0 引言
混合沉积是陆源碎屑和碳酸盐岩在同一沉积背景下混合堆积的现象，二者可以在垂向上叠置，平面上相变，包括混积岩和混积层系［1-2］。混合沉积是一种特殊沉积机理下的产物，代表了碎屑岩和碳酸盐岩两者之间相互作用的过程，主要受区域构造运动、海（湖）平面变化、气候条件、物源及水动力条件等综合条件影响和控制［3-7］。随着混合沉积层系取得油气勘探突破［8］，混合沉积受到国内外学者的重视，主要研究集中在混积岩［9-10］和混积层系沉积特征及沉积模式上［11-14］。混合沉积是以碳酸盐沉积背景下或以陆源碎屑沉积背景下发育的产物［15-17］，是一种特殊又普遍的沉积现象，在不同的沉积背景下，混合沉积模式有差异。DEVIES［18］提出碳酸盐台地相混合沉积模式。冯进来等［19］通过统计分析，混合沉积多发育在海陆过渡带或海岸带、陆相湖泊、斜坡—盆地等沉积环境，并基于前人研究提出湖相和海相混合沉积综合模式。目前有关混合沉积成因与沉积环境的研究最多，而与层序、沉积充填相关的混合沉积作用研究较少。通过对基准面旋回中混合沉积—层序充填特征的深入研究，将有重要的理论意义和实际应用价值。
鄂尔多斯盆地是华北克拉通的一部分，具有多期构造旋回演化和多样沉积充填。在晚石炭世—早二叠世，鄂尔多斯盆地本溪组是陆表海控制下陆源碎屑岩—碳酸盐岩混合沉积充填［20］。近年来本溪组天然气勘探取得了重大突破，其气藏具有小而肥特点。由于储层成因复杂，具有纵、横向上变化比较快，非均质性强等特点，给气藏勘探带来困难，为有效预测储层“甜点区”的分布，有必要综合利用野外露头、岩心观察、钻井及测井等资料对鄂尔多斯盆地高桥地区沉积及层序特征进行研究，其成果有助于理解混合沉积层序、沉积特征，为鄂尔多斯盆地上古生界天然气勘探提供地质依据。
1 地质背景
研究区高桥地区位于鄂尔多斯盆地中央古隆起东边，本溪组叠置在奥陶系古风化壳上，起到填平补齐的作用，厚度约为10~70 m，呈东西向超覆式分布。通过与太原地区西山上古生界标准剖面的对比分析［图1（b）］，研究区本溪组的划分对应于太原地区本溪组和太原组晋祠段，其沉积地层序列基本一致，厚度有所变化。本溪组底部为铁铝岩段，上部沉积灰黑色—灰色泥岩、粉砂岩和细砂岩夹不稳定薄煤层，局部夹1~4层薄层灰岩。本溪组灰岩厚度为0~11 m，具有厚度和层数分布不均特征。东部灰岩层数多，为3~4层，西部层数为1~2层，且灰岩主要发育在研究区东北部。本溪组顶部为8＃、9＃煤层，全区稳定分布，根据沉积序列及岩性组合，本溪组自上而下分为本1段、本2段。
2 沉积相类型及特征
2.1 区域沉积背景
华北克拉通在经历了早古生代隆起剥蚀后，晚石炭世开始整体下降接受沉积。鄂尔多斯盆地被中央古隆起分割成东西2个海域，东边的华北海海水自东向西侵入，沉积作用向西超覆，形成东厚西薄的楔状体［21-22］，为以陆源碎屑夹煤层与碳酸盐岩相互叠置的混合沉积。该混积层系的形成与古构造背景、海平面变化及气候条件相关。一方面，晚石炭世鄂尔多斯盆地在华北地台拉张背景下整体缓慢下沉，开始接受沉积，该时期陆源碎屑物供给较少，沉积作用处于缓慢补偿阶段，此时东部华北海处于陆表海沉积环境，北部物源发育的三角洲向南延伸有限且规模不大。另一方面，由于陆表海具有海床坡度极缓、水体浅，导致该区具有海侵快速突发、短时间内波及范围广的事件性或突发性特征。海平面频繁升降变化使陆源碎屑与碳酸盐岩沉积体系相邻区因沉积相带横向迁移而造成混合沉积［10］。此外，鄂尔多斯盆地地处北纬10°附近，气候湿热多雨［23］，上述气候条件有利于生物生长，生物化学作用占据主导地位，从而提高了碳酸盐岩的生产速率。
2.2 混合沉积相类型及特征
通过岩心观察、沉积构造和测井、录井等资料及区域沉积背景的综合研究，认为高桥地区本溪组发育陆源碎屑岩和碳酸盐岩相互叠置的混合沉积层系，主要发育碎屑岩潮坪、混积潮坪和混积潟湖沉积。
2.2.1 混积潮坪相沉积
混积潮坪分为潮上带混合沉积、潮间带混合沉积和潮下带混合沉积。
潮上带混合沉积：位于平均高潮线以上的大潮和风暴潮所能淹没的地带。由于此相带长期暴露于水面之上，以海水蒸发量大、盐度高及水循环受限为特征。岩性主要由薄层泥灰岩与灰黑色、灰色泥岩组成。泥岩中发育脉状层理、透镜状层理［图2（a）］，研究区潮上带混积层系相对不发育。
潮间带混合沉积：位于平均高潮线和平均低潮线之间。该相带受潮汐作用的影响而间歇性暴露频繁，岩性主要由浅灰色细粒石英砂岩、灰黑色中—厚层泥晶灰岩、含泥质微晶灰岩所组成，发育平行层理、低角度斜层理和双向交错层理［图2（a）］。
潮下带混合沉积：位于平均低潮线和浪基面之间。岩性主要由灰黑色薄层、中厚层状微晶灰岩和中粒石英砂岩组成，局部发育由潮道沉积的灰白色中粗粒石英砂岩，底部发育不规则的冲刷面，下部含砾石，砂岩厚度可达5 m以上［图2（a）］，测井曲线表现为箱形和钟形特征，是该区主要的储集层之一。
2.2.2 混积潟湖沉积
3 层序地层格架
3.1 层序界面类型及识别
运用经典层序地层学原理，在区域沉积背景和构造分析基础上，根据野外露头剖面、岩心观察、测井响应特征等资料，在本溪组识别出1个区域不整合界面、1个构造沉降转换面和1个岩相、岩性分界面。
3.1.1 区域不整合面
3.1.2 构造沉降面转换面
3.1.3 岩性、岩相突变面
表1 本溪组内部层序界面特征Table 1 Characters of sequence boundaries in the Benxi Formation |
| 相区 | 碎屑岩潮坪 | 混积潮坪 | 混积潟湖 |
|---|---|---|---|
| 层序界面上 | 砂岩（潮下带砂坪、潮道） | 灰岩（混积灰坪） | 灰岩（混积潟湖） |
| 层序界面下 | 泥岩、煤层（潮间带、潮上带） | 泥岩（潮间带） | 泥岩（潟湖） |
3.2 海泛面特征
3.3 层序与体系域特征
3.3.1 层序划分
鄂尔多斯盆地本溪组为陆表海沉积背景下的潮坪—潟湖—障壁岛沉积环境。通过对区域构造变动、岩性组合、沉积相构成、测井曲线等综合分析，本溪组识别出1个二级层序界面及2个三级层序界面： 共划分出SQ1和SQ2共2个三级层序。相对应于3个层序界面分别为SB1、SB2和SB3。层序SQ1相当于本溪组本2段，层序SQ2相当于本溪组本1段（图5）。
SQ1层序底界为区域不整合面，岩性为铁铝岩层，厚度为2~5 m，之上发育碎屑岩潮坪沉积；SQ2层序底部为一套砂岩或灰岩，代表海进旋回的开始，顶部发育一套分布广泛的煤层（图5）。
3.3.2 体系域特征
体系域是有成因联系的沉积体系集合体，是构成三级层序的基本单元。依据海泛面特征、岩相类型及准层序组的叠置样式，研究区体系域划分为海进体系域（TST）和高位体系域（HST），不发育低位体系域（图5）。SQ1和SQ2都是由海进体系域（TST）和高位体系域（HST）组成。
3.4 层序充填特征
本溪组层序划分为2个三级层序。SQ1层序相当于本溪组本2段，其充填沉积形成于下古生界准平原化风化壳基底之上，具有填平补齐作用，沉积物的厚度变化比较大。SQ1底界为奥陶系风化壳（区域不整合面）。该层序由海进体系域（TST）和高位体系域（HST）构成，海进体系域（TST）底部由铁铝质岩组成，上部由泥岩或砂泥岩互层组成，主要为潮上带和潮间带沉积，组成一个向上变细的退积型准层序组。
高位体系域（HST）由潮坪沉积的砂泥岩组成（图6），准层序组呈现出加积特征，而进积作用不明显，体现出缓慢海侵，局部水退的特点，SQ1层序不发育混积层系。
SQ2层序相当于本溪组本1段，底界为砂岩或灰岩，顶界为本溪组普遍发育的8#、9#煤层。层序结构包括海进体系域（TST）和高位体系域（HST）。海进体系域（TST）有4种结构模式：①海侵体系域由中粗粒厚层潮道相的砂岩，向上变为砂泥岩和泥岩互层，组成一个或多个变细的退积型准层序；该叠置模式代表了碎屑岩潮坪沉积；②海侵体系域由潮坪相细砂岩—粉砂岩向上变为泥岩和灰岩，组成退积序列的准层序，代表了混积的潮坪沉积；③海侵体系域由灰岩向上变为潮坪相细砂岩—粉砂岩再相变为泥岩和灰岩，代表了混积潟湖和混积潮坪过渡区沉积；④海侵体系域由多套灰岩与泥岩的互层叠置，灰岩代表了多次的海侵，泥岩为潟湖沉积，总体呈现出退积型的准层序组叠置，代表了混积潟湖沉积。
平面上，自西向东向（由陆向海）依次发育碎屑岩潮坪、混积潮坪、混积潟湖（图6）。高位体系域（HST）由泥岩和分布比较稳定的煤层组成。整体上SQ2层序海进体系域（TST）所占厚度较大，而高位体系域（HST）厚度较小，呈现出多期次连续海侵特征。
4 层序地层演化模式
通过对鄂尔多斯盆地高桥地区本溪组混积层系沉积、层序特征研究，结合区域沉积背景和构造特征分析，建立了本溪组混合沉积层序演化模式（图7）。鄂尔多斯盆地高桥地区在本溪组沉积期间处于中央古隆起东边的华北海沉积区，是障壁海岸沉积区。研究区西南部岩性组合为砂岩，砂泥岩互层，砂体呈条带状和块状分布，研究区东北部岩性组合为碳酸盐岩与泥岩互层，整体自西南向东北方向由碎屑岩变为碳酸盐岩。沉积相带从西到东依次发育碎屑岩潮坪、混积潮坪和混积潟湖沉积。
本溪组沉积层序充填是陆表海沉积环境，具有地形坡度平缓，不发育明显的滨岸坡折带，以Ⅱ型层序为主，层序地层结构由海进体系域和高位体系域组成，由于海水频繁进退，呈现以大范围潟湖、潮坪环境。SQ1主要以陆源碎屑潮坪和潟湖沉积为主，层序充填具有填平补齐的作用，因此厚度变化比较大。SQ2发生多级多期次快速海侵，海进体系域主要发育大面积混积潟湖和较小面积混积潮坪，岩性主要为砂泥岩和灰岩的互层；高位体系域则发育碎屑岩潮坪沉积，岩性主要以砂质泥岩、煤层为主。
本溪组混合沉积是以陆源碎屑沉积为主的沉积层序，纵向上混积层系发育在SQ2层序海进体系域（TST）。在海进体系域（TST）早期，海平面快速上升，陆源碎屑的沉积速率逐步小于可容纳空间增长速率，可容纳空间增大，小范围内呈现出混合沉积特点。在潮坪区主要岩性组合为砂泥岩和灰岩的叠置；在潟湖区主要为泥岩夹灰岩。在海进体系域（TST）中晚期，随着海平面的升高，可容纳空间增长的速率明显高于陆源碎屑沉积速率，陆源碎屑沉积受到限制，此时混合沉积范围明显扩大，主要岩性组合为潟湖沉积泥岩和灰岩的交互叠置。不同沉积相带混积层系岩性组合和叠置样式有差异（图7），混积潮坪区主要由砂岩向上变为灰岩组成，混积潟湖区由灰岩向上变为潟湖泥岩，混积潮坪和混积潟湖过渡区由灰岩向上变为砂泥岩再相变为灰岩（图7）。
5 结论
（1）鄂尔多斯盆地高桥地区本溪组广泛发育陆源碎屑岩和碳酸盐岩的混合沉积层系，主要发育混积潮坪和混积潟湖沉积，平面上，自西向东，依次发育碎屑岩潮坪、混积潮坪和混积潟湖沉积。
（2）运用层序地层原理，在本溪组识别出一个区域不整合面、一个区域构造沉降转换面、一个岩性、岩相转换面等层序界面，将鄂尔多斯盆地本溪组划分为2个三级层序，且以Ⅱ型层序为主，本溪组每个层序结构主要由海侵体系域（TST）和高位体系域（HST）组成。
（3）本溪组混积层系是以碎屑岩沉积为背景的沉积，垂向上，混积层系发育在SQ2海进体系域。不同混合沉积相带，岩性岩相组合有差异，混积潮坪区以砂岩之上叠置灰岩为主，混积潟湖区以灰岩和潟湖泥岩垂向叠置，混积潮坪和混积潟湖过渡区以灰岩之上叠置砂泥岩互层为主。
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