陳 強，李文厚，孫嬌鵬，張 倩，梁積偉，李智超

（1.長安大學地球科學與資源學院，陜西西安710054；2.西北大學地質(zhì)學系，陜西西安710069；3.長安大學土地工程學院，陜西西安710054）

鄂爾多斯盆地位于華北地塊西部，是我國第二大沉積盆地，因含有豐富的煤、石油、天然氣、鈾等多種能源礦產(chǎn)而聞名。同時，盆地周緣露頭發(fā)育、地層齊全、沉積類型多樣、沉積現(xiàn)象豐富，一直吸引著廣大地質(zhì)工作者的關(guān)注[1-8]。岐山地區(qū)位于鄂爾多斯盆地南緣，南隔渭河地塹與北秦嶺—祁連褶皺帶相望，區(qū)內(nèi)發(fā)育薊縣系、震旦系、寒武—奧陶系、二疊—三疊系、侏羅系等地層（圖1），且均有相對應的野外露頭剖面，是研究鄂爾多斯盆地乃至華北地區(qū)的地層、沉積演化及其與造山帶關(guān)系的有利地區(qū)。

圖1 鄂爾多斯盆地南緣岐山地區(qū)地質(zhì)簡況（據(jù)梁積偉等[12]修改）Fig.1 Geological profile of Qishan area,southern margin of Ordos Basin（modified from LIANG Jiwei,et al[12]）

奧陶系是鄂爾多斯盆地構(gòu)造-沉積演化和天然氣成藏的一個關(guān)鍵層位，近年來，除了區(qū)域性的研究工作[1-2,5-7,9-10]，部分學者針對岐山地區(qū)開展了相應的工作。周書昌等[11]、梁積偉等[12]對岐山曹家溝剖面平?jīng)鼋M深水沉積環(huán)境進行了研究；劉溪等[13]、趙迪等[14]對馬家溝組沉積環(huán)境進行了分析，但觀點不同；楊甫等[15]對平?jīng)鼋M碎屑鋯石及其物源特征進行了探討；戴霜等[16]通過牙形刺對地層對比劃分進行了研究。這些工作在豐富區(qū)域資料的同時，也因地層劃分問題造成了結(jié)論的偏差。因此，筆者基于岐山曹家溝實測剖面，對奧陶系地層及其沉積特征進行了厘定和分析。

1 剖面介紹

岐山曹家溝奧陶系剖面位于陜西省岐山縣東北20 km，自蒲村鎮(zhèn)向北沿麟游縣—眉縣的G342 國道出露，由于自然切割、采石場開挖，特別是2016年公路改造，露頭被進一步揭露，使得奧陶系地層連續(xù)出露。剖面起點位于岐山縣曹家溝村北約1 km，坐標N34°32'18″，E107°45'4″，終點位于麟游縣上永安村，坐標N34°35'44″，E107°46'6″，全長約7 km。剖面向南斷續(xù)出露寒武系、震旦系和薊縣系地層，向北被二疊系不整合覆蓋，奧陶系自下而上可劃分為下奧陶統(tǒng)冶里組和亮甲山組、中奧陶統(tǒng)馬家溝組和峰峰組、上奧陶統(tǒng)平?jīng)鼋M和唐王陵組（圖2）。西側(cè)崛山森林公園內(nèi)的西崛山剖面中上奧陶統(tǒng)連續(xù)發(fā)育，可作為曹家溝剖面的補充。

圖2 岐山曹家溝剖面奧陶系地層綜合柱狀剖面Fig.2 Ordovician comprehensive stratigraphic columnar section of Caojiagou section,Qishan

2 下奧陶統(tǒng)

2.1 冶里組

冶里組主要巖性為土黃色、灰紫色、灰色中薄層泥巖、泥質(zhì)白云巖、粉細晶白云巖。下部泥質(zhì)含量高，紋層發(fā)育，具潮汐層理，上部云質(zhì)含量高，厚度增大，為粉細晶白云巖與泥質(zhì)白云巖互層（圖3a—圖3d），地層總厚度為126.3 m，劈理較為發(fā)育。下以厚層塊狀晶粒白云巖的結(jié)束，中薄層土黃色泥質(zhì)白云巖的出現(xiàn)與下伏上寒武統(tǒng)三山子組斷層接觸（圖3a）。

沉積環(huán)境上，冶里組整體上屬潮坪相沉積，表現(xiàn)為向上水體逐漸變深的演化趨勢。冶里組下部以紋層狀泥巖和泥質(zhì)白云巖為主，水平紋層發(fā)育，局部見潮汐層理、鳥眼構(gòu)造，反映了潮間帶上部的泥云坪沉積環(huán)境。冶里組上部為中厚層白云巖與中薄層泥質(zhì)白云巖不等厚互層，構(gòu)成多個白云巖—泥質(zhì)白云巖的旋回，反映了潮間帶下部云坪的沉積序列。

2.2 亮甲山組

亮甲山組主要巖性為淺灰、灰色中厚層—塊狀含燧石條帶或團塊細晶—中粗晶白云巖，夾一套土黃色泥質(zhì)白云巖，發(fā)育少量的硅化疊層石（圖3e—圖3i），地層總厚度為123.3 m。下以中薄層泥質(zhì)白云巖結(jié)束、大套厚層塊狀晶粒白云巖和硅質(zhì)團塊的出現(xiàn)與冶里組整合接觸，巖性特征易于區(qū)分（圖3e）。硅質(zhì)條帶或團塊在亮甲山組中上部尤為發(fā)育，以灰白色、灰色、灰黑色為主，大體呈順層狀分布（圖3g、圖3h）。白云巖為細晶—中粗晶，越靠近硅質(zhì)團塊或硅質(zhì)團塊越發(fā)育，則白云巖的晶粒越粗，通常為中粗晶，風化后外觀上多呈砂糖狀，可見明顯的晶間孔及溶孔發(fā)育，儲層物性好（圖3g、圖3i）。

圖3 岐山曹家溝剖面下奧陶統(tǒng)地層及沉積特征Fig.3 Lower Ordovician stratigraphy and sedimentary characteristics of Caojiagou section,Qishan

沉積環(huán)境上，岐山曹家溝剖面亮甲山組上部發(fā)育較明顯的波狀、半球狀疊層石，直徑20～30 cm，高10～20 cm，疊層石頂部發(fā)育有竹葉狀硅質(zhì)礫屑，礫屑大小1～2 cm（圖3g、圖3i），通常反映潮間帶下部高能沉積環(huán)境。亮甲山組中部夾少量土黃色紋層狀泥質(zhì)白云巖（圖3f），與冶里組特征基本一致，代表了間歇性海退期的潮間帶上部泥云坪沉積，綜合分析，曹家溝剖面亮甲山組整體上屬潮間帶沉積。

區(qū)域上，冶里組和亮甲山組在鄂爾多斯盆地東南部廣泛分布，巖性巖相基本一致，但《陜西省巖石地層》將其合并入三山子組[17]。冶里組作為奧陶紀海侵的初始產(chǎn)物，泥質(zhì)含量普遍比較高，單層厚度較薄。亮甲山組皆為一套厚層塊狀的含硅質(zhì)團塊白云巖，以中厚層、含硅質(zhì)團塊、砂糖狀晶粒為特征，其巖性特征與三山子組白云巖并不一致，且兩者為不整合接觸。因此，冶里組和亮甲山組與寒武系三山子組巖性劃分標志明顯，區(qū)域分布穩(wěn)定且很好對比[1-2,6-7]，應該單獨劃分，同時也避免了三山子組跨越奧陶系。

3 中奧陶統(tǒng)

3.1 馬家溝組

馬家溝組主要巖性為中薄層—中厚層的灰色、深灰色粉細晶云巖、灰?guī)r等，底部少量土黃色泥質(zhì)白云巖，整個剖面馬家溝組巖性單調(diào)、云化顯著，以大套白云巖為特征，地層總厚度為640.9 m（圖2）。底部以一套中薄層含砂礫白云巖、白云質(zhì)砂巖與下伏亮甲山組厚層塊狀含燧石團塊粗晶白云巖平行不整合接觸，界限清晰，可見薄層風化殼（圖4a、圖4b）。馬家溝組底部為土黃色中薄層含砂礫質(zhì)白云巖、含砂泥質(zhì)白云巖，礫石含量5%～20%，成分以燧石為主，分選磨圓差，呈棱角狀，粒度多為毫米級，大者1～3 cm。馬家溝組與下伏亮甲山組為區(qū)域性平行不整合接觸，該不整合面在鄂爾多斯中東部普遍存在，對下伏亮甲山組晶粒白云巖溶蝕孔洞的發(fā)育具有建設(shè)性作用，可形成良好的儲集空間。

沉積環(huán)境上，岐山曹家溝剖面馬家溝組底部以土黃色中薄層泥質(zhì)白云巖為主，代表局限臺地泥云坪沉積，向上則快速演變?yōu)橹斜印泻駥踊規(guī)r、灰質(zhì)云巖、礫屑灰?guī)r，夾大量頁片狀灰?guī)r、紋層狀灰?guī)r（圖4c、圖4d），反映水體快速加深的過程，整體屬開闊臺地—臺地前緣斜坡較深水的沉積環(huán)境，上部以厚層—塊狀的白云質(zhì)灰?guī)r、灰質(zhì)白云巖為特征，反映了開闊臺地的沉積環(huán)境（圖4e）。

3.2 峰峰組

峰峰組，又稱馬家溝組六段，主要巖性為薄層—紋層狀粉細晶白云巖夾多層中薄層礫屑白云巖，地層總厚度144.8 m。下以大套中厚層灰質(zhì)白云巖結(jié)束，紋層狀白云巖出現(xiàn)與馬家溝組整合接觸，上與馬家溝組斷層接觸。在西崛山剖面峰峰組與上覆平?jīng)鼋M為連續(xù)沉積，峰峰組為紋層狀白云巖，平?jīng)鼋M為中薄層灰?guī)r夾凝灰?guī)r、硅質(zhì)巖。

沉積環(huán)境上，該段紋層狀白云巖也曾被認為是潮坪相的藻紋層沉積[6,14]。但峰峰組白云巖中的紋層十分平直、細密，厚度通常在1～2 mm 以內(nèi)（圖4f—圖4j）。同時發(fā)育大量礫屑白云巖，通常呈薄層狀，少量中層或厚層，薄層中礫屑通常為毫米級，中厚層的礫屑為厘米級，礫屑含量變化較大，零星礫屑多呈漂浮狀，形態(tài)多為棱角狀，大小混雜，成分主要為內(nèi)碎屑，內(nèi)部具明顯的水平紋層，與下伏紋層狀白云巖相同（圖4g、圖4h）。這些礫屑白云巖具典型的碎屑流沉積特征，屬于深水重力流沉積[13,18-19]。同時，還可見到厚度1 cm 的碳酸鹽濁流沉積（圖4j）、滑塌變形構(gòu)造（圖4k、圖4l）等。因此，曹家溝剖面峰峰組整體上屬于較深水的碳酸鹽臺地前緣斜坡相沉積。

圖4 岐山曹家溝剖面中奧陶統(tǒng)地層及沉積特征Fig.4 Middle Ordovician stratigraphy and sedimentary characteristics of Caojiagou section,Qishan

從地球化學分析上看，馬家溝組碳氧同位素較下奧陶統(tǒng)略有增加，范圍為-2.06 ‰～0.83 ‰，平均值為-0.39‰，氧同位素變化不大，范圍為-7.55‰～-3.87 ‰，平均值為-5.19 ‰，Sr（鍶）含量略有增加，整體不高，平均值為134.73×10-6，但Sr/Ba（鍶/鋇）比值較高，范圍變化為4.13～138.05，平均值為44.78，說明其水體相對較淺，古鹽度較高，明顯受到盆地內(nèi)部高蒸發(fā)環(huán)境的影響。峰峰組碳同位素明顯降低，范圍為-6.17 ‰～0.16 ‰，平均值為-1.92 ‰，氧同位素略有增加，范圍為-10.68 ‰～-1.94 ‰，平均值為-4.19 ‰；Sr 含量變化大，范圍為53.94×10-6～1 212.77×10-6，平均值為314.07×10-6，但Sr/Ba 比值減少，范圍為1.15～33.92，平均值為14.51，說明其水體加深，鹽度減小。

區(qū)域上，馬家溝組在鄂爾多斯盆地及整個華北地區(qū)都有廣泛分布，但岐山剖面明顯不同于華北地區(qū)以厚層灰?guī)r為主的巖性特征[20]，同時與鄂爾多斯盆地內(nèi)部馬家溝組六段構(gòu)成3 個沉積旋回的序列特征也明顯不同[7]，岐山曹家溝剖面馬家溝組以白云巖、灰質(zhì)白云巖為主，分段不清晰。沉積環(huán)境上，鄂爾多斯盆地馬家溝組整體屬淺水碳酸鹽臺地沉積，一、三、五段為局限臺地，并大量發(fā)育膏鹽巖沉積，二、四、六段為開闊臺地[1-2,7]。渭北隆起的富平、涇陽一帶以紋層狀白云巖為主，發(fā)育疊層石、鳥眼、石膏假晶等沉積構(gòu)造，代表了局限臺地潮坪沉積[2]。而岐山地區(qū)馬家溝組則表現(xiàn)為相對較深水的碳酸鹽臺地—斜坡相沉積，特別是峰峰組表現(xiàn)更為明顯。

從區(qū)域位置上看，岐山地區(qū)位于鄂爾多斯盆地南緣靠外的位置，與外側(cè)廣海相連，僅在馬家溝組底部海侵初期發(fā)育少量局限潮坪沉積。從沉積特征看，盆地內(nèi)部馬家溝組普遍發(fā)育的泥質(zhì)白云巖、膏鹽巖、鳥眼、假晶等淺水沉積特征在曹家溝剖面均未見到，而是發(fā)育中厚層灰?guī)r、灰質(zhì)云巖和中薄層灰?guī)r甚至是頁片狀灰?guī)r，代表了開闊臺地—臺地前緣斜坡的沉積環(huán)境。而前人所謂的疊層石大都是平直而細密的水平層理，是低能安靜的深水環(huán)境下緩慢沉積的產(chǎn)物。最顯著的是紋層狀云巖中大量中薄層碳酸鹽碎屑流和濁流的夾層，以及滑塌變形的發(fā)育（圖4f—圖4l），均反映了相對遠源的重力流沉積背景[13,18-19]，說明了中奧陶世馬家溝期鄂爾多斯盆地南部的構(gòu)造-沉積格局已發(fā)生明顯分異。

4 上奧陶統(tǒng)

4.1 平?jīng)鼋M

平?jīng)鼋M主要巖性為黃綠色、灰綠色、灰黑色泥巖、頁巖、泥灰?guī)r、泥質(zhì)粉砂巖夾少量中細粒砂巖，為一套厚度巨大的韻律沉積（圖5a—圖5f），地層總厚度683.9 m。平?jīng)鼋M與下伏馬家溝組為斷層接觸關(guān)系（圖5a），界線兩側(cè)巖性差異顯著，以大套厚層灰?guī)r結(jié)束、黃綠色泥巖出現(xiàn)劃界。在西崛山剖面平?jīng)鼋M與峰峰組整合接觸，底部發(fā)育一套中薄層的灰?guī)r夾礫屑灰?guī)r、凝灰?guī)r、硅質(zhì)巖的組合（圖5e、圖5f），因此曹家溝剖面平?jīng)鼋M并未見底。

圖5 岐山曹家溝剖面上奧陶統(tǒng)地層及沉積特征Fig.5 Upper Ordovician stratigraphy and sedimentary characteristics of Caojiagou section,Qishan

沉積環(huán)境上，曹家溝剖面平?jīng)鼋M以中薄層的灰黑色泥頁巖、泥灰?guī)r為主夾多層砂巖及少量礫屑灰?guī)r，水平紋層發(fā)育，地表風化色雖以黃綠色多見，但新鮮面則皆為灰黑色，反映了安靜低能的還原環(huán)境。砂巖通常呈中薄層，發(fā)育鮑馬序列，可見粒序?qū)永?，包卷層理，底部具沖刷面，屬斜坡底部的濁流沉積（圖5b—圖5d）。礫屑灰?guī)r僅在底部發(fā)育，礫屑大小混雜，粒度可達幾至十幾厘米，成分以塊狀灰?guī)r為主，屬臺緣斜坡的碎屑流沉積。平?jīng)鼋M自剖面底部向上灰?guī)r、礫屑灰?guī)r減少，泥頁巖、濁積砂巖增加，反映了水體加深的過程，整體上沉積厚度大，反映了半深海相泥灰質(zhì)共生的大陸斜坡沉積環(huán)境。

從地球化學分析上看，平?jīng)鼋M碳同位素明顯增加，范圍為-0.58‰～1.32‰，平均值為0.48‰，氧同位素明顯降低，范圍為-12.37‰～-10.07‰，平均值為-11.12 ‰，說明其受到成巖作用的明顯影響。Sr含量進一步增加，變化范圍為83.40×10-6～1 337.57×10-6，平均值515.91×10-6，但Sr/Ba 比值顯著減少，范圍為0.11～11.90，平均值為2.02，說明隨水體進一步加深，鹽度降低，與沉積相分析一致。

區(qū)域上，加里東運動造成鄂爾多斯盆地主體隆升并遭受風化剝蝕，僅在西南緣發(fā)育有平?jīng)鼋M沉積[1,2,7]，雖然區(qū)域上均以深水沉積為特征，但差異顯著。東側(cè)富平一帶以薄板狀泥晶灰?guī)r夾滑塌礫屑灰?guī)r為特征[21]，代表碳酸鹽臺地前緣斜坡沉積，西側(cè)平?jīng)鲆粠б怨P石頁巖為特征[22]，代表深水海槽沉積，岐山一帶以泥頁巖、泥灰?guī)r為特征，代表過渡狀態(tài)的大陸斜坡沉積。鄂爾多斯西緣同期的烏拉力克組以灰黑色灰泥頁巖和泥頁巖為主，屬深水斜坡—海槽相沉積，該層位是鄂爾多斯下古生界最主要的烴源巖發(fā)育層位，TOC含量多在0.4 %以上，且已有多口井試氣獲工業(yè)氣流，顯示了較好的頁巖氣勘探潛力[23,24]。

4.2 唐王陵組

唐王陵組主要巖性為灰綠色、灰褐色、深灰色、灰黑色礫巖、副礫巖（含礫泥巖）、粉砂質(zhì)泥巖、砂巖泥質(zhì)砂巖等（圖5h—圖5l），地層總厚度154.1 m。礫巖、副礫巖多呈中厚層或塊狀，礫石大小混雜，含量變化較大，一般在5%～30%，高者可達50%～80%，礫石的成分主要為硅質(zhì)巖、白云巖、硅質(zhì)白云巖和少量泥巖。泥巖多為中薄層，普遍含粉砂質(zhì)或砂質(zhì)，紋層發(fā)育。垂向上由礫巖、砂巖、紋層狀泥巖構(gòu)成向上變細的基本層序（圖5h—圖5j）。唐王陵組底部為一套厚層塊狀含硅質(zhì)角礫白云巖（圖5g），厚51.3 m，據(jù)此與下伏平?jīng)鼋M分界，上被二疊系石盒子組砂巖不整合覆蓋，界限清晰。區(qū)域上，唐王陵組主要分布在陜西禮泉唐王陵—岐山曹家溝一帶，巖性穩(wěn)定，但形成時代和成因存在著較大的分歧[25-28]。

沉積環(huán)境上，唐王陵大套紋層狀泥巖、含礫泥巖、礫巖的組合反映了快速堆積的環(huán)境，礫巖底面具沖刷面，礫石分選磨圓差，雜基支撐，礫石中具同沉積軟變形的泥質(zhì)礫屑，紋層可見滑塌變形（圖5i、圖5j），反映了大陸斜坡相水下泥流、泥石流的沉積背景。在泥巖或紋層狀泥巖中，可見大量呈漂浮狀的礫石，礫石大小為幾至十幾厘米，最大可達30 cm，以棱角狀為主，可見直立狀礫石楔入并壓彎下伏泥巖紋層、上覆紋層繞過礫石的現(xiàn)象，具有典型的冰墜石沉積特征（圖5k、圖5l），反映了唐王陵組兼有冰水沉積的性質(zhì)，是大陸斜坡相泥石流沉積背景上疊加的冰筏沉積。

5 結(jié)論

1）岐山曹家溝剖面下奧陶統(tǒng)冶里組、亮甲山組分別為一套泥質(zhì)白云巖、硅質(zhì)團塊晶粒白云巖的組合，為海侵初期的潮坪相沉積。

2）中奧陶統(tǒng)馬家溝組主體為一套碳酸鹽巖，為開闊臺地—臺地前緣斜坡相沉積，底部以砂礫巖與下奧陶統(tǒng)不整合接觸；峰峰組以紋層白云巖夾碎屑流、濁流沉積為特征，為較深水的臺地前緣斜坡相沉積，岐山地區(qū)中奧陶統(tǒng)與盆地主體的淺水碳酸鹽臺地沉積明顯不同。

3）上奧陶統(tǒng)平?jīng)鼋M主要為一套灰黑色泥質(zhì)、泥灰質(zhì)頁巖，為大陸斜坡相深水沉積；唐王陵組主要為礫巖、含礫泥巖，為大陸斜坡相泥流、泥石流沉積，并具典型的冰筏沉積特征。