楊夢穎 譚秀成 楊鳴一 許玉青 晏 巍 蘇文杰 鐘壽康 熊 鷹 郭木石

1 西南石油大學油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室，四川成都 610500 2 中國石油集團碳酸鹽巖儲層重點實驗室西南石油大學研究分室，四川成都 610500 3 中國石油長慶油田分公司勘探事業(yè)部，陜西西安 710018 4 中國石油長慶油田分公司工程監(jiān)督處，陜西西安 710018 5 中國石油長城鉆探錄井公司，遼寧盤錦 124010 6 中國石油長慶油田分公司第三采氣廠，陜西西安 710018 7 成都理工大學沉積地質(zhì)研究院，四川成都 610051

作為微生物—環(huán)境相互作用的沉積產(chǎn)物，微生物碳酸鹽巖發(fā)育在溫暖、清澈以及較淺的水體環(huán)境中(Riding，1991;Browneetal.， 2000;Rezendeetal.， 2013)，結構形態(tài)和分布模式易受控于海平面變化、水動力條件、水體鹽度(Lindsayetal.， 2017)、古構造與古地貌等外部環(huán)境因素(Reidetal.， 2000;何起祥，2003;Wooetal.， 2008;韓作振等，2009；楊仁超等，2013)。較為敏感的發(fā)育條件，導致微生物碳酸鹽巖集中發(fā)育在臺地邊緣、臺內(nèi)局部高地以及潮下沉積環(huán)境(Kennard and James，1986;Rezendeetal.， 2013；劉靜江等，2016；徐欣等，2018)，常呈孤立點丘狀或帶狀展布(幾十至上百平方千米)，平面分布規(guī)模較為有限，例如四川盆地震旦系燈影組發(fā)育裂陷邊緣丘灘，呈U形分布，寬5～40 km、長約500 km(Shapiro，2000;Webby，2002;李凌等，2013；周進高等，2017)。

a—中奧陶世(465 Ma)華北板塊位置(據(jù)Wang et al.，2016；有修改)；b—中奧陶世鄂爾多斯盆地內(nèi)部構造單元(侯方浩等，2002)及 研究區(qū)位置；c—鄂爾多斯盆地中東部馬家溝組馬五5亞段地層等厚圖及取心井位置；d—奧陶系馬家溝組五段地層柱狀剖面示意圖圖 1 鄂爾多斯盆地中奧陶世區(qū)域地質(zhì)背景Fig.1 Geological setting of the Middle Ordovician in Ordos Basin

受沉積底形、水動能條件以及微生物對適宜環(huán)境的優(yōu)選等因素影響(曹紅霞等，2021；胡安平等，2021)，鄂爾多斯盆地馬家溝組報道的微生物巖以零星分布的微生物點丘或丘灘復合體形式存在，且多集中于海退背景的馬五6、馬五1+2等亞段(熊鷹等，2016；席勝利等，2017；喬亞斌等，2020)。近期，基于鄂爾多斯盆地系統(tǒng)取心井的精細巖心觀察發(fā)現(xiàn)，馬五5亞段底部可能穩(wěn)定發(fā)育2期微生物巖，這一發(fā)現(xiàn)在馬家溝組諸多微生物巖研究中尚屬首次。此外，微生物巖可作為環(huán)境信息的載體(Whalenetal.， 2002)，對其結構形態(tài)及縱向疊置關系的研究，有利于揭示馬五5亞段沉積初期水動力條件和演變規(guī)律，且平面分布特征對沉積期地貌形態(tài)、沉積格局的厘定至關重要。

因此，文中嘗試通過系統(tǒng)的巖石學和測錄井資料，理清研究區(qū)馬五5亞段微生物巖的沉積特征和空間分布規(guī)律，進而探討該套規(guī)模性微生物巖的發(fā)育主控因素。該研究成果可豐富微生物巖研究案例，同時為馬五5亞段沉積初期鄂爾多斯盆地水動力條件與古地貌恢復等沉積學研究提供重要的證據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

鄂爾多斯盆地位于華北臺地西緣，面積約為3.7×105￣￣km2。中寒武世至中奧陶世，華北地塊南、北兩側海槽洋底擴張，因均衡作用于鄂爾多斯盆地中部偏西地區(qū)形成“L”形大型隆起帶(圖 1-b；侯方浩等，2002)。隆起東側(研究區(qū))以淺水碳酸鹽巖臺地沉積為主(Wangetal.， 2016)。中奧陶世馬家溝組沉積時期研究區(qū)經(jīng)歷了3次海侵—海退旋回式沉積，其中馬一段、馬三段和馬五段為高位體系域沉積，馬二段、馬四段和馬六段為海侵體系域沉積(史基安等，2009；張永生等，2015)。

a—層紋狀疊層灰?guī)r，T112井，3314.31 m；b—波狀疊層云巖，Mt1井，2418.10 m；c—柱狀疊層云巖，Mt1井，2419.32 m；d—層狀凝塊云巖，JT1井，3550.69 m；e—瘤狀凝塊灰?guī)r，暗色部分泥晶方解石含量較高，T112井，3316.25 m；f—格架狀凝塊云巖，T18井，3702.75 m；g—格架狀凝塊灰?guī)r，T36井，3338.26 m；h—粘結砂屑云巖，桃36井，3338.38 m；i—微生物團塊灰?guī)r，T36井，3334.30 m；紅色箭頭指示凝塊結構圖 2 鄂爾多斯盆地奧陶系馬家溝組馬五5亞段微生物碳酸鹽巖宏觀特征Fig.2 Macrofeature of microbial carbonates of the Ma55 sub-member of Ordovician Majiagou Formation in Ordos Basin

馬五段發(fā)育海退沉積，自下而上分為馬五10—馬五1共10個亞段(黃正良等，2015；席勝利等，2017)。中部馬五5亞段為次一級短周期海侵沉積，海水侵入范圍最大，沉積水體較深，主要發(fā)育深灰色泥晶灰?guī)r和泥粉晶云巖(圖 1-d)，地層厚度平均為25 m，在盆地中東部分布穩(wěn)定(圖 1-c)。馬五5亞段沉積前，盆地內(nèi)廣泛發(fā)育碳酸鹽巖與膏鹽巖的韻律共生沉積，尤其在馬五6亞段沉積了最大規(guī)模的巨厚蒸發(fā)巖(圖 1-d)(胡彬等，2014；樊馥等2015)。

2 微生物碳酸鹽巖類型

根據(jù)大量巖心和薄片的精細觀察，結合前人的分類方案(吳亞生等，2018)，在馬五5亞段下部梳理出疊層石、凝塊石以及與微生物相關的顆粒巖共3大類微生物碳酸鹽巖。

2.1 疊層灰(云)巖

a—層紋狀疊層灰?guī)r，T112井，3314.31 m；b—波狀疊層云巖，Mt1井，2418.10 m，藍色鑄體薄片，發(fā)育膏摸孔；c—柱狀疊層云巖，Mt1井，2419.32 m，黃色箭頭指示石膏；d—層狀凝塊云巖，JT1井，3550.69 m；e—瘤狀凝塊灰?guī)r，頂部泥晶方解石含量較高，T112井，3316.25 m；f—格架狀凝塊云巖，左側泥晶、粉晶白云石含量較高，T18井，3702.75 m，藍色鑄體薄片，發(fā)育晶間溶孔；g—格架狀凝塊灰?guī)r，白色箭頭指示格架生長方向，T36井，3338.26 m；h—粘結砂屑云巖，桃36井，3338.38 m；i—微生物團塊灰?guī)r，T36井，3334.30 m。紅色箭頭指示微生物組構，橙色箭頭指示亮晶方解石/白云石膠結物圖 3 鄂爾多斯盆地奧陶系馬家溝組馬五5亞段微生物碳酸鹽巖微觀特征Fig.3 Microfabric characteristics of microbial carbonates of the Ma55 sub-member of Ordovician Majiagou Formation in Ordos Basin

疊層石是由于周期性沉積作用和捕獲細粒沉積物形成的紋層狀底棲微生物沉積物，巖心上為明暗相間的毫米級紋層韻律構成的疊層構造(圖 2-b，2-c)， 局部紋層揉皺變形，可分為層紋狀、波狀和柱狀3種亞類。層紋狀疊層石的紋層為近水平—微波狀，單紋層厚度不均一，邊緣具小型凹凸起伏，橫向上紋層延續(xù)性較好，常見生物擾動構造截斷紋層(圖 2-a)。與層紋狀疊層石相比，波狀疊層石的紋層波狀起伏更大，單紋層厚度較均一，邊緣光滑，橫向延續(xù)性更好(圖 2-b)。柱狀疊層石的紋層為半球狀，具有變化的寬度或固定的直徑(多為厘米級)，橫向延續(xù)性較差，呈間斷性丘狀起伏并堆積成柱體，且這些柱體被沉積物分隔開或相互聯(lián)結，整體具有向上生長的趨勢(圖 2-c)。

微觀下，疊層石暗層較薄，為富有機質(zhì)層，由暗色微生物組構和泥晶沉積物組成(圖 3-a)，局部可見被捕獲的球粒(圖 3-b)；亮層稍厚，為貧有機質(zhì)層，泥晶沉積物增多，粘結球粒分散于泥晶基質(zhì)中；兩者之間界線模糊，呈漸變過渡。紋層間發(fā)育不規(guī)則狀窗格孔，內(nèi)部充填亮晶方解石/白云石膠結物(圖 3-a，3-b，3-c)。疊層石多發(fā)育在強蒸發(fā)環(huán)境的潮間帶和潮下帶(Kennard and James，1986)，常見板條狀石膏與疊層石伴生(圖 3-c)，以及發(fā)育與早期大氣淡水淋溶有關的溶孔和基質(zhì)溶蝕微孔(圖 3-b)。

2.2 凝塊灰(云)巖

凝塊石為底棲微生物群落形成的微生物巖，巖心上呈淺灰色—深灰色或者淺灰色—灰褐色，以發(fā)育凝塊結構為典型特征。根據(jù)凝塊形態(tài)和連接方式的差異，可分為3種亞類： 層狀、瘤狀和格架狀。層狀凝塊石具明暗相間揉皺條帶狀結構，與層紋狀疊層石相比，單紋層厚度稍大且層內(nèi)厚度不均勻，邊緣凹凸起伏明顯；橫向上，單條帶延展性較弱，出現(xiàn)紋層分叉或合并現(xiàn)象(圖 2-d)。瘤狀凝塊石的凝塊呈似擾動的瘤狀，邊緣稍圓滑，顏色偏淺，大小不等，大者可達5 cm，凝塊間接觸緊密，以堆積集合體形式產(chǎn)出(圖 2-e)。格架狀凝塊石中凝塊相互連接，搭建成橫向和垂向延伸交匯的網(wǎng)絡狀，邊緣不規(guī)則，白云巖化后顏色偏暗(圖 2-f，2-g)。

微觀下，凝塊石的暗色凝塊由近圓形或橢圓狀的球粒相互連接構成，球粒內(nèi)部為均質(zhì)的暗色泥晶方解石，邊緣模糊。層狀凝塊結構為多個凝塊順層狀搭連匯聚形成的、側向延伸的暗色條帶狀集合體(圖 3-d)；瘤狀和格架狀凝塊結構為多個凝塊不定向纏繞聚集而成，單個凝塊內(nèi)前者球粒較分散，泥晶方解石增多(圖 3-e)，后者生物格架具向上生長特征(圖 3-g)。白云石化凝塊的內(nèi)部無球粒結構，發(fā)育暗色不規(guī)則泥晶白云石斑塊，存在局部重結晶現(xiàn)象(圖 3-e，3-f)。此外，格架間常為粘結微生物生長的空腔或殘余孔隙，后期被填隙物或膠結物(方解石或白云石)充填/半充填(圖 3-f)。凝塊結構與凝塊間界面較模糊，以凝塊沉積過渡為泥晶方解石沉積為主，見少量微生物組構和球粒分布。凝塊石在研究區(qū)發(fā)育頻率高，主要沉積于水體能量相對較低的潮下帶(Rezendeetal.， 2013)。

2.3 與微生物相關的顆粒巖

1)粘結砂屑灰(云)巖。巖心上呈灰褐色，自然斷面粗糙，顆粒結構明顯，順層分布(圖 2-h)。微觀下，砂屑顆粒色暗，被微生物組構包裹粘結，呈懸浮狀孤立分布，不具定向排列(圖 3-h)。砂屑顆粒含量大于50%，呈球狀或扁條狀，分選差，磨圓中等，粒徑0.2～2 mm，內(nèi)部為均質(zhì)的泥晶沉積物，邊緣不光滑，砂屑間填充亮晶方解石膠結物。粘結砂屑巖發(fā)育于水動力相對較強的沉積環(huán)境，僅在局部井區(qū)可見。

2)微生物團塊灰?guī)r。巖心上呈灰褐色，顆粒結構明顯(圖 2-i)。微觀下，暗色微生物團塊含量大于50%，多具扁條狀和不規(guī)則邊緣，分選差，粒徑大于2 mm，內(nèi)部為暗色凝塊，可見球粒和微生物粘結特征(圖 3-i)。與凝塊石相比，微生物團塊灰?guī)r多為孤立分布，團塊直徑較大。團塊間沉積褐色泥晶方解石和暗色不溶殘余物，見切割團塊組構現(xiàn)象，指示水體能量較強。

3 微生物碳酸鹽巖沉積序列與分布特征

3.1 沉積序列類型與特征

通過巖心及薄片觀察發(fā)現(xiàn)，鄂爾多斯盆地馬五5亞段下部發(fā)育與微生物巖相關的米級沉積旋回，筆者系統(tǒng)梳理并總結出了4種典型的沉積序列。

1)序列Ⅰ： 凝塊灰(云)巖—泥晶灰?guī)r—凝塊灰(云)巖—微生物團塊灰?guī)r。該序列以JT1井3551.51～3547.35 m井段為代表(圖 4-a)，典型特征為發(fā)育層狀凝塊灰?guī)r。序列底部沉積紋層狀泥云巖，與下伏巖溶角礫巖呈不整合接觸。其上發(fā)育凝塊石(圖 2-d)，且自下而上以層狀、格架狀、瘤狀的不同中型構造類型逐漸過渡，其中瘤狀凝塊灰?guī)r呈厚層產(chǎn)出，向上瘤狀團塊逐漸變小，隨后轉(zhuǎn)為沉積紋層狀泥晶灰?guī)r，表明水體能量逐漸減小。再向上瘤狀灰?guī)r過渡為微生物團塊灰?guī)r，頂部無暴露，表明水體能量逐漸增大。上覆下一旋回底部的層狀凝塊灰?guī)r。該序列常發(fā)育于研究區(qū)西部，厚3～4 m。

圖 4 鄂爾多斯盆地奧陶系馬家溝組馬五5亞段微生物碳酸鹽巖典型垂向沉積序列Fig.4 Typical vertical sedimentary sequence of microbial carbonates of the Ma55 sub-member of Ordovician Majiagou Formation in Ordos Basin

2)序列Ⅱ： 粘結砂屑灰(云)巖—凝塊灰(云)巖—疊層灰(云)巖—泥晶灰?guī)r—凝塊灰(云)巖—微生物團塊灰?guī)r。該序列以T36井3338.60～3333.98 m井段為代表(圖 4-b)，位于盆地中部，主要由凝塊灰?guī)r和微生物團塊灰?guī)r構成。序列開始于暴露面之上，下伏巖溶角礫巖，呈不整合接觸。底部為海侵初期的泥灰質(zhì)沉積，之上依次發(fā)育泥晶灰?guī)r和薄層粘結砂屑云巖(圖 2-h)。向上微生物巖呈直立生長，發(fā)育格架狀凝塊灰?guī)r(圖 2-g)，凝塊格架規(guī)模減小轉(zhuǎn)變?yōu)榱鰻钅龎K，隨后瘤狀凝塊減小過渡為疊層灰?guī)r，直至微生物巖停止生長，沉積紋層狀泥晶灰?guī)r。上述這種微生物巖中型構造類型的演變過程表明水體能量先增大再持續(xù)減小。頂部沉積厚層微生物團塊灰?guī)r(圖 2-i)，無暴露，表明水體能量持續(xù)增強。上覆下一旋回底部的格架狀凝塊灰?guī)r。該序列結構發(fā)育頻率較低，厚3～4.5 m。

3)序列Ⅲ： 凝塊灰?guī)r—泥晶灰?guī)r—生物擾動泥粉晶云巖。該序列以微生物巖僅發(fā)育凝塊石為典型特征(圖 4-d)。格架狀凝塊灰?guī)r發(fā)育于低能的泥晶灰?guī)r基底上，伴隨凝塊格架的減少和離散并過渡為瘤狀凝塊灰?guī)r，向上沉積均質(zhì)泥晶灰?guī)r。頂部以泥粉晶云巖中發(fā)育生物擾動構造結束，未暴露。該序列結構在研究區(qū)內(nèi)普遍發(fā)育，厚1.5～2 m。

4)序列Ⅳ： 疊層灰(云)巖—角礫灰(云)巖。該序列以M60井2424.40～2422.30 m井段為代表(圖 4-d)，典型特征為微生物巖僅發(fā)育疊層云巖。序列底部表現(xiàn)為柱狀疊層石沉積于巖溶角礫之上，呈不整合接觸，向上疊層石紋層表現(xiàn)為柱狀—波狀—層紋狀逐漸演變的特征，頂部具暴露溶蝕。研究區(qū)內(nèi)亦可見序列結構中缺少波狀—層紋狀疊層石沉積，以Mt1井2421.85～2418.90 m井段為代表(圖 4-c)，旋回中柱狀疊層石單柱體垂向規(guī)模由大變小(圖 2-c)，頂部以巖溶角礫巖結束。該類型序列常發(fā)育于研究區(qū)東部，厚1.5～2 m。

總體上，研究區(qū)以凝塊石沉積序列占主導、水體能量具向上持續(xù)減弱再增強的特征，上升半旋回多表現(xiàn)為層狀—格架狀—瘤狀凝塊石的微生物巖組合模式，而瘤狀凝塊灰?guī)r—微生物團塊灰?guī)r組合模式普遍發(fā)育于下降半旋回。此外，以疊層石為唯一微生物巖類型的序列組合，常在頂部見巖溶角礫巖。

圖 5 鄂爾多斯盆地奧陶系馬家溝組馬五5亞段微生物碳酸鹽巖取心井南北向連井對比Fig.5 North-south cross section of six cored wells showing distribution of different microbial carbonates of the Ma55 sub-member of Ordovician Majiagou Formation in Ordos Basin

3.2 橫向?qū)Ρ?/h3>

由于沉積水體咸化和海侵—海退等旋回特征可作為多旋回沉積地層對比劃分的可靠依據(jù)，并能達到各層沉積體接近于等時對比(譚秀成等，2008)，故文中以五級旋回頂面作為對比基準面，建立了近東西向和南北向的取心井連井剖面(圖 5，圖 6)，以揭示微生物巖在橫向上的分布特征。

依據(jù)旋回地層分析發(fā)現(xiàn)： (1)測井曲線在橫向上相似，具可對比性，揭示出馬五5亞段下部穩(wěn)定發(fā)育2期等時的微生物巖沉積體，其由2個五級海侵—海退旋回構成，分別位于GR高值①、②(第1期)和②、③(第2期)內(nèi)(圖5)。(2)研究區(qū)旋回類型為上升半旋回厚度大于下降半旋回的不完全對稱型，上升半旋回由泥灰(云)巖、泥晶灰(云)巖、凝塊灰(云)巖和疊層灰(云)巖組成，下降半旋回主要由瘤狀凝塊灰?guī)r和微生物團塊灰?guī)r組成。(3)橫向上，微生物巖累計厚3～6 m，呈向東減薄的趨勢。第1期微生物巖在研究區(qū)東部主要發(fā)育柱狀疊層石，中西部主要沉積格架狀/瘤狀凝塊石，累計厚度分別為0.5～3 m和1～3 m，且自西向東由1個五級旋回沉積演變?yōu)?個六級旋回沉積。第2期微生物巖厚度小于第1期，微生物巖普遍發(fā)育凝塊石，累計厚度0.5～3 m，呈西厚東薄的變化趨勢。(4)近南北向連井剖面中，第1期微生物巖在研究區(qū)北部發(fā)育序列Ⅳ，南部發(fā)育序列Ⅱ(圖 5)，由北向南表現(xiàn)為疊層石向凝塊石演變的特征；近東西向連井剖面中，第1期微生物巖在研究區(qū)西部發(fā)育序列Ⅰ、Ⅱ，東部發(fā)育序列Ⅳ，由西向東呈凝塊石向疊層石演變的特征(圖 6)。橫向上第2期微生物巖則主要發(fā)育序列Ⅲ，穩(wěn)定沉積凝塊石(圖 5，圖 6)。整體來看，縱向上呈由疊層石和凝塊石沉積向瘤狀凝塊石沉積占主導的轉(zhuǎn)變，橫向上則表現(xiàn)為西部以凝塊石沉積序列和連續(xù)沉積為主，而東部以疊層沉積序列和間斷沉積為特征。

圖 6 鄂爾多斯盆地奧陶系馬家溝組馬五5亞段微生物碳酸鹽巖取心井東西向連井對比(圖例同圖 5)Fig.6 East-west cross section of six cored wells showing distribution of different microbial carbonates of the Ma55 sub-member of Ordovician Majiagou Formation in Ordos Basin(the legend is the same asFig.5)

3.3 盆地尺度分布特征

由于馬五5亞段底部微生物巖發(fā)育段的測井曲線具有一定相似性，結合取心井巖電匹配關系，總結了4類巖電響應模型。類型一以T18井為代表，底部GR高值尖為“中高兩低型”，向上曲線平緩(圖 7-a)，發(fā)育薄—中層疊層石和凝塊石。類型二以M60井為代表，底部GR高值尖為“一高一低型”，第1期沉積疊層石，第2期沉積凝塊石(圖 7-b)。類型三以T36井為代表，底部GR高值尖為“兩高型”(圖 7-c)，向上低幅度波動，發(fā)育粘結砂屑巖。類型四以Y9井為代表，底部GR高值尖為“單高型”，柱狀疊層石發(fā)育于蒸發(fā)巖之上(圖 7-d)。

圖 7 鄂爾多斯盆地奧陶系馬家溝組馬五5亞段微生物碳酸鹽巖伽馬測井相模板 (所有曲線上的紫色代表第1期微生物巖，藍色指示第2期微生物巖)Fig.7 Gamma logging template of microbial carbonates of the Ma55 sub-member of Ordovician Majiagou Formation in Ordos Basin(purple represents phase I microbialites and blue indicates phase II microbialites)

應用建立的測井相模板對研究區(qū)404口鉆井的微生物碳酸鹽巖發(fā)育段厚度進行識別，并繪制了馬五5亞段底部微生物碳酸鹽巖厚度平面分布圖(圖 8)。微生物巖在研究區(qū)西部厚度最大，呈向東減薄的變化趨勢： (1)微生物碳酸鹽巖累計厚度大于7 m的區(qū)域集中在T58井—S379井—L17井區(qū)一帶，而研究區(qū)北部僅在神木西側的2處區(qū)域出現(xiàn)，呈孤立狀分布；(2)微生物碳酸鹽巖累計厚度在4～7 m范圍的區(qū)域集中分布于烏審旗—橫山—靖邊以西地區(qū)，呈南北向條帶狀；(3)微生物碳酸鹽巖累計厚度在3～4 m范圍的區(qū)域展布范圍最廣，占研究區(qū)總面積的80%以上。

受奧陶紀末期加里東運動影響，研究區(qū)以西馬五5亞段地層剝蝕嚴重，但中東部地區(qū)馬五5亞段底部微生物碳酸鹽巖序列保存良好，橫向上可對比、追蹤性強，估算平面展布面積可達2.5×105￣￣km2，約占現(xiàn)今盆地面積的67%，是一套盆地尺度穩(wěn)定分布的等時微生物巖體。

圖 8 鄂爾多斯盆地中東部奧陶系馬家溝組馬五5亞段 微生物碳酸鹽巖厚度平面分布Fig.8 Thickness distribution of microbial carbonates of the Ma55 sub-member of Ordovician Majiagou Formation in central and eastern Ordos Basin

4 盆地尺度微生物碳酸鹽巖分布主控因素

4.1 振蕩式持續(xù)緩慢海侵控制微生物碳酸鹽巖的垂向分布

海侵—海退旋回通過改變水體深淺、動能及營養(yǎng)含量等環(huán)境因素，進而影響微生物巖發(fā)育的適宜環(huán)境、宏觀形態(tài)以及空間分布(Tucker，1977;Whalenetal.， 2002;Adamsetal.， 2005)。疊層石可發(fā)育于不同水深條件下，主要在潮間及潮下帶(Kennard and James，1986)，形態(tài)易受水體擾動程度控制(Duprazetal.， 2006)，孤立的柱狀疊層石主要發(fā)育在水體較深的潮下帶，具分支的柱狀疊層石以及穹形疊層石多沉積于潮間帶，紋層狀和波狀疊層石多見于潮上帶(錢邁平，1991；Guheyetal.， 2011)。凝塊石的沉積水體深度普遍大于疊層石，主要發(fā)育于潮下帶(Burne and Moore，1987;Feldmann and McKenzie，1998;Ezakietal.， 2003;Mancinietal.， 2004;Rezendeetal.， 2013)。已有報道中，微生物碳酸鹽巖普遍為快速海侵背景下高位體系域的沉積產(chǎn)物，且具向上變淺的序列結構(Ezakietal.， 2003)，表現(xiàn)為疊層石和微生物粘結砂屑巖覆蓋于凝塊石或顆粒灘之上，構成丘灘復合體(李凌等，2013；熊鷹等，2016)。因此，微生物巖產(chǎn)狀、組合形式的縱向演變，是研究相對海平面升降的有效材料。

鄂爾多斯盆地在馬五段沉積時期為典型的局限—蒸發(fā)海臺地環(huán)境(史基安等，2009；張永生等，2015)，表現(xiàn)為總體的海退背景下存在多個多周期的次級海平面振蕩，其中馬五5亞段沉積時期為海侵環(huán)境。結合巖性、單旋回結構、多旋回組合形式等方面的垂向演變發(fā)現(xiàn)，在上升半旋回，微生物巖附著于初始海泛的低能沉積物之上，隨后由下至上依次出現(xiàn)層狀凝塊石/粘結砂屑→格架狀凝塊石→瘤狀凝塊石(圖 4-a，4-b)；產(chǎn)狀的變化表現(xiàn)為層狀向格架狀的演變，這表明沉積可容空間逐漸增大，而凝塊間泥晶充填物自格架狀向瘤狀凝塊間增多，則表明水動力條件的減弱，即水體逐漸加深的過程。下降半旋回中，瘤狀凝塊向上變?yōu)槲⑸飯F塊(圖 4-a，4-b)，推測水動力條件增強，并出現(xiàn)微生物組構攪碎現(xiàn)象，指示水體逐漸變淺。整體來看，研究區(qū)微生物巖的單旋回結構樣式的變化，呈現(xiàn)出沉積水體變深再變淺的演化趨勢。此外，2套旋回的組合形式中，尤其在東部可見下部單旋回以發(fā)育疊層石為主，上部單旋回則沉積瘤狀凝塊石(圖 4)。多旋回組合形式的改變與單旋回中結構樣式的演變一致，不僅體現(xiàn)了不同級次旋回的自相似性，而且表現(xiàn)出多旋回向上緩慢持續(xù)海侵的過程。

綜上所述，單旋回變深復變淺、多旋回持續(xù)緩慢海侵的相對海平面變化趨勢，是以瘤狀凝塊為特色的微生物巖垂向組合模式的重要驅(qū)動因素；同時由單序列和多序列組合中微生物巖形態(tài)演變推導出的相對海平面演化趨勢，證實了馬五5亞段較大規(guī)模的海侵沉積背景(黃正良等，2015)。文中將此過程進一步細化，定義為振蕩式持續(xù)緩慢海侵。

4.2 古地貌和古構造控制微生物巖的平面展布

圖 9 鄂爾多斯盆地中東部奧陶系馬家溝組馬五5亞段盆地尺度微生物碳酸鹽巖沉積演化Fig.9 Depositional model of basin-scale microbial carbonates of the Ma55 sub-member of Ordovician Majiagou Formation in central and eastern Ordos Basin

1)下伏蒸發(fā)巖填平補齊的沉積前古地貌是微生物巖盆地尺度大規(guī)模發(fā)育的根本原因。受營養(yǎng)供給、光照條件等生命活動所需生態(tài)條件的限制(Rezendeetal.， 2013)，微生物巖常分布在臺地邊緣、臺內(nèi)點灘等水下高地或鹽度異常、間接暴露的極淺水潮間帶等環(huán)境(Kennard and James，1986;Burne and Moore，1987;劉靜江等，2016；徐欣等，2018)，因此其平面分布規(guī)模較為有限(Shapiro，2000;Webby，2002;周進高等，2017)。相較之下，研究區(qū)馬五5亞段下部發(fā)育的2期微生物碳酸鹽巖具盆地尺度的等時分布規(guī)模(圖 6，圖 7，圖 8)，這在地質(zhì)歷史時期眾多微生物巖的研究實例中較為罕見。微生物對繁殖環(huán)境的優(yōu)選性及盆地尺度分布的現(xiàn)象，表明全盆范圍均為適宜微生物發(fā)育的場所，暗示沉積前的地貌在全盆范圍內(nèi)差異不大。馬家溝組沉積時期，鄂爾多斯盆地繼承了中央古隆起、呂梁水下隆起、靖邊凸起等一系列寒武紀古構造單元(邵東波等，2019；周進高等，2020；魏柳斌等，2021)，表現(xiàn)為隆坳相間的不平坦古地貌格局；另一方面，馬五5亞段沉積前，盆地內(nèi)廣泛沉積了若干套平面分布廣、厚度規(guī)模大的蒸發(fā)巖(胡安平等，2019；左洺滔等，2021)，由于蒸發(fā)鹽具極高的沉積速率，填平補齊的沉積作用在規(guī)模性蒸發(fā)巖發(fā)育層位普遍可見(譚秀成等，2014；王天云等，2020)，因此推測在馬五5亞段沉積前，盆地被巨厚膏鹽巖填平補齊，沉積中心與沉降中心重合，盆內(nèi)原隆坳相間的古地形逐漸趨于平緩，故下伏蒸發(fā)巖填平補齊的沉積前古地貌是控制馬五5亞段下部微生物碳酸鹽巖盆地尺度發(fā)育的根本原因(圖 9-a)。

2)沉積期平靜的古構造背景是產(chǎn)生微生物碳酸鹽巖大面積均一化現(xiàn)象的必要條件。研究區(qū)內(nèi)馬五5亞段地層厚度穩(wěn)定(圖 1-c)，推測沉積期無劇烈的構造活動，因而微生物碳酸鹽巖沉積初期，盆地構造活動相對平靜，古地理格局穩(wěn)定，有助于微生物巖持續(xù)連片發(fā)育，這也是陸表海臺地發(fā)生沉積填平補齊作用的先決條件。若此時構造活躍，將引起地貌隆坳差異增大，在持續(xù)海侵期沉積相和環(huán)境易產(chǎn)生分異，僅會在局部水下高地分散發(fā)育微生物點丘，不利于形成大面積分布的微生物碳酸鹽巖。由此可見，海侵背景下環(huán)境均一化的平坦沉積底形是規(guī)模性淺水微生物碳酸鹽巖形成的根本條件。

3)東西向微生物碳酸鹽巖發(fā)育產(chǎn)狀與組合形式的差異暗示馬五5亞段沉積期具西低東高的沉積期古地貌。盆地尺度分布的微生物碳酸鹽巖是下伏蒸發(fā)巖填平補齊作用和相對平靜的構造運動耦合的結果，但微生物碳酸鹽巖發(fā)育的產(chǎn)狀和組合形式進一步反映了差異性沉積地貌。具體表現(xiàn)為： (1)西部以凝塊沉積序列和連續(xù)沉積為主(圖 4-a，4-b)，向東演變?yōu)榀B層石沉積序列和間斷沉積(圖 4-c，4-d)，揭示出海水向東變淺(Ezakietal.， 2003;Guheyetal.， 2011)；(2)微生物碳酸鹽巖旋回組合在西部由五級旋回構成，而東部表現(xiàn)出六級旋回特征，并且西部單旋回厚度大于東部(圖 6)； (3)馬五5亞段地層厚度分布穩(wěn)定，呈西略厚、東略薄的特征(圖 1-c)。結合馬五5亞段下部等時地質(zhì)體呈西厚東薄的變化特征(圖 8)，表明盆地尺度下呈西略低、東略高的沉積期地貌差異，從側面揭示了該構造古地貌最晚始于馬五5亞段沉積時期。

綜上所述，在其他發(fā)育條件都相同的情況下，蒸發(fā)巖填平補齊作用和相對平靜的構造運動耦合控制了穩(wěn)定平坦底形(圖 9-a)。持續(xù)緩慢海侵期，底形沉積環(huán)境同質(zhì)化，微生物群落固定于低能的或較硬的沉積物上(溫志峰等，2004)并向四周衍生，發(fā)育規(guī)模性展布的微生物碳酸鹽巖(圖 9-b)。微生物碳酸鹽巖建造具水下正地貌特征，導致沉積地貌產(chǎn)生微弱差異分化，同時緩慢海侵期可容空間較小，促使第2期微生物碳酸鹽巖向局部高地的坡折處疊置遷移(圖 9-c)，最終于馬五5亞段下部形成盆地尺度的微生物碳酸鹽沉積體。

5 結論

1)鄂爾多斯盆地馬家溝組馬五5亞段下部發(fā)育一套盆地尺度的微生物碳酸鹽巖組合，包括疊層灰(云)巖、凝塊灰(云)巖、粘結砂屑灰(云)巖及微生物團塊灰?guī)r等，其中瘤狀凝塊灰?guī)r發(fā)育頻率最高。

2)垂向上，發(fā)育4種與微生物碳酸鹽巖密切相關的、向上變深再變淺的典型沉積序列，微生物碳酸鹽巖發(fā)育段單旋回具變深復變淺、多旋回持續(xù)緩慢海侵的特征。

3)橫向上，2期微生物碳酸鹽巖穩(wěn)定連片分布，具盆地尺度的可對比性和等時性。微生物碳酸鹽巖的累積厚度一般在3～7 m，整體呈向東減薄的趨勢，盆內(nèi)連續(xù)分布面積可超過2.5×105￣￣km2。

4)緩慢海侵背景下，下伏蒸發(fā)巖填平補齊作用以及穩(wěn)定構造環(huán)境形成了相對平坦古地貌，環(huán)境同質(zhì)化的底形條件造就了馬五5亞段下部淺水微生物碳酸鹽巖盆地尺度發(fā)育的獨特沉積現(xiàn)象，為碳酸鹽巖臺地微生物巖規(guī)模性發(fā)育機制的研究提供了實際案例。