关于鄂尔多斯地区早古生代沉积相及沉积演化研究沉积体系是与沉积环境和沉积作用相关的沉积相的集合体,也就是有成因联系的沉积相在空间上构成的三维地层单元沉积体系的概念和分析方法是在瓦尔特相律和相模式的基础上发展完善起来的沉积体系在纵向上被不整合面或相变面所限定,构成一个完整的充填块体,是盆地形成、充填和演化的产物,反映了盆地的构造背景、性质及演化鄂尔多斯中新元古代先后形成了裂陷浅海石英砂岩和浅海碳酸盐岩沉积,早古生代,其进入克拉通盆地稳定发育时期,形成了一套海相碳酸盐岩夹碎屑岩建造广大的本部地区属华北海范畴,西南侧受秦祁海槽和贺兰拗拉槽的控制鄂尔多斯边缘活动经历了被动大陆边缘和主动大陆边缘两大构造发育阶段[1,2,3,4,5,6,7]因此,不同地质历史时期、不同地区的古环境差异较大,发育的沉积体系也有一定差异[8,9,10,11,12,13]1、沉积体系类型依据鄂尔多斯下古生界的沉积层序、岩石特征、沉积构造、古生物特征等,结合测井、地震及其他区域的地质特征,将其下古生界主要划分为海岸沉积体系、碳酸盐台地沉积体系、台地边缘沉积体系和深水斜坡海槽沉积体系[6,14,15,16,17,18]1.1海岸沉积体系海岸沉积主要发育在鄂尔多斯的中、下寒武统。
海岸沉积又可分为无障壁海岸沉积和障壁海岸沉积滨海沉积体系是正常浪基面到最大潮面之间的滨海带,或称海岸带,主要的水动力来源为波浪和潮汐作用由于该区域的水动力和水化学条件以及海岸地形的多样性,使得该体系的沉积相组合较为复杂根据海岸线的发育情况以及波浪和潮汐作用的相对强弱,滨海沉积体系可分为无障壁海岸和障壁海岸无障壁海岸即海岸线较平直、向海没有障壁岛的遮挡、海水循环良好的开阔的海岸带,发育广阔的滨海平原,主要受波浪作用影响,水动力条件较强;按照水动力和沉积物特征,可进一步划分为砂质或砾质高能海岸和粉砂淤泥质低能海岸鄂尔多斯下古生界为开阔的陆表海,随岸线变迁,可形成宽厚的砂质海岸沉积;按海岸地貌可以继续划分出海岸沙丘、后滨、前滨和近滨等无障壁海岸沉积主要分布于中下寒武统的辛集组、苏峪口组和中奥陶统的三道坎组等,岩性以石英砂岩为主,分选和磨圆度较好,成分和结构成熟度较高,发育羽状层理、槽状交错层理、板状交错层理、冲洗交错层理、平行层理等,尤以大型的冲洗交错层理为其典型标志障壁海岸的海岸线曲折,向海发育较多的障壁,如砂坝、颗粒滩等由于障壁的遮挡,使近岸海域与大洋呈半连通状,向岸一侧处于半局限或局限环境,水动力条件以潮汐为主,向海方向依次发育潮坪→潟湖→障壁岛复合沉积体系。
障壁海岸沉积主要分布于中下寒武统的五道淌组、朱砂洞组、陶思沟组和馒头组等,以泥岩、砂岩和碳酸盐岩或混合沉积为主,发育羽状交错层理,压扁、波状和透镜状层理等,具干裂、虫孔、蒸发岩等暴露标志1.2碳酸盐台地沉积体系碳酸盐台地沉积体系是鄂尔多斯下古生界分布最广的一个沉积类型,广泛分布于寒武系和奥陶系,基本上由灰岩和白云岩及部分蒸发岩类组成,碎屑岩不发育下古生界发育有陆表海台地和陆缘海镶边台地两种类型,其中陆表海台地主要分布于区内的中上寒武统和中下奥陶统,其特征是地形相对平坦、水体较浅、展布范围较广镶边台地主要分布于鄂尔多斯西南缘的上奥陶统,以发育高能的台地边缘礁滩相为典型特征根据古地理位置和水动力条件,碳酸盐台地相可以进一步划分为蒸发台地亚相、局限台地亚相和开阔台地亚相1.2.1蒸发台地亚相其通常位于海平面以上的低能带,海水循环差,能量较弱,由于气候干旱,水体蒸发量大,含盐度很高当海水进一步干化浓缩,水域缩小,水体变浅,盐度达到石膏可以沉淀的程度在这种浅而静滞的高盐度卤水中,可形成盐岩及夹纹层状石膏的碳酸盐岩,常常形成咸化潟湖和潮间潮上的膏云坪,其特征是膏盐岩和含膏盐白云岩以及粉晶白云岩交互成层,是局限海台地一类比较特殊的沉积环境。
该相带主要分布于鄂尔多斯中东部,层位上主要见于马家沟组马一段、马三段、马五段它是马家沟期海进阶段中的相对海退期,包括了潮上泥云坪、萨勃哈及潮间云坪等微相蒸发台地主要的岩石类型为层状的石膏和盐岩、准同生的泥粉晶白云岩、含膏云岩以及膏盐溶角砾岩等,沉积构造以浅水暴露标志为主,常见泥裂、鸟眼、垂直虫孔、膏盐假晶等,生物化石稀少在垂向上,其常形成向上变浅、变薄、变咸的旋回层序蒸发台地相的测井响应主要表现为:自然伽玛曲线整体呈高值,微齿状起伏;声波曲线较为平直,呈极小锯齿状起伏;体积密度曲线整体呈高值,石膏为最高值,盐岩为低值;电阻率高1.2.2局限台地亚相其广泛分布于陆表海台地沉积之中,是构成台地沉积体系的主要相带之一由于受古陆、水下隆起或台地浅滩等遮挡的影响,通常海水局限,循环不畅,水动力较弱,以发育潮坪-潟湖沉积为特征,尤其是以潮间坪-潮上坪为主其沉积环境相对较为封闭,海水流通不畅,盐度通常较高,生物种类稀少,以窄盐度生物为主潟湖为局限海台地内相对低洼的区域该相带中各种浅水暴露构造趋多,而膏(盐)湖是奥陶系马家沟组较为发育的一个相类型其主要位于台地内部榆林—米脂和南部的宜川—富县一带;其形成是由于台地内部受中央古隆起及台缘滩的控制,水体不通畅,在干旱气候条件下,蒸发量大于海水补给量;其主要由蒸发相白云岩、膏岩、盐岩、盐溶角砾岩组成。
潮坪发育在波浪能量低、具明显潮汐周期的平缓倾斜的海岸地区一般来说,潮坪是由被潮道和潮沟所切割的平原组成的,它可分出潮上带、潮间带和潮下带,主要部分是潮间带,也称潮间坪因为潮坪的地形坡度极为平缓,潮坪上潮汐水位升降的幅度(即潮差)一般为2～3m,最大可达10～15m,故在平面上可出现相当宽阔的潮间带在潮间坪的高潮线附近,是一个低能环境,泥质沉积为主,称为“泥坪”或“高潮坪”;低潮线附近能量高,以砂质沉积为主,称为“砂坪”或“低潮坪”;二者之间的过渡地带,能量中等,具砂泥质沉积,称“混合坪”或“中潮坪”潮坪的潮上部分称潮上坪,发育沼泽和盐坪潮坪的潮下部分主要被潮汐水道、水下砂坝和砂滩所占据潮坪沉积也可分为浑水和清水两种沉积类型前者以陆源碎屑沉积为主,后者以碳酸盐沉积为主浑水潮坪以黏土岩、粉砂岩、细砂岩为主,砾岩极少见在平面上,由海向陆,沉积物粒度呈由粗变细的带状分布在潮下带的潮汐通道内,因潮流作用强、能量高,沉积物以砂为主,形成水下砂坝、砂滩,并常富含生物介壳和泥砾潮间坪上,从海向陆,由较纯的砂质沉积过渡为泥质沉积,从而形成了砂坪、砂泥混合坪和泥坪潮上坪若发育有沼泽,可有泥岩沉积;干旱气候带的潮上坪可形成盐沼、盐坪,可有石膏等蒸发盐类沉积。
清水潮坪以碳酸盐沉积为主潮上带长期出露水面,海水蒸发量大,盐度高,发育纹层状准同生白云岩、泥质白云岩沉积,层薄色浅,泥质含量较高,潮湿环境多藻席,干旱环境多石膏潮间带主要发育藻坪、云坪、泥云坪及潮汐沟的砾屑碳酸盐岩沉积;沉积物以各种灰泥和颗粒灰岩或云岩为主,叠层石发育,潮汐沟发育潮道的砾屑灰岩、砂屑灰岩沉积低能潮下带主要以灰泥质生物灰岩、含灰泥的内碎屑灰岩以及球粒灰泥灰岩为主,高能潮下带主要为亮晶颗粒石灰岩沉积潮坪沉积构造类型多样泥坪上多见水平纹层或水平波状纹层,混合坪上多具脉状、波状、透镜状层理(见图1A),系由涨落潮时形成的沙波与平潮期的泥质沉积组合而成由于暴露地表,干裂、雨痕、冰雹痕、鸟眼、泥皮、足迹、爬痕、虫孔等发育,干燥气候条件下的泥坪上可见石膏及盐类晶体砂坪上常出现由多次涨潮造成的羽状交错层理,这是潮坪沉积的重要标志之一在潮下带的潮汐通道内可见大型流水交错层理、羽状交错层理等潮坪沉积主要发育在鄂尔多斯西南缘的中下寒武统和中下奥陶统台地潮坪以碳酸盐岩沉积为特征,且多由海退沉积序列组成,一般由潮间带的灰云坪、云坪、颗粒滩向上过渡为潮上带的泥云坪、膏云坪等,局部出现萨布哈局限台地相的测井响应主要表现为:自然伽玛曲线整体呈低值,微齿状起伏;声波曲线为中低值,呈极小锯齿状起伏;体积密度曲线整体呈高值,石膏为最高值,盐岩为低值;电阻率高,是区域上利用测井对比地层的一个明显标准层。
1.2.3开阔台地亚相开阔台地深度为几米到几十米,与广海相连,海域广阔,海水循环比较好,能量中等,盐度正常,宜于各种生物生长,以广盐度生物为主沉积界面在平均低潮面与浪基面之间,水较浅在近岸及浅水区是颗粒灰岩沉积物,远岸过渡为粒泥灰岩及生物泥晶灰岩沉积物在剖面上表现为由高能量的颗粒灰岩到低能量的泥晶灰岩;伴随着海水钟摆式的动荡,会形成高、低能量交互出现的沉积序列该相带无论是在地域上还是层位上,都是鄂尔多斯地区最为发育的类型其主要岩石类型为各种颗粒石灰岩及泥晶灰岩,如生物碎屑颗粒灰岩、砂屑灰岩、竹叶状灰岩、灰泥灰岩、生物泥晶灰岩、泥晶藻灰岩等,但以颗粒灰岩为主,其余类型的灰岩是台内洼地形成的,有时还有一些陆源碎屑的透镜体或薄层,一般为厚层状,层理不发育(见图1B)常见的生物群很丰富,有大量的生物碎屑,如三叶虫、介形虫、软体生物、有孔虫、腕足类、腹足类、菊石、棘皮动物碎屑等(见图1C)开阔海台地相的测井响应主要表现为:自然伽玛曲线整体呈低值,微齿状起伏;声波曲线为中低值,呈极小锯齿状起伏;体积密度曲线整体呈高值;电阻率高1.3台地边缘沉积体系台地边缘即浅水台地与深水斜坡之间的转折部分,即台地镶边。
空间上它们多沿台地边缘呈条带状或链状断续分布,受台地、深水盆地的同生断裂控制其处于台地的外侧,面向广海,海水动荡,水体能量高,但温度和盐度正常,适于生物生长台地边缘沉积体系包括了台地边缘浅滩、台地边缘生物礁和台地前缘斜坡亚相1.3.1台地边缘浅滩其位于开阔海台地边缘浅水高能带,主要发育滩、准滩和雏滩浅滩水深从5～15m到高出水面,海水循环良好,氧气充足,盐度正常,但由于底质处于移动状态,故不适于海洋生物栖息繁殖它面向广海一侧有生物礁或无生物礁发育岩性以亮晶颗粒灰岩为主,还包括泥质灰岩、泥晶颗粒灰岩等颗粒以砂屑和生屑为主,颗粒磨圆度较高,分选较好,常见鲕粒灰岩及包粒灰岩,反映了清澈动荡和浑浊低能的沉积环境交替出现造滩生物以腕足类和海百合为主,生物滩沉积物中,颗粒体积分数可达80%～90%,原地生物很少,大部分为大型腹足类、双壳类化石碎片,且定向排列此外,颗粒灰岩含有丰富的藻类,如褐藻、孔层藻及绿藻等浅滩相一般都以浅海相粉泥屑生屑灰岩为基座,由此向上造滩,颗粒含量逐渐增多,最后为主滩1.3.2台地边缘生物礁生物礁是由造礁生物形成的、具有一定抗浪能力和地貌高度的碳酸盐沉积体,按其平面形态可分为线状礁和点状礁两大类。
线状礁又可分为礁前、礁坪和礁后3部分:礁前是一个陡坡,造礁生物在其上部造礁并发生生态分带,该区是生物礁生长和原地堆积最主要的部位,3类礁灰岩随礁的分带性呈现规律性变化;礁坪水深一般不超过1～2m,以来自前方被打碎的礁屑沉积物为主,可含有原地生长的造礁生物;礁后以来自于附近礁坪更细的礁屑沉积物为主点状礁可划分出礁核、礁翼和礁间3个部分:礁核通常是结核状或扁豆状的碳酸盐块体,由礁灰岩组成;礁翼为层状灰质砾岩或砂岩,由礁核向外倾斜变薄;礁间则为正常浅水的灰岩和页岩规模较大的线状礁(堤礁或堡礁)通常发育在开阔台地的边缘,为台地边缘生物礁;点状礁多见于较低能的环境,如开阔海台地或陆棚内的斑礁(见图1D)1.3.3台地前缘斜坡台地前缘斜坡位于台地前缘的向海斜坡带,斜坡角度不等,通常大于30°;沉积物主要由各种碎屑组成,横向上很不稳定,近台地一侧粒度较粗,以角砾岩为主,向广海方向粒度逐渐变细台前斜坡在鄂尔多斯的边缘广泛分布,主要分布于西缘的中上寒武统和西南缘的中上奥陶统;在不同时期和不同的区域,其岩石组合类型大不相同,如内蒙乌海桌子山中上寒武统,以碳酸盐重力流和薄层泥质条带灰岩沉积为主,而在陇县背锅山组则以砾屑灰岩为主,富平赵老峪组以碳酸盐碎屑流和薄层灰岩为特征。
台前斜坡除正常的斜坡沉积物外,以发育碳酸盐的滑。