鄂尔多斯盆地构造演化及古地理特征研究进展

2012-09-15赵振宇郭彦如林冬娟

特种油气藏 2012年5期

关键词：鄂尔多斯华北盆地

赵振宇，郭彦如，王艳，林冬娟

(1.中油勘探开发研究院，北京 100083; 2.中油长庆油田分公司，陕西西安 710018; 3.中油吉林油田分公司，吉林松原 131200)

鄂尔多斯盆地构造演化及古地理特征研究进展

赵振宇1，郭彦如1，王艳2，林冬娟3

(1.中油勘探开发研究院，北京 100083; 2.中油长庆油田分公司，陕西西安 710018; 3.中油吉林油田分公司，吉林松原 131200)

鄂尔多斯盆地是华北板块西部典型的克拉通边缘叠合盆地，其发展演化除与华北板块一脉相承外，还受盆地周缘古海槽多期开、合演化的控制与影响，具有其自身的独特性与复杂性。近期研究表明，盆地发展演化至今，主要经历8个阶段:①太古代—早元古代盆地结晶基底形成阶段;②中元古代早期—中期大陆裂解阶段，主要发育陆缘裂谷和陆内拗拉槽;③中元古代晚期—晚元古代早期大陆汇聚阶段，盆地抬升缺失沉积;④晚元古代中期—早古生代中奥陶世盆地边缘裂陷与陆内坳陷阶段，主要发育海相碳酸盐岩台地沉积;⑤早古生代晚奥陶世—晚古生代早石炭世盆地周缘碰撞造山阶段，盆地抬升剥蚀;⑥晚古生代晚石炭世—二叠纪末盆地周缘裂解阶段，主要发育海陆交互相沉积;⑦中生代陆内坳陷阶段，盆地边缘隆起并整体掀斜，主要发育河流相、三角洲相及湖泊相沉积;⑧新生代盆地周缘断陷阶段。其中中元古代古构造格局对盆地后期构造断裂展布、沉积演化、地质流体运移及聚集产生了重要影响。

鄂尔多斯盆地;构造演化;古地理

引言

鄂尔多斯盆地是华北板块西部典型的克拉通边缘叠合盆地，为中国内陆第2大沉积盆地，横跨陕、甘、宁、蒙、晋五省区，北以阴山、大青山、狼山为界，南至秦岭，西起贺兰山、六盘山，东到吕梁山，面积约为37×104km2(盆地本部为25×104km2)。目前由伊盟隆起、渭北隆起、晋西挠褶带、伊陕斜坡、天环坳陷、西缘冲断带等6个一级构造单元组成，周缘与河套盆地、银川地堑、巴彦浩特盆地、六盘山盆地、定西盆地、渭河盆地等6大盆地毗邻。盆地演化至今，主要经历了吕梁、晋宁、加里东、海西、印支、燕山及喜马拉雅等多期构造运动旋回(图1)，并在古构造控制下，发育了中上元古界—下古生界海相碳酸盐台地相沉积、上古生界海陆交互相含煤碎屑岩沉积、中生界内陆河流—三角洲—湖盆相沉积、新生界风成黄土及河流相沉积，其中各界、系、统、组岩性特征及沉积相类型如图1所示。盆地基底为前寒武纪结晶变质岩系，后续地层发育较全，总厚度为5 000～6 000 m，主要缺失志留系至下石碳统。

自20世纪50年代，随着盆地地质勘查由东向西挺进，加之长庆、延长等一批油气田的发展壮大，有关盆地构造演化与沉积响应等基础研究也进入了高速发展期，并取得了丰硕成果。但局限于重磁电与地震资料品质较差，以及盆内野外露头资料较少等原因，目前有关盆地基底断裂体系展布、西缘逆冲叠瓦构造样式与演化、南缘特定时期岩相古地理特征、盆地内部及周缘层序地层格架重建等问题仍需要进一步明确和探讨。在结合前人研究基础上，以盆地油气勘探实践为指导，以盆地构造演化为主线，系统论述了盆地从结晶基底至黄土高原地貌的演化历程。

图1 鄂尔多斯盆地构造演化与古地理特征综合柱状图

1 太古—早元古代盆地结晶基底形成阶段

太古代—早元古代是盆地基底形成的主要时期。由于经历了迁西、阜平、五台、吕梁4次构造运动，盆地基底岩系发生变质、混合岩化及褶皱作用，并由此形成了由麻粒岩相(分布于古陆核中部)与绿片岩相(分布于古陆核周边)组成的复杂变质岩系。在盆地基底形成过程中，阜平运动促使古陆核形成，五台运动使古陆核由塑性向刚性转变，并最终在吕梁运动后形成了稳定的结晶基底［1－2］。

鄂尔多斯盆地内部以宽缓正磁异常为主体，呈NE走向，从陇县一直延伸至太原，斜穿整个盆地，岩性为古元古代中等变质片麻岩、片岩及大理岩(同位素年龄约20×108a)。两侧表现为相同走向的负磁异常条带，形态差异较大，宜川地区比较宽缓，靖边地区右行错断，变化剧烈。东胜南部的高值正磁异常，呈EW走向，微向南凸，岩性为深变质麻粒岩(同位素年龄约24×108a)，代表稳定的太古代陆核［2－3］。从上述特征可以看出:鄂尔多斯块体南北磁异常在延伸方向和形态方面都有显著差异，且在靖边存在较大规模的磁异常梯度带，反映出靖边以北鄂尔多斯基底存在一个明显的物性界面，且界面两侧的基底物质组成、构造特征等存在差异。

2 中—晚元古代构造演化与古地理特征

2.1 中元古代早—中期大陆裂解阶段

中元古代早期至中期，盆地主要沿袭了华北板块的演化特征，发育大陆边缘裂谷和陆内拗拉槽［3］。盆地南缘主要发育祁秦大洋裂谷及与之相伴生的3大拗拉槽，分别为海源—银川拗拉槽(贺兰拗拉槽)、延安—兴县拗拉槽(晋陕拗拉槽)和永济—祁家河拗拉槽(晋豫陕拗拉槽)，沉积了长城系滨海相碎屑岩和蓟县系含燧石条带藻纹层白云岩(图1)，但三者沉积厚度差异较大。盆地北缘主要发育兴蒙大洋裂谷及与之相伴生的狼山拗拉槽和燕山—太行山拗拉槽，沉积厚度约为2 000～4 000 m。该时期盆地沉积格局主要受延伸至盆地南部的3大拗拉槽所控制，盆地北部则因伊盟古隆起持续存在，构造环境相对稳定。

2.2 中元古代晚期—晚元古代早期碰撞造山阶段

中元古代晚期，古亚洲洋向华北板块俯冲，盆地北缘转变为主动大陆边缘，发育岛弧型火山沉积建造，至1 Ga左右，盆地北缘进入碰撞挤压造山阶段，构造变形强烈，褶皱断裂发育［4］。同样，盆地南缘也经历了由被动陆缘—主动陆缘—碰撞造山的发展演化，只是时间上与北缘稍有出入，表现为南部启动早而结束晚［5－7］。大约在1.0～1.1 Ga左右，盆地周缘洋盆与裂谷相继关闭，使华北陆块(包括鄂尔多斯地块)成为Rodinia超大陆的一部分，即著名的Grenville造山事件，并一直持续到晚元古代早—中期(900～700 Ma)。

2.3 晚元古代中—晚期大陆再次裂解阶段

随着泛大陆的解体，华北古陆与西伯利亚、劳仑大陆裂开，形成了独立的华北板块。盆地北缘兴蒙洋Tonian纪(900 Ma)开始张裂，Cryogenian纪(750～700 Ma)、Ediacaran纪(700～600 Ma)达到扩张高峰期［8］。盆地西南缘祁秦洋Cryogenian纪(740 Ma)开始张裂，Ediacaran纪(550±17 Ma)发育成典型大洋。众多零星的地层记录分析表明［9－10］，鄂尔多斯古陆南北两侧在前寒武纪末已经发育成为稳定的被动大陆边缘。

3 早古生代构造演化与古地理特征

3.1 寒武纪—中奥陶世被动大陆边缘阶段

早—中寒武世，鄂尔多斯盆地继承了晚元古代后期的应力特征，表现为区域伸展，受其影响，盆地北部形成了东西向的乌兰格尔隆起、中西部南北向的靖边鞍状隆起以及盆地东部的吕梁隆起。除上述隆起外，盆地其余区域皆为海相沉积环境，并在中寒武世张夏期海侵达到全盛。由于此时盆地古地貌北高南低，因此即便在张夏期，盆地北部仍存在乌兰格尔隆起，并在鄂托克旗—东胜一线以北缺失下古生界。晚寒武世至早奥陶世亮甲山期，构造应力场由南北拉伸向南北挤压过渡，加之全球海平面下降，致使鄂尔多斯盆地内部出现大面积古陆，只在盆地周缘接受了少量潮坪相沉积。

中奥陶世马家沟期，近南北向挤压开始占据主导地位，盆内发生拗陷［10］，构造分异明显。早期的乌审旗—庆阳中央古隆起分解为北部伊盟古隆起、中部中央古隆起和中东部陕北坳陷(受盆地中元古代古构造格局影响明显)，这标志着鄂尔多斯盆地早古生代构造格局已基本发育成熟。其中，盆地中东部陕北坳陷马家沟组发育了3套蒸发岩—碳酸盐岩旋回，并向伊盟古隆起和中央古隆起超覆尖灭，盆地西缘和南缘则以浅海—半深海相碳酸盐岩、泥岩沉积为主。总结该时期鄂尔多斯的岩相古地理特征，可以概括为:古陆分隔、隆坳相间;台内为坪、蒸局交替;台外为坡、先缓后斜;盆槽比邻、母源蕴藏。

3.2 晚奥陶世早期主动大陆边缘阶段

进入晚奥陶世，盆地南侧的秦祁洋向北俯冲而北侧的兴蒙洋向南俯冲，南北向挤压进一步加剧，随之盆地两侧转换为活动大陆边缘，发育沟—弧—盆体系，华北板块整体抬升，海水退出全区。与此同时，西缘和南缘强烈沉降，同沉积断裂活动加强，台地边缘发育斜坡重力流，沉积了平凉组和背锅山组(如图1岩性特征)，这标志着鄂尔多斯盆地早古生代碳酸盐岩台地沉积已接近尾声。

3.3 晚奥陶世末碰撞造山阶段

奥陶纪末，由于加里东运动影响，鄂尔多斯地块普遍抬升、剥蚀。兴蒙洋、秦祁洋以及贺兰拗拉槽相继关闭并转化成陆间造山带，盆地内部缺失沉积(图1)。

4 晚古生代构造演化与古地理特征

海西运动早期，鄂尔多斯盆地继承了加里东期的碰撞抬升，并一直持续到晚石炭世，风化剥蚀长达1.5×108～1.8×108a，地层缺失志留系—下石炭统(图1)。海西运动中期，祁秦海槽、兴蒙海槽、贺兰拗拉槽再度复活，鄂尔多斯地块随之发生区域性沉降，并开始接受沉积。在盆地内，区域构造继承了早古生代NNE向的隆坳相间格局，沉积特征为东西分异、南北展布，古地貌北高南低。

4.1 晚石炭世本溪期至早二叠世太原期海槽重新活动阶段

晚石炭世本溪期，盆地内部延续了早期隆坳相间的古地理格局，中央发育近南北向“哑铃状”古隆起，并分割了东西两侧的华北海和祁连海。本溪晚期，兴蒙海槽向南俯冲消减，包括鄂尔多斯盆地在内的华北地台由南隆北倾转变为北隆南倾，华北海与祁连海沿中央古隆起北部局部连通。

早二叠世太原期，随着盆地区域性沉降持续，海水自东西两侧侵入，致使中央古隆起没于水下，并形成了统一的广阔海域。尽管如此，水下古隆起对盆地沉积仍具有一定的控制作用，古隆起东部以陆表海沉积为主，西部则以半深水裂陷槽沉积为主。

4.2 早二叠世山西期至石千峰期海陆过渡阶段

早二叠世山西期，盆地周边海槽不再拉张，转而进入消减期。晚二叠世，北部兴蒙洋因西伯利亚板块与华北板块对接而消亡，南部秦祁洋则再度向北俯冲而消减，至晚三叠世闭合［6－7］。由于受南北两侧大洋相向俯冲影响，华北地台整体抬升，海水从盆地东西两侧迅速退出，区域构造环境与古地理格局发生显著变化，早期的南北向中央古隆起和盆内隆坳相间的沉积格局消失，沉积环境由海相渐变为海陆过渡相，岩性特征见图1，古地貌表现为北高南低，北缓南陡，并一直持续至晚三叠世。

山西早期是海盆向近海湖盆转化的过渡时期，区域构造活动强烈，海水从盆地东西两侧退出，北部物源区快速隆升，成为主要物源区。山西晚期，北部构造活动日趋稳定，物源供给减少，盆地进入相对稳定的沉降阶段，并发生较大规模海/湖侵，三角洲体系向北收缩，沉积相带北移。中二叠世下石盒子期，盆地北部构造活动再次加强，古陆进一步抬升，南北向坡度增大，冲击扇—河流—三角洲体系向南推进;至上石盒子期，北部构造抬升减弱，冲击体系萎缩，而南部构造抬升作用增强，三角洲沉积体系向北收缩。晚二叠世石千峰期，北部兴蒙洋与西部贺兰拗拉槽关闭、隆升，南部秦祁洋虽未完全关闭，但俯冲消减作用强烈，导致华北地台整体抬升，海水自此退出鄂尔多斯，盆地演变为内陆湖盆，以发育河流—三角洲—湖泊沉积为主，沉积环境彻底转变为大陆体系。

5 中—新生代构造演化与古地理特征

中—新生代，鄂尔多斯盆地受古亚洲洋、古特提斯洋和环太平洋三大区域动力体系控制，周缘板块相继汇聚、碰撞造山，并最终导致了吕梁隆起、六盘山冲断带及阴山岩浆岩带的形成与发展。由于后期燕山运动的影响，盆地进一步抬升剥蚀，且东部持续隆起，东高西低的古地理格局一直持续至今。可以说，中生代是鄂尔多斯盆地作为独立沉积盆地发育与演化的开始，并表现出了明显的阶段性和旋回性。盆地古地貌东高西低，沉积格局东西分异、南北展布。

5.1 印支期陆内坳陷阶段

海西运动末期，鄂尔多斯盆地周缘除秦祁洋外皆已关闭，盆地进入内陆湖盆演化阶段。此时秦岭洋虽未完全关闭，但对盆内沉积影响较小，只在盆地东南缘尚存部分浅海陆缘沉积。至印支期，盆地及周缘受古特提斯洋闭合影响，构造应力场以南北向挤压为主，形成了盆地南部的秦岭造山带、西缘陆内构造活动带、北缘阿拉善古陆、阴山造山带和东部华北古陆等多个物源供给区。此时盆地内部沉积格局表现为南北分异，东西展布。

早—中三叠世(刘家沟组、和尚沟组、纸坊组)，盆地继承了二叠纪的古构造格局和沉积特点，盆内沉积了一套以河流相、沼泽相为主的红色、杂色砂岩和暗色泥岩层系(图1)。

晚三叠世，特提斯北缘的昆仑—秦岭洋沿阿尼玛卿—商丹断裂带由东向西呈“剪刀式”碰撞闭合，强烈的造山运动使得南华北地区大规模隆升，靠近郯庐断裂带首先隆起并逐渐向西扩展，使得晚三叠世盆地沉积不断向西退缩，沉积中心不断向西迁移。该时期盆地沉积格局变化不大，沉积环境稳定，以湖泊—三角洲相为主。该时期，尽管盆地内部构造运动不明显，但在西、南缘已经发生了断裂逆冲，并且在古太平洋板块俯冲影响下，盆地开始由南北分异向东西分异转变。三叠纪末盆地整体不均匀抬升，延长组顶部遭受差异剥蚀。

5.2 燕山期东西掀斜运动阶段

燕山期，古太平洋板块开始向新生的亚洲大陆斜向俯冲，华北板块中东部地区总体处于NE向左旋挤压构造环境，鄂尔多斯盆地东部显著向西掀斜，盆地西南缘发生强烈陆内变形和多期逆冲推覆，形成了盆地西部坳陷、东部掀斜抬升的古构造格局。各时期具体特征如下:早侏罗世构造稳定期:富县期(图1)，盆地在三叠纪末高低不平的古地貌上填平补齐，主要发育河流—湖泊相沉积。延安期，主要发育河流—沼泽相沉积，厚约200～300 m，为盆地主要成煤期。中侏罗世东西分异阶段:盆地东部隆起逐渐扩大，沉积范围逐渐向西收缩，此时盆地沉积格局东西分异，南北展布。晚侏罗世强烈逆冲隆升阶段:受特提斯域诸地块与西伯利亚板块南北双向挤压及阿拉善地块东向挤压作用影响下，盆地西缘发生强烈逆冲变形、东部抬升剥蚀。地层厚度自西向东骤然减薄，与白垩系高角度不整合接触，沉积相亦由冲积相快速过渡为河流—湖泊相。早白垩纪盆地整体持续抬升阶段:早白垩纪，盆地处于弱伸展构造环境内，仅发生轻微褶皱和断裂，东部持续抬升，西部继续逆冲，盆地多处与古近系呈不整合接触。晚白垩纪盆地消亡阶段:晚白垩纪全区仍继续隆起，风化剥蚀，缺失沉积，鄂尔多斯盆地发育结束。

5.3 喜山期盆地周缘断陷阶段

喜山期，印度洋板块与欧亚板块碰撞，古特提斯洋闭合，同时太平洋板块向西俯冲消减，盆地内部整体抬升，周缘发育一系列新生代断陷盆地。盆地主体部分普遍缺失古近系，仅在中东部地区发育新近纪(3～8 Ma)红色黏土，第四纪(1.7 Ma以来)黄土大面积覆盖。因此，晚白垩世盆地构造隆升至少延续至新近纪红黏土沉积之前，又再次发生隆升事件，可能在一定程度上反映了青藏高原隆升在鄂尔多斯地区产生的远程效应。根据磷灰石FT统计分析，鄂尔多斯盆地主体在喜山期发生过多次构造抬升事件，包含 55、25、5 Ma 3个主要幕次［11］。

6 结论

(1)鄂尔多斯盆地作为华北板块的一部分，其发展演化不能脱离主体而单独存在。两者演变历程异常复杂，不仅在板块形变上遭受多期改造、变形叠加，而且在沉积建造上也形成了多种岩石类型。由太古代至新生代，盆地依次经历了阜平、五台、吕梁、晋宁、加里东、海西、印支、燕山和喜山等9大构造运动旋回，总体表现为基底形成—裂解—汇聚—离散—汇聚—造山—裂解—汇聚—造山—掀斜—断陷的运动旋回特征。

(2)鄂尔多斯盆地发展演化总体上表现为“跷跷板”式升降运动，古地理格局具有多期性和旋回性，各期古地貌特征表现为:中—晚元古代:东高西低，弱分异、弱展布;早古生代—晚古生代中期:北高南低，隆坳相间;晚古生代后期—中生代早期:北高南低，东西分异、南北展布;中生代中、后期:东高西低，东西分异、南北展布。上述不同时期独特的构造－沉积格局，对油气的运聚成藏具有重要意义。

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编辑林树龙