的晶粒白云巖，但細(xì)查仍可見(jiàn)殘余鮞粒結(jié)構(gòu)。

3.3 晚寒武世局限—蒸發(fā)臺(tái)地沉積

研究區(qū)晚寒武世發(fā)生區(qū)域性海退，中央古隆起面積明顯增加，盆地內(nèi)部主體發(fā)育局限臺(tái)地潮坪沉積。由于中央古隆起范圍增大，海平面波動(dòng)造成頻繁暴露，形成了以準(zhǔn)同生白云巖為主的潮坪沉積，發(fā)育干裂、鳥(niǎo)眼等構(gòu)造，相當(dāng)于威爾遜碳酸鹽巖綜合相模式中的臺(tái)地蒸發(fā)相的潮上帶沉積。同時(shí)，剩余的高鎂粒間水還造成了大量下伏地層的白云巖化。區(qū)域上，其主要巖性為薄層的泥質(zhì)白云巖、白云巖、泥質(zhì)灰?guī)r夾竹葉狀白云巖或灰?guī)r的組合，代表潮上泥云坪—潮下泥灰坪等沉積微相。在中央古隆起的外側(cè)，發(fā)育以中厚層白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r為代表的開(kāi)闊臺(tái)地相沉積，范圍較窄。在西緣北段的桌子山一帶，低海平面時(shí)期，臺(tái)地邊緣處于海平面附近，形成一系列規(guī)模有限的疊層石藻礁灰?guī)r〔見(jiàn)圖5（d）〕。

3.4 中晚寒武世臺(tái)地前緣斜坡沉積

中晚寒武世，研究區(qū)西緣北段開(kāi)始發(fā)育大量臺(tái)地前緣斜坡沉積，主體分布在桌子山—賀蘭山一帶。胡魯斯臺(tái)組、張夏組、阿不切亥組主體為薄層泥晶灰?guī)r、頁(yè)巖、泥質(zhì)條帶灰?guī)r、竹葉狀礫屑灰?guī)r等沉積，發(fā)育水平蟲(chóng)跡、碎屑流沉積、沖刷及滑動(dòng)構(gòu)造等，均代表臺(tái)地外側(cè)較深水的臺(tái)地前緣斜坡沉積。中晚寒武世，大量碳酸鹽碎屑流、風(fēng)暴流、泥頁(yè)巖、生物礁的共同發(fā)育佐證了臺(tái)地邊緣及其前緣斜坡的存在，而該相帶中大量的鮞粒、生物碎屑、具紅色氧化圈的礫屑說(shuō)明其物質(zhì)主要來(lái)自東側(cè)緊鄰的碳酸鹽臺(tái)地邊緣，但此時(shí)臺(tái)地前緣斜坡的水體深度有限，只是坡度相對(duì)較陡。

中晚寒武世，鄂爾多斯盆地西緣臺(tái)地邊緣相，特別是臺(tái)地前緣斜坡相的存在，反映了西緣裂陷活動(dòng)的開(kāi)始。此時(shí)的河西走廊一帶發(fā)育的是相同的張夏組和阿不切亥組，其沉積環(huán)境基本一致，大量來(lái)自東側(cè)淺水臺(tái)地的碳酸鹽粒屑，說(shuō)明鄂爾多斯盆地西緣以及河西走廊一帶都是華北碳酸鹽臺(tái)地沉積體系的一部分，此時(shí)的賀蘭拗拉槽并不存在。

3.5 中央古隆起的發(fā)育及演化

中央古隆起是鄂爾多斯盆地的一個(gè)重要構(gòu)造特征，對(duì)盆地沉積格局和天然氣成藏具有重要的作用，但對(duì)其形成、演化及其控制作用，學(xué)者存在不同認(rèn)識(shí)［9，23，34-35］。通過(guò)區(qū)域巖相古地理演化分析，結(jié)合古隆起周邊露頭、鉆井的地層對(duì)比以及沉積相分析可以看出，中央古隆起對(duì)寒武紀(jì)的構(gòu)造沉積格局沒(méi)有決定性影響。越過(guò)中央古隆起，寒武系各組表現(xiàn)出沉積厚度逐漸加大的趨勢(shì)，只是在古隆起部位存在部分地層缺失，中央古隆起真正起控制性作用是從中奧陶世馬家溝組開(kāi)始（見(jiàn)圖6）。

早寒武世，鄂爾多斯盆地內(nèi)部為統(tǒng)一的古陸，不存在相對(duì)獨(dú)立的中央古隆起。饅頭晚期，鄂爾多斯盆地內(nèi)部被海水廣泛侵入，中央古隆起作為早期的殘存古陸繼續(xù)存在，并在周?chē)l(fā)育環(huán)陸泥云坪沉積。張夏期海侵最大化時(shí)，中央古隆起完全被海水淹沒(méi)，對(duì)沉積相格局沒(méi)有明顯影響；古隆起周邊的多個(gè)露頭和鉆井巖心中，皆為一套中厚層的殘余鮞粒白云巖，不見(jiàn)任何近陸邊緣相的含泥質(zhì)潮坪沉積，因此張夏組的鎮(zhèn)原古陸應(yīng)為后期剝蝕古陸。晚寒武世，海退使中央古隆起時(shí)而暴露，時(shí)而淹沒(méi)，范圍也大規(guī)模增加，其對(duì)內(nèi)部的局限臺(tái)地沉積起到一定程度的影響，即低海平面期具有一定的障壁阻擋作用，高海平面時(shí)期沒(méi)有明顯影響。

4 天然氣成藏條件分析

4.1 烴源巖

鄂爾多斯盆地寒武系是否發(fā)育烴源巖是深層天然氣勘探的關(guān)鍵問(wèn)題。 近年來(lái)， 部分學(xué)者從地震剖面、 地層厚度、 構(gòu)造沉積演化等角度認(rèn)為，鄂爾多斯盆地西南緣寒武紀(jì)存在賀蘭、 岐山等拗拉槽構(gòu)造， 并據(jù)此認(rèn)為存在發(fā)育有效烴源巖和成藏組合的條件［14-26］。 從沉積環(huán)境和構(gòu)造古地理演化特征看， 鄂爾多斯盆地寒武系整體為濱岸潮坪-碳酸鹽臺(tái)地沉積體系， 饅頭組為早期局限臺(tái)地向開(kāi)闊臺(tái)地的過(guò)渡階段， 高海平面期的張夏組僅為開(kāi)闊臺(tái)地沉積， 相對(duì)低海平面期的饅頭組更不可能發(fā)育深水斜坡或盆地沉積相。 而饅頭組的暗色泥巖往往頁(yè)理不發(fā)育， 并夾有純凈的石英砂巖或與之互層〔見(jiàn)圖7（a）、（b）、（c）〕， 應(yīng)為局部拗陷背景下碳酸鹽臺(tái)地中相對(duì)低洼部位的潟湖沉積。 從有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)看， 饅頭組TOC值普遍較低［14，16-17，36-37］。因此，鄂爾多斯盆地寒武系是否能發(fā)育規(guī)模性?xún)?yōu)質(zhì)烴源巖值得探討。

（a）饅頭組灰黑色泥頁(yè)巖整體特征，T59井；（b）饅頭組黑色頁(yè)巖，T59井；（c）饅頭組黑色頁(yè)巖呈紋層狀與薄層石英砂巖互層，T59井；（d）三山子組準(zhǔn)同生巖溶角礫巖，粒間孔隙發(fā)育，河津；（e）三山子組粗晶白云巖，溶孔發(fā)育，中陽(yáng)；（f）三山子組殘余礫屑云巖，晶間溶孔發(fā)育，龍?zhí)?井；（g）張夏組殘余鮞粒云巖，晶間溶孔發(fā)育，寧探1井;（h）張夏組殘余鮞粒細(xì)晶云巖，溶蝕孔洞，L5井；（i）張夏組垂直裂縫，L4井

4.2 儲(chǔ)層

鄂爾多斯盆地寒武系存在三山子組白云巖和張夏組云化顆粒灘兩套優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層。三山子組白云巖儲(chǔ)層主要發(fā)育在盆地中東部和中央古隆起的內(nèi)側(cè)。晚寒武世，懷遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)［38-40］使鄂爾多斯盆地開(kāi)始抬升，中央古隆起形成，盆地內(nèi)部局限蒸發(fā)臺(tái)地頻繁間歇性暴露，造成廣泛的準(zhǔn)同生白云巖化以及大范圍的回流滲透和混合水白云巖化［41-42］，形成三山子組“砂糖狀白云巖”，晶間孔發(fā)育。同時(shí)，頻繁的海平面變化和暴露還形成了多期準(zhǔn)同生溶蝕和巖溶角礫巖，溶孔、溶洞和粒間孔隙發(fā)育〔見(jiàn)圖7（d）〕。早奧陶世，盆地整體抬升遭受風(fēng)化剝蝕，特別是盆內(nèi)冶里亮甲山組的缺失，沉積間斷時(shí)間更長(zhǎng)。長(zhǎng)期的風(fēng)化淋濾和良好的白云石晶間孔，進(jìn)一步促進(jìn)了巖溶作用的發(fā)育，造成三山子組白云巖晶間溶孔和溶洞的廣泛發(fā)育〔見(jiàn)圖7（e）、（f）〕，龍?zhí)?井孔隙度可達(dá)6％～22％［43］。

張夏組云化鮞粒灘儲(chǔ)層大致分布在平?jīng)觥健净豢h—慶陽(yáng)—環(huán)縣一帶，主要發(fā)育在鎮(zhèn)原古陸的內(nèi)側(cè)。中寒武世，鄂爾多斯盆地西南緣碳酸鹽臺(tái)地上大范圍發(fā)育臺(tái)內(nèi)灘和臺(tái)緣灘沉積［21-23］。由于中央古隆起此時(shí)并不發(fā)育，鮞粒灘的分布并不受其影響，其內(nèi)外皆為顆粒灘沉積，鎮(zhèn)原古陸為后期剝蝕古陸。區(qū)域上，除鎮(zhèn)原古陸周?chē)l(fā)生普遍云化外，其余仍以鮞?；?guī)r為主，膠結(jié)強(qiáng)烈，儲(chǔ)層物性較差。晚寒武世中央古隆起的形成，同時(shí)造成了周?chē)鷱埾慕M的強(qiáng)烈白云巖化，巖性以中細(xì)晶—粉晶白云巖為主，局部可辨殘余鮞粒結(jié)構(gòu)〔見(jiàn)圖7（g）〕。奧陶紀(jì)，中央古隆起強(qiáng)烈隆升剝蝕，寒武系云化地層沿晶間和粒間發(fā)育溶蝕孔洞〔見(jiàn)圖7（h）〕，形成有效儲(chǔ)層，孔隙度為2.5％～7.5％［23］。同時(shí)，該區(qū)域還大量發(fā)育高角度裂縫〔見(jiàn)圖7（i）〕，進(jìn)一步增強(qiáng)了儲(chǔ)層的有效性。

4.3 成藏組合及勘探方向

現(xiàn)有資料表明，鄂爾多斯盆地寒武系儲(chǔ)層發(fā)育良好，但烴源巖發(fā)育較差，結(jié)合上古生界煤系烴源巖、下古生界海相烴源巖、前寒武系裂陷槽烴源巖，構(gòu)成新生古儲(chǔ)、自生自?xún)?chǔ)、下生上儲(chǔ)等成藏組合。盆地中東部中上寒武統(tǒng)雖然儲(chǔ)層良好，但下伏為變質(zhì)結(jié)晶基底，上被奧陶系含膏鹽巖系阻隔，只能與馬家溝組鹽下烴源巖構(gòu)成上生下儲(chǔ)型組合，目前來(lái)看成藏潛力受限。下生上儲(chǔ)型組合主要發(fā)育在盆地西南緣，震旦系東坡組和長(zhǎng)城系崔莊組發(fā)育優(yōu)質(zhì)烴源巖［14，17，19-20］，與辛集組砂巖、朱砂洞組白云巖構(gòu)成有效組合，但受限于長(zhǎng)城系裂陷槽發(fā)育范圍的控制，可能僅在西南緣局限分布。自生自?xún)?chǔ)型組合為中寒武統(tǒng)饅頭組烴源巖與中上寒武統(tǒng)白云巖儲(chǔ)層，目前主要方向是探索優(yōu)質(zhì)烴源巖，主要區(qū)域?yàn)槲髂暇壧妓猁}臺(tái)地邊緣局部斷拗背景的潟湖海灣相沉積。新生古儲(chǔ)型組合主要發(fā)育在鎮(zhèn)原古陸的內(nèi)側(cè)，中央古隆起的演化一方面控制了三山子組—張夏組云化顆粒灘巖溶儲(chǔ)層的形成，同時(shí)也造成了其上覆奧陶系地層的缺失，使得石炭—二疊系煤系地層直接覆蓋其上，形成與靖邊氣田相似的以側(cè)向供烴為主的新生古儲(chǔ)成藏模式［7-8，44］，這是鄂爾多斯盆地寒武系目前最有效的成藏組合。

5 結(jié)論

1）通過(guò)大量野外露頭和鉆井巖心觀察，根據(jù)各種沉積相劃分標(biāo)志，將鄂爾多斯盆地寒武紀(jì)劃分為濱岸-潮坪、碳酸鹽臺(tái)地和臺(tái)地邊緣3種沉積體系。

2）鄂爾多斯盆地寒武紀(jì)為穩(wěn)定的克拉通盆地陸表海沉積，經(jīng)歷了早寒武世濱岸潮坪、中寒武世局限-開(kāi)闊臺(tái)地、晚寒武世局限-蒸發(fā)臺(tái)地3個(gè)階段，盆地內(nèi)部以局限臺(tái)地為主，外側(cè)為開(kāi)闊臺(tái)地顆粒灘沉積，西緣北段以發(fā)育臺(tái)地前緣斜坡相沉積為特征。

3）鄂爾多斯盆地中央古隆起形成于晚寒武世，對(duì)寒武紀(jì)的沉積格局沒(méi)有決定性影響，但對(duì)寒武系及以后儲(chǔ)層的形成演化和成藏系統(tǒng)具有控制性作用。

4）從沉積格局及演化特征分析，鄂爾多斯盆地寒武系缺乏規(guī)模性?xún)?yōu)質(zhì)烴源巖，但發(fā)育大范圍優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層。

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（編 輯 雷雁林）

收稿日期：2024-09-11

基金項(xiàng)目：陜西省自然科學(xué)基礎(chǔ)研究計(jì)劃項(xiàng)目（2021JM-158）;國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)（2011ZX05005-004-07HZ）;中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)資助項(xiàng)目（0009-2014G1271062）。

第一作者：陳強(qiáng)，男，博士，從事沉積學(xué)研究，qchen@chd.edu.cn。