桌子山地區中奧陶統烏拉力克組礫屑灰巖沉積特征及深水沉積模式研究

趙俊，何幼斌，肖彬，王寧，苑伯超，羅進雄

(長江大學地球科學學院，湖北 武漢 430100)

礫屑灰巖作為碳酸鹽巖的一種重要類型，受到了石油地質工作者的關注。前人曾在不同地區對礫屑灰巖的特征、分類、成因機制、與大地構造的關系等方面進行了大量研究[1-6]。在中奧陶世烏拉力克期，鄂爾多斯盆地桌子山地區的大套黑色筆石頁巖中夾有少量礫屑灰巖，其分布廣泛 。下面，筆者對桌子山地區中奧陶統烏拉力克組礫屑灰巖沉積特征及沉積模式進行了研究，以便為該地區的勘探開發提供參考依據。

1 區域地質背景

桌子山地區位于鄂爾多斯盆地西緣北部，地處賀蘭坳拉谷。早元古代時期，鄂爾多斯西緣發育賀蘭坳拉槽，與秦祁裂谷相連組成了秦祁賀三叉裂谷系，隨后祁連和秦嶺2支裂谷進一步發育形成大洋裂谷，而賀蘭裂谷為三叉裂谷系的一個衰亡支[7,8]，總體上呈楔形并向北插入阿拉善地塊與鄂爾多斯地塊之間[9,10]。早古生代初期，秦祁賀三叉裂谷重新活動并沿著早期三叉裂谷的斷裂發育。秦祁洋繼續開裂擴張，賀蘭裂谷則不斷裂陷。中奧陶則為賀蘭坳拉谷沉降最盛時期，也是裂谷擴展最寬、裂陷幅度最大的階段[10]。賀蘭坳拉槽的構造強度具有明顯的南強北弱的特征[9]，即中奧陶世的沉積充填自南向北總厚度逐漸減薄，塊體重力搬運作用的強度逐步減弱[11]。中奧陶世后，加里東運動使海槽逐漸消失，隆升為陸，海水由西南退出，鄂爾多斯地區結束了古海盆演化歷史[12]。

2 礫屑灰巖沉積特征

在桌子山地區，礫屑灰巖在垂向上主要分布于烏拉力克組，發育程度因地而異，其中烏拉力克組底部普遍發育礫屑灰巖。礫屑灰巖成塊狀夾于黑色筆石頁巖之中，橫向延伸并不遠，在短距離內發生尖滅，呈透鏡體。新鮮面呈灰色，表面被風化后顏色發黃。烏拉力克組頂底均與黑色筆石頁巖為突變接觸，不存在巖性的連續過渡。礫屑灰巖內部一般不具層理和顆粒的定向構造。礫屑大小混雜，分選差，并且顆粒大小相差懸殊，最大的礫屑(出露不全)超過260cm×50cm，小礫屑可以小至0.2cm，并且與基質一起充填于大礫屑之間。礫屑含量高，多在60%～80%之間，為顆粒支撐。礫屑主要為渾圓狀礫屑和板片狀礫屑，渾圓狀礫屑磨圓好，而板片狀礫屑磨圓差，棱角明顯。礫屑灰巖成分復雜，差異明顯。根據礫屑灰巖的發育規模、顆粒大小、磨圓、礫屑主要成分等方面的差異，將礫屑灰巖分為小型礫屑灰巖、小型角礫化礫屑灰巖和大型角礫化礫屑灰巖3種類型。

2.1 小型礫屑灰巖

該類型礫屑灰巖發育于石峽谷地區烏拉力克組底部，規模小，厚度小，底面較為平整甚至平坦。礫屑多呈渾圓狀，其成分與桌子山組的灰色塊狀灰巖類似。少數礫屑呈板片狀，其成分與下伏克里摩里組的灰色薄層泥晶灰巖類似。由于渾圓狀礫屑含量高，因此總體磨圓較好。基質以灰泥基質為主，部分基質被白云化，另外還充填少量充填砂屑和生物屑。渾圓狀礫屑較小，粒徑大多數在0.5cm～2cm，板片狀礫屑多為中礫級。礫屑灰巖中礫屑含量較高，達到了60%～70%，礫屑之間排列緊密，多為點接觸，局部為線接觸甚至縫合線接觸。這種類型礫屑灰巖的沉積特征反映其為低能碎屑流成因。

2.2 小型角礫化礫屑灰巖

該類型礫屑灰巖發育于老石旦東山地區烏拉力克組中上部，規模小，厚度不大，呈透鏡體，但是底界面仍可見到一個明顯的侵蝕面，其中的礫屑以板片狀礫屑為主，角礫化明顯，含少量渾圓狀礫屑。板片狀礫屑成分與下伏克里摩里組灰巖類似，渾圓狀礫屑與下伏桌子山組灰巖類似。礫屑多在粗礫級以上。該類型礫屑灰巖的沉積特征也反映碎屑流的能量不高，但是比小型礫屑灰巖所反映的碎屑流能量要高。

2.3 大型角礫化礫屑灰巖

該類型礫屑灰巖僅發育于老石旦東山地區的烏拉力克組底部，規模壯觀，厚度大，底部有截切面。礫屑成分于下伏克里摩里組的灰色紋層狀泥晶灰巖相似，呈板片狀，內部可見細紋層；少數為深灰色棘皮灰巖，呈渾圓狀。由于板片狀礫屑占據主導地位，因此總體磨圓較差。基質成分主要為灰泥。礫屑一般在粗礫級以上，極少數甚至達到了巨礫級，最大的礫屑(出露不全)超過260cm×50cm。礫屑灰巖中礫屑含量高，在70%～80%之間。板片狀礫屑緊密相連，大部分順層分布，少數礫屑由于互相擠壓導致其傾斜，極少數甚至直立。該類型礫屑灰巖的形成與高能碎屑流有關。

3 深水沉積模式

圖1 桌子山地區中奧陶統烏拉力克組深水沉積模式圖

高振中等[10]根據斜坡坡度將碳酸鹽深水重力流沉積體系分為陡坡型、溝槽型和緩坡型3種模式，其中溝槽型模式在碳酸鹽環境中最為典型，與中等坡度的碳酸鹽斜坡有關，其平均坡度一般為2～ 4°。由于桌子山地區同生斷裂構造強度并不大，因而其所形成的斜坡坡度與溝槽型模式下的斜坡坡度相當。此外，桌子山地區重力流的分布型式、發育情況及沉積特征與溝槽型模式類似。下面，根據重力流沉積特征、大地構造特征和斜坡地形等，建立桌子山地區的深水沉積模式(見圖1)。

3.1 碳酸鹽臺地

碳酸鹽臺地為淺水環境，其邊緣主要發育生屑灘。這些生屑灘受同生拉張斷裂活動的影響后會解體，并被滑移、滑坡和碎屑流搬運至深水斜坡帶。因此，碳酸鹽臺地可以為礫屑灰巖的形成提供物質來源。

3.2 碳酸鹽斜坡

碳酸鹽斜坡為淺水碳酸鹽臺地至深水盆地之間的過渡帶，包含上斜坡和下斜坡:①上斜坡。上斜坡緊鄰臺地，相當于臺地前緣斜坡，水體淺，坡度陡；下斜坡為深水斜坡，坡度逐漸變緩，為重力流沉積物的主要沉積產所。吳勝和等[9]曾在這個地區發現了顆粒流沉積的棘皮灰巖，而顆粒流沉積的斜坡坡度最少需要 18°[13]，因此產生顆粒流沉積的上斜坡坡度較大。陡峭的上斜坡往往發育互相平行且與斜坡走向大致垂直的沖溝，是重力流沉積物的主要搬運通道，但是沉積物在其中往往發生沉積物過路，一般不發生沉積。②下斜坡。下斜坡地形逐漸變得平緩，同時發育許多垂直斜坡走向的小水道，不僅是重力流沉積的搬運通道，也是重力流沉積物的主要沉積場所。下斜坡主要發育于老石旦東山烏拉力克組下部，沉積類 型以大型角礫化礫屑灰巖為主。除了老石旦東山以外，桌子山地區其他地區烏拉力克組底部普遍發育碎屑流成因的礫屑灰巖[14]。在老石旦東山烏拉力克組底部，大型礫屑灰巖向上顆粒逐漸變小，頂部可見正粒序，可能逐漸過渡為濁流沉積。下斜坡也是顆粒流沉積的沉積場所。此外，在斜坡腳處還發育等深流沉積。

3.3 盆地邊緣

盆地邊緣主要發育于老石旦東山烏拉力克組中上部，并以濁流沉積和深水原地沉積互層出現為特征。碎屑流沉積以小型角礫化礫屑灰巖為主，其與大型角礫化礫屑灰巖相比，無論在規模，厚度和礫屑大小等方面均有明顯差距，碎屑流能量明顯遜于前者。這種差距除了與水體變深，離物源更遠以及相比下斜坡更為平坦的地形有關以外，還可能與當時誘發碎屑流沉積的構造強度不大有關。

3.4 深水盆地

由于深水盆地遠離物源區，因而沉積物以黑色筆石頁巖為主，重力流沉積不甚發育，主要分布于石峽谷烏拉力克組。在烏拉力克組底部，碎屑流形成的礫屑灰巖為小型礫屑灰巖，顆粒小，呈小型透鏡體，其中的顆粒磨圓較好，底界面平坦，反映碎屑流的能量低。這與水體深度以及深水盆地地形平坦有關，碎屑流達到石峽谷時能量已大幅度減弱。濁積巖也僅見到呈透鏡狀的細粒濁積巖，見于烏拉力克組中上部。在石峽谷地區，碎屑流沉積和濁流沉積在垂向上分布于烏拉力克組的不同部位，二者均呈小型透鏡體且相互獨立，這說明二者并沒有直接聯系且發育于不同時期。

4 結論

1)桌子山地區烏拉力克組礫屑灰巖沉積特征為顆粒大小混雜，無分選，無粒序，一般呈透鏡體狀分布；該研究區礫屑灰巖分為小型礫屑灰巖、小型角礫化礫屑灰巖和大型角礫化礫屑灰巖3種類型，其形成均與碎屑流有關，但所反映的碎屑流能量大小存在一定差異。

2)桌子山地區烏拉力克組礫屑灰巖深水沉積模式與溝槽型模式類似。碳酸鹽臺地為礫屑灰巖提供物質來源；碳酸鹽斜坡中的上斜坡為沉積物過路區，一般不發生沉積，而碳酸鹽斜坡的下斜坡處發育大型角礫化灰巖；盆地邊緣發育小型角礫化礫屑灰巖；深水盆地發育小型礫屑灰巖。

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