鄂尔多斯东部奥陶系马家沟组四段碳酸盐岩沉积微相及古地理分析

潘为 （长江大学地球科学学院，湖北 武汉430100；中国地质科学院矿产资源研究所，北京100037）

张永生 （中国地质科学院矿产资源研究所，北京100037）

何幼斌 （长江大学地球科学学院，湖北 武汉430100）

邢恩袁 （中国地质科学院矿产资源研究所，北京100037）

蒋苏扬 （长江大学地球科学学院，湖北 武汉430100；中国地质科学院矿产资源研究所，北京100037）

鄂尔多斯地块位于中朝古板块西部，是一个古生代陆表海盆地 （或被动大陆边缘）及边缘深坳陷与中、新生代陆内坳陷的大型叠合克拉通盆地［1］。奥陶纪鄂尔多斯盆地马家沟组 （Om）碳酸盐岩含盐岩系主要由碳酸盐岩和蒸发岩交替沉积形成，为典型的稳定克拉通古陆表海盆沉积［2－3］。该组由6个岩段组成，自下而上为马一段至马六段，其中：马一段、马三段和马五段为蒸发岩段，岩性主要为盐岩、硬石膏岩夹泥云岩和灰岩；马二段、马四段和马六段为正常浅海沉积，岩性主要为灰岩和白云岩，夹膏岩和泥云岩［4－6］。

岩相古地理的研究对海相碳酸盐岩储层成因机理的深入认识具有重大意义［7］。继前人提出盆地东部马四段可以形成有效储层以来［8］，受到对其内部沉积微相尚不清楚的影响，进而限制了对其的开发，笔者尝试对于其碳酸盐岩微相进行研究，以期为今后的油气勘探提供一定的地质依据。

1 岩石地层特征

马家沟组自下而上划分为6个岩性段。马四段由下至上划分了7个亚段 （Om14、Om24、Om34、Om44、Om54、Om64和 Om74）。

Om14厚度6.81m，主要岩性为含生物碎屑灰岩，顶部发育粉晶构造局部生物碎屑构造、云朵状构造，由中部至底部浅色云朵状构造增多，发育细条带黑色沥青质泥岩。岩心断面处可见大量完整大小不等腕足类化石，推测为原地沉积或短距离搬运后沉积形成，局部可见薄层 （2cm）生物碎屑层，其中生物碎屑层全被亮晶方解石所交代。该亚段还可见大量被亮晶方解石交代的生物碎片，整体呈现出较大碎片在下而较小碎片在上的垂向特征。

Om24厚度2.93m，整体岩性为灰质白云岩，具粉晶结构，广泛发育云朵状构造。该亚段顶部可见0.5mm黑色沥青质泥岩。底部发育形态起伏明显的缝合线，并发育厚度约为1mm的炭质泥岩。

Om34厚度53.62m，为Om4厚度最大的一套灰岩段，其主要岩性为含云灰岩及灰岩，局部为含灰白云岩及白云质砾屑灰岩等，普遍颜色较深，以灰黑色至黑色为主。整体呈现灰岩与含云灰岩周期性交替出现，顶部发育约10m厚度的含云灰岩，为其间相对厚度最大，可见云朵状构造、水平层理等。岩石表面呈现明暗相间条带，可见大量缝合线构造，并发育有黑色薄层炭质泥岩 （污手）。局部可见微波状层理、锯齿状缝合线等，发育了金黄色黄铁矿、方解石脉、双壳类及壳形软体动物化石等。

Om44厚度为4.05m，发育灰黑色灰质白云岩，具粉晶结构，其中上部晶粒较小而下部较大，广泛发育云朵状构造、水平层理，岩石被缝合线破裂严重，破裂面普遍发育黑色炭质泥岩，其厚度为1～3mm，局部可见垂直层理的方解石细脉，黑色炭质泥岩切穿水平层理。

Om54厚度19.55m，主要发育深灰色白云质灰岩、灰质白云岩和含白云灰岩等，其中，底部发育灰黑色薄层泥质白云岩，底部产出灰色或深灰色灰岩。该亚段从上至下普遍发育斑状构造和缝合线构造等，且缝合线中多充填黑色炭质泥岩。泥质白云岩多为细粉晶至粗粉晶结构，局部可达砂晶级别，并可见小型 （1～2mm）方解石脉。该亚段中部含白云灰岩中可见小型波状层理、平行层理及黑色顺层发育的不连续缝合线。下部生物碎屑较中上部有明显增加。

Om64厚度8.33m，主要发育了灰黑色含灰白云岩、深灰色灰质白云岩和深灰色白云质灰岩，仅中部可见中厚层灰黑色白云岩。由上至下含灰白云岩层及白云质灰岩层厚度呈明显减薄趋势。普遍发育了斑状构造和缝合线构造，缝间充填黑色炭质泥岩，局部可见微型波状层理。

Om74厚度10.97m，主要为深灰色白云质灰岩和深灰色灰质白云岩，顶部发育厚层灰黑色灰岩和薄层泥质灰岩。除顶部具块状构造、泥－粉晶构造灰岩外，该亚段水平层理及微波状层理、缝合线构造普遍发育，且缝合缝间充填黑色炭质泥岩，局部可沥青味明显。

2 沉积微相类型

由于马四段期处在大型海进背景下，海水来源于东、南、西3个方向［9］，并且Om4沉积时期是整个鄂尔多斯盆地甚至华北地台的最大海侵期，气候普遍温暖湿热，中央古隆起成为水下隆起，仅在庆阳地区为水上隆起 （即庆阳古隆起）。研究区整体上海水变深、海水流通通畅，含盐度降低，主要发育开阔台地相，短暂海退期发育局限台地相。

通过岩心观察、测井解释、镜下薄片鉴定，同时结合区域构造资料并参考前人研究成果，对Om4沉积微相进行了识别和划分。

2.1 开阔台地相

开阔台地相在陕北盐盆马家沟组各时期均有发育。陕北盐盆开阔台地上可识别出灰泥丘微相，灰泥丘为浅海碳酸盐岩台地上常见的沉积类型，主要沉积的岩石类型为生屑灰岩、含生屑颗粒灰岩、泥灰岩等。一个完整的灰泥丘通常包括丘基、丘核、丘翼和丘顶。需要指出的是灰泥丘上的灰岩常发生白云化作用或膏化等成岩作用，而表现为云 （膏）质灰岩或灰 （膏）质云岩［10］。

1）丘基 丘基为灰泥丘生长的初级阶段发育，位置在灰泥丘的根部，岩石类型主要为生屑灰岩（见图1（a））和含生屑颗粒灰岩 （见图1（b）），亮晶胶结常见，也可被灰泥充填。在马家沟组各个沉积时期均有发育，Om2、Om4沉积时海侵期最为发育。颗粒多以生屑为主，鲕粒、藻团块、内碎屑等也较为常见［11］。主要特征表现为生屑等颗粒破碎较为严重，被风浪拍击或远距离搬运所致，颗粒的分选较差。纵向上单层厚度较小，由数厘米至数米厚，累积厚度也不大，一般不超过10m。这点与浅滩有较大差别，浅滩颗粒灰岩单层厚度和累积厚度要远大于灰泥丘的丘基。

2）丘翼 丘翼为灰泥丘生长过程中外侧沉积，通常范围和规模均较小。岩石类型以生屑灰岩为主，亮晶胶结常见。颗粒多以生屑为主，鲕粒、藻团块、内碎屑等也较为常见。颗粒在迎风一侧破碎较为严重，亮晶胶结；背风一侧颗粒较为完整，多为灰泥充填。与浅滩的主要区别还在于规模远小于浅滩。纵向上常与丘基、丘核共生 （见图1 （c））［12］。

3）丘核 丘核为灰泥丘主体部分，也最为常见，几乎遍及整个陕北盐盆马家沟组各个层位均有发育。最为常见的岩石类型为凝块状灰岩。主要特征为灰岩层面极为不平整，常表现为类似“串层”现象，岩性为泥质灰岩或含泥灰岩，或含少量生物碎屑，最主要特征是生物扰动强烈，常发育水平虫孔或生物潜穴构造。水平虫孔主要为觅食迹，以暗色藻类有机质为食的生物在水底爬行，吞食富含藻类的灰泥之后留下的痕迹，排泄物为缺少有机质的微晶或粉晶方解石，该微晶或粉晶方解石在岩石中多表现为颜色较浅或较明亮。生物潜穴则为垂直于层面或斜交层面的虫孔，为生物的洞穴或逃逸穴。该潜穴在沉积期被上覆暗色泥灰岩 （富含有机质）充填，岩石中表现为垂直层面且切割层面的暗色灰泥条带 （见图2）。

图1 镇钾1井岩心薄片及素描图

4）丘顶 丘顶为灰泥丘生长晚期在接近水面附近形成的沉积物，位于灰泥丘的顶部，主要岩石类型为层纹石状白云岩 （见图3）、叠层石白云岩、纹层状膏云岩等，生物碎屑很少，生物扰动也不发育。叠层石为柱状，反映具备一定的水体深度，不完全暴露于大气中，与潮上带层状叠层石明显不同。

图2 凝块灰岩中的生物潜穴图

2.2 局限台地相

局限台地相进一步划分为云坪、膏湖、盐湖、淡化澙湖等微相。其中云坪、膏湖、盐湖在Om1、Om3、Om5海退时期规模达到最大，Om4受到海侵条件的影响，发育规模受限明显。

云坪即云质潮坪，发育于靠近陆地边缘的平坦海岸附近，在马四段期庆阳陆周围普遍发育了环陆云坪。主要沉积物为泥晶白云岩，在鄂尔多斯东部地区基本上都与硬石膏结核伴生，为含硬石膏结核白云岩。经过成岩作用可重结晶为粉晶，或被硬石膏交代［13］。

图3 丘顶层纹石白云岩水平层理发育图

3 古地理分析

依据基干井 （镇钾1井）沉积微相分析，结合古地理图件及资料，对鄂尔多斯盆地东部地区Om4岩相古地理格及其局演化有了更加深刻的理解。

从鄂尔多斯地区Om4岩相古地理图 （见图4）中不难看出，马四段期鄂尔多斯地区分为陆、云坪、开阔台地和浅滩4个古地理单元。

3.1 陆

有3个陆地，即阿拉善陆、伊盟陆和庆阳陆。由于海水由东、西、南3面侵入，阿拉善陆只在研究区西北角的吉兰泰有一小部分，大部分位于图区之外。伊盟陆主要分布在北部的包头一带，杭绵旗、鄂尔多斯偏南一线地区其面积规模较小。庆阳陆分布在马四段期总体呈现出南北走向的特征，马四段期沿固阳、庆阳、宝鸡、平凉中间分布。

3.2 云坪

其分布范围北到吴旗，环县，东到宜君南到宝鸡，西到平凉、陇县一带。阿拉善陆、伊盟陆与之相似也可能发育云坪，但由于没有具体的资料，故图中未能展示。

3.3 开阔台地

马四段期进一步发育南部开阔台地，并与西部开阔台地同属继承性开阔台地，连通西部祁连海槽和东南部秦岭海槽。

3.4 浅滩

马四段期发育有2个滩，即庆阳陆北部滩和西南部滩。其中北部滩沿鄂托克旗、布拉格苏木分布，大体呈条带状。西南部滩主要发育在陇县西南，呈北西南东向展布，与庆阳陆的西海岸线相平行之势。

马家沟组期为大型海侵期，特别是Om4沉积时期的海侵程度对古地理格局产生了重要的影响。

图4 马四段期岩相古地理图

4 结论

1）研究区Om4岩石类型有白云岩 （含灰、灰质、泥质）、灰岩 （白云质、白云质砾屑、含生物碎屑、含云、泥质）和少量的黑色泥岩。

2）确定了研究区碳酸盐岩开阔台地沉积相类型，进一步识别出灰泥丘沉积微相，并划分识别出丘基、丘翼、丘核、丘顶等主要部分。

3）通过对Om4段岩相古地理图分析，马四段期在海侵规模上作为整个马家沟组期最大的海侵期，云坪发育广泛，对古地理格局产生了重要的影响

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