鄂尔多斯地块南缘奥陶纪前陆盆地的沉积大地构造格架与演化*

师平平 肖安成** 付金华 吴磊 周义军 王依平 覃素华 张万福

1. 浙江大学地球科学学院，杭州 310027

2. 教育部含油气盆地构造研究中心，杭州 310027

3. 中国石油长庆油田分公司，西安 710018

4. 中国石油东方地球物理公司长庆分院，西安 710021

5. 东方地球物理公司研究院地质研究中心，涿州 072751

早古生代发育于北秦岭岛弧与鄂尔多斯地块之间的二郎坪弧后洋盆，于奥陶纪关闭并导致鄂尔多斯地块和北秦岭岛弧发生碰撞 (Dongetal., 2011; Liuetal., 2016; Tangetal., 2016)。目前对于该期弧-陆碰撞事件的研究成果主要源自北秦岭造山带，而缺乏同期相邻沉积盆地的地质记录。鄂尔多斯地块南缘位于鄂尔多斯地块与北秦岭造山带结合部位(图1)，发育相对连续、完整的奥陶纪沉积记录以及同期/后期构造变形记录，是利用沉积大地构造学原理从盆地角度来研究北秦岭造山带奥陶纪弧-陆碰撞事件的理想地区(李继亮等, 2003;李振宏, 2011)。

图1 鄂尔多斯地块及周缘主要构造单元简图秦岭造山带据Dong et al., 2011；鄂尔多斯地块及周缘构造单元划分及主要断层依据Shi et al., 2020Fig.1 Sketch map of the main tectonic units of the Ordos Block and its peripheryQinling orogenic belt according to Dong et al., 2011; Ordos massif and peripheral tectonic unit delineation and major faults according to Shi et al., 2020

前人对鄂尔多斯地块南缘奥陶系的研究，在区域上多集中在露头区的散点上；层位上多集中于主要含油气层段马家沟组或平凉组；研究领域上多集中在岩相古地理、层序划分对比、油气成藏等方面(李文厚等, 2020; 杜金虎等, 2019; 邵东波等, 2019; 刘溪等, 2017; 王振涛等, 2015; 冉新权等, 2012; 邓昆等, 2011)。而始终缺少对奥陶系整体地质结构的剖析，这也致使鄂尔多斯地块南缘奥陶纪盆地性质存在较大争议。多数学者认为鄂尔多斯地块南缘在早-中奥陶世发育被动大陆边缘盆地，晚奥陶世开始强烈伸展形成弧后盆地(袁卫国和赵一鸣, 1996; 郭彦如等, 2012; 钱锋和艾永峰, 2002; 王振涛等, 2015)；部分学者认为鄂尔多斯地块南缘在早-中奥陶世为被动大陆边缘盆地，晚奥陶世过渡为弧后前陆盆地(解国爱等, 2003; 何登发等, 2020; 史毅等, 2020)；也有少量学者认为鄂尔多斯地块南缘在中奥陶世便已经进入了弧后前陆盆地演化阶段(黄建松等, 2005;袁苏杭等, 2014)。

基于此，本文以大地构造和盆地沉积格架分析为指导，通过对区域地球物理、野外剖面观测等资料的综合分析，首先厘清了鄂尔多斯地块南缘奥陶纪盆地沉积充填特征，并据此进一步探讨了盆地性质、结构特征及演化历史。

1 区域地质概况

鄂尔多斯地块是华北克拉通西南部具有太古-古元古代结晶基底的古老地块(Wangetal., 2021; 张成立等, 2021)，其南缘、北缘分别与北秦岭造山带、阴山造山带相邻，东到吕梁山，西起贺兰山、六盘山(图1)。本文研究区主要包括北秦岭造山带和鄂尔多斯地块南缘两部分(图1)，各自地质特征简述如下。

1.1 北秦岭造山带地质概况

北秦岭造山带是位于洛南-栾川断裂以南、商丹缝合带以北的狭长构造带，自北向南主要由宽坪群、二郎坪群、秦岭群和丹凤群四个岩石地层单元组成(Dongetal., 2011, 2015)。详细的地质填图和地质年代调查结果(Dong and Santosh, 2016; Tangetal., 2016; 张国伟等, 2019)表明，宽坪群是位于华北克拉通南缘的新元古代缝合带，秦岭群被认为是北秦岭前寒武纪结晶基底，而二郎坪群和丹凤群是成因上有联系的两个早古生代洋盆(二郎坪弧后洋盆、商丹洋盆)相继闭合形成的火山沉积组合。

早古生代二郎坪弧后洋盆的演化历史一直存有争议(Dongetal., 2011；Liuetal., 2016)，目前的主流观点认为：534～515Ma期间，由于先存商丹洋的持续向北俯冲，在北秦岭岛弧与华北克拉通之间由于弧后扩张作用形成了二郎坪弧后洋盆；515～484Ma期间，该洋盆停止扩张并进入向南俯冲收缩阶段；484～440Ma期间(即奥陶纪)，二郎坪弧后洋盆闭合，导致北秦岭岛弧与华北克拉通发生碰撞，形成了北秦岭造山带中近东西向展布的二郎坪群或二郎坪缝合带(图1)(Dongetal., 2011; Tangetal., 2016)。

1.2 鄂尔多斯地块南缘地质概况

鄂尔多斯地块南缘由渭河地堑、渭北隆起和陕北斜坡南部三部分组成，向南与北秦岭造山带相邻(图1)。它在太古-古元古代结晶基底形成后，发育了较为完整的中-新元古代及显生宙沉积盖层，仅缺失志留系-下石炭统以及上白垩统，经历了吕梁期、加里东期、海西期、印支期、燕山期和喜马拉雅期六大构造演化阶段(赵振宇等, 2015; 包洪平等, 2020)，形成现今不同于地块内部的复杂地质构造面貌。

虽然奥陶系在渭河地堑、渭北隆起和陕北斜坡均有分布，但是由于渭河地堑中的奥陶系被巨厚的中-新生代地层所覆盖，至今尚未找到合适的方法对其展开研究(刘林和芮会超, 2018)。因此，鄂尔多斯地块南缘奥陶系的研究均集中在渭北隆起和陕北斜坡南部区域，其中奥陶系仅在渭北隆起南部的岐山、礼泉、富平等地断续出露地表。由于露头区地层系统的复杂性，奥陶纪地层划分与对比亦曾复杂多样，近年来虽仍有不同的认识(赵振宇等, 2015; 杜金虎等, 2019;包洪平等, 2020)，但整体上已趋于一致(图2)。为叙述和对比方便，结合目前使用习惯及频次，采用冶里组、亮甲山组、马家沟组、平凉组和背锅山组来分别代表鄂尔多斯地块南缘不同时期的奥陶纪地层，其中马家沟组又可细分为马一-马三段、马四-马五段和马六段三部分(图2)。

图2 鄂尔多斯地块南缘奥陶纪地层划分与对比Fig.2 Divisions and correlation of the Ordovician stratigraphy in the southern margin of the Ordos Block

前人已对鄂尔多斯地块及相邻区域奥陶系进行了地层厚度统计工作(王玉新, 1994; 邵东波等, 2019)，本文通过对多个典型露头剖面和钻井资料的分析，修订或补充了地块西缘、南缘奥陶系厚度资料，并据此修编了鄂尔多斯地块奥陶系残余厚度图(图3)。由图3可知，鄂尔多斯地块南缘奥陶系主要分布于南缘坳陷、南缘古隆起和陕北坳陷三个近东西向展布的沉积构造单元中，呈现出“一隆两坳”的古构造格局。南缘古隆起奥陶系残余厚度多在300m以内，向古隆起高部位明显减薄或尖灭；陕北坳陷中奥陶系残余厚度线呈等轴状坳陷形态，具有陆内坳陷盆地的典型特征，沉积厚度最厚可达900m左右；南缘坳陷中奥陶系残余厚度自南缘古隆起向南急剧增大，岐山地区奥陶系厚度可达2600m左右。

图3 鄂尔多斯地块奥陶系残余厚度图及古构造分区编图数据来源：陕北坳陷据邵东波等(2019)；古隆起和周缘坳陷带据长庆油田公司和东方地球物理公司长庆分院内部资料，以及典型剖面野外实测Fig.3 Sketch map for residual thickness and paleotectonic division of the Ordovician in the Ordos BlockSource of compiled data: Shaanbei depression from Shao et al. (2019); paleolonian and peripheral depressional zone from Changqing Oil Field Branch and Changqing Branch of Eastern Geophysical Corporation internal information, and field measurements of typical profiles

2 鄂尔多斯地块南缘奥陶纪盆地剖面展布特征

利用二维地震剖面层拉平技术，可以恢复沉积盆地在关键沉积构造期的剖面展布特征。本文选取鄂尔多斯地块南缘的AA’二维地震剖面(剖面位置见图3)进行解释，利用麟探1井、庆深1井的测井数据对该地震剖面进行了层位标定，并将该地震剖面中由奥陶系顶部不整合面形成的强反射界面进行了层拉平处理，来粗略恢复石炭系沉积前鄂尔多斯地块南缘奥陶纪盆地在剖面上的展布特征。

AA’地震剖面解释结果(图4)表明，奥陶系与上覆石炭-二叠系呈明显的削截接触关系，鄂尔多斯地块南缘奥陶纪盆地自南向北可大致分为褶皱冲断卷入区、楔状沉积充填区、隆升剥蚀区和盆内坳陷残余分布区四个部分。其中，褶皱冲断卷入区和楔状沉积充填区隶属于南缘坳陷，隆升剥蚀区和盆内坳陷残余分布区可分别对应南缘古隆起和陕北坳陷。在褶皱冲断卷入区，受F1、F2和F3三条南倾逆冲断层的影响，奥陶系发生褶皱变形和叠加重复，且自南向北奥陶系厚度逐渐减薄、构造变形强度逐渐减弱，具有褶皱冲断带的典型特征；将奥陶系卷入变形的褶皱冲断事件发生时间介于晚奥陶世背锅山期与石炭纪晚期之间。在楔状沉积充填区，奥陶系由南向北快速减薄呈不对称的楔形，内部地层较为平缓且构造变形微弱。至隆升剥蚀区，石炭-二叠系穿时覆盖于寒武系之上，南北两侧的奥陶系向着隆升剥蚀区方向上超覆特征明显，指示该区域在奥陶纪为一持续抬升的隆起带。在盆内坳陷残余分布区，奥陶系厚度向北逐渐增厚，但整体厚度较薄且变形微弱。

图4 鄂尔多斯地块南缘AA’地震剖面解释图(剖面位置见图3)Fig.4 Interpretation of AA’ seismic profile in the southern margin of the Ordos Block (see Fig.3 for the position of the profile)

3 鄂尔多斯地块南缘奥陶纪盆地沉积充填特征

基于鄂尔多斯地块南缘奥陶纪具有“一隆两坳”的构造格局，我们分别对南缘坳陷、南缘古隆起和陕北坳陷中的典型奥陶系露头或钻井沉积剖面进行了沉积序列分析，并建立了鄂尔多斯地块南缘奥陶纪盆地西部、东部两条沉积充填结构图(剖面位置见图3)，来揭示鄂尔多斯地块南缘奥陶纪盆地整体沉积充填特征。

3.1 盆地西部沉积充填特征

鄂尔多斯地块南缘奥陶纪盆地西部沉积充填结构图自南向北包括岐山苜蓿河、麟探1井、庆深1井和陕15井四条沉积剖面(图5)。由图5可知，鄂尔多斯地块南缘西部奥陶系是一个顶、底均被区域不整合面所限定的构造层序，虽然在南缘坳陷、南缘古隆起和陕北坳陷三个沉积构造单元中具有不同的沉积充填特征，但整体表现为南厚北薄的楔状沉积体。具体的沉积充填特征简述如下：

图5 鄂尔多斯地块南缘奥陶纪盆地西部沉积充填结构图(剖面位置见图3)Fig.5 Structure of sedimentary filling in the western part of the Ordovician basin in the southern margin of the Ordos Block (see Fig.3 for the location of the section)

三山子组 与上覆奥陶系为不整合接触关系，在岐山苜蓿河、麟探1井和陕15井中沉积厚度相当，是以灰色白云岩、泥质白云岩为主的局限台地相沉积；在庆深1井所在区域由于后期抬升剥蚀而缺失(马明, 2020)。

冶里-亮甲山组 仅在南缘坳陷可见，发育以土黄色-灰色的白云岩、泥质白云岩以及膏质白云岩为主的局限台地相沉积(图6a)，地层厚度自南向北逐渐减薄，岐山苜蓿河厚约290m，向北至麟探1井减薄至110m。

图6 鄂尔多斯地块南缘奥陶纪沉积特征及加里东期构造变形特征(a)岐山苜蓿河，亮甲山组土黄色泥质白云岩；(b)岐山苜蓿河，马家沟组四段深灰色砂质灰岩；(c)岐山苜蓿河，平凉组下部灰黑色泥岩与灰绿色泥质粉砂岩互层； (d)岐山苜蓿河，平凉组上部灰黑色钙质泥页岩；(e)岐山苜蓿河，背锅山组灰黑色含砾粉砂岩；(f)礼泉唐王陵，背锅山组土黄色杂砾岩；(g)岐山红崖沟，寒武系顶部晚加里东期褶皱冲断变形Fig.6 Ordovician sedimentary features and Caledonian deformation features in the southern margin of the Ordos Block(a) Qishan, earthy yellow muddy dolomite of the Liangjiashan Fm.; (b) Qishan, dark gray sandy tuff of the fourth member of the Majiagou Fm.; (c) Qishan, gray-black mudstone interbedded with gray-green muddy siltstone of the lower part of the Pingliang Fm.; (d) Qishan, gray-black calcareous mud shale of the upper part of the Pingliang Fm.; (e) Qishan, gray-black conglomeratic siltstone of the Beiguoshan Fm.; (f) Liquan, earthy yellow mixed conglomerate of the Beiguoshan Fm.; (g) Qishan, Late Caledonian fold-thrust deformation in the top of the Cambrian

马一-马三段 相比于冶里-亮甲山组沉积范围有所扩大，仅在南缘古隆起上的庆深1井缺失。在岐山苜蓿河剖面地层厚约320m，发育以灰色中厚层灰岩夹少量砾屑灰岩为主的开阔台地相沉积；向北至麟探1井减薄至260m左右，以局限台地相的灰色泥质白云岩或白云岩为主；在陕北坳陷中的陕15井，马一-三段地层厚约240m，发育以蒸发台地相为主的灰白色白云岩夹膏盐岩沉积。

马四-马五段 沉积范围相比于马一-马三段进一步扩大，在四个剖面中皆有分布。岐山苜蓿河剖面发育以深灰色砂质灰岩夹角砾状灰岩为主的台地边缘相沉积(图6b)，地层厚度约390m；向北至麟探1井，发育以深灰色灰岩、泥质灰岩为主夹少量砾屑灰岩的开阔台地相沉积，地层厚度减薄至330m；庆深1井和陕15井均发育以深灰色白云岩和膏盐岩为主的蒸发台地相沉积，但地层厚度自庆深1井的100m向陕15井增厚至380m。

马六段 沉积范围相比于马四-马五段缩小，仅在南缘坳陷中发育，但是地层厚度却大幅增加，在岐山苜蓿河剖面马六段地层厚度可达640m，向北至麟探1井减薄至240m。在岐山苜蓿河剖面发育以深灰色纹层状灰岩为主的深水斜坡相沉积，在麟探1井发育以褐灰色灰岩及白云岩为主的台地边缘相沉积。

平凉组 沉积范围虽然也仅限于南缘坳陷，但地层厚度以及水体深度较马六期均有所提升，在麟探1井地层厚约550m、发育以灰黑色灰岩、泥质灰岩为主的深水斜坡相沉积，往南至岐山苜蓿河剖面，地层增厚至700m左右，且发育以灰绿色粉砂岩、灰黑色泥岩以及少量碳酸盐岩及凝灰岩的深水盆地相沉积(图6c, d)。

背锅山组 沉积范围依旧仅限于南缘坳陷，地层沉积时的水体深度较平凉期明显变浅。在南部岐山苜蓿河剖面发育以厚层角砾状白云岩和含砾粉砂岩为主的深水斜坡相沉积(图6e)，地层厚度为220m；向北至麟探1井减薄至150m左右，过渡为以深灰色或灰褐色泥质灰岩为主的台地边缘相沉积。

3.2 盆地东部沉积充填特征

鄂尔多斯地块南缘奥陶纪盆地东部沉积充填结构图自南向北包括礼泉唐王陵、耀参1井、黄深1井和陕139井四条沉积剖面(图7)。由图可知，由于礼泉唐王陵剖面仅出露平凉组和背锅山组，使得东部奥陶系沉积充填结构不够完整，但是不难发现：东部奥陶系也是一个顶、底均被区域不整合面所限定的构造层序，并且在南缘坳陷、南缘古隆起和陕北坳陷三个沉积构造单元中亦具有不同的沉积充填特征。具体的沉积充填特征简述如下：

图7 鄂尔多斯地块南缘奥陶纪盆地东部沉积充填结构图(剖面位置见图3)Fig.7 Structure of sedimentary filling in the eastern part of the Ordovician basin in the southern margin of the Ordos Block (see Fig.3 for the location of the section)

三山子组 在耀参1井、黄深1井和陕139井中均发育以灰色白云岩为主的局限台地相沉积，且地层厚度相当。

冶里-亮甲山组：在耀参1井和黄深1井中可见，且均发育以灰色白云岩或泥质灰岩为主的局限台地相沉积，地层厚度由耀参1井的40m向黄深1井减薄至30m。

马一-马三段 相比于冶里-亮甲山组沉积范围扩大，地层厚度向着黄深1井所在的南缘古隆起方向减薄尖灭。在南缘坳陷的耀参1井中发育以灰色白云岩夹少量膏岩层为主的局限台地相沉积，而在陕北坳陷的陕139井中发育以深灰色泥质灰岩与浅灰色膏盐岩互层为主的蒸发台地相沉积。

马四-马五段 基本继承了马一-马三段的沉积环境及沉积厚度，但是沉积范围扩展到了黄深1井所在区域。位于南部的耀参1井，沉积厚度为150m，岩性主要为泥质灰岩夹少量白云岩及膏岩，为局限台地沉积环境；往北至黄深1井，虽然地层厚度减薄至65m，但依旧发育以灰色白云岩为主的局限台地相沉积；再往北至陕139井，地层厚度增厚至305m，发育灰色白云岩与膏盐岩间互的蒸发台地相沉积。

马六段 相比于马四-马五段沉积范围大幅缩减，仅在南缘坳陷的耀参1井剖面可见，地层厚度约240m，岩性主要为白云岩及泥质灰岩，可能为开阔台地沉积环境。

平凉组 仅在南缘坳陷中发育，在唐王陵剖面出露的平凉组地层厚约300m(未见底)，岩性以灰绿色、灰黑色泥页岩和灰黑色硅质白云岩为主，为深水盆地沉积环境；向北至耀参1井，发育以灰黑色灰岩夹页岩为主的深水斜坡相沉积，地层厚度减薄至170m左右。

背锅山组 仅在礼泉唐王陵剖面可见，厚约640m，自下而上分为两部分：下部主要为灰绿色、土黄色含巨砾粉砂岩，砾石直径为数米至近百米，磨圆差，为近源深水斜坡沉积环境；上部为土黄色块状杂砾岩(图6f)，砾石分选差，磨圆中等-差，为陆相冲积扇沉积环境。

综上，鄂尔多斯地块南缘奥陶纪盆地沉积充填整体表现为南厚北薄、顶底均被区域性不整合面所限定的楔状沉积体；由北向南可以划分出局限沉积环境的坳陷带(陕北坳陷)、持续抬升的隆起带(南缘古隆起)和局限浅水-海相深水-陆相冲积扇环境的盆地带(南缘坳陷)；经历了冶里-亮甲山期、马一-马五期、马六-平凉期以及背锅山期四个阶段的沉积充填过程：

(1)冶里-亮甲山期，主要在南缘坳陷中发育以土黄色泥质白云岩、白云岩为主的局限台地相沉积，地层厚度自南向北减薄，但整体较薄，反映较为稳定的沉积环境。

(2)马一-马五期，南缘坳陷、南缘古隆起和陕北坳陷中皆有沉积，但沉积充填特征差异显著。在南缘坳陷，以灰色、深灰色的灰岩、砂质灰岩、角砾状白云岩等为主，地层厚度变化较大但规律明显，即自南向北逐渐减薄，相带变化由南至北为开阔台地-台地边缘→局限台地-开阔台地；在南缘古隆起，仅发育以深灰色白云岩、膏岩为主的马四-马五段地层，厚度较薄，一般小于100m；在陕北坳陷中发育以深灰色膏盐岩、白云岩为主的局限台地相沉积，地层厚度向南缘古隆起方向逐渐减薄。

(3)马六-平凉期，仅在南缘坳陷中接受沉积，以暗色的灰岩、泥质灰岩、粉砂岩等为主，地层厚度整体较大，且自南向北逐渐减薄，相带变化由南至北为深水斜坡-深水盆地→开阔台地-深水斜坡，从平凉期开始南部沉积物中陆源碎屑不断增多。

(4)背锅山期，也仅在南缘坳陷中接受沉积，以暗色含砾粉砂岩及土黄色杂砾岩为主，地层较厚，自南向北逐渐减薄，相带变化由南至北为深水斜坡-陆相冲击扇→台地边缘，该时期南部沉积物中陆源粗碎屑物质快速增多。

4 讨论

4.1 鄂尔多斯地块南缘奥陶纪盆地属性

依据沉积充填特征，鄂尔多斯地块南缘奥陶纪盆地由南向北可以划分出局限浅水-海相深水-陆相冲积扇环境的南缘坳陷带、持续抬升的南缘古隆起带和局限沉积环境的陕北坳陷带三部分，整体呈现出南厚北薄的不对称楔形(图3、图5、图7)；而依据鄂尔多斯地块南缘奥陶纪盆地在地震剖面上的展布特征，自南向北又可将其划分为褶皱冲断卷入区、楔状沉积充填区、隆升剥蚀区和盆内坳陷残余分布区四部分(图4)。其中褶皱冲断卷入区和楔状沉积充填区隶属于南缘坳陷，隆升剥蚀区和盆内坳陷残余分布区分别与南缘古隆起和陕北坳陷相对应(图4)。

通过将鄂尔多斯地块南缘奥陶纪盆地上述特征分别与前陆盆地、弧后盆地、被动大陆边缘盆地典型地质结构的对比，不难发现：鄂尔多斯地块南缘奥陶纪盆地在剖面上由褶皱冲断卷入区、楔状沉积充填区、隆升剥蚀区和盆内坳陷残余分布区四部分组成的残余结构特征，与前陆盆地系统由褶皱冲断带、前渊、前缘隆起和隆后坳陷组成的四元结构具有很好的对应关系；南缘坳陷中由局限浅水-海相深水-陆相冲积扇环境构成的奥陶系垂向沉积序列，与Busby and Azor (2011)所总结的前陆盆地典型沉积序列可比。

此外，由早古生代北秦岭造山带-鄂尔多斯地块关系研究成果可知(Dong and Santosh, 2016; Tangetal., 2016)，534～515Ma期间发育于鄂尔多斯地块与北秦岭岛弧之间的二郎坪弧后洋盆，于515～484Ma期间开始向南俯冲，随后在484～440Ma期间闭合，导致北秦岭岛弧与鄂尔多斯地块南缘发生碰撞。这就说明奥陶纪鄂尔多斯地块南缘处于二郎坪弧后洋盆闭合相关的前陆区域，具有挠曲盆地发育的地球动力学条件。

因此，无论是鄂尔多斯地块南缘奥陶纪盆地的剖面展布特征、沉积充填特征，还是所处的区域大地构造环境，都表明鄂尔多斯地块南缘奥陶纪盆地可能是形成于弧-陆碰撞阶段的前陆盆地，再结合不同类型前陆盆地发育机制及所处大地构造位置(Allen and Allen, 2005; 杨永泰, 2011)，进一步将其限定为周缘前陆盆地。

4.2 鄂尔多斯地块南缘奥陶纪前陆盆地发育时限

鄂尔多斯地块南缘奥陶纪前陆盆地于晚奥陶世背锅山组沉积后期闭合在研究者中已基本达成共识(陈小炜等, 2014; 黄建松等, 2019)，但是由于研究对象或角度的不同，对于该前陆盆地启动时间还存在平凉期和马家沟期的争议：持平凉期观点的学者，主要依据南缘坳陷中平凉-背锅山组在垂向上发育水体由深变浅、沉积物粒度向上变粗的前陆盆地典型沉积序列(解国爱等, 2003; 史毅等, 2020)；持马家沟期观点的学者认为南缘古隆起实则是前陆盆地的前缘隆起带，而南缘古隆起主体发育时间在马家沟期(黄建松等, 2005; 袁苏杭等, 2014)。

因为前陆盆地具有侧向迁移的动态演化过程，同一时期不同沉积相带和同一位置在不同时期均具有相异的沉积和构造特征，所以通过特定位置发育的前陆盆地典型特征所识别出的前陆盆地启动时间，可能只是整个前陆盆地发育时限中的某一时段(DeCelles and Giles, 1996; 闫臻等, 2018)。Ettensohn (2005)和Ettensohn and Lierman (2015)通过对阿巴拉契亚前陆盆地以及其他前陆盆地的研究之后发现在与俯冲相关的前陆盆地中，发育的前陆盆地层序总是被区域不整合所限定。因此，通过前陆盆地层序底部不整合面之上发育的初始沉积地层，可以较好的限定前陆盆地、尤其是残余前陆盆地的启动时间。

鄂尔多斯地块南缘奥陶纪周缘前陆盆地实际上是一残余前陆盆地，我们所研究的奥陶系只是该前陆盆地远离造山带的地质记录。由于鄂尔多斯地块南缘奥陶纪前陆盆地沉积层序被顶、底两个区域不整合面所限定，冶里组是其底部不整合面之上发育的初始层位(图2)，因此推测鄂尔多斯地块南缘奥陶纪前陆盆地的启动时间为早奥陶世冶里期。

此外，奥陶系底部不整合面之下的晚寒武世三山子组，在研究区内分布较为稳定且地层厚度相当，而不整合面之上的奥陶纪各时期地层均向着南缘古隆起方向不断减薄/尖灭(图5、图7)，表明南缘古隆起最早于冶里期便开始形成，而南缘古隆起实则是南缘奥陶纪前陆盆地系统前缘隆起部位(袁苏杭等, 2014)，这也从侧面说明了鄂尔多斯地块南缘奥陶纪前陆盆地可能从早奥陶世冶里期便开始发育。

基于以上论述，结合484～440Ma期间二郎坪弧后洋盆向南俯冲关闭的区域构造背景，本文认为鄂尔多斯地块南缘奥陶纪前陆盆地启动时间应为早奥陶世冶里期。另外考虑到礼泉唐王陵剖面背锅山组顶部杂砾岩为陆相冲积扇沉积(图6f)，说明此时盆地基本被填满，目前确定晚奥陶世背锅山组沉积后期该前陆盆地主体活动终结。

4.3 鄂尔多斯地块南缘奥陶纪前陆盆地完整结构

由于受到复杂地质构造特征、技术手段以及人为因素等条件的共同限制，鄂尔多斯地块南缘奥陶纪盆地完整结构的研究目前还处于空白。本次研究中，AA’地震剖面所揭示的鄂尔多斯地块南缘奥陶纪盆地结构也仅是残余结构，并不是其完整结构。通过对鄂尔多斯地块南缘奥陶纪前陆盆地沉积充填、所处大地构造背景以及后期构造改造特征的综合分析，认为鄂尔多斯地块南缘奥陶纪前陆盆地自北向南可以划分为隆后坳陷、前缘隆起、前渊和褶皱冲断带四个沉积构造单元，具有经典前陆盆地系统的“四元结构”(DeCelles and Giles, 1996)。

隆后坳陷——陕北坳陷。陕北坳陷位于鄂尔多斯地块内部，被南缘古隆起和西缘古隆起所围陷，奥陶系等厚线围绕子长-绥德沉积中心呈等轴状坳陷形态(图3)，并且发育以膏盐岩及白云岩为主的蒸发台地相沉积; Galamayetal.(2019)对榆9井和镇钾1井马家沟组不同层位膏盐岩中流体包裹体的地化测试结果表明，马家沟期陕北坳陷沉积中心的水体深度约为40m。以上特征共同揭示出陕北坳陷为一局限沉积环境的陆内坳陷带，具有前陆盆地隆后坳陷带的典型特征。

前缘隆起——南缘古隆起。南缘古隆起在奥陶纪为一持续抬升的隆起带，奥陶纪各时期地层均向着南缘古隆起方向不断减薄/尖灭，且不整合发育，与经典前陆盆地的前缘隆起带特征相近。袁苏杭等(2014)通过对南缘古隆起西北部马五段沉积特征的分析，得出了南缘古隆起在马五期具有向南迁移的规律，为南缘古隆起是前缘隆起带提供了有力的依据。

前渊——南缘坳陷(岐山-唐王陵以北)。南缘坳陷中岐山-唐王陵以北(包括岐山、唐王陵)的奥陶系具有向南缘古隆起方向快速减薄/尖灭的不对称楔状形态，并且发育局限浅水-海相深水-陆相冲积扇环境的垂向沉积序列，与前陆盆地前渊带沉积充填特征相似。此外，虽然平凉-背锅山组在岐山苜蓿河、礼泉唐王陵剖面均为向上变粗的陆缘碎屑岩沉积，但唐王陵剖面背锅山组中发育的砾石粒径要远远大于岐山苜蓿河剖面中发育的砾石，且砾石多呈棱角-次棱角状，表明礼泉唐王陵在背锅山期可能处于前渊带紧邻褶皱冲断带部位，而岐山距离褶皱冲断带相对较远。

褶皱冲断带——南缘坳陷(岐山-唐王陵以南)。前人通过详细的野外和地震剖面解释工作(周鼎武和翦万筹, 1989; 周正, 2009)，在富平-彬县-陇县以南的下古生界中，发现一系列近东西走向且断面南倾的加里东期逆冲断层和断层相关褶皱，并且构造变形强度自南向北逐渐减弱，显示出前陆褶皱冲断带的典型特征。本文在AA’地震剖面解释图(图4)以及野外露头构造剖面中(图6g)，也发现了相似的构造变形特征，并且依据卷入构造变形的奥陶系与上覆石炭-二叠系为不整合接触关系(图4)，可以判定该期褶皱冲断活动发生时间介于晚奥陶世背锅山期和晚石炭世之间。基于上述构造变形特征，再结合前陆盆地系统具有侧向迁移的动态演化过程，本文认为在鄂尔多斯地块南缘奥陶纪前陆盆地发育期间，褶皱冲断带可能尚未扩展至岐山-唐王陵以北区域，而仅限于岐山-唐王陵以南区域。

此外，有研究者认为鄂尔多斯地块西缘在奥陶纪发育前陆盆地 (张进等, 2012; 王振涛等, 2016)，结合鄂尔多斯地块西缘在奥陶纪发育与南缘相似的“一隆两坳”构造格局(图3)，可能西缘前陆盆地结构的分布尽管不同，但与南缘具有时间上的可比性。

基于上述条例，本文以鄂尔多斯地块奥陶系残余厚度图为基础，结合奥陶纪前陆盆地地质结构、所处大地构造背景以及后期构造改造特征的综合分析，编制了鄂尔多斯地块奥陶纪前陆盆地系统平面展布图(图8)。由图8可知，鄂尔多斯地块南缘奥陶纪前陆盆地自北向南发育隆后坳陷、前缘隆起、前渊和褶皱冲断带四个沉积构造单元。其中隆后坳陷带大致位于延安-榆林-绥德一带，呈不规则的椭圆形；前渊隆起带近东西向展布于庆阳-运城一带；前渊带主要分布于岐山-富平一带；褶皱冲断带位于包括渭河地堑在内的西安-宝鸡一带。

图8 鄂尔多斯地块奥陶纪前陆盆地系统平面展布图Fig.8 Planar spread of the Ordovician foreland basin system in the Ordos Block

4.4 鄂尔多斯地块南缘奥陶纪前陆盆地演化历史

综合鄂尔多斯地块南缘奥陶纪盆地沉积充填特征、盆地属性、发育时限和完整结构的研究，本文初步建立了鄂尔多斯地块南缘奥陶纪前陆盆地沉积模式图(图9)，并结合前人北秦岭造山带奥陶纪区域构造演化历史，将鄂尔多斯地块南缘奥陶纪前陆盆地沉积构造环境演化历史大致分为以下四个阶段(图10)：

图9 鄂尔多斯地块南缘奥陶纪前陆盆地沉积模式图(剖面位置见图8)Fig.9 Sedimentation pattern of the Ordovician foreland basin in the southern margin of the Ordos Block (see Fig.8 for the location of the section)

图10 鄂尔多斯地块南缘奥陶纪前陆盆地演化历史简图(a、b、c、d)分别对应图9中层序Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ发育阶段Fig.10 Sketch of the evolutionary history of the Ordovician foreland basin in the southern margin of the Ordos Block(a, b, c, d) correspond to the developmental stages of sequence I, II, III, and IV in Fig.9, respectively

(1)冶里-亮甲山期 前陆盆地初始挠曲阶段(图10a)

在商丹洋盆向北俯冲形成的区域挤压构造背景下，二郎坪弧后洋盆沿俯冲带向南收缩闭合，北秦岭岛弧与鄂尔多斯地块发生碰撞，北秦岭褶皱冲断带形成并逐渐扩展至鄂尔多斯地块南缘之上，使得鄂尔多斯地块南缘发生初始挠曲，前陆盆地开始发育。此时盆地南部整体为局限台地沉积环境，而盆地北部可能为抬升剥蚀区。

(2)马一-马五期 前陆盆地结构成型阶段(图10b)

在商丹洋盆持续向北俯冲的影响下，北秦岭岛弧与鄂尔多斯地块持续聚敛，北秦岭前陆褶皱冲断带不断向北扩展，使得鄂尔多斯地块南缘之上的构造负载逐渐增加，从而导致鄂尔多斯地块南缘整体发生区域均衡沉降，形成“一隆两坳”的构造格局，该构造格局与南部北秦岭褶皱冲断带共同构成鄂尔多斯南缘前陆盆地系统完整的四元结构。该时期，盆地北部的隆后坳陷带为局限浅水沉积环境，主要发育膏盐岩沉积；前缘隆起带为抬升剥蚀区或水下古隆起；前渊带北部为水体不断加深的碳酸盐台地沉积环境，褶皱冲断带以及前渊带南部沉积及构造记录可能被深埋于渭河地堑之下，现今无法观察到。

(3)马六-平凉期 前陆盆地快速沉降阶段(图10c)

可能由于商丹洋盆向北俯冲加剧，北秦岭褶皱冲断带向北扩展的速度亦加大，使得鄂尔多斯地块南缘的沉降速率远远大于其沉积速率，鄂尔多斯地块南缘前陆盆地过渡为半深水-深水海相沉积为特征的饥饿盆地。该时期，前渊带发生了明显的沉积分异，靠近北秦岭造山带的前渊带南部发育以深水泥岩和粉砂岩为主的陆缘碎屑岩沉积，而前渊带北部则以较深水的碳酸盐岩沉积为主，表明北秦岭造山带开始向前渊带提供陆缘碎屑(图9)。由于晚加里东运动强烈的抬升剥蚀，该时期前陆盆地的前缘隆起带和隆后坳陷带是否存在我们无法得知。

(4)背锅山期 前陆盆地快速充填阶段(图10d)

北秦岭岛弧与鄂尔多斯地块仍在持续汇聚，北秦岭褶皱冲断带开始进入逆冲平静期，并成为鄂尔多斯地块南缘前陆盆地的主要物源区，此时前渊带中部也开始接受粗粒沉积，如岐山苜蓿河剖面发育的含砾粉砂岩沉积，反映前陆盆地进入快速充填阶段。该时期，前渊带沉积分异显著，前渊带南部发育深水斜坡-陆相冲积环境的陆缘粗碎屑沉积，而前渊带北部依旧为浅水碳酸盐岩台地沉积环境。礼泉唐王陵地区在背锅山期末发育的陆相冲积扇环境，代表了该前陆盆地主体活动的终结。

5 结论

(1)鄂尔多斯地块南缘奥陶纪盆地沉积充填整体表现为南厚北薄、顶底均被区域不整合面所限定的楔状沉积体，由北向南可以划分出局限沉积环境的陕北坳陷带、持续抬升的南缘古隆起带和局限浅水-海相深水-陆相冲积扇环境的南缘坳陷带；主要经历了冶里-亮甲山期、马一-马五期、马六-平凉期以及背锅山期四个阶段的沉积充填过程。

(2)鄂尔多斯地块南缘奥陶纪盆地构造属性为周缘前陆盆地，其形成于二郎坪弧后洋盆闭合导致的弧-陆碰撞阶段，经历了以下四个阶段的演化历史：①冶里-亮甲山期(O1)，前陆盆地初始挠曲阶段；②马一-马五期(O1-O2)，前陆盆地结构成型阶段；③马六-平凉期(O2-O3)，前陆盆地快速沉降阶段；④背锅山期(O3)，前陆盆地快速充填阶段。

(3)鄂尔多斯地块南缘奥陶纪前陆盆地具有经典前陆盆地的“四元结构”，褶皱冲断带位于包括渭河地堑在内的西安-宝鸡一带；前渊带呈近东西向展布于岐山-富平一带；前缘隆起带位于庆阳-运城一带；隆后坳陷带大致位于延安-榆林-绥德一带，呈不规则的椭圆形。

致谢审稿专家中国科学院大学侯泉林教授和山东科技大学冯乔教授及本刊编辑提出的建设性修改意见对完善本文有重要帮助，在此表示衷心的感谢！

李继亮研究员是著名的沉积大地构造学家，亦是本文通讯作者(肖安成教授)的博士生导师。谨以此文献给李先生，向他始终如一的严谨治学态度和在沉积大地构造学领域的卓越贡献致以崇高敬意！