鄂尔多斯盆地奥陶系层序地层格架①

郭彦如 赵振宇 徐旺林 史晓颖 高建荣 包洪平 刘俊榜张延玲 张月巧

(1.中国石油勘探开发研究院 北京 100083;2.中国地质大学(北京)100083;3.长庆油田勘探开发研究院 西安 710021)

0 引言

鄂尔多斯盆地位于中国中西部地区，为中国第二大沉积盆地，横跨陕、甘、宁、蒙、晋5省区，盆地本部面积2.5×105km2(图1)。其内部基地稳定，构造简单，地层平缓。早古生代发育海相碳酸盐岩沉积，是天然气的重要产层。

自二十世纪八十年代鄂尔多斯盆地下古生界奥陶系碳酸盐岩天然气勘探取得突破以来，不同学者开始关注奥陶系层序地层研究，研究内容涉及层序地层研究方法、层序地层划分方案、层序地层沉积模式以及与油气的关系等方面［1～15］。关于层序地层方法研究，包洪平等提出了碳酸盐岩—蒸发岩地层层序界面识别的微相方法［1］;李斌等提出了空间数据库技术定量研究方法［2，3］。关于层序地层划分方案主要有四种:贾振远等将鄂尔多斯地区南缘奥陶纪可划分为12个层序［4］;姚泾利将盆地西部奥陶系划分为19个三级层序，其中马家沟组包含了8个三级层序［5］;雷卞军等将马家沟组划分为4个三级层序［6］;曹金舟等将盆地南部奥陶系划分为7个层序［7］。关于层序地层模式，魏魁生等认为鄂尔多斯盆地奥陶纪是一种碳酸盐岩—碎屑岩缓坡模式和镶边陆架与末端陡倾缓坡的综合模式［8～10］;周进高等将盆地中东部马家沟组沉积模式总结为障壁泻湖、咸化泻湖和膏盐湖三个沉积阶段不同的沉积模式［11］;黄丽梅等在研究了盆地中东部马家沟组后，提出了低海平面时期沉积模式和高海平面时期沉积模式［12］;另外，有学者还探讨了层序地层与油气的关系等问题［13～15］。然而，由于盆地西缘、南缘秦祁被动大陆边缘与盆地中东部华北陆表海受庆阳古隆起的分隔，导致不同构造环境的奥陶纪地层特征差异较大，且后期破坏严重，盆地周边地层出露不连续，造成奥陶系地层对比困难，尚未形成全盆地统一的奥陶系层序地层格架，基础研究并不牢靠。因此建立一套全盆地可对比的奥陶系层序地层格架十分必要。“十一五”期间，笔者依托国家重大攻关项目，在综合应用各种地质、地震资料的基础上，通过大量的野外露头剖面的实测与观察，盆地内典型井的层序地层分析，总结出鄂尔多斯盆地碳酸盐岩层序地层分析方法，重新进行了奥陶系层序地层格架划分与对比，系统建立了鄂尔多斯盆地奥陶系二、三级层序地层格架。

图1 鄂尔多斯盆地位置图Fig.1 Location of Ordos Basin

1 层序地层等时格架的建立方法

传统的层序地层学研究主要强调对地震层序及其层序界面、凝缩段、体系域的识别与分析，重点在于从地震剖面中识别出有意义的超覆面(上超、下超、顶超)、截切面、以及沉积体系的退积—加积—进积特征［16］，由此来划分不同的三级层序及其体系域。

鄂尔多斯盆地地震资料品质较差，分辨率低，难以作为层序地层研究的主要手段［17］。根据层序地层学原理，寻找等时意义的地质证据将成为鄂尔多斯盆地碳酸盐岩层序地层划分与对比的主要手段。因此，奥陶系碳酸盐岩层序地层划分必须建立在全盆地地层系统对比基础上。针对鄂尔多斯盆地地表与地下地质条件复杂、奥陶系层序地层划分方案繁多、盆地周缘与盆地本部难以对比的难题，主要构造层不整合面的等时对比成为解决这一问题的关键。笔者提出以下主要基于露头与钻井资料的“碳酸盐岩层序地层划分与对比五要素”分析方法进行奥陶系碳酸盐岩层序地层划分与对比。层序地层划分的思路是首先根据奥陶系发育齐全的剖面作为标准剖面进行层序地层划分;然后运用上述方法在全区寻找有共同特征的主要三级层序界面作为等时层序地层对比的标志层;其次，以此标志层为限定，通过测井和剖面岩性旋回性特征进行其他三级层序的对比，最后建立盆地不同构造背景下可对比的奥陶系三级层序地层格架。

1.1 古生物地层是基础

古生物用于层序地层对比的核心是关键地层的等时对比。鄂尔多斯盆地奥陶系露头剖面化石丰富，而盆地钻井缺乏化石。所以，主要依据地面露头剖面建立不同地层区的古生物地层剖面。

在华北地台内部(唐山地区)，奥陶系内有4个重要的全区性I型不整合面(SB-1至SB-4)可作为层序地层对比的重要参考标准［18］。另外在冶里组近底部的SB-0虽不是很显著，但也可普遍辨识［19］。这些层序界面在鄂尔多斯盆地西部和南部边缘均可识别，但盆地边缘的上奥陶统还有几个重要的层序界面。因此，综合起来鄂尔多斯盆地自上而下可识别的重要层序界面及关键性化石带控制如下:

上述重要界面(SB-0至SB-5)均有较好的生物地层约束，可以在华北地台各个地区进行良好的对比。在鄂尔多斯盆地西缘和南缘台地边缘不同地区，界面的表现有所不同。要根据其他识别标志综合判断。

通过对盆地西缘和南缘14条奥陶系野外露头剖面的地层对比，发现最重要的层序界面(SB-5)分别位于乌拉力克组之底、三道沟组顶部、山字沟组底部以及泾河组顶部，代表了本区地质演化与沉积发展史的重要转折。这个层序界面具有很好的生物地层控制，位于笔石Husterograptus teretiusculus带和Pterograptus elegans带之间，或牙形石Pygodus serra带(DW3)中部。这个层序界面位于华北地台中部位于峰峰组与马家沟组之间，低于中—上奥陶统界线一个笔石带，但厚度变化不等［18］。在盆地东西各不同地区，这个层序界面都构成重要的岩相变化界面，是辅助识别中—上奥陶统界线的重要参考标志。在这个层序边界附近普遍存在一个显著的碳同位素正向异常(MDICE)，并被解释为可能与大气CO2浓度下降有关，同时也伴生有一个重要的锶同位素变化异常，被认为可能与陆源风化向海洋输入的锶含量升高有关［20］。

1.2 层序界面识别是关键

在奥陶系地面露头剖面上可见到风化暴露面(图2a，g，i)、不整合面(图2c)、能量转换面(图2e)、底砾岩(图2f)、水下截切面(图2f)等标志，这些标志是层序界面的主要识别标志。通过这些识别标志识别出三级层序界面。

图2 地面露头奥陶系剖面三级层序界面识别标志Fig.2 Identification marks of Tertiary sequence interface in Ordovician outcrops profile

图3 XT 1井奥陶系层序地层综合柱状图(位置见图1)Fig.3 Integrated Ordovician sequence stratigraphy chart of XT1 well(for its position Fig.1)

在钻井剖面上，根据测井曲线的突变识别层序界面。碳酸盐岩剖面往往没有明显的曲线特征，但重大界面特征明显，如盆地南部二级层序界面Osq1/∊sq1(冶里组与寒武系)、Osq6/Osq5(相当于平凉组与马家沟组)、Csq1/Osq7(相当于石炭系与平凉组)、三级层序界面Osq3/Osq2(马家沟组与亮甲山组)、Osq4/Osq3(相当于马四段与马三段)、Osq5/Osq4(相当于马六段与马五段)等界面是沉积环境突变面，界面上下自然伽马、Pe曲线和 AC曲线特征差异明显(图3)。

在地震剖面上，由于讯噪比差、分辨率低等原因，内部反射杂乱，不宜区分。但在盆地台缘区和古隆起周边可见大的不整合界面引起的同相轴的削截、收敛等接触关系，如在盆地东部可见Osq2/∈sq6、Osq3/Osq2和Csq1/Osq4等不整合面(图4)。

1.3 重要地质事件是标志

鄂尔多斯盆地金粟山组发育斑脱岩(图2g)，其成分火山碎屑占80%，陆源石英占10%，杂基占10%，基质以水云母为主，在盆地西缘与南缘广泛分布。该类火山岩的发育反映该时期是一个大的构造活动期。与全球其他地区对比，这类火山岩在晚奥陶世 Laurentia、Baltica、南中国大陆广泛分布［21，22］。G.Gao等(1996)研究发现该套火山岩的87Sr/86Sr与δ13C在中奥陶世末出现明显的拐点［23］，表明鄂尔多斯盆地在奥陶系发育的斑脱岩属于中奥陶世末。因此可以断定，中奥陶世末是全球构造活动环境的重大转变期，其沉积界面应是二级层序OMsq1和OMsq2的层序界面，也是Osq6/Osq5的层序界面。

图4 鄂尔多斯盆地东部地震剖面层序结构剖面(位置见图1)Fig.4 Sequence stratigraphy of seismic profiles in the eastern part of Ordos Basin(for its position Fig.1)

1.4 地球化学指标是补充

对地面露头剖面进行全剖面的C/O同位素曲线制作，用国际奥陶系标准同位素剖面进行标定。选择盆地南部和盆地东部多条奥陶系露头剖面进行了C/O同位素实测，其C/O同位素曲线与Stig M.Begstrom et al.建立的奥陶系C/O同位素曲线可对比［24］，可识别七个层序界面，分别是 Osq2/Osq1(亮甲山组/冶里组)、Osq3/Osq2(马一段/亮甲山组)、Osq4/Osq3(马四段/马三段)、Osq5/Osq4(克里摩里组/马五段)、Osq6/Osq5(乌拉力克组/克里摩里组)、Osq7/Osq6(拉什仲组/乌拉力克组)和 Osq8/Osq7(背锅山组/公乌素组)(图5)。同时确定了盆地东部与南部马家沟组的地质时代，盆地内马一段至马三段应属于下奥陶统弗洛阶，马四段至马五段应属于中奥陶统大坪阶，不仅解决了马四三—马五段的地层划分问题，也为盆地东、西部不同构造背景的等时地层对比提供了有力佐证。

1.5 测井曲线对比是核心

在上述三级层序界面识别的基础上，与盆地钻井资料建立关系。以XT 1井为例，奥陶系划分为8个三级层序，各层序测井曲线变化韵律明显，特别是GR曲线，按照LST—TST—HST发育特征展现出低值—高值—低值的变化韵律，由此也可进一步证明层序地层划分的准确性。同时Pe、RILD和RILS曲线也展现了较为明显的变化韵律(见图3)。依据电性特征，结合岩性变化规律，SB-2、SB-3、SB-5三个重要的不整合界面的控制，在沉积学原理指导下，进行全盆地17条连井剖面层序地层等时对比(图6，7)，最终建立了全盆地层序地层格架。

2 层序界面识别与对比

层序界面识别是层序地层划分与对比的关键，根据鄂尔多斯盆地“碳酸盐岩层序地层划分与对比五要素”总结出奥陶系层序界面的综合识别标志如下。

2.1 二级层序OMsq1

二级层序OMsq1包括五个三级层序，涉及以下五个层序界面:

SB-0(Osq1/∈sq7)层序界面:分布在盆地西缘与南缘，为奥陶系与寒武系之间的二级层序界面。在盆地西缘青龙山鸽堂沟剖面表现清楚，位于麻川组底部8 m后的寒武系深灰色厚块状灰岩之上，以厚约1.2 m粉红色泥质粉砂岩为特征，与上下地层分隔明显。在盆地南缘淳化铁瓦殿山北坡，则出现在麻川组距底12 m的深灰色泥晶灰岩之上，表现为厚约0.5 m的灰黄色泥质粉砂岩(图2a)，这个特征与在华北唐山地区看到的情况相似。自然伽马曲线有明显变化，界面之上表现为低值(图3)。在二维地震剖面上有明显的地震同相轴超覆尖灭现象(图4)。

SB-1(Osq2/Osq1)层序界面:分布在盆地西缘与南缘。在华北唐山一带位于亮甲山组底部，以古风化壳为特征，在华北地台中部可以广泛追索［18］。在盆地西缘青龙山地区则表现为麻川组中下部一个明显起伏的古喀斯特面，其上存在5～15 cm不等的灰黄—紫红色粘结砂屑砾灰岩，沿此面追索，还见有切入下伏灰岩深30 cm、宽35 cm、长约3 m的典型潮道，其中充填有灰黄色砾岩。在盆地南缘淳化县铁瓦殿山北坡，该界面位于麻川组中下部含白云质厚层灰岩中，也是一个很好的古风化面，其上发育有厚约50 cm的灰黄色泥质粉砂岩以及铁质风化壳层。在陇县白家滩剖面上，这个界面同样以泥质沉积的出现为标志。向西至山西河津剖面亮甲山组与冶里组之间表现为明显的不整合面(图2b)。自然伽马曲线有明显变化，界面之上表现为锯齿状高值(图3)。碳同位素曲线表现为一明显的负异常值(δ13C值偏轻)，与全球奥陶系碳同位素曲线特征一致［24］(图5)。

SB-2(Osq3/Osq2)层序界面:分布在盆地西缘、南缘与盆地中东部。在盆地西缘西北部桌子山剖面三道坎组与崮山组之间不整合接触，风化壳明显;青龙山水泉岭组底部是一个区域性风化不整合面，之下出现厚约5～15 cm不等的石英砂层和紫红色砾灰岩层(图2c)。在盆地南缘岐山—麟游斜坡相带，马家沟组底界发育一套2～3 m的大块底砾岩，具有明显的氧化暴露特征。向西至铁瓦殿北坡则是一个显著的陆上风化壳，以中厚层灰岩序列中出现厚约5 m的黄色泥质粉砂岩为特征，成层性较差，风化后形成明显的大沟。在华北地台马家沟组底部分布广泛，以厚层喀斯特角砾岩、栉壳灰岩为重要特征，个别地区见有不规则分布的砂岩体，代表一个突出的古风化面。自然伽马曲线变化明显，界面之上表现为锯齿状低值，声波测井曲线出现高值，电阻率迅速增高(图3，3，6)。碳同位素曲线表现为一明显的负异常值(δ13C值偏轻)，与全球奥陶系碳同位素曲线可对比［24］，Osq3氧同位素值也偏轻(图5)。

图5 鄂尔多斯盆地东南部山西省河津县西硙口奥陶系碳氧同位素特征与标准奥陶系碳同位素特征对比Fig.5 Comparison between Ordovician carbon isotope characteristics in Xiweikou village HeJin county Shanxi province in eastern Ordos Basin and the standard of Ordovician carbon isotope characteristics

图6 H14-YT1井连井剖面奥陶系层序地层格架(位置见图1)Fig.6 Ordovician sequence stratigraphy contrast of H14-YT1 Well(for its position Fig.1)

图7 Y23-YC1井连井剖面奥陶系层序地层格架(位置见图1)Fig.7 Ordovician sequence stratigraphy contrast of Y23-YC1 Well(for its position Fig.1)

SB-3(Osq4/Osq3)层序界面:分布在盆地西缘、南缘与盆地中东部。在多数地区表现为陆上暴露风化面，不同程度地发育古风化壳或残积角砾。在盆地西缘桌子山组下部表现为起伏不平的暴露风化面(图2d)，其上发育有厚5～10 cm不等的红色泥质层和钙质结壳层。在盆地中东部马三顶部膏岩层之上，自然伽马和电阻率曲线变化明显，层序界面均表现为齿状高值，而界面之下均表现为锯齿状高值，界面之上曲线均呈微齿状低值(图3、图6、图7)。

SB-4(Osq5/Osq4)层序界面:分布在盆地西缘和南缘。在鄂尔多斯盆地西缘北段，该界面位于克里摩里组底部薄层瘤状灰岩与桌子山组厚层灰岩之间，可见明显的古风化面与侵蚀下切穿层现象(图2e)。在桌子山组顶部出现多个薄的栉壳层和红色泥质层，代表小的暴露面。在贺兰山西坡胡基台以米钵山组底部的约9 m厚层砾屑灰岩为重要标志，其中具良好的滑动变形构造，代表近源滑塌沉积。由此点向东4 km至中梁子一带，该界面变化为明显的古风化面，其下的厚层灰岩顶起伏不平，其上存在有约1.3 m灰黄色泥质沉积。表明这个地区有明显的构造沉降叠加的影响，滑塌沉积启动较早，这也是西缘外带的共同特征，普遍早于内带。向南至在青龙山地区，该界面位于水泉岭组与三道沟组之间，表现为一个陆上风化面，其上存在约10 cm厚的灰白色钙结壳层和约15 cm褐灰黄色粘结砾灰岩。在盆地南缘铁瓦殿北坡表现为三道沟组底部一层厚约1.2 m的喀斯特角砾岩，其底部明显起伏不平，与水泉岭组顶部白云质厚层灰岩明显不同，喀斯特角砾横向可变化为砾屑灰岩。在盆地中东部，以马五段顶部膏岩发育为特征，代表了水体变浅的过程。自然伽马曲线出现明显的台阶状变化，界面之上表现为低值平滑曲线，而界面之下表现为锯齿状低值背景，在界面处电阻率迅速升高(图3)。碳氧同位素曲线均表现为一明显的负异常值，与全球奥陶系碳同位素曲线可对比［24］(图5)。在盆地本部大部分地区，该界面是石炭系与奥陶系马五段的风化壳不整合面，奥陶系顶部侵蚀沟槽明显(图4)。

2.2 二级层序OMsq2

二级层序OMsq2包括三个层序，涉及以下四个层序界面:

SB-5(Osq6/Osq5)层序界面:为二级层序界面，是一个区域性大的构造不整合面，代表了大的构造运动的转换时期。沿该界面之上，盆地中东部处于侵蚀剥蚀状态，一直持续到石炭纪开始，而盆地西部、南部形成深海槽。因此在奥陶系地层中，该界面在有奥陶系的地区分布范围较小，仅分布在盆地西缘、南缘与盆地本部的东南部。在大部分地区表现为典型的水下滑塌截切面，与前述的各层序界面显著不同。在西缘小区不同剖面上，界面之上为3～12 m不等的LST滑塌角砾灰岩(乌拉力克组底部，山字沟组底部和三道沟组顶部)，是鄂尔多斯盆地边缘最突出的一个层序界面。在贺兰山西坡胡基台，界面之上是厚达18 m的滑塌巨角砾岩，砾石直径可达1 m，一般在5～15 cm，大小混杂，呈现出斜坡扇水道沉积的特点。在青龙山地区，以三道组顶部厚3.5 m的厚层含砾屑灰层为特征，其中有明显的渐进变形构造(图2f)，而界面之下则是薄板状泥晶灰岩，两者截然不同。在鄂尔多斯盆地南缘陇县，该界面出现在三道沟组顶部，其上发育厚约5 m厚层滑塌灰岩，含有近源大岩块，向下刨蚀地层深达2 m，再向上出现中薄层灰岩夹粉砂岩，向上过渡为含有Husterograptus teretiusculus的平凉组页岩。向东至富平赵老峪一带，表现为泾河组底部重大的陆上风化面。在起伏不平的厚层碳酸盐岩侵蚀面上发育有厚约1 m的黄色粉砂质泥岩。自然伽马曲线低值无变化，而自然电位曲线出现明显的负异常，在界面处电阻率迅速降低(图3)。碳氧同位素曲线均表现为一明显的正异常值，与全球奥陶系碳同位素曲线可对比［24］(图5)。在盆地本部东南部，该界面演变为石炭系与奥陶系马六段的风化壳不整合面。

SB-6(Osq7/Osq6)层序界面:分布在盆地西缘与南缘。在盆地西缘桌子山地区位于拉什仲组下部，以厚约25 m的厚层—块状含长石中—粗粒石英砂岩与下伏黑灰色泥质—黏土岩截然区分，砂岩底部含有细砾，代表一次大幅海平面下降。其下的泥质岩中含有笔石 Nemagraptus gracilis，砂岩之上的页岩中含有Climacograptus bicornis，因此界面的时代可确定在SA2带之底。在盆地西南缘陇县龙门洞以及平凉赵沟桥剖面上的平凉组中上部，也发育有一层厚约0.4～4 m不等的砾屑灰岩，其性质与拉什仲组下部的层序界面一致，层位也接近于SA1/SA2带的边界，恰在界面之下的页岩中我们采获笔石Nemagraptus gracilis至少表明界线底界应高于此带。向西至泾阳西陵沟和耀县桃曲坡剖面相当于金粟山组之下的泾河组顶之下约5～8 m处，也发育有一个明显的界面，但均表现为陆上暴露面(图2g)。在西陵沟以一层紫红色铁质风化壳为标志，其上下出现砾屑灰岩层。而在桃曲坡，则表现为一层厚约40 cm的黄色泥质粉砂岩。在华北地台中部，峰峰组在各地保存情况不一。目前已知该组最高的层位含牙形石Belodina compressa-Microelodus symmetricus带，一般对比为Proniodus alaba-tus带下部或笔石Climacograptus bicornis带(SA2)底部［25］，考虑到峰峰组沉积后经历了从晚奥陶世晚期至早石炭世长达数亿年的风化剥蚀，其原始沉积的最高层位很可能接近bicornis带之底，故其顶界的不整合可能相当于拉什仲组下部层序界面，或略早于SB-5底界。自然伽马曲线在锯齿状中值背景中出现低值，其他区县无明显变化(图3)。碳同位素曲线变化不大，但氧同位素值明显偏轻(图5)。

SB-7(Osq8/Osq7)层序界面:分布在盆地西缘与南缘。在不同的地区分别位于蛇山组底部、背锅山组底部、银川组底部以及桃曲坡组近底部。前两者表现为明显的水下滑塌截切面，其上为厚层砂质砾屑灰岩和块状角砾岩，其下则为页岩或黏土岩。而在贺兰山西坡胡基台则以银川组底部厚达50～65 m的厚层含钙屑长石石英砂岩(重力流成因)明显地区分于其下的薄层粉砂质泥岩和粉砂质页岩远源浊流沉积，代表一次向盆方向的相迁移。在盆地南缘东段地区，该界面出现在桃曲坡坡组与金粟山组之间或略高层位。这个层序界面有很好的生物地层控制，其位置相当于笔石带Dicranograptus clingani(KA1)和Pleurograptus linearis(KA2)之间，或相当于北美中大陆牙形石带confluens带和tenuis带之间的层序界面;在华南出现在宝塔组之上，或相当于Hamarodus europaeus和其上的临湘组Protopanderodus insculptus带之间，在欧洲出现在Amorphognathus superbus和 Prioniodus alobatus带之间，大致与北美中大陆Eureka砂岩之下的层序界面相当［25］。这个界面通常被认为代表了晚奥陶世冰川开始启动导致的第一个重大海平面下降事件，而其上的Eureka砂岩则被认为代表了冰川启动导致的最重大的低海平面时期沉积，具有全球的大致同时性［25］。这个层序界面为本区上奥陶统与世界其它地区的地层对比提供了最重要的可靠的层序界面参考标志。

SB-8(Csq1/Osq8)层序界面:为奥陶系与石炭系之间的二级层序界面，有奥陶系存在的地区只分布在盆地西、南缘。所代表的海平面下降规模可能相对较小，仅见于盆地南部桃曲坡剖面和龙门洞剖面，分别位于桃曲坡组顶部和背锅山组顶部。在龙门洞剖面上，该界面之上出现5 m紫红色钙质胶结角砾灰岩，代表LST部分滑塌沉积，向上被东庄组底部TST黄绿色页岩所覆盖。在桃曲坡剖面上，以桃曲坡组顶部厚约15 m富含腹足，头足及珊瑚化石的中层状灰岩为标志，代表LST期沉积，其上被东庄组底部薄层泥质灰岩为代表的TST所上覆。与此相当的界面在其它地区没有辨识，可能主要是由于西缘外带水深较大，一般规模海平面下降已经不足以引起海底沉积相的明显变化。但我们推测可能在银川组上部的一些薄层砾屑灰岩可能也是由于海平面下降所导致。这个层序界面的时代约束不很好，但可以肯定在Orthograptus quadrimucronata的FAD之上(出现在桃曲坡组上部)，故可能相当于KA2中上部。在桃曲坡剖面位于东庄组顶部，代表一个长时期的古风化面(图2i)。其上被晚古生界含煤陆相地层所覆盖。在其它地区这个风化面所代表的时间可能更长，是华北地台上规模巨大的区域性不整合面。考虑到该界面之下的东庄组沉积水深并不浅，因此我们认为这个地区原始的沉积地层可能还会延续的晚一些，只是被后期风化剥蚀掉了。

3 奥陶系层序地层格架

3.1 奥陶系层序地层纵向格架

上述9个层序界面是盆地奥陶系可识别出的层序界面。界面特征明显，反映出2个二级层序和8个三级层序。各层序及其地层对比关系大致为:OMsq1相当于中下奥陶统，包括Osq1(相当于冶里组)、Osq2(相当于亮甲山组)、Osq3(LST:相当于马一段;TST:相当于马二段;HST:相当于马三段)、Osq4(TST:相当于马四段;HST:相当于马五段)和Osq5(相当于马六段/克里摩里组);OMsq2相当于上奥陶统，包括Osq6(相当于平凉组下部/乌拉力克组+拉什仲组下部)、Osq7(相当于平凉组上部/拉什仲组上部+公务素组)和Osq8(相当于背锅山组)(表1、图3)。

3.2 奥陶系层序地层横向格架

在单井和露头层序地层划分基础上，开展了盆地奥陶系露头—钻井层序对比研究。研究表明，盆地奥陶系三级层序地层格架以中央古隆起为界，东西和南北层序地层格架明显不同。在东西向剖面上(图6)，盆地西部至少发育层序Osq4—层序Osq7四套地层，结合野外青龙山剖面可知，该区地层发育层序Osq1—层序Osq7，由于南部庆阳古隆起的存在，地层尖灭于庆深2井处，由下至上依次发育外缓坡、中缓坡、开阔台地、斜坡相;盆地中部南北古隆起的鞍部主要发育层序Osq4地层，由下至上依次为潮坪、蒸发台地相;东部与中部地层关系对比良好，保存状态基本一致，发育层序Osq3、Osq4，由下至上蒸发潮坪、澙湖交替分布。从整个剖面来看，在庆阳古隆起东侧，相变变化较快，以缓坡—台地相为主，东部以蒸发潮坪—澙湖相为主。由下至上，西部祁连海水深逐渐增加，东部华北海震荡加深。

在南北向剖面上(图7)，也有类似的特点，但有差异。盆地北部为伊盟古隆起，缺失奥陶系全部地层;中部主要发育层序Osq3、Osq4两套地层，由下至上依次为潮坪、浅水台地、蒸发台地相;南部庆阳古隆起一直处于隆起剥蚀状态;南缘层序地层发育最全(层序Osq1—层序Osq8)，由下至上依次发育潮坪、中缓坡、台缘礁滩相、开阔台地相、斜坡相，反映出秦岭海也存在水深逐渐增加的过程。

总体来看，在盆地西、南部“L”型秦祁海槽奥陶系层序发育齐全，表现出7～8次海进—海退的演化过程。在盆地西部窄大陆边缘北部奥陶系发育层序Osq3—层序Osq7五套地层，南部奥陶系发育层序Osq1—层序Osq7五套地层;盆地南部宽大陆边缘奥陶系发育层序Osq1—层序Osq8八套地层。受伊盟古隆起—庆阳古隆起的分隔，盆地中东部台内凹陷只在海进最大时期中奥陶世出现3次海进—海退旋回，形成层序Osq3—层序Osq5 TST层序。西部祁连海和东部华北海仅在Osq4 LST海侵最大时出现过短暂连通。

3.3 奥陶系层序地层平面分布特征

奥陶系8个层序的岩相古地理特征已撰文发表［26］，在此不再赘述。以下就其总体展布特征作一简介。

3.3.1 下奥陶统特马道克阶

由层序Osq1和层序Osq2组成。层序Osq1相当于冶里组，层序Osq2相当于亮甲山组。

早奥陶世开始，华北地台继承了寒武纪在其南缘、西缘的被动大陆边缘构造环境，在秦祁、兴蒙海槽的伸展构造背景下发生鄂尔多斯古陆西、南、东三个方向的海侵，形成层序Osq1和层序Osq2。两层序厚度相近，沉积环境相似，分布较局限。岩性主要为白云岩、砂岩、灰质泥岩，分布于盆地周缘，呈“U”型展布，向中央古隆起一带超伏尖灭，沉积厚度0～160 m，由盆地向海依次发育内缓坡、中缓坡和外缓坡［26］。

3.3.2 中下奥陶统弗洛阶—中奥陶统达瑞威尔阶

由下统弗洛阶的层序Osq3(相当于马一段至马三段)、中统大坪阶的层序Osq4(相当于马四段)和达瑞威尔阶的层序Osq5(相当于马六段/克里摩里组)组成。

早奥陶世晚期，在向中奥陶世活动大陆边缘转化的过程中，中央古隆起逐渐下沉，西、南、东三面海侵加剧。在一个大的海进背景下形成三个次级海进海退旋回，沉积了层序Osq3—层序Osq5。盆地西部和南部在层序Osq2基础上继承发育了内缓坡、中缓坡和外缓坡沉积，沉积范围向中央隆起带扩展，岩性从含生屑泥晶灰岩—泥晶灰岩—泥灰岩—灰泥岩—泥页岩由陆向海依次过渡，厚度0～1 640 m。其中层序Osq5逐渐演变为弱镶边台地，厚度剧增，增幅达500 ～1 000 m［26］。盆地中东部出现内陆盐洼，在海平面下降期形成三期盐化泻湖沉积(层序Osq3 LST，相当于马一段(图8a);层序Osq3 HST，相当于马三段;层序Osq4 HST，相当于马五段(图8c))，在海平面上升期形成三期局限台地—开阔台地相(层序Osq3 TST，相当于马二段;层序Osq4 TST，相当于马四段(图8b);层序Osq5，相当于马六段)。盐化澙湖呈“O”字型，外围发育膏云坪，盆底发育盐化澙湖，沉积了大量的膏盐岩、盐泥岩、膏云岩等典型蒸发盐类。局限台地—开阔台地相主要由云质灰岩、含生物碎屑灰岩组成。内陆盐洼沉积厚度相对稳定，盆地东部洼陷中心最厚达800 m，向北、西、南三面减薄至0～400 m(其中层序Osq5遭大面积剥蚀，仅有零星沉积分布，厚度小于20 m)。

3.3.3 上奥陶统桑比阶—凯特阶下部

由上统桑比阶的层序Osq6(相当于平凉组下部/乌拉力克组)、层序Osq7(相当于平凉组上部/拉什仲组—公乌素组)和凯特阶下部的层序Osq8(相当于背锅山组/蛇山组)组成。

中奥陶世末，大地构造发生剧烈变化，随着古秦岭洋、古祁连洋俯冲消减的持续进行，包括鄂尔多斯盆地在内的华北盆地大幅度抬升，成为剥蚀古隆起(一直持续到早石炭世)，仅在鄂尔多斯盆地的西、南缘形成了具有沟—弧—盆体系的主动大陆边缘弧后裂陷盆地，沉积了层序Osq6—层序Osq8。层序Osq6沉积期开始，盆地西部、南部形成深海槽，沉积环境演变为具有弱镶边台地边缘的开阔台地、斜坡和盆地沉积环境，沉积分布范围呈窄条带状，“L”型展布，沉积地层在盆地西部厚0～1 000 m(西缘中段缺失层序8)，在盆地南部厚0～2 500 m。开阔盆地相以泥粉晶灰岩为主，其中西缘发育台地边缘滩亚相，南缘发育一定规模的台缘礁滩体。斜坡相发育泥页岩与泥灰岩互层，深水盆地与广海陆棚主要发育碎屑流和浊流［27～31］(图8d)。

表1 鄂尔多斯盆地奥陶系重要化石带与层序地层划分对照表Table 1 Cross-references between important fossils and sequence stratigraphic division of Ordovician in Ordos Basin

奥陶纪末，鄂尔多斯地区整体抬升，经历了长达1.2亿年的风化剥蚀［32］，形成了奥陶系顶面古岩溶地貌［33］。

4 奥陶系碳酸盐岩台地层序地层发育模式

鄂尔多斯盆地位于华北地台西南部，早古生代西侧为古祁连洋，南侧为秦岭洋，盆地实际上是一个被南、西两侧洋盆所围限的大陆地台边缘。由于秦、祁洋具有不同的地质演化过程，因此在盆地南缘和西缘沉积层序各具特点。盆地中东部则受华北海控制，发育了封闭—半封闭沉积环境所具有的层序模式。

4.1 碳酸盐台地缓坡层序发育模式

中奥陶世晚期达瑞威尔期层序Osq5(克里摩里组/马六段)沉积之前，盆地西部延伸到贺兰山地区，南部延伸到秦岭地区。大地构造环境处于被动大陆边缘发育阶段，其背景相似，构造活动弱，盆地西缘与南缘环境变化不大。三道坎组沉积期，为由碳酸盐岩和硅质碎屑岩组成的缓坡。

纵观盆地西缘和南缘垂向演化序列，早奥陶世—中奥陶世早期以内陆棚缓坡台地沉积为主(图9a)，大多数地区属潮坪—潮下带上部浅海环境，白云质碳酸盐岩沉积较为发育，生物化石相对较少，门类单一。低位体系域主要由滨岸砂岩组成。坡度很缓，低位期的砂岩覆盖面积较大，但愈近物源区愈薄或消失。随着海进的开始，台地重新发育，陆源物质受到抑制。首次洪泛面附近为具内源碎屑、含腕足壳的泥砂质沉积。海侵体系域在远源区(例如老石旦东山一带)为陆架灰岩或滩相生物屑灰岩;在近岸区(例如苏必沟)潮坪沉积发育，剖面上见青鱼刺形等潮汐层理。在高位体系域一般岩层在不同程度地受到白云岩化作用，由外陆架的粒泥岩和内陆架的泥粒岩或颗粒岩组成。

图8 中晚奥陶纪主要层序沉积期岩相古地理Fig.8 The lithofacies paleogeography of main sequences in Middle-Late Ordovician，Ordos Basin

图9 鄂尔多斯盆地西缘、南缘奥陶纪碳酸盐台地层序发育模式Fig.9 Sequence model of carbonate platform in Ordovician in the western and southern margin of Ordos

4.2 碳酸盐台地镶边陆架层序发育模式

中奥陶世晚期达瑞威尔期层序Osq5(克里摩里组/马六段沉积期)—晚奥陶世是鄂尔多斯盆地西、南边缘地质演化的新阶段，大地构造环境由被动大陆边缘转化为主动大陆边缘活动阶段，普遍发生强烈沉降，岩相分异显著，逐渐演化为弱镶边碳酸盐台地(图9b)，在台地边缘形成了典型的弱镶边型礁滩沉积体系，垂向上生物礁体与藻灰岩互层，礁核胶结致密，很难形成有利储层，典型沉积特征如好峙河露头剖面。在台缘斜坡环境中发育了滑塌、碎屑流和浊流沉积［27～31］，在深水盆地相沉积中含有丰富的笔石动物群化石。

(1)低位体系域(LST)。LST典型的沉积有两类，一是浊流沉积，二是碎屑流沉积。当台地下沉到透光带之下，由于淹没而消亡，继后的海平面下降，发育陆源碎屑浊积岩，见于乌拉力克组以上地层，拉什仲组十分发育，为斜坡扇体系。乌拉力克组发育碳酸盐沉积。克里摩里组见下切谷充填式碎屑流沉积，公乌素组见碳酸盐泥屑岩沉积。低水位体系域还可以见到向下(海)建造的台地边缘滩或岩隆、砂质滨岸沉积和潮坪体系。

(2)海侵体系域(TST)。初期具有滞留砾岩和喀斯特(台地)沉积，台内点礁或点滩常见;岸带部位见砂滩、砂坝体系和宽阔的潮坪体系;坡折部位原发育的岩隆部分淹没消失，部分向上建筑。随着海平面的上升、可容纳空间的增大进入追补沉积阶段，深水部位发育等深流沉积，见低密度钙屑浊积岩。当海平面上升到最高点、可容纳空间最大时，发育密集段。典型的密集段为黑色笔石页岩(图10a)。

(3)高位体系域(HST)。HST有追补型和并进型两种重要的沉积体系。追补型往往为连续的暗色泥页岩沉积(图10b)，间夹低密度钙屑浊积岩和薄板状微晶灰岩，泥粒岩或颗粒岩中早期海底胶结物很少。并进型早期沉积与追补型相似，中晚期沉积大相径庭。其台地边缘岩隆、礁滩体(图10c)、台内浅滩(图10d)发育，范围较TST扩大;坡折部位，陆架灰岩沉积较为普遍。

4.3 碳酸盐台内洼陷层序发育模式

鄂尔多斯盆地中东部是华北地台内部典型的陆表海沉积环境，早奥陶世晚期弗洛期—中奥陶世马家沟组沉积期发展成为台内洼陷，并出现了3次蒸发膏盐化澙湖与局限澙湖/开阔台地交替发育的特征，由此沉积了3套厚层蒸发膏盐岩。其中，海侵体系域以发育局限台地/开阔台地相为主，层序Osq4海侵体系域(马四段)沉积期海侵使得华北海与祁连海连通。高位体系域发育蒸发潮坪与盐化澙湖，表现为典型的封闭—半封闭“同心圆”状澙湖沉积模式［11，12］。

5 结论

(1)提出了鄂尔多斯盆地“碳酸盐岩层序地层划分与对比五要素”分析方法，即针对地震资料分辨率低的资料特点，提出强调古生物地层是基础、层序界面识别是关键、重要地质事件是标志、地球化学指标是补充、测井曲线对比是核心的分析方法。通过该分析方法在鄂尔多斯盆地奥陶系层序地层对比中的应用，建立了鄂尔多斯盆地奥陶系层序地层格架。

(2)将鄂尔多斯盆地奥陶系层序地层划分为2个二级层序和8个三级层序:OMsq1包括Osq1(冶里组)、Osq2(亮甲山组)、Osq3(LST:马一段;TST:马二段;HST:马三段)、Osq4(TST:马四段;HST:马五段)和Osq5(马六段/克里摩里组);OMsq2包括Osq6(平凉组下部/乌拉力克组+拉什仲组下部)、Osq7(平凉组上部/拉什仲组上部+公务素组)和Osq8(背锅山组)。

(3)盆地奥陶系受伊盟古隆起—庆阳古隆起发育演化的控制，不同构造环境形成不同的层序格架:在盆地西部窄大陆边缘奥陶系北部发育层序Osq3—层序Osq7五套地层，持续时间从早奥陶世弗洛阶到晚奥陶世桑比阶末，南部发育层序Osq1—层序Osq7七套地层，持续时间从早奥陶世特马道克阶到晚奥陶世桑比阶末，总体上西部地层西厚东薄，南北向条带状展布，向伊盟隆起—庆阳古隆起上超伏尖灭，厚度0～1 600 m;在盆地南部宽大陆边缘奥陶系发育盆地所发现的8个层序，持续时间从早奥陶世弗洛阶到晚奥陶世凯特阶早期，地层南厚北薄，向庆阳古隆起上超伏尖灭，厚度0～1 800 m;在盆地中东部台内洼陷奥陶系仅发育层序Osq3—层序Osq5 TST，以盆地东部洼陷东侧最厚，沉积厚度为800 m，向北、西、南三面减薄至0～400 m;盆地北部伊盟隆起、庆阳古隆起主体一直处于隆起剥蚀状态，二者的鞍部仅在Osq4 TST时期有过西部祁连海与东部华北海的连通，沉积厚度在0～600 m。

(4)建立了鄂尔多斯盆地奥陶系碳酸盐岩台地缓坡、弱镶边陆架和碳酸盐岩台内洼陷层序地层发育模式。

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