鄂尔多斯地区中元古界蓟县系沉积特征研究

2021-04-17冯娟萍欧阳征健李文厚

西北大学学报（自然科学版） 2021年2期

冯娟萍，欧阳征健，李文厚

(1.西安科技大学地质与环境学院，陕西西安 710054；2.兰州城市学院培黎石油工程学院，兰州 730070；3.西北大学地质学系，陕西西安 710069)

国内外油气勘探实践证实，中新元古代具备一定的勘探潜力，是下一步油气勘探的接替领域之一[1]。前人研究表明，克拉通盆地的中新元古界油气勘探潜力巨大[2-10]。中国在鄂尔多斯盆地、四川盆地及塔里木盆地的中—新元古界中均发现了“新生古储”和“原生”两类油气藏[11-18]，其中鄂尔多斯盆地的中新元古界具有烃源岩条件等成藏潜力[19-22]。近年来，在盆地伊盟隆起的锦13井，深度为3 527～3 530 m的中元古界长城系中发现明显的气测异常，中途测试获2.4万m3/d的天然气流，证实中—新元古界是鄂尔多盆地下一个值得关注的能源勘探领域[23]。

总体上讲，鄂尔多斯地区中—新元古界的勘探与研究程度均低，已经不能满足大规模油气勘探的要求。其中，蓟县系相对于长城系来说，其研究与勘探程度更低。蓟县系是否具有生烃条件，其储集性能和封盖能力如何等相关基础油气地质问题尚未弄清，有待深化研究。因此，本研究优选勘探与研究程度非常低的蓟县系为研究对象，对其开展沉积特征等相关基础地质问题的研究，为中元古界蓟县系的油气勘探提供地质依据。

1 地质概况

鄂尔多斯地区位于华北克拉通西侧，盆地北侧及西侧北段接阿拉善—内蒙地块，西侧南段与走廊过渡带、祁连褶皱带相接，南侧为渭河盆地与秦岭褶皱带，南侧东段与豫皖地块的小秦岭地区相邻，东邻山西地块的吕梁山隆起。研究区包括鄂尔多斯盆地及其周缘，其中鄂尔多斯盆地可划分为伊盟隆起、西缘冲断带、天环拗陷、伊陕斜坡、靖西挠褶带和渭北隆起6个一级构造单元[1,23-24](见图1)。鄂尔多斯地区中—新元古界主要包括长城系、蓟县系、青白口系和震旦系。蓟县系在研究区西南部沉积厚度大，保留较全，西厚东薄、南厚北薄(见图2)，向北东方向逐渐减薄甚至缺失[23]。在鄂尔多斯盆地西缘和南缘，地层分别为近南北向及东西向分布，沉积厚度最大超过2 000 m。在盆地中部庆阳一带，地层厚度仅有100 m，而在盆地东部则未接受沉积[1]。其地层厚度变化及分布明显受元古代南北向及东西向大断裂控制。

图1 鄂尔多斯地区构造单元划分图Fig.1 Zoning map of tectonic units in Ordos Area

2 沉积特征

2.1 岩石学特征

蓟县系岩石类型以大量海相富镁碳酸盐岩为主，含少量陆源碎屑岩。岩石类型主要有泥晶-粉晶白云岩、叠层石白云岩、内碎屑白云岩、球(团)粒白云岩、重结晶白云岩和硅质条带团块白云岩等几种类型。

2.1.1 泥晶-微晶、粉晶、细晶白云岩其主要为浅灰色、灰色、灰白色、浅黄色、褐色厚层块状泥晶-微晶、粉晶、细晶白云岩及灰岩，质纯(见图3A，B)。其中，泥晶-微晶白云岩晶粒粒径主要在0.005 mm左右，粉晶白云岩晶粒粒径一般为0.02～0.05 mm，细晶晶粒粒径大于0.1 mm(见图3C，D)。这种结晶质结构一般为各种结构和成因的灰岩，经强烈重结晶作用或白云岩化作用改造而形成。

图2 鄂尔多斯盆地西缘中元古界蓟县系地层对比图Fig.2 Stratigraphic correlation map of Jixianian System Meso-Proterozoic in the western margin of Ordos Area

2.1.2 叠层石白云岩研究区蓟县系叠层石白云岩十分发育，主要有层状叠层石白云岩(见图3E)、波状叠层石白云岩(见图3F)、球状叠层石白云岩(见图3G，H)、柱状叠层石白云岩和锥状叠层石白云岩等多种类型的叠层石白云岩。

2.1.3 内碎屑白云岩内碎屑白云岩以砂屑、砾屑为主，砾屑粒径一般为1.0～8 cm，最大可达30 cm(见图3I，J)。内碎屑含量变化范围较大，质量分数一般在10%～80%。

2.1.4 球(团)粒白云岩球、团粒白云岩呈不规则的夹层产出，由硅质和白云质交替显现同心层结构(见图3K，L，M，N)，其应是藻类生物成因或由藻类直接参与而形成。球粒、团粒白云岩局部重结晶，颗粒面式接触(见图3L)；还有部分球粒、团粒白云岩基质胶结，局部见交代作用形成的同心鲕粒、结核(见图3M，N)。

2.1.5 硅质条带白云岩硅质条带白云岩中常见浅白色、灰白色条带状、条纹状、团块状或结核状燧石，还可见微纹层、细纹层状黑色燧石(见图3O，P)。

2.2 沉积相类型

鄂尔多斯地区是华北克拉通盆地的一部分，其结晶基底稳定，地形平坦，在中—新元古界主要形成平坦宽阔的陆表海，水体又很浅，水动力很弱，因此微弱的地壳升降运动或冰川的消长都会使海平面产生显著变化，这样就产生了大范围的潮坪沉积。蓟县系潮坪沉积主要在盆地的西部和南部发育，为碎屑岩潮坪和碳酸盐潮坪的混合沉积。其可分为潮上带、潮间带和潮下带，这3种相带在垂向及侧向上频繁交互和迁移，是典型的陆表海沉积特征。潮坪沉积之外，由北向南、由东至西依次发育开阔台地及开阔海沉积(见图4)。

2.2.1 潮上带潮上带为平均高潮线与最大涨潮线之间的区域，与上潮间带呈过渡关系，其岩石类型主要为纹层状白云岩、纹层状藻叠层石白云岩(见图3E)、含泥白云岩和含砂白云岩。由于长期暴露，沉积地层较薄，潮上带有时可见干裂、石膏及石盐假晶等干旱沉积相标志。洛南县巡检司镇洛南群石庄组、龙家园组和巡检司组底部分别发育含砾砂岩、灰白色石英杂砂岩(0.5 m厚)以及灰绿色砂质板岩，均为潮上带沉积环境下的沉积建造(见图5)。

2.2.2 潮间带潮间带位于平均高潮线和平均低潮线之间(见图4)，以间歇能沉积为特点。其主要发育砂屑白云岩、泥晶白云岩、竹叶状砾屑白云岩、鲕粒白云岩、锥状叠层石白云岩、柱状叠层石白云岩和层状叠层石白云岩等岩石类型(见图5)。竹叶状砾屑白云岩形成于沉积水体较浅的潮间环境，为典型风暴岩，底部见侵蚀面，代表了风暴作用的开始；中部往往发育尖棱状硅质砾屑，代表了风暴作用的高潮；顶部发育纹层状白云岩，代表了风暴作用的结束。潮间带可进一步划分为上潮间带和下潮间带两种类型的沉积亚相。

A 固原市云雾山深灰色微-粉晶白云岩(-)；B 固原市闵家沟浅褐色泥-微晶灰岩(-)；C 华亭县马峡镇蓟县系细晶白云岩(-)；D 洛南县巡检镇蓟县系龙家园组细晶白云岩(-)；E 环县阴石峡蓟县系层状叠层石白云岩；F 岐山县涝川乡蓟县系波状叠层石白云岩；G 华亭县马峡镇球状叠层石白云岩；H 环县阴石峡球状叠层石白云岩；I 岐山县涝川乡蓟县系内碎屑白云岩；J 岐山县涝川乡蓟县系内碎屑白云岩；K 岐山县涝川乡蓟县系球(团)粒白云岩；L 岐山县涝川乡蓟县系球(团)粒白云岩(-)；M 岐山县涝川乡蓟县系球(团)粒白云岩，含鲕粒(-)；N 岐山县涝川乡蓟县系球(团)粒白云岩，含鲕粒(-)；O 同心县青龙山蓟县系硅质条带白云岩；P 岐山县涝川乡蓟县系硅质条带白云岩；Q 华亭县马峡镇蓟县系含硅质条带竹叶状白云岩(-)；R 岐山县蓟县系砾屑白云岩(-)；S 镇探1井蓟县系4 514.85 m；T 镇探1井蓟县系4 499.22 m；U 巡检镇巡检司组蓝绿藻叠层石白云岩(-)；V 炭山乡蓟县系大型波痕；W 巡检镇杜关组粉砂岩中局部含有含泥泥晶白云岩(-)；X 洛南蓟县系杜关组泥岩图3 鄂尔多斯地区中元古界蓟县系野外露头、岩心及显微照片Fig.3 Outcrops,cone and microphotographs of Jixianian System in Ordos Area

图4 鄂尔多斯地区蓟县系沉积模式Fig.4 Sedimentary model of Jixianian System in Ordos Area

其中，上潮间带发育纹层状藻叠层石白云岩(见图3I，J，K，L)，常具斑点及小凝块结构，纹层发育，指示水体很浅，常为1 m左右。纹层间可见干裂收缩细纹或微冲刷现象，为典型的潮坪沉积。常见含硅质条带的竹叶状白云岩，竹叶状砾石为潮汐沟沉积。硅质与白云石之间存在拼合面，见同心鲕粒，硅质受后期挤压应力而重结晶(见图3Q)。洛南县巡检司镇洛南群龙家园组发育灰色、深灰色纹层状含燧石条带细晶白云岩、叠层石白云岩，厚度大，为上潮间带的沉积产物(见图5)。华亭县马峡镇蓟县系的含燧石条带白云岩、白云岩及叠层石白云岩也属上潮间带沉积(见图6)。

图5 洛南县巡检司镇洛南群岩性柱状图Fig.5 The lithological column map of Luonan Group in Xunjiansi Town，Luonan County

下潮间带的沉积相标志主要有波纹状藻叠层石白云岩、中—小型柱(锥)状藻叠层石白云岩、亮(微)晶粒屑云岩(见图3A，B，E)，常见单向水流交错层理、交错层理，高幅度较对称波痕，准同生角砾等，角砾大小差异大，整体上呈粒序排列，见重结晶(见图3R，S，T，U)。洛南县巡检司镇洛南群下潮间带的岩性主要为灰色、深灰色厚层含燧石条带的泥晶、粉晶、细晶白云岩和叠层石白云岩，主要发育于石庄组和巡检司组(见图5)。华亭县马峡镇蓟县系下潮间带的岩性主要为中—薄层硅质白云岩、含角砾白云岩(见图6)。

2.2.3 潮下带潮下带位于平均低潮面以下和波基面以上(见图4)。其一般比较宽阔，地势平坦，水体浅，阳光充足，藻类大量繁殖，波浪和潮汐活动频繁。其可以进一步划分为开阔台地、局限海和水下浅滩等沉积微相。

潮下带在局部地段形成高能环境，尤其是邻近滨线附近的能量最高，形成开阔台地，相当于Irwin[25]划分的Y带和浅潮下带[26]，Wilson[27]则称之为台地边缘沉积区。研究区主要发育大型锥或柱状藻叠层石白云岩、砂屑白云岩和鲕粒白云岩等岩石类型。可见各种交错层理、波痕、冲刷面和大型波痕(见图3V)。华亭县马峡镇蓟县系开阔台地主要发育中—薄层灰白色硅质条带白云岩，局部见白云岩砾石，偶夹竹叶状白云岩，常见交错层理、波痕和冲刷面(见图6)。

由于水流活动的扰动致使底部物质发生移动，在开阔台地的古地貌微凸地带或高处，鲕粒或藻粒发生聚集而形成水下浅滩沉积。水下浅滩粒屑以藻鲕、高能鲕为主(见图3K，L)，多发育成锥状或柱状藻叠层石构造，进而演化成礁体。

由于浅滩的阻拦作用，其在近岸一侧形成较闭塞的潮下泻湖或局限海[19]。

2.2.4 开阔海开阔海位于波基面以下(见图4)，相当于陆棚区沉积。此处水体加深，潮汐和波浪微弱，具有低能特点，是碳酸盐沉淀的有利场所。其主要发育泥晶白云岩、含泥泥晶白云岩、粉砂岩、泥岩(见图3W，X)。其无明显的沉积构造，泥晶白云岩均呈块状构造。华亭县马峡镇蓟县系开阔海主要岩性为灰黄色泥质白云岩(见图6)。

图6 华亭县马峡镇蓟县系岩性柱状图Fig.6 The lithological column map of Jixianian System in Maxia Town,Huating County

3 岩相古地理展布特征

鄂尔多斯地区蓟县纪海侵继续向东、向北扩大，沉积主要发育在研究区南缘、西南缘和西缘的广大地区，在西北缘及北缘等地区沉积较少，东缘基本缺失，沉积范围及地层厚度都比长城纪小，主要为碳酸盐岩潮坪沉积，水体较浅；水体向西、向南变深，地层厚度增大。在盆地西缘北部乌海千里山剖面，可以见到蓟县系王全口组底部含砾砂质白云岩，其陆源物质已经大大减少[1]。在青龙山地区，蓟县系王全口组在岩性上为一套碳酸盐岩，以含硅质条带或结核白云岩为主，局部地区含少量石英砂岩。向北至贺兰山、内蒙桌子山一带，地层上部含少量碎屑岩，由南向北厚度递减，但所含碎屑岩增多，夹有海绿石石英砂岩；下部泥质白云岩中鸟眼构造发育，代表了潮间带上部的间歇性暴露沉积环境。上部砂岩夹层中羽状交错层理发育，含海绿石特征矿物，代表了潮下带反复涨潮退潮所形成的较高能的沉积产物。

从盆地南部的洛南向西北至庆阳、环县，再到北部苏峪口的广大地区，整体上地形坡度较小，呈平缓状，水体深度也不大，属于碳酸盐潮坪沉积环境。在波浪、潮汐及间歇暴露的影响下，该地区主要发育潮间带沉积，同时也包括一部分潮上带及潮下带沉积。研究区自古陆向外缘依次分布5个不同的相带：砂坪、云坪、燧石云坪、开阔台地和开阔海(见图7)。不同相带均沿岸线呈带状展布，宽窄不一。砂坪延伸的宽度有限，一般在几公里到十几公里以内；云坪和燧石云坪分布的宽度基本相当，一般在30～40 km；开阔台地微相沿洛南、岐山、华亭、平凉、大小罗山及青铜峡一带分布；开阔台地之外则为开阔海的展布范围，主要分布在鄂尔多斯盆地的南缘、西南缘和西缘的广大区域，在西安—宝鸡—华亭—平凉—中宁以南、以西展布。盆地西北缘仅有小面积的潮坪、开阔台地及开阔海分布。在盆地北缘的包头和乌拉特前旗等地则以潮坪沉积为主。