趙振宇，郭彥如，王 艷，林冬娟

(1.中油勘探開發(fā)研究院，北京 100083; 2.中油長慶油田分公司，陜西 西安 710018; 3.中油吉林油田分公司，吉林 松原 131200)

鄂爾多斯盆地構(gòu)造演化及古地理特征研究進(jìn)展

趙振宇1，郭彥如1，王 艷2，林冬娟3

(1.中油勘探開發(fā)研究院，北京 100083; 2.中油長慶油田分公司，陜西 西安 710018; 3.中油吉林油田分公司，吉林 松原 131200)

鄂爾多斯盆地是華北板塊西部典型的克拉通邊緣疊合盆地，其發(fā)展演化除與華北板塊一脈相承外，還受盆地周緣古海槽多期開、合演化的控制與影響，具有其自身的獨(dú)特性與復(fù)雜性。近期研究表明，盆地發(fā)展演化至今，主要經(jīng)歷8個階段:①太古代—早元古代盆地結(jié)晶基底形成階段;②中元古代早期—中期大陸裂解階段，主要發(fā)育陸緣裂谷和陸內(nèi)拗拉槽;③中元古代晚期—晚元古代早期大陸匯聚階段，盆地抬升缺失沉積;④晚元古代中期—早古生代中奧陶世盆地邊緣裂陷與陸內(nèi)坳陷階段，主要發(fā)育海相碳酸鹽巖臺地沉積;⑤早古生代晚奧陶世—晚古生代早石炭世盆地周緣碰撞造山階段，盆地抬升剝蝕;⑥晚古生代晚石炭世—二疊紀(jì)末盆地周緣裂解階段，主要發(fā)育海陸交互相沉積;⑦中生代陸內(nèi)坳陷階段，盆地邊緣隆起并整體掀斜，主要發(fā)育河流相、三角洲相及湖泊相沉積;⑧新生代盆地周緣斷陷階段。其中中元古代古構(gòu)造格局對盆地后期構(gòu)造斷裂展布、沉積演化、地質(zhì)流體運(yùn)移及聚集產(chǎn)生了重要影響。

鄂爾多斯盆地;構(gòu)造演化;古地理

引言

鄂爾多斯盆地是華北板塊西部典型的克拉通邊緣疊合盆地，為中國內(nèi)陸第2大沉積盆地，橫跨陜、甘、寧、蒙、晉五省區(qū)，北以陰山、大青山、狼山為界，南至秦嶺，西起賀蘭山、六盤山，東到呂梁山，面積約為37×104km2(盆地本部為25×104km2)。目前由伊盟隆起、渭北隆起、晉西撓褶帶、伊陜斜坡、天環(huán)坳陷、西緣沖斷帶等6個一級構(gòu)造單元組成，周緣與河套盆地、銀川地塹、巴彥浩特盆地、六盤山盆地、定西盆地、渭河盆地等6大盆地毗鄰。盆地演化至今，主要經(jīng)歷了呂梁、晉寧、加里東、海西、印支、燕山及喜馬拉雅等多期構(gòu)造運(yùn)動旋回(圖1)，并在古構(gòu)造控制下，發(fā)育了中上元古界—下古生界海相碳酸鹽臺地相沉積、上古生界海陸交互相含煤碎屑巖沉積、中生界內(nèi)陸河流—三角洲—湖盆相沉積、新生界風(fēng)成黃土及河流相沉積，其中各界、系、統(tǒng)、組巖性特征及沉積相類型如圖1所示。盆地基底為前寒武紀(jì)結(jié)晶變質(zhì)巖系，后續(xù)地層發(fā)育較全，總厚度為5 000～6 000 m，主要缺失志留系至下石碳統(tǒng)。

自20世紀(jì)50年代，隨著盆地地質(zhì)勘查由東向西挺進(jìn)，加之長慶、延長等一批油氣田的發(fā)展壯大，有關(guān)盆地構(gòu)造演化與沉積響應(yīng)等基礎(chǔ)研究也進(jìn)入了高速發(fā)展期，并取得了豐碩成果。但局限于重磁電與地震資料品質(zhì)較差，以及盆內(nèi)野外露頭資料較少等原因，目前有關(guān)盆地基底斷裂體系展布、西緣逆沖疊瓦構(gòu)造樣式與演化、南緣特定時期巖相古地理特征、盆地內(nèi)部及周緣層序地層格架重建等問題仍需要進(jìn)一步明確和探討。在結(jié)合前人研究基礎(chǔ)上，以盆地油氣勘探實(shí)踐為指導(dǎo)，以盆地構(gòu)造演化為主線，系統(tǒng)論述了盆地從結(jié)晶基底至黃土高原地貌的演化歷程。

圖1 鄂爾多斯盆地構(gòu)造演化與古地理特征綜合柱狀圖

1 太古—早元古代盆地結(jié)晶基底形成階段

太古代—早元古代是盆地基底形成的主要時期。由于經(jīng)歷了遷西、阜平、五臺、呂梁4次構(gòu)造運(yùn)動，盆地基底巖系發(fā)生變質(zhì)、混合巖化及褶皺作用，并由此形成了由麻粒巖相(分布于古陸核中部)與綠片巖相(分布于古陸核周邊)組成的復(fù)雜變質(zhì)巖系。在盆地基底形成過程中，阜平運(yùn)動促使古陸核形成，五臺運(yùn)動使古陸核由塑性向剛性轉(zhuǎn)變，并最終在呂梁運(yùn)動后形成了穩(wěn)定的結(jié)晶基底［1－2］。

鄂爾多斯盆地內(nèi)部以寬緩正磁異常為主體，呈NE走向，從隴縣一直延伸至太原，斜穿整個盆地，巖性為古元古代中等變質(zhì)片麻巖、片巖及大理巖(同位素年齡約20×108a)。兩側(cè)表現(xiàn)為相同走向的負(fù)磁異常條帶，形態(tài)差異較大，宜川地區(qū)比較寬緩，靖邊地區(qū)右行錯斷，變化劇烈。東勝南部的高值正磁異常，呈EW走向，微向南凸，巖性為深變質(zhì)麻粒巖(同位素年齡約24×108a)，代表穩(wěn)定的太古代陸核［2－3］。從上述特征可以看出:鄂爾多斯塊體南北磁異常在延伸方向和形態(tài)方面都有顯著差異，且在靖邊存在較大規(guī)模的磁異常梯度帶，反映出靖邊以北鄂爾多斯基底存在一個明顯的物性界面，且界面兩側(cè)的基底物質(zhì)組成、構(gòu)造特征等存在差異。

2 中—晚元古代構(gòu)造演化與古地理特征

2.1 中元古代早—中期大陸裂解階段

中元古代早期至中期，盆地主要沿襲了華北板塊的演化特征，發(fā)育大陸邊緣裂谷和陸內(nèi)拗拉槽［3］。盆地南緣主要發(fā)育祁秦大洋裂谷及與之相伴生的3大拗拉槽，分別為海源—銀川拗拉槽(賀蘭拗拉槽)、延安—興縣拗拉槽(晉陜拗拉槽)和永濟(jì)—祁家河拗拉槽(晉豫陜拗拉槽)，沉積了長城系濱海相碎屑巖和薊縣系含燧石條帶藻紋層白云巖(圖1)，但三者沉積厚度差異較大。盆地北緣主要發(fā)育興蒙大洋裂谷及與之相伴生的狼山拗拉槽和燕山—太行山拗拉槽，沉積厚度約為2 000～4 000 m。該時期盆地沉積格局主要受延伸至盆地南部的3大拗拉槽所控制，盆地北部則因伊盟古隆起持續(xù)存在，構(gòu)造環(huán)境相對穩(wěn)定。

2.2 中元古代晚期—晚元古代早期碰撞造山階段

中元古代晚期，古亞洲洋向華北板塊俯沖，盆地北緣轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃哟箨戇吘?，發(fā)育島弧型火山沉積建造，至1 Ga左右，盆地北緣進(jìn)入碰撞擠壓造山階段，構(gòu)造變形強(qiáng)烈，褶皺斷裂發(fā)育［4］。同樣，盆地南緣也經(jīng)歷了由被動陸緣—主動陸緣—碰撞造山的發(fā)展演化，只是時間上與北緣稍有出入，表現(xiàn)為南部啟動早而結(jié)束晚［5－7］。大約在1.0～1.1 Ga左右，盆地周緣洋盆與裂谷相繼關(guān)閉，使華北陸塊(包括鄂爾多斯地塊)成為Rodinia超大陸的一部分，即著名的Grenville造山事件，并一直持續(xù)到晚元古代早—中期(900～700 Ma)。

2.3 晚元古代中—晚期大陸再次裂解階段

隨著泛大陸的解體，華北古陸與西伯利亞、勞侖大陸裂開，形成了獨(dú)立的華北板塊。盆地北緣興蒙洋Tonian紀(jì)(900 Ma)開始張裂，Cryogenian紀(jì)(750～700 Ma)、Ediacaran紀(jì)(700～600 Ma)達(dá)到擴(kuò)張高峰期［8］。盆地西南緣祁秦洋Cryogenian紀(jì)(740 Ma)開始張裂，Ediacaran紀(jì)(550±17 Ma)發(fā)育成典型大洋。眾多零星的地層記錄分析表明［9－10］，鄂爾多斯古陸南北兩側(cè)在前寒武紀(jì)末已經(jīng)發(fā)育成為穩(wěn)定的被動大陸邊緣。

3 早古生代構(gòu)造演化與古地理特征

3.1 寒武紀(jì)—中奧陶世被動大陸邊緣階段

早—中寒武世，鄂爾多斯盆地繼承了晚元古代后期的應(yīng)力特征，表現(xiàn)為區(qū)域伸展，受其影響，盆地北部形成了東西向的烏蘭格爾隆起、中西部南北向的靖邊鞍狀隆起以及盆地東部的呂梁隆起。除上述隆起外，盆地其余區(qū)域皆為海相沉積環(huán)境，并在中寒武世張夏期海侵達(dá)到全盛。由于此時盆地古地貌北高南低，因此即便在張夏期，盆地北部仍存在烏蘭格爾隆起，并在鄂托克旗—東勝一線以北缺失下古生界。晚寒武世至早奧陶世亮甲山期，構(gòu)造應(yīng)力場由南北拉伸向南北擠壓過渡，加之全球海平面下降，致使鄂爾多斯盆地內(nèi)部出現(xiàn)大面積古陸，只在盆地周緣接受了少量潮坪相沉積。

中奧陶世馬家溝期，近南北向擠壓開始占據(jù)主導(dǎo)地位，盆內(nèi)發(fā)生拗陷［10］，構(gòu)造分異明顯。早期的烏審旗—慶陽中央古隆起分解為北部伊盟古隆起、中部中央古隆起和中東部陜北坳陷(受盆地中元古代古構(gòu)造格局影響明顯)，這標(biāo)志著鄂爾多斯盆地早古生代構(gòu)造格局已基本發(fā)育成熟。其中，盆地中東部陜北坳陷馬家溝組發(fā)育了3套蒸發(fā)巖—碳酸鹽巖旋回，并向伊盟古隆起和中央古隆起超覆尖滅，盆地西緣和南緣則以淺?！肷詈Ｏ嗵妓猁}巖、泥巖沉積為主?？偨Y(jié)該時期鄂爾多斯的巖相古地理特征，可以概括為:古陸分隔、隆坳相間;臺內(nèi)為坪、蒸局交替;臺外為坡、先緩后斜;盆槽比鄰、母源蘊(yùn)藏。

3.2 晚奧陶世早期主動大陸邊緣階段

進(jìn)入晚奧陶世，盆地南側(cè)的秦祁洋向北俯沖而北側(cè)的興蒙洋向南俯沖，南北向擠壓進(jìn)一步加劇，隨之盆地兩側(cè)轉(zhuǎn)換為活動大陸邊緣，發(fā)育溝—弧—盆體系，華北板塊整體抬升，海水退出全區(qū)。與此同時，西緣和南緣強(qiáng)烈沉降，同沉積斷裂活動加強(qiáng)，臺地邊緣發(fā)育斜坡重力流，沉積了平?jīng)鼋M和背鍋山組(如圖1巖性特征)，這標(biāo)志著鄂爾多斯盆地早古生代碳酸鹽巖臺地沉積已接近尾聲。

3.3 晚奧陶世末碰撞造山階段

奧陶紀(jì)末，由于加里東運(yùn)動影響，鄂爾多斯地塊普遍抬升、剝蝕。興蒙洋、秦祁洋以及賀蘭拗拉槽相繼關(guān)閉并轉(zhuǎn)化成陸間造山帶，盆地內(nèi)部缺失沉積(圖1)。

4 晚古生代構(gòu)造演化與古地理特征

海西運(yùn)動早期，鄂爾多斯盆地繼承了加里東期的碰撞抬升，并一直持續(xù)到晚石炭世，風(fēng)化剝蝕長達(dá)1.5×108～1.8×108a，地層缺失志留系—下石炭統(tǒng)(圖1)。海西運(yùn)動中期，祁秦海槽、興蒙海槽、賀蘭拗拉槽再度復(fù)活，鄂爾多斯地塊隨之發(fā)生區(qū)域性沉降，并開始接受沉積。在盆地內(nèi)，區(qū)域構(gòu)造繼承了早古生代NNE向的隆坳相間格局，沉積特征為東西分異、南北展布，古地貌北高南低。

4.1 晚石炭世本溪期至早二疊世太原期海槽重新活動階段

晚石炭世本溪期，盆地內(nèi)部延續(xù)了早期隆坳相間的古地理格局，中央發(fā)育近南北向“啞鈴狀”古隆起，并分割了東西兩側(cè)的華北海和祁連海。本溪晚期，興蒙海槽向南俯沖消減，包括鄂爾多斯盆地在內(nèi)的華北地臺由南隆北傾轉(zhuǎn)變?yōu)楸甭∧蟽A，華北海與祁連海沿中央古隆起北部局部連通。

早二疊世太原期，隨著盆地區(qū)域性沉降持續(xù)，海水自東西兩側(cè)侵入，致使中央古隆起沒于水下，并形成了統(tǒng)一的廣闊海域。盡管如此，水下古隆起對盆地沉積仍具有一定的控制作用，古隆起東部以陸表海沉積為主，西部則以半深水裂陷槽沉積為主。

4.2 早二疊世山西期至石千峰期海陸過渡階段

早二疊世山西期，盆地周邊海槽不再拉張，轉(zhuǎn)而進(jìn)入消減期。晚二疊世，北部興蒙洋因西伯利亞板塊與華北板塊對接而消亡，南部秦祁洋則再度向北俯沖而消減，至晚三疊世閉合［6－7］。由于受南北兩側(cè)大洋相向俯沖影響，華北地臺整體抬升，海水從盆地東西兩側(cè)迅速退出，區(qū)域構(gòu)造環(huán)境與古地理格局發(fā)生顯著變化，早期的南北向中央古隆起和盆內(nèi)隆坳相間的沉積格局消失，沉積環(huán)境由海相漸變?yōu)楹ｊ戇^渡相，巖性特征見圖1，古地貌表現(xiàn)為北高南低，北緩南陡，并一直持續(xù)至晚三疊世。

山西早期是海盆向近海湖盆轉(zhuǎn)化的過渡時期，區(qū)域構(gòu)造活動強(qiáng)烈，海水從盆地東西兩側(cè)退出，北部物源區(qū)快速隆升，成為主要物源區(qū)。山西晚期，北部構(gòu)造活動日趨穩(wěn)定，物源供給減少，盆地進(jìn)入相對穩(wěn)定的沉降階段，并發(fā)生較大規(guī)模海/湖侵，三角洲體系向北收縮，沉積相帶北移。中二疊世下石盒子期，盆地北部構(gòu)造活動再次加強(qiáng)，古陸進(jìn)一步抬升，南北向坡度增大，沖擊扇—河流—三角洲體系向南推進(jìn);至上石盒子期，北部構(gòu)造抬升減弱，沖擊體系萎縮，而南部構(gòu)造抬升作用增強(qiáng)，三角洲沉積體系向北收縮。晚二疊世石千峰期，北部興蒙洋與西部賀蘭拗拉槽關(guān)閉、隆升，南部秦祁洋雖未完全關(guān)閉，但俯沖消減作用強(qiáng)烈，導(dǎo)致華北地臺整體抬升，海水自此退出鄂爾多斯，盆地演變?yōu)閮?nèi)陸湖盆，以發(fā)育河流—三角洲—湖泊沉積為主，沉積環(huán)境徹底轉(zhuǎn)變?yōu)榇箨戵w系。

5 中—新生代構(gòu)造演化與古地理特征

中—新生代，鄂爾多斯盆地受古亞洲洋、古特提斯洋和環(huán)太平洋三大區(qū)域動力體系控制，周緣板塊相繼匯聚、碰撞造山，并最終導(dǎo)致了呂梁隆起、六盤山?jīng)_斷帶及陰山巖漿巖帶的形成與發(fā)展。由于后期燕山運(yùn)動的影響，盆地進(jìn)一步抬升剝蝕，且東部持續(xù)隆起，東高西低的古地理格局一直持續(xù)至今?？梢哉f，中生代是鄂爾多斯盆地作為獨(dú)立沉積盆地發(fā)育與演化的開始，并表現(xiàn)出了明顯的階段性和旋回性。盆地古地貌東高西低，沉積格局東西分異、南北展布。

5.1 印支期陸內(nèi)坳陷階段

海西運(yùn)動末期，鄂爾多斯盆地周緣除秦祁洋外皆已關(guān)閉，盆地進(jìn)入內(nèi)陸湖盆演化階段。此時秦嶺洋雖未完全關(guān)閉，但對盆內(nèi)沉積影響較小，只在盆地東南緣尚存部分淺海陸緣沉積。至印支期，盆地及周緣受古特提斯洋閉合影響，構(gòu)造應(yīng)力場以南北向擠壓為主，形成了盆地南部的秦嶺造山帶、西緣陸內(nèi)構(gòu)造活動帶、北緣阿拉善古陸、陰山造山帶和東部華北古陸等多個物源供給區(qū)。此時盆地內(nèi)部沉積格局表現(xiàn)為南北分異，東西展布。

早—中三疊世(劉家溝組、和尚溝組、紙坊組)，盆地繼承了二疊紀(jì)的古構(gòu)造格局和沉積特點(diǎn)，盆內(nèi)沉積了一套以河流相、沼澤相為主的紅色、雜色砂巖和暗色泥巖層系(圖1)。

晚三疊世，特提斯北緣的昆侖—秦嶺洋沿阿尼瑪卿—商丹斷裂帶由東向西呈“剪刀式”碰撞閉合，強(qiáng)烈的造山運(yùn)動使得南華北地區(qū)大規(guī)模隆升，靠近郯廬斷裂帶首先隆起并逐漸向西擴(kuò)展，使得晚三疊世盆地沉積不斷向西退縮，沉積中心不斷向西遷移。該時期盆地沉積格局變化不大，沉積環(huán)境穩(wěn)定，以湖泊—三角洲相為主。該時期，盡管盆地內(nèi)部構(gòu)造運(yùn)動不明顯，但在西、南緣已經(jīng)發(fā)生了斷裂逆沖，并且在古太平洋板塊俯沖影響下，盆地開始由南北分異向東西分異轉(zhuǎn)變。三疊紀(jì)末盆地整體不均勻抬升，延長組頂部遭受差異剝蝕。

5.2 燕山期東西掀斜運(yùn)動階段

燕山期，古太平洋板塊開始向新生的亞洲大陸斜向俯沖，華北板塊中東部地區(qū)總體處于NE向左旋擠壓構(gòu)造環(huán)境，鄂爾多斯盆地東部顯著向西掀斜，盆地西南緣發(fā)生強(qiáng)烈陸內(nèi)變形和多期逆沖推覆，形成了盆地西部坳陷、東部掀斜抬升的古構(gòu)造格局。各時期具體特征如下:早侏羅世構(gòu)造穩(wěn)定期:富縣期(圖1)，盆地在三疊紀(jì)末高低不平的古地貌上填平補(bǔ)齊，主要發(fā)育河流—湖泊相沉積。延安期，主要發(fā)育河流—沼澤相沉積，厚約200～300 m，為盆地主要成煤期。中侏羅世東西分異階段:盆地東部隆起逐漸擴(kuò)大，沉積范圍逐漸向西收縮，此時盆地沉積格局東西分異，南北展布。晚侏羅世強(qiáng)烈逆沖隆升階段:受特提斯域諸地塊與西伯利亞板塊南北雙向擠壓及阿拉善地塊東向擠壓作用影響下，盆地西緣發(fā)生強(qiáng)烈逆沖變形、東部抬升剝蝕。地層厚度自西向東驟然減薄，與白堊系高角度不整合接觸，沉積相亦由沖積相快速過渡為河流—湖泊相。早白堊紀(jì)盆地整體持續(xù)抬升階段:早白堊紀(jì)，盆地處于弱伸展構(gòu)造環(huán)境內(nèi)，僅發(fā)生輕微褶皺和斷裂，東部持續(xù)抬升，西部繼續(xù)逆沖，盆地多處與古近系呈不整合接觸。晚白堊紀(jì)盆地消亡階段:晚白堊紀(jì)全區(qū)仍繼續(xù)隆起，風(fēng)化剝蝕，缺失沉積，鄂爾多斯盆地發(fā)育結(jié)束。

5.3 喜山期盆地周緣斷陷階段

喜山期，印度洋板塊與歐亞板塊碰撞，古特提斯洋閉合，同時太平洋板塊向西俯沖消減，盆地內(nèi)部整體抬升，周緣發(fā)育一系列新生代斷陷盆地。盆地主體部分普遍缺失古近系，僅在中東部地區(qū)發(fā)育新近紀(jì)(3～8 Ma)紅色黏土，第四紀(jì)(1.7 Ma以來)黃土大面積覆蓋。因此，晚白堊世盆地構(gòu)造隆升至少延續(xù)至新近紀(jì)紅黏土沉積之前，又再次發(fā)生隆升事件，可能在一定程度上反映了青藏高原隆升在鄂爾多斯地區(qū)產(chǎn)生的遠(yuǎn)程效應(yīng)。根據(jù)磷灰石FT統(tǒng)計分析，鄂爾多斯盆地主體在喜山期發(fā)生過多次構(gòu)造抬升事件，包含 55、25、5 Ma 3個主要幕次［11］。

6 結(jié)論

(1)鄂爾多斯盆地作為華北板塊的一部分，其發(fā)展演化不能脫離主體而單獨(dú)存在。兩者演變歷程異常復(fù)雜，不僅在板塊形變上遭受多期改造、變形疊加，而且在沉積建造上也形成了多種巖石類型。由太古代至新生代，盆地依次經(jīng)歷了阜平、五臺、呂梁、晉寧、加里東、海西、印支、燕山和喜山等9大構(gòu)造運(yùn)動旋回，總體表現(xiàn)為基底形成—裂解—匯聚—離散—匯聚—造山—裂解—匯聚—造山—掀斜—斷陷的運(yùn)動旋回特征。

(2)鄂爾多斯盆地發(fā)展演化總體上表現(xiàn)為“蹺蹺板”式升降運(yùn)動，古地理格局具有多期性和旋回性，各期古地貌特征表現(xiàn)為:中—晚元古代:東高西低，弱分異、弱展布;早古生代—晚古生代中期:北高南低，隆坳相間;晚古生代后期—中生代早期:北高南低，東西分異、南北展布;中生代中、后期:東高西低，東西分異、南北展布。上述不同時期獨(dú)特的構(gòu)造－沉積格局，對油氣的運(yùn)聚成藏具有重要意義。

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編輯 林樹龍

TE121.1

A

1006－6535(2012)05－0015－06

10.3969/j.issn.1006－6535.2012.05.004

20120327;改回日期:20120624

國家重大科技專項“大型油氣田及煤層氣開發(fā)”((2011ZX05004);中國石油勘探開發(fā)研究院青年創(chuàng)新基金與中國博士后科學(xué)基金聯(lián)合資助“泥巖非構(gòu)造裂縫發(fā)育規(guī)律、形成機(jī)理及其對油氣成藏的影響”(2010－B－16－05，201104129)

趙振宇(1980－)，男，工程師，2004年畢業(yè)于中國石油大學(xué)(華東)資源勘查與工程專業(yè)，2009年畢業(yè)于該校地球化學(xué)專業(yè)，獲博士學(xué)位，現(xiàn)主要從事盆地沉積學(xué)、盆地動力學(xué)研究。