鄂爾多斯盆地奧陶系馬家溝組標(biāo)準(zhǔn)化層序地層學(xué)研究

摘要：應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)化層序地層理論開展鄂爾多斯盆地奧陶系馬家溝組層序地層研究。主要采用了露頭觀察和巖心描述、巖石薄片鑒定、地球化學(xué)分析及測井巖性解釋方法，確定地層巖石類型、巖相組合特征、層序地層界面特征及其位置，結(jié)合絕對地質(zhì)年齡及天文周期時(shí)限作為層序劃分主要依據(jù)。文中將馬家溝組劃分為平均時(shí)限為365 Ma的3個(gè)海平面變化層序，根據(jù)巖相組合及地層界面將各層序劃分為低位、海侵、高位及強(qiáng)制海退體系域，層序界面位于強(qiáng)制海退體系域頂界，形成于最低海平面開始上升時(shí)期，

以石鹽巖到硬石膏巖或硬石膏巖到準(zhǔn)同生泥晶白云巖的巖性轉(zhuǎn)換面為特征。研究結(jié)果表明，隨著海平面升降運(yùn)動(dòng)，碳酸鹽巖臺(tái)地上的巖性組合及變化具有明顯的規(guī)律性，突顯了應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)化層序地層理論建立的層序劃分方案的合理性和實(shí)用性。關(guān)鍵詞：層序地層標(biāo)準(zhǔn)化；強(qiáng)制海退體系域；奧陶系馬家溝組；鄂爾多斯盆地

中圖分類號：P 618.13文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

Abstract：The

standardized sequence stratigraphy theory is applied to investigate Ordovician Majiagou formation.According to kinds of data，such as outcrop，core and logs，the lithologic characteristics and litho facies assemblage characteristics combine with

absolute

geological ages and astronomical period，rejiggering the division plan about standardization of sequence stratigraphy in Ordovician Majiagou formation.The Majiagou formation can be divided into three sealevel change sequence，and according to the method of system tract fourdivision，the inside of each sequence is classified as Lowstand System Tract（LST），Transgressive System Tract（TST），Highstand System Tract（HST）and Regressive System Tract（RST）.The sequence boundary is located on the top boundary of RST，and formed when sealevel rise from the lowest level.The lithology conversion surface is from halilith to anhydrite，or from anhydrite to penecon temporaneous micritic dolomitein.Research results show that with sea level rise and drop，the rock compositions on the carbonate rock tableland and their change are of regularity.The Standardized Sequence Stratigraphy Theory provides these kinds of formations with the most reasonable and suitable division method，and it also has practical value.Key words：standardized sequence stratigraphic；regressive system tract；Ordovician Majiagou formation；Ordos Basin

0引言有關(guān)鄂爾多斯盆地奧陶系馬家溝組層序地層問題，前人開展過大量研究，提出了多套層序地層劃分方案（表1）。有些是按照馬家溝組屬于下奧陶統(tǒng)的分層方案，將馬家溝組劃分為3～5個(gè)三級層序[1-4]；還有按馬家溝組屬于中奧陶統(tǒng)的分層方案，將馬家溝組劃分為2個(gè)三級層序[5]；郭彥如等重新將馬家溝組馬一～馬二段劃分為下奧陶統(tǒng)，馬三～馬六段劃分為中奧陶統(tǒng)，并將整個(gè)馬家溝組劃分為3個(gè)三級層序[6]?？v觀多個(gè)層序劃分方案，可見主要分歧在于如何確定三級層序界面及層序個(gè)數(shù)，而根本問題是對“馬家溝組地層時(shí)代”及“三級層序時(shí)限”的認(rèn)識(shí)不一致。

標(biāo)準(zhǔn)化層序地層理論系統(tǒng)地總結(jié)、歸納和提升了傳統(tǒng)層序地層學(xué)理論及其研究成果，并且糾正了經(jīng)典層序地層理論中有關(guān)層序界面等問題的誤判，顯示出其極大的包容性和明顯的理論優(yōu)勢[13-15]。

2層序劃分基礎(chǔ)與依據(jù)孟祥化等在研究中朝地臺(tái)早古生代層序地層格局及演化過程中，根據(jù)地層、巖性、古生物、地球化學(xué)等多項(xiàng)數(shù)據(jù)，將中寒武統(tǒng)張夏組到下奧陶統(tǒng)亮甲山組（380 Ma）以及中奧陶統(tǒng)馬家溝組到上奧陶統(tǒng)背鍋山組（362 Ma）分別劃分為2個(gè)形成于自然周期的二級層序，并認(rèn)為奧陶系三級層序最佳時(shí)限應(yīng)該在34 Ma左右[16-18]。文中在此二級層序劃分的基礎(chǔ)上開展馬家溝組三級層序劃分研究。中、晚奧陶世全球二級海平面上升早期，整個(gè)華北地臺(tái)自下而上形成了由中奧陶統(tǒng)馬家溝組構(gòu)成的巨厚碳酸鹽巖夾蒸發(fā)巖的臺(tái)地相沉積建造，屬于二級層序的低位體系域及海侵體系域下半段，初次海泛面位于馬家溝組馬五段頂部。巖性變化規(guī)律顯示出二級海平面上升早期又發(fā)生了3次大規(guī)模的三級海平面升降事件，相應(yīng)地形成了3套三級層序，由于三級層序與海平面升降變化密切相關(guān)，梅冥相提出三級層序可以明確地稱為海平面變化層序[19]。

鄂爾多斯盆地奧陶系中奧陶統(tǒng)馬家溝組是一套臺(tái)地相含蒸發(fā)巖的碳酸鹽巖建造，地層巖性記錄了三級海平面升降過程，海平面低位期以蒸發(fā)鹽及云泥沉積為主，海平面高位期以灰泥、生屑及內(nèi)碎屑灰質(zhì)沉積為主，因此地層巖性及沉積與成巖結(jié)構(gòu)和構(gòu)造是劃分層序及體系域的重要依據(jù)。根據(jù)最新頒布的2016年國際地質(zhì)年表計(jì)算，對應(yīng)于大灣階和達(dá)瑞威爾階的中奧陶統(tǒng)馬家溝組的地質(zhì)年齡為116 Ma，因?yàn)槿墝有驎r(shí)限介于2～5 Ma，因此作者認(rèn)為馬家溝組應(yīng)該劃分為3個(gè)三級層序（表2）。

3層序及體系域特征按照標(biāo)準(zhǔn)化層序地層理論，三級層序的頂、底界面為強(qiáng)制海退體系域的頂界面，層序內(nèi)劃分為低位、海侵、高位及強(qiáng)制海退體系域。因此層序界面及關(guān)鍵地層界面的識(shí)別是層序劃分的關(guān)鍵問題。

31層序界面及其特征陸表海碳酸鹽巖臺(tái)地的沉積類型決定于海水深度及鹽度，巖性特征及其變化規(guī)律是識(shí)別三級層序界面、初次海泛面、最大海泛面、最大海退面等關(guān)鍵地層界面的主要依據(jù)。海平面持續(xù)下降的強(qiáng)制海退期，碳酸鹽巖臺(tái)地成為與廣海隔絕的局限臺(tái)地，澙湖得不到海水補(bǔ)給，同時(shí)強(qiáng)烈蒸發(fā)導(dǎo)致海水鹽度不斷升高，因此澙湖內(nèi)首先出現(xiàn)石膏沉積，隨后出現(xiàn)巖鹽沉積；而到海平面抬升期由于澙湖得到海水及淡水補(bǔ)充，海水鹽度大幅度降低，從而向上形成自石鹽、石膏、準(zhǔn)同生云泥到灰泥的沉積序列。因此盆地凹陷中心石鹽巖頂界（圖2）、凹陷外圍的石膏層系頂界以及盆地周邊的泥巖層頂界即構(gòu)成層序界面（圖3），是封閉澙湖與廣海環(huán)境的沉積作用轉(zhuǎn)換面。馬家溝組3個(gè)海平面變化層序的界面，自下而上分別位于馬三段、馬五段和馬六段上部。圖2是鄂爾多斯盆地東部米脂-綏德凹陷YU9井的測井巖性解釋成果圖。馬家溝組3個(gè)三級層序界面的位置可以根據(jù)地層巖性變化規(guī)律進(jìn)行確定

1）SQⅠ底界同時(shí)也是二級層序底界：位于馬一段底部，盆地其他地區(qū)露頭及巖心資料顯示其底界分布薄層濱海相石英砂巖；

2）SQⅠ頂界及SQⅡ底界：位于馬三段上部馬三3亞段石鹽巖與硬石膏巖的分界面；

3）SQⅡ頂界及SQⅢ底界：位于馬五段上部馬五3亞段石鹽巖與硬石膏巖分界面；

4）SQⅢ頂界：位于馬六段頂部泥晶白云巖與泥晶灰?guī)r的分界面，這個(gè)分界面可在露頭中識(shí)別（圖3）。不同期三級層序頂界面皆為海平面開始上升時(shí)形成的巖性分界面。

32體系域及其特征作者依據(jù)上述3個(gè)三級層序界面，將馬家溝組劃分為3個(gè)三級層序（SQⅠ，SQⅡ，SQⅢ），并應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)化層序結(jié)構(gòu)分析方法，根據(jù)地層巖性及其組合，劃分為海平面上升過程中的低位、海侵、高位正常及海平面下降過程形成的強(qiáng)制海退體系域。文中以盆地中東部米脂凹陷內(nèi)的YU9井為例描述層序、層序界面、體系域、初次及最大海泛面的特征（圖2）；以盆地中部東西向地層對比剖面為例，描述巖性自凹陷盆地邊緣的變化規(guī)律（圖3）。

321SQⅠ（馬一段～馬二段～馬三2-3亞段）1）低位體系域：由馬一段構(gòu)成。YU9井馬一段底部為下奧陶統(tǒng)亮甲山組頂部的風(fēng)化殼巖性為泥云巖，向上是鹽云巖、含云鹽巖、石鹽巖、含膏云巖；形成于早期海平面緩慢上升階段，由于海水蒸發(fā)速度高于補(bǔ)給速度，因此凹陷內(nèi)形成了厚層巖鹽，之后隨蒸發(fā)速度減小出現(xiàn)石膏沉淀物，當(dāng)海水補(bǔ)給使鹽度進(jìn)一步降低，蒸發(fā)鹽停止沉淀，海底開始沉積灰泥，其上部的巖性轉(zhuǎn)換面即為初次海泛面；2）海侵及高位體系域：由馬二段構(gòu)成，下部馬二2段以泥晶灰?guī)r及為主，屬于海侵體系域，形成于海域擴(kuò)大的海平面上升期，盆地內(nèi)以灰泥沉積為主，泥晶灰?guī)r頂部為最大海泛面；上部馬二1段由2套云斑灰?guī)r、白云巖及薄層鹽巖構(gòu)成，形成于海平面上升速度低于碳酸鹽產(chǎn)率及短期較強(qiáng)烈蒸發(fā)階段；其頂界面為強(qiáng)制海退底界面，形成于海平面開始大幅度下降及厚層蒸發(fā)鹽開始沉淀時(shí)期；

3）強(qiáng)制海退體系域：由馬三2-3亞段構(gòu)成，巖性主要為鹽巖、云鹽巖及鹽質(zhì)云巖，形成于海平面持續(xù)下降階段，由于封閉澙湖中的海水強(qiáng)烈蒸發(fā)，形成巨厚的以巖鹽為主的沉積，盆地東部米脂凹陷內(nèi)的鹽巖厚度達(dá)到150 m之多，周圍由于地表淡水的稀釋作用，過渡為膏巖、膏云巖、泥晶云巖等（圖3），以米脂-宜川為中心呈環(huán)帶狀分布。鹽巖頂部為SQⅠ層序頂界面，形成于海平面重新開始上升時(shí)期。

322SQⅡ（馬三1亞段～馬四段～馬五3段）1）低位體系域：由馬三1亞段構(gòu)成，由石膏、膏云巖及含膏云巖構(gòu)成，形成于海平面自最低位開始緩慢上升時(shí)期，由于有海水補(bǔ)充，澙湖海水鹽度降低，形成厚度較薄及分布范圍有限的低位體系域；由于早期地表淡水稀釋作用，自鹽巖、膏巖、云巖到泥云巖等各巖相帶，圍繞著凹陷中心向外呈環(huán)帶狀分布（圖3）。馬三1亞段硬石膏巖底面為SQⅡ?qū)有虻捉缑?，上部泥晶云巖頂面為初次海泛面，是海水補(bǔ)給速度超過蒸發(fā)速度時(shí)形成的巖性轉(zhuǎn)換面（圖2）；

2）海侵體系域：由馬四2亞段構(gòu)成，凹陷中部以厚層泥晶灰?guī)r為主，形成于海平面上升速度高于碳酸鹽產(chǎn)率及沉積環(huán)境由局限臺(tái)地轉(zhuǎn)變?yōu)殚_闊臺(tái)地的階段；底面為初次海泛面，上部泥晶灰?guī)r與生物擾動(dòng)構(gòu)造含云灰?guī)r之間的界面為最大海泛面，是碳酸鹽產(chǎn)率超過海平面上升速度后形成的巖性轉(zhuǎn)換面（圖2）。自凹陷中心到臺(tái)地邊緣，由于水體漸淺巖性由泥晶灰?guī)r逐漸過渡為后期云化的生物擾動(dòng)構(gòu)造云斑灰?guī)r及灰云巖，以及殘余顆粒結(jié)構(gòu)中細(xì)晶云巖（圖3）；3）高位體系域：由馬四1亞段構(gòu)成，主要由泥晶灰?guī)r、生物擾動(dòng)構(gòu)造含云灰?guī)r及云灰?guī)r構(gòu)成，形成于開闊臺(tái)地碳酸鹽產(chǎn)率大于海平面上升速度階段，碳酸鹽巖隆頂界與海平面同步上升，在沉積物沿巖隆斜坡不斷前積的作用下，海岸線向盆地內(nèi)推進(jìn)，引起海平面高位期的正常海退；頂界面是上部硬鹽巖層底界，形成于海平面開始持續(xù)下降階段；4）強(qiáng)制海退體系域：由馬五10亞段～馬五3亞段構(gòu)成，巖性以石鹽巖、薄層硬石膏巖、鹽云巖、含鹽云巖及云巖構(gòu)成（圖2），形成于海平面持續(xù)下降、開闊臺(tái)地轉(zhuǎn)化為局限臺(tái)地、沒有海水補(bǔ)給及海水強(qiáng)烈蒸發(fā)階段。圍繞凹陷中心向外形成由鹽巖、膏巖、泥晶云巖及泥質(zhì)巖構(gòu)成的巖相環(huán)帶（圖3），馬五3亞段上部石鹽巖頂面為強(qiáng)制海退體系域頂界，也是SQⅡ?qū)有蝽斀?。在志留到早石炭世的表生作用階段，由于臺(tái)地凹陷區(qū)地層埋深大，潛水面之下的蒸發(fā)巖層系得以保存，但自凹陷向臺(tái)地邊緣淡水溶蝕及去膏云化作用逐漸強(qiáng)烈，形成分布廣泛的巖溶角礫巖。據(jù)巖性組合特征及變化規(guī)律，可進(jìn)一步劃分出馬五10～馬五9、馬五8～馬五7、馬五6～馬五5、馬五4～馬五3亞段4個(gè)形成于四級海平面變化周期的準(zhǔn)層序組，其中馬五6～馬五5亞段形成于規(guī)模最大的四級海平面變化周期，馬五5亞段以淺海泥晶灰?guī)r為主，馬五6亞段則以潟湖蒸發(fā)巖為主。

323SQⅢ（馬五2亞段～馬六段）1）低位體系域：由馬五1-2亞段構(gòu)成，馬五2亞段巖性為硬石膏巖，馬五1亞段巖性以準(zhǔn)同生白云巖為主，形成于海平面緩慢上升并低于海水蒸發(fā)速度，但水體鹽度明顯降低階段，沉積環(huán)境為半局限臺(tái)地及蒸發(fā)臺(tái)地。馬五1亞段頂部泥晶白云巖與馬六段泥晶灰?guī)r的分界面為初次海泛面，也是中-上奧陶統(tǒng)二級層序低位體系域頂部的初次海泛面；奧陶系上部地層自南向北、自東至西剝蝕強(qiáng)度逐漸增加，馬五1-2亞段殘余地層主要分布于盆地中部及東南部地區(qū)，除凹陷中心之外，馬五2亞段以雜色去膏化巨晶灰?guī)r為主，馬五1亞段以巖溶角礫云巖為主，由于淡水溶蝕及混合水重結(jié)晶作用，成為溶孔和晶間孔共存的良好儲(chǔ)層，其中夾多個(gè)火山沉積凝灰?guī)r層，以馬五14小層底部的凝灰?guī)r最典型，表明當(dāng)時(shí)盆地周邊有頻繁的火山活動(dòng)；

2）海侵-高位體系域：由馬六2亞段構(gòu)成，完整的馬六段分布于盆地西、南緣，盆地內(nèi)殘余地層主要分布于東南部。馬六2亞段下部的巖石類型以泥晶灰?guī)r為主，為海侵體系域，頂面是最大海泛面；上部以生物擾動(dòng)構(gòu)造含云灰?guī)r、云灰?guī)r及顆粒灰?guī)r為主，屬于高位體系域，頂部與泥質(zhì)巖層的分界面為海平面開始下降形成的巖性分界面。

3）強(qiáng)制海退體系域：由馬六1亞段構(gòu)成，馬六1亞段相當(dāng)于過去劃分的馬七段，盆地內(nèi)部剝蝕殆盡，露頭主要分布于盆地南部富平金粟山一帶[20]，野外露頭顯示馬六1亞段以云斑灰?guī)r、豹皮云巖、內(nèi)碎屑云灰?guī)r等，夾陸源泥質(zhì)沉積。形成于三級海平面持續(xù)下降，沉積環(huán)境推測以蒸發(fā)臺(tái)地為主臺(tái)地邊緣以碳酸鹽巖重力流沉積為主，水體鹽度趨于正常，未見蒸發(fā)巖沉積。上部豹皮灰?guī)r與泥晶灰?guī)r分界面為海平面再次上升形成的SQⅢ頂部層序界面。其上泥晶灰?guī)r為上部上奧陶統(tǒng)第一個(gè)三級層序的低位體系域，頂部與平?jīng)鼋M深水筆石頁巖的分界面為其初次海泛面。

4結(jié)論標(biāo)準(zhǔn)化層序地層理論提供了一個(gè)統(tǒng)一的并具有廣泛包容性的層序劃分框架，確定了在海平面升降過程中，有6個(gè)因沉積作用轉(zhuǎn)換而形成的地層界面，明確提出了將海平面開始上升時(shí)形成的強(qiáng)制海退體系域頂界面做為層序界面；以海平面升降過程中的低位正常海退、海侵、高位正常海退、強(qiáng)制海退階段為時(shí)間段，進(jìn)行層序結(jié)構(gòu)分析并將層序劃分相應(yīng)的4個(gè)體系域。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化層序地層理論，建立了馬家溝組標(biāo)準(zhǔn)化層序地層劃分方案，明確了馬家溝組隸屬于中奧陶統(tǒng)，地層年齡約116 Ma，劃分為3個(gè)平均時(shí)限為387Ma的三級層序，分別為SQⅠ（馬一段～馬三2亞段）、SQⅡ（馬三1亞段～馬五2亞段）、SQⅢ（馬五1亞段～馬六段）；各層序根據(jù)巖性組合劃分出4個(gè)體系域，分別為低位正常海退、海侵、高位正常海退及強(qiáng)制海退體系域；層序界面位于強(qiáng)制海退體系域頂部，以最低海平面開始上升形成的巖性轉(zhuǎn)換面為標(biāo)志。重新建立的馬家溝組標(biāo)準(zhǔn)化層序地層劃分方案，理順了馬家溝組碳酸鹽巖及蒸發(fā)巖層系內(nèi)反復(fù)更迭的巖性及其組合，合理地解釋了在海平面升降及埋藏成巖過程中形成的各類巖石及其組合的成因機(jī)理。研究結(jié)果顯示了標(biāo)準(zhǔn)化層序地層理論的優(yōu)越性及層序和體系域劃分方法的合理性和實(shí)用性。

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