中地數媒 2020-01-17

一、沉積地層及古地理格局

鄂爾多斯盆地屬於華北古大陸的一個重要組成部分，基底由太古宇—古元古界的結晶岩及部分沉積岩組成，其上沉積了近萬米的沉積蓋層，其中早古生代發育碳酸鹽臺地型沉積，晚古生代向內陸湖盆轉化，中、新生代為陸相成盆期。

桌子山與崗德爾山地區，缺失相當於冶裡組和亮甲山組及上奧陶統的地層，由老到新下奧陶統發育三道坎組、桌子山組和克里摩裡組，中奧陶統出露烏拉力克組、拉什仲組、公烏素組和蛇山組（表3-2）。

三道坎組由一套灰紫色中厚層狀具交錯層理的石英砂岩與白雲岩、白雲岩化生物屑灰巖、含生物屑灰巖、粒屑灰巖的不等厚互層沉積組成。砂岩由北向南厚度漸次減少，至賀蘭山、青龍山一帶完全相變為灰巖，由此推斷砂岩物源為鄂爾多斯盆地北部的烏蘭格爾隆起。三道坎組的砂岩屬於砂灘或海陸過渡相沉積，白雲岩及灰巖為侷限臺地相夾臺地邊緣淺灘相沉積。

桌子山組主要為含生物屑灰巖或生物屑灰巖、粒屑灰巖及豹斑狀灰巖，富含藍綠藻絲狀群體、管狀體，見紅藻屑、角石、腕足、棘屑、海綿骨針等生物屑，屬於臺地邊緣生物灘或生物礁相。至賀蘭山一帶相變為暗色含燧石條帶或結核的礫屑灰巖、白雲岩、微晶灰巖、泥灰岩，稱中樑子組，分析為盆地邊緣相。

克里摩裡組的沉積特色與下伏地層大相徑庭，巖性為暗色薄層灰巖、泥灰岩，夾生物屑灰巖、黑色頁岩、瘤狀灰巖及燧石條帶，水平紋理髮育，具有低密度鈣屑濁積岩及等深積巖，含浮游有孔蟲、筆石、三葉蟲、小腕足屑及海綿骨針，屬於廣海陸架相至斜坡相。賀蘭山地區相當的層位發育濁流沉積，與本區拉什仲組沉積特徵相似，為盆地邊緣相和盆地相。

表3-2鄂爾多斯盆地北部地層

克里摩裡組沉積晚期，水體加深，黑色筆石頁岩橫向分佈穩定。到烏拉力克組沉積初期，海平面下降，形成水下滑塌－碎屑流沉積，隨後快速上升併發生幾次振盪性海平面升降，沉積面貌總體上以黑色頁岩為主，夾礫屑灰巖、低密度鈣屑濁積岩和薄板狀灰巖，屬於盆地相與斜坡相（碎屑席）。西南方向的賀蘭山一帶呈盆地相與盆地邊緣相。

拉什仲組主要由砂質、粉砂質濁積岩與頁岩的不等厚互層沉積組成，屬於盆地邊緣相。

公烏素組下部為灰綠色粉砂質泥岩、頁岩，上部為薄層灰巖夾礫屑灰巖和濁積砂岩，屬於盆地邊緣相及廣海陸架相。

蛇山組下部為濁積砂岩，中部為粉砂岩與頁岩夾薄層生物屑灰巖，上部為介屑灰巖。屬於盆地邊緣相至臺地邊緣淺灘相。

宏觀古地理格局再造，有助於詳細的沉積層序分析。

二、層序地層格架

層序地層學的主要任務是建立以不整合及與之可以對比的整合為界的、週期性的、成因上有聯絡的年代地層格架，並在這個格架內分析沉積地層的空間分佈型式。

1。露頭層序地層學分析步驟

雖然露頭層序地層研究中三維控制因素仍而是一個殊而未決的難題，然而可以最大限度地獲取地質資訊。逐層詳細分析，識別向上變粗或向上變細的成因地層單元，並由此劃分出準層序，這是露頭層序地層工作中的首要步驟。

在一次海平面升降週期中，沉積環境必然發生相對應的變化。因而，分析沉積相與古環境是很重要的。同時根據各種指相標誌確定古水深，其中波基面和風暴浪基面是兩個重要的水體深度分介面。

在此基礎上，確定三個關鍵介面，建立層序地層格架及空間分佈型式；由高解析度的生物地層學、同位素及磁性地層學確立地層時代並編制海平面升降曲線。

2。幾個重要介面的識別標誌

層序及體系域是由層序邊界、最大海泛面及首次海泛面區分開的。在建立層序地層格架時，首先需要識別最大海泛面與密集段。密集段橫向上分佈穩定，易於追蹤，是一個良好的地層對比標誌層，層序邊界和首次海泛面必然位於相鄰的兩個密集段之間。

（1）密集段（CS）的識別標誌。桌子山地區奧陶系典型的密集段由黑色筆石頁岩和暗色泥頁岩組成（例如CS12—CS22，圖3-1和表3-3），也見由泥灰岩、灰質頁岩、夾泥質層的微亮晶灰巖及海底硬底組成（例如CS5—CS11，圖3-1和表3-3）。在近岸部位，特別是陸源碎屑沉積與碳酸鹽巖混積的環境中，密集段可能由含生物屑灰巖或生物屑粉砂質灰巖（wackstone或packstone）組成（例如CS1—CS4，圖3-1）。密集段形成於海進高潮期缺氧還原環境，可容納空間相對最大，沉積速率最低，因而浮游生物或微體生物丰度最高、變異度最大，新分子易出現，露頭上頁岩中常見筆石順層面分佈（例如CS18和CS19，圖版Ⅰ－1），灰巖中見盲眼三葉蟲（例如CS14）。純碳酸鹽層序的密集段特徵不典型，多見泥灰岩。

（2）首次海泛面（first flooding-surface）的識別標誌。首次海泛面是區分低水位體系域與海進體系域的重要介面。該面在淺水區域相對容易識別。區內三道坎組幾個層序的首次洪泛面附近，含內源礫石、外源礫石及大量順層分佈的腕足屑，即海進滯留礫岩（圖版Ⅰ－2）。首次海泛面（ffs）之上，沉積標誌具有水體加深或水質變清的證據。例如層序1，ffs之下為具交錯層理的濱岸砂岩，其上砂層變薄，含粉砂質鈣質泥岩及灰巖增厚；再如層序2和3，ffs之下為厚層砂岩，其上變為介屑灰巖、含生物屑灰巖。

圖3-1桌子山拉什仲剖面奧陶系層序地層分析

續圖3-1桌子山拉什仲剖面奧陶系層序地層分析

續圖3-1桌子山拉什仲剖面奧陶系層序地層分析

續圖3-1桌子山拉什仲剖面奧陶系層序地層分析

1—砂岩；2—泥岩；3—藻灰巖；4—陸架灰巖；5—介殼灰巖；6—泥灰岩；7—灰巖；8—鮞粒巖；9—白雲岩；10—白雲質灰巖；11—生物屑灰巖；12—鮞粒灰巖；13—燧石灰岩；14—竹葉狀灰巖；15—礫屑灰巖

表3-3桌子山拉什仲剖面奧陶系密集段的特徵

（3）I型層序邊界的識別特徵。桌子山地區既有I型層序也有Ⅱ型層序，它們的識別是以層序邊界性質為依據。I型層序邊界的識別標誌歸納如下：

① 地層缺失、削截標誌：當相對水平面迅速下降、陸架坡折以上的可容納空間（ac-comondation）急劇減小（甚至為零），則地層出露地表，前高水位期的沉積物遭受剝蝕，致使層序邊界處出現削截標誌；某些重大層序邊界附近往往有大套地層缺失或由構造運動增強了不整合的訊號（圖3-2，圖版Ⅰ－3、Ⅰ－4）。例如SB1，其下缺失了下奧陶統冶裡組和亮甲山組的一套地層（圖3-1和表3-4，圖版Ⅰ－5），SB30之上缺失了上奧陶統的一套地層，其上直接覆蓋石炭系具蜂窩狀褐鐵礦的粉砂岩（圖3-1，表3-4），它們均為重大的層序邊界。

表3-4桌子山拉什仲剖面奧陶系層序邊界特徵

② 暴露標誌：陸架出露地表，沉積物出現過路作用，除有侵蝕作用外，還會在層序邊界部位出現暴露標誌，例如古風化殼、乾裂、雨痕、泡沫痕、大量生物垂直鑽孔、赤鐵礦及鐵質浸染等（圖3-2）。寒武系底界見古風化殼，SB1（圖3-1，圖版Ⅰ－6）見乾裂等暴露標誌。

圖3-2I型層序邊界（SB）的識別標誌

a—構造運動增強的不整合；b—古風化殼；c—層序邊界之上地層上超；d—水下侵蝕（碎屑流）作用；e—淺水相覆蓋在深水相之上；f—渾水沉積覆蓋在清水沉積之上；g—層序邊界之下發育白雲岩，其上有帳篷、古溶洞構造；h—臺地因淹沒而消亡，層序邊界之上發育大量碎屑濁積岩

③ 地層上超：包括濱岸上超和陸坡上超。在一些大的地層斷面上（例如陡崖、廣闊的露頭），可以觀察到某些層序邊界之上有地層超覆的現象。例如SB1、SB3、SB4等之上見上超現象（圖3-1和圖3-2）。

④ 斜坡前緣侵蝕：I型層序邊界形成時，會發生明顯的斜坡前緣侵蝕，使臺地、臺地邊緣和斜坡上的大量沉積物被搬運走，以密度流或牽引流的沉積作用而順坡堆積下來。桌子山地區的斜坡前緣侵蝕主要表現為滑塌和碎屑流沉積，某些層序邊界之上（例如SB19）出現幾套碎屑流沉積。克里摩裡組的SB14、SB15和SB16，烏拉力克組的SB19、SB20和SB21，這些層序邊界之上均見碎屑流沉積（圖3-1，圖版Ⅰ－7），SB16附近還見碎屑流巖牆。碎屑流沉積以烏拉力克組特徵顯著，巖性為礫屑灰巖，礫屑成分有桌子山組的藻粘結灰巖、克里摩裡組的薄層狀灰巖、頁岩、低密度鈣屑濁積岩、下伏層位的碎屑流沉積；礫屑大小不一，最大可達lm以上，最小僅幾毫米，一般幾至幾十釐米；礫屑隨機分佈，但是大部分順層分佈。這種侵蝕作用在臺地上表現為下切谷的下切作用，桌子山青年農場克里摩裡組多見，層序16為其一例（圖版Ⅰ－8和圖3-1）。

⑤ 淺水相覆蓋在深水相之上：在低水位期，海平面下跌到陸架坡折以下，濱岸相向海洋盆地遷移，導致淺水相直接覆蓋在深水相沉積之上。克里摩裡組層序18就是一例（圖3-1），SB18之上為潮坪沉積，其下為廣海陸架相和斜坡相沉積。

⑥ 渾水沉積覆蓋在清水沉積之上：碳酸鹽巖和矽質碎屑岩在形成環境、海底地形、物源性質及沉積物供應速率或生產率、沉積作用和（或）擴散作用等方面都有很大的差異，當碳酸鹽臺地消亡而轉化為矽質碎屑沉積時，或者在大套碳酸鹽沉積之間插入相當厚的濱岸砂岩時，可以產生明顯的不整合。三道坎組的五套（SB1-SB5之上）即為此例。以SB1之上的砂岩為例，下伏的寒武系地層為巨厚的碳酸鹽臺地型沉積，其上缺失了下奧陶統冶裡組和亮甲山組的地層，接著沉積了約5m厚的具交錯層理的濱岸砂岩或海陸過渡相砂岩，其間存在一個巨大的不整合。

⑦ 大規模濁積岩：臺地消亡的起因，一是暴露消亡，在數千年的滯後時間後再次被淹沒而臺地重新發育；另一種情況是沉沒消亡，即臺地沉沒到透光層之下被大量陸源碎屑沉積物覆蓋而消失（圖版Ⅱ－1、2、3，圖版Ⅱ－1、Ⅱ－2、Ⅱ－3）。

桌子山地區在烏拉力克組沉積時，古環境發生了很大變化，古水深顯著加大，黑色頁岩佔統治地位並逐步向陸源沉積物轉化；到了拉什仲沉積期，由於水體深坡度大，海平面驟然下降而導致濁流發生。這些濁積岩規模大、陣發性強，底部往往含泥頁岩內碎屑，相當於Mutti（1985）的I型或Ⅱ型扇體。根據槽模（圖版Ⅱ－4）所測的古水流方向為40°～450，估計物源為北東方向的烏蘭格爾隆起。區內厚層濁積岩之下通常發育相當厚的暗色泥頁岩或粉砂質泥岩，因而層序邊界位於濁積岩底部或鄰近部位（圖3-2）。緩坡臺地沉沒消亡時，層序邊界與密集段可能在陸架坡折之上近陸部位重合。

⑧ 成岩作用標誌：J。F。Sarg等（1988）認為：形成I型層序邊界時出現兩種主要作用，即斜坡前緣侵蝕作用和區域性淡水透鏡體向海方向遷移，後者實質上與成岩作用有關，其中以白雲岩化作用關係密切。

在高水位晚期，可容納空間大幅度降低，乾燥區蒸發作用強烈，可以形成薩布哈環境；在潮溼區，天水淋濾溶解早期沉積物，高鎂方解石和文石被低鎂方解石交代，鎂離子出溶、遷移而發生白雲岩化；或者天水與少量海水混合，構成大規模的混合白雲岩化；或者在潛流帶及大氣水—海水混合帶中發生白雲岩化。總之白雲岩化往往與臺地暴露相關聯。在桌子山地區，層序邊界常見位於方解石質巖帽及白雲化層之上或灰巖/白雲岩的分界處（圖3-1及3-2）。層序邊界之下的亮晶方解石膠結物和大套白雲岩，解釋為海退的終結及暴露作用的發生。若層序邊界規模小、暴露時間短，成岩作用隻影響到淺部高水位期沉積、強度相對較弱，可以見到溶解作用、壓溶作用、地下水膠結作用、帳篷構造等（圖版Ⅱ－5），內陸架區具有顯著的白雲化作用。下奧陶統的I型層序邊界之下普遍發育白雲岩（圖版Ⅱ－6，圖3-2）。例如層序1的邊界之下，寒武系上部出現大套白雲岩，在阿不切亥溝、蘇必溝及老石旦東山剖面上均見成岩作用向上愈來愈強烈的現象。

上述層序邊界的識別標誌是根據桌子山地區元古宙和古生代（AnZ—C；主要是奧陶系）的地層總結出來的，並非是惟一的，確定層序邊界時需要綜合多種標誌、區域上進行對比和追索，才能得出合理的結論。

（4）Ⅱ型層序邊界的識別標誌

Ⅱ型層序邊界形成時，海平面發生過短暫的下降，隨之上升，因而識別特徵沒有I型層序邊界顯著。根據桌子山地區的觀察結果，Ⅱ型層序邊界有如下識別標誌：

① 薄層褐色粉砂岩（濱岸下遷）：見於層序17邊界之上，巖性為鐵褐色、灰黃色泥質粉砂岩，僅5cm厚，與下伏地層呈整合接觸關係，上覆地層見向北東方向超覆的特徵。這種現象解釋為濱岸向海的遷移，與I型層序邊界之上的厚層砂岩本質不同，反映短時期的海平面下降（圖3-1，SB17；圖版Ⅱ－7）。

圖3-3內蒙古桌子山與華北和東北地區奧陶系剖面對比

（據長春地質學院，1979）

1—頁岩；2—砂岩；3—石英砂岩；4—礫岩；5—泥灰岩；6—灰巖；7—泥質灰巖；8—砂質灰巖；9—竹葉狀灰巖；10—鮞狀灰巖；11—角礫狀灰巖；12—含燧石灰岩；13—含變質角礫狀灰巖；14—白雲岩

② 暴露及成岩作用標誌：Ⅱ型層序邊界僅在近岸部位有微小的侵蝕。成岩作用強度相似於小規模的I型層序。在桌子山組見溶洞角礫岩、不穩定岩屑的溶解、粒間充填亮晶方解石膠結物、層序邊界之下為白雲質灰巖、具風化外貌的紅色頁岩片狀泥岩（圖3-1的SB6、SB8、SB11、SB13），克里摩裡組見滲濾豆、帳篷構造等。

Ⅱ型層序主要發育於桌子山組，這與當時的構造背景有關，分析該期為具鑲邊的陸架或緩坡臺地，構造運動相對較弱，由於碳酸鹽巖產率高、不斷向上建築到使可容納空間降低而形成的。

3。層序地層格架

由層序邊界的識別，結合密集段的分佈特徵，透過橫向追索與對比，在桌子山地區奧陶系地層中共識別出29個層序，其中I型層序共23個，Ⅱ型層序共6個。按底界值488Ma、頂界年齡458Ma計算，每個層序時間跨度平均約為1。035Ma，與Mitchum等（1991）所指的三級層序（0。5～3。0Ma）相當（表3-1），部分為高頻層序。鄂爾多斯盆地3級層序和高頻層序發育的原因是：①碳酸鹽沉積對海平面變化的反映十分敏感；②早奧陶世時，區內構造運動弱，沉積速率相對較高，有利於高頻層序發育；③中奧陶世時，區域性構造運動造成盆地內部隆起或沉積很少，西緣為坳拉槽型盆地，受相鄰幾個海域的共同影響，形成了多旋迴式沉積。根據層序地層學原理（Vail等，1988；Wagoner等，1990），一個完整的層序應該包括低水位或陸架邊緣、海進和高水位體系域。盆地西緣地處“坡折”附近，地層記錄比較完整，大多數層序旋迴滿足上述條件，這些旋迴式沉積應稱為“層序”，按時間尺度，部分為4級層序或高頻層序。本區層序旋迴及海平面升降曲線見第4章表4-3和圖4-4。海平面升降曲線是根據可容納空間的變化或相對容納空間編制的，經對比，區內早奧陶世層序發育的頻率高，具有高頻層序的特徵；奧陶世的層序旋迴具有全球性規律。由“可容納空間包絡”看，區內早奧陶世與Exxon的全球性海平面變化規律不盡合拍，這是區域性環境及區域性構造運動造成的；中奧陶世完全合拍；與Arco公司（1994）的海平面升降曲線二級旋迴吻合程度相當高。

圖3-4桌子山阿不切亥溝寒武紀地層系統（圖例同圖3-1）

另外，對於桌子山地層的時代歸屬問題，前人討論甚多，並曾與華北和東北地區進行過對比（圖3-3、圖3-4）。

三、小結

（1）碳酸鹽巖屬於內源沉積物，層序的發育與臺地的性質與演化、海水的進退、臺地的淹沒與暴露等因素有關；

（2）總結了露頭層序地層工作方法；

（3）確定了密集段、首次海泛面和層序邊界的識別標誌；

（4）建立了高解析度層序地層格架，在奧陶系識別出29個層序。密集段及其附近層位的暗色頁岩可能是大氣田區的主要源巖，巖隆、層序邊界部位的白雲岩及濁積岩是良好儲層；

（5）為後續建立緩坡及鑲邊陸架層序及體系域模式，建立可容納空間變化曲線，奠定了實際和理論基礎。