王宏波 ，郭 瑋 ，章貴松 ，井向輝 ，李相博 ，王 菁

（1.中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院西北分院，蘭州730020；2.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，西安710018；3.低滲透油氣田勘探開(kāi)發(fā)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，西安710018）

0 引言

2000年，劉德良等［1］在華北盆地南緣發(fā)現(xiàn)了下寒武統(tǒng)烴源巖，其后學(xué)者們［2-3］通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，華北盆地下寒武統(tǒng)層序、沉積環(huán)境和構(gòu)造背景均與楊子陸塊、塔里木陸塊具有較高的相似程度，因此，可以推斷這套烴源巖的發(fā)育可能具有全球性。沉積環(huán)境和構(gòu)造環(huán)境對(duì)于烴源巖的形成和保存具有控制作用，眾多學(xué)者［4-8］論證了下寒武統(tǒng)這套烴源巖的有效性。隨著塔里木玉爾吐斯組和四川筇竹寺組烴源巖的發(fā)現(xiàn)及勘探突破，鄂爾多斯盆地寒武系的勘探潛力逐漸得到勘探家們的重視，下寒武統(tǒng)這套烴源巖的研究對(duì)鄂爾多斯盆地深層勘探具有重要意義。

同整個(gè)華北陸塊南緣一樣，鄂爾多斯盆地南緣—北秦嶺地區(qū)寒武系底部發(fā)育一套含磷礫巖層和含磷頁(yè)巖層組合，這套發(fā)育在辛集組之下的不含化石的地層通常被命名為“羅圈組”、“鳳臺(tái)礫巖”、“馬店組”、“三道撞組”或“東坡組”等，其層位歸屬也一直存在爭(zhēng)議，主要包括以下3種觀點(diǎn)和認(rèn)識(shí)：第1種觀點(diǎn)認(rèn)為它與上覆的猴家山組或辛集組關(guān)系密切，應(yīng)劃歸為寒武系［9-12］；第2種觀點(diǎn)認(rèn)為它具有大陸裂谷的陸緣山岳冰川沉積性質(zhì)，其為陸緣裂谷山岳冰川的泥石流和近海浮冰落石相混合的沉積類型，與我國(guó)南方的南沱組冰磧層相似，應(yīng)劃歸前寒武系［13-14］；第3種觀點(diǎn)將其籠統(tǒng)的劃定為晚震旦系—寒武系［2，5］。本文通過(guò)對(duì)華北南緣下寒武統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)分析和對(duì)比，且對(duì)鄂爾多斯盆地南緣—北秦嶺地區(qū)露頭的地層層序特征、巖性巖相特征進(jìn)行綜合分析，結(jié)合該套地層的沉積特征，對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)研究與歸屬劃分，以期對(duì)鄂爾多斯盆地深層新領(lǐng)域油氣勘探提供指導(dǎo)。

1地層發(fā)育特征

作為華北板塊的一部分，鄂爾多斯盆地下寒武統(tǒng)僅在盆地南緣發(fā)育，盆地內(nèi)打到下寒武統(tǒng)的井較少，少數(shù)鉆探到下寒武統(tǒng)饅頭組，較深的平1井也僅鉆探到下寒武統(tǒng)辛集組。因此，關(guān)于下寒武統(tǒng)的研究多依靠盆地南緣—北秦嶺地區(qū)的露頭剖面。盆地南緣—北秦嶺地區(qū)下寒武統(tǒng)露頭主要發(fā)育在以下3個(gè)區(qū)域：①洛南縣以西，露頭順地層走向展布，出露多為同一小層；②洛南縣東北方向，垂直地層走向方向出露的地層相對(duì)較寬，下寒武統(tǒng)發(fā)育較齊全；③洛南縣石坡鎮(zhèn)以北，寒武系地層出露較多，但多為中—上寒武統(tǒng)，少量為下寒武統(tǒng)。本次以洛南縣東北方向的露頭點(diǎn)（洛河北剖面）為研究對(duì)象（圖1），進(jìn)行了系統(tǒng)的地層劃分及沉積演化特征研究。

洛河北剖面下寒武統(tǒng)自下而上發(fā)育6段不同的巖性組合，各段厚薄不一，巖性變化較大（圖2）：第1段厚度約40 m，巖性為黑色炭質(zhì)頁(yè)巖、板巖，其中頁(yè)巖含磷、鈾，變質(zhì)程度較高，手持巖石后具有“污手”現(xiàn)象；第2段厚度約5 m，巖性為灰黑色含碳礫巖、鈣質(zhì)礫巖，風(fēng)化后呈灰黃色，粒徑大小不一，分選磨圓均較差，雜基支撐，碳酸鹽膠結(jié)物發(fā)育；第3段厚度約15 m，灰黑色粉砂質(zhì)頁(yè)巖，頁(yè)理發(fā)育，頁(yè)理面光滑、堅(jiān)硬，局部夾細(xì)砂巖透鏡體；第4段厚度約80 m，巖性主要為灰色含磷礦的石英砂巖，質(zhì)地較堅(jiān)硬；中部夾灰黑色薄層粉砂質(zhì)頁(yè)巖，上部出現(xiàn)淺灰黃色砂質(zhì)灰?guī)r；第5段厚度約75 m，灰白、灰色塊狀砂質(zhì)灰?guī)r、硅質(zhì)灰?guī)r、白云巖，石英顆粒肉眼清晰可見(jiàn)，裂縫中可見(jiàn)瀝青脈；第6段厚度約40 m，灰黃色薄層狀白云質(zhì)灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r?？傮w上看，下寒武統(tǒng)層序自下而上為：下頁(yè)巖段—礫巖段—上頁(yè)巖段—砂巖段—砂質(zhì)灰?guī)r段—白云質(zhì)、泥質(zhì)灰?guī)r段，經(jīng)歷了由碎屑巖向碳酸鹽巖的演化過(guò)程。

2 區(qū)域地層對(duì)比與層位歸屬探討

2.1 區(qū)域地層對(duì)比

鄂爾多斯盆地南緣下寒武統(tǒng)出露地表的巖石剖面較少，關(guān)于下寒武統(tǒng)的進(jìn)一步細(xì)分和命名主要存在2種方案：第1種方案是把整個(gè)下寒武統(tǒng)劃分為三道幢組和三川組，此方案源于1∶200 000的“洛南幅”地質(zhì)圖，由河南地質(zhì)局秦嶺地質(zhì)大隊(duì)于1956—1958年測(cè)繪完成；第 2種方案為徐嘉煒［9］于1958年對(duì)淮南地區(qū)下寒武統(tǒng)進(jìn)行劃分和命名提出的，其把饅頭組之下的地層統(tǒng)一歸為猴家山組，未做進(jìn)一步的細(xì)分。

圖1 鄂爾多斯盆地南緣—北秦嶺地區(qū)寒武系露頭位置圖Fig.1 Location of Cambrian outcrop in the southern margin of Ordos Basin-northern Qinling region

圖2 洛南縣洛河北下寒武統(tǒng)地質(zhì)剖面Fig.2 Geological section of Lower Cambrian in Luohe，Luonan County

洛南縣洛河北剖面1號(hào)和2號(hào)巖性段（下頁(yè)巖段—礫巖段）最初被命名為三道幢組，后來(lái)發(fā)現(xiàn)其巖性特征與層序發(fā)育特征與戴金星等［2］對(duì)淮南地區(qū)劃分出的馬店組一段和二段具有一定程度的相似性，也與徐嘉煒［9］對(duì)安徽淮南地區(qū)劃分出的猴家山組鳳臺(tái)礫巖段具有相似性（表1）。1961年，該套地層建組于河南省臨汝縣羅圈村，因此得名“羅圈組”。洛河北剖面3號(hào)巖性段（上頁(yè)巖段）相當(dāng)于馬店組三段，也相當(dāng)于猴家山組雨臺(tái)山頁(yè)巖。何治亮等［12］、薛友智［15］對(duì)東秦嶺到河南省的該套地層進(jìn)行研究時(shí)，采用了關(guān)保德等［16］的命名方案，稱之為“東坡組”，本文采用該命名方案，將洛河北剖面的3號(hào)巖性段命名為“東坡組”，其上的4號(hào)巖性段、5號(hào)巖性段和6號(hào)巖性段，即砂巖段—砂質(zhì)灰?guī)r段—白云質(zhì)、泥質(zhì)灰?guī)r段分別為辛集組、朱砂洞組和饅頭組。

2.2 層位歸屬

洛南縣洛河北剖面的3號(hào)巖性段（東坡組）中發(fā)育腕足類Palaeobolus sp，Obolopisi sp等生物化石；4號(hào)巖性段（辛集組）中見(jiàn)三葉蟲(chóng)Hsuaspis，Zhoujiaguensis等，因此，可將其歸屬為下寒武統(tǒng)筇竹寺階—滄浪鋪階［17］已無(wú)疑議?，F(xiàn)今學(xué)者們爭(zhēng)論的焦點(diǎn)是下寒武統(tǒng)1號(hào)巖性段和2號(hào)巖性段的層位歸屬問(wèn)題，即本文建議采用的名稱“羅圈組”，相當(dāng)于地質(zhì)圖洛南幅上的“三道撞組”，對(duì)應(yīng)淮南地區(qū)的“馬店組”1號(hào)巖性段（王八蓋山段）和2號(hào)巖性段（鳳臺(tái)段）。該套地層不含化石，其層位歸屬一直存在爭(zhēng)議：徐嘉煒［9］命名“猴家山統(tǒng)”的地層單元包括白鶴山層、雨臺(tái)山頁(yè)巖和鳳臺(tái)礫巖，認(rèn)為鳳臺(tái)礫巖為干旱氣候下快速堆積的山麓沉積，屬寒武系最早地層；張文堂等［13］、鄭文武等［14］、任潤(rùn)生［18］均認(rèn)為，該套礫巖的成因與冰川活動(dòng)有關(guān)，與南方的南沱組冰磧層近似，將其歸屬到前寒武系；戴金星等［2］認(rèn)為該套礫巖地層屬于下寒武統(tǒng)的可能性較大，但不排除屬晚震旦世沉積的可能，將其籠統(tǒng)的歸屬到晚震旦世—寒武世沉積；馮增昭等［19］認(rèn)為該套地層相當(dāng)于吉林省的水洞組，因其含小殼化石，將其歸屬到了寒武系（表1）。

可從巖石學(xué)特征及沉積環(huán)境來(lái)分析羅圈組的層位歸屬問(wèn)題。通過(guò)對(duì)鄂爾多斯盆地南緣洛河北剖面的系統(tǒng)觀察和研究，認(rèn)為該套地層應(yīng)屬下寒武統(tǒng)，主要包括以下3個(gè)方面的證據(jù)：①巖石學(xué)特征。羅圈組巖性主要為灰黃色礫巖，上覆炭質(zhì)頁(yè)巖，產(chǎn)磷礦，礫石的主要成分為疊層石白云巖（質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于80%），次要成分為砂巖、灰?guī)r，碳酸鹽膠結(jié)，沉積環(huán)境明顯不是冰磧層形成的寒冷氣候。冰磧層的礫石成分和膠結(jié)物均與其存在明顯區(qū)別，例如南沱組冰磧巖主要由黃綠色角礫巖組成，礫石成分單一，主要為更古老地層的變質(zhì)巖，填隙物以雜基為主，碳酸鹽膠結(jié)物含量較少。②沉積構(gòu)造特征。羅圈組礫巖雖然大小混雜，分選較差，但磨圓中等—好，并且礫石排列具有一定的定向性（圖3），顯然不屬于冰川成因，而是受到較大的古地形坡度的影響，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)伴生的角礫與陡岸崩塌角礫快速堆積在含炭磷質(zhì)碳酸鹽巖中。③層序地層特征。羅圈組與上覆含三葉蟲(chóng)化石的含磷地層為連續(xù)沉積，頁(yè)巖中礫巖層—石英砂巖段—碳酸鹽巖層反映了一個(gè)海水進(jìn)積的正粒序，具有明顯的連續(xù)性，可劃歸為下寒武統(tǒng)，為寒武系的底礫巖。綜上所述，羅圈組被劃分為鄂爾多斯盆地南緣—北秦嶺地區(qū)古生界最老地層更為合理。

圖3 洛南縣洛河北剖面2號(hào)巖性段礫巖照片F(xiàn)ig.3 Photos of conglomerate in No.2 lithologic section of Luohe section in Luonan County

3 地層與沉積特征

3.1 地層發(fā)育特征

一般來(lái)講，構(gòu)造背景和古陸邊緣性質(zhì)控制著沉積格局和沉積環(huán)境。區(qū)域地質(zhì)研究成果表明，從太古宙起，經(jīng)元古宙到早古生代晚期，鄂爾多斯地塊和阿拉善古陸均屬華北古陸的一部分，位于華北古陸西部。中—新元古代，阿拉善古陸和鄂爾多斯地塊之間、鄂爾多斯地塊及其與華北古陸主體之間，曾出現(xiàn)過(guò)3條大級(jí)別的坳拉谷，分別為賀蘭山坳拉谷、晉陜坳拉谷和豫陜坳拉谷［20-21］，這些坳拉谷的存在一直延續(xù)到早古生代早期。鄂爾多斯古陸屬華北古陸的一部分，南緣寒武系屬被動(dòng)大陸邊緣［22-23］，下寒武統(tǒng)的分布受當(dāng)時(shí)的構(gòu)造格局控制，包括鄂爾多斯盆地在內(nèi)的華北太古代克拉通在中元古代發(fā)生破壞裂解，形成了一系列北東向的克拉通內(nèi)裂陷槽［圖4（a）］，中—新元古代裂陷槽的發(fā)展演化控制著寒武系的隆凹古地貌，在華北板塊南緣形成了一系列北東向的海灣。下寒武統(tǒng)主要發(fā)育于華北板塊南緣，受古秦嶺洋臺(tái)緣斜坡環(huán)境及古地貌中的凹槽或斷陷構(gòu)造控制。現(xiàn)今主要?dú)埩舻南潞浣y(tǒng)分布于古地貌中的凹槽或北東向的斷陷中。由于受到基底斷裂控制，早寒武世鄂爾多斯盆地南緣的西安—富平—洛川一帶發(fā)育一大型陸內(nèi)裂陷槽，或者叫深水海灣，下寒武統(tǒng)的發(fā)育受該裂陷槽或海灣控制，呈南西—北東向展布，在西安—富平一帶，下寒武統(tǒng)厚度大于200 m，向北迅速減薄，到洛川附近完全尖滅［圖 4（b）］。

圖4 華北板塊下寒武統(tǒng)沉積前古構(gòu)造（a）與厚度等值線圖（b）（據(jù)文獻(xiàn)［24］修改）Fig.4 Paleotectonic（a）and stratigraphic thickness contour（b）before Lower Cambrian deposition in North China

圖5 鄂爾多斯盆地南緣下寒武統(tǒng)綜合柱狀圖Fig.5 Comprehensive stratigraphic column of Lower Cambrian in the southern margin of the Ordos Basin

3.2 沉積環(huán)境

鄂爾多斯盆地南緣—北秦嶺地區(qū)下寒武統(tǒng)羅圈組主要發(fā)育灰黑色淺變質(zhì)頁(yè)巖，夾板巖和千枚巖，底部見(jiàn)褐黃色粗砂巖和礫巖，東坡組為灰黑色砂質(zhì)頁(yè)巖，底部見(jiàn)灰黃色角礫巖（圖5）。根據(jù)巖性發(fā)育和組合特征，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)背景，可將羅圈組—東坡組的沉積環(huán)境定為深水海灣（海槽）沉積。辛集組主要由砂質(zhì)頁(yè)巖和含磷石英砂巖組成，屬無(wú)障壁海岸沉積，朱砂洞組和饅頭組均以碳酸鹽巖和碎屑巖的混合沉積為特征，為碳酸鹽巖緩坡環(huán)陸云坪沉積。

整體上，盆地南緣寒武紀(jì)早期經(jīng)歷了一次完整的海進(jìn)過(guò)程，沉積環(huán)境完成了一次由深水海灣—海岸沉積—碳酸鹽巖緩坡沉積的演化過(guò)程。羅圈組—東坡組海水從南侵入盆地南緣，沉積范圍最大波及到麟游—富平一線，為深水海灣—裂陷槽沉積；辛集組繼續(xù)向北超覆沉積，到達(dá)旬邑—韓城一線，形成了“下粗上細(xì)”的海岸相碎屑巖沉積，朱砂洞組—饅頭組基本繼承了辛集組的沉積格局，最北到達(dá)洛川附近，沉積厚度加大，開(kāi)始以碳酸鹽巖沉積為主，屬環(huán)陸云坪和環(huán)陸砂坪沉積環(huán)境。

4 油氣勘探意義

鄂爾多斯盆地海相碳酸鹽巖的油氣勘探一直以?shī)W陶系及上古生界氣藏為重點(diǎn)，寒武系的勘探一直未獲重大突破。盆地南緣寒武系沉積厚度為500～1 300 m，局部可達(dá)1 500 m以上，張夏組鮞粒灘分布廣，發(fā)育溶孔和晶間孔為主的儲(chǔ)集體，儲(chǔ)集性能好，然而烴源巖一直是制約下一步勘探的關(guān)鍵問(wèn)題。盆內(nèi)唯一具生烴能力的中寒武統(tǒng)徐莊組，其TOC質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.30%～0.90%，平均值為0.53%，生烴能力較差。南緣下寒武統(tǒng)辛集組之下的這套東坡組和羅圈組的存在，有效解決了生烴潛力的問(wèn)題。受裂陷槽與深水海灣環(huán)境的控制，東坡組與羅圈組地層厚度大，其中泥頁(yè)巖厚度最大的區(qū)域可達(dá)80 m，TOC質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.19%～11.18%，平均值為3.14%（45個(gè)樣品），有機(jī)質(zhì)類型為Ⅰ型，且熱演化程度高，為寒武系最優(yōu)質(zhì)的烴源巖。下寒武統(tǒng)烴源巖與中—上寒武統(tǒng)臺(tái)緣顆粒灘形成了良好的源儲(chǔ)配置，具有優(yōu)越的成藏條件。盆地南緣寒武系的系統(tǒng)研究將為鄂爾多斯盆地油氣勘探和增儲(chǔ)上產(chǎn)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

5 結(jié)論

（1）鄂爾多斯盆地南緣下寒武統(tǒng)為一套海進(jìn)層序：下頁(yè)巖段—礫巖段—上頁(yè)巖段—砂巖段—砂質(zhì)灰?guī)r段—白云質(zhì)、泥質(zhì)灰?guī)r。辛集組之下發(fā)育了東坡組和羅圈組，其中羅圈組應(yīng)劃分到下寒武統(tǒng)，作為盆地南緣寒武系最老地層更為合理，且發(fā)育寒武系最優(yōu)質(zhì)的烴源巖。

（2）鄂爾多斯盆地南緣下寒武統(tǒng)的分布受當(dāng)時(shí)的構(gòu)造格局控制，主要分布在北東向斷陷或古地貌凹槽中，現(xiàn)今的地理位置約在西安—富平—洛川一帶，沉積環(huán)境經(jīng)歷了一次由深水海灣—海岸沉積—碳酸鹽巖緩坡沉積的演化過(guò)程。下寒武統(tǒng)的優(yōu)質(zhì)烴源巖與中—上寒武統(tǒng)的優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集層形成了良好的源儲(chǔ)配置，成藏條件優(yōu)越。