鄂尔多斯地区中新元古代构造沉积演化研究

冯娟萍 李文厚 欧阳征健

摘要：综合利用地质、测井和地震等资料，探究鄂尔多斯地区中新元古代的构造沉积演化过程，以便恢复研究区中新元古界的原始构造沉积格局和开展深层油气勘探。研究结果表明，研究区中新元古代长城纪、蓟县纪、青白口纪和震旦纪经历了4个构造-沉积演化阶段：裂谷阶段、被动大陆边缘阶段、边缘沉降阶段和边缘坳陷阶段。研究后认为，长城系主要为一套陆相—滨海相石英砂岩沉积建造，发育辫状河、三角洲、滨浅海、浅海和深海等沉积相。蓟县系主要为浅水陆表海沉积，发育砂坪、云坪、燧石云坪、开阔台地和浅海等沉积相。青白口系主要为滞留海盆和大陆斜坡等沉积环境。震旦系主要为冰川沉积，发育大陆冰川、滨岸、陆棚等沉积相。

关键词：鄂尔多斯地区；中新元古代；原盆属性；构造沉积演化

中图分类号：TE121

DOI：10.16152/j.cnki.xdxbzr.2020-04-015开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Tectonic and depositional evolution of Meso-NeoProterozoic in Ordos Area

FENG Juanping1， LI Wenhou2， OUYANG Zhengjian3

（1.College of Geology and Environment， Xi′an University of Science and Technology， Xi′an  710054， China;

2.Department of Geology， Northwest University， Xi′an 710069， China；

3.Bailie School of Petroleum Engineering， Lanzhou City University， Lanzhon 730070，  China）

Abstract： The tectonic and sedimentary evolution of Meso-Neo Proterozoic in Ordos Area is ascertained in order to restore the original tectonic and sedimentary pattern and to explore oil and gas. In this paper， based on geological， seismic and logging data， the tectonic and depositional evolution of Meso-Neo Proterozoic have been studied in Ordos Area. The research shows that the Ordos Area underwent four tectonic and sedimentary evolutionary stages in Changchengian， Jixianian， Qingbaikou and Sinian Period of Meso-Neo Proterozoic. They are rift， passive continental margin， marginal subsidence and marginal depression， respectively.The Changchengian System was mainly composed of a set of terrestrial-littoral facies quartz sandstone， and developed braided river， delta， littoral shallow sea， shallow sea and deep sea sedimentary facies. The Jixianian System was mainly epeiric sea sedimentary facies with shallow water， including sand flat， dolomitic flat， flint dolomitic flat， open platform and shallow sea facies. Within Qingbaikou Period， the sedimentary environment of Ordos Area was retention marine basin and continental slope. There was glacial deposits in the Sinian System developed continental glacier， littoral sediment and shelf sedimentary facies.

Key words： Ordos Area； Meso-Neo Proterozoic； property of prototype basin； tectonic and depositional evolution

國内外油气勘探实践证实，中新元古界具备一定的勘探潜力，是下一步油气勘探重要的接替领域之一。

前人对鄂尔多斯地区中新元古界开展过初步研究，取得了一些进展，也存在一些争议，具体表现在以下几个方面：① 不同时期构造属性争议较大。孙肇才等［1］认为，上元古界为稳定地台型沉积；部分学者认为，中元古界是深地堑或拗拉槽环境的产物［2-7］；还有部分学者认为，中、上元古界具大陆裂谷沉积特征［8-10］；冯娟萍等［11-12］认为，中元古代为拗拉槽发育时期，主要发育4个北东向拗拉槽。② 开展了不同时期岩相古地理研究［13-14］，其中长城纪自北东向西南依次发育河流、三角洲、滨浅海、浅海及深海沉积相［14］。 ③ 中新元古界，特别是长城系具有一定的生烃潜力［15-17］。

总体上讲，研究区中新元古界的研究、勘探程度均低，加之其经历过多期构造作用叠加改造后，其原始沉积格局已不复存在，导致学者对该区中新元古代不同时期构造沉积演化过程的认识存在明显分歧。本研究综合利用地质、测井和地震等资料，对鄂尔多斯地区中新元古界原盆的属性、构造沉积演化过程等基础地质问题开展研究，以期为鄂尔多斯地区乃至华北克拉通中新元古代原始构造沉积格局的恢复和深层油气勘探提供新的地质依据。

1 地质概况

1.1 大地构造背景

鄂尔多斯地区属华北克拉通西侧部分，盆地北侧、西侧北段与阿拉善—内蒙地块相邻，西侧南段与走廊过渡带、祁连褶皱带相接，南侧隔渭河盆地与秦岭褶皱带相望，南侧东段与豫皖地块的小秦岭地区相邻，东邻山西地块的吕梁山隆起。研究区包括鄂尔多斯盆地及其周缘地区［11-12，14-15］。

1.2 地层系统

研究区中元古界主要由长城系和蓟县系组成，新元古界由青白口系和震旦系组成，但是地层分布、厚度存在较大的差异：① 鄂尔多斯盆地周缘的阴山、贺兰山和小秦岭等地区的中新元古界分布较全（见图1），盆地内部普遍缺失新元古界青白口系和震旦系；② 盆地周缘的地层厚度变化非常大，而盆地内部的地层厚度变化相对较少。

1.2.1 中元古界长城系 中元古界长城系在鄂尔多斯盆地周缘及内部均有广泛分布，与下伏不同时代的地层之间均为不整合接触。在鄂尔多斯南缘、西南缘及小秦岭地区，长城系高山河群角度不整合覆于下伏熊耳群或太华群之上。在东缘中条山地区，可见长城系云梦山组石英砂岩角度不整合覆于熊耳群或古元古界中条群/太古界涑水群之上。在河津及吕梁山地区，长城系“霍山砂岩”直接角度不整合于太古界涑水群之上（见图2A）。在鄂尔多斯西缘及西北缘，可见长城系黄旗口群底部的石英砾岩直接角度不整合覆于新太古界/古元古界千里山群（乌拉山群）之上（见图2B，C），缺失南缘地区的铁铜沟组和熊耳群及其相同时代的沉积。在北缘，主要表现为，长城系白云鄂博群/渣尔泰山群直接角度不整合于下伏的太古界和古元古界之上。

在鄂尔多斯盆地内部的众多钻井中，均可见长城系与下伏古元古界/新太古界之间的不整合接触，如庆深1井、天深1井、古探1井及桃59井等。这些井钻遇的长城系大多为灰白色、棕红色的石英砂岩。

1.2.2 中元古界蓟县系

在鄂尔多斯地区，长城系上覆蓟县系，二者普遍平行不整合接触。蓟县系底部常为一套厚度不等的砾岩及含砾岩层，砾石往往为下伏长城系的石英砂岩。

在鄂尔多斯南缘及西南缘，可见蓟县系洛南群龙家园组（石庄组）与长城系高山河群之间的平行不整合接触。有些地区的蓟县系洛南群龙家园组底部砂质白云岩中可见下伏长城系高山河群棱角状的石英砂岩砾石。在鄂尔多斯东南缘的中条山地区，洛南群龙家园组为一套灰色、灰白色中厚层状白云岩、硅质条带白云岩组合，与长城系汝阳群洛峪组平行不整合接触（见图2D）。在鄂尔多斯西缘及西北缘可见蓟县系王全口群硅质条带白云岩平行不整合于长城系黄旗口群之上（见图2E），底部普遍发育一套灰白色厚层状石英质砾岩、角砾岩，且含有下伏地层棱角状的石英砂砾岩的砾石（见图2F），明显具有底砾岩的特点。在盆地内部的伊盟隆起、伊陕斜坡西部、天环拗陷及渭北隆起均有井钻遇了蓟县系和长城系之间不整合面。

1.2.3 新元古界

新元古界青白口系大庄组在陕西洛南一带的厚度有20～385 m，主要为一套灰黑色炭质板岩、硅质板岩夹硅质灰岩（见图2G），显示了滞留海盆的特征。其向东可一直延伸到河南卢氏—灵宝—栾川一带，沉积厚度加大。鄂尔多斯地区大部则基本缺失青白口系。

新元古界震旦系，在鄂尔多斯西南缘的贺兰山—青龙山—陇县—岐山—洛南一带及其外侧沉积了一套冰水沉积物组合，正常海相纹层状泥岩中含有大小不等、棱角状坠石（见图2H）。在西南缘、南缘及东南缘的中条山地区，震旦系为罗圈组，与下伏青白口系或蓟县系为平行不整合接触。在西缘及贺兰山地区，震旦系正目观组平行不整合于蓟县系王全口群之上（见图2I）。

2 原盆属性

2.1 长城纪裂谷盆地

华北克拉通地区中元古代发育3期基性岩墙群，分别为～1.80 Ga熊耳构造事件、～1.75 Ga镁铁质岩墙群发育事件和～1.62 Ga基性火成岩事件［18-23］。它们可能是在陆内裂解期间形成的［24］，这说明鄂尔多斯地区中元古界长城纪具备区域伸展构造环境。

中元古界，长城系在盆地周缘与下伏地层之间呈角度不整合接触，盆地内部与下伏地层呈平行不整合接触。其为华北克拉通第一套沉积盖层，自此开始进入盆地演化过程。长城系高山河群下部鳖盖子组，岩性主要为含砾石英砂岩及石英岩状砂岩，夹灰色、灰黑色板岩，为滨岸—三角洲沉积环境。中部二道河组岩性主要为含叠层石白云岩，属潮坪沉积环境。上部陈家涧组岩性主要为灰黑色泥质板岩，发育于潟湖环境。总体上讲，高山河群具有水体向上变深、粒度向上变粗的趋势，具备裂谷盆地的沉积特征（见图1）。

冯娟萍等［11］对鄂尔多斯地区中元古界“拗拉槽”重新进行了厘定，认为鄂尔多斯地区中元古界发育一系列北东向“拗拉槽”，表明鄂尔多斯地区中元古界长城纪处于拉张构造环境。鄂尔多斯盆地本部主要发育深、浅两种构造层次断层，其中深构造层次断层早期性质为同沉积断层。受基底正断层控制，长城系厚度变化较大，呈箕状，具备裂谷盆地的结构特征。

2.2 蓟县纪被动大陆边缘盆地

鄂尔多斯盆地本部浅构造层次断层性质主要为逆断层，发育于元古界、古生界和中生界。蓟县系与长城系在构造样式、构造变形和断层发育特征等方面存在较大差异，应属不同的構造层。

蓟县纪经历长城纪陆内裂谷削高补平之后，蓟县系沉积范围大为缩小。其整体上为一套浅海相碎屑岩-碳酸盐岩建造，岩性以硅质条带白云岩为主，夹泥质板岩，叠层石十分发育。其底部常为一套厚度不等的砾岩及含砾岩层，砾石成分以长城系石英砂岩为主，与下伏地层长城系呈平行不整合接触（见图1）。

由此可见，蓟县纪相对于长城纪，构造背景和沉积环境均发生了明显的转变，其沿大陆边缘稳定分布，原盆属性为被动大陆边缘盆地。

2.3 青白口纪边缘沉降盆地

研究区青白口系与下伏地层蓟县系呈平行不整合接触（见图1），说明蓟县纪末期并没有发生大规模的构造变形作用，青口系基本继承了蓟县系的沉积格局。

大庄组岩性主要为灰黑色碳质板岩、硅质板岩，夹硅质灰岩，水平层理非常发育，常见微古化石，为一套滞留海盆沉积建造。其向东、向南沉积厚度逐渐加大，可达1 400～1 600 m。大庄组仅分布于洛南深大断裂带北侧的狭长地带，其大幅度沉降与南侧秦岭向北扩张有密切关系。这说明青白口纪原盆属性为边缘沉降盆地。

2.4 震旦纪边缘拗陷盆地

鄂尔多斯盆地本部震旦系罗圈组、正目观组缺失。震旦系发育于华北克拉通西南缘、北缘，其中，罗圈组主要发育于鄂尔多斯盆地南缘的豫西、洛南等地区，正目观组主要发育于盆地西缘的贺兰山地区。

震旦纪，冰碛岩下部岩性主要为冰碛砾岩，中上部岩性主要为板岩，局部含少量坠石。其地层分布范围有限，原盆属性为边缘拗陷盆地（见图1）。

3 沉积演化

3.1 长城系海陆交互沉积

研究区长城系基本继承了基底的宏观构造格局，  盆地本部呈北东向展布，  北缘呈近南北向展布（见图3）。  盆地本部具有西厚东薄、  南厚北薄的特点，  地层厚度变化范围比较大， 一般为0～6 000 m；盆地西缘、南缘地层最厚可达10 000 m以上，北缘具有自南向北逐渐增厚的趋势，地层厚度一般在0～7 000 m。在盆地中部，地层厚度可达200～400 m，它发育于陆内裂谷沉积环境，为一套陆相—滨海相石英砂岩沉积建造。盆地内部，海水自南向北、向东侵入，北缘海水自北向南侵入，依次发育辫状河、三角洲、滨浅海、浅海和深海等沉积相（见图3）。

3.2 蓟县系陆表海沉积

中元古代， 蓟县纪地层分布范围及地层厚度较长城纪小（见图4）。 盆地西缘、 南缘地层厚度具有西厚东薄、 南厚北薄的特点， 地层最厚可达2 000 m以上。盆地中部庆阳一带，地层厚度仅100 m，在盆地东部未接受沉积。北缘具有南薄北厚的特点，一般沉积厚度为0～1 600 m，最厚可达2 500 m以上。

蓟县纪主要发育陆表海碳酸盐岩台地沉积，水体较浅，依次发育砂坪、云坪、燧石云坪、开阔台地和浅海等沉积相。从洛南至庆阳、环县，再到北部的苏峪口，整体上地形平缓，水体不深，属于碳酸盐潮坪沉积环境；其受波浪、潮汐及间歇暴露的影响，形成一套特殊的岩相标志，主要为潮间带沉积，同时也包括一部分潮上带及潮下带沉积。在西缘北部的乌海摩尔沟剖面可以见到蓟县系王全口组底部含砾砂质白云岩，其陆源物质大大减少（见图4）。

3.3 青白口系滞留海盆沉积

新元古代早期，鄂尔多斯盆地本部基本缺失青白口系。青白口系沉积主要发生在鄂尔多斯盆地南缘，西南缘局部也有分布，具有自北向南依次增厚的趋势。如在陕西省洛南县，主要发育青白口系大庄组，厚度变化范围加大（见图5）。

青白口系大庄组为一套滞留海盆沉积建造，向南海水深度逐渐增大，由滞留海盆沉积环境逐渐过渡为大陆斜坡（见图5）。

3.4 震旦系冰川沉积

研究区新元古代震旦纪地层分布范围及地层厚度最小，主要分布于鄂尔多斯地区西南缘，沉积厚度相对长城系、蓟县系急剧减薄，自北东向西南依次加厚，一般沉积厚度为0～50 m，最厚可达100 m以上。北缘包头附近沉积有少量震旦系。在盆地中部的庆阳及以东地区未接受沉积，基本缺失青白口系沉积（见图5）。

研究区震旦系普遍发育一套冰水沉积或与其有联系的深水沉积。其中，冰碛砾岩沿大陆边缘呈带状分布，向外逐渐过渡为滨岸、陆棚相，地层厚度也由内带向外带逐渐增厚（见图6）。

4 构造-沉积演化过程

鄂尔多斯地区中新元古代经历了4个形成演化阶段：① 长城纪裂谷阶段。研究区长城纪处于造山期后的伸展构造环境，发育一系列基性岩墙群和同沉积正断层；在此构造背景下，发育辫状河、三角洲、滨浅海、浅海和深海等沉积相，构成一套正粒序陆相—滨海相沉积建造；长城系呈箕状；具备陆内裂谷盆地的典型地质结构特征。② 蓟县纪被动大陆边缘阶段。蓟县纪构造环境稳定，沉积范围相对长城系大范围缩小，沿克拉通边缘稳定分布；其处于浅水陆表海沉积环境，发育砂坪、云坪、燧石云坪、开阔台地和浅海等沉积相；原盆属性为大陆边缘拗陷。③ 青白口纪边缘沉降阶段。青白口纪基本继承了蓟县纪的沉积格局，其沉降幅度受洛南深大断裂的控制作用明显；自北向南依次发育滞留海盆、大陆斜坡等沉积相。④ 震旦纪边缘拗陷阶段。震旦纪处于大冰期，为发生大规模冰川作用的时期，研究区的沉积范围大大缩小；处于冰川沉积环境，沿边缘拗陷向外依次发育大陆冰川、滨岸、陆棚等沉积相（见图7）。

5 认识与结论

1）鄂尔多斯地区中新元古界长城系、蓟县系、青白口系和震旦系分别发育于海陆交互沉积环境、陆表海沉积环境、滞留海盆沉积环境和冰川沉积环境。

2）研究区中新元古代长城纪、蓟县纪、青白口纪和震旦纪经历了4个构造-沉积演化阶段，分别为裂谷、被动大陆边缘、边缘沉降和边缘拗陷。

参考文献：

［1］ 孙肇才，谢秋元．叠合盆地的发展特征及其含油气性——以鄂尔多斯盆地为例［J］. 石油实验地质，1980（1）：13-21．

［2］ 張抗．论贺兰裂堑//内蒙古石油学会．鄂尔多斯盆地西缘地区石油地质论文集［C］.呼和浩特：内蒙人民出版社，1983．

［3］ 赵重远．鄂尔多斯地块西缘构造演化及板块应力机制分析//内蒙古石油学会．鄂尔多斯盆地西缘地区石油地质论文集［C］.呼和浩特：内蒙人民出版社，1983．

［4］ 朱夏．论中国含油气盆地［M］.北京：石油工业出版社，1986：132．

［5］ 李克勤．中国石油地质志（卷十二） ［M］.北京：石油工业出版社，1992．

［6］ 林畅松，杨起，李思田．贺兰山拗拉槽盆地充填演化分析［M］.北京：地质出版社，1995．

［7］ 吴奇之，王同和，李明杰，等．中国油气盆地构造演化与油气聚集［M］.北京：石油工业出版社，1997.

［8］ 陆松年，杨春亮，李怀坤，等．华北古大陆与哥伦比亚超大陆［J］. 地学前缘，2002，9（4）：225-233．

LU S N，YANG C L，LI H K，et al．North China Continent and columia supercontinent［J］. Earth Science Frontiers，2002，9（4）：225-233.

［9］ 李俊建，羅镇宽，燕长海，等．华北陆块的构造格局及其演化［J］. 地质找矿论丛，2010，25（2）：89-100．

LI J J，LUO Z K，YAN C H，et al．Structure framework and evolution of the North China Craton［J］. Contributions to Geology and Mineral Resources Research，2010，25（2）：89-100.

［10］陈友智，付金华，杨高印，等．鄂尔多斯地块中元古代长城纪盆地属性研究［J］. 岩石学报，2016，32（3）：856-864．

CHEN Y Z，FU J H，YANG G Y，et al．Researches on basin property of Ordos block during Mesoproterozoic Changcheng Period ［J］. Acta Petrologica Sinica，2016，32（3）：856-864.

［11］冯娟萍，欧阳征健，周义军，等．鄂尔多斯地区中元古界“拗拉槽”的重新厘定［J］. 西北大学学报（自然科学版），2018，48（4）：587-592．

FENG J P，OUYANG Z J，ZHOU Y J，et al．Revision of the Mesoproterozoic "Aulacogen" in Ordos Area［J］. Jourrnal of Northwest University （Natural Science Edition ） ，2018，48（4）：587-592.

［12］冯娟萍，欧阳征健，马海勇，等．华北克拉通东南缘中条山陶家窑基性岩墙群U-Pb定年、地球化学特征及其构造环境［J］. 地质学报，2020，94（2）：573-586．

FENG J P，OUYANG Z J，MA H Y，et al．U- Pb chronology， geochemical characteristics and significance of the Taojiayao basic dike swarms in the Zhongtiao Mountain，southeastern margin of North China Craton［J］.Acta Geologica Sinica，2020，94（2）：573-586.

［13］高建平，周立发，罗婷婷．鄂尔多斯及邻区中新元古界沉积特征及岩相古地理研究［J］. 地下水，2016，38（4）：226-228.

［14］欧阳征健，冯娟萍，马海勇，等．鄂尔多斯地区中元古界长城系沉积特征研究［J］. 西北大学学报（自然科学版），2020，50（1）：105-112．

OUYANG Z J，FENG J P，MA H Y，et al．The sedimentary characteristics of the Middle Proterozoic Changchengian system in Ordos Area［J］. Jourrnal of Northwest University （Natural Science Edition ） ，2020，50（1）：105-112.

［15］冯娟萍，丁雪峰，欧阳征健．鄂尔多斯盆地南缘中元古界长城系烃源岩地球化学特征［J］. 西安科技大学学报，2015，35（6）：749-754．

FENG J P，DING X F，OUYANG Z J．Geochemical characteristics of Mesoproterozoic Erathem Changchengian system source rocks in the south maigins of Ordos Basin［J］. Journal of Xi′an University of Science and Technology，2015，35（6）：749-754.

［16］郝松立，孙六一，包洪平，等．鄂尔多斯盆地中—新元古界勘探方向及潜力［J］. 天然气地球科学，2016， 27（12）：2127-2135．

HAO S L，SUN L Y，BAO H P，et al．Exploration direction and potential of the Middle-Upper Proterozoic in Ordos Basin［J］. Natural Gas Geoscience，2016， 27（12）：2127-2135.

［17］田刚，宋立军.鄂尔多斯盆地中元古界烃源岩热演化史模拟［J］.石油实验地质，2017，39（4）：520-526.

TIAN G，SONG L J．Thermal evolution modeling of Mesoproterozoic source rocks in the Ordos Basin［J］.Petroleum Geology & Experiment，2017，39（4）：520-526.

［18］李江海，何文渊，钱祥麟．元古代基性岩墙群的成因机制、构造背景及其古板块再造意义［J］. 高校地质学报，1997，3（3）：272 -281．

LI J H，HE W Y，QIAN X L．Genetic mechanism and tectonic setting of Proterozoic mafic dyke swarms：its implication f or paleoplate reconstruction［J］. Geological Journal of China University，1997，3（3）：272 -281.

［19］侯贵廷，穆治国.华北克拉通晚前寒武纪镁铁质岩墙群K -Ar年龄及地质意义［J］. 华北地质矿产杂志，1994，9（3）：267-270．

HOU G T，MU Z G．K-Ar ages and their geological significances of precambrian mafic dyke swarms in North China Craton［J］.Journal and Mineral Resource North China，1994，9（3）： 267-270.

［20］侯贵廷，张臣，钱祥麟，等．华北克拉通中元古代基性岩墙群形成机制及构造应力场［J］. 地质论评，1998，44（3）：309-314．

HOU G T，ZHANG C，QIAN X L，et al．The formation mechanism and tectonic stress field of the mesoproterozoic mafic dike swarms in the North China Craton［J］. Geological Review，1998，44（3）：309-314.

［21］侯贵廷，钱祥麟，李江海．华北克拉通中元古代岩墙群形成的构造应力场数值模拟［J］. 北京大学学报（自然科学版），2002，38（4）：492-496．

HOU G T，QIAN X L，LI J H．The simulation of mesoproterozoic tectonic stress field forming mafic dyke swarms in the Central North China Craton［J］. Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Pekinensis，2002，38（4）：492-496.

［22］翟明国，卞爱国．华北克拉通新太古代末超大陆拼合及古元古代末—中元古代裂解［J］.中国科学（D辑），2000：30（增刊）：129-137．

ZHAI M G，BIAN A G．Amalgamation of the supercontinent of the North China Craton at late Neoarchean and its break up during Late Paleoproterozoic to Mesoproterozoic［J］. Science China（Series D），30（S1）：129-137.

［23］彭澎．華北陆块前寒武纪岩墙群及相关岩浆岩地质图［M］.北京：科学出版社，2016.

［24］ZHAO G C，CAWOOD P，WILDE S，et al．Review of global 2.1～1.8 Ga orogens：Implications for a pre-Rodinia supercontinent［J］. Earth Science Reviews，2002，59（1）：125-162.

（编 辑 雷雁林）