东缘南坪奥陶系层序地层分析
一、沉积地层
本区出露的地层有下统冶里组、亮甲山组、下马家沟组（马一至马三段）、上马家沟组（马四至马六段）和中统峰峰组。对于马家沟组的时代归属有三种不同的看法，一种认为属于早奥陶世，另一种认为归于中奥陶世，还有一种认为属早奥陶世至中奥陶世（分界大致为上、下马家沟之间），本文暂采用第一种方案。
1.冶里组（O1y）
地层总厚47.3m，岩性为灰色、灰白色、灰黄绿色白云岩、泥质白云岩、白云质页岩，夹燧石层，产化石Obolus sp.,Koraipsis sp.等。
2.亮甲山组（O1l）
亮甲山组厚50.4m，灰白色、灰黑色含燧石灰质白云岩，燧石下部多而上部少。
3.马一段（O1x）
马家沟组有上、下之分，各又分为三段。马一段下部为白云质细粒石英砂岩，横向上厚度有变化；上部为浅灰色、灰黄色白云质页岩、泥质白云岩，夹黑色页岩。厚19.1m。
4.马二段（O1x）
总厚44.1米。主要由浅灰、灰黑色角砾状白云质灰岩组成。上部为灰黑色薄层状白云质灰岩。
5.马三段（O1X）
下部浅灰色、灰红色白云质泥灰岩；中部灰黑色薄—厚层状白云质灰岩、灰白色白云岩、灰黄色白云质泥质岩；上部灰黑色中—厚层状致密含白云质灰岩，顶部呈薄至中层状，并夹薄层灰岩。厚61.3m。
6.马四段（O1s）
厚度为58.3m。灰白、灰黄色白云质泥灰岩夹灰白色隐晶质—微粒泥灰质白云岩，中下部夹泥灰岩。层理不清晰，局部具角砾状构造。
7.马五段（O1s）
总厚约92.5m。下部为质纯的呈灰、深灰色致密灰岩；中部为灰黑色中—厚层状白云质灰岩，夹薄至中层状灰质白云岩；上部灰黑色、灰白色薄至中层状含白云质灰岩、泥灰质白云岩。产化石Armenoceras sp.（阿门角石），Ecculionphalus sp.（松旋螺）。
8.马六段（O1s）
总厚约68.2m。灰白色、浅灰色、灰黑色薄—中层状白云质灰岩、含泥灰质白云岩；中部灰黄色白云质泥灰岩，局部具有蜂窝状角砾状构造；灰白—灰黑色薄—中层状白云质灰岩、灰质白云岩。
9.峰峰组第一段（马七段，O2f）
总厚74.2m。下部灰白色、灰黄色薄层状泥灰质白云岩；中部灰黑色中—厚层致密灰岩；上部浅灰黄色角砾状白云质泥灰岩，有时成泥灰质白云岩。
10.峰峰组第二段（马八段，O2f）
厚度21.0m。下部灰黄、灰白色中层状粗粒结晶白云岩；上部蓝灰、灰黑色中—厚层状致密灰岩；顶部为山西式铁矿、铝土页岩。
二、地层对比
据区域对比资料（山西省地质矿产局和长春地质学院），区内奥陶系下统冶里和亮甲山组相当于山东淄博的纸坊庄组；下马家沟组相当于桌子山的三道坎组和桌子山组，相当于山东淄博北庵庄组；上马家沟组相当于桌子山的克里摩里组，相当于山东淄博的马家沟组（例如，阿门角石两地皆有）。峰峰组相当于桌子山的乌拉力克组和拉什仲组，相当于山东淄博的阁庄组和八陡组。
三、层序地层分析
山西南坪剖面奥陶纪时地处于盆地东缘，在沉积环境上位于台地上，且以向东缓倾的缓坡台地面貌为特征，因此划分的层序中很少见低水位体系域，已发现的低水位体系域呈特殊型式——下切谷充填或缓坡河口、滨岸、潮坪沉积。
1.冶里组层序地层分析（SB1—SB3）
（1）冶里组***划分出3个层序，每个层序的底界均见下切、侵蚀现象，使边界呈起伏不平状态，最大高差可达lm以上。层序1（本剖面层序编号与桌子山地区未统一，编号仅适用于本区）具有低水位期沉积（图3-8），属下切充填物，含方解石晶洞，首次洪泛面亦含晶洞，外貌上含内碎屑多，白云岩化程度高，推测原始沉积岩类型为泥砾岩。海进体系域具有上超结构，但因露头剖面范围太小而不甚明显，其另一特征是愈向上显示的水体深度愈大，响应于内碎屑是愈向上愈少。层序1的密集段由白云质硅质页岩组成，其上的高水位体系域具有弱下超结构。该层序边界（SB1）与奥陶系底界基本重合，作者以原分界临近的不整合作为新界面（图版Ⅲ－1）。在区域上，SB1之下的白云化程度要高得多，体现为SB1之下的白云岩呈粗晶至巨晶，而其上的白云岩呈隐晶质，这表明曾发生过暴露作用。
（2）层序2无低水位体系域，沉积地形上的洼地被海进体系域充填，层序边界处除有浸蚀痕迹外，还见铁质浸染的暴露标志。其密集段较层序1差，页理不明显。尽管该密集段特征不典型，但高水位体系域下部沉积的下超现象比较显著（图版Ⅲ－1）。
（3）层序3局部含少量低水位沉积（图版Ⅲ－2，大树附近）。海进体系域也显示向上变深的退积式结构，其密集段比较典型，由灰黄绿色白云质页岩组成（具有外台地特征，在风暴浪基面附近）。高水位体系域总体呈向上变浅的准层序组合，含白云质页岩及竹叶状白云岩（图3-8），表明环境由外台地向内台地潮坪的沉积转化。
图3-8 山西南坪剖面奥陶系层序地层分析
上述3个层序均属I型层序。
层序3的顶部边界与冶里组的顶界（亮甲山组底界）基本吻合，特征见下述。
2.亮甲山组层序地层分析（SB4—SB6）
（1）冶里组与亮甲山组在野外缺乏明显的分界，作者以原亮甲山组出现的第一个不整合作为两组的界线。亮甲山组含3个层序，序号为SB4—SB6。层序4底部边界具有明显的削截现象（图版Ⅲ－2），但未见特征的低水位体系域。海进和高水位体系域因均由白云岩组成，尚无法细分准层序，但密集段由其中部的黄灰色白云质页岩组成。密集段之下层理向上变薄，为海进体系域；密集段之上层理向上变厚，即高水位体系域，总体反映了海进－海退一个完整的旋回。
（2）层序5底部被覆盖，因而无法标定准确的层序边界位置。海进体系域由具纹层的薄层泥质白云岩组成，环境上属外台地内缘或内台地外缘。密集段较为典型，主要由页状白云质泥岩组成。高水位体系域愈向上层理愈厚，表明水体愈来愈浅，白云化程度高，具有潮坪沉积特征。
（3）层序6出露较全，底部边界具有比较明显的削截标志。该层序无低水位体系域，海进体系域具有上超结构，密集段为泥质白云岩，外貌上因泥质含量高而草木较多，高水位体系域具有弱前积结构。环境变迁与层序5相似。层序6的顶界与下马家沟组底界完全重合，属一个大型不整合边界，详细特征见下述。
3.下马家沟组层序地层分析（SB7—SB13）
下马家沟组***含7个层序，相当于马一段、马二段和马三段地层分别包括层序SB7—SB8、SB9—SB10、SB11—SB13。
（1）层序7为下马家沟组第一个层序，其底部边界为一个区域性不整合，在鄂尔多斯地块内部普遍缺失冶里组和亮甲山组的地层。南坪剖面上最显著的特征是：由层序边界之下的纯碳酸盐沉积变为层序边界之上的砂质沉积，砂岩以不同形态“侵入”下部灰岩中，并呈明显的截切关系。这个界面在中阳韩尾沟具有相似的特征；在河南－池歇窦沟见下切谷，其间充填灰岩；在平顺靳家院上页岩与下白云岩呈角度不整合削截关系（见第四章图4-1）。
在南坪剖面上，该层序边界之上具有底砾岩，低水位体系域由砾岩和具交错层理的砂岩组成，相当于Vail（1989）缓坡模式中的砂质滨岸沉积。在海进期，可容纳空间增加，标志特征是由混水环境转化为清水环境，岩性响应为浅灰、灰黄色泥质白云岩与白云质灰岩互层。密集段及高水位体系域与海进体系域岩性相同，但其间夹黑色页岩，表明具有追补性质。
（2）层序8之低水位体系域出现了砂质沉积和角砾岩，标志着海平面发生过快速下降。其沉积物外貌呈土状、蜂窝状和角砾状。角砾大小不一（几至几十厘米）、棱角明显、分选差，基质支撑结构。角砾成分主要由白云质泥灰岩组成，尚有砂岩、燧石和白云岩。在Hanford（1993）的缓坡模式中，低水位期发育巨大的旱谷，区内的角砾岩可能属于旱谷近海口的网状河道沉积，并且具有水上重力流（碎屑流）的性质。
其海进和高水位体系域砾石减少，成层性明显，代表内台地或粒屑滩的沉积。在密集段附近，泥质含量增加。
上述两个层序相当于马一段地层，均属I型性质。
（3）层序9和层序10属于马二段地层。层序9底部又出现了角砾状白云质灰岩，为低水位缓坡背景的特殊产物，底部边界部位见铁质浸染。向上海进和高水位体系域白云质减少，较纯灰岩比重增大，高水位体系域外貌风化成孔洞状。层序9为I型层序。
（4）层序10底部边界以出现少量角砾状白云质灰岩为标志，无其它特殊特征，故可能属于Ⅱ型层序边界。该层序无低水位体系域。海进和高水位体系域由浅灰、深灰色薄至中层状白云质灰岩组成，外貌上呈土状；密集段与层序9中的特征相同，但海进和高水位体系域无明显分界。该层序顶界与原马三段底界吻合。
（5）层序11、12和13相当于马三段地层。层序11底界无十分明显的削截特征，但层序边界之上的沉积白云岩化程度低，灰岩比较纯，可能是一个I型层序边界。层序11（50～51层）仅含海进和高水位体系域。海进体系域灰岩成分较纯，向上泥灰质增多，层理变薄；高水位体系域层理变厚，白云化程度相对较高（图版Ⅴ－4）。下部地层风化成洞、孔，上部地层风化程度低。
（6）层序12（52～53层）底部边界具有比较明显的削截作用标志，其边界之上也具有某些暴露不整合的标志。因此SB12是一个I型层序边界。其海进体系域由深灰色中—厚层状含白云质灰岩组成，无典型密集段，而高水位体系域由灰白色薄层泥灰质白云岩组成，夹黄灰色薄层白云质泥灰岩。均为局限台地至内台地的产物。
（7）层序13（54～56层）底部边界具有褐铁矿等暴露作用标志，属I型层序边界。其低水位体系域由白云质角砾岩组成，具有缓坡近海部位冲积扇的沉积特点（具碎屑流沉积特征）。海进体系域由中—厚层状深灰色含白云质灰岩组成，反映为开阔台地的沉积产物。高水位体系域由灰白—深灰色薄层状白云岩或白云质灰岩组成，代表局限台地的沉积。其层序顶部边界（SB14）与上马家沟组基本吻合。
4.上马家沟组层序地层分析（SB14—SB24）
上马家沟组***含10个层序。与下马家沟组顺序排列，描述如下。
（8）层序14、15和16（57～59层）主要由马四段地层层序组成，含少量马五段下部地层。这三个层序的***同特征是低水位体系域由灰黄、灰白色角砾状白云质泥灰岩组成，具有缓坡下切河谷充填物特征。海进体系域与低水位体系域的不同点在于角砾含量。层序14和15密集段及高水位体系域由泥质灰岩组成；层序16的密集段具水平纹理，其高水位体系域由含泥质灰岩组成，可能为潮下低能带的产物。
（9）层序17、18、19和20均由马五段地层组成。层序17（59～60层）底部边界位于马五段底界偏上，边界部位具有微弱削截现象，外貌上风化成大洞。其海进体系域层理风化后成薄层状，但原层理可能为厚层一块状，风化程度高表明含泥质，至最大海泛面附近显示原生薄层理，但特征不典型。海进体系域由泥质白云岩至白云质灰岩组成。高水位体系域主要由厚层状白云质灰岩组成，其颜色偏深，呈深蓝灰色，风化程度较下部弱。该层序可能属于I型层序。
（10）层序18（60层顶至63层）底部边界具有明显的侵蚀削截特征，侵蚀谷地可能充填有少量低水位沉积物。海进体系域呈退积式上超结构，由深灰色中—厚层豹皮状白云质灰岩组成。最大海泛面处仅泥质含量高，草木顺之生长，无其它标志。高水位体系域总体上层理向上变厚，呈弱前积式结构，由豹皮状灰岩、泥质白云岩组成。该层序为一个I型层序。
（11）层序19（64～65层）底部边界具有轻微削蚀现象，但具有明显的暴露作用标志，例如广泛存在褐铁矿，故为I型层序边界。海进体系域由深灰色厚层状含白云质灰岩组成，层理向密集段处变薄。密集段为薄层泥质灰岩或含泥质灰岩，具有水平纹理。高水位体系域由风化成薄至中层状的白云质灰岩组成，外貌上呈土状，裂缝多充填有方解石脉。
（12）层序20（65层上部至67层）：层序边界20处具有明显的削截和上超结构，因此该界面是一个I型层序边界（图版Ⅲ－4）。其海进体系域由深灰色薄—中层状白云质灰岩组成，高水位体系域由中至厚层状泥灰质白云岩和白云质灰岩组成，具有局限台地或内台地特征。代表密集段的沉积为纹层状含泥质灰岩或泥灰岩组成，具有弱下超结构和清晰的水平纹层。
（13）层序21～25隶属马六段地层。层序21（68～69层）底部边界大体位于马六段底界附近，见削截地层结构，但因覆盖较多，显示不十分清楚，仅由上下地层倾角变化呈现出来。其海进体系域和高水位体系域均由灰质白云岩组成，但密集段附近及高水位体系域含泥灰质较多；同时从风化层理看，海进体系域有向上变薄的趋势，而高水位体系域层理向上变厚，且上部风化程度低。沉积环境上主要属于局限台地。该层序可能是I型层序。
（14）层序22（70层）底部边界具有不明显的侵蚀现象，可能为I型也可能为Ⅱ型层序边界。海进体系域准层序发育明显，具有4～6个准层序，每个准层序显示向上变浅、层厚加大的特征。高水位体系域准层序不甚明显，具有加积式的性质，密集段特征不典型。两者均由白云质灰岩组成，属于开阔台地沉积。
（15）层序23（71～73层）底部边界标志不明显，但层序23高水位体系域显示水体向上逐渐变浅的趋势，至层序24灰黄色白云质泥灰岩之角砾岩，表明水体突然变浅，这些角砾岩为低水位期沉积。其海进体系域以无角砾开始，呈加积式。密集段特征比较典型，含泥灰质比重大，叶理及水平纹层发育。高水位体系域呈向上变浅的准前积式叠加序列，均具有外－内台地性质。
（16）层序24（74～76层）底部边界特征亦不显著，但从岩性及环境上有反映。边界之下的高水位体系域为白云质泥灰岩；而其上为厚层状致密灰岩，环境上具有开阔海的性质。它可能属于Ⅱ型层序边界。海进体系域含3～4个准层序，每个准层序由薄层白云质泥灰岩－厚层致密灰岩组成，准层序组呈明显的退积式，表现在灰岩厚度愈来愈薄，而白云质泥灰岩越来越厚。密集段亦由泥灰岩组成。高水位体系域主要由薄层状白云质泥灰岩和白云岩组成，具有水体向上变浅的性质，含6个准层序，准层序组下部呈加积式，总体呈前积式，由反映永体深度上也显示前积式的特征，各准层序顶部灰岩总体上愈向上愈厚。
5.峰峰组层序地层分析（SB25—SB29）
层序25（77～80层下部）、26（80层上部至81层）、27（82层下部）、28（82层上部至83层）及29（84层）主要由峰峰组地层组成。
层序26底界在鄂尔多斯地块内部是一个区域性不整合，缺失中奥陶统（至下石炭统）地层，而华北地层仍有中统地层分布。区内层序24高水位期水体向上逐渐变浅，至层序25早期又开始海进，故其海进体系域主要由深灰、浅灰色薄层状白云质灰岩组成，高水位体系域由白云质泥灰岩和泥灰质白云岩组成，反映了区内海进－海退的过程。
层序26、27和28具有***同的特点，即低水位和海进体系域由角砾状白云质泥灰岩或泥灰质白云岩组成，而高水位体系域由致密灰岩或结晶白云岩组成，前者具有台内浅滩的特点，后者属于开阔台地或台上蒸发盐环境。
层序29相当于峰峰组第二段（马八段）地层，其底界在马八段分界稍上。层序边界的标志为由边界之下白云岩（暴露期间强烈白云岩化）变为边界之上的青灰、灰黑色中—厚层状致密灰岩（海进）。其海进和高水位体系域均由灰岩组成。其顶部为奥陶系与石炭系的分界，是一个巨大的区域不整合，标志是缺失上奥陶统一下石炭统地层、具有山西式赤铁矿和铝土矿。
上述描述、图件及图版中，马一、二、三段统一，马四、五段分别相当于上马家沟组一、二、三段，马七、八段分别相当于峰峰组一、二段。
四、小结
（1）南坪剖面位于鄂尔多斯地块东侧，近隆起部位，与西缘沉积背景相差甚远，自冶里期至峰峰期本区以缓坡台地背景占主导地位。
（2）本区奥陶系***划分出29个层序，如果底界按495Ma、顶界按445Ma计算，每个层序的周期平均为1.725Ma。在层序数目上，虽然本区与西缘相同，但本区地层的形成时间比西缘长，例如西缘缺失冶里和亮甲山组的地层。这也说明在鄂尔多斯地块两侧，控制沉积层序的形成因素，既有***同因素，也有局部因素，西缘受内蒙海、祁连海等几个海域的影响，故地层的旋回性、局部因素的影响更强。
（3）该区地处台地上，对海水的进退、海平面的升降反映很敏感，因此层序边界的特征比较显著。一般I型层序边界有削截、暴露、强烈白云岩化等标志；Ⅱ型层序边界无显著的上述特征，靠准层序组型式的变化来确定，例如层序边界之下为向上变浅的或向上变厚的序列，层序边界之上呈向上变深或向上变薄的型式。
（4）该区密集段特征一般不典型，比较明显的密集段由泥质灰岩或含泥质灰岩组成。这表明密集段在靠陆部位消失或发生“相变”。
（5）准层序的数目减少，除少数层序外，一般体系域的准层序数目很少，甚至一个体系域仅含一个准层序。这表明，越靠近枢纽点地层越薄。
（6）低水位体系域不发育，所发现的低水位体系域特征为下切谷充填及缓坡特殊的冲积扇体系等。