层序地层对比及综合分析
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发布时间：2022-04-25 09:27
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时间：2023-12-02 12:48
一、层序地层综合分析
1.层序地层综合分析基础
鄂尔多斯盆地北部奥陶系和寒武系地层中，无论是内源沉积物还是外源沉积物，都存在着重复性、周期性和旋回性。不同级次的旋回式地层是一系列不同周期海平面变化的产物。因而层序就有不同的级次。关于层序的级次，存在着不同的时间观点，但其内涵基本相同。本文引用了Michum等（1991）、王鸿祯先生与史晓颖教授（1996）的层序级次方案。
2.巨层序分析
B.U.Haq认为，巨层序组和巨层序为一级层序。在鄂尔多斯盆地，下奥陶统顶部存在着一个巨大的区域不整合。以这个不整合为界，可以将下古生界的地层分为两个巨层序，即寒武系—下奥陶统巨层序和中奥陶统—志留系巨层序。第一个巨层序底界可能与晋宁和蓟县（或澄江）运动有关，位于下震旦统顶部；第二个巨层序的顶界区域上与志留系顶界重合，这个界面与古生代末的加里东运动（例如祁连运动）相联系。根据王鸿祯先生的地层时代表，早古生代开始于590.7Ma，终结于409Ma，而早奥陶世结束于490Ma，则上述两个巨层序的时间跨度分别为100.7Ma和81Ma，相当于王鸿祯先生等（1996）和Mitchum等（1990）的Megasequence或一级层序。下奥陶统顶部的巨大不整合在区域上广泛存在，例如在四川和塔里木盆地均有同样性质。
关于层序地层系统的命名，目前国际上还缺乏一个完整统一的分类。比较流行的是采用Sloss在1948年于北美克拉通露头地层研究中所提出的一套命名方案。随后J.F.Cut-ter、B.U.Haq（1987）等进一步进行了扩展和完善，由寒武系至第三系划分出的一级层序分别命名为Sauk、Tippecanoe、Kaskaskia、Absaroka、Upper Absaroka、Zunj和Tejas。与本区两个巨层序相对应的是Sauk和Tippecanoe巨层序，且边界完全吻合，为了便于国际间的交流，本文仍采用Sauk（寒武系—下奥陶统巨层序）和Tippecanoe（中奥陶统—志留系巨层序）的命名。
3.超层序（组）分析
超层序和超层序组相当于二级层序。对于超层序及超层序组的命名，往往采取在巨层序的命名前加上、中、下等，或者在其后加上A、B、C，甚至加上数字等。例如ZuniA，表示Zuni巨层序（缩写为ZA）最下面的超层序组，而ZA-1表示超层序组ZA最下面的超层序。基于上述同样的原因，作者仍采用同样的命名原则。
本区寒武系—奥陶系共分为5个超层序，包括下Sauk超层序——由下寒武统至中寒武统张夏组下部地层；中Sauk超层序——含张夏组至上寒武统的一套地层；上Sauk-1超层序—包括下奥陶统冶里组至亮甲山组地层；上Sauk-2——超层序包括下奥陶统马家沟组的一套地层；下Tippecanoe超层序——由中、上奥陶统的一套地层组成。按照整个下古生界地层分析，志留系也应划分为一个超层序，即上Tippecanoe超层序。寒武—奥陶系的5个超层序，依据王鸿祯先生的地层时代年代表，相当于Mitchum（1991）所指的二级层序和王鸿祯先生（1996）所指的Mesosequence。
二、寒武纪层序地层系统及年表
在岩石地层学及年代地层学中均有相应的地层系统，在层序地层学中也应该建立相应的层序地层系统。对于层序地层系统，可以理解为以层序地层学基本理论为指导建立起来的一套成因上有联系的、周期性的年代地层格架。其基本单位是（*）层序。这些旋回式的沉积层序在区域上甚至在全球范围内具有可对比性，每一个层序其内部地层在空间上具有一定的组合规律和展布特点（徐怀大，1995）。
层序地层系统与传统地层系统的主要差别在界线的位置。层序边界与传统地层界线可能重合，但在大多数情况下并非一致。
1.主要地层界线的性质
（1）寒武系底界：寒武系的底界与一级全球海平面变化形成的第二个巨层序组的首次洪泛面吻合，国内外均有所反映，例如华南寒武系底部的含磷页岩。华北地区寒武纪最老的地层是辛集组，与之对应的碱厂组、昌平组、府君山组、五山组、猴家山组及华北地台的辛集组，均分为上、下两段。下段为含磷岩系，含三叶虫Bergeroniellus；上段为碳酸盐岩，含三叶虫Redli-chia（冯增昭，1990,1991）。其中下段的含磷岩系相当于第二个巨层序组的首次洪泛面；也相当于寒武系第一个*层序的密集段，其层序边界也在寒武系地层之下。
长期以来，对于辛集组之下的一套不含化石的沉积岩系的归属问题，持有不同见解（冯增昭，1990,1991）。传统上，将这套地层放于震旦系。按照年代地层学和岩性地层学的分类，这种方案是可行的。但是用层序地层学的观点分析，这套地层可能属于第二个层序组的陆架边缘体系域，其底部及Sauk巨层序边界应在这套地层的底部，时代在700Ma左右。这套地层。如陕、豫的罗圈组，宁夏的正目观组，贺兰山的苏峪口组，山西的“霍山砂岩”等，其共同特征均为与下伏地层呈不整合接触关系。而这套地层的组成也很特殊，往往由下至上为冰碛—重力流性质的碳酸盐角砾岩、砂砾岩、含砾泥岩到碳酸盐岩，均表明具有低海平面期及少量海进初期的特点。
在桌子山及山西王和剖面，寒武系最下部的地层为毛庄组，缺失其下地层，作者以毛庄组与下伏地层之间的风化壳作为界线。
（2）寒武系与奥陶系的分界及属性：在桌子山、青龙山、平凉、陇县等地，均不同程度缺失上寒武统的地层，甚至缺失整个寒武统。桌子山地区还缺失下奥陶统冶里组至亮甲山组的一套地层。因此，在上述地区，寒武系与奥陶系呈不整合接触关系，比较容易辨认。在盆地东缘及华北其他地区，问题变得复杂些。这些地区寒武系与奥陶系地层呈整合接触关系，传统分层以灰岩中化石比较丰富为奥陶系开始的标志特征；从三叶虫分层依据看，以凤山组的泰勒氏虫、卡尔文虫、索克虫的消失及冶里组小栉虫的出现为分界（冯增昭，1990）。这个界面可能为最大海泛面。在密集段形成时，可容纳空间相对最大，持续久并具有穿时性，因而生物丰度高，变异度也大。层序边界位于其下。东缘王和剖面就具有此特征。关于“三山子”白云岩，历来均有不同争议，推测这套白云岩可能一部分（可供工业利用）属于层序边界之下高水位体系域，另一部分（含燧石）属于层序边界之上的低水位或海进体系域。因作者未进入“峰峰”区深入工作，尚不敢断言。
（3）中、下寒武统的界面性质：该界面在桌子山地区相当于首次海泛面，在山西王和剖面相当于层序边界与首次海泛面重合的部位。国际上此界面为密集段。
（4）中、上寒武统的界面性质：该界面国际上定为最大洪泛面，在桌子山地区，该界面位于高水位体系域下部追补式沉积段内，紧接密集段。在山西王和地区，属于最大洪泛面及与之相联系的密集段。
以上分界在各地性质不同，说明了古地理背景不同、沉积先后顺序不同。
2.巨层序的边界
（1）Sauk超层序底部边界：位于下震旦统顶部（罗圈砂岩底部），详见上述。
（2）中Sauk超层序底部边界：位于张夏组下部第一个层序边界上，紧临张夏组底界。这个边界在西缘阿不切亥沟以底部出现薄层钙质砂岩为标志，在东缘王和剖面以白云质鲕粒灰岩结束，并出现不含鲕粒的灰岩薄层泥灰岩和钙质页岩为特征。这个界面无巨大不整合存在的标志，但在区域上出现广泛的海浸和水体变深的特征，反映在构造沉降上其沉降速率急剧加快，表明为与下伏高水位期海退沉积不同的海进期沉积。
（3）中Sauk超层序顶部边界：在全球海平面升降曲线上，该界面位于奥陶系底界偏下部位。在鄂尔多斯盆地，具有某种全球统一性和可对比性。以东缘王和剖面为例，寒武系的凤山组几乎全部由白云岩组成，其中顶部约有57m厚且大部分为可以工业利用的白云岩。对于层序8层序9，所包含的可供工业利用的白云岩，均归于高水位体系域，解释为地层暴露期间发生淡水透镜体向海的迁移和强烈的白云岩化。层序10的海进体系域由夹黄绿色页岩的含燧石白云岩组成；其上为厚层可供工业利用的白云岩，这套白云岩大部分属于高水位体系域，部分为其上的海进体系域，层序10顶部边界位于这套白云岩近顶部位，而层序11的密集段和高水位体系域由冶里组的泥质白云岩组成。作者在南坪剖面以冶里组底部第一个不整合作为第一个层序的分界。
在东缘寒武系剖面上，作者以层序11底界作为中Sauk巨层序顶部边界，原因在于其下部出现了大套白云岩且其边界近似与奥陶系边界重合。西缘缺失寒武系上部和下奥陶统冶里组—亮甲山组的地层，层序边界明显，但在时代上，层序边界形成于晚寒武世晚期的时代应是一致的。
3.寒武系层序地层及年表
本次研究，在西缘选择了两条剖面，即阿不切亥沟和苏必沟剖面，鉴于这两条剖面距离短，在层序分层上可对比性强，均划分出8个层序。东缘王和剖面上寒武统地层出露全，共划分出10个完整层序和1个不完整层序（即层序8—层序11），可能与西缘的层序8在时间跨度上相当，原因在于西缘崮山组、长山组和凤山组不易分开，或者部分地层被剥蚀掉了。
表4-1 鄂尔多斯盆地寒武纪层序地层系统对比表
在东、西缘剖面上均划分出了2个超层序，具有可对比性。由此建立了本区寒武系层序地层系统和年表（表4-1）。表中的年龄值主要依据王鸿祯先生（1996）提供的数据，其中将毛庄组暂放于下寒武统。
关于层序地层对比有以下几点说明：
（1）层序地层分析及对比的一个重要因素在于每个层序边界及密集段的绝对年龄的测定，限于经费条件及工作区缺少可供测定年龄的火成岩，仍采用传统生物地层学的对比方法。
（2）寒武系各阶的地层系统主要依据王鸿祯先生（1980,1996）和长春地质学院的古生物分类（表4-2）的依据，也参考了三普、安太庠与郑昭昌（1990）等、长庆油田（1992）和山西区调队的资料。
表4-2 中国寒武纪三叶虫化石带（据王鸿祯等，1979,1980）
（3）由于国际上标准阶、统、系的年龄数据有一定的差异，故在层序地层学系统及年表中采用王鸿祯先生的数据，而在引用国际海平面变化曲线中沿用作者的数据。
（4）图中采用的巨层序和超层序命名是借鉴Sloss（1948）和Sarg（1994）的术语。
（5）在具体层序地层对比中，首先采用上述有关单位及个人关于生物地层学的研究成果，分析有无地层缺失和组的对比结果。在吸收前人详细研究各组地层资料，对不同点采用由典型密集段及重大不整合控制的方法，详细进行对比。例如本区下Sauk超层序底及上Sauk超层序顶均为区域不整合；再如东、西缘各剖面上层序1、2、3、4、6或7均有颜色偏深的泥页岩组成，在层序对比中起到了重要的作用，因为密集段在空间上分布广泛，而层序边界又位于两个密集段之间。不管其内部地层分布型式如何，密集段之间的层序边界空间地层对比上起到了重要的作用。
（6）限于经费和时间条件，未能深入进行地下资料对比。
三、奥陶纪层序地层系统及年表
1.主要地层界线的性质
下奥陶统底界的性质已在寒武系地层系统一节作了论述。综观全区，大部分地区缺失冶里—亮甲山组地层，盆地缺失中、上奥陶统地层，上奥陶统存在的西缘部分地区其上缺失志留系。因此，大部分地区奥陶系各统顶、底界均为区域性不整合；下奥陶统底部的不整合，在寒武系与奥陶系整合接触的部位，对应于寒武系顶部大套可供工业利用的白云岩顶部。
2.超层序及其界面分析
寒武系共划分了3个超层序，即上Sauk-1、上Sauk-2和下Tippecanoe超层序。其中上Sauk-1和上Sauk-2超层序可以归纳为一个超层序组。
（1）上Sauk-1超层序及其底界面分析：上Sauk-1超层序底界面的分析已有详述，即在西缘其底界面位于寒武系顶部的不整合，而在东部则位于上寒武统近顶地层中。
上Sauk-1超层序，主要赋存于盆地东部及东缘。在地层出露完整的地方，包括上寒武统层序11和冶里组—亮甲山组的6个层序（即南坪剖面奥陶系层序1～6）。
（2）上Sauk-2超层序及其底界面分析：上Sauk-2包括马家沟组的一套地层，西缘相当于三道坎组、桌子山组和乌拉力克组。其底界面在东缘为一巨大的不整合，在区域上可广泛追索对比（图4-1）。该界面与怀远运动相联系，致使亮甲山组地层局部地区缺失。下马家沟组底部出现了陆源碎屑砾岩。西缘该超层序不存在。
上Sauk-2超层序共含18个高频层序，东缘（层序7～24）和西缘（层序1～18）亦同。上Sauk-1和上Sauk-2超层序之所以能合并为一个超层序组，主要在于上Sauk-1超层序仅局限于东缘，并且这套沉积相当于上Sauk超层序组的低海平面期沉积。
（3）下Tippecanoe超层序及其底界面分析：下Tippecanoe超层序包括中、上奥陶统的一套地层，上奥陶统地层绝大部分地区缺失。该超层序在东部分布不全，仅有5个层序（层序25～29）；西部地层出露较全，共分11个层序（层序19～29）。
该超层序底界与中奥陶统底界重合，属于一个巨大的不整合。早奥陶末期，鄂尔多斯地块内部隆起，中奥陶世仅在西缘坳拉谷及与华北海相连接的东缘有所沉积，所以盆地内绝大部分遭受风化剥蚀，形成一个巨大而广泛的不整合。这个不整合不仅可以与国外相应的界面对比，而且在华南地区和塔里木盆地（据徐怀大，1995）也存在，具有广泛的区域性和全球性对比意义。
图4-1 上Sauk-2超层序底界面为可广泛追索对比的不整合
（4）上Tippecanoe超层序：上Tippecanoe超层序主要由志留系地层组成，工区未见出露，为了分析的完整性，略为叙述。晚奥陶世末的祁连运动及志留纪末的加里东运动，形成了该超层序顶底界的不整合。
3.层序、层序组分析及对比
如前所述，在东缘南坪剖面奥陶系共划分出29个层序，其中上Sauk-1超层序含6个层序（层序1～6）、上Sauk-2超层序含18个层序（层序7～24）、下Tippecanoe超层序含5个层序（层序25～29）。在西缘桌子山地区奥陶系共划分出29个层序，虽然层序数目与东缘相同，但超层序的所属不同。西缘缺上Sauk-1超层序，上Sauk-2超层序含18个层序（层序1～18），下Tippecanoe超层序含有11个层序（层序19～29）。两地均具有反映了在早奥陶世高频层序发育的特点，其原因在于：一是早奥陶世区内为缓坡或镶边陆架背景且构造活动弱，二是碳酸盐岩产生率高、自旋回发育。
两地的超层序及内部所含层序基本可以对比且数目相同（除上Sauk-1超层序西部缺失外）。上Sauk-2超层序，东缘的层序7～24分别对应于西缘的层序1～19。下Tippecanoe超层序，东部的层序25～29可大体对应于西部的层序19～29。
划分高频层序的原因，在于为后续的油气勘探与开发服务。Brink（1994）指出，成功的油气勘探与开发，首先需要建立高频地层格架，再则是在这个格架内识别和追踪沉积体系。为了与总项目保持一致的特色，和与邻区进行对比，作者进行了层序组分析（表4-3）共归类为10个层序组。
表4-3 鄂尔多斯盆地奥陶纪层序地层系统对比
表4-4 中国奥陶系笔石带与英国笔石带对比表
①兰维恩阶Llanvirn；②兰德罗阶Llandeilo。
由上述分析，奥陶系中统和下统各分为5个层序组，其中下统5个层序组在东西缘可对比性强，而中统的5个层序组仅大体对应。原因在于中奥陶世时，鄂尔多斯盆地西缘与贺兰山坳拉谷相连，而东缘与华北海沟通，沉积环境上有较大差异，加之没有涉及地下资料，因而两侧同期沉积的地层对比比较困难。
基于与寒武系建立地层系统同样的原则，即参考前人标准化石建阶（表4-4）和地质年代数据，建立了奥陶系地层系统。
