内蒙古锡林浩特-阿鲁科尔沁地区林西组岩相古地理特征

邱余波 , 伊海生, 蔡占虎, 刘俊平,张虎军, 王强强, 梁金昌, 韦 栋

(1.成都理工大学 a.核技术与自动化工程学院, b.沉积地质研究院,成都 610059；2.核工业二一六大队，乌鲁木齐，830011；3.吐哈油田公司，新疆 鄯善 838202)

内蒙古锡林浩特-阿鲁科尔沁地区位于大型含油气盆地——松辽盆地外围的西南部。以前的油气研究工作重点集中在松辽盆地内的大庆、松原等地，而对这一区域的油气成藏潜力却较少关注。近年来，随着地质工作的深入进行，一系列的石油地质调查表明，该区域的上二叠统林西组具有较大的生烃潜力[1-4]。由于对锡林浩特-阿鲁科尔沁地区林西组沉积体系及岩相古地理特征缺乏整体、系统的研究[5-6]，目前对林西组各类烃源岩的分布规律尚不清楚，进而制约了油气勘探工作的深入进行。本文以实测露头剖面资料为基础，结合区域地质资料，对区内林西组存在的各种沉积相，以单因素分析多因素综合的作图法，根据不同位置林西组剖面的岩性、砂泥比等因素，编制了林西组的岩相古地理图，目的是预测有利烃源岩分布区域及生烃拗陷的位置，为该区域林西组油气勘探提供理论依据。

1 区域地质背景

锡林浩特-阿鲁科尔沁地区地理位置在北纬43°20′～45°30′，东经115°30′～120°30′；行政区划主要在内蒙古东部地区，东起阿鲁科尔沁旗，西到锡林浩特市以西，南抵巴林右旗，北达东乌珠穆沁旗，总面积约100 000 km2(图1)。

中国东北地区地处西伯利亚板块、华北板块和太平洋板块所夹持的区域, 经历了晚古生代陆块会聚和中-新生代大陆边缘构造的叠加与转换过程[7-9]。研究区位于西拉木伦缝合带以北的兴安-松嫩地块的西南部，闭合于早、中泥盆世的二连-黑河缝合带将研究区分为南、北两部分，南部为松辽-锡林浩特微地块，北部为大兴安岭增生带[10-13]。大兴安岭增生带与松辽-锡林浩特微地块拼合于二连-黑河缝合带以后，在石炭-二叠纪期间，发生了大规模的裂陷。其中林西裂陷带的规模巨大，向东可延至吉中和延吉，向西可延至二连和蒙古南部直至天山[14]。研究区内巨厚的石炭-二叠系半深海相沉积正是在这一时期形成的。

图1 锡林浩特-阿鲁科尔沁地区交通位置图Fig.1 Traffic map of the Xilinhaote-Alukerqin area

对林西组地层的划分，目前仍存在一定的争议。在1968年进行的刘家营子幅1∶200 000区域地质矿产调查将其确定为林西组以后，此后的研究者对该套地层或者是做了不同程度的拆分，或者是对周围相近的地层做了相应的对比、组合，这就导致不同的学者在研究林西组地层时，会存在不同的观点和结论[15-21]。由于目前对1∶200 000区调报告中厘定的林西组地层争议较少，因此本文以1∶200 000区域地质矿产调查成果为基础，以图幅中出露的林西组(C3l)为主要研究对象，以横向出露的相近层系(C3)为辅助，对研究区林西组的沉积特征进行全面、细致的研究。考虑到目前大多数学者都把林西组划属上二叠统(P3l)，因此本文也将其划为上二叠统。研究区与周边地区地层对比情况如图2所示[22]。

2 沉积相分析

通过对野外露头剖面的实测以及前人研究资料的收集、整理，对剖面上和区域上的岩石类型、发育的沉积构造及其组合特征进行详细研究，发现林西组沉积时期研究区存在同期异相的沉积特征。在研究区的东部与西部同时存在一个碳酸盐台地沉积体系，而在南部、北部和中部地区为碎屑岩沉积体系；包括碳酸盐台地、三角洲、浅海陆棚和深水盆地4种沉积相(表1)。其中三角洲沉积在研究区广泛发育，以塔宾庙林场和白音华剖面最为典型(图3)。

图2 研究区及周边地区二叠系地层对比图Fig.2 Stratigraphic correlation chart of Upper Devonian-Upper Permian in study area and its surrounding regions

表1 锡林浩特-阿鲁科尔沁地区林西组沉积相、亚相、微相划分Table 1 Classification of sedimentary facies, subfacies and microfacies of Upper Permian Linxi Formation in the Xilinhaote-Alukerqin area

图3 研究区林西组沉积相综合柱状图Fig.3 Synthetic column map of sedimentary facies of Upper Permian Linxi Formation in study area

2.1 碳酸盐台地相

碳酸盐台地相主要分布在研究区西部的锡林浩特和研究区东部的阿鲁科尔沁旗地区，以阿鲁科尔沁旗光明营子剖面和锡林浩特塔布陶勒盖剖面为代表。

东部碳酸盐台地相区的岩性以生物碎屑灰岩为主，其中生物碎屑灰岩为肉红色，风化面呈黄灰色，中厚层-块状产出；生物碎屑主要有海百合茎秆、双壳类、珊瑚类化石，杂乱排列，并具有一定磨圆，呈次棱角状-次圆状产出(图4-A)。此外，在剖面中可见大量碳酸盐岩角砾，且角砾具有软变形(图4-B)。由此可推断该区可进一步分为台地边缘生物礁和台地前缘斜坡2个亚相。

西部碳酸盐台地相区的岩性以藻灰岩、团块灰岩为主，其中藻灰岩呈灰白色薄-中层的纹层状产出，单层厚度5～30 cm不等，藻丝体沿层面产出，杂乱排列，局部间夹生物碎屑灰岩(图4-C)。而团块灰岩呈灰白-灰褐色、薄-中层状产出，单层厚1～40 cm，岩石含较多的生物团块，团块呈深灰黑色，含量(面积分数)约为45%(图4-D)。由此可推测该区在晚二叠世应处于温暖、浅水的碳酸盐台地潮坪环境，为碳酸盐台地潮坪亚相沉积。

2.2 三角洲相

三角洲相主要分布在研究区中-北部，以白音华、塔宾庙林场剖面最为典型，其次为罕乌拉东剖面。根据实测的塔宾庙林场剖面，从底到顶可分为三角洲平原、三角洲前缘和前三角洲3个亚相，并可进一步分为水上分流河道、水下分流河道、分流间湾等微相(图3)。

三角洲平原可以进一步划分为水上分流河道、天然堤、分流间湾等微相(图5)。三角洲平原亚相主要由河道砾岩构成，杂基支撑，磨圆度好，呈次圆状-圆状；分选差，砾径为5～15 mm者为常见，最大可见10 cm；砾石成分有石英、变质粉砂岩、灰岩、板岩等；砾石的质量分数约为60%；砾岩多呈透镜状，下凸上平，为典型河道砾岩特征。河道宽度>5 m，深约2 m，局部可见分支河道。砾石排列具一定方向性，可见到古河道侧向迁移现象。

三角洲前缘可划分为水下分流河道、水下天然堤，以及分流间湾(图6)。三角洲前缘亚相主要为一套泥质粉砂岩与粉砂质泥岩不等厚互层，其砂泥比介于5∶1～1∶1之间。泥质粉砂岩为深灰色，粉砂质结构，中-厚层状产出，侧向延伸稳定，见水平层理。粉砂质泥岩呈灰黑色，泥质结构，薄层状产出，露头延伸稳定，粉砂岩中可见脉状层理等。

前三角洲的岩性主要以深灰色泥岩为主，含少量的粉砂质泥岩以及薄层的粉砂岩。其中粉砂质泥岩夹有透镜状泥灰岩，还可见砂岩透镜体，发育平行层理。

图4 碳酸盐台地相各种灰岩Fig.4 Different kinds of limestone from the carbonate platform facies(A)肉红色生物碎屑灰岩; (B)碳酸盐岩角砾; (C)灰白色藻灰岩; (D)灰黑色团块灰岩

图5 三角洲平原亚相Fig.5 Delta plain subfacies

图6 三角洲前缘亚相Fig.6 Delta front subfacies

2.3 浅海陆棚相

浅海陆棚沉积主要发育在研究区的南部，以官地-翟家沟剖面和林西神陀山庄剖面为代表。

在官地-翟家沟剖面中，浅海陆棚相的岩相类型包括页岩、泥质板岩、粉砂质板岩等。页岩为深黑色，薄层-极薄层状产出，发育水平层理。泥质板岩多呈灰黑色，薄-中层状，板状构造，具轻微变质现象。粉砂质板岩为深灰色，中-厚层状产出，岩石致密而坚硬，硅质胶结，地貌上呈正地形。另外，地层中可见大量植物化石碎片，以芦木为主[23]，代表典型陆棚沉积环境。

根据岩性特征垂向上的变化，陆棚相分为浅水内陆棚和深水外陆棚亚相。浅水内陆棚可进一步划分为砂坝与洼地2个微相，砂坝微相包括杂砂岩、粉砂岩及含砾粗砂岩；洼地微相主要为泥质岩及硅质岩。浅水内陆棚亚相沉积总体颜色较浅，以灰色、黄灰色为主(图7，官地-翟家沟剖面)；外陆棚水体较深，沉积物以细粒为主，主要岩性为泥质页岩与粉砂岩及硅质岩，颜色较深，以灰黑色为主。岩层多呈中薄层状，有机质含量较高，侧向延伸较好，发育水平层理。

图7 浅水内陆棚亚相Fig.7 Shallow-water inner shelf subfacies

2.4 深水盆地相

深水盆地相区分布于锡林浩特东南至林西以北一直到巴林右旗以东一带，以锡林浩特东南秘鲁特剖面和林西北统部北剖面为典型代表，岩相组合包括泥质板岩、碳质板岩(图8)、硅质板岩等，岩石普遍轻微变质。其中碳质板岩以黑色、灰黑色为主，变余结构，鳞片状构造，有机质含量较高，侧向延伸稳定，呈连续产出。硅质板岩呈深灰色，变余结构，板状构造，岩石致密而坚硬，薄-中层状产出，单层厚为5～20 cm。剖面整体岩性变化不大，以泥质岩为主，颜色较深，反映沉积过程中沉积环境为水体滞留、缺氧的深水盆地。

2.5 沉积相二维横向展布特征

在单剖面沉积相分析的基础上，为了恢复研究区的区域古沉积环境，确定沉积环境在时间、空间的分布格局及演化过程。由于东西部的碳酸盐沉积体系以及中间的碎屑岩沉积体系分布格局比较清楚，而南北向的碎屑岩沉积体系分布格局尚不明朗，因此本次研究在工作区的南北方向上，选取了神陀山庄剖面(ST)-林西县剖面(LX)-官地-翟家沟剖面(GD)-老房身剖面(LF)-塔宾庙林场剖面-(TB)罕乌拉剖面(HW)进行沉积相的二维横向展布特征的分析(图9)。从南北向的二维横向剖面可以看出，该剖面的中部为巨厚的暗色泥板岩深水盆地沉积。在深水沉积的北部为三角洲沉积。三角洲沉积还进一步发育有前三角洲、三角洲前缘、三角洲平原等亚相。在深水沉积的南部为浅海陆棚沉积，进一步发育有深水外陆棚、浅水内陆棚沉积。

3 岩相古地理特征

3.1 资料收集及处理

岩相古地理图编图数据主要来自野外实测剖面和室内收集剖面，其中收集的剖面有5个，分别为巴依特呼都阁北剖面(NBY)、阿塔山剖面(ATS)、白音布统三座山剖面(BYB)、四方城剖面(SF)、扎宾道包格剖面(ZB)；野外实测的剖面有22个，分别为锡林浩特地区的巴依特呼都阁剖面(BY)、塔布陶勒盖剖面(ATB)、秘鲁特剖面(BL)、坳日格勒敖包剖面(ARI)、种畜场东石灰窑剖面(ZC)、包根乌拉乌剖面(BJ)，林西及周边地区的统部北剖面(NTB)、统部阿斯哈图石林剖面(BTB)、白音查干恩铁敖包剖面(CBY)、官地-翟家沟剖面(GD)、林西县北东剖面(LX)、热水公社剖面(RS)、神陀山庄剖面(ST)，巴林右旗地区的巴林右旗东大韩营子剖面(YBL)，西乌珠穆沁旗东部地区的老房身剖面(LF)、石硼沟剖面(SP)、塔宾庙林场剖面(TB)、白音华北西剖面(BYH)、罕乌拉东剖面(HW)，阿鲁科尔沁好劳保剖面(HL)、阿鲁科尔沁旗北东光明营子剖面(ZG)，以及东乌珠穆沁旗地区的哲尔格勒剖面(ZE)。

图8 深水盆地相灰黑色碳质板岩Fig.8 Gray-black carbonaceous slate in deep basin facies

图9 锡林浩特-阿鲁科尔沁地区林西组南北向沉积体系对比图Fig.9 Comparison of the sedimentary systems from south to north of the Upper Permian Linxi Formation in the Xilinhaote-Alukerqin area

图10 锡林浩特-阿鲁科尔沁地区林西组实际材料图Fig.10 Factual data map of the Upper Permian Linxi Formation in the Xilinhaote-Alukerqin area

岩相古地理编图是以1∶500 000地理图作为工作底图，并进行了适当的简化(图10)。

3.2 岩相古地理特征

3.2.1 岩相结构平面展布特征

实际材料图是在剖面点分布图的基础上，用卡奔软件把各剖面的分层岩性以柱状图的形式绘制出来，然后把每个剖面对应的柱状图放在剖面点位旁边，这样就能很直观地观察每个剖面的岩性岩相变化情况。从实际材料图可以很清楚地看到(图10)，研究区的东部和西部为碳酸盐岩沉积，中间有一条泥板岩沉积带，而北部的多个剖面可以见到砾岩沉积，南部的剖面主要为砂、泥岩沉积。

3.2.2 砂泥比平面展布特征

本区的剖面多是出露不全，未见顶底，所统计的砂泥比值与实际情况有所偏差；但是结合前面的沉积相分析以及剖面岩相的平面展布特征，对建立研究区的岩相古地理格局仍具有一定的参考价值。

从砂泥比等值图可以看出(图11)，除东西两边的碳酸盐台地外，研究区中部剖面的砂泥比值较低，为深水的厚层泥板岩沉积，往南砂泥比值变化的趋势是逐渐增大，往北砂泥比值也是逐渐增大的趋势，说明南北方向上为浅海或者海陆过渡环境。

图11 锡林浩特-阿鲁科尔沁地区林西组岩相古地理图Fig.11 Lithofacies-paleogeographic map of the Upper Permian Linxi Formation in the Xilinhaote-Alukerqin area

3.2.3 岩相古地理空间展布

综合前面的分析，把锡林浩特-阿鲁科尔沁地区的林西组划分为5个相区，包括西部锡林浩特和东部阿鲁科尔沁碳酸盐台地相区，北部西乌旗三角洲相区和中部深水盆地相区以及南部的浅海陆棚相区(图11)。

西部碳酸盐台地相区，以ATB、BY、ZC剖面为代表，以出露深灰色泥晶灰岩、生物碎屑灰岩为特征，夹泥岩、板岩。其中锡林浩特东石灰窑剖面(ZC)，向东延伸进入深水盆地，可能呈狭长的岛状，南北两侧短距离相变为深水相泥岩和板岩，据此推断这一地区的碳酸盐台地与盆地之间为一陡峻斜坡或断崖式斜坡。东部碳酸盐台地相区岩性以生物碎屑灰岩为主。该区可进一步分为台地边缘生物礁和台地前缘斜坡2个亚相。

西乌旗到哈日根台及其北部地区，林西组发育一套巨厚的砂泥岩夹含砾岩沉积，其沉积特征可以塔宾庙林场剖面(TB)为代表，主要岩性为深灰色粉砂岩和黑灰色泥岩韵律互层产出，间夹多层薄层或透镜状的泥灰岩，中下部见2套10～20 m厚的砾岩，顶部见一套厚达170 m的砾径1～10 cm的砾岩。根据1∶200 000刘家营子幅、白塔子庙幅、林西县幅区调报告[24,25]记述，这一地区的林西组中发现有植物化石碎片、板岩中见芦木化石以及双壳化石，且二者呈互层产出；在哲尔格勒剖面(ZE)，除了见有植物化石和双壳化石外，还曾采集到腕足类、珊瑚化石，因此可以肯定这一地区的林西组属于海相沉积。根据野外观察到岩相类型、剖面序列，特别是河道砾岩透镜体的出现以及陆地植物化石和海相化石混生相伴现象，初步认为这一地区存在叠置的三角洲沉积体系，三角洲平原发育河道粗砾岩和堤岸砂泥岩，三角洲前缘由分支河道和河口坝构成，前三角洲为薄层席状砂岩以及深水泥灰岩、泥板岩和硅质岩。

在研究区中南部，可识别出1个向北呈弧形凸出的深水盆地相带，自西向东分别介于剖面BL、ARI、CBY、NTB、LF、YBL分布区，它以单调的深灰色泥板岩为特征，局部层段见有灰绿色、黄灰色粉砂质板岩以及灰色细砂岩，代表缺氧滞留的盆地环境。这套盆地相泥板岩沉积相带，不但是这一地区岩相南北分带的地理屏障，也是最有生烃潜力的地区，应该是寻找油气资源最有利的相带。

在研究区南侧，可能存在一个陆棚相区。其划分依据是，在RS、ST、LX、BTB剖面中，发育厚度不一的砂岩层段，所测剖面砂泥比变化于11～1之间。从空间上更大的尺度来看，这一地区的碎屑物源受深水盆地相阻隔，不可能来自北部古陆区；合理的解释是南部也可能有一个古陆或古岛屿，它是南部陆棚砂质沉积的来源区，只是由于西拉木伦河构造带后期活动和改造，现在我们难以复原其古地貌位置。

综上所述，锡林浩特-阿鲁科尔沁地区林西组的古地理格局，显示南北浅中间深、东西两侧为碳酸盐台地的分布特点；生烃凹陷主要分布在锡林浩特东南至林西以北一直到巴林右旗以东一带的深水盆地、塔宾庙一带的前三角洲以及官地一带的深水外陆棚沉积，该区域有机碳含量较高，是较好的烃源岩潜力区。

4 讨 论

a.地层的研究是岩相古地理和盆地分析研究的关键，但到目前为止对林西组地层的归属问题仍有争议。林西组建组剖面位于林西官地地区，主要为一套黑色板岩、粉砂岩、砂岩，在1968年1∶200 000林西幅区调报告中将其归于上石炭统，并定为海陆交互相沉积，目前还有部分学者坚持这一观点。1991年的《内蒙区域地质志》将林西组划归上二叠统，此后大多数学者研究林西组时都把林西组划归上二叠统。但是对林西组时代的确定，仍需进一步的研究。

b. 在岩相古地理图的编制上，需要大量的剖面资料、钻孔资料以及深部的地球物理资料。然而研究区有关林西组的石油钻探和物探几乎为空白，本次研究也主要以收集的剖面资料和野外实测的剖面数据为依据；而且研究区覆盖较严重，很多实测的剖面都未见顶底，不管是剖面的数量还是质量都受到较大的限制。因此，若要更加完整、系统地研究该区域林西组岩相古地理和盆地结构，需要更多相关的深部地球物理探测资料。

c.由于研究区面积大，剖面的数据有限，在进行岩相古地理格局分析时，主要是采用优势相法和趋势相法来进行分析和定性，大的古地理格局虽已确定，但是对不同岩相的边界的确定，以及在小范围内古地理变化细节的推敲，仍需要做进一步的研究。

d.由于前人对林西组的研究都只停留在对整个组的分析，缺少分段的资料与数据，本次研究的也是整个林西组的岩相古地理特征，虽然在空间展布上得出了一定的认识，但是很少提及时间上的演化规律，这也需要对该地区林西组做进一步的研究。

5 结 论

a.通过对典型剖面进行单剖面分析，从锡林浩特-阿鲁科尔沁地区林西组中识别出碳酸盐台地、三角洲、浅海陆和深水盆地4种沉积相。其中碳酸盐台地可进一步划分为台地边缘生物礁、台地前缘斜坡、碳酸盐台地潮坪亚相；三角洲可分为前三角洲、三角洲前缘、三角洲平原3个亚相，并可进一步划分为水上分流河道、水下分流河道、分流间湾、天然堤等微相；浅海陆棚可分为浅水内陆棚亚相和深水外陆棚亚相，并可进一步划分为洼地、砂坝等微相。

b.锡林浩特-阿鲁科尔沁地区的林西组可划分为5个相区，即西部锡林浩特和东部阿鲁科尔沁碳酸盐台地相区，北部西乌旗三角洲相区和中部深水盆地相区以及南部的浅海陆棚相区。研究区林西组地层沉积时期的古地理格局，显示南北浅中间深、东西两侧为碳酸盐台地的分布特点；前三角洲深水盆地区是生烃凹陷可能发育的位置，三角洲前缘分支河道砂体、河口坝砂体是极具潜力的储集层。

c.研究区林西组的生烃凹陷主要分布在锡林浩特东南至林西以北一直到巴林右旗以东一带的深水盆地、塔宾庙一带的前三角洲以及林西、官地一带的深水外陆棚沉积区。该区域有机碳含量较为理想，是较好的烃源岩潜力区。

本文的顺利完成还凝聚了成都理工大学沉积地质研究院多名研究生的努力和汗水。在开展野外工作前，欧莉华、毛玲玲、季长军收集区调报告中林西组的剖面，以及在Google Earth上标明剖面点的位置,以便野外实地考察时参考；在野外考察过程中，夏国清、吴驰华、胡旭、张超、邓然在踏探、实测剖面等工作中也付出了努力，在此，一并向他们深表谢意！

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