0 引言
鄂尔多斯盆地是中国陆上三大克拉通盆地之一，其下古生界奥陶系海相碳酸盐岩蕴藏了丰富的天然气资源［1］。近年来，通过钻井在盆地西缘忠4井乌拉力克组泥岩段和棋探3井克里摩里组白云岩段分别获得了4.18×104 m3和2.2×104 m3的天然气流，见到了新的勘探苗头。但是，目前盆地西缘的勘探程度仍相对较低，导致不同学者对该区域奥陶纪克里摩里期—乌拉力克古构造格局及岩相古地理的认识存在较大的分歧：①关于古构造格局，众多学者研究均认为鄂尔多斯盆地西缘在奥陶纪具有“一隆一坳（凹）”古构造格局，一隆为中央古隆起，一坳（凹）为西部坳（凹）陷［2-5］。其分歧在于古构造格局形态，目前存在2种不同观点：第一种观点是中央古隆起向西部（凹）坳陷演化呈南北向逐渐加深［2-4］；第二种观点是盆地西缘奥陶纪中央古隆起主体呈南北向分布，并在其西侧存在多条北东向延伸隆起［5］。②关于岩相古地理，盆地西缘奥陶纪克里摩里期岩相古地理认识较为一致，发育呈南北向展布、东西向分异的台地边缘、斜坡、广海（深水）陆棚和海槽相［6-9］。乌拉力克期岩相古地理展布特征认识也较为一致，各沉积相带均呈现出“东西分异、近南北向展布”的平面展布特征。分歧之处在于沉积相类型识别及划分，主要存在3种不同观点：第一种是由东向西发育斜坡、盆地相［2］；第二种观点是由东向西发育深水斜坡—盆地和海槽相［7-8］；第三种观点是由西向东发育斜坡、盆地边缘和盆地相［9］。
不同的古构造格局，其岩相古地理格局不同，制定的勘探开发策略亦不同，因此，精细刻画构造—岩相古地理显得尤为重要。为此，本文以地震、测井、钻井岩心、微观薄片及野外剖面等资料为基础，对盆地西缘奥陶纪克里摩里期—乌拉力克期古构造格局、沉积相类型、岩相古地理平面展布特征及沉积演化模式开展研究，利用残余厚度法恢复出盆地西缘奥陶纪克里摩里期—乌拉力克期古构造格局，并在构造控沉积思想的指导下，编制鄂尔多斯盆地西缘奥陶纪克里摩里期—乌拉力克期岩相古地理图，建立了克里摩里期—乌拉力克期沉积演化模式，以期为该区域有利勘探区带评价及井位目标优选提供技术支撑。
1 地质背景
早古生代，鄂尔多斯盆地西缘的贺兰裂谷急剧沉降引起裂谷肩部区域发生均衡翘升作用，从而在鄂托克旗—鄂托克前旗—环县一带形成了所谓的中央古隆起［2，10］。受中央古隆起的分隔作用，盆地中东部在奥陶纪为浅水台地沉积环境，其内部沉积的马家沟组为一套由碳酸盐岩和蒸发岩组成的岩性组合，由下至上分为马一段至马六段等6个岩性段，其中马一段、马三段和马五段为海退沉积，沉积物岩性以膏岩、盐岩和含膏白云岩为主；马二段、马四段和马六段为海侵沉积，沉积物岩性以灰岩和晶粒白云岩为主［11-12］；盆地西缘在奥陶纪主要位于台缘斜坡沉积环境，该区域内的桌子山剖面、青龙山剖面和井下地层由老到新分别为三道坎组、桌子山组、克里摩里组、乌拉力克组、拉什仲组、公乌素组和蛇山组，其沉积物岩性主要以白云岩、灰岩、泥质灰岩和灰质泥岩为主［13-14］；米钵山剖面地层由老到新为天景山组和米钵山组，其中天景山组由泥晶灰岩组成，米钵山组下部为泥板岩、上部为泥板岩夹钙质砂岩［13-15］；贺兰山的樱桃沟剖面、十字沟剖面和柳树沟剖面地层由老到新为下岭南沟组、前中梁子组、中梁子组、樱桃沟组、山字沟组和银川组，其中樱桃沟组沉积物岩性主要由灰岩、砾状灰岩、板岩和砂岩组成，山字沟组沉积物岩性主要有板岩、粉砂岩、长石石英砂岩夹砂质碎屑灰岩［13-16］。马占荣等［8］、安太庠等［17］研究认为，克里摩里组可与马六段、樱桃沟组和米钵山组下部对比；乌拉力克组可与山字沟组下部、米钵山组中下部对比［图1（a）］。
2 古构造格局
前人依据奥陶系厚度变化、岩相分布差异，并参考寒武系厚度展布特征等单因素，通过综合编图分析，将鄂尔多斯盆地奥陶纪古构造格局划分为“三隆两坳一古陆”六大古构造单元，其中三隆即中央古隆起、中条古隆起和吕梁古隆起；两坳即中东部坳陷和（秦—祁广海沉积区的）西南边缘坳陷；一古陆即北部的伊盟古陆［2］。鄂尔多斯盆地西缘奥陶纪主要位于中央古隆起和西南边缘坳陷两大古构造单元上。
本文基于新钻井资料和二维骨干地震剖面资料，应用厚度图法对鄂尔多斯盆地西缘奥陶纪克里摩里期—乌拉力克期古构造格局进行精细恢复。结果显示，中央古隆起向西南边缘坳陷的转换并非呈近南北向逐渐增厚的特征，而是在铁克苏庙—大水坑一带存在一个凸起与凹陷呈北东向指状交叉的“凸—凹相间”过渡带，宽约40~70 km［图1（b），图1（c），图2］。克里摩里期，该过渡带凹陷区残余地层厚度为140~170 m，沉积物岩性主要为灰质泥岩和泥晶灰岩，凸起区残余地层厚度约为60~80 m，沉积物岩性由粉—细晶白云岩、砂屑灰岩和泥质灰岩组成；乌拉力克期，该过渡带凹陷区残余地层厚度大于130 m，沉积物岩性主要为灰质泥岩和含灰泥岩，凸起区残余地层厚度约为10~30 m，沉积物岩性由灰质泥岩、泥质灰岩和泥晶灰岩组成［图1（b），图1（c），图3，图4］。
图2 鄂尔多斯盆地西缘奥陶系地震剖面解释（剖面位置见图1）Fig.2 Seismic profile interpretation of Ordovician in the western edge of the Ordos Basin(section position as shown in Fig.1) |
图3 李37井—李69井—余探1井—忠8井—鄂102井奥陶系克里摩里组—乌拉力克组地层与沉积相连井剖面(剖面位置见图1)Fig.3 Stratigraphic and sedimentary connected well section of Ordovician Kelimoli and Wulalike Formations of Wells L37-L69-YT1-Z8-E102(section position as shown in Fig.1) |
3 沉积相类型
基于钻井岩心、野外露头剖面及微观薄片等资料，根据沉积物岩石学特征、沉积构造及沉积相标志等特征，识别出鄂尔多斯盆地西缘奥陶纪克里摩里期—乌拉力克期发育台地边缘、斜坡、深水陆棚和盆地等4种相类型，各类沉积相特征叙述如下。
3.1 台地边缘相
台地边缘位于晴天浪基面之上到平均低潮线附近，水体能量高，波浪作用强烈。研究区台地边缘具有“小礁大滩”的沉积特征，台地边缘礁在克里摩里组中可见，沉积物岩性为藻屑灰岩和海绵礁灰岩［图5（a）］，成像测井上呈现出杂乱结构特征［图6（a）］；而台地边缘滩在中央古隆起广泛分布，沉积物岩性以浅灰色—灰色泥亮晶砂屑灰岩、泥亮晶砂砾屑灰岩、泥亮晶生屑砂屑灰岩、泥亮晶生屑灰岩为主，颗粒含量达70%~80%以上，呈次圆—次棱角状，分选中等［图5（b）］。台地边缘滩沉积后，经历了准同生期大气淡水溶蚀、晚表生岩溶和埋藏白云石化等成岩作用的改造，致使绝大多数颗粒滩的原岩结构未能保存，形成粉—细晶白云岩［图5（c）］和细—中晶白云岩［图5（d）］，仅少部分仍保留原岩结构，为残余砂屑云岩［图5（e）］。
图5 鄂尔多斯西缘奥陶纪克里摩里期—乌拉力克期沉积特征(a) 棋探1井，4 449.9 m，克里摩里组，海绵礁灰岩，发育格架孔，铸体片，单偏光；(b) 棋探1井，4 422.48 m，克里摩里组，亮晶砂屑灰岩，普通片，单偏光；(c) 李37井，9-29/59块，克里摩里组，粉—细晶白云岩，发育溶蚀孔、晶间（溶）孔，铸体片，单偏光；（d） 苏365井，6-69/75块，克里摩里组，中—细晶白云岩，发育晶间孔，铸体片，单偏光；（e） 鄂65井，6-22/35块，克里摩里组，砂屑粉—细晶白云岩，发育晶间孔，铸体片，单偏光；（f） 余探2井，6-96/103块，克里摩里组，灰色泥晶灰岩夹深灰色泥质灰岩条带，发育高角度微裂缝，方解石充填，岩心；（g） 青龙山剖面，克里摩里组，灰色泥晶灰岩，发育弱变形层理；（h） 余探1井，4 053.51 m，克里摩里组，垮塌角砾岩，角砾由微亮晶颗粒灰岩和泥晶灰岩组成，角砾间泥质和泥晶灰岩碎屑充填，普通片，单偏光；（i） 那1井，3 917.17 m，克里摩里组，垮塌角砾岩，角砾由泥晶灰岩组成，角砾间泥质和泥晶灰岩碎屑充填；（j） 古探1井，4 035.9 m，克里摩里组，垮塌角砾岩，角砾由泥晶灰岩和砂屑灰岩组成，角砾间泥质充填，顶部为正常沉积物泥晶灰岩，普通片，单偏光；（k） 苏356井，3 882.26 m，乌拉力克组，垮塌角砾岩，角砾由泥晶灰岩和砂屑灰岩组成，角砾间泥质充填，普通片，单偏光；（l） 鄂102井，3 681.12 m，克里摩里组，灰黑色含笔石灰质泥岩，岩心；（m） 米钵山剖面，米钵山组下部（与克里摩里组等时地层），深灰色泥板岩；（n） 余探2井，6-26/103块，乌拉力克组，灰黑色泥岩，含少量黄铁矿条带，岩心；（o） 柳树沟剖面，樱桃沟组（与克里摩里组等时地层），深灰色泥板岩夹砂岩透镜体；（p） 米钵山剖面，米钵山组上部（与乌拉力克组等时地层），灰绿色泥板岩夹砂岩 Fig.5 Sedimentary features of Ordovician Kelimoli and Wulalike Ages in the western edge of the Ordos Basin |
3.2 斜坡相
斜坡相发育于台地的边缘，向海方向明显倾斜的海底，沉积水体逐渐加深。研究区斜坡相沉积物由正常沉积物和垮塌角砾岩组成，正常沉积物岩性主要为灰色—深灰色泥质灰岩、含泥质条纹条带泥晶灰岩［图5（f）］和泥晶灰岩［图5（g）］，在纵向上不等厚互层，常见水平层理和弱变形层理［图5（f），图5（g）］，成像测井上呈现出层状结构特征［图6（b）］；垮塌角砾岩常见于斜坡相上部，厚度为1~40 m，垮塌角砾岩成分以砂屑灰岩为主，部分为泥晶灰岩，大小一般为0.2 cm×0.5 cm到3 cm×10 cm不等，分选极差，呈镶嵌状接触，砾石含量可达80%以上，角砾间深灰色泥质和泥晶灰岩碎屑充填［图5（h）—图5（k）］。
3.3 深水陆棚相
3.4 盆地相
盆地相位于浪基面和透光层以下，沉积水体深。研究区盆地相发育于西部坳陷中，沉积物是一套巨厚的由泥岩、砂岩、钙质砾岩和碳酸盐岩构成的韵律性类复理石建造［14-16］，在樱桃沟剖面、柳树沟剖面的樱桃沟组（与克里摩里组等时）和米钵山剖面的米钵山组中（与克里摩里组、乌拉力克组和拉什仲组等地层等时）可见［图5（o），图5（p），图6（d）］。由于毗邻不同的古陆或台地，樱桃沟组和米钵山组的沉积特征亦有所差异。米钵山剖面的米钵山组紧邻鄂尔多斯地块浅水碳酸盐岩台地，沉积物中砂砾屑厚度占比为79.5%，砂、砾屑成分主要为下伏马家沟组的灰岩［19］，判断为从东侧推进的重力流体系；樱桃沟剖面、柳树沟剖面的樱桃沟组紧邻阿拉善地块，可鉴别出碎屑流、泥石流和浊流等沉积类型，此外其内部的碎屑岩锆石年龄没有来至华北的信息，而显示来自于阿拉善古陆［20］，判断为从西侧推进的重力流体系。
4 岩相古地理及沉积演化模式
4.1 岩相古地理
4.1.1 克里摩里期岩相古地理
受古构造格局控制，鄂尔多斯盆地西缘奥陶纪克里摩里期由东向西依次发育台地边缘、斜坡、深水陆棚和盆地相［图7（a）］。中央古隆起及其西侧过渡带上的凸起广泛发育台地边缘颗粒滩沉积，其中在棋探1井［图5（a），图6（a）］可见海绵生物礁沉积；中央古隆起西侧隆坳过渡带上的凹陷及西部坳陷的桌子山剖面—青龙山剖面一带发育斜坡相沉积［图3，图4，图6（b），图6（c）］，沉积物主要为含泥质条纹条带泥晶灰岩和泥晶灰岩［图5（f），图5（g）］，部分井可见大量垮塌角砾岩沉积，如余探1井、那1井和古探1井［图5（h）—图5（j）］；基于隆坳过渡带的鄂102井、鄂91井、余探1井、忠8井和布探1井奥陶系克里摩里组发育多层深水陆棚相深灰色—灰黑色灰质泥岩［图3，图5（i），图6（b）］，并结合米钵山剖面米钵山组下部（克里摩里组等时地层）可见深水陆棚相深灰色泥板岩沉积物［图5（m）］，推测靠近隆坳过渡带西侧的石嘴山—青铜峡—同心一带为深水陆棚相；远离隆坳过渡带的中宁—中卫地区为盆地相，沉积物为巨厚的浊流沉积或深水类复理石建造，在樱桃沟剖面、柳树沟剖面的樱桃沟组和米钵山等野外剖面的米钵山组下部（克里摩里组等时地层）中可见［图5（o），图5（p），图6（d）］。
4.1.2 乌拉力克期岩相古地理
乌拉力克期基本继承了克里摩里期古构造格局［图1（b），图1（c）］和沉积相类型，但由于构造活动性增强和海平面上升双重影响［20-21］，使得乌拉力克期岩相古地理与克里摩里期相比表现出特殊性。从沉积范围来看，盆地西缘奥陶纪乌拉力克期各沉积相带整体向东迁移，盆地及深水陆棚范围扩大［图7（b）］。樱桃沟部面、十字沟部面和柳树沟剖面山子沟组下部（乌拉力克组等时地层）和米钵山剖面米钵山组上部（乌拉力克组等时地层）仍发育巨厚的浊流沉积或深水类复理石建造［图5（p）］，说明该区域沉积相仍为盆地相；桌子山剖面、鄂102井、鄂91井、余探1井、余探2井和忠8井沉积物岩性主要为含灰泥岩和灰质泥岩，为深水陆棚相沉积［图3，图5（n），图6（c）］；鄂74井、鄂89井和布探1井沉积物岩性以含泥灰岩和泥质灰岩为主，含少量垮塌角砾灰岩薄层，为斜坡相沉积［图4，图6（b）］；加里东末期，鄂尔多斯盆地由于构造抬升，导致中央古隆起台缘带及其东侧的开阔台地沉积物被完全剥蚀，仅在剥蚀线西侧的斜坡相钻井岩心中见到含有颗粒或砂屑的垮塌角砾灰岩沉积，表明其来源于台缘带［图5（j）］。
4.2 沉积演化模式
基于古构造格局背景，并综合前述沉积相类型及岩相古地理平面展布特征，构建了鄂尔多斯盆地西缘奥陶纪克里摩里期—乌拉力克期沉积演化模式（图8）。
研究表明，“一陆一隆一坳、隆坳过渡带北东向凸—凹相间”古构造格局及海平面变化控制了盆地西缘奥陶纪克里摩里期—乌拉力克期沉积相时空分布。克里摩里期，盆地西缘为镶边台地沉积模式，中央古隆起及其西侧隆坳过渡带上的北东向凸起地势相对较高，水动力强，发育台地边缘相颗粒灰岩和海绵礁灰岩沉积；北东向凸起之间的凹陷坡度陡增，水体能量低，发育斜坡相泥晶灰岩、含泥灰岩、泥质灰岩和垮塌角砾岩等沉积物；西部坳陷由东向西水体进一步加深，依次相变为深水陆棚和盆地相［图8（a）］；乌拉力克期，盆地西缘继承性发育镶边台地沉积模式，由东向西依次为台地边缘、斜坡、深水陆棚和盆地相沉积，各沉积相类型受海平面上升影响整体向东迁移［21］，其中台地边缘收缩至中央古隆起核部，其西侧过渡带上的凸起不再发育台地边缘相［图8（b）］。
5 结论
（1）鄂尔多斯盆地西缘奥陶纪克里摩里期—乌拉力克期具有“一陆一隆一坳、过渡带北东向凸—凹相间”的古构造格局。
（2）鄂尔多斯盆地西缘奥陶纪克里摩里期—乌拉力克期为镶边台地沉积模式，由西向东发育盆地相、深水陆棚、斜坡和台地边缘相。
（3）古构造格局控制鄂尔多斯盆地西缘奥陶纪克里摩里期—乌拉力克期的沉积相平面展布，台地边缘沿中央古隆起及隆坳过渡带上的北东向凸起分布；斜坡相主要沿隆坳过渡带上的北东向凹陷分布；深水陆棚相和盆地相主要沿西部坳陷分布。
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