鄂尔多斯地块早古生代盆地演化与物质聚集规律

【摘要】： 中国海相油气勘探取得重大突破及潜在勘探区域主要集中在特提斯构造域的秦祁昆构造带两侧的四川盆地、塔里木盆地、鄂尔多斯盆地与羌塘盆地。其中,鄂尔多斯盆地的海相油气勘探尚未取得大的突破,是一个有很大希望的勘探区域。相对其上古生界和中生界而言,下古生界的海相层系的研究最为薄弱。因此,有必要进一步解决盆地和古隆起的形成演化、沉积物质聚集分布规律和盆地充填过程等基础地质问题。本论文在借鉴前人研究成果的基础上,以“构造控盆、盆控沉积、沉积控组合”为指导,运用沉积学、地层古生物学、层序地层学、地球化学、地球物理学等理论和技术方法,将鄂尔多斯盆地构造演化与全球构造背景相结合,以野外露头、测录井和地震资料为基础资料,研究了鄂尔多斯地块早古生代的沉积物质的聚集分布规律和盆地演化过程,主要内容和成果如下: (1)通过研究鄂尔多斯盆地下古生界的岩石地层、生物地层和年代地层,将野外剖面和钻井进行了系统的地层划分与对比。进行了层序界面类型和划分标志研究,识别出了7种层序界面,厘定了鄂尔多斯盆地下古生界的层序地层划分方案,将下古生界寒武系和奥陶系划分为5个超层序和27个三级层序,建立了层序地层格架。 (2)通过野外剖面、岩心、测井和地震资料,研究了层序格架内的沉积体系发育特征,识别出了滨海沉积体系、陆棚沉积体系、碳酸盐缓坡沉积体系、碳酸盐台地沉积体系、大陆斜坡沉积体系、深海盆地沉积体系等六大沉积体系;深入分析了含磷建造、混合沉积、广布式鲕粒滩和竹叶滩、富硅质碳酸盐岩、蒸发岩、生物礁、深水沉积和磨拉石建造等八类特殊沉积体的特征、成因及其意义。 (3)以超层序体系域为编图单元,系统编制了鄂尔多斯盆地下古生界的构造-层序岩相古地理图,揭示了不同时期的沉积物的聚集分布规律和沉积演化:寒武纪早期为含磷沉积和混合沉积阶段;寒武纪中、晚期为广布式台地鲕粒滩和竹叶滩沉积阶段;奥陶纪早期为富含硅质的碳酸盐缓坡沉积阶段;马家沟期为以局限环境为特征的碳酸盐台地阶段;晚奥陶纪为镶边台地和深水重力流发育阶段。 (4)分析了有关Rodinia超大陆裂解、原特提斯洋和古亚洲洋形成演化、鄂尔多斯克拉通周缘的区域构造演化等盆地演化的动力背景,系统编制了华北陆块的构造-古地理格局图,深入分析了鄂尔多斯盆地5个超层序的沉积建造和层序结构的差异性,揭示了鄂尔多斯克拉通的盆地结构:北缘于早古生代发育伊盟“长寿”古陆,西南缘在寒武纪表现为被动大陆边缘背景下的“坡-隆-坪”结构,奥陶纪则转换为活动大陆边缘背景下的“坡-隆-坳”结构。 (5)探讨了盆地形成机理,认为Rodinia超大陆裂解,原特提斯洋打开,在鄂尔多斯南缘形成的秦祁昆分支洋盆和克拉通内部的贺兰坳拉谷和晋陕坳拉谷是盆地形成的主要动力。寒武纪,虽然由于华北陆块向东纲瓦纳漂移而使北缘处于弱俯冲状态,但南缘原特提斯洋的扩张使盆地整体上仍以伸展作用为主,克拉通内部的缓慢沉降主要由热沉降和地壳均衡补偿所致;克拉通边缘盆地的沉降机制与伸展背景下的岩石圈减薄有关。寒武纪末和奥陶纪初华北陆块由伸展应力场向挤压应力场转换,导致克拉通内部沉降中止。马家沟期,由于南缘北祁连-北秦岭洋的俯冲作用,鄂尔多斯克拉通内部受南北对挤的远场应力,发生下坳沉降,压应力导致的岩石圈内粘度降低和下伏的前寒武纪晋陕坳拉谷造成的地壳不均一性对盆地沉降亦有重要影响;克拉通边缘盆地则与板块俯冲导致的岩石圈挠曲有关,导致沉积速率和沉积幅度远大于克拉通内部。平凉期-背锅山期,中加里东运动导致俯冲作用的增强,使整个华北克拉通区域快速上升到海平面之上,只西南缘发育裂谷盆地。奥陶纪末,北秦岭与鄂尔多斯地块发生明显的碰撞,鄂尔多斯南缘发生前陆挠曲,形成具有前陆性质的残留海盆地。 (6)通过古构造图分析了古隆起的形态演化,认为前寒武纪基底地貌、板块聚敛作用、全球海平面变化和板块不同构造部位的差异沉降是古隆起形成的四大主控因素:辛集期-张夏期的隆起暴露(古陆)面积的逐渐缩小,是由于继承前寒武纪基底裂谷成因的隆-坳相间的地貌,以及低海平面背景下的海平面逐渐上升引起的;晚寒武世的中央古隆起雏形以及奥陶纪早期的整体隆起暴露,是由板块由伸展作用向聚敛作用转换、克拉通沉降中止和同时伴随的海平面下降所致;马家沟期的“L”型隆起是聚敛作用的远场应力和差异沉降形成的克拉通边缘隆起;并且最终由于板块碰撞作用,于晚奥陶世盆地构造反转,接受长期的风化剥蚀。 (7)在大量的前人研究成果的基础上,综合分析了鄂尔多斯早古生代克拉通盆地的演化特征,揭示了海平面变化、盆地沉积充填过程、古隆起演化、构造事件、古气候等之间的耦合关系,恢复了不同演化阶段的盆地原型,创新性地探讨了盆地和古隆起的形态和形成机制:总体上鄂尔多斯盆地早古生代具有“北高南低,东缓西陡夹中隆”的构造-沉积格局,认为鄂尔多斯克拉通的演化受Rodinia超大陆裂解和Pangea泛大陆形成间的I级全球旋回的制约,具体表现为受北侧古亚洲洋动力体系和南侧原特提斯洋动力体系的联合控制;由于古亚洲洋的俯冲作用,在克拉通北缘发育“长寿古陆”;东缘则与华北克拉通相连;因此,西南缘的构造转化成为控制盆地结构的主要因素,在威尔逊构造旋回过程中,盆地总体上经历了“坡-隆-坪”(SS1~SS3)→“坡-隆-坳”(SS4)→“沟-弧-盆”(SS5)→前陆盆地(SS5末)→消亡的演化过程。