（矿产普查与勘探专业论文）鄂尔多斯南缘奥陶系构造沉积演化研究.pdf

摘要 鄂尔多斯南缘地区西接六盘山构造带，南邻北祁连一北秦岭构造带，北依鄂尔多斯 盆地，东接汾河断陷系，构造位置特殊。研究区奥陶系地层系统复杂，沉积相变明显。 通过研究鄂尔多斯南缘奥陶系构造沉积演化，可以为鄂尔多斯南缘奥陶系天然气藏分布 及聚集规律研究提供理论依据和资料，并解决鄂尔多斯南缘地区长期存在争议的部分地 层年代问题。 以大陆动力学和盆地分析理论为指导，综合利用地面地质、测井岩心、钻井及地球 物理、地球化学方法和各种分析测试手段，将野外和室内研究相结合，通过编制鄂尔多 斯南缘地区奥陶系各沉积期沉积格局图及古构造格局图重现鄂尔多斯南缘奥陶系沉积 构造演化过程。同时对研究区内发育的花岗岩体及砾岩中花岗岩砾石进行了研究，为鄂 尔多斯南缘及邻区奥陶纪构造背景的认识提供佐证。 研究结果表明：鄂尔多斯南缘地区奥陶纪经历了早奥陶世初被动大陆边缘一中晚奥 陶世具沟一弧一盆体系的活动大陆边缘一奥陶纪末隆起缺失沉积这一演化过程，发生构造 反转的时期为早奥陶世末。奥陶系古构造面貌显示研究区在马家沟期和峰峰期存在一个 旬邑一淳化坳陷。 关键词：鄂尔多斯南缘，奥陶系，构造沉积演化，古构造形态 a s t u d yo nt h eo r d o v i c i a nt e c t o n i c - s e d i m e n t a r ye v o l u t i o n i ns o u t h e r no r d o sr e g i o n a b s t r a c t s o u t h e r no r d o sr e g i o ni sl o c a t e di nas p e c i a lt e c t o n i cd o m a i n , w h i c hi su pt ot h eo r d o s b a s i ni nt h en o r t h , t ol i u p a n s h a nt e c t o n i cb e l ti nt h ew e s t ，t on o r t hq i l i a n - n o r t hq i n l i n g t e c t o n i cb e l ti nt h es o u t ha n dt of e n h ef l i ti nt h ee a s t d u et oi t sp a r t i c u l a rt e c t o n i cl o c a t i o n , t h er e g i o no fi n t e r e s ti sc h a r a c t e r i z e db yv a r i a b l es t r a t i g r a p h ya n dv a r i o u sd c p o s i t i o n a l p a t t e r n s i no r d o v i e i a n a sar e s u l t , a c o m p r e h e n s i v er e s e a r c h o nt h eo r d o v i c i a n t e c t o n i c s e d i m e n t a r ya n dp a l e o - t e c t o n i cf o r me v o l u t i o ni ns o u t h e r no r d o sr e g i o nc a l lp r o v i d e t h e o r e t i c a lb a s i sa n di n f o r m a t i o nf o rt h er e s e a r c ho fn a t u r a lg a sd i s t r i b u t i o na n da c c u m u l a t i o n r u l e w h a t sm o r e , t h i sr e s e a r c ha l s oc o n d u c et oa s c e r t a i ns o m es t r a t i g r a p h ya g et h a th a sb e e n d i s p u t e df o ral o n gp e r i o d u s i n gt h ep r i n c i p l e so fc o n t i n e n t a ld y n a m i c sa n db a s i na n a l y s i st h e o r y , b a s e do ns u r f a c e a n ds u b s u r f a c eg e o l o g i ca n a l y s i s ，g e o p h y s i c a l ，g e o c h e m i c a lt e c h n i q u e sa n dk i n d so ft e s t i n g d a t aa n a l y s i s ，c o m b i n e dw i t ho u t d o o r sa n di n d o o r sr e s e a r c h i n ga r ea v a i l a b l et od r a wu pt h e f i g u r e so ft e c t o n i c - s e d i m e n t a r ye v o l u t i o na n dt e c t o n i cp a t t e r no fe a c hs e d i m e n t a r ys t a g ei n o r d o v i c i a n a f t e r w a r d s , r e a p p e a r i n gt h et e c t o n i c s e d i m e n t a r yf r a m e w o r ka n dt e c t o n i c e v o l u t i o nh i s t o r yi no r d o v i c i a n a tt h es a m et i m e ，t h r o u g ht h er e s e a r c h i n go fg e o c h e m i c a l c h a r a c t e r i s t i c so fg r a n i t em a s sa n dg r a n i t ei nc o n g l o m e r a t ea r ea v a i l a b l et op r o v i d ee v i d e n c e s f o rt h eu n d e r s t a n do ft e c t o n i cs e t t i n go fo r d o v i c i a ni ns o u t h e r no r d o sr e g i o na n da d j a c e n t a r e a s b a s e do np r e v i o u sr e s e a r c h , t h ee v o l u t i o no ft h es o u t h e r no r d o sr e g i o nc a nb ed i v i d e d i n t ot h r e es t a g e s t h er e g i o no fi n t e r e s th a su n d e r g o n et h ep r o c e s so fp a s s i v ec o n t i n e n t a l m a r g i ni ne a r l yo r d o v i c i a nt op o s i t i v ec o n t i n e n t a lm a r g i ni nm i d d l eo r d o v i c i a na n dr i s e t o s u r f a c ew h i c ha b s e n c ed e p o s i t i o ni nt h ee n do fo r d o v i c i a n t h ek e yp o i n to ft e c t o n i cr e v e r s e h a p p e n e di nt h ee n do fe a r l yo r d o v i c i a n o r d o v i c i a np a l a e o - t e c t o n i es t u d ys h o w st h a ti n m a j i a g o ua n df e n g f e n gp e r i o dt h e r ew a sax u n y i c h u n h u ad e p r e s s i o ni ns o u t h e mo r d o s r e g i o n k e y w o r d s ：s o u t h e r no r d o sr e g i o n , o r d o v i c i a n ，t e c t o n i c - d e p o s i t i o n a le v o l u t i o n , p a l a e o t e c t o n i c sf e a t u r e s 西北大学学位论文知识产权声明书 本入完全了解西北大学关于收集、保存、使用学位论文的规定。学 校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版。本人 允许论文被查阅和借阅。本人授权西北大学可以将本学位论文的全部或 部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制 手段保存和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所等机构 将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库或其它相关数据库。 保密论文待解密后适用本声明。 学位论文作者签名：鱼豇址指导教师签名：巨阻 川年6 疑陴 ? 。： 矿i 每6 旯i 乞日 西北大学学位论文独创性声明 本人声明：所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢 的地方外，本论文不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也 不包含为获得西北大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材 料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作 了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：箱庇 硼矽年月i ，日 西北大学硕士学位论文 第一章绪论 鄂尔多斯盆地南缘西接六盘山构造带，南邻北祁连一北秦岭构造带，北依鄂尔多斯 盆地，东侧为华北古板块内的吕梁山构造带、汾河断陷系和太行山构造带，跨越了渭北 隆起、渭河地堑、华北板块南缘构造带等多个构造单元，广泛分布着沉积厚度大、沉积 类型多样的下古生界。鄂尔多斯南缘地区显生宙以来经历了多期构造运动，多期构造体 系的叠加联合使得研究区现今地质构造极为复杂，仅就鄂尔多斯南缘分布的奥陶系而 言，其地层名称就达3 0 多个。特殊的构造位置、特殊的构造动力学背景及其叠加复合， 导致研究区内奥陶纪构造演化过程明显不同于鄂尔多斯本部及西缘地区。 1 i 研究目的和意义 1 1 1 研究目的 ( 1 ) 通过对鄂尔多斯南缘地区奥陶纪沉积构造及古构造形态演化过程的系统研究， 确定研究区及邻区奥陶纪不同时期的盆地原型及其叠加转换关系的时空结构。 ( 2 ) 通过对研究区发育的砾岩中花岗岩砾石及花岗岩体的地球化学特征及年龄测 试研究，可对鄂尔多斯南缘及北祁连北秦岭地区奥陶纪构造背景的认识提供佐证，同 时解决鄂尔多斯南缘地区长期存在争议的部分地层时代归属问题。 1 1 2 研究意义 鄂尔多斯南缘早古生代位于鄂尔多斯台地与古秦岭洋之间，是呈过渡式接触状态 的沉积一构造转换地带，广泛分布着沉积厚度大、沉积类型多样的下古生界。中奥陶统 平凉组暗色泥岩是下古生界海相地层中少有的优质烃源岩；寒武系鲕粒灰岩、奥陶系厚 层灰岩以及礁滩灰岩体的发育，共同为碳酸盐岩型储集层的形成提供了基本地质条件。 根据第三次全国油气资源评价结果表明，鄂尔多斯盆地南部古生界有1 5 万亿m 3 天 然气资源量，勘探前景十分巨大( 马新华，2 0 0 5 ) 。区域上宜探1 井、耀参1 井等下古生 界工业气流或工业型气藏的发现，以及研究区范围内多口古生界探井从石千峰组到寒武 系各层段的含气显示，一致说明研究区内不论是上古生界还是下古生界，均已发生过天 然气生成、运移、聚集的天然气成藏全过程，已经完全具备天然气成藏的基本必要的地 质条件。 然而，鄂尔多斯南缘地区奥陶纪各沉积期构造格局、沉积环境差异很大，不同的沉 积体系及其后期构造运动都对天然气的形成、聚集和成藏产生重要影响。因而，阐明该 第一章绪论 时期的区域地质特征与演化历程，无疑对南缘地区下古生界奥陶系天然气勘探有重要 意义：一方面可以解决本区及邻区奥陶纪演化及相互作用关系问题，为鄂尔多斯南缘奥 陶系天然气藏分布及聚集规律研究提供理论依据和基础资料；同时亦对有关北祁连一北 秦岭构造带早古生代发展演化历程获得新的认识。 1 2 研究与勘探现状 1 2 1 研究现状 构造地质学对油气勘探具有重要理论指导作用。2 d l l mp a ( 1 9 9 0 ) 、李德生( 1 9 9 5 ， 2 0 0 3 ) 、m i k e ( 1 9 9 9 ) 、何登发等( 2 0 0 4 ) 和夏新字( 2 0 0 0 ) 从盆地成因、构造背景、石油地 质等不同角度探讨了盆地的油气聚集条件与分布规律，在中国含油气盆地类型划分、大 中型油气田富集的构造区带、构造样式与其含油气性等方面作出卓有成效的贡献。 早在五十一六十年代盆地南缘的逆冲挤压断层就已经引起了一些地质学家的注意( 李 四光，1 9 5 4 ：张文堂，1 9 6 2 ) 。七十年代以来，许多地质工作者对南缘的一些逆冲断层或某 一地区的挤压构造性质进行过细致研究，取得了宝贵的研究成果( 汤锡元等，1 9 9 2 ：李 江涛，1 9 9 2 ；周鼎武等，1 9 9 4 ：袁卫国，1 9 9 6 ) 。 近年来前人对鄂尔多斯南缘地区的研究主要在地层划分对比和沉积构造演化等方 面，也有学者对南缘地区奥陶系发育的火山凝灰岩进行了研究。主要取得以下认识： 冯增昭( 1 9 9 1 ) 对鄂尔多斯地区早古生代岩相古地理研究认为南缘地区早古生代经 历了四个阶段：从苏峪口期到亮甲山期末为第一个海进海退旋回，也是最大的旋回；马 家沟一期到马家沟六期末为第二阶段；平凉期和背锅山期分别为完整的海进海退旋回， 沉积区局限于鄂尔多斯西南缘地区，发育阶梯状同生断裂和重力流。 周鼎武等( 1 9 9 4 ) 认为在晚元古一早吉生代早期鄂尔多斯地块西南缘处于区域拉张 裂陷向被动陆缘转化阶段，形成近东西向的陆缘裂陷槽地。中奥陶统发育深水碳酸盐沉 积，夹有火山碎屑沉积。中奥陶世末鄂尔多斯地块大面积非造山隆升，海水自北向南、 西南退却，仅在陇县一岐山一富平一线沉积了中奥陶统平凉组和上奥陶统龙门洞组和背锅 山组，并以普遍夹有凝灰岩为特征。加里东运动使鄂尔多斯南缘地区造山隆升，结束了 鄂尔多斯广大地区长期稳定的海相沉积历史。 陈刚( 1 9 9 4 ) 通过对鄂尔多斯地块西南部早古生代裂谷陆缘结构及演化研究认为鄂 尔多斯南缘下古生界从大轮廓上可以划分为两大成因地层单元：寒武系一下奥陶统冶 里一亮甲山组：下奥陶统马家沟组一中上奥陶统。寒武纪至早奥陶世冶里一亮甲山期共同 2 西北大学硕士学位论文 构成裂谷陆缘稳定建设时期统一的成因构造演化阶段，由此形成以“裂谷边翼缓坡一陆 架边缘坡折一内陆架稳定沉降台坪 为特征的缓坡型裂谷陆缘结构，同时暗示“缓坡 以外一个裂谷海盆的存在。而奥陶系复合层序建造构型最为突出的特征是寒武纪形成的 陆架边缘坡折带演变而成了奥陶纪的陆架边缘“肩隆 ，并由此出现了“以裂谷边坡一 陆架边缘肩隆一内陆架拗陷为特征的分异型裂谷陆缘结构格局。 袁卫国( 1 9 9 6 ) 关于鄂尔多斯盆地南缘火山凝灰岩的研究认为南缘奥陶系火山凝灰 岩主要分布在中奥陶统的中、下部，属钙碱系列和拉斑玄武系列，代表中奥陶世有岛弧 和活动大陆边缘存在。 钱锋( 2 0 0 2 ) 研究了鄂尔多斯南部地区早古生代构造演化，认为鄂尔多斯南部地区 在早古生代经历了两大构造演化阶段：寒武纪一早奥陶世为古秦岭洋北侧被动大陆边缘 演化阶段；中奥陶世一奥陶纪末为以沟、弧、盆体制为主的主动大陆边缘演化阶段。在 这一背景下，有序地发育了可分别用镶边碳酸盐陆棚模式及重力流模式概括的弧后盆地 与残留海盆地沉积类型；构造轮廓为向洋呈阶状断落和块状错移结构特征的基本格局。 晚奥陶世末，华北板块与扬子板块的陆陆碰撞作用结束了主动大陆边缘构造阶段。 董兆雄( 2 0 0 2 ) ，侯方浩( 2 0 0 3 ) 研究了鄂尔多斯南部地区奥陶系沉积环境和沉积 相，提出了鄂尔多斯南部奥陶纪的末端变陡缓坡沉积模式。 总之，前人较一致的观点认为，鄂尔多斯南缘地区奥陶纪构造演化大致经历了早奥 陶世被动大陆边缘阶段一中晚奥陶世主动大陆边缘阶段一奥陶纪末隆起缺失这一演化过 程，中奥陶世秦岭洋的向南俯冲是导致这一转变的区域动力学背景。 然而，鄂尔多斯南缘地区奥陶系分布的多套岩石地层单元目前还没有统一的划分对 比方案，研究区西部平凉地区与东部礼泉一富平等地区沉积相的巨大差异表明鄂尔多斯 南缘奥陶纪沉积环境可能并不是一个统一的整体，可能分属不同的构造体系，也可能被 隆起或水下隆起所分隔。在鄂尔多斯南缘地区奥陶系地层中大量发育火山凝灰岩及砾 岩，其反映的构造意义又是如何，这些都是进行鄂尔多斯南缘构造演化研究需要解决的 关键问题。 本文从上述几个问题着手展开研究，以期能够重现鄂尔多斯南缘奥陶纪构造沉积演 化历程，恢复研究区奥陶系古构造形态的变化，为南缘地区奥陶系天然气藏分布及聚集 规律研究提供理论依据和资料。 第一章绪论 1 2 2 勘探现状 本区是鄂尔多斯盆地较早进行油气勘探的地区之一，但是总体勘探程度很低，大部 分地区还处于勘探早期阶段，具有很大的勘探潜力。另外，以往的勘探主要集中在新生 界，对下古生界涉及很少。 上世纪6 0 年代，第三石油普查大队对研究区渭河盆地新生界地表剖面进行了详细的 野外地质调查。在此基础上，结合重力、磁力和电法资料，对盆地基底性质、盖层发育 特征提供了较为系统的资料，大致圈定了盆地的范围。接着以盆地坳陷为主体进行了 1 9 9 3 公里的地震勘探，以此为基础对盆地一级和二级构造单元进行了划分与确定。在此 期间，共钻探井1 9 口完成钻井进尺2 8 9 8 0 2 2 米，同时还完成了盆地周边l ：2 0 万地质 普查填图，并对一些重点露头区进行了较详细的地质研究，由于未发现任何油气显示， 勘探暂时中止。 上世纪7 0 年代，在渭河盆地及邻区进行了第二阶段的石油普查，钻探井9 口，完成 进尺3 3 8 7 0 5 米。同时在构造发育区进行了地震普查，测网密度为2 1 公里，完成地震 测线2 5 4 6 1 公里。通过这些工作，对盆地的二级构造单元、局部构造、断层的分布等都 有了详细地了解，但油气勘探并未获突破。 1 9 9 4 年中石化新星公司在渭河盆地蒲城一蓝田之间完成了一条穿越盆地、测线长度 1 2 0 公里的大地电磁测深剖面。在此基础上，通过重、磁联合反演及其综合解释认为： 渭河盆地前新生界之下存在古生界。 2 0 0 6 2 0 0 7 年中国石油长庆油田分公司在富平蒲城浅凹和固市凹陷完成二维地震 3 4 0 2 3 k m ，在扶风一咸阳完成连续大地电磁测深剖面( c e m p ) 4 4 4 4 k m 。通过地震、重、 磁、电资料的综合研究认为富平蒲城浅凹发育二叠系石盒子组和山西组，奥陶系平凉组、 马家沟组及其以下的下古生界，在此基础上部署了平1 井的钻探。 截至目前，研究区钻遇古生界探井8 口，即：灵1 井、淳2 井、耀参1 、新耀2 、 永参l 、旬探1 、淳探1 井及平1 井。目前油气勘探尚无突破。耀参1 井奥陶系及旬探1 井寒武系只获少量气流。 总体来看，研究区勘探程度较低，在石油地质方面，对于奥陶系地层划分对比尚存 在争议，南缘及北秦岭一北祁连地区构造反转的时限也没有统一认识；勘探方面，平1 井钻探结果与钻前论证大相径庭，第三系高陵群角度不整合覆于马家沟组马1 段之上， 缺失中生界和上古生界地层：淳2 井仅钻至马六段便终钻，对本区奥陶纪构造演化研究 不利。 4 西北大学硕士学位论文 1 3 研究思路与技术路线 1 3 1 研究思路 通过综合利用地面地质、岩心测井、钻井资料及各项地球化学分析测试资料，对研 究区奥陶系进行地层划分对比及沉积环境研究；同时，以大陆动力学和盆地分析理论为 指导，在区域构造背景分析的基础上，查明奥陶纪各沉积期鄂尔多斯南缘地区的古构造 形态及构造沉积格局，尤其是鄂尔多斯南缘及北祁连北秦岭地区奥陶纪发生构造反转 前后的构造特征及区域动力学背景。 1 3 2 技术路线 ( 1 ) 系统收集和整理研究区及邻区的地质、探井、地球物理、地球化学及各种油 气勘探资料，对原始资料进行去伪存真。 ( 2 ) 在前人已有研究成果的基础上，结合野外地质调查基本查明奥陶纪各沉积期 鄂尔多斯南缘与邻区尤其是北祁连一北秦岭地区的相互关系及研究区奥陶纪所处的区域 构造背景。 ( 3 ) 以鄂尔多斯盆地南缘奥陶系地层划分对比结果为基础，结合南缘地区的钻井 岩心、测井资料等编制研究区奥陶纪各沉积期的古构造图及构造沉积格局图。 ( 4 ) 充分利用西北大学大陆动力学实验室的测试方法( x r f ，i c p m s ，l a - i c p m s 等) 进行岩石地球化学分析及锆石定年测试，获得论文所需的分析测试数据，重点解决 南缘地区部分地层的时代归属问题。 1 4 工作量 1 4 1 资料收集与整理 系统收集和查阅了研究区及邻区地质、地球物理、地球化学以及油气勘探资料和研 究成果。收集研究区及邻区范围内的1 ：2 0 万、1 ：5 万区域地质调查图件2 0 余张，检 索并收集到已发表的有关鄂尔多斯南缘及邻区的区域地质、地球物理、地球化学及油气 地质等方面的研究论文8 0 余篇，相关专著6 部。 1 4 2 野外地质调查及样品采集 ( 1 ) 野外地质调查 对鄂尔多斯盆地南缘及邻区进行了详细的野外地质调查，着重对该地区具代表性的 5 第一章绪论 1 0 余条下古生界地质剖面以及一条元古界标准剖面进行了详细观察和样品采集( 表l 一 1 ) 。 ( 2 ) 岩芯描述 对研究区的灵1 井、旬探1 井、淳探1 井、平1 井等8 口探井进行了岩心描述和样 品采集。 表1 - - 1 野外观察地质剖面表 1 ) 平凉市太统山奥陶系剖面2 ) 平凉市崆峒山奥陶系、白垩系剖面 3 ) 平凉市二道沟奥陶系一三叠系剖面4 ) 富平县赵老峪中上奥陶统剖面 5 ) 礼泉县九宗山奥陶系剖面6 ) 富平县灵殿沟奥陶系剖面 7 ) 永寿县好峙河中奥陶统剖面8 ) 陇县新集川龙门洞上奥陶统剖面 9 ) 洛南县洛华公路元古界一寒武系剖面l o ) 岐山县涝川蓟县系一寒武系剖面 1 1 ) 泾阳县口镇奥陶系一二叠系剖面1 2 ) 岐山一麟游公路奥陶系一白垩系剖面 1 4 3 样品分析与测试 ( 1 ) 岩石样品主量元素分析1 0 块。 ( 2 ) 岩石样品微量、稀土元素分析8 块。 ( 3 ) 样品锆石l a i c p m s 年龄测试5 块。 1 4 4 数据处理及成果图件编制 ( 1 ) 岩石地球化学主、微量和稀土元素图解及构造环境分析图共1 2 张。 ( 2 ) 锆石测年结果谐和图及频率分布图4 张。 ( 3 ) 研究区奥陶系各组沉积期古构造图、构造沉积格局图共1 1 张。 ( 4 ) 各类剖面图及沉积模式图共4 张。 6 西北大学硕士学位论文 第二章区域地质概况 研究区位于华亭黄龙一线以南、平凉陇县以东、黄河以西、洁南一栾川断裂以 北的带状地质区，地跨陕甘宁三省区，研究区面积约3 0 0 0 0 m 2 ( 图2 1 ) 。区内分布着 渭北隆起、渭河地堑及华北地块南缘等多个构造单元。 图2 - i 研究区位置图 第二章区域地质概况 2 1 地表地貌特征 研究区地貌上可划分为南部的华北南缘隆起带、中部的渭河盆地以及北部的渭北隆 起区。南部为隆起带，地势较高；中部渭河盆地为新生代冲积平原，地势平坦，工农业 发达，海拔一般在4 0 0 5 0 0 m ；南部为呈近东西向一北东向延伸的陕西北山低山区，属 构造切割的单面断陷山，如岐山、瓦罐岭、钻天岭等，海拔一般在1 0 0 0 - 1 6 0 0 0 m 之间。 研究区南邻秦岭山脉，西南侧为六盘山山脉，东南侧为汾河盆地。 2 2 区域构造背景 研究区位于鄂尔多斯盆地南缘，南邻秦岭造山带，西南侧则与六盘山构造带相邻， 东侧为华北古板块内的吕梁山构造带、汾河断陷系和太行山构造带。该区处于中国东西 构造分区和南北构造分区的交汇部位，因而其构造演化特征除具有一定与鄂尔多斯盆地 本部相同的基本特征外，还具有其自身特征，主要表现为块断构造交织的格局中发育多 期次的逆冲推覆构造和较独特的沉积构造演化。本区南部普遍发育青白口系和震旦系并 出露部分寒武系地层，为研究鄂尔多斯南缘与秦岭造山带构造特征提供条件。显生宙以 来发育不同时期不同构造环境的沉积建造，并经历了加里东期、燕山期和喜马拉雅期具 有显著变形的不同方式不同构造特征的构造发展过程，形成现今综合的地质构造面貌。 因此，鄂尔多斯南缘地区是进行区域地质分析和形成演化研究的良好场所。 因各家学派不同，导致观点不同，比如关于鄂尔多斯南缘下古生界尤其是奥陶纪沉 积相模式，许多学者观点不同。袁卫国提出研究区奥陶纪沉积模式为末端变陡的碳酸盐 缓坡，具有向洋倾斜的块断结构特征( 袁卫国，1 9 9 6 ) ；还有学者提出南缘下古生界为 镶边碳酸盐陆棚沉积模式( 张福礼等，1 9 9 4 ) 。但是前人较一致的观点认为：鄂尔多斯 南缘从中晚元古代至奥陶纪末经历了裂陷海槽一被动大陆边缘一主动大陆边缘一隆起 缺失沉积这一演化过程，受加里东运动控制结束海相沉积历史，并主要经历了加里东期、 燕山期和喜马拉雅期等不同其次的构造变形过程，才形成了现今错综复杂的构造地质面 貌。 2 3 基底特征 基底在不同程度上控制着沉积盆地的构造运动和沉积盖层的发育特征。通过对盆地 基底的组成形成时代和演化及构造特征( 起伏和断裂) 等的研究，可以分析和了解它对 西j 硕士学* 女 盖层沉积和盖层构造的控制作用，以指导油气勘探。研究区最突出特点是具有典型华北 型早前寒武纪结晶基底和中元古代以来的盖层结构，盖层发育除缺失s c 地层外，其它 较全，沉积类型多，旋回性明显，后期变质变形改造作用较强。 2 31 基底组成及其特征 鄂自 多斯南缘的结晶基底组成类同于华北板块其它地区，具有典型垡北型早前寒武 纪结晶基底和巾元古代以来的盖层结构。研究区结晶基底固结于早元古宙朱的吕梁期， 由太古宇和古元古界两部分组成。 太古宇在区域上包括太华群杂岩、登封群杂岩及其时代相当杂岩。太华群为鄂尔多 斯南缘t p 前寒武纪结晶基底的主要组成部分，主要由两大套岩系组成，f 部以t t g 套长 英质混合片麻岩为主体，上部主要为表壳岩系，出长英质片麻岩、石墨大理岩、斜长角 闪岩等组成。 古元古界在区域上包括铁铜淘群、嵩山群和风阳群及其时代相当地层。铁铜沟群下 部主体是一套以石英片岩、云母石英片岩、含砾石英片岩等为丰的变质碎屑岩系，上部 为一套浅海相陆源碎屑岩和浅海相富镁碳酸盐及泥质岩沉秘组台。与下伏太古宇和上覆 中兀古界均呈角度不整合接触。 2 32 基底结构及其构造影响 区域重力场特征是区域地壳结构构造特征的综合反映，不仅可以客观反映基底构造 岩相带面貌，还可以揭示盖层沉积特征。研究区布格重力异常特征见圈2 - 2 。 p ；p f 葡 目2 - 2 鄂尔多斯南缘及邻区布格重力异常圉 第二章区域地质概况 由布格重力异常图可以看出，鄂尔多斯南缘地区可以划分为三个高低相间的北东向 异常带，与现今地表形态相当吻合。大致沿麟游一永寿一耀县一线分布着一个北东向重力 高值带，对应于现今地表渭北隆起带，与华北地块相接。该带以北则是相对重力低值带， 代表现今鄂尔多斯盆地的广大区域，而该高值带南部武功一西安地区近东西向低值带代 表现今渭河地堑中的西安凹陷，固市地区的低值带则代表现今渭河盆地中的固市凹陷， 整体代表了研究区的基底特征。 l o 目北大学碰学位论文 第三章鄂尔多斯南缘奥陶系地层系统 研究区奥陶纪沉积期构造环境复杂，沉积类型多样。据不完全统计，有关鄂尔多斯 南缘研究的备种文献资料中仍然使用的奥陶系岩石地层单位名称多达3 0 余个，足以说 明研究区奥陶系的复杂性。所见名称有：麻，i 组，南庄子组，水泉岭组，银洞治组，背 锅山组，马家沟组，前中梁子组，f 岭南沟组，中梁子组，樱桃沟组，平凉组，段家峡 组，桃曲坡组，赵老峪组，耀县组，皇坪组，泾河组，龙门洞组，亮甲i i j 组，上背锅 组，昭陵群，下马家沟组，上马家沟组，冶里组，席王陵组，峰峰组，磨子沟组等。 3 1 南缘地区奥陶系地层划分 研究区奥陶系与下伏地层整合接触并以不同层位与上覆上古生界地层不整台接 触。根据鄂尔多斯南缘地区奥陶系发育的沉积旋回、地层岩性特征及区域不整合界面， 将研究区舆陶系地层分为四部分：下奥陶统冶里一亮甲山组、下奥陶统马家沟组和中奥 陶统平凉组及匕奥陶统背锅山组。此外研究区还分布有中上奥陶统赵老峪组、唐王陵组 等与背锅i l i 组同期但岩性差异较火的岩石地层单兀。 31l 下奥陶统冶里一亮甲山组 冶星组是研究区早奥陶世第一次海侵的产物，厚度分布有限，亮甲山组与冶里组 分布范旧变化不人。鄂尔多斯南缘f 奥陶统冶里亮甲山组主要分布于岐山曹家沟、礼 泉唐王陵及泾河沿岸，地层厚度2 4 1 1 4 m 。岩性为富含燧石条带及团块的中厚层臼云 岩。亮甲山组含燧石白云岩在全区都较稳定，常作为亮甲山组的标致层( 图3 - 1 ，图3 - 2 ) 。 罔 l 亮甲山组燧石结植白云岩 岐山曹家沟 图3 - 2 旬探1 井亮甲山组 燧石条带白云岩 第三章鄂尔多斯南缘奥陶系地层系统 怀远运动对鄂尔多斯本部地区影响较强烈，造成下奥陶统地层不同程度缺失，在南 缘地区影响微弱。 3 1 2 下奥陶统马家沟组 下奥陶统马家沟组包括下马家沟组、上马家沟组和峰峰组( 马六段) ，均由碳酸盐 岩地层组成。下马家沟组包括马家沟一段、马家沟二段和马家沟三段，上马家沟组包括 马家沟四段和马家沟五段，峰峰组相当于马家沟六段。怀远运动在鄂尔多斯盆地中东部 地区造成马六段至下石炭统沉积缺失，马家沟组上覆地层为上石炭统本溪组，在鄂尔多 斯南缘地区影响微弱，其上覆地层为平凉组。 马家沟组沉积旋回较为明显，马一段至马六段岩性变化很明显。马一段、马三段及 马五段主要由泥质白云岩和膏盐岩组成，马二段、马四段及马六段主要由灰岩组成，在 马二段和马四段中有丰富的化石，如头足类、腕足类和藻类等。 研究区内马家沟组厚度分布不均，渭北隆起上除马四期外，一直存在一个相对低凹 的旬邑淳化凹陷( 冯增昭，1 9 9 1 ) ，渭河地堑中平1 井钻探证实仅存在马1 段。鄂尔多斯 南缘地区早古生代具北高南低的构造格局，其地层原始厚度无疑应是自北向南逐渐增 厚，但现存下古生界由北向南厚度逐渐减小，且中生界、上古生界、下古界地层自北向 南依次出露，表明研究区受加里东和燕山运动影响强烈，渭河盆地奥陶系遭受大幅度剥 蚀；而现今构造高位渭北隆起在奥陶纪后处于相对较低的位置，剥蚀量较小。 3 1 3 中奥陶统平凉组 根据岩性差异平凉组地层可分为上平凉段和下平凉段，下平凉段底部以黑色页岩的 出现与下伏马家沟组灰岩区分，上平凉段顶部与上覆背锅山组底部以厚层角砾灰岩的出 现为分界标志。鄂尔多斯南缘地区平凉组在全区都有分布，平凉陇县一带与中东部地 区岩性差异较大。下平凉段以黑色页岩为主，以含丰富的笔石为特征，同时夹数层薄层 灰岩及角砾灰岩，角砾为本地堆积。上平凉段为黄绿色页岩、砂质页岩、泥质粉砂岩以 及火山碎屑岩呈不等厚互层，厚度1 7 4 , - , 5 5 3 m 。耀参1 井钻遇厚度1 7 4 m ，淳探1 井厚度 5 5 3 m 。 3 1 4 上奥陶统背锅山组 背锅山组最早见于陇县龙门洞，由车福鑫( 1 9 6 3 ) 命名。岩性以灰色块状灰岩为主， 夹角砾灰岩，底部发育厚层砾屑灰岩，为碎屑流沉积，加之上部的页岩、瘤状灰岩，共 同指示了深水斜坡环境( 图3 3 ，图3 4 ) 。与下伏平凉组上段的黄绿色页岩、泥质粉砂 1 2 目北大学硕士学位论立 岩和火山碎屑岩互层特征易于区分。研究区西部陇县和麟游一带有露头显示，钻井显示 渭北隆起中部永参1 井和淳探1 井钻遇该套地层，厚度为3 1 0 3 5 3 m a 图3 - 3 背锅山组滑塌角砾岩陇县背锅山 图3 4 背锅山组滑塌角砾岩陇县背锅山 3 2 南缘地区中上奥陶统地层分区及其特征 下奥陶统冶里一亮甲山组和马家沟组在研究区分布广泛，可进行全区对比，而中上 奥陶统岩石地层单元在研究区不同地区岩性差异较大，因而单独加以论述，现自西向东 分区进行描述。 32 l 平凉地区 平凉地区中上奥陶统地层划分为平凉组和背锅山组。狭义的平凉组以发育典型笔石 页岩为特征，该套地层在平凉一陇县一带发育甚好。广义的平凉组应包括下平凉段和上 平凉段。下平凉段主要由黑色、深灰色页岩组成，富含笔石化石：上平凉段为黄绿色页 岩、砂质页岩、泥质粉砂岩以及火山碎屑岩呈不等厚互层。下段和上段各央数层薄层灰 岩或灰岩透镜体；发育浊流和碎屑流沉积。 平凉地区背锅山组上段以灰绿色页岩为主，中下部夹紫红色粉砂岩、灰色细砂岩和 瘤状投岩，下段为灰色块状扶岩、角砾状灰岩。与下伏平凉组薄层扶岩、页岩易于区分。 322 永寿- 礼泉地区 陕西永寿好畴河一带发育一套生物礁灰岩( 图3 - 5 ) ，岩性及沉积环境可与陇县龙门 洞剖面背锅山组及西缘彭阳县上崖腰剖面背锅山组进行对比，因而认为该套地层属上奥 陶统背锅山组。生物礁发育于台地边缘坡折带上，是在崩塌的漂砾灰岩基础上发育的。 崩塌堆积使海底增高，水体变浅，形成了适宜珊瑚、钙藻等生物发育的环境。最初形成 障积岩，随后形成骨架岩，部分礁体被打碎后堆积在四周成为礁翼。礁翼形成之后，水 第= 章鄂尔多斯南缘奥期系展系坑 体变深，礁体停止发育，之后水体快速加深，礁体消亡( 图3 6 ) 豳 洼 * 雾蓦； 静 豇 i 一竺1 圈。7 ! 竺 窜r 转 ” 强i 量 i 4 4 8 图3 - 6 生物礁形成演化示意图 永寿一礼泉地区上奥陶统唐王陵组发育于鄂尔多斯盆地南缘渭北地区礼泉县唐王陵 一带，为一套以页岩、白云岩和杂砾岩组合为特征的陆源碎屑夹碳酸盐岩的沉积建造， 由杨应章( 1 9 8 3 ) 命名。唐王陵绢下部为灰色、浅灰色中一厚层状获岩夹白云质灰岩， 中部为灰绿色、黄绿色页岩夹薄层粉砂质板岩，上部为灰色厚一巨厚层状灰质砂质角砾 岩。 李钦仲( 1 9 8 3 ) 通过野外地层接触关系及化石研究将该套地层划归为中上奥陶统， 也有学者将之统归为震旦系( 周鼎武，1 9 9 4 ) 。由于在唐王陵以北唐王陵组被二叠系地 层不整合覆盖，并结合对唐王陵组上部砾岩中花岗岩砾石的地球化学特征分析，本文将 该套地层划为上奥陶统( 详见第六章第二节) 。 323 铜川富平地区 富平地区中上奥陶统主要发育赵老峪组，该套地层整合于马家沟组厚层自云质灰岩 之上，岩性以深灰色薄层灰岩、页状泥品挑岩夹碳酸盐岩重力流和凝灰岩为主。赵老峪 组沉积环境特殊，从中奥陶统开始直处于深水斜坡环境，碳酸盐岩重力流在该组大量 发育，占总厚度的2 0 以上，主体为一套深水碳酸盐岩沉积( 图3 7 ，图3 - 8 ) 。 西n 大学硕士学位论文 圈3 - 7 中上奥陶统赵老峪组薄层灰岩 富平赵老峪 3 3 南缘奥陶系地层对比 图3 4 1 中上奥陶统赵老峪组发育的碎篇瀛 富平赵老峪 本次研究综台研究区近年岩石地层、生物地层、年代地层以及沉积地质学方面的研 究成果( 安太庠，1 9 9 0 ：傅力浦，1 9 9 3 ；郭忠铭，1 9 9 4 ：华洪，1 9 9 9 ：戴金星，1 9 9 9 ： 费安玮，2 0 0 1 ；付金华，2 0 0 i ：王学平，2 0 0 2 ；孙肇才，2 0 0 2 ：党辑，2 0 0 4 ：冯增昭， 2 0 0 4 ) ，结合对野外地质剖面和岩心资料的总结，对鄂尔多斯南缘及郐区的奥陶系进行 了详细的划分与对比，划分对比方案见表3 - 1 。 有关鄂尔多斯南缘地区奥陶系中上奥陶统地层的划分对比，前人曾提出多种对比方 案。其分歧主要在于在奥陶系地层单元对比中缺乏构造背景分析。简言之，在灵台一陇 县以西的平凉地区与南缘中东部地区在中晚舆陶世尤其是平凉早期所属的构造体系是 完全不同的。 平凉地区在平凉早期属陆缘碎屑斜坡环境，平凉组下段沉积了岩性以黑灰色笔石页 岩为主的饥饿段沉积物，显示水体很深：而永寿一礼泉地区属台地边缘和台地斜坡环境， 与平凉组下段相当层位的地层在永寿地区岩性为灰白色厚层砂屑灰岩；富平地区则发育 赵老峪组，岩性为薄层泥晶灰岩和角砾灰岩等。构造环境和沉积环境的巨大差异表明在 中奥陶世初平瘟地区与南缘中东部地区在灵台一陇县一带应被隆起或水下隆起分隔，沉 积环境不连续。晚奥陶世鄂尔多斯南缘地区所处的构造背景为弧后边缘海盆，水体较深 上奥陶统地层均为台地边缘斜坡相的沉积物。平凉地区沉积了以灰色块状灰岩为主夹 角砾灰岩的背锅山组；中部永寿礼泉地区则沉积了砾石成分复杂，分选磨圆差的唐王 陵组；东部铜川一富平地区则沉积了以碳酸盐重力流夹凝灰岩为特征的赵老峪组。 第三章鄂尔多斯南缘奥陶系地层系统 表3 - 1 鄂尔多斯南缘地区奥陶系地层划分对比表 平凉地区永寿一礼泉地区铜川一富平地区 地层时代 上统背锅山组 唐王陵组 中 平凉组上段赵老峪组 平凉组 统 平凉组下段 奥 峰峰组( 马六段)峰峰组( 马六段) 上上 马五段马五段 马 马 马 家家 陶 沟 马四段 沟 马四段 家 沟 组组 下 组 下 马三段 下 马三段 马马 马二段马二段 系 家家 沟沟 马一段马_ 段 组组 统 亮甲山组亮甲山组+ 冶里组冶里组 1 6 西北大学硕士学位论文 第四章鄂尔多斯南缘奥陶系沉积相特征及原型盆地演化 4 1 鄂尔多斯南缘奥陶系沉积相类型及特征 沉积相是特定沉积环境下形成的沉积物，沉积物中能够反映古代沉积条件和环境特 征的标志，称为相标志或环境成因标志。沉积相研究的主要任务是重建地质历史时期的 沉积环境。 “碳酸盐台地 这个术语最初来自对巴哈马台地现代碳酸盐沉积的研究，指地形平 坦的浅水碳酸盐沉积环境。后来有学者认为其泛指所有浅水( 风暴浪基面之上) 碳酸盐 沉积环境而无论其地形是否平坦( r e a d , 19 8 5 ) 。 w i l l s o n ( 1 9 7 5 ) 综合了古代及现代碳酸盐岩的大量沉积模式，按照沉积环境的潮汐、 波浪、氧化界面、盐度、水深及水循环等因素的控制，建立了综合的碳酸盐沉积模式， 划分出九个标准相带( 图4 1 ) 。 平均海面厂一正常浪基面 正常浪基面 驴新璃掣蔫霉雾 _ 而3l 嘲妇l 台墨6 鬈缘蓠严：习赢 图4 - 1 威尔逊的碳酸盐相模式( 据威尔逊，1 9 7 5 ) 关于鄂尔多斯南缘下古生界尤其是奥陶纪沉积相模式，许多学者进行过研究。袁卫 国提出研究区奥陶纪沉积模式为末端变陡的碳酸盐缓坡，具有向洋倾斜的块断结构特征 ( 袁卫国，1 9 9 6 ) ；还有学者提出南缘下古生界为镶边碳酸盐陆棚沉积模式( 张福礼等， 1 9 9 4 ) 。 本次研究根据威尔逊的碳酸盐相模式，结合鄂尔多斯南缘沉积相发育特点，将研究 区奥陶系沉积相划分为3 个相和若干个亚相( 表4 1 ) 。台地相相当于威尔逊模式中7 ， 8 ，9 三部分，台地边缘相相当于4 ，5 ，6 三部分，深水盆地相相当于l 部分。 研究区奥陶纪在横向上北部主体以局限台地和蒸发台地相为主，向南逐渐过渡为开 阔台地和台地边缘斜坡相，并发育有台地边缘礁滩相，纵向演化序列下部主要为蒸发 台地相，向上逐渐过渡为局限台地与开阔台地交互相，再向上为台地边缘斜坡相等，水 体逐渐变深。主要沉积相类型及特征如下t 1 7 第四章鄂尔多舞南缘奥陶系沉积相特征及原型盆地演化 表4 1 研究区沉积相分类表 沉积体系相 亚相岩性特征 蒸发台地相白云岩、石膏、盐岩、灰泥岩、红层 台 局限台地相灰泥灰岩、球粒灰岩、粒泥灰岩( 白云岩化) 地 碳 相 颗粒灰岩( 灰泥基质) 、泥灰岩、点礁、生物 酸 开阔台地相 礁灰岩 盐 厶 颗粒灰岩( 生物碎屑、鲕粒、内碎屑) 、生物 口 台地边缘礁 厶 口 地 一滩相 礁灰岩 地 边 体 台地前缘斜 泥粒灰岩、粒泥灰岩、粘结岩、塌积岩、礁屑 缘 系 坡相 灰岩、生物碎屑灰岩、角砾灰岩 相 深水 浊积岩、深灰色薄层灰岩、灰黑色泥岩、灰黑 盆地相色含笔石页岩、硅质岩及凝灰岩 4 1 1 蒸发台地相 蒸发台地是位于平均高潮线以上的低洼地区，该带长期暴露于水面上，仅在特大高 潮或风暴时才被水淹没，具干裂和大量暴露标志，有时见藻纹层发育。蒸发台地相包括 膏盐湖、膏云坪和泥云坪等亚相，在研究区主要发育于冶里亮甲山组中。研究区旬探1 井亮甲山组自然伽马曲线为尖锯齿状，幅度大，出现极高值，自然电位曲线为波状，变 化较缓，但值较高，声波时差锯齿状有尖峰，岩性以燧石条带白云岩、膏质云岩和泥晶 灰岩为主( 图4 2 ) 。 4 1 2 局限台地相 局限台地相属半封闭封闭的台地，海水循环受到很大限制，盐度很高。主要由白 云岩、云灰岩组成，有少量砂砾屑颗粒灰岩。局限台地相可分为潮坪亚相和泻湖亚相。 潮坪亚相可细分为云坪、藻云坪、灰云坪等微相。研究区主要发育于马家沟组马一、马 三和马五段中。如旬探1 井马一段自然伽马曲线为尖锯齿状，自然电位曲线波状变化平 缓，声波时差曲线为小锯齿状，井径曲线波状，变化幅度小，岩性以泥质白云岩为主( 图 4 3 ) 。 1 8 西北大学硕士学位论文 比倒尺l ：i 0 0 0 e ；* 。! ! ! ! 二。一三三一； ；。卫詈m 膂 * t $ 目 u a 目 目 目 | g n 眦” ! 坠。 图4 0 旬探i 井冶里一亮甲山组测井曲线特征 一些鼎曼! ! i 1 艘 *