舒鵬程，馮強(qiáng)漢，許淑梅，4，池鑫琪，孔家豪，崔慧琪，馬慧磊

1.中國海洋大學(xué)海洋地球科學(xué)學(xué)院，山東青島 266100

2.中國海洋大學(xué)海底科學(xué)與探測技術(shù)教育部重點實驗室，山東青島 266100

3.中國石油長慶油田分公司，西安 710021

4.海洋高等研究院/深海圈層與地球系統(tǒng)前沿中心，山東青島 266100

0 引言

鄂爾多斯盆地下古生界天然氣主要集中分布于馬家溝組頂部風(fēng)化殼部位，風(fēng)化殼巖溶儲層特征及巖溶古地貌影響下的天然氣富集規(guī)律多年來成為鄂爾多斯盆地持續(xù)研究的重點[1-3]。迄今比較主流的觀點認(rèn)為馬家溝組1-4 亞段碳酸鹽巖儲集層以白云巖為主體，以晶間孔、晶間溶孔及構(gòu)造縫為主要儲集空間類型[4-5]。巖溶作用亦是以白云巖和灰質(zhì)白云巖為研究主體[6-8]，并以經(jīng)典碳酸鹽巖的巖溶地貌控儲模式為指導(dǎo)開展勘探。隨著對下古生界地層取心的增加及其在掃描電子顯微鏡下的超微觀察，膏?？装l(fā)育的膏云巖儲層引起了關(guān)注[9-12]，但迄今遠(yuǎn)未意識到膏云巖的存在對膏云巖和白云巖互層風(fēng)化殼孔隙類型的深刻改變以及對其巖溶作用方式產(chǎn)生的影響；對膏云巖的優(yōu)異儲集性能及孔隙結(jié)構(gòu)特殊性的認(rèn)識也顯不足；對膏云巖層狀控儲的規(guī)律、孔隙充填期次和成因機(jī)制等的認(rèn)識也亟待深入。傳統(tǒng)的碳酸鹽巖巖溶作用模式認(rèn)為儲層在縱向和橫向均表現(xiàn)為強(qiáng)非均質(zhì)性，巖溶作用垂向分帶導(dǎo)致儲層的垂向強(qiáng)非均質(zhì)性，巖溶地貌制約導(dǎo)致橫向上強(qiáng)非均質(zhì)性，孔隙類型復(fù)雜，一般為大型、中型、小型溶洞和大型、中型、小型裂縫復(fù)合類型。研究區(qū)馬五1-4 亞段形成于薩布哈環(huán)境，受海平面周期性變化，薩布哈常形成特色的海平面向上變淺的沉積旋回。每個海平面變淺沉積旋回的上部為潮上帶完全白云石化的硫酸鹽或（含）膏云巖沉積，膏膜孔和晶模孔發(fā)育，為優(yōu)質(zhì)儲層發(fā)育層段；中部為潮間帶白云巖化的微生物席，巖性較為致密；底部為潮下帶未徹底白云石化潟湖相帶云灰坪和灰云坪，巖性致密。膏云巖孔隙直徑普遍在0.02～5 mm 之間，超過10 mm 的溶孔極為少見，孔徑大小均勻，孔隙大小具有顯著的自限性，為“小孔微縫”型孔隙特征，橫向上局限在膏云巖內(nèi)成層分布，表現(xiàn)出一定的均質(zhì)性。因此，傳統(tǒng)的碳酸鹽巖巖溶發(fā)育模式顯然不能解釋桃2 區(qū)塊富含膏云巖的薩布哈沉積受巖溶作用形成的自限性的“小孔微縫”型優(yōu)質(zhì)儲層的孔隙特征。鄂爾多斯盆地西部蘇里格氣田桃2 區(qū)塊近年來獲得了較多的馬五1-4 亞段取心。基于豐富的巖心描述和測井參數(shù)分析，進(jìn)一步通過偏光顯微鏡和掃描電鏡分析，對研究區(qū)以膏?？诪橹鞯目紫短卣鬟M(jìn)行了分析，深入研究了孔隙的類型及充填規(guī)律，分析了研究區(qū)巖溶作用特點，討論了研究區(qū)巖溶特征與傳統(tǒng)碳酸鹽巖區(qū)巖溶作用特征的區(qū)別，提出了膏云巖區(qū)巖溶作用模式。膏云巖巖溶作用特征及巖溶模式的提出能為該類巖溶儲集層預(yù)測提供科學(xué)的理論支撐。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

鄂爾多斯盆地下古生界碳酸鹽巖沉積地層分布廣泛，在天然氣生成、運聚和成藏方面獨具特色。隨著盆地中部巖溶古地貌氣藏的發(fā)現(xiàn)與探明，研究者們突破了以往在構(gòu)造發(fā)育區(qū)的油氣勘探思路，開拓了穩(wěn)定地臺區(qū)找氣新領(lǐng)域[13]。鄂爾多斯臺地寒武紀(jì)—奧陶紀(jì)構(gòu)造活動差異明顯：寒武紀(jì)受西部賀蘭拗拉谷早期裂陷的影響，臺地總體以拉張坳陷為特征；奧陶紀(jì)賀蘭拗拉谷強(qiáng)烈擴(kuò)張，臺地受較強(qiáng)烈擠壓，總體以均衡調(diào)整隆升為主，在賀蘭拗—拉谷和地臺過渡區(qū)發(fā)生均衡隆升，于地臺西南部形成“L”型大型隆起；鄂爾多斯盆地西部、南部與東北部的綏德—延川一帶因此發(fā)生構(gòu)造地貌分異，形成盆地“西隆東坳”的構(gòu)造格局[14]。鄂爾多斯盆地馬家溝期馬五段沉積時期存在四個古隆起，西部為中央古隆起，北部為伊盟古隆起，南部為渭北古隆起（富縣—黃陵古隆起和芮城—永濟(jì)古隆起）（圖1）。隨著海平面的周期性升降，古隆起限制了華北海與祁連洋和秦嶺洋之間的聯(lián)通[15-16]。研究區(qū)桃2區(qū)塊位于鄂爾多斯盆地西部伊陜斜坡逐漸向東部坳陷的過渡地帶。盆地“西隆東坳”的構(gòu)造格局對桃2區(qū)塊奧陶統(tǒng)沉積格局產(chǎn)生明顯影響。

圖1 鄂爾多斯盆地構(gòu)造單元（a）和研究區(qū)風(fēng)化殼剝蝕厚度差異圖（b）圖（a）紅色值線框為研究區(qū)，經(jīng)緯度坐標(biāo)，單位為°；圖（b）為圖（a）紅色方框區(qū)域的放大，大地坐標(biāo)，單位為m，其中橘黃色區(qū)域為巖溶高地，（淡）綠色區(qū)域為巖溶斜坡，藍(lán)色區(qū)域為巖溶洼地。等值線數(shù)據(jù)來自馬五1-4亞段殘余厚度，單位為m。文中涉及的所有井位和連井剖面均在圖（b）中標(biāo)注Fig.1 (a) Tectonic units of the Ordos Basin and location of study area;(b) different crust weathering denudation thickness in study area

鄂爾多斯盆地馬家溝組馬五段屬于一個海水咸化、水體逐漸變淺、時常暴露的低能臺地亞相潮坪沉積環(huán)境，灰?guī)r、白云巖和膏云巖沉積共生發(fā)育[17-18]。其中研究區(qū)馬五1-4亞段總體上由6 個海平面（相于準(zhǔn)層序組級別的五級海平面變化旋回）降低海水變淺的沉積旋回構(gòu)成[18-19]，馬五、馬五和馬五小層為一個自下而上海水變淺沉積序列，分別由潮下帶泥云坪和灰云坪、潮間帶云坪、潮上帶膏云坪沉積組成；馬五、馬五和馬五小層為一個自下而上海水變淺沉積序列，分別由潮下帶泥云坪、潮間帶云坪和泥云坪、潮上帶膏云坪沉積組成；馬五、馬五和馬五小層為一個自下而上海水變淺沉積序列，分別由潮下帶泥云坪、潮間帶云坪和泥云坪、潮上帶膏云坪沉積組成；馬五、馬五和馬五小層均屬潮上帶沉積環(huán)境，在海平面持續(xù)低位期沉積而成，主要為膏云坪沉積（圖2）[20]。研究區(qū)馬五1-4亞段自下而上總體上呈現(xiàn)灰質(zhì)含量減少、膏質(zhì)含量增加的趨勢。

2 研究區(qū)馬五1-4 亞段主要巖石學(xué)特征及孔隙特征

2.1 要巖石學(xué)特征

研究區(qū)奧陶系馬五1-4 亞段巖石類型主要有（含）膏云巖、粉—細(xì)晶白云巖、泥—微晶白云巖、（殘余）顆粒云巖、巖溶角礫巖和次生灰?guī)r（圖2）。

（含）膏云巖主要發(fā)育在海平面變淺旋回的最上部的潮上帶膏云坪，呈灰褐色、土黃色。白云石晶粒細(xì)小。層理不發(fā)育，整體成塊狀。缺乏廣鹽性生物，但發(fā)育較豐富的菌藻類，常見藻紋層。偏光鏡下以它形粒狀為主，多以泥晶—細(xì)粉晶為主。石膏呈結(jié)核狀、板狀、柱狀，呈蜂窩狀或星散狀或局部富集狀分布于白云巖中（圖3a，b）。研究區(qū)馬五和馬五小層是研究區(qū)內(nèi)（含）膏云巖最為發(fā)育的層位，是區(qū)內(nèi)優(yōu)質(zhì)儲層。馬五、馬五、馬五小層（含）膏云巖較為發(fā)育，儲層發(fā)育中等；馬五、馬五和 馬五層少見（含）膏云巖，一般為非儲集層（圖2）。

圖2 桃35 井馬五1-4 亞段綜合柱狀圖及海平面升降旋回Fig.2 Integrated column chart and sea level rise and fall cycles

白云巖多位于向上變淺的沉積序列中部的潮間帶云坪上。研究區(qū)的白云巖主要包括泥晶白云巖、微晶白云巖、粉晶白云巖和極少量細(xì)晶白云巖。粉晶—細(xì)晶白云巖呈灰色—褐色，晶徑范圍0.05～0.25 mm，晶形多為似麥粒狀或更粗，具次生晶粒結(jié)構(gòu)，鏡下晶粒呈凹凸—鑲嵌接觸，見紋層狀構(gòu)造；泥晶白云巖和微晶白云巖中的白云石晶粒細(xì)小，晶粒直徑一般小于5 μm，大小均勻，呈它形粒狀，塊狀構(gòu)造，見去白云石化現(xiàn)象、似生物擾動構(gòu)造，可見黃鐵礦零星發(fā)育，常含一定量的泥質(zhì)，經(jīng)重結(jié)晶改造后呈鑲嵌狀結(jié)構(gòu)，巖性致密，原生孔隙稀少（圖3c）。常見水平紋層、波狀紋層等沉積構(gòu)造。研究區(qū)白云巖廣泛分布在研究區(qū)馬五1-4各個亞段中，該類儲集巖的單層厚度大多數(shù)為1～2 m，少數(shù)為3～5 m，以薄層狀為主，局部為中—厚層狀，分布范圍較廣且累計厚度較大。

巖溶角礫巖在研究區(qū)馬五1-4 亞段廣泛發(fā)育，多位于向上變淺的沉積序列中、下部的潮間、潮下帶泥云坪上。主要由角礫和粗粒（砂級）雜基構(gòu)成。角礫成分復(fù)雜，多與母巖成分一致，大部分為白云質(zhì)。角礫間為離散的碳酸鹽砂、泥粉晶白云石或少量砂屑顆粒充填，發(fā)育少量高角度不規(guī)則狀小型溶縫。發(fā)育層段為高泥質(zhì)含量層段。研究區(qū)巖溶角礫巖可進(jìn)一步分為泥質(zhì)支撐角礫巖、網(wǎng)縫鑲嵌角礫巖、礫狀支撐角礫巖、方解石膠結(jié)角礫巖等?？梢娔噘|(zhì)先沉積、角礫為后期垮塌產(chǎn)物，多為原地形成角礫（圖3d～g）。

圖3 鄂爾多斯盆地西部馬家溝組馬五1-4 亞段巖心照片（a）陜50井，3 490.2 m，馬五小層，膏云巖，滲流帶，膏?？妆痪植砍涮钚纬蓺堄喔嗄？?；（b）召88井，3 329.4 m，馬五小層，滲流帶，膏云巖中被泥質(zhì)充填的蜂窩狀膏?？?；（c）桃47井，3 433.4 m，馬五小層，滲流帶，致密白云巖；（d）桃34井，3 386.3 m，馬五小層，滲流帶沿裂縫溶蝕形成的角礫巖，進(jìn)而形成的網(wǎng)縫鑲嵌角礫巖；（e）陜50井3 507.0 m，馬五小層，由于上覆潛流帶水體沿裂縫下滲溶蝕形成的潛留帶原位無明顯位移的網(wǎng)縫鑲嵌狀角礫巖；（f）桃2井，3 380.7 m，馬馬五小層，滲流帶沿向下的垂向或高角度裂縫不規(guī)則溶蝕形成的角礫支撐白云質(zhì)巖溶角礫巖，礫間被泥質(zhì)充填；（g）陜50井，3 500.0 m，馬五小層，季節(jié)變化帶中的角礫支撐白云質(zhì)角礫巖，礫間被泥質(zhì)充填Fig.3 Photographs of core from the Mawu 1-4 submember,western Ordos Basin

（殘余）顆粒云巖主要包括亮晶砂屑云巖，可見明顯的砂屑結(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。砂屑多呈點接觸—漂浮狀，其間為亮晶白云石充填。原始的顆粒結(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)，宏觀上難與結(jié)晶白云巖相區(qū)別。鏡下晶粒結(jié)構(gòu)明顯，自形程度較高，呈緊密鑲嵌狀接觸。一般認(rèn)為（殘余）顆粒云巖是滲透回流白云巖化成因，常與層狀膏巖層伴生，其白云巖結(jié)晶較粗，多為粉晶—中晶，晶面平直。該巖類在區(qū)內(nèi)發(fā)育頻率較低，在馬五、馬五、馬五、馬五小層可見。

次生灰?guī)r一般發(fā)育在較厚層膏云巖之下。該巖石類型普遍發(fā)育水平層理和波狀層理，方解石晶粒小于10 μm，結(jié)構(gòu)均勻，以它形粒狀為主，巖性致密，不具有儲集性，在區(qū)內(nèi)發(fā)育較少，多為次生成因。主要因膏質(zhì)云巖的去膏化過程導(dǎo)致巖石中的CaSO4溶出，使介質(zhì)中的Ca2+濃度升高，Mg2+/Ca2+相對降低，從而使白云巖發(fā)生去云化作用形成次生灰?guī)r[21]。

2.2 孔隙類型

馬家溝組馬五1-4 亞段的儲集空間類型以硬石膏結(jié)核和晶體溶蝕形成的核?？缀途？祝ū疚慕y(tǒng)稱膏?？祝U(kuò)溶（殘余）膏?？准芭c之伴生的脹縮微裂縫和擴(kuò)溶微裂縫為主。

石膏晶?？壮梳槧?、柱狀，由石膏晶體選擇性溶蝕而成，硬石膏結(jié)核?？字睆揭话?.05～5 mm 不等，呈圓形、橢圓形或不規(guī)則圓形，有一定擴(kuò)溶特征。膏模孔被滲流白云石粉砂、方解石、含鐵方解石、白云石、含鐵白云石、石英、螢石、黃鐵礦、重晶石、高嶺石、天青石、泥質(zhì)及有機(jī)質(zhì)等12種充填礦物局部或全部充填，形成微亮晶和亮晶淡水方解石充填、滲流白云石粉砂充填、滲流白云石粉砂+方解石充填組合、滲流白云石粉砂+石英充填組合、滲流白云石粉砂+方解石+石英礦物充填組合、滲流白云石粉砂+天青石（+含鐵方解石）充填礦物組合、滲流白云石粉砂+含鐵方解石+黃鐵礦充填礦物組合、滲流白云石粉砂+螢石+黃鐵礦充填礦物組合、滲流白云石粉砂+鐵白云石+螢石+高嶺石（+石英）礦物充填組合等9種充填礦物組合類型（圖4a～i）。膏?？壮史涓C狀、星散狀或密集簇狀分布在泥微晶白云巖內(nèi)，成層穩(wěn)定分布。脹縮微裂縫發(fā)育較為普遍，呈網(wǎng)格狀或樹枝狀，長度1～5 cm，寬度一般為0.1～1.5 mm，多數(shù)未充填，也有的進(jìn)一步擴(kuò)溶或被白云石粉砂及方解石局部充填，與膏模孔伴生發(fā)育（圖4f），很少見有穿過膏云巖層跨層分布的微裂縫[22]。微裂縫連通孤立的膏?？仔纬煽墒箮r溶水彌散性滲流的孔縫體系。故膏?？准皻堄喔嗄？?、脹縮微裂縫及殘余裂縫為研究區(qū)主要儲集空間類型，相比較而言，晶間孔、晶間溶孔等的數(shù)量和儲集意義上都比較次要。

圖4 鄂爾多斯盆地西部馬家溝組馬五1-4 亞段孔隙特征（鑄體薄片照片）（a）桃35井，3 388.84 m，馬五小層，滲流帶，膏云巖中鹽?？妆晃⒘辆Ш土辆Х浇馐涮?，巖性致密，儲集性極差，10×4(-)；（b）陜50井，3 490.2 m，馬五小層，季節(jié)變化帶,膏云巖中膏?？妆话自剖凵俺涮睿瑲堄嗫紫栋l(fā)育，藍(lán)色鑄體，10×10(-)；（c）桃35井，3 389.86 m，馬五小層，滲流帶,膏云巖中核?？妆粷B濾白云石粉砂充填，殘余孔隙大量保存，紫色鑄體，10×4(-)；（d）桃38井，3 410.3 m，馬五小層，滲流帶，膏云巖中石膏核?？妆粷B濾白云石粉砂和天青石局部充填，殘余孔隙發(fā)育，藍(lán)色鑄體，10×10(-)；（e）桃35井，3 414.4 m，馬五小層，滲流帶，膏云巖中膏?？妆话自剖凵?、鐵方解石和螢石充填，大量殘余孔隙發(fā)育，藍(lán)色鑄體，茜素紅染色，10×4(-)；（f）陜223 井，3 378.7 m，馬五 小層，滲流帶，膏云巖中膏模孔局部被方解石充填，脹縮微裂縫發(fā)育并連通膏模孔，藍(lán)色鑄體，10×4(-)；（g）陜50 井，3 490.2 m，馬五小層，季節(jié)變化帶，膏云巖中膏?？妆粷B濾白云石粉砂、方解石和螢石充填，見少量殘余膏?？卓紫叮缢丶t染色，有殘余孔隙,藍(lán)色鑄體，10×4(-)；（h）桃47井，3 430 m，馬五小層，滲流帶，膏云巖中膏?？妆粷B濾白云石粉砂和螢石半充填,殘余膏模孔孔隙大量保存，藍(lán)色鑄體，10×4(-)；（i）桃53井，3 381.55 m，馬五小層，滲流帶，膏云巖的硬石膏結(jié)核模孔被滲濾白云石粉砂充填，呈假示底構(gòu)造，殘余膏?？卓紫栋l(fā)育，紅色鑄體，10×4(-)Fig.4 Thin section micrographs of pores in Mawu 1-4 submember,western Ordos Basin

質(zhì)純白云巖，其半自形—它形白云石晶體呈鑲嵌狀緊密接觸，巖性致密，晶間孔和晶間溶孔均不發(fā)育[23]（圖5a，b）。筆者利用高倍掃描電子顯微鏡對研究區(qū)多組前人認(rèn)為的白云巖晶間孔和晶間溶孔薄片仔細(xì)觀察（圖5c），發(fā)現(xiàn)溶孔周邊的晶粒自形程度高，未見溶蝕現(xiàn)象（圖5d），且所有類似的溶孔孔徑大小相對均勻，具有很好的自限性，視后期被充填程度的不同，孔徑在0.05～3 mm 之間變化，最大孔徑不超過硬石膏結(jié)核和晶體的大小，在層內(nèi)表現(xiàn)出較為明顯的均質(zhì)性特征。溶孔內(nèi)主要為自形鐵白云石、螢石、重晶石、天青石晶體等后期充填在膏?？變?nèi)的低溫?zé)嵋旱V物（圖5e），故所謂的“晶間溶孔”實際上為膏?？缀笃诒坏蜏?zé)嵋撼涮詈蟮摹皻堄唷笨紫叮▓D5f）。

圖5 鄂爾多斯盆地西部馬家溝組馬五1-4 亞段孔隙特征（掃描電鏡照片）（a）陜166井，3 394.94 m，馬五小層，粉晶云巖，巖性致密，晶間微孔隙和裂縫均不發(fā)育，掃描電鏡照片；（b）陜225井，3 429.37 m馬五小層，泥晶云巖，巖性致密，晶間微孔隙和裂縫均不發(fā)育，掃描電鏡照片；（c）桃2井，3 418.16 m，馬五小層，膏云巖，膏模孔發(fā)育，貌似為白云巖的晶間溶孔發(fā)育，掃描電鏡照片；（d）圖（c）的進(jìn)一步放大,所示的膏?？妆蛔孕舞F白云石和螢石充填,見殘余孔隙；（e）桃53井，3 384.41 m，馬五小層，膏云巖，膏模孔發(fā)育，貌似為白云巖的晶間溶孔發(fā)育；（f）圖（e）的進(jìn)一步放大，所示的膏模孔被自形鐵白云石、螢石等礦物充填，見殘余孔隙Fig.5 Scanning electron micrographs of pores in Mawu 1-4 submember,western Ordos Basin

3 儲層發(fā)育的層控特征

4 研究區(qū)巖溶作用特征

4.1 巖溶作用與云灰?guī)r區(qū)巖溶作用的差異

通過對硬石膏、方解石和白云石三種礦物的化學(xué)溶解度和力學(xué)穩(wěn)定性的分析和對比，可以更好地理解以膏云巖為主的風(fēng)化殼巖溶作用與云灰?guī)r（傳統(tǒng)碳酸鹽巖）巖溶作用的差異。

常溫常壓下，硬石膏溶解度為6 300 mg/L，石膏的溶解度2 080 mg/L，硬石膏硬度很低，力學(xué)穩(wěn)定性極差，縱向易裂離，橫向易斷裂，徒手即能碾碎；方解石的溶解度為12.28 mg/L，方解石的物理穩(wěn)定性較強(qiáng)，受力不易破裂；白云石的溶解度為14.32 mg/L，受力較易破裂，風(fēng)化易破裂成刀砍紋[25-26]。膏云巖遇淡水發(fā)生溶解或溶蝕作用時，硬石膏比白云石極易首先溶蝕形成大量膏模孔，出現(xiàn)顯著的組構(gòu)選擇性溶蝕現(xiàn)象。硬石膏溶解過程中首先轉(zhuǎn)化為軟石膏使其體積增大30%，對基巖施壓；軟石膏溶解形成溶模孔釋壓，在膏?？仔纬傻耐瑫r會形成伴生的脹縮微裂縫。硬石膏溶解釋放出釋放出的使白云石溶解度大大提高，促使膏?？缀兔浛s微裂縫一定程度的擴(kuò)溶；Ca2+使介質(zhì)Mg/Ca 降低，使白云巖發(fā)生去云化形成次生灰?guī)r，因此次生灰?guī)r一般發(fā)育在較厚層膏云巖段之下（圖7）。

圖6 桃2-1-1 井—桃2-6-1 井—桃2-25-2 井—桃2-26-2 井—蘇93 井—桃2-33-2 井巖性和沉積微相連井對比剖面（連井剖面位置見圖1b）Fig.6 Lithology and sedimentary microfacies and linked well profiles of wells Tao2-1-1-Tao2-6-1-Tao2-25-2-Tao2-26-2-Su93-Tao2-33-2

圖7 陜223 井馬五4 亞段次生灰?guī)r發(fā)育層段Fig.7 Intervals of secondary limestone development in Mawu 4 submember

膏云巖表生初期即形成的多孔結(jié)構(gòu)對其巖溶作用方式有顛覆性影響，導(dǎo)致膏云巖與云灰?guī)r的溶蝕方式及巖溶作用特征大不相同。在膏云巖地區(qū)，膏云巖遇淡水易迅速溶解形成膏?？缀瓦B通膏模孔的脹縮微裂縫。地表水沿膏?？缀兔浛s微裂縫隨即滲濾，巖溶水以分散流的彌散性滲透溶蝕為主。因硬石膏結(jié)核和晶體的相對均勻分布，導(dǎo)致膏云巖層內(nèi)形成相對均衡的強(qiáng)滲透性，這也更使巖溶水趨向于膏云巖地層集中，導(dǎo)致孔隙分布具有明顯的層控和相控特征。地表水流遇到滲透性強(qiáng)的膏云巖地層可以實時滲透，難以積蓄力量形成具有一定水動力的地表河、落水流和地下河，而是形成以彌散性滲透為主的分散流，水動力很弱。因此研究區(qū)不發(fā)育地表河、落水流和地下暗河，相應(yīng)的河流流水機(jī)械沉積如溶蝕洞穴、河流砂礫巖類沉積、溶蝕殘余物堆積、重力崩塌、垮塌沉積等均不發(fā)育，也無法形成大型的洞穴，很難找到明確的巖溶古地貌因素對膏云巖區(qū)的巖溶作用影響的證據(jù)。

與膏云巖相比，云灰?guī)r巖性致密，易積蓄地表水并使地表水以水道化流形式積蓄在巖溶洼地，沿斷層形成管道化落水流、地下河，對灰?guī)r沖刷溶蝕，形成喀斯特地貌。云灰?guī)r地區(qū)的巖溶地貌會對儲層形成產(chǎn)生強(qiáng)烈的影響，地表巖溶洼地因巖溶流水機(jī)械沉積如溶蝕洞穴、河流砂礫巖類沉積、溶蝕殘余物堆積等均較發(fā)育；巖溶斜坡和巖溶高地因缺乏巖溶水的匯集和強(qiáng)有力的沖刷溶蝕，溶洞欠發(fā)育，保留原巖的致密巖性，難以形成儲集空間；巖溶洼地處落水洞下方滲流帶發(fā)育“落水洞”、“滲流井”；在潛流帶形成“廳堂洞”、“地下河”“干流洞”等巨型溶洞，從而使儲層表現(xiàn)為物性縱向和橫向上的強(qiáng)非均質(zhì)性[27]。巖溶地貌對儲層孔隙影響顯著，巖溶作用垂向分帶導(dǎo)致儲層垂向強(qiáng)非均質(zhì)性，巖溶地貌制約導(dǎo)致橫向上強(qiáng)非均質(zhì)性，形成大/中/小縫+大/中/小洞復(fù)合型儲集空間，孔洞大小則受灰?guī)r單層厚度及風(fēng)化殼分帶制約[28]）。

依據(jù)膏云巖和云灰?guī)r的不同物理化學(xué)性質(zhì)，從巖石物理化學(xué)性質(zhì)、巖溶水動力條件、孔隙特征、儲層形成的主要制約因素等方面系統(tǒng)總結(jié)了膏云巖區(qū)和云灰?guī)r區(qū)巖溶作用的差異性特征，見表1。

表1 膏云巖和云灰?guī)r地區(qū)的巖溶作用特征和儲層特征對比Table 1 Different gypsodolomite and dolomite limestone karstification and reservoir characteristics

4.2 巖溶垂向分帶特征

在重力作用下，大氣淡水、河流湖泊和地下水及其相應(yīng)的水介質(zhì)運動特征及巖溶產(chǎn)物具有明顯的分帶性，傳統(tǒng)碳酸鹽巖古巖溶可根據(jù)地層剖面特征由上至下分為表層帶、滲流帶、季節(jié)變化帶和潛流帶四個帶。風(fēng)化殼地層厚度在約150～250 m，滲流帶頂部和季節(jié)性變化帶一般出現(xiàn)優(yōu)質(zhì)含氣層，滲流帶下部和潛流帶的原地或準(zhǔn)原地巖溶角礫巖都比較發(fā)育，溶孔、溶洞等不發(fā)育，儲集性較差?？v向及橫向上均具強(qiáng)非均質(zhì)性。

套用傳統(tǒng)碳酸鹽巖風(fēng)化殼巖溶分帶形式將研究區(qū)膏云巖為主的風(fēng)化殼進(jìn)行分帶，總結(jié)各帶特征如下（圖8）。

圖8 桃38 井—桃47 井巖溶剖面特征（連井剖面位置見圖1b）Fig.8 Karst profile,wells Tao38-Tao47

表層帶位于風(fēng)化殼表面，大氣淡水沿微裂縫裂隙向下滲流，母巖遭受風(fēng)化剝蝕，形成鋁土質(zhì)泥巖、殘積角礫巖等地表殘積物，形成含黃鐵礦、赤鐵礦、褐鐵礦、白云質(zhì)角礫巖等混雜堆積。

滲流帶是最高地下水面以上的飽氣帶，大氣淡水首先沿快速溶出的膏?？缀土芽p系統(tǒng)向下滲透，并進(jìn)入巖石孔隙系統(tǒng)，以淋濾溶解作用為主。成層性良好的膏云巖及含鹽層發(fā)育時，出現(xiàn)大量溶蝕的膏?？缀望}?？?，形成優(yōu)質(zhì)儲層（圖3a，b），同時也導(dǎo)致來自風(fēng)化殼頂部的酸不溶物形成的鋁土質(zhì)和黏土礦物的滲入。其中滲流帶上部各類裂縫發(fā)育，巖溶水以下滲為主，較強(qiáng)的淋濾作用和脹縮擴(kuò)溶微裂縫的切割作用導(dǎo)致巖石破碎普遍，形成角礫支撐角礫巖，角礫棱角尚存或被溶蝕（圖3d）。滲流帶下部淋濾作用減弱，酸不溶物沉淀，巖石的角礫化程度減弱，各類孔、洞、縫中的充填物增多，各種酸不溶物、泥質(zhì)物（鋁土質(zhì)）、細(xì)粒溶蝕碎屑、方解石膠結(jié)物等常見，形成網(wǎng)縫鑲嵌狀角礫巖，巖石物性條件變差。

季節(jié)變化帶是活躍的地下水最高水位與最低水位之間的變動空間帶，該帶巖溶特點以淋濾溶解作用為主，該帶上部淡水補給充足，巖溶水溶蝕作用較強(qiáng)，溶解石膏、石鹽晶體，形成大量的晶間溶孔和晶?？祝▓D4b）；該帶下部淡水補給不充足，巖溶溶蝕作用相對較弱，上部的酸不溶物和泥質(zhì)下滲，充填在下部。

潛流帶巖溶水對CaCO3飽和，巖溶水對白云巖和膏巖雙重溶質(zhì)的溶解作用均減弱，使組構(gòu)選擇溶蝕性的特點改變?yōu)榉墙M構(gòu)選擇性溶蝕，分散流攜帶泥質(zhì)并以沉淀碳酸鹽礦物為主，溶蝕縫洞少見（圖3e）。

研究區(qū)的風(fēng)化殼層厚度薄，約100～110 m，大致為灰?guī)r區(qū)風(fēng)化殼的一半，橫向上各膏云巖層物性統(tǒng)計學(xué)均質(zhì)性顯著。優(yōu)質(zhì)氣層及較差儲集層所在的分帶位置與傳統(tǒng)碳酸鹽巖巖溶分帶位置相似。

5 巖溶發(fā)育模式

筆者從研究區(qū)膏云巖風(fēng)化殼內(nèi)獨特的彌散性滲透溶解水動力特征、層控相控的儲層展布特征、自限性孔隙特征及巖溶分帶特征出發(fā)，探討了研究區(qū)巖溶發(fā)育模式。

準(zhǔn)同生期，在陸表海臺地潮坪薩布哈沉積環(huán)境中，由于海平面周期性變化，碳酸鹽巖沉積間歇性地暴露于地表環(huán)境中，受大氣淡水及混合水作用，孔隙中原始海水流體被大氣淡水取代，此時沉積物內(nèi)不同成分、組構(gòu)穩(wěn)定性存在差異，其中石膏、石鹽等蒸發(fā)鹽礦物的溶解度遠(yuǎn)高于碳酸鹽沉積物，從而會造成石膏、石鹽等易溶礦物優(yōu)先溶蝕形成溶模孔，導(dǎo)致所謂選擇性溶蝕作用的發(fā)生。石膏等易溶礦物首先發(fā)生溶蝕形成膏?？滓约鞍樯⒘芽p，但在CaCO3-H2O-CO2表生常溫淡水成巖體系中，大部分膏?？纂S即又會被文石和高鎂方解石因Mg2+出溶形成的微亮晶方解石充填[29]，并且作用的時間與規(guī)模較小，因而對有效儲集空間的形成規(guī)模作用有限（圖9）。

圖9 研究區(qū)準(zhǔn)同生期巖溶模式圖Fig.9 Model of penecontemporaneous karstification in the study area

表生期巖溶，加里東運動末期區(qū)域構(gòu)造抬升使研究區(qū)馬五1-4 亞段經(jīng)歷了140 Ma 的大氣淡水巖溶作用改造和風(fēng)化殼巖溶作用過程。表生期裸露風(fēng)化殼環(huán)境下大氣淡水沿準(zhǔn)同生期生成的脹縮微裂縫以及初期形成的膏模孔下滲，發(fā)生強(qiáng)烈的去膏化至擴(kuò)溶作用，當(dāng)巖溶水滲入膏云巖層時，巖溶水以“分散流彌散性”的水動力模式流動并進(jìn)行溶蝕作用，當(dāng)巖溶水滲入潮間、潮下帶的泥質(zhì)云巖中時，會形成巖溶角礫巖；滲流帶由上至下淋濾作用逐漸減弱，下部酸不溶物沉淀，巖石的角礫化程度減弱，當(dāng)巖溶水對CaCO3飽和時，巖溶水對白云巖和膏巖雙重溶質(zhì)的溶解作用均減弱，使組構(gòu)選擇溶蝕性的特點改變?yōu)榉墙M構(gòu)選擇性溶蝕，分散流攜帶泥質(zhì)并以沉淀碳酸鹽礦物為主（圖10）。

圖10 研究區(qū)表生期巖溶模式圖Fig.10 Model of supergene karstification in the study area

海西期末，隨著盆地發(fā)生沉降并持續(xù)接受沉積，研究區(qū)進(jìn)入中淺埋藏成巖階段，在上覆晚石炭世—二疊紀(jì)地層負(fù)荷作用下，馬五1-4亞段進(jìn)入快速持續(xù)埋藏壓實階段，古地溫逐漸升高至85 ℃，有機(jī)質(zhì)處于未成熟—半成熟期。隨著埋藏深度加大，成巖溫度不斷升高（古地溫升至85 ℃～175 ℃）研究區(qū)進(jìn)入中深埋藏成巖階段，兩期埋藏成巖階段對準(zhǔn)同生期及表生期產(chǎn)生的孔隙進(jìn)行充填和破壞，并形成多種礦物充填組合類型（圖4a～e）[30]。

6 結(jié)論

（1）因硬石膏、方解石和白云石三種礦物化學(xué)溶解度和力學(xué)穩(wěn)定性的差異，受強(qiáng)組構(gòu)選擇性溶蝕的巖溶作用的影響，研究區(qū)馬五1-4亞段的主要儲集空間類型為膏云巖的膏模孔、擴(kuò)溶膏模孔及與之伴生的脹縮微裂縫和擴(kuò)溶微裂縫，形成了特色的自限性“小孔微縫”型孔隙特征，而非前人認(rèn)為的白云巖晶間孔和晶間溶孔和構(gòu)造微裂縫組合。

（2）在具特色海平面向上變淺沉積旋回的薩布哈環(huán)境下，研究區(qū)馬五1-4亞段的儲層類型為受巖溶作用影響的層狀相控巖溶成因巖性氣藏。有效儲集巖為膏云巖，是儲層形成的先決條件，有利微相為潮上帶膏云坪，是形成儲層的物質(zhì)及環(huán)境基礎(chǔ)。儲層平面上受膏云巖展布的制約成層分布，均質(zhì)性明顯。風(fēng)化殼巖溶古地貌對儲層的影響主要在于剝蝕區(qū)缺失了若干層膏云巖儲層，其本身并非是制約膏云巖儲層的形成和分布的關(guān)鍵因素。

（3）膏云巖獨特的物理化學(xué)性質(zhì)使其在巖溶作用下的巖溶水為非水道化的分散流和滲流，巖溶作用以非水道化流的彌散性滲透溶解為主，針對硬石膏的組構(gòu)選擇性溶蝕顯著，與傳統(tǒng)的碳酸鹽巖巖溶作用模式有著本質(zhì)區(qū)別，研究區(qū)巖溶模式以“膏云巖儲層彌散性滲透成層相控巖溶作用模式”為主，是制約風(fēng)化殼儲層形成的關(guān)鍵，該模式的提出將促使研究區(qū)下古生界從“巖溶古地貌氣藏”向“相控巖性氣藏”勘探的深刻轉(zhuǎn)變。