鄂爾多斯盆地中奧陶統(tǒng)馬家溝組

1、鄂爾多斯盆地中奧陶統(tǒng)馬家溝組沉積環(huán)境與巖相發(fā)育特征摘要 鄂爾多斯盆地位于華北地臺(tái)西部，中奧陶統(tǒng)馬家溝組含硬石膏的白云巖是盆地中主要的儲(chǔ)層與產(chǎn)層之一。奧陶紀(jì)由于西側(cè)賀蘭裂谷再次開啟，裂谷肩部發(fā)生抬升，以及南側(cè)逆沖斷層的左行走滑作用，在盆地西部和南部形成一“L”形隆起，又稱中央隆起。在隆起東側(cè)由均衡補(bǔ)償作用伴生一西緩東陡的邊側(cè)坳陷（盆地），稱（內(nèi)）陸棚盆地亞環(huán)境。通過沉積相研究，建立了兩個(gè)馬家溝組的沉積模式。其一為東西向穿越（內(nèi)）陸棚盆地中心的陸棚沉積模式，該模式中的（內(nèi)）陸棚盆地與中央隆起之間為水下凸起洼地亞環(huán)境，其東為開闊內(nèi)陸棚亞環(huán)境。馬一時(shí)、馬三時(shí)、馬五時(shí)（內(nèi)）陸棚盆地發(fā)育為含白云巖的硬石膏

2、巖石鹽巖盆地，盆緣主要發(fā)育白云巖硬石膏巖坪，馬五時(shí)西緣硬石膏巖白云巖坪發(fā)育，是天然氣藏主要分布區(qū)。以上表明沉積時(shí)氣候干熱，海平面下降，具深坳陷海水濃縮成鹽特征。馬二時(shí)、馬四時(shí)氣候濕熱，海平面上升，（內(nèi)）陸棚盆地發(fā)育成石灰?guī)r白云巖盆地，周圍盆緣發(fā)育為（含）白云巖石灰?guī)r坪。水下凸起洼地亞環(huán)境于馬三時(shí)和馬五時(shí)發(fā)育白云巖；馬四時(shí)發(fā)育石灰?guī)r，南延則過度為白云巖石灰?guī)r的淺灘。東側(cè)的開闊內(nèi)陸棚亞環(huán)境，主要發(fā)育微晶亮晶顆粒石灰?guī)r夾硬石膏巖、風(fēng)暴巖。馬六時(shí)，中央白云巖隆起以東根據(jù)殘留地層推測(cè)應(yīng)屬于石灰?guī)r陸棚環(huán)境。中央古隆起以西地區(qū)，除較早期在西北角因有陸源碎屑注入發(fā)育成混積陸棚和斜坡環(huán)境外，其余時(shí)期主要發(fā)育為石

3、灰?guī)r、白云巖陸棚，各類重力流碳酸鹽巖斜坡及碳酸鹽碎屑和陸源硅質(zhì)碎屑混積的濁積巖和深水泥巖海槽環(huán)境。其二為鄂爾多斯盆地南部在馬家溝期一直處于繼承行緩坡環(huán)境，為此建立了末端變陡的緩坡模式。早期為含硬石膏巖的白云巖緩坡，中、后期演化為交替發(fā)育的石灰?guī)r白云巖緩坡，或白云巖石灰?guī)r緩坡與白云巖緩坡環(huán)境。關(guān)鍵詞 鄂爾多斯盆地 馬家溝組 沉積模式 內(nèi)陸棚盆地 海水濃縮 陸棚 緩坡1 概述鄂爾多斯盆地位于華北地臺(tái)西部，為一矩形構(gòu)造盆地，面積約25萬km2（參見附錄一）。中奧陶世加里東使華北地臺(tái)抬升為陸，盆地內(nèi)中奧陶統(tǒng)馬家溝組上部地層經(jīng)受了長(zhǎng)達(dá)1.3億多年的風(fēng)化侵蝕，發(fā)育成風(fēng)化殼為主的儲(chǔ)層及大型天然氣藏。奧陶紀(jì)緊

4、鄰鄂爾多斯盆地西側(cè)的賀蘭裂谷擴(kuò)張引起的均衡作用導(dǎo)致裂谷肩部翹升，在盆地偏西部形成一個(gè)大型隆起，位置在今鹽池、定邊、慶陽、黃陵一帶，由于盆地南側(cè)逆沖斷層派生的左行走滑影響使隆起南端在寧縣一帶向東轉(zhuǎn)折至黃陵，致使隆起在平面上呈“L”形，面積約5000 km2，又稱中央隆起。當(dāng)裂谷肩與裂谷達(dá)到均衡時(shí)，為取得補(bǔ)償，在其東側(cè)又由均衡調(diào)節(jié)作用伴生一個(gè)補(bǔ)償性邊側(cè)坳陷，或稱邊側(cè)盆地，其位置在今榆林綏德延川一帶。因其發(fā)育于華北地臺(tái)最西部?jī)?nèi)陸棚德內(nèi)部，稱之為（內(nèi)）陸棚盆地亞環(huán)境。奧陶紀(jì)中央隆起的形成與演化不僅控制鄂爾多斯盆地的古地貌、古構(gòu)造以及沉積環(huán)境與巖相的展布，對(duì)下古生界烴源巖的分布和天然氣聚積亦起重要作用。

5、組段亞段標(biāo)志層馬 家 溝 組馬六馬 五 段馬五1馬五2馬五3馬五4馬五5標(biāo)志層馬五6馬五7馬五8馬五9馬五10馬四段標(biāo)志層馬三段馬二段馬一段中奧陶統(tǒng)馬家溝組在鄂爾多斯盆地一九八七年馬家溝組地層劃分表 有廣泛分布，最大厚度超過1000m，其地層劃分與華北地臺(tái)相似，自下而上劃分為馬一段至馬六段共六個(gè)巖性段(如右表)。與華北地臺(tái)比較，除白云巖普遍較發(fā)育外，最特殊的是在（內(nèi)）陸棚盆地中，馬一段、馬三段、馬五段以發(fā)育硬石膏巖、石鹽巖、白云巖的蒸發(fā)巖組合為特色，馬二段、馬四段則發(fā)育以白云巖為主，次為硬石膏巖與石灰?guī)r的巖石組合。如位于（內(nèi)）陸棚盆地中心位置的榆9井，自馬二段以上至馬五段共取心710m，其中石

6、鹽巖412m，硬石膏近200m，白云巖80余米，而石英巖10m。2 沉積模式 根據(jù)地面及井下沉積環(huán)境與相的詳細(xì)研究，以“L”形中央隆起為基礎(chǔ)，分別建立了兩個(gè)沉積環(huán)境模式。一個(gè)是通過盆地中部橫跨盆地呈東西向展布的陸棚沉積模式；另一個(gè)是“L”形中央隆起以南，即現(xiàn)今渭北隆起區(qū)，由北向南至秦嶺海槽方向緩傾斜的末端變陡的緩坡沉積模式。前者穿越了馬家溝組天然氣田的主要產(chǎn)區(qū)，是本文研究的重點(diǎn)。2.1 東西向陸棚沉積模式“L“形中央隆起在馬家溝期可能發(fā)生過沉積作用，但因長(zhǎng)期剝蝕，現(xiàn)已無馬家溝組地層存在。它將陸棚分隔為東西兩部分。中央隆起往東依次可劃分為水下凸起隆間洼地、（內(nèi)）陸棚盆地和開闊內(nèi)陸棚三個(gè)亞環(huán)境。水

7、下凸起隆間洼地亞環(huán)境處于波浪作用帶時(shí)，水下凸起上形成生物屑（礫屑）白云巖或石灰?guī)r淺灘沉積組合，能量減弱 時(shí)形成細(xì)晶粉晶白云巖；洼地中主要形成含生物、砂屑的白云巖、石灰?guī)r。（內(nèi)）陸棚盆地亞環(huán)境處于干熱氣候及低海平面時(shí)，盆地主體以發(fā)育硬石膏巖、石鹽巖、白云巖組合為特征。具明顯的“深坳陷“海水濃縮成因；反之則主要發(fā)育為白云巖石灰?guī)r盆地。其盆緣坪西側(cè)寬闊，東側(cè)狹窄，主要為微晶粉晶白云巖、（含）硬石膏質(zhì)（結(jié)核）粉晶白云巖、硬石膏巖、微粉晶石灰?guī)r、少量石鹽巖，也是表生期形成巖溶角礫巖主要分布區(qū)。開闊內(nèi)陸棚亞環(huán)境因其環(huán)境較開闊，主要形成顆粒石灰?guī)r、含顆粒石灰?guī)r，次為微粉晶白云巖及少量硬石膏巖、風(fēng)暴巖。其主體

8、已在研究區(qū)外。西部陸棚毗鄰賀蘭海槽，向西以斜坡與深水海槽相連。陸棚區(qū)狹窄，相變快，除桌子山地區(qū)三道坎組（相當(dāng)于馬二段和馬三段）有陸源碎屑混積外，馬家溝期主要為碳酸鹽沉積區(qū)。斜坡環(huán)境主要發(fā)育石灰?guī)r和白云巖粗碎屑重力流沉積組合。海槽環(huán)境主要發(fā)育碳酸鹽碎屑與陸源硅質(zhì)碎屑混積的濁積巖，還有正常深水黑色頁巖、筆石頁巖與微晶石灰?guī)r。2.2 南北末端變陡緩坡沉積模式鄂爾多斯盆地南部的末端變陡緩坡環(huán)境模式中，將緩坡劃分為潮緣、淺緩坡、深緩坡、深水等四個(gè)亞環(huán)境。潮緣亞環(huán)境以微、粉晶白云巖、石灰?guī)r為主，夾硬石膏巖，常含砂屑、生物屑。淺緩坡亞環(huán)境發(fā)育生物屑、內(nèi)碎屑的微晶石灰?guī)r或白云巖，也有含顆粒或顆粒石灰?guī)r、白云巖

9、，局部有生物丘和礁發(fā)育。深緩坡亞環(huán)境以發(fā)育微晶石灰?guī)r為主，次為白云巖，有時(shí)含介形蟲等化石、球粒、團(tuán)粒，粉屑、砂屑、生物屑等。間或見風(fēng)暴礫巖。深水亞環(huán)境因與陡斜坡海槽相連，處于深緩坡的下傾部分，應(yīng)發(fā)育重力流沉積巖和原地沉積的微晶石灰?guī)r與白云巖，但目前尚無鉆井資料。3 馬家溝組沉積環(huán)境與巖相發(fā)育特征寒武紀(jì)末興凱運(yùn)動(dòng)使鄂爾多斯盆地中、北部上升為陸，因而區(qū)內(nèi)大部分缺失下奧陶統(tǒng)冶里組、亮甲山組沉積，僅在最東部柳林剖面見有34m冶里組白云巖以及可能為殘留厚度54.3m的亮甲山組白云巖，但在南部的緩坡分布區(qū)該兩組白云巖發(fā)育完整。馬家溝組除西部桌子山地區(qū)無馬一段沉積外，盆地中有廣泛發(fā)育。馬家溝分為六個(gè)段，其沉

10、積環(huán)境與巖相發(fā)育與展布特征如下。3.1 馬一段沉積環(huán)境與巖相發(fā)育特征馬家溝早期即馬一時(shí)，華北地臺(tái)開始發(fā)生海侵，但由于處于干旱炎熱氣候期，海平面較低，海水含鹽度高，愈向西部、北部含鹽度愈高，馬一段地層中除發(fā)育白云巖外，還夾有硬石膏巖。由于鄂爾多斯盆地不僅處于華北地臺(tái)西端，而且西北和北部鄰陸，加之西南邊出現(xiàn)的“L”形中央隆起及南面的緩坡，均對(duì)還水起阻隔和消能作用，致使進(jìn)入東部陸棚區(qū)（內(nèi)）陸棚盆地的海水不斷濃縮，形成白云巖、硬石膏巖和石鹽巖的沉積組合。該盆地主體因而發(fā)育白云巖硬石膏巖鹽巖盆地，重鹵水在坳陷中心即榆9井米脂地區(qū)聚積，成為硬石膏巖、石鹽巖厚度最大地區(qū)。環(huán)繞（內(nèi)）陸棚盆地周圍的盆緣區(qū)海水含

11、鹽度低于盆地主體，因而發(fā)育為白云巖硬石膏巖盆緣坪。開闊內(nèi)陸棚亞環(huán)境范圍主要在研究區(qū)之外，故不予討論。西部陸棚主要為白云巖發(fā)育區(qū)，其外側(cè)為緊鄰賀蘭海槽的斜坡環(huán)境，因無鉆井資料，推測(cè)可能為重力流碳酸鹽巖沉積環(huán)境。馬一時(shí)在鄂爾多斯南部即今渭北隆起區(qū)，繼承早奧陶世發(fā)育起來的緩坡環(huán)境，但受干熱氣候的影響，主要形成含硬石膏巖的白云巖緩坡。3.2 馬二段沉積環(huán)境與巖相發(fā)育特征馬二時(shí)隨西側(cè)賀蘭裂谷擴(kuò)張作用略有加強(qiáng)，“L”形中央隆起亦稍有抬升，但馬二時(shí)華北地臺(tái)為基底沉降和氣候濕熱的海侵期，因此東部陸棚區(qū)（內(nèi)）陸棚盆地沉積范圍有所擴(kuò)大，此時(shí)海水主要來自東方，次為東南方，含鹽度遠(yuǎn)較馬一時(shí)低，而且東側(cè)盆緣含鹽度低于西

12、側(cè)和西南側(cè)，盆地中心偏于東側(cè)而且較小，盆緣范圍寬闊。盆地中心發(fā)育為含硬石膏巖的白云巖石灰?guī)r盆地；向東側(cè)依次發(fā)育有白云巖石灰?guī)r盆緣坪以及含白云巖的石灰?guī)r盆緣坪，向西側(cè)主要發(fā)育成石灰?guī)r白云巖盆緣坪。西部陸棚馬二時(shí)演化為石灰?guī)r陸棚和斜坡。但在最西北角的桌子山地區(qū)，受來自伊蒙古陸陸源碎屑注入的影響，發(fā)育成混積陸棚和混積斜坡。其外側(cè)斜坡環(huán)境因無鉆井資料，推測(cè)可能仍以重力流碳酸鹽沉積巖發(fā)育為主。鄂爾多斯盆地南部繼承了馬一時(shí)的緩坡環(huán)境，但以發(fā)育石灰?guī)r白云巖緩坡為特征。3.3 馬三段沉積環(huán)境與巖相發(fā)育特征馬三時(shí)由于賀蘭裂谷擴(kuò)張急劇加強(qiáng)，裂谷肩部急劇抬升，“L”形中央隆起基本定形，其西翼變得較陡，相應(yīng)地作為邊側(cè)

13、坳陷地（內(nèi)）陸棚盆地地下陷幅度加大，成為“深坳”盆地，加之氣候轉(zhuǎn)為干熱，海平面又急劇下降，處于快速海侵緩慢海退地特殊時(shí)期，海水含鹽度高并不斷濃縮，致使”深坳“海水成鹽，在其中心的榆9井形成硬石膏巖、石鹽巖夾白云巖蒸發(fā)巖組合，發(fā)育為含白云巖的硬石膏巖石鹽巖盆地。由于此時(shí)海水來自海水來自南方和東南方，因而環(huán)繞膏鹽盆地的北部、東部和南部盆緣，從召探1井至柳林剖面再至宜探1井、富探1井，海水含鹽度明顯降低，沉積形成的石鹽巖急劇減少，白云巖急劇增多，轉(zhuǎn)而發(fā)育為硬石膏巖白云巖盆緣坪。西側(cè)盆緣因海水循環(huán)差，鹽度較高，因而發(fā)育為白云巖硬石膏巖盆緣坪。馬三時(shí)再中央隆起與（內(nèi)）陸棚盆地之間出現(xiàn)了水下凸起隆間洼地亞

14、環(huán)境，受中央隆起的淡水影響，主要為白云巖沉積區(qū)。西部陸棚區(qū)除桌子山地區(qū)仍處于混積陸棚及混積斜坡環(huán)境外，因海水鹽度增高，已發(fā)育為白云巖陸棚，往西側(cè)可能仍然發(fā)育重力流碳酸鹽巖為主的斜坡海槽環(huán)境。鄂爾多斯盆地南部，仍為繼承性緩坡環(huán)境，由于海水鹽度高，故而演化為白云巖緩坡。3.4 馬四段沉積環(huán)境與巖相發(fā)育特征馬四時(shí)是華北地臺(tái)最大的海侵期，氣候又轉(zhuǎn)為濕熱，鄂爾多斯盆地的陸棚區(qū)主要為石灰?guī)r分布區(qū)。海水由東、南、西三方入侵，在（內(nèi)）陸棚盆地的坳陷中心，包括榆9井、鎮(zhèn)川1井、陜參1井和青1井區(qū)，因水體深，循環(huán)較差，含鹽度相對(duì)較高，除石灰?guī)r外還有較多的白云巖形成，最終發(fā)育成為白云巖石灰?guī)r盆地。其內(nèi)盆緣主要發(fā)育為

15、含白云巖的石灰?guī)r盆緣坪，向外盆緣則過度為石灰?guī)r盆緣坪。中央隆起帶絕大部分被淹沒，僅殘存南端一小塊陸地，此時(shí)的水下凸起隆間洼地在北段主要為石灰?guī)r發(fā)育區(qū)，向南段則過度為白云巖、石灰?guī)r分布區(qū)。位于原中央隆起現(xiàn)已轉(zhuǎn)變?yōu)樗峦蛊鸬睦?井、李花1井和天深1井，馬四段沉積厚度大，李1井巖心與薄片1資料顯示顆粒石灰?guī)r發(fā)育，可能形成于淺灘環(huán)境；在原來的水下凸起帶，由鄂6井向南經(jīng)盟6井、定探1井，是馬四段沉積厚度最大的區(qū)帶，定探1井厚度大雨410m，由殼背朝上分布的具灘相生態(tài)特征的腕足顆粒石灰?guī)r發(fā)育，鄂6井顆粒石灰?guī)r占地層厚度的2030%（據(jù)馮增昭，1998）。根據(jù)以上分析，馬四時(shí)，兩列水下凸起帶的北段可能石灰?guī)r

16、淺灘比較發(fā)育，南段的白云巖石灰?guī)r淺灘也比較發(fā)育。西部陸棚主要為石英沉積區(qū)，毗鄰的斜坡環(huán)境中應(yīng)發(fā)育各類重力流石灰?guī)r。鄂爾多斯盆地南部緩坡則演化為白云巖石灰?guī)r緩坡環(huán)境。3.5 馬五段沉積環(huán)境與巖相發(fā)育特征馬五時(shí)華北地臺(tái)的古氣候又周期性轉(zhuǎn)變?yōu)楦蔁?，盆地基底?fù)又抬升，海平面下降，又表現(xiàn)出快速海侵和緩慢海退的特征，類似于馬三時(shí)的“深坳成鹽“時(shí)期再次出現(xiàn)。（內(nèi)）陸棚盆地的深坳中心位于榆6、9、10、11、12井和鎮(zhèn)川1井及綏1、2井區(qū)，再次發(fā)育成為含白云巖的硬石膏巖石鹽巖盆地。其中榆9井厚度374.6m，鎮(zhèn)川1井為353.6m，是鄂爾多斯盆地馬五時(shí)沉積最厚區(qū)塊。膏鹽盆地的內(nèi)盆緣發(fā)育為含石鹽巖的白云巖硬石膏

17、巖盆緣坪，向西側(cè)因海水鹽度較膏，過度為硬石膏巖白云巖盆緣坪，向東側(cè)因海水鹽度較低，而過渡為含石灰?guī)r硬石膏巖的白云巖盆緣坪。水下凸起演化為白云巖水下凸起淺灘；隆間洼地也是白云巖發(fā)育區(qū)。西部陸棚又演化為白云巖沉積區(qū)，其外側(cè)緊鄰賀蘭海槽的斜坡發(fā)育了各類粗碎屑重力流白云巖。斜坡腳和海槽內(nèi)為碳酸鹽碎屑和陸源硅質(zhì)碎屑沉積的濁積巖類深水泥巖沉積區(qū)。鄂爾多斯盆地南部又再次恢復(fù)到類似馬三時(shí)的白云巖緩坡環(huán)境。根據(jù)地震剖面顯示，中央隆起帶在馬五期其兩側(cè)反射層均向隆起緩慢上超，表明馬五期曾有沉積地層發(fā)育，但因馬家溝末期長(zhǎng)達(dá)一億三千多萬年的剝蝕，已將隆起帶上的馬五段地層剝蝕殆盡。3.6 馬六段沉積環(huán)境與巖相發(fā)育特征馬六時(shí)華北地臺(tái)氣候又轉(zhuǎn)為濕熱，再度發(fā)生海侵，鄂爾多斯盆地陸棚區(qū)發(fā)育為石灰?guī)r陸棚環(huán)境。由于加里東運(yùn)動(dòng)后一億三千多萬年漫長(zhǎng)的剝蝕，目前東部陸棚僅有7口井見到殘厚417m不等的馬六段石灰?guī)r地層，其他地區(qū)已被剝蝕。西部石灰?guī)r陸棚以外則依然發(fā)育為重力