馮娟萍，歐陽(yáng)征健，李文厚

(1.西安科技大學(xué) 地質(zhì)與環(huán)境學(xué)院，陜西 西安 710054；2.蘭州城市學(xué)院 培黎石油工程學(xué)院，蘭州 730070；3.西北大學(xué) 地質(zhì)學(xué)系，陜西 西安 710069)

國(guó)內(nèi)外油氣勘探實(shí)踐證實(shí)，中新元古代具備一定的勘探潛力，是下一步油氣勘探的接替領(lǐng)域之一[1]。前人研究表明，克拉通盆地的中新元古界油氣勘探潛力巨大[2-10]。中國(guó)在鄂爾多斯盆地、四川盆地及塔里木盆地的中—新元古界中均發(fā)現(xiàn)了“新生古儲(chǔ)”和“原生”兩類油氣藏[11-18]，其中鄂爾多斯盆地的中新元古界具有烴源巖條件等成藏潛力[19-22]。近年來(lái)，在盆地伊盟隆起的錦13井，深度為3 527～3 530 m的中元古界長(zhǎng)城系中發(fā)現(xiàn)明顯的氣測(cè)異常，中途測(cè)試獲2.4萬(wàn)m3/d的天然氣流，證實(shí)中—新元古界是鄂爾多盆地下一個(gè)值得關(guān)注的能源勘探領(lǐng)域[23]。

總體上講，鄂爾多斯地區(qū)中—新元古界的勘探與研究程度均低，已經(jīng)不能滿足大規(guī)模油氣勘探的要求。其中，薊縣系相對(duì)于長(zhǎng)城系來(lái)說(shuō)，其研究與勘探程度更低。薊縣系是否具有生烴條件，其儲(chǔ)集性能和封蓋能力如何等相關(guān)基礎(chǔ)油氣地質(zhì)問(wèn)題尚未弄清，有待深化研究。因此，本研究?jī)?yōu)選勘探與研究程度非常低的薊縣系為研究對(duì)象，對(duì)其開(kāi)展沉積特征等相關(guān)基礎(chǔ)地質(zhì)問(wèn)題的研究，為中元古界薊縣系的油氣勘探提供地質(zhì)依據(jù)。

1 地質(zhì)概況

鄂爾多斯地區(qū)位于華北克拉通西側(cè)，盆地北側(cè)及西側(cè)北段接阿拉善—內(nèi)蒙地塊，西側(cè)南段與走廊過(guò)渡帶、祁連褶皺帶相接，南側(cè)為渭河盆地與秦嶺褶皺帶，南側(cè)東段與豫皖地塊的小秦嶺地區(qū)相鄰，東鄰山西地塊的呂梁山隆起。研究區(qū)包括鄂爾多斯盆地及其周緣，其中鄂爾多斯盆地可劃分為伊盟隆起、西緣沖斷帶、天環(huán)拗陷、伊陜斜坡、靖西撓褶帶和渭北隆起6個(gè)一級(jí)構(gòu)造單元[1,23-24](見(jiàn)圖1)。鄂爾多斯地區(qū)中—新元古界主要包括長(zhǎng)城系、薊縣系、青白口系和震旦系。薊縣系在研究區(qū)西南部沉積厚度大，保留較全，西厚東薄、南厚北薄(見(jiàn)圖2)，向北東方向逐漸減薄甚至缺失[23]。在鄂爾多斯盆地西緣和南緣，地層分別為近南北向及東西向分布，沉積厚度最大超過(guò)2 000 m。在盆地中部慶陽(yáng)一帶，地層厚度僅有100 m，而在盆地東部則未接受沉積[1]。其地層厚度變化及分布明顯受元古代南北向及東西向大斷裂控制。

圖1 鄂爾多斯地區(qū)構(gòu)造單元?jiǎng)澐謭DFig.1 Zoning map of tectonic units in Ordos Area

2 沉積特征

2.1 巖石學(xué)特征

薊縣系巖石類型以大量海相富鎂碳酸鹽巖為主，含少量陸源碎屑巖。巖石類型主要有泥晶-粉晶白云巖、疊層石白云巖、內(nèi)碎屑白云巖、球(團(tuán))粒白云巖、重結(jié)晶白云巖和硅質(zhì)條帶團(tuán)塊白云巖等幾種類型。

2.1.1 泥晶-微晶、粉晶、細(xì)晶白云巖 其主要為淺灰色、灰色、灰白色、淺黃色、褐色厚層塊狀泥晶-微晶、粉晶、細(xì)晶白云巖及灰?guī)r，質(zhì)純(見(jiàn)圖3A，B)。其中，泥晶-微晶白云巖晶粒粒徑主要在0.005 mm左右，粉晶白云巖晶粒粒徑一般為0.02～0.05 mm，細(xì)晶晶粒粒徑大于0.1 mm(見(jiàn)圖3C，D)。這種結(jié)晶質(zhì)結(jié)構(gòu)一般為各種結(jié)構(gòu)和成因的灰?guī)r，經(jīng)強(qiáng)烈重結(jié)晶作用或白云巖化作用改造而形成。

圖2 鄂爾多斯盆地西緣中元古界薊縣系地層對(duì)比圖Fig.2 Stratigraphic correlation map of Jixianian System Meso-Proterozoic in the western margin of Ordos Area

2.1.2 疊層石白云巖 研究區(qū)薊縣系疊層石白云巖十分發(fā)育，主要有層狀疊層石白云巖(見(jiàn)圖3E)、波狀疊層石白云巖(見(jiàn)圖3F)、球狀疊層石白云巖(見(jiàn)圖3G，H)、柱狀疊層石白云巖和錐狀疊層石白云巖等多種類型的疊層石白云巖。

2.1.3 內(nèi)碎屑白云巖 內(nèi)碎屑白云巖以砂屑、礫屑為主，礫屑粒徑一般為1.0～8 cm，最大可達(dá)30 cm(見(jiàn)圖3I，J)。內(nèi)碎屑含量變化范圍較大，質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般在10%～80%。

2.1.4 球(團(tuán))粒白云巖 球、團(tuán)粒白云巖呈不規(guī)則的夾層產(chǎn)出，由硅質(zhì)和白云質(zhì)交替顯現(xiàn)同心層結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖3K，L，M，N)，其應(yīng)是藻類生物成因或由藻類直接參與而形成。球粒、團(tuán)粒白云巖局部重結(jié)晶，顆粒面式接觸(見(jiàn)圖3L)；還有部分球粒、團(tuán)粒白云巖基質(zhì)膠結(jié)，局部見(jiàn)交代作用形成的同心鮞粒、結(jié)核(見(jiàn)圖3M，N)。

2.1.5 硅質(zhì)條帶白云巖 硅質(zhì)條帶白云巖中常見(jiàn)淺白色、灰白色條帶狀、條紋狀、團(tuán)塊狀或結(jié)核狀燧石，還可見(jiàn)微紋層、細(xì)紋層狀黑色燧石(見(jiàn)圖3O，P)。

2.2 沉積相類型

鄂爾多斯地區(qū)是華北克拉通盆地的一部分，其結(jié)晶基底穩(wěn)定，地形平坦，在中—新元古界主要形成平坦寬闊的陸表海，水體又很淺，水動(dòng)力很弱，因此微弱的地殼升降運(yùn)動(dòng)或冰川的消長(zhǎng)都會(huì)使海平面產(chǎn)生顯著變化，這樣就產(chǎn)生了大范圍的潮坪沉積。薊縣系潮坪沉積主要在盆地的西部和南部發(fā)育，為碎屑巖潮坪和碳酸鹽潮坪的混合沉積。其可分為潮上帶、潮間帶和潮下帶，這3種相帶在垂向及側(cè)向上頻繁交互和遷移，是典型的陸表海沉積特征。潮坪沉積之外，由北向南、由東至西依次發(fā)育開(kāi)闊臺(tái)地及開(kāi)闊海沉積(見(jiàn)圖4)。

2.2.1 潮上帶 潮上帶為平均高潮線與最大漲潮線之間的區(qū)域，與上潮間帶呈過(guò)渡關(guān)系，其巖石類型主要為紋層狀白云巖、紋層狀藻疊層石白云巖(見(jiàn)圖3E)、含泥白云巖和含砂白云巖。由于長(zhǎng)期暴露，沉積地層較薄，潮上帶有時(shí)可見(jiàn)干裂、石膏及石鹽假晶等干旱沉積相標(biāo)志。洛南縣巡檢司鎮(zhèn)洛南群石莊組、龍家園組和巡檢司組底部分別發(fā)育含礫砂巖、灰白色石英雜砂巖(0.5 m厚)以及灰綠色砂質(zhì)板巖，均為潮上帶沉積環(huán)境下的沉積建造(見(jiàn)圖5)。

2.2.2 潮間帶 潮間帶位于平均高潮線和平均低潮線之間(見(jiàn)圖4)，以間歇能沉積為特點(diǎn)。其主要發(fā)育砂屑白云巖、泥晶白云巖、竹葉狀礫屑白云巖、鮞粒白云巖、錐狀疊層石白云巖、柱狀疊層石白云巖和層狀疊層石白云巖等巖石類型(見(jiàn)圖5)。竹葉狀礫屑白云巖形成于沉積水體較淺的潮間環(huán)境，為典型風(fēng)暴巖，底部見(jiàn)侵蝕面，代表了風(fēng)暴作用的開(kāi)始；中部往往發(fā)育尖棱狀硅質(zhì)礫屑，代表了風(fēng)暴作用的高潮；頂部發(fā)育紋層狀白云巖，代表了風(fēng)暴作用的結(jié)束。潮間帶可進(jìn)一步劃分為上潮間帶和下潮間帶兩種類型的沉積亞相。

A 固原市云霧山深灰色微-粉晶白云巖(-)；B 固原市閔家溝淺褐色泥-微晶灰?guī)r(-)；C 華亭縣馬峽鎮(zhèn)薊縣系細(xì)晶白云巖(-)；D 洛南縣巡檢鎮(zhèn)薊縣系龍家園組細(xì)晶白云巖(-)；E 環(huán)縣陰石峽薊縣系層狀疊層石白云巖；F 岐山縣澇川鄉(xiāng)薊縣系波狀疊層石白云巖；G 華亭縣馬峽鎮(zhèn)球狀疊層石白云巖；H 環(huán)縣陰石峽球狀疊層石白云巖；I 岐山縣澇川鄉(xiāng)薊縣系內(nèi)碎屑白云巖；J 岐山縣澇川鄉(xiāng)薊縣系內(nèi)碎屑白云巖；K 岐山縣澇川鄉(xiāng)薊縣系球(團(tuán))粒白云巖；L 岐山縣澇川鄉(xiāng)薊縣系球(團(tuán))粒白云巖(-)；M 岐山縣澇川鄉(xiāng)薊縣系球(團(tuán))粒白云巖，含鮞粒(-)；N 岐山縣澇川鄉(xiāng)薊縣系球(團(tuán))粒白云巖，含鮞粒(-)；O 同心縣青龍山薊縣系硅質(zhì)條帶白云巖；P 岐山縣澇川鄉(xiāng)薊縣系硅質(zhì)條帶白云巖；Q 華亭縣馬峽鎮(zhèn)薊縣系含硅質(zhì)條帶竹葉狀白云巖(-)；R 岐山縣薊縣系礫屑白云巖(-)；S 鎮(zhèn)探1井薊縣系4 514.85 m；T 鎮(zhèn)探1井薊縣系4 499.22 m；U 巡檢鎮(zhèn)巡檢司組藍(lán)綠藻疊層石白云巖(-)；V 炭山鄉(xiāng)薊縣系大型波痕；W 巡檢鎮(zhèn)杜關(guān)組粉砂巖中局部含有含泥泥晶白云巖(-)；X 洛南薊縣系杜關(guān)組泥巖圖3 鄂爾多斯地區(qū)中元古界薊縣系野外露頭、巖心及顯微照片F(xiàn)ig.3 Outcrops,cone and microphotographs of Jixianian System in Ordos Area

圖4 鄂爾多斯地區(qū)薊縣系沉積模式Fig.4 Sedimentary model of Jixianian System in Ordos Area

其中，上潮間帶發(fā)育紋層狀藻疊層石白云巖(見(jiàn)圖3I，J，K，L)，常具斑點(diǎn)及小凝塊結(jié)構(gòu)，紋層發(fā)育，指示水體很淺，常為1 m左右。紋層間可見(jiàn)干裂收縮細(xì)紋或微沖刷現(xiàn)象，為典型的潮坪沉積。常見(jiàn)含硅質(zhì)條帶的竹葉狀白云巖，竹葉狀礫石為潮汐溝沉積。硅質(zhì)與白云石之間存在拼合面，見(jiàn)同心鮞粒，硅質(zhì)受后期擠壓應(yīng)力而重結(jié)晶(見(jiàn)圖3Q)。洛南縣巡檢司鎮(zhèn)洛南群龍家園組發(fā)育灰色、深灰色紋層狀含燧石條帶細(xì)晶白云巖、疊層石白云巖，厚度大，為上潮間帶的沉積產(chǎn)物(見(jiàn)圖5)。華亭縣馬峽鎮(zhèn)薊縣系的含燧石條帶白云巖、白云巖及疊層石白云巖也屬上潮間帶沉積(見(jiàn)圖6)。

圖5 洛南縣巡檢司鎮(zhèn)洛南群巖性柱狀圖Fig.5 The lithological column map of Luonan Group in Xunjiansi Town，Luonan County

下潮間帶的沉積相標(biāo)志主要有波紋狀藻疊層石白云巖、中—小型柱(錐)狀藻疊層石白云巖、亮(微)晶粒屑云巖(見(jiàn)圖3A，B，E)，常見(jiàn)單向水流交錯(cuò)層理、交錯(cuò)層理，高幅度較對(duì)稱波痕，準(zhǔn)同生角礫等，角礫大小差異大，整體上呈粒序排列，見(jiàn)重結(jié)晶(見(jiàn)圖3R，S，T，U)。洛南縣巡檢司鎮(zhèn)洛南群下潮間帶的巖性主要為灰色、深灰色厚層含燧石條帶的泥晶、粉晶、細(xì)晶白云巖和疊層石白云巖，主要發(fā)育于石莊組和巡檢司組(見(jiàn)圖5)。華亭縣馬峽鎮(zhèn)薊縣系下潮間帶的巖性主要為中—薄層硅質(zhì)白云巖、含角礫白云巖(見(jiàn)圖6)。

2.2.3 潮下帶 潮下帶位于平均低潮面以下和波基面以上(見(jiàn)圖4)。其一般比較寬闊，地勢(shì)平坦，水體淺，陽(yáng)光充足，藻類大量繁殖，波浪和潮汐活動(dòng)頻繁。其可以進(jìn)一步劃分為開(kāi)闊臺(tái)地、局限海和水下淺灘等沉積微相。

潮下帶在局部地段形成高能環(huán)境，尤其是鄰近濱線附近的能量最高，形成開(kāi)闊臺(tái)地，相當(dāng)于Irwin[25]劃分的Y帶和淺潮下帶[26]，Wilson[27]則稱之為臺(tái)地邊緣沉積區(qū)。研究區(qū)主要發(fā)育大型錐或柱狀藻疊層石白云巖、砂屑白云巖和鮞粒白云巖等巖石類型?？梢?jiàn)各種交錯(cuò)層理、波痕、沖刷面和大型波痕(見(jiàn)圖3V)。華亭縣馬峽鎮(zhèn)薊縣系開(kāi)闊臺(tái)地主要發(fā)育中—薄層灰白色硅質(zhì)條帶白云巖，局部見(jiàn)白云巖礫石，偶夾竹葉狀白云巖，常見(jiàn)交錯(cuò)層理、波痕和沖刷面(見(jiàn)圖6)。

由于水流活動(dòng)的擾動(dòng)致使底部物質(zhì)發(fā)生移動(dòng)，在開(kāi)闊臺(tái)地的古地貌微凸地帶或高處，鮞粒或藻粒發(fā)生聚集而形成水下淺灘沉積。水下淺灘粒屑以藻鮞、高能鮞為主(見(jiàn)圖3K，L)，多發(fā)育成錐狀或柱狀藻疊層石構(gòu)造，進(jìn)而演化成礁體。

由于淺灘的阻攔作用，其在近岸一側(cè)形成較閉塞的潮下瀉湖或局限海[19]。

2.2.4 開(kāi)闊海 開(kāi)闊海位于波基面以下(見(jiàn)圖4)，相當(dāng)于陸棚區(qū)沉積。此處水體加深，潮汐和波浪微弱，具有低能特點(diǎn)，是碳酸鹽沉淀的有利場(chǎng)所。其主要發(fā)育泥晶白云巖、含泥泥晶白云巖、粉砂巖、泥巖(見(jiàn)圖3W，X)。其無(wú)明顯的沉積構(gòu)造，泥晶白云巖均呈塊狀構(gòu)造。華亭縣馬峽鎮(zhèn)薊縣系開(kāi)闊海主要巖性為灰黃色泥質(zhì)白云巖(見(jiàn)圖6)。

圖6 華亭縣馬峽鎮(zhèn)薊縣系巖性柱狀圖Fig.6 The lithological column map of Jixianian System in Maxia Town,Huating County

3 巖相古地理展布特征

鄂爾多斯地區(qū)薊縣紀(jì)海侵繼續(xù)向東、向北擴(kuò)大，沉積主要發(fā)育在研究區(qū)南緣、西南緣和西緣的廣大地區(qū)，在西北緣及北緣等地區(qū)沉積較少，東緣基本缺失，沉積范圍及地層厚度都比長(zhǎng)城紀(jì)小，主要為碳酸鹽巖潮坪沉積，水體較淺；水體向西、向南變深，地層厚度增大。在盆地西緣北部烏海千里山剖面，可以見(jiàn)到薊縣系王全口組底部含礫砂質(zhì)白云巖，其陸源物質(zhì)已經(jīng)大大減少[1]。在青龍山地區(qū)，薊縣系王全口組在巖性上為一套碳酸鹽巖，以含硅質(zhì)條帶或結(jié)核白云巖為主，局部地區(qū)含少量石英砂巖。向北至賀蘭山、內(nèi)蒙桌子山一帶，地層上部含少量碎屑巖，由南向北厚度遞減，但所含碎屑巖增多，夾有海綠石石英砂巖；下部泥質(zhì)白云巖中鳥(niǎo)眼構(gòu)造發(fā)育，代表了潮間帶上部的間歇性暴露沉積環(huán)境。上部砂巖夾層中羽狀交錯(cuò)層理發(fā)育，含海綠石特征礦物，代表了潮下帶反復(fù)漲潮退潮所形成的較高能的沉積產(chǎn)物。

從盆地南部的洛南向西北至慶陽(yáng)、環(huán)縣，再到北部蘇峪口的廣大地區(qū)，整體上地形坡度較小，呈平緩狀，水體深度也不大，屬于碳酸鹽潮坪沉積環(huán)境。在波浪、潮汐及間歇暴露的影響下，該地區(qū)主要發(fā)育潮間帶沉積，同時(shí)也包括一部分潮上帶及潮下帶沉積。研究區(qū)自古陸向外緣依次分布5個(gè)不同的相帶：砂坪、云坪、燧石云坪、開(kāi)闊臺(tái)地和開(kāi)闊海(見(jiàn)圖7)。不同相帶均沿岸線呈帶狀展布，寬窄不一。砂坪延伸的寬度有限，一般在幾公里到十幾公里以內(nèi)；云坪和燧石云坪分布的寬度基本相當(dāng)，一般在30～40 km；開(kāi)闊臺(tái)地微相沿洛南、岐山、華亭、平?jīng)?、大小羅山及青銅峽一帶分布；開(kāi)闊臺(tái)地之外則為開(kāi)闊海的展布范圍，主要分布在鄂爾多斯盆地的南緣、西南緣和西緣的廣大區(qū)域，在西安—寶雞—華亭—平?jīng)觥袑幰阅?、以西展布。盆地西北緣僅有小面積的潮坪、開(kāi)闊臺(tái)地及開(kāi)闊海分布。在盆地北緣的包頭和烏拉特前旗等地則以潮坪沉積為主。

圖7 鄂爾多斯盆地中元古代薊縣紀(jì)巖相古地理圖Fig.7 Sedimentary facies of Jixianian Period in Ordos Area

4 認(rèn)識(shí)與結(jié)論

1)鄂爾多斯地區(qū)中元古界薊縣系巖石類型以大量海相富鎂碳酸鹽巖為主，含少量陸源碎屑巖。

2)沉積相主要有潮上帶、潮間帶(上潮間帶和下潮間帶)、潮下帶及開(kāi)闊海4種主要類型。

3)薊縣系可分為開(kāi)闊型陸表海和閉塞型陸表海兩種沉積模式。

4)研究區(qū)自古陸向外緣依次為砂坪、云坪、燧石云坪、開(kāi)闊臺(tái)地和淺海等5個(gè)沉積相區(qū)。