劉新社 熊 鷹 文彩霞 李 凌 王飛燕何 為 楊清宇 肖 笛 譚秀成

(1.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田公司勘探開(kāi)發(fā)研究院 西安 710021；2.油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 西南石油大學(xué) 成都 610500；3.中國(guó)石油碳酸鹽巖儲(chǔ)層重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室沉積—成藏研究室 西南石油大學(xué) 成都 610500；4.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田公司勘探部 西安 710021)

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鄂爾多斯盆地東北部馬五1+2亞段巖石類型及沉積環(huán)境

劉新社1熊 鷹2，3文彩霞1李 凌2,3王飛燕1何 為4楊清宇4肖 笛3譚秀成2,3

(1.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田公司勘探開(kāi)發(fā)研究院 西安 710021；2.油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 西南石油大學(xué) 成都 610500；3.中國(guó)石油碳酸鹽巖儲(chǔ)層重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室沉積—成藏研究室 西南石油大學(xué) 成都 610500；4.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田公司勘探部 西安 710021)

受多期巖溶疊合改造影響，鄂爾多斯盆地東北部奧陶系馬五1+2亞段的原巖組構(gòu)遭受破壞，制約了對(duì)原始沉積環(huán)境及沉積相的恢復(fù)研究?；趲r芯、薄片及陰極發(fā)光研究，通過(guò)原巖組構(gòu)恢復(fù)，在區(qū)內(nèi)識(shí)別出5種主要的原始碳酸鹽巖類型及7種成巖作用產(chǎn)物巖石類型，并總結(jié)出5種巖石類型組合，分別形成于局限—蒸發(fā)臺(tái)地內(nèi)的顆粒灘、灘間海、丘灘復(fù)合體、臺(tái)坪和局限瀉湖沉積環(huán)境?？v向上可構(gòu)成局限瀉湖—顆粒灘—臺(tái)坪、局限瀉湖—丘灘復(fù)合體—臺(tái)坪等4種典型的向上變淺沉積序列。結(jié)果表明，顆粒巖類與含膏?？啄?粉)晶云巖類是盆地東北部馬五1+2亞段最主要的原始巖類，并發(fā)育有一定規(guī)模的藻黏結(jié)巖和泥晶云巖，其中含膏模孔泥(粉)晶云巖與丘、灘向上變淺序列密切相關(guān)。這些認(rèn)識(shí)將為深化區(qū)內(nèi)古環(huán)境和儲(chǔ)集巖類研究提供依據(jù)。

巖石類型 沉積環(huán)境 顆粒灘 馬五1+2鄂爾多斯盆地東北部

0 引言

鄂爾多斯盆地奧陶系碳酸鹽巖賦存有相當(dāng)豐富的油氣資源，已有眾多學(xué)者對(duì)其進(jìn)行了深入的研究[1-5]，普遍認(rèn)為馬家溝組巖石類型多樣，包括泥粉晶云巖、含膏云巖、殘余結(jié)構(gòu)細(xì)—粗晶云巖以及巖溶建造巖等[2,6]，儲(chǔ)集巖類則以含硬石膏結(jié)核或柱狀晶的泥粉晶白云巖以及晶粒云巖為主[7-8]。但由于馬家溝期后長(zhǎng)達(dá)1.3億多年的風(fēng)化剝蝕[9]，馬五1+2地層遭受了強(qiáng)烈的多期巖溶疊加改造和重結(jié)晶影響，各類巖性的宏微觀特征均遭到不同程度的破壞，其原巖組構(gòu)難以識(shí)別。因而，現(xiàn)有的研究多存在巖石類型分類粗略，原巖和儲(chǔ)集巖類型認(rèn)識(shí)不清，且未對(duì)各類巖石沉積環(huán)境做細(xì)致分析等問(wèn)題。鑒于此，本文基于區(qū)內(nèi)32口系統(tǒng)取芯井觀察、120塊薄片鑒定和50件陰極發(fā)光分析，對(duì)奧陶系馬家溝組五段馬五1+2亞段原始巖石類型、成巖作用特征及其產(chǎn)物類型開(kāi)展研究，進(jìn)而開(kāi)展原巖恢復(fù)并探討其沉積環(huán)境。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

鄂爾多斯盆地位于華北臺(tái)地西部，為一矩形構(gòu)造盆地，面積約2.5×105km2。馬家溝期，盆地內(nèi)部表現(xiàn)為隆坳相間格局，其北部為伊盟隆起；西南部發(fā)育因賀蘭裂谷沉降擴(kuò)張而導(dǎo)致西緣裂谷肩部翹升所形成的正向構(gòu)造，即中央古隆起；在其東側(cè)則為與之伴生的陜北坳陷[9](圖1)。馬家溝組沉積之后，中奧陶世末加里東運(yùn)動(dòng)使華北臺(tái)地抬升為陸，盆地內(nèi)中奧陶統(tǒng)馬家溝組上部經(jīng)受了長(zhǎng)達(dá)1.3億多年的風(fēng)化剝蝕，形成了一套與風(fēng)化殼相關(guān)的儲(chǔ)集體。

鄂爾多斯盆地奧陶系馬家溝組五段沉積于局限—蒸發(fā)的陸表海碳酸鹽臺(tái)地環(huán)境，沉積水體鹽度偏高，其中馬五1+2亞段主要為含膏云坪和膏鹽湖微相[4]，以發(fā)育含硬石膏和鹽巖結(jié)核或含硬石膏柱狀晶和結(jié)核的殘余結(jié)構(gòu)細(xì)粉晶白云巖為主[7]。研究區(qū)馬五1+2亞段地處盆地東北部(圖1)，其水體循環(huán)相對(duì)更好、能量更強(qiáng)，多處于浪基面—平均低潮線之間，以顆粒灘大量發(fā)育為特征，局部微地貌高地則主要發(fā)育臺(tái)坪。受馬家溝期后風(fēng)化殼巖溶的改造，區(qū)內(nèi)巖石類型多樣，成因復(fù)雜，主要包括含膏模孔泥粉晶云巖、顆粒云巖、藻黏結(jié)云巖以及大量巖溶建造巖等。

圖1 鄂爾多斯盆地構(gòu)造區(qū)劃及研究區(qū)位置圖Fig.1 Tectonic division and location of the study area in Ordos Basin

2 原始巖類及特征

研究區(qū)碳酸鹽巖類型劃分主要以顆粒和基質(zhì)的類型、特征與百分比，生物化石組成，以及在沉積作用過(guò)程中所反映出的沉積結(jié)構(gòu)和構(gòu)造劃分標(biāo)志為依據(jù)，并以Dunham(1962)和馮增昭(1982)的結(jié)構(gòu)分類[10-11]為基礎(chǔ)，將區(qū)內(nèi)馬五1+2亞段劃分為以下5種主要的原始巖石類型。

2.1 亮晶顆粒云巖

(1) 亮晶砂屑云巖。宏觀上呈淺灰色至褐灰色塊狀，鏡下可見(jiàn)明顯的砂屑結(jié)構(gòu)且未被破壞，顆粒支撐，砂屑含量55%～80%，粒徑0.2～0.4 mm，分選磨圓較好，多為次圓狀—圓狀。砂屑多呈點(diǎn)接觸—漂浮狀，其間為亮晶白云石充填，約占20%～40%，粒內(nèi)溶孔發(fā)育(圖2a)。

(2) 亮晶鮞粒云巖。宏觀特征與亮晶砂屑云巖相似，鏡下鮞粒含量50%～70%，粒徑0.25～0.5 mm，多為圓鮞或橢球鮞。鮞粒保存完好度較差，鮞粒內(nèi)部圈層結(jié)構(gòu)或放射結(jié)構(gòu)多被破壞或不能識(shí)別，被泥晶或亮晶白云石充填(圖2b)，僅少量鮞?？梢?jiàn)模糊的內(nèi)部圈層結(jié)構(gòu)，鮞核為砂(粉)屑物質(zhì)或白云石晶體。鮞粒間多為細(xì)粉晶白云石充填，約占30%～40%。整體上表現(xiàn)為鮞粒向上變粗的正粒序構(gòu)造，至下而上由含鮞粒泥粉晶云巖過(guò)渡為亮晶鮞粒云巖。

大量砂屑和鮞粒的出現(xiàn)均為高能環(huán)境的標(biāo)志，而砂屑和鮞粒具較好的分選性和磨圓程度表明其頻繁受到波浪的擾動(dòng)，該巖類由準(zhǔn)同生期顆?；?guī)r的回流滲透云化作用形成，其原始顆粒結(jié)構(gòu)很少或未受到破壞，而顆粒內(nèi)多發(fā)生溶蝕作用，為準(zhǔn)同生期不穩(wěn)定礦物的組構(gòu)選擇性溶蝕孔隙。推測(cè)其形成于正常浪基面之上的顆粒灘環(huán)境。

2.2 藻黏結(jié)云巖

(1) 凝塊云巖。由藍(lán)藻菌cyanobacteria及其分泌物黏結(jié)海水中的沉積物所構(gòu)成，藍(lán)藻菌群落在生長(zhǎng)過(guò)程中相互連接、融合并黏結(jié)泥晶物質(zhì)形成凝塊結(jié)構(gòu)，這些凝塊可進(jìn)一步黏合而呈現(xiàn)出深褐色—黑色網(wǎng)狀或團(tuán)簇狀形態(tài)特征，個(gè)體較大(圖2c)，凝塊間多為黏結(jié)微生物分解之后形成的空腔，被多期膠結(jié)物充填，第一期為櫛殼狀泥晶白云石，后期為細(xì)—粗晶白云石或方解石膠結(jié)物，常見(jiàn)不規(guī)則狀溶蝕殘余孔洞。

(2) 藻黏結(jié)砂(粉)屑云巖。由藍(lán)藻菌黏結(jié)、纏繞砂(粉)屑生長(zhǎng)而成，具典型的砂(粉)屑結(jié)構(gòu)，顆粒支撐。砂屑顆粒主要呈褐色球狀或橢球狀，含量一般大于60%，粒徑0.15～0.4 mm，分選較差，磨圓較好，砂屑內(nèi)部偶見(jiàn)形態(tài)模糊的藍(lán)藻菌生長(zhǎng)痕跡。砂屑間填隙物主要為泥粉晶白云石或亮晶自形白云石，溶孔發(fā)育(圖2d)；粉屑顆粒在鏡下多呈黑色卵形或橢球形，粒徑0.05～0.1 mm，分選、磨圓較好，有機(jī)質(zhì)含量高，粒間主要為粉—細(xì)晶白云石膠結(jié)物。

該巖類與灰泥丘的發(fā)育密切相關(guān)，多位于丘核部位，但發(fā)育規(guī)模和頻率較小。在垂向上常與“花斑狀”顆粒云巖共同產(chǎn)出，構(gòu)成丘灘復(fù)合體。顆粒結(jié)構(gòu)表明其整體沉積環(huán)境能量較高。同時(shí)，藻黏結(jié)巖類型的不同也反映出水動(dòng)力條件的微變化。當(dāng)水體能量稍弱時(shí)，藍(lán)藻菌及其黏液分泌物黏結(jié)、捕獲水體中的灰泥等物質(zhì)形成凝塊巖，其黏結(jié)結(jié)構(gòu)更明顯；當(dāng)能量稍強(qiáng)時(shí)，黏結(jié)物以粒徑大小不一的砂屑和粉屑為主，構(gòu)成藻黏結(jié)砂(粉)屑云巖，其顆粒結(jié)構(gòu)更明顯。故認(rèn)為其形成于正常浪基面附近及之上的較高能丘灘環(huán)境中。

2.3 疊層石云巖

疊層石由微生物群落相互黏結(jié)增長(zhǎng)，并經(jīng)有機(jī)誘導(dǎo)礦化作用而形成[12-14]。研究區(qū)疊層石紋層形態(tài)類型較多，可分為近水平狀、微波狀和半球狀(圖2e)。宏觀上表現(xiàn)為富菌藻層和貧菌藻層反復(fù)交替的特征，暗層由富菌藻泥晶白云石構(gòu)成，有機(jī)質(zhì)含量高，厚度1～4 mm，邊緣凹凸不平；亮層以褐灰色泥粉晶白云石為主，厚度3～5 mm。紋層結(jié)構(gòu)通常呈高低起伏或斷續(xù)分布特征，表明微生物席表面存在不規(guī)則的微地貌[15]。

此巖類在區(qū)內(nèi)發(fā)育規(guī)模不大，但卻具有重要的環(huán)境指示意義。已有的研究表明，疊層石在不同水深條件下均可生長(zhǎng)，但主要發(fā)育于潮間帶及淺潮下帶[16]。水平狀和微波狀藻紋層結(jié)構(gòu)反映其形成時(shí)的水動(dòng)力較弱，是潮間帶上部的標(biāo)志性產(chǎn)物。而半球狀藻疊層石則反映了水動(dòng)力相對(duì)較強(qiáng)的潮間帶下部環(huán)境。故認(rèn)為該其形成于平均高潮線和平均低潮線之間的藻坪環(huán)境。

2.4 含膏、鹽?？啄?粉)晶云巖

該巖石類型以硬石膏結(jié)核和石膏假晶大量發(fā)育為特征，在研究區(qū)發(fā)育較普遍，局部見(jiàn)少量石鹽結(jié)核。根據(jù)膏模孔的充填情況可細(xì)分為以下兩類：

(1) 半充填膏、鹽?？啄?粉)晶云巖。宏觀上呈灰褐色、土黃色塊狀特征，膏?？状罅堪l(fā)育且孔洞清晰可見(jiàn)(圖2f)。白云石含量平均93%，方解石5%，泥質(zhì)2%，膏?？灼毡榘l(fā)育，多呈不規(guī)則橢圓形，孔徑平均0.4～1.5 mm，多被滲流粉砂、細(xì)—粉晶方解石半充填，面孔率介于5%～8%(圖2g)。有時(shí)亦見(jiàn)少量針柱狀石膏假晶晶模孔和方形石鹽晶?？祝柿闵罘植?，前者大小在0.02 mm×0.4 mm左右，面孔率約3%，后者孔徑0.08～0.2 mm，面孔率約4%。

(2) 全充填膏、鹽?？啄?粉)晶云巖。宏觀上呈灰褐色、土黃色塊狀特征，白云石含量平均90%，方解石8%，泥質(zhì)2%，膏質(zhì)團(tuán)塊和石膏假晶普遍發(fā)育，偶見(jiàn)石鹽假晶。膏?？卓讖浇橛?.4～1.5 mm，為滲流粉砂、粗—巨晶方解石全充填，可構(gòu)成下部滲流粉砂及粉晶方解石，上部粗晶方解石的示頂?shù)讟?gòu)造(圖2h)。石膏假晶多呈板條狀或針柱狀，大小在0.02 mm×0.4 mm左右，呈零散狀分布，由于去石膏化作用，現(xiàn)為方解石晶體。

宏觀及微觀特征均表明該巖類沉積環(huán)境能量較弱。泥晶反映低能、靜水環(huán)境，而大量發(fā)育的硬石膏結(jié)核和石膏假晶指示其為經(jīng)常暴露的淺水咸化環(huán)境，并且海水循環(huán)受到限制，為強(qiáng)烈蒸發(fā)條件的產(chǎn)物。推測(cè)其形成于水體鹽度偏高且經(jīng)常暴露的淺水低能膏云坪環(huán)境。

2.5 泥(粉)晶云巖

宏觀上多呈淺灰—深灰色、土黃色塊狀特征，巖性致密，具水平層理或不顯層理。礦物組分以白云石為主，白云石含量平均88%、泥質(zhì)8%、方解石4%，孔隙不發(fā)育。局部可見(jiàn)暗色泥質(zhì)條紋，由泥粉晶白云石、泥質(zhì)集中而體現(xiàn)出來(lái)，多呈水平狀(圖2i)。該巖類多發(fā)育有小型不規(guī)則狀溶縫，為泥質(zhì)、泥粉晶白云石及充填。偶見(jiàn)垂直生物潛穴，泥粉晶白云石充填。

泥粉晶結(jié)構(gòu)表明沉積環(huán)境能量較低。該巖類由準(zhǔn)同生白云巖化作用形成，多表現(xiàn)為具暗色泥質(zhì)紋層的深灰—灰褐色特征，缺少暴露標(biāo)志，生物潛穴也反映較低的沉積速率，古生物具有充分的時(shí)間對(duì)沉積物進(jìn)行改造，推測(cè)其形成于靜水低能的局限瀉湖或?yàn)╅g海環(huán)境。

3 成巖產(chǎn)物類型及原巖恢復(fù)

由于馬家溝期后長(zhǎng)時(shí)間的暴露，馬五1+2亞段經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的成巖改造，其原始沉積結(jié)構(gòu)多遭到不同程度破壞，現(xiàn)今所表現(xiàn)的結(jié)構(gòu)特征主要反映成巖作用性質(zhì)，因而不能完全按照沉積微相的劃分原則對(duì)其進(jìn)行巖石類型的劃分。本文通過(guò)對(duì)成巖過(guò)程的研究，并通過(guò)陰極發(fā)光等手段試圖對(duì)其原始巖相及原始沉積環(huán)境進(jìn)行恢復(fù)。此外，由于成巖環(huán)境對(duì)沉積環(huán)境有一定的繼承性，以及成巖作用類型對(duì)沉積物類型具明顯的選擇性，對(duì)成巖作用產(chǎn)物特征的研究也將有助于對(duì)原始沉積環(huán)境的認(rèn)識(shí)與恢復(fù)[17]。

3.1 “花斑狀”顆粒云巖

在巖芯上以可明顯識(shí)別的不規(guī)則花斑狀構(gòu)造為主要特征，由巖溶作用影響而致[18]，“花斑”表現(xiàn)為深色斑塊和淺色斑塊的斑雜共存。其中深色斑塊溶蝕作用較強(qiáng)，主要由離散的砂屑云巖顆粒與碳酸鹽砂構(gòu)成，并混有云泥質(zhì)；淺色斑塊受巖溶作用影響較小，由砂屑云巖原巖構(gòu)成(圖3a)。鏡下具明顯的砂屑結(jié)構(gòu)，其特征與亮晶砂屑云巖類似，砂屑間多為泥粉晶白云石充填，花斑溶孔發(fā)育，泥質(zhì)和白云石晶體半充填。該巖石類型在區(qū)內(nèi)廣泛發(fā)育，常與亮晶砂屑云巖及藻黏結(jié)云巖關(guān)系緊密并共同產(chǎn)出。

該巖類形成于正常浪基面之上的較高能原始沉積環(huán)境，之后遭受弱巖溶作用改造而成。在早成巖期，巖溶水沿弱固結(jié)巖石的顆粒間空隙流動(dòng)改造顆粒原巖，并在改造處充填暗色離散砂屑、云泥質(zhì)，表現(xiàn)為原巖部分與小型不規(guī)則狀巖溶改造充填部分顏色不一致，呈現(xiàn)出花斑狀，與四川盆地磨溪—高石梯地區(qū)龍王廟組“花斑狀”顆粒巖[18]和中二疊統(tǒng)棲霞組和茅口組的豹斑狀巖溶系統(tǒng)[19]相似；國(guó)外的早成巖期巖溶研究中稱其為海綿狀巖溶系統(tǒng)[20]。

3.2 泥晶化顆粒云巖

宏觀上，這類巖石斷口粗糙(圖3b)，但在鏡下多表現(xiàn)為暗色泥晶結(jié)構(gòu)(圖3c)，呈現(xiàn)出宏微觀特征的矛盾性。通過(guò)這類巖石的陰極發(fā)光分析發(fā)現(xiàn)，巖石整體發(fā)光較昏暗，也見(jiàn)約10 μm厚發(fā)暗紅光的泥晶化白云石環(huán)繞直徑約150～200 μm的泥晶白云石的現(xiàn)象(圖3d)。據(jù)此，可以判斷發(fā)昏暗光的可能為泥晶結(jié)構(gòu)的顆粒，而環(huán)邊狀的發(fā)暗紅光的泥晶化白云石為環(huán)邊膠結(jié)物(圖3d)，因而其原巖應(yīng)為泥晶化的顆粒云巖。表明利用陰極發(fā)光恢復(fù)的顆粒結(jié)構(gòu)正好可以解釋宏微觀組構(gòu)特征的矛盾，也是解決強(qiáng)烈?guī)r溶改造地區(qū)碳酸鹽巖原巖組構(gòu)恢復(fù)的有效手段。

顆粒結(jié)構(gòu)反映了較強(qiáng)的原始水動(dòng)力能量，而顆粒的泥晶化過(guò)程則反映了大氣淡水的淋溶改造作用，據(jù)此推斷該巖類由準(zhǔn)同生期顆?；?guī)r的白云巖化，之后又受到大氣淡水淋溶改造而成。泥晶化過(guò)程主要表現(xiàn)為砂屑云巖顆粒及膠結(jié)物在大氣淡水淋溶下逐漸被溶蝕、離解，并充填淋溶滲濾帶入的碳酸鹽砂、泥，從而顯示出泥晶、微亮晶特征，顆粒邊界在薄片中變得模糊，陰極發(fā)光下可恢復(fù)顆粒的輪廓，顆粒間發(fā)光明亮的云泥或白云石膠結(jié)物則可能為受淡水淋濾后，錳元素比鐵元素的相對(duì)含量增加造成的結(jié)果。該成巖作用過(guò)程實(shí)質(zhì)為一種微組構(gòu)成巖變化，類似的成巖變化在西班牙瓦納拉丹尼階灰?guī)r的古巖溶改造[20]、美國(guó)新墨西哥州密西西比系早成巖期巖石溶蝕[21]及四川盆地南部茅口組顆粒巖的溶蝕過(guò)程中[19,22]也可見(jiàn)到。

3.3 殘余砂屑粉—細(xì)晶云巖

具殘余顆粒結(jié)構(gòu)的晶粒云巖，巖芯上表現(xiàn)為淺灰—深灰色結(jié)晶白云巖特征，具向上變粗逆粒序結(jié)構(gòu)。普通顯微鏡下晶粒結(jié)構(gòu)明顯，自形程度較高，呈緊密鑲嵌狀接觸(圖3e)，晶間孔和小型微裂縫發(fā)育，為滲流粉砂和自形白云巖半充填。陰極發(fā)光下可識(shí)別清晰的砂屑原始輪廓，砂屑發(fā)暗紅光，呈次棱—此圓狀，含量50%～65%；其間被粒狀粉—細(xì)晶白云石充填，發(fā)紅光—亮紅光，含量40%～45%(圖3f)。

原巖為與顆粒灘相關(guān)的砂屑灰?guī)r，但其顆粒結(jié)構(gòu)在后期強(qiáng)烈而徹底的白云石化和重結(jié)晶作用影響下變得模糊而顯示出晶粒結(jié)構(gòu)，在宏觀上難與結(jié)晶白云巖相區(qū)別，陰極發(fā)光下具清晰的顆粒結(jié)構(gòu)。該類巖石與四川盆地華鎣山李子埡剖面細(xì)晶云巖類似[23]，后者于野外發(fā)現(xiàn)大型交錯(cuò)層理，也間接證實(shí)其形成于高能環(huán)境，而并非由安靜低能環(huán)境下形成的泥晶、泥粉晶晶粒重結(jié)晶而成。

3.4 砂糖狀中—粗晶云巖

次生晶粒結(jié)構(gòu)，中—粗晶白云石多表現(xiàn)為砂糖狀，并發(fā)育大量晶間孔，面孔率3%～5%(圖3g)。陰極發(fā)光下可識(shí)別清晰的砂礫屑原始輪廓，砂屑發(fā)暗紅光，呈次棱—次圓狀，含量55%～70%，次生白云石膠結(jié)物發(fā)紅光—亮紅光，含量35%～45%(圖3h)。

3.5 角礫化含膏?？啄喾劬г茙r

角礫結(jié)構(gòu)，角礫呈次棱狀至次圓狀，分選性通常較差，粒徑約2～20 mm，呈雜亂排布。角礫成分主要為含膏?？啄喾劬г茙r，膏?？妆粷B流粉砂及方解石全—半充填。角礫間為離散的碳酸鹽砂及云泥充填，網(wǎng)狀溶縫發(fā)育，并切割母巖。

該巖石類型主要受巖溶作用影響而成，其原巖為含膏模孔泥粉晶云巖，反映水體鹽度偏高的低能膏云坪沉積環(huán)境。而后，原巖在早成巖期大氣淡水巖溶作用影響下發(fā)生部分垮塌或產(chǎn)生網(wǎng)狀溶縫切割母巖，形成角礫結(jié)構(gòu)。此外，部分膏?？组g發(fā)育大量半充填碎裂縫(圖3i)，可能為石膏溶解體積增大對(duì)基巖施壓而致[7]，因?yàn)楹Ｑ蟓h(huán)境中沉積出的硬石膏(CaSO4)在溶解過(guò)程中必須先轉(zhuǎn)換為石膏(CaSO4·2H2O)，其體積增大30%，對(duì)基巖施壓，隨著石膏的溶解，壓力不斷釋放，使得膏模孔間的基巖發(fā)生破碎，形成大量碎裂縫，使母巖角礫化。

3.6 溶洞充填砂質(zhì)角礫云巖

角礫結(jié)構(gòu)，由多成分云巖角礫和粗粒(砂級(jí))雜基構(gòu)成(圖3j)，發(fā)育廣泛，厚度一般從幾十厘米到幾米。結(jié)構(gòu)組份以角礫云巖為主，約占60%～80%，同時(shí)可含有不同比例的砂屑顆粒，含量5%～20%。巖芯表面可見(jiàn)典型的溶塌構(gòu)造，角礫成分復(fù)雜，與母巖相佐，包括亮晶砂屑云巖、亮晶鮞粒云巖、泥粉晶云巖等(圖3k)。角礫多呈次棱狀至次圓狀，分選較差，粒徑0.5～50 mm，分布雜亂。角礫間多為離散的碳酸鹽砂、泥粉晶白云石充填，發(fā)育少量高角度不規(guī)則狀小型溶縫，被方解石或黑色泥質(zhì)充填。

該巖類為早成巖期大氣淡水巖溶影響的產(chǎn)物，角礫成分以各類型顆粒巖為主，推測(cè)其母巖形成于正常浪基面之上的高能顆粒灘環(huán)境。在早成巖過(guò)程中，海平面下降使地層暴露，大氣淡水下滲并隨著孔隙層發(fā)生流動(dòng)和溶蝕，早期弱固結(jié)含孔隙顆粒灘被大氣淡水不同程度離解，溶蝕程度較弱時(shí)，形成類似于“花斑”顆粒云巖的小型巖溶花斑；溶蝕程度強(qiáng)烈時(shí)形成相控的似層狀溶洞，顆粒灘強(qiáng)烈垮塌并伴隨上部地層部分垮塌，各類型垮塌角礫、離散的碳酸鹽砂及泥粉晶白云石雜亂堆積，構(gòu)成角礫結(jié)構(gòu)[26]。

3.7 溶洞充填泥質(zhì)角礫云巖

角礫結(jié)構(gòu)，由多成分云巖礫屑和泥質(zhì)雜基構(gòu)成(圖3l)，在區(qū)內(nèi)廣泛發(fā)育。角礫成分復(fù)雜，大小懸殊，主要包括各類型顆粒云巖、泥粉晶云巖垮塌角礫以及早期溶洞充填物破碎角礫。角礫呈次棱狀至次圓狀，分選較差，粒徑2～50 mm，分布雜亂。角礫間雜基以陸源泥質(zhì)和碳酸鹽泥為主，占巖石體積的15%～40%，并伴隨少量陸源石英、碳酸鹽砂、泥粉晶白云石、方解石碎屑及黃鐵礦混合充填，且表現(xiàn)出明顯的充填和流動(dòng)特征。溶洞內(nèi)可見(jiàn)大量泥質(zhì)充填溶溝及溶縫并切割早期溶洞充填物(圖3l)，溶縫及溶洞充填段與未溶蝕基巖段界限明顯清晰。

該巖類為中晚成巖期大氣淡水巖溶影響的產(chǎn)物。在早成巖期溶洞充填角礫巖的基礎(chǔ)上，處于中深埋藏階段的馬家溝組地層整體抬升暴露遭受大氣淡水淋溶改造，產(chǎn)生大量溶溝及溶縫不斷切割、疊加改造早期溶洞充填段，并帶入大量陸源泥質(zhì)、砂質(zhì)、碳酸鹽泥、碳酸鹽砂、泥粉晶白云石等混合物質(zhì)。 整體看來(lái)，該巖類表現(xiàn)為中晚期巖溶疊加改造部分早期溶洞充填巖，具有多成分角礫、陸源泥質(zhì)、砂質(zhì)、碳酸鹽砂、碳酸鹽泥及方解石、黃鐵礦雜亂充填的特征。

如前所述，似層狀巖溶系統(tǒng)中充填的的角礫巖多為先期孔滲層受早成巖期巖溶改造的產(chǎn)物[26]，其原巖應(yīng)為滲濾性能良好的高能顆粒巖。結(jié)合巖溶系統(tǒng)中角礫的原巖多為顆粒巖特征，本次研究把這類巖石的原始發(fā)育層位的原巖認(rèn)定為顆粒巖。通過(guò)選取區(qū)內(nèi)米35井、榆102井、榆70井等5口較為典型的系統(tǒng)取芯井進(jìn)行巖石類型發(fā)育厚度統(tǒng)計(jì)(表1)。發(fā)現(xiàn)由亮晶顆粒巖、“花斑”顆粒巖、殘余結(jié)構(gòu)晶粒云巖及溶洞充填巖等組成的顆粒原巖類在研究區(qū)大量發(fā)育，占統(tǒng)計(jì)總厚度的69%，其中以溶洞充填巖類占主要優(yōu)勢(shì)，其次為“花斑狀”砂屑云巖；而反映高鹽度淺水低能環(huán)境的含膏?？啄?粉)晶云巖類也有較為廣泛的發(fā)育，約占總厚度的18%；此外，區(qū)內(nèi)還發(fā)育有一定規(guī)模的泥晶巖類和藻黏結(jié)巖，共同構(gòu)成了盆地東北部馬五1+2亞段的多樣性巖類特征。

圖3 鄂爾多斯盆地東北部馬五1+2亞段成巖作用產(chǎn)物類型a.花斑砂屑云巖，米37井，2 837.42 m，馬；b.泥晶化砂屑云巖，巖石斷面粗糙，表現(xiàn)為顆粒巖特征，榆89井，2 677.31 m，馬；c.泥晶化砂屑云巖，砂屑輪廓模糊，榆57井，2 687.4 m，馬，(-)；d.c的陰極發(fā)光，整體發(fā)光昏暗，砂屑輪廓清晰，發(fā)暗紅—不發(fā)光，粒間粉晶白云石膠結(jié)物發(fā)紅光，榆57井，2 687.4 m，馬；e.殘余砂屑粉晶云巖，神42，2 197.5 m，馬，(-)；f. e的陰極發(fā)光，砂屑及粉屑顆粒發(fā)暗紅光，粒間粉晶白云石膠結(jié)物發(fā)紅光，神42，2 197.5 m，馬；g.砂糖狀中—粗晶白云巖，晶間溶孔發(fā)育，榆140井，3 115.5 m，馬，(-)；h. g的陰極發(fā)光，砂、礫屑顆粒發(fā)暗紅光，中—粗晶白云石膠結(jié)物發(fā)亮紅光，榆140井，3 115.5 m，馬；i.角礫化含膏模孔泥粉晶云巖，膏?？组g見(jiàn)大量半充填的碎裂縫切割母巖，并使母巖角礫化，米39井，2 558.64 m ，馬，(-)；j.溶洞充填砂質(zhì)角礫云巖，溶塌角礫間碳酸鹽砂充填，米35井，2 597.24 m，馬；k.溶洞充填砂質(zhì)角礫云巖，角礫成分為亮晶鮞粒云巖和泥粉晶云巖，角礫間碳酸鹽巖砂和泥粉晶白云石充填，米35井，2 576.82 m，馬；l.溶洞充填泥質(zhì)角礫云巖，晚期灰綠色泥質(zhì)溶溝切割早期溶洞充填段，神36井，2 254.70 m，馬。Fig.3 Rock products of diagenesis of Ma51+2 member of Ordovician in the northeastern Ordos Basin

4 巖石類型組合及沉積環(huán)境分析

如前所述，各巖石類型中不同的顆粒類型、基質(zhì)成分、生物化石以及沉積結(jié)構(gòu)與構(gòu)造能夠反映不同的沉積環(huán)境[27-28]，但同一巖石類型可以歸屬不同的沉積相帶，可能由于其具有相似的沉積過(guò)程但卻代表不同的沉積環(huán)境，故僅僅用巖石類型來(lái)表征沉積環(huán)境還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。為進(jìn)一步確定沉積環(huán)境，本文通過(guò)巖石類型組合，并遵循沃爾索相律理論和傳統(tǒng)的垂向沉積序列特征分析，利用巖石類型組合來(lái)解釋特定的沉積環(huán)境(圖4)。依據(jù)已識(shí)別的巖石類型及其特征，結(jié)合實(shí)際的野外剖面露頭特征，并參考鄂爾多斯盆地奧陶系馬家溝組沉積環(huán)境模式[9]，將研究區(qū)劃分為以下5種沉積環(huán)境，即顆粒灘、灘間海、丘灘復(fù)合體、臺(tái)坪和局限瀉湖。

4.1 顆粒灘

4.1.1 巖類組合

主要包括亮晶顆粒云巖、“花斑狀”顆粒云巖、殘余砂屑晶粒云巖及少量泥晶化砂屑云巖，以具明顯的顆粒結(jié)構(gòu)或殘余顆粒結(jié)構(gòu)為特征，逆粒序結(jié)構(gòu)。顆粒類型以砂屑為主，次為鮞粒，砂屑整體上具有較好的磨圓度和分選性，普通顯微鏡或陰極發(fā)光下可清晰識(shí)別；鮞粒整體保存完好度較差，多發(fā)生破碎或難以識(shí)別。該巖類組合在研究區(qū)發(fā)育頻率較高，但規(guī)模較小，多小于2 m，自下而上可構(gòu)成“花斑狀”砂屑云巖—亮晶鮞粒云巖組合(圖5a)，整體表征一種向上粒度變粗的變化趨勢(shì)。此外，在風(fēng)化殼巖溶形成的溶洞充填段內(nèi)發(fā)現(xiàn)大量砂屑云巖角礫和鮞粒云巖角礫也代表了早期發(fā)育后期被破壞的顆粒巖。

4.1.2 沉積環(huán)境特征

該巖類組合可解釋為臺(tái)地內(nèi)部浪基面之上的高能砂屑灘和鮞粒灘環(huán)境。顆粒原巖與淺水高能環(huán)境相關(guān)，都具有由高能顆粒類型組成和亮晶膠結(jié)結(jié)構(gòu)的特征，反映該時(shí)期沉積水體能量較強(qiáng)，頻繁受到波浪作用。而后，在白云化、重結(jié)晶及多期巖溶疊加改造影響下形成“花斑狀”顆粒云巖、泥晶化顆粒云巖、殘余砂屑晶粒云巖、以及大量巖溶改造巖。該組合與相鄰巖石組合關(guān)系密切，垂向上自下而上構(gòu)成局限瀉湖—顆粒灘—臺(tái)坪的向上變淺沉積序列，該組合處于變淺旋回中部(圖5a，c，d)。

4.2 灘間海

4.2.1 巖類組合

僅由深灰色泥(粉)晶云巖組成，巖石類型單一。發(fā)育水平層理或不顯層理，在區(qū)內(nèi)發(fā)育頻率較低且規(guī)模較小，缺少暴露標(biāo)志，與顆粒巖往往頻繁互層或夾于顆粒巖之間。

4.2.2 沉積環(huán)境特征

該組合可解釋為處于浪基面之下，夾于顆粒灘之間的深水低地環(huán)境，水體能量較低。與顆粒灘相組合在縱向上往往成頻繁互層。構(gòu)成下部灘間海、上部顆粒灘的向上變淺沉積序列，該巖類組合處于變淺旋回底部(圖5d)。

4.3 丘灘復(fù)合體

4.3.1 巖類組合

由藻黏結(jié)云巖和顆粒云巖組成。前者包括凝塊云巖和藻黏結(jié)砂(粉)屑云巖，與藍(lán)藻菌生命活動(dòng)相關(guān)，并構(gòu)成灰泥丘的主體丘核。而發(fā)育于灰泥丘丘核下部的以“花斑狀”砂屑云巖為代表的顆粒灘常作為丘體發(fā)育的基礎(chǔ)，也構(gòu)成灰泥丘的丘基微相，其微生物較缺乏。該組合在區(qū)內(nèi)發(fā)育頻率較低，規(guī)模較小，單旋回厚度小于1 m，自下而上由“花斑”砂屑云巖、凝塊云巖和藻黏結(jié)砂(粉)屑云巖構(gòu)成(圖5b)。

4.3.2 沉積環(huán)境特征

該巖類組合可解釋為臺(tái)地內(nèi)部平均低潮線與浪基面之間由藍(lán)藻菌黏結(jié)形成的具有正地貌特征的沉積體。灰泥丘的生長(zhǎng)環(huán)境變化較大，在臺(tái)地內(nèi)部[29]、臺(tái)地邊緣[30]及陸坡環(huán)境[31]均有發(fā)現(xiàn)。而本區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)的以藍(lán)藻菌建造為主的丘體則為臺(tái)地內(nèi)部潮下較高能環(huán)境的產(chǎn)物，其黏結(jié)顆粒多具較好的分選性與磨圓程度，且常與高能顆粒灘相伴生等特征均指向一種水體能量較強(qiáng)的沉積環(huán)境。

圖4 鄂爾多斯盆地東北部米35井馬五1+2亞段巖性特征、巖類組合及沉積環(huán)境演變圖Fig.4 Rock properties, type combination and the evolution of sedimentary environment of Ma51+2 member of Ordovician in the northeastern Ordos Basin

4.4 臺(tái)坪

4.4.1 巖類組合

包括含膏?？啄?粉)晶云巖和疊層石，以膏質(zhì)團(tuán)塊和石膏假晶大量發(fā)育為主要特征，經(jīng)后期溶蝕形成大量膏模孔和晶?？祝阈欠植加惺}假晶。巖石宏觀上多表現(xiàn)為淺灰色或土黃色特征，發(fā)育水平層理或不顯層理，部分夾有泥質(zhì)紋層，疊層石、示頂?shù)讟?gòu)造發(fā)育。此外，在早成巖期大氣淡水巖溶作用影響下膏質(zhì)泥(粉)晶云巖可發(fā)生部分垮塌或產(chǎn)生網(wǎng)狀溶縫切割母巖，形成角礫化含膏?？啄喾劬г茙r。

4.4.2 沉積環(huán)境特征

該巖類組合可解釋為臺(tái)地內(nèi)部平均低潮線之上的潮間—潮上帶低能臺(tái)坪環(huán)境，淺灰、土黃色的宏觀特征指向暴露氧化環(huán)境，而大量發(fā)育的膏質(zhì)團(tuán)塊和石膏假晶指示經(jīng)常暴露的淺水咸化環(huán)境，其海水循環(huán)受到限制，為強(qiáng)烈蒸發(fā)條件的產(chǎn)物。疊層石則為潮間帶的標(biāo)志性產(chǎn)物，具多種形態(tài)類型，如近水平狀、微波狀和半球狀，分別反映了水動(dòng)力相對(duì)較弱的潮間帶上部和水動(dòng)力相對(duì)較強(qiáng)的潮間帶下部環(huán)境。該組合多與相鄰巖類組合自下而上構(gòu)成局限瀉湖—顆粒灘—臺(tái)坪的向上變淺垂向序列，該組合處于變淺旋回頂部(圖5c，d)。

4.5 局限瀉湖

4.5.1 巖類組合

主要由泥(粉)晶云巖構(gòu)成，多呈灰色—深灰色，巖性致密，發(fā)育水平層理或不顯層理，多夾有泥質(zhì)紋層，偶見(jiàn)垂直生物潛穴。該巖類組合在研究區(qū)內(nèi)發(fā)育頻率較低，規(guī)模較小，多位于顆粒巖微相之下。

4.5.2 沉積環(huán)境特征

該巖類組合可解釋為處于臺(tái)地內(nèi)部浪基面之下的低能瀉湖環(huán)境，其水體循環(huán)受到限制，鹽度不正常，以低能靜水沉積為主。宏觀及微觀特征均反映一種相對(duì)低能的沉積環(huán)境，而由于暴露標(biāo)志(蒸發(fā)巖、鳥(niǎo)眼構(gòu)造等)的缺乏，可以將該環(huán)境區(qū)別于臺(tái)坪環(huán)境。而生物潛穴的出現(xiàn)則反映較低的沉積速率，古生物具有充分的時(shí)間對(duì)沉積物進(jìn)行改造。該組合多與相鄰巖類組合自下而上構(gòu)成局限瀉湖—顆粒灘—臺(tái)坪的向上變淺垂向序列，該組合處于變淺旋回底部(圖5a，c，d)。

5 結(jié)語(yǔ)

受風(fēng)化殼巖溶影響，鄂爾多斯盆地東北部馬五1+2亞段碳酸鹽巖類型眾多、成因復(fù)雜且原巖組構(gòu)多遭受破壞。通過(guò)巖芯、薄片觀察，并結(jié)合陰極發(fā)光分析，在研究區(qū)識(shí)別出5種原始碳酸鹽巖類型及7種成巖作用產(chǎn)物巖石類型。統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，顆粒巖類和含膏?？啄?粉)晶云巖類是研究區(qū)主要的原巖類型，并發(fā)育有一定規(guī)模的泥晶云巖和藻黏結(jié)巖。

根據(jù)各巖石類型的宏微觀特征以及它們?cè)诳v橫向上的組合與分布特點(diǎn)，利用巖石類型組合來(lái)解釋沉積環(huán)境，研究區(qū)整體表現(xiàn)為局限—蒸發(fā)臺(tái)地，可細(xì)分為5種沉積環(huán)境，即顆粒灘、灘間海、丘灘復(fù)合體、臺(tái)坪和局限瀉湖，并構(gòu)成了局限瀉湖—顆粒灘—臺(tái)坪、局限瀉湖—丘灘復(fù)合體—臺(tái)坪、局限瀉湖—顆粒灘—臺(tái)坪—顆粒灘—臺(tái)坪、局限瀉湖—顆粒灘—灘間?！w粒灘—臺(tái)坪4種典型的向上變淺沉積序列。鄂爾多斯盆地東北部馬五1+2亞段碳酸鹽巖類型的恢復(fù)研究深化了對(duì)區(qū)內(nèi)古環(huán)境的認(rèn)識(shí)，也為盆地內(nèi)馬五1+2亞段儲(chǔ)集巖類的研究提供了新的依據(jù)。

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Rock Types and Sedimentary Environment of the Ma51+2Carbonates in Northeastern Ordos Basin

LIU XinShe1XIONG Ying2,3WEN CaiXia1LI Ling2,3WANG FeiYan1HE Wei4YANG QingYu4XIAO Di3TAN XiuCheng2,3

(1. Exploration and Development Research Institute of PetroChina Changqing Oilfield Company, Xi’an 710021, China;2. State Key Laboratory of Oil and Gas Reservoir Geology and Exploitation, Southwest Petroleum University, Chengdu 610500, China;3. PetroChina Deposition and Accumulation Department of Key Laboratory of Carbonate Reservoirs, Southwest Petroleum University,Chengdu 610500, China;4. The Exploration Department of PetroChina Changqing Oilfield Company, Xi’an 710021, China )

Affected by multi-period karst cumulated influence, the original rock fabric of Ma51+2member of Ordovician in the northeastern Ordos basin have suffered a great destruction which restricted the reconstructing study of original palaeoenvironment and sedimentary facies. Based on core, thin section, cathode luminescence and the recovery of the protolith, five original rock types and seven rock products of diagenesis are recognized, and it can be divided into five rock type combinations, which represents about five sedimentary environment in restricted and evaporate platform of study area in the following: grain beach, beach interaction sea, mound-shoal complex, platform inner flat and restricted lagoon. Those rock type combinations constitutes four typical sedimentary sequences in vertical which reflects a drop in sea level, including restricted lagoon- platform inner shoals- platform inner flat and restricted lagoon- mound-shoal complex- platform inner flat. The results show that the grainstones and gypsum mould pore contained mud(bread flour)-crystal dolomitite form the two major kinds of original rock types in Ma51+2member of Ordovician in northestern Ordos basin, a certain scale of algal binding rock and mud(bread flour)-crystal dolomitite are also found. Besides, the gypsum mould pore contained mud(bread flour)-crystal dolomitite shows a close relationship with the upward shoaling succession of mounds and shoals. These new recognition can provide the basis for in-depth study of palaeoenvironment and reservoir rocks in the study area.

rock types; sedimentary environment; grain beach; Ma51+2; northeastern Ordos Basin

1000-0550(2016)05-0912-12

10.14027/j.cnki.cjxb.2016.05.010

2016-04-22； 收修改稿日期： 2016-06-08

國(guó)家科技重大專項(xiàng)(2016ZX05004006-001-002)[Foundation: National Science and Technology Major Project, No. 2016ZX05004006-001-002]

劉新社 男 1970年出生 高級(jí)工程師 石油天然氣地質(zhì)綜合研究 E-mail: lxs_cq@petrochina.com.cn

P618.13

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