張春林，邢鳳存，張月巧，姜福杰，徐旺林，張阿敏

［1.中國石油 勘探開發(fā)研究院，北京 100083；2.成都理工大學 油氣藏地質與開發(fā)工程國家重點實驗室，四川 成都 610059；3.成都理工大學 沉積地質研究院，四川 成都 610059；4.中國石油大學（北京）地球科學學院，北京 102249；5.中國石油青海油田公司 采油一廠，青海 海西 816400 ］

鄂爾多斯盆地位于華北克拉通西部，包括呂梁山以西、桌子山—賀蘭山—六盤山以東、陰山以南至秦嶺北麓的廣大地區(qū)，橫跨陜、甘、寧、蒙、晉等5省區(qū)，面積約25 ×104km2，是中國重要的含油氣盆地［1-2］，其縱向上具有典型的“上油下氣”的油氣藏分布特點，上部發(fā)育三疊系延長組、侏羅系延安組兩套含油層系，下部發(fā)育下古生界碳酸鹽巖、上古生界砂巖兩套含氣層系［3-4］。鄂爾多斯盆地下古生界形成于克拉通盆地穩(wěn)定發(fā)育時期，主要發(fā)育碳酸鹽巖沉積，沉積厚度大、分布廣泛，油氣地質成藏條件有利［1］。近年來陸續(xù)在鄂爾多斯盆地下古生界碳酸鹽巖中取得了一系列油氣勘探突破［5-9］，引起廣大學者的關注，鄂爾多斯盆地寒武系主要包括下寒武統(tǒng)辛集組、朱砂洞組、饅頭組，中寒武統(tǒng)毛莊組、徐莊組、張夏組，上寒武統(tǒng)三山子組［1］，碳酸鹽巖發(fā)育，但目前寒武系油氣勘探尚未取得重大突破，是重點關注層系之一。

勘探實踐證明，中國中、西部三大克拉通盆地的古隆起構造在油氣勘探中具有十分重要的意義，其不僅是沉積盆地內重要的正向構造單元，而且對沉積儲層與油氣聚集具有重要的控制作用［10-15］。20 世紀70 年代，湯錫元等提出鄂爾多斯盆地發(fā)育中央古隆起，認為從太古宙以后長期存在的中央古隆起是尋找油氣的有利地帶，但尚不清楚古隆起的具體位置和發(fā)展史［16］；1983 年孫肇才等明確提出慶陽至吳旗地區(qū)存在古中央隆起，是值得勘探的領域［17］；自此之后，很多學者針對鄂爾多斯盆地中央古隆起的成因、遷移及對沉積儲層的控制作用做過大量相關研究，提出了4 種中央古隆起形成機制的觀點，分別為伸展背景下均衡翹升［11，18］、構造地體拼貼擠壓［19-21］、繼承基底構造成因［22-23］和早期伸展-晚期擠壓復合成因［24-27］。但總體上來講，受勘探程度限制，以往研究僅局限于中央古隆起這唯一的構造單元，而筆者近年來通過對鄂爾多斯盆地寒武系構造沉積特征研究，提出了“五槽五?。懀﹥赏荨钡暮浼o隆-凹相間沉積格局［28］，其中，慶陽古隆起、烏審旗古隆起作為盆地內部的兩個規(guī)模較大的隆起，對盆地主體沉積儲層起到顯著的控制作用。部分學者已開始關注烏審旗古隆起這一重要的構造單元，從陸內構造變形與盆地動力學角度分析，提出其為繼承性隆起［27］，并且探討了其對奧陶系馬家溝組丘灘儲集體分布的控制作用［29］。但上述研究偏重于動力學背景的分析與地層殘余厚度的研究，缺少兩大古隆起沉積邊緣相標志的判識證據以及對寒武系巖相古地理的控制作用研究，為此基于地震資料、鉆井資料和野外剖面資料，針對同一時期形成的慶陽古隆起和烏審旗古隆起，系統(tǒng)開展古隆起的識別與構造演化差異的研究，探討其對寒武紀巖相古地理的控制作用，以期為鄂爾多斯盆地寒武系的油氣勘探提供依據。

1 古隆起的判識標志

筆者應用鉆遇寒武系的98口探井、16條野外剖面資料和22 條二維地震大剖面，編制了鄂爾多斯盆地寒武系頂界地質圖（圖1），其呈現出鄂爾多斯盆地早古生代發(fā)育慶陽古隆起、烏審旗古隆起和伊盟古陸。但針對古陸或古隆起沉積期的分布范圍以及演化過程仍存在爭議，其主要是由于受到后期懷遠運動（加里東運動Ⅰ幕）和晚加里東運動的影響，盆地整體抬升，發(fā)生疊加剝蝕作用，造成部分地層出現缺失，一些記錄沒有保存下來。為能夠精細刻畫沉積期古陸或古隆起的分布，本文采用了多種方法進行共同約束刻畫，并探討后期的剝蝕改造。

1.1 地震剖面上的地震反射接觸關系

本研究應用盆地級別二維地震大剖面（圖1），結合鉆井合成記錄標定，對全盆地的寒武系底界、奧陶系底界和奧陶系頂界等關鍵界面進行地層對比追蹤，同時通過原始地震剖面及關鍵界面層拉平進行地層超覆和削截等現象的識別（圖2）。從圖2可以看出，總體上兩個古隆起區(qū)的寒武系頂界和奧陶系頂界普遍具有地層削截特點，烏審旗古隆起地區(qū)的削截地震反射的范圍約4 800 km2，慶陽古隆起地區(qū)的削截地震反射的范圍約2 400 km2，反映出寒武系和奧陶系沉積后均經歷了構造抬升，并導致地層剝蝕缺失，而寒武系底界和奧陶系底界也可見到明顯的上超特征（圖2b），指示寒武紀沉積期是逐漸超覆到古隆起之上，而奧陶紀底部的超覆則反映出寒武紀地層遭受剝蝕后的海泛超覆沉積。地震剖面的地震反射接觸關系能夠指示地層接觸關系，甚至可通過上超點判斷沉積期古隆起的超覆過程，而頂部地層的剝蝕說明沉積期之后的古隆起被剝蝕過程。

圖1 鄂爾多斯盆地寒武系頂面地質圖Fig.1 Paleogeological map showing the top of the Cambrian in the Ordos Basin

圖2 鄂爾多斯盆地橫跨烏審旗古隆起地震剖面（剖面位置見圖1）Fig.2 Typical seismic profiles across the Wushenqi paleo-uplift，Ordos Basin（see Fig.1 for the profile location）

1.2 沉積的邊緣相識別

除應用地震剖面地層接觸關系判別外，本次判識沉積期古隆起還充分考慮了邊緣相，即濱岸相沉積記錄。由于寒武系沉積在基底地層之上，基底地層多為變質巖、長城系石英砂巖、薊縣系的含硅質巖和燧石團塊的白云巖、南華系的冰磧礫巖和砂巖等［30］。這種地質條件會導致在與古隆起接觸的岸線區(qū)形成良好的濱岸相碎屑巖沉積，進而形成石英砂巖等濱岸相高成熟度的沉積物。相反，如是后期剝蝕地層，往往難于保留邊緣相沉積物。因此，尋找碎屑巖發(fā)育的濱岸相，是判識沉積期的古隆起存在及范圍的直接證據。圖3a展示了臨近慶陽古隆起邊部彭陽店洼剖面，該剖面毛莊組發(fā)育淺紅褐色含礫石英砂巖，且石英砂巖內可見平行層理和浪成交錯層理（圖3b）等，定為碎屑濱岸沉積；同時，含礫石英砂巖中可見來源于基底的礫石（圖3c），其成分為變質巖、石英砂巖、石英巖和脈石英等，能夠反映出基底的物質來源，也能夠說明毛莊組沉積期慶陽古陸依然存在。圖3d 展示了平涼大臺子剖面薊縣系頂部含燧石團塊白云巖風化殼發(fā)育，巖溶角礫化明顯，其上沉積了毛莊組的中薄層石英砂巖（圖3e），主要為濱岸相沉積，石英砂巖內部含硅質礫石，與下伏薊縣系燧石團塊具有對應性，指示物源具有總體近源的特征，更進一步證明寒武紀早期慶陽古陸的存在。圖3f 是烏海摩爾溝剖面，離伊盟古陸較近，其寒武系三山子組頂部與奧陶系中-厚層狀石英砂巖接觸，三山子組主要為一套白云巖沉積，風暴沉積普遍，與奧陶系的濱岸石英砂巖突變接觸，說明奧陶系沉積早期濱岸線位于該剖面附近，能夠指示奧陶紀早期的伊盟古陸仍然暴露并遭受剝蝕。而三山子組未見明顯陸源碎屑輸入，說明在三山子組沉積期，伊盟古陸可能被淹沒而遠離該剖面區(qū)，沒有為該剖面提供對應物源。

圖3 鄂爾多斯盆地寒武系邊緣相沉積特征野外照片Fig.3 Sedimentary characteristics of marginal facies in the Cambrian，Ordos Basin

連井沉積相對比可以進一步約束沉積期的古陸或者古隆起的范圍。圖4展示出隴27井區(qū)的寒武系底部存在濱岸陸源碎屑沉積，說明其接近慶陽古隆起區(qū)，而鎮(zhèn)探2 井區(qū)的寒武系底部，以碳酸鹽巖沉積為主，未見陸源碎屑巖性，但可見鮞粒灘發(fā)育，能夠一定程度上指示古隆起邊部，而該井距隴6 井較近，隴6 井區(qū)卻缺失寒武系，結合隴27 井存在濱岸沉積，認為后期構造抬升剝蝕可能造成了隴6井區(qū)地層的缺失，而鎮(zhèn)探2井之所以沒有出現陸源碎屑記錄，很可能反映該地區(qū)沉積期古隆起范圍有限，陸源碎屑僅分布在近古隆起區(qū)，未能提供充足的陸源碎屑到達鎮(zhèn)探2井區(qū)。

圖4 鄂爾多斯盆地橫跨慶陽古隆起的寒武系沉積相對比（剖面位置見圖1）Fig.4 Cross-well correlation of sedimentary facies across the Qingyang paleo-uplift in the Cambrian，Ordos Basin（see Fig.1 for the section location）

綜合上述研究認為，寒武紀早期慶陽古隆起和烏審旗古隆起均存在，但受到海泛影響及構造活動減弱，存在古隆起逐漸被超覆形成水下古隆起，由于兩大古隆起周緣的野外剖面和鉆井資料均能夠見到徐莊組、張夏組和三山子組，且沒有在寒武系中、上部見到陸源碎屑沉積，因此，認為兩大古隆起在寒武紀中、晚期具有逐漸淹沒消亡的特點。

2 古隆起構造演化階段

在上述對兩大古隆起判識研究的基礎上，基于地震大剖面和連井地層對比剖面，應用地層厚度趨勢延伸恢復剝蝕地層的方法，開展了地震大剖面和連井地層對比剖面的構造演化史分析（圖5），并結合前人的研究成果［24-27］，探討古隆起的形成與演化過程。需要說明的是，考慮到碳酸鹽巖地層壓實量有限，目前總體上對碳酸鹽巖壓實量恢復難度大，而地層厚度能夠反映有效沉積厚度差異，因此本次未進行壓實量校正。本次研究認為慶陽古隆起和烏審旗古隆起總體經歷了6 個階段的構造演化，本次分析的重點在于寒武系和奧陶系碳酸鹽巖儲層相關的古隆起形成和演化階段，即寒武系和奧陶系沉積期和接受剝蝕期（主要在階段1—階段4）。

2.1 階段1：寒武紀的古隆起向北逐漸淹沒階段

在Rodinia 超大陸解體后，早期拉張形成的深入鄂爾多斯現今盆地內部的斷控區(qū)逐漸被海水淹沒上超［31］。寒武紀早期海水從盆地南部和西部侵入，盆地內部鄂爾多斯古陸被海水分離，形成隆凹相間的古構造格局，該時期古隆起是繼承性古隆起，繼承了Rodinia 超大陸解體形成的地質格局。隨著海侵的繼續(xù)進行，寒武紀古隆起出現向北逐漸淹沒的特征，南西方向被動超覆，其中，饅頭組至毛莊組沉積時期水進快、面積大，徐莊組沉積時期水體達最大深度，張夏組沉積時期保持穩(wěn)定，到寒武系晚期兩個古陸均被淹沒（圖5a—e）。

2.2 階段2：寒武紀—奧陶紀的抬升剝蝕階段

在寒武系三山子組沉積之后，由于加里東運動Ⅰ幕（懷遠運動）的擠壓背景［32-33］，引起構造明顯抬升，海水退去，地層遭受抬升剝蝕，造成寒武系頂部地層普遍缺失，部分地區(qū)僅保存有崮山組相當的地層［34］，此階段的暴露剝蝕，一直持續(xù)到早奧陶世的冶里組-亮甲山組沉積時期。該時期，海水重新開始侵入，但僅局限在鄂爾多斯盆地的東緣和南緣，鄂爾多斯主體仍為古陸，致使其向盆地主體呈地層超覆的沉積（圖5f），因此，該時期鄂爾多斯地區(qū)仍大部分缺失冶里組、亮甲山組。需要指出的是，該期構造活動不排除疊加了加里東運動Ⅱ幕的構造剝蝕改造［33］。

2.3 階段3：早奧陶世冶里組-亮甲山組沉積期之后的南部穩(wěn)定-北部快速差異沉降階段

冶里組-亮甲山組沉積之后，受到加里東運動Ⅱ幕的影響，地層遭受進一步剝蝕。在此之后，盆地主體沉降接受了馬家溝組沉積，并且該階段呈現出南、北沉降差異特征［31］。總體上，南部的慶陽古隆起雖處于水下，但隆起特征仍然明顯，而北部的烏審旗古隆起沉降速度明顯高于南部，這導致盆地北部地區(qū)沉積的馬家溝組地層明顯較南部地區(qū)地層厚度大（圖5g）。

圖5 鄂爾多斯盆地橫跨兩大古隆起的南北向構造-沉積演化剖面（剖面位置見圖1）Fig.5 Tectonic-sedimentary evolution on a south-north section across two paleo-uplifts in the Ordos Basin（see Fig.1 for the section location）

2.4 階段4：晚加里東期的擠壓剝蝕和古隆起范圍定型階段

該階段主要表現為加里東運動Ⅲ幕使鄂爾多斯盆地及其整個華北地區(qū)隆起，使其遭受長達140 Ma 的抬升剝蝕，至晚石炭世盆地主體部分才接受海侵，其間缺失了上奧陶統(tǒng)、志留系、泥盆系及下石炭統(tǒng)的沉積，造成了地層間的侵蝕不整合接觸關系。相較于其他地區(qū)，兩大古隆起區(qū)遭受更加強烈的擠壓隆起剝蝕，從而定下了兩大古隆起的最終范圍（圖1），并出現構造東遷乃至反轉現象。

2.5 階段5：石炭紀—二疊紀的古隆起消亡階段

石炭紀，鄂爾多斯盆地南部的秦祁地區(qū)再次裂開形成南秦嶺裂谷帶，從而促使賀蘭拗拉槽活動；同時，由于伊盟古陸、烏審旗古隆起和慶陽古隆起的存在，鄂爾多斯盆地整體上被分割為東、西兩部分，西部為裂陷盆地、東部為陸表海盆地。石炭紀末—早二疊世，烏審旗古隆起和慶陽古隆起逐漸調整，直至消亡［35-36］。

2.6 階段6：二疊紀之后的構造掀斜定型階段

二疊紀之后，發(fā)生了一系列構造運動，導致早期兩大古隆起區(qū)深埋藏到地下，后期構造并未對兩個古隆起造成剝蝕，僅為形態(tài)上的改造，鄂爾多斯盆地整體上表現為東部抬升、西部沉降特征［2］（圖6），并形成現今向東掀斜的單斜地層結構。

綜合上述分析認為，慶陽古隆起和烏審旗古隆起的演化具有差異性，在寒武紀末期—早奧陶世出現明顯分異，北部烏審旗古隆起以沉降為主，沉降中心具有向東遷移趨勢，地層保存較好；而慶陽古隆起則以隆升剝蝕為主，并疊加了后期多次構造運動改造，地層剝蝕強?？傮w特征表現為慶陽古隆起早期小、后期大，沉積厚度小，后期擠壓抬升和剝蝕強，對沉積儲層影響大；烏審旗古隆起早期大、后期小，沉積厚度薄，后期擠壓剝蝕弱。

3 古隆起對寒武紀巖相古地理的控制作用

兩大古隆起的形成與演化控制著沉積環(huán)境與沉積巖性的遷移變化，不同時期的古隆起是沉積相展布乃至儲集體發(fā)育的主要控制因素之一。2017 年張春林基于野外剖面與鉆井巖心的巖石學、沉積構造特征及測錄井資料，對鄂爾多斯盆地寒武紀巖相古地理進行了系統(tǒng)研究［1］，在該研究基礎上，本次研究劃分出碳酸鹽臺地和碳酸鹽緩坡兩類碳酸鹽沉積樣式，碳酸鹽臺地模式主要包含了局限臺地（圖6a，b）、開闊臺地、臺地邊緣（圖6c，d）、臺前斜坡（圖6e，f）、陸棚、盆地等沉積相類型，其主要發(fā)育在張夏組和三山子組內；而碳酸鹽緩坡則主要由內緩坡（圖7a，b）、中緩坡（圖7c）、外緩坡（圖7d）等構成，主要發(fā)育在饅頭組、徐莊組，而在沉積期古隆起周圍普遍發(fā)育陸源碎屑或者混積濱岸（圖3）。

圖6 鄂爾多斯盆地寒武系碳酸鹽臺地沉積典型照片Fig.6 Typical photos of sedimentary rocks on a Cambrian carbonate platform in the Ordos Basin

圖7 鄂爾多斯盆地寒武系碳酸鹽緩坡沉積典型野外照片Fig.7 Typical photos of sedimentary rocks on a Cambrian carbonate ramp in the Ordos Ba

基于98 口探井、16 條野外剖面的巖石學和沉積構造特征的研究，對寒武系重點層系巖相古地理進行了研究，確認慶陽古隆起和烏審旗古隆起對鄂爾多斯盆地寒武系沉積的控制作用，總體表現為古隆起的存在致使該盆地寒武紀呈現隆-凹相間的古構造格局［28］，兩大古隆起區(qū)的上超尖滅帶普遍發(fā)育陸源碎屑濱岸，慶陽古隆起兩側相對斜坡區(qū)發(fā)育碳酸鹽顆粒灘沉積，烏審旗古隆起兩側相對緩坡區(qū)發(fā)育碳酸鹽潮坪沉積。

受海平面升降變化的控制，慶陽古隆起和烏審旗古隆起分布范圍變化較大。寒武紀早期，海平面較低，鄂爾多斯地區(qū)主體表現為前寒武紀的基底暴露區(qū)，沒有接受沉積，此時被稱之為鄂爾多斯古陸［22］。辛集期—朱砂洞期，海域范圍由南向北、自西向東開始侵入鄂爾多斯臺地，但僅在鄂爾多斯地區(qū)西緣、南緣地區(qū)沉積了厚度較薄的含磷碎屑巖和含砂泥白云巖，主體地區(qū)仍為統(tǒng)一的古陸。饅頭期，海平面繼續(xù)上升，海域范圍向北、向東有所擴大，但大部分區(qū)域仍然為古陸，獨立的古隆起仍未形成，僅鄂爾多斯地區(qū)的西緣、南緣和東北緣可見部分內緩坡-潮坪沉積，鄂爾多斯古陸周緣環(huán)繞分布碎屑濱岸-混積濱岸沉積（圖8a）。毛莊期—徐莊期，隨著海平面持續(xù)上升，海水大規(guī)模進入鄂爾多斯地區(qū)，構造格局與饅頭期相比差異性明顯，主要體現為鄂爾多斯古陸被海水分割成慶陽古隆起、烏審旗古隆起、呂梁古隆起以及伊盟古陸，其中慶陽古隆起屬于高陡型、烏審旗古隆起屬于寬緩型，并且慶陽古隆起所處區(qū)域的海水與外海溝通、海水循環(huán)能量強，致使慶陽古隆起周緣主要發(fā)育濱岸相砂巖沉積、潮坪和臺緣高能鮞粒灘沉積，而烏審旗古隆起處于鄂爾多斯地區(qū)中部，其所處區(qū)域的海水較淺、海水循環(huán)能量弱，其周緣主要發(fā)育濱岸相砂巖沉積和低能潮坪沉積（圖8b）。張夏期—三山子期，隨著海平面的持續(xù)上升，慶陽古隆起和烏審旗古隆起均沉沒于海平面以下，前期烏審旗古隆起周緣地貌已被填平補齊，此時該區(qū)域主要發(fā)育潮坪相沉積；相較之下，慶陽古隆起規(guī)模較大，成為水下古隆起，其周緣主要發(fā)育大面積的高能鮞粒灘，同時，早期的低洼區(qū)仍然具有繼承性，成為臺洼以及潟湖發(fā)育區(qū)（圖9）。

圖8 鄂爾多斯盆地饅頭期巖（a）和徐莊期（b）相古地理Fig.8 Lithofacies paleogeography of the Mantou（a）and Xuzhuang（b）periods in the Ordos Basin

圖9 鄂爾多斯盆地張夏期（a）和三山子期（b）巖相古地理Fig.9 Lithofacies paleogeography of the Zhangxia（a）and Sanshanzi（b）periods in the Ordos Basin

4 結論

1）依據鉆井、野外剖面和地震等資料，編制了鄂爾多斯盆地寒武系頂界地質圖，結合地震剖面上的地震反射接觸關系和沉積邊緣相識別等方法，揭示寒武紀早期鄂爾多斯盆地發(fā)育慶陽古隆起、烏審旗古隆起和伊盟古陸，寒武紀中、晚期慶陽古隆起和烏審旗古隆起逐漸被海水超覆形成水下古隆起，并逐漸消亡。

2）鄂爾多斯盆地慶陽古隆起和烏審旗古隆起經歷了寒武紀的古隆起逐漸淹沒階段、寒武紀—奧陶紀的抬升剝蝕階段、早奧陶世冶里組-亮甲山組沉積期之后的慶陽古隆起穩(wěn)定-烏審旗古隆起快速沉降階段、晚加里東期的擠壓剝蝕和古隆起范圍定型階段、石炭紀—二疊紀的古隆起消亡階段及二疊紀之后的構造掀斜定型階段等6 個主要階段。兩大古隆起對寒武系的沉積控制明顯但具有差異性，總體特征表現為慶陽古隆起控制云化臺緣高能鮞粒灘，兩側逐漸向相對深水區(qū)過渡，寒武紀中、晚期地貌逐漸平整化，但仍對顆粒灘、臺內潟湖和臺洼沉積具有一定控制作用，該隆起后期擠壓抬升和剝蝕作用強；烏審旗古隆起周邊沉積厚度薄，發(fā)育潮坪沉積，寒武紀中、晚期逐漸填平補齊，潮坪沉積為主，顆粒灘發(fā)育弱，該隆起后期擠壓剝蝕作用弱，對沉積影響小。

致謝：論文編寫過程中得到了成都理工大學鄭杭、古強、陳孝全等的幫助，感謝評審專家和編輯部老師提出的寶貴意見。