韓鵬，馮勝斌，李雪梅，王康樂 （低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實驗室 ）

袁效奇，賀靜，胡愛平 中石油長慶油田分公司勘探開發(fā)研究院，陜西 西安710021

位于華北克拉通與阿拉善地塊、秦嶺造山帶與祁連造山帶等不同特征構(gòu)造單元之間的鄂爾多斯盆地西緣 “古脊梁”（圖1），因其復雜的地質(zhì)構(gòu)造背景、獨特的大地構(gòu)造位置及其晚三疊世西南緣的巨厚沉積而備受地學界關(guān)注[1～10]。特別是隨著鄂爾多斯盆地中生界油氣勘探的迅速發(fā)展，“古脊梁”的存在與否直接影響到西緣勘探區(qū)塊的優(yōu)選。但由于該區(qū)特殊的大地構(gòu)造位置、復雜的構(gòu)造應力場、多期次的構(gòu)造運動及其強烈的后期改造使得對 “古脊梁”的隆升時限及其演化存在較大分歧[1，4～10]。尤其是近年來六盤山盆地晚三疊世地層的發(fā)現(xiàn)[11，12]及河西走廊地區(qū)晚三疊世南營兒群沉積特征研究的新進展，使部分學者認為，晚三疊世西緣不存在 “古脊梁”[8～10]，盆地向西開口與河西走廊相連通，并對晚三疊世鄂爾多斯原型盆地西界及西部油氣勘探提出了不同的認識。筆者通過分析 “古脊梁”分布區(qū)地層接觸關(guān)系、中晚三疊世沉積物碎屑組分、“古脊梁”東西兩側(cè)晚三疊世地層沉積時限和盆地西緣晚三疊世沉積特征，以闡明晚三疊世鄂爾多斯盆地西緣構(gòu)造屬性、原型盆地邊界及石油勘探布局等亟需解決的地質(zhì)問題。

圖1 鄂爾多斯盆地西緣大地構(gòu)造及 “古脊梁”分布位置圖

1 “古脊梁”研究現(xiàn)狀

鄂爾多斯盆地西緣和六盤山盆地之間存在一個近南北向展布的由中元古界和寒武系、奧陶系碳酸鹽巖及碎屑巖構(gòu)成的褶皺帶，前人稱之為 “古脊梁”或 “古陸梁”（圖1）。其分布范圍多指包括青龍山、大小羅山、云霧山及固原三關(guān)口一帶的狹長地帶[3，9]。筆者通過野外實地觀測并結(jié)合前人研究成果[2，5]認為，平?jīng)龅貐^(qū)出露的寒武－奧陶系亦為 “古脊梁”向南延伸部分，即 “古脊梁”分布于北起青龍山南至平?jīng)鲆粠?（圖1）。對于 “古脊梁”的形成演化始終存在爭議，彭希齡[1]通過研究認為，“古脊梁”為斷層復雜化了的復式褶皺帶，褶皺應形成于寒武、奧陶紀之后和二疊紀之前，在海西運動初期，并將其視之為鄂爾多斯盆地西部的邊緣；湯錫元[5]根據(jù)志留系、泥盆系在 “古脊梁”東西地區(qū)分布的差異性綜合研究認為，“古脊梁”于加里東晚期開始隆起；楊俊杰[7]認為，“古脊梁”在印支期開始形成，燕山－喜山運動使其進一步發(fā)展和定型；湯樺等[9]將 “羅山－固原三關(guān)口”一帶稱之為 “古陸梁”，并認為 “古陸梁”形成于燕山中期 （晚侏羅世）；白云來、趙文智等[8，10]根據(jù)炭山、窯山等地存在晚三疊世湖相沉積，盆地西緣未見延長組邊緣相沉積，結(jié)合構(gòu)造背景分析認為，西緣中段上三疊統(tǒng)沉積穿過河西走廊，漫向祁連地區(qū)，即西緣晚三疊世不存在 “古脊梁”。

2 “古脊梁”晚三疊世隆升地層學標定

2.1 地層接觸關(guān)系對 “古脊梁”隆升的約束

圖2 “古脊梁”展布區(qū)地層接觸關(guān)系

研究表明，地層不整合接觸關(guān)系是研究構(gòu)造隆升最為有效的標志之一[13]。筆者對 “古脊梁”展布區(qū)及相鄰地帶開展了詳細的地層接觸關(guān)系調(diào)研發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)廣泛存在奧陶系與侏羅系、白堊系之間的角度不整合。在環(huán)縣甜水堡地區(qū)發(fā)現(xiàn)侏羅系砂巖直接覆蓋在奧陶系灰?guī)r之上，且下部奧陶系發(fā)生構(gòu)造傾斜，傾角為39°，而上部侏羅系砂巖為水平沉積，表現(xiàn)為明顯的角度不整合 （圖2（a））；在彭陽黑石頭溝、固原三關(guān)口及涇源秋千架等地，奧陶系與白堊系也為明顯的角度不整合接觸關(guān)系 （圖2（b））。另外，在甜水堡鄰近地區(qū)可觀察到寒武系或奧陶系與二疊系之間的高角度不整合；在岐山后周公廟和乾縣磨子溝出露奧陶系與二疊系之間的不整合接觸關(guān)系；在平?jīng)龃笈_子露頭剖面顯示，二疊系山西組直接超覆在奧陶系、寒武系及薊縣系不同層位上，且這些老地層均為復式褶皺。

以上 “古脊梁”及鄰區(qū)不整合發(fā)育的特征，結(jié)合 “古脊梁”以西地區(qū)存在志留系、泥盆系，而在 “古脊梁”分布區(qū)及其以東缺失同期沉積的現(xiàn)象[5]表明，該區(qū)在奧陶紀末期發(fā)生了較大的構(gòu)造運動，即鄂爾多斯盆地西南緣 “古脊梁”于奧陶紀末已初始隆升。但據(jù) “古脊梁”東西兩側(cè)的沉積巖巖性、巖相及典型的巖礦特征分析，由于受構(gòu)造演化的控制作用，“古脊梁”為一動態(tài)的隆升和下沉的演化過程。其中三疊紀特征揭示，早、中三疊世鄂爾多斯西緣可能與六盤山盆地及祁連地區(qū)水域連通，為同一沉積體系，晚三疊世由于秦祁造山運動的構(gòu)造擠壓作用[14，15]，“古脊梁”再次隆升，構(gòu)成鄂爾多斯盆地西界。

2.2 沉積區(qū)物源示蹤

將 “古脊梁”地區(qū)同盆地周緣可能的物源區(qū)對比，最為顯著的特征是普遍出露寒武系、奧陶系碳酸鹽巖地層及震旦系石英砂巖。而碳酸鹽巖是一種極不穩(wěn)定的巖石，一般在近源快速沉積的碎屑巖中才能大量保存。因此，研究鄂爾多斯盆地西緣中、晚三疊世沉積物之間的碎屑組分差異可指示晚三疊世 “古脊梁”的構(gòu)造特征。

延長組是一套跨中、晚三疊世的沉積[16～18]，長1～長7油層組為晚三疊世沉積，長8～長10油層組為中三疊世晚期沉積[18]。筆者對鄂爾多斯盆地西緣近年鉆穿長7油層組的取心井進行了碎屑組分統(tǒng)計分析 （表1）。結(jié)果表明，長1～長7油層組與下伏的長8～長10油層組在沉積碎屑組分組成上具有顯著差異。中三疊統(tǒng)延長組沉積物表現(xiàn)為石英、長石、巖屑體積分數(shù)近等，富含火成巖巖屑、變質(zhì)巖巖屑、不含碳酸鹽巖巖屑的特征；而上三疊統(tǒng)延長組則具有石英體積分數(shù)高、長石含體積分數(shù)低及富含碳酸鹽巖巖屑的特征?？梢?，上三疊統(tǒng)的巖石學特征與 “古脊梁”地帶出露的巖石相近揭示，該時期 “古脊梁”再次隆升，成為晚三疊世鄂爾多斯盆地西緣沉積區(qū)的物源區(qū)。

表1 鄂爾多斯盆地西緣中、上三疊統(tǒng)延長組碎屑組分對比表

2.3 周鄰地層沉積時限對比

2.3.1 鄂爾多斯盆地延長組沉積時限

對于延長組地質(zhì)時代歸屬和地層劃分的認識長期存在分歧[16～20]，由于晚三疊世末期鄂爾多斯盆地的整體抬升作用對湖盆演化的影響，使得對延長組沉積時限的精細劃分對比具有較大難度。因此，延長組時代籠統(tǒng)歸屬于中、晚三疊世[16～18]。筆者近年來通過對盆地西南緣華亭－崇信地區(qū)上三疊統(tǒng)剖面的系統(tǒng)觀察和對比，在華亭策底、硯峽、安口及崇信新窯一帶，發(fā)現(xiàn)延長組之上存在一套肉紅、灰紫紅色與黃綠色塊狀含礫粗砂巖、砂巖夾黃綠、灰綠色粉砂質(zhì)泥巖，煤線及礫巖、礫狀砂巖的沉積。且在汭河剖面長1油層組之上的沉積中新發(fā)現(xiàn)了一套古植物組合 （圖3），經(jīng)鑒定為側(cè)羽葉 （PterophyllumBrongniart）和尼爾桑 （NilssoniabrevisBrongniart）。其既無晚三疊世延長組植物群的典型分子，亦沒有侏羅紀植物群的典型分子。結(jié)合上、下地層層位關(guān)系分析，其應在延長組之上、富縣組之下，地質(zhì)時代屬于晚三疊世晚期 （瑞替期）?；诖朔治?，鄂爾多斯盆地內(nèi)部缺失晚三疊世晚期 （瑞替期）這套沉積，延長組地質(zhì)時代可能僅相當于晚三疊世早、中期沉積。

2.3.2 六盤山盆地窯山組沉積時限

窯山組是發(fā)育于六盤山盆地的一套上三疊統(tǒng)沉積，最初根據(jù)化石組合時代籠統(tǒng)劃分為晚三疊世沉積[11，12]。鑒于其對晚三疊世盆地原型的恢復具有重要意義，筆者通過區(qū)域上的精細對比分析取得的化石資料認為，窯山組層位高于鄂爾多斯盆地延長組，區(qū)域上相當于盆地西緣局部坳陷沉積的安口組[21]，時代可能為晚三疊世晚期的瑞替期。

2.3.3 河西走廊地區(qū)南營兒組沉積時限

前人認為南營兒組是在北祁連－河西走廊地區(qū)發(fā)育的一套晚三疊世沉積。南營兒組下段是一套含陸源生物、植物化石，以灰－淺灰綠色粗粒長石石英砂巖、中粒石英砂巖、細砂巖為主，夾粉砂巖、頁巖的湖泊相碎屑巖組合，底部常為含礫粗砂巖或礫巖。南營兒組上段是一套含植物化石，由灰綠－黃綠色夾少量褐紅色的砂巖、粉砂巖、泥巖、灰黑色頁巖、炭質(zhì)頁巖和煤線組成的不等厚的韻律層，夾含礫砂巖及菱鐵礦結(jié)核的沼澤相碎屑巖，廣泛分布于祁連山及河西走廊東、西兩段和蘭州、天水等地。

圖3 鄂爾多斯盆地西南緣地區(qū)安口組古生物化石組合

對于此套地層的沉積時代亦存在分歧[22]。杜寶安[23]對甘肅靖遠王家山煤礦鉆孔中南營兒組頂部獲得的孢分組合分析，該組合以蕨類植物孢子占優(yōu)勢，為整個組合的67.1%，裸子植物花粉及種子蕨類占32.9%。在蕨類植物孢子中，三縫孢占大多數(shù)，為65.6%，單縫孢僅1.5%。其孢粉組合中以Punctatisporites為主，其次為Verrucosisporites、Calamospora、Duplexisporites、Cyclogranisporites、Apiculatisporis。該組合中的Punctatisporites通過區(qū)域?qū)Ρ蕊@示，該分子在國內(nèi)的滇東下三疊統(tǒng)卡以頭組和陜西銅川中三疊統(tǒng)的二馬營組、銅川組中見到，而西伯利亞契利亞賓斯克洼地中三疊統(tǒng)科彼依組孢粉組合也以Punctatisporites為主。據(jù)此分析，南營兒組孢粉組合以其含有一定數(shù)量的早、中三疊世孢子為特征，與滇東、銅川等地中三疊世組合類似。因此，廣泛分布于北祁連、河西走廊地區(qū)的南營兒組地質(zhì)時代應劃歸中三疊世為宜，可與盆地內(nèi)部的長8～長10油層組對比。

綜合上述分析，鄂爾多斯盆地延長組、六盤山盆地窯山組及河西走廊地區(qū)的南營兒組3套地層并非同一時期沉積，在空間上相互錯位。該時期 “古脊梁”可能為水下隆起，河西走廊地區(qū)與鄂爾多斯盆地為同一原型，盆地內(nèi)部的晚三疊世延長組沉積期間，“古脊梁”以西地區(qū)缺失了同期沉積；六盤山盆地的窯山組為盆地西緣逆沖隆起帶上的背馱式坳陷沉積[21]，形成于晚三疊世最晚期，同期鄂爾多斯及六盤山盆地以西地區(qū)處于整體抬升，缺失此套沉積。

3 西緣晚三疊世沉積特征及其指示意義

圖4 鄂爾多斯盆地西緣晚三疊世延長組邊緣相沉積特征

區(qū)域性的山帶隆升必將影響該地區(qū)的古水系格局和沉積特征[13]，反之，可依據(jù)沉積響應推測當時的構(gòu)造背景。鄂爾多斯盆地西部邊緣鉆井資料顯示，長1～長7油層組發(fā)育石英礫巖的邊緣相沉積（圖4）。其綜合特征揭示，鄂爾多斯盆地西部由長8～長10油層組沉積期的辮狀河、辮狀河三角洲體系演變?yōu)殚L1～長7油層組沉積期的扇三角沉積體系[24]。對長7油層組泥巖展布特征分析，晚三疊世鄂爾多斯湖盆最大湖泛期，長7油層組沉積并未越過鄂爾多斯盆地西緣，在環(huán)縣的南北向一帶為長7油層組高阻泥巖的急劇變化帶，盆地的北東方向志丹一帶為寬緩地形。此外，大量的鉆井資料揭示，在盆地的西南部和中部地區(qū)，長7油層組底部發(fā)育一套穩(wěn)定的凝灰?guī)r層。通過地球化學分析表明，其形成于造山作用的弧火山構(gòu)造。上述特征均表明，鄂爾多斯盆地西南緣在秦祁造山作用北東向構(gòu)造應力場的作用下[15]，盆地西緣 “古脊梁”地區(qū)發(fā)生隆升，形成了物源近、地形陡、坡降大的沉積背景特征。

4 結(jié)論

1）鄂爾多斯盆地西緣 “古脊梁”為一隆升和下沉的動態(tài)演化構(gòu)造帶，初始隆升形成于奧陶紀末期，其后為一動態(tài)的隆升和下沉演化帶，其中晚三疊世 “古脊梁”再次隆升，構(gòu)成鄂爾多斯盆地西界。

2）晚三疊世 “古脊梁”地區(qū)的震旦系石英巖、寒武系與奧陶系的碳酸鹽巖地層成為盆地西部沉積物的物源區(qū)，形成了上三疊統(tǒng)延長組高石英、低長石和富含碳酸鹽巖屑的沉積特征。

3）鄂爾多斯盆地延長組、六盤山盆地窯山組及河西走廊地區(qū)的南營兒組3套地層不是同一時期沉積，在空間上是相互錯位的。

4）晚三疊世鄂爾多斯盆地西部為一物源近、地形陡、坡降大的沉積構(gòu)造背景。

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