鄂爾多斯盆地西北部奧陶系馬五5亞段顆粒白云巖特征及成因

張喜，張廷山，雷卞軍，張婧璇，張吉，趙忠軍，雍錦杰

（1.西南石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,成都 610500；2.Royal Melbourne Institute of Technology University，Melbourne VIC3001，Australia；3.中國石油長慶油田公司，西安 710018）

0 引言

白云巖成因研究已有 200余年的歷史，作為油氣最重要儲(chǔ)集體之一的顆粒白云巖，其成因?yàn)榘自茙r成因研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)、焦點(diǎn)和難點(diǎn)。2010年以來在鄂爾多斯盆地奧陶系馬家溝組馬五5亞段發(fā)現(xiàn)了能形成大規(guī)模優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集體的顆粒白云巖[1]，此外在揚(yáng)子地臺(tái)黔北地區(qū)下三疊統(tǒng)茅草鋪組、鄂西南恩施地區(qū)下三疊統(tǒng)嘉陵江組、華南上揚(yáng)子區(qū)中部中—上寒武統(tǒng)、四川盆地震旦系燈影組四段也發(fā)現(xiàn)了這種顆粒白云巖[2-6]。不同學(xué)者對不同地區(qū)顆粒白云巖的研究有不同的認(rèn)識(shí)，李國蓉、陳志遠(yuǎn)等認(rèn)為顆粒白云巖是成巖早期海水-淡水混合白云石化作用的產(chǎn)物[6-7]；楊華、黃正良等認(rèn)為是滲透回流白云石化作用，后期廣泛疊加了埋藏白云石化作用形成的[8-10]；劉德良認(rèn)為這種顆粒白云巖與成巖白云石化和埋藏白云石化共同作用有直接關(guān)系[11]；張永生、王保全、蘇中堂、付金華等認(rèn)為是埋藏白云石化和局部存在的熱液白云石化能夠很好的解釋其成因[12-15]；Petrash D A、陳婭娜等認(rèn)為早期低溫微生物作用亦能形成顆粒白云巖丘灘復(fù)合體[16-17]。

不少學(xué)者認(rèn)為鄂爾多斯盆地西北部奧陶系馬家溝組馬五5亞段顆粒白云巖是回流滲透疊加埋藏成巖改造的產(chǎn)物[7-11,18]，但其究竟是顆?；?guī)r云化還是顆粒云巖“云質(zhì)再結(jié)晶”抑或微生物作用？盡管鄂爾多斯盆地馬五5亞段有多口日產(chǎn)百萬立方米的工業(yè)氣流探井，但該白云巖成因類型仍是亟待解決的勘探難題。針對這一問題，筆者除了采用薄片觀察、陰極發(fā)光、X-射線衍射、包裹體均一溫度等一些常規(guī)的分析測試手段，還采用了顯微取樣主微量元素分析、激光顯微取樣碳氧同位素組成分析[19]，旨在通過對顆粒白云巖進(jìn)行精準(zhǔn)取樣分析，探究顆粒白云巖成因。

1 研究區(qū)地質(zhì)背景

鄂爾多斯盆地位于中國華北克拉通西部[20]，共劃分為伊盟隆起、晉西撓褶帶、伊陜斜坡、天環(huán)坳陷、西緣沖斷帶以及渭北隆起 6個(gè)構(gòu)造單元，研究區(qū)位于盆地中部的伊陜斜坡構(gòu)造單元。中奧陶統(tǒng)馬家溝組自下而上依次分為馬一段（O2m1）、馬二段（O2m2）、馬三段（O2m3）、馬四段（O2m4）、馬五段（O2m5）、馬六段（O2m6）。其中，馬五段以白云巖為主，其次為灰?guī)r、泥巖、蒸發(fā)巖等，該段自上而下劃分為10個(gè)亞段，即馬五1（O2m51）至馬五10（O2m510）亞段，其中馬五5亞段（O2m55）為研究層位。馬五5亞段沉積期，盆地為半局限臺(tái)地沉積環(huán)境，從西北緣到盆地東部，依次為膏質(zhì)云坪，發(fā)育含石膏結(jié)核；（含灰）云坪，發(fā)育灰質(zhì)（含灰）白云巖；灰坪，發(fā)育灰?guī)r（見圖1）。馬五5亞段突出表現(xiàn)為顆粒白云巖呈環(huán)帶狀分布在潮上—潮間帶，剖面上發(fā)育泥晶白云巖、灰?guī)r及顆粒白云巖3種主要巖石類型，其中泥晶白云巖為顆粒白云巖的圍巖，主要礦物組分為泥晶白云石，灰?guī)r主要分布在馬五5亞段的底部，主要礦物組分為方解石（見圖2），顆粒白云巖是由球狀顆粒和球狀顆粒間填隙物組成，球狀顆粒的主要礦物組分為泥—粉晶白云石，球狀顆粒之間發(fā)育的填隙物為細(xì)—中晶白云石（見圖3）。為了使本文的論述過程更為簡潔，對下文中高頻出現(xiàn)的幾個(gè)關(guān)鍵詞的特定含義作如下說明：泥晶白云石是指圍巖中泥晶白云巖的礦物組分；方解石是指灰?guī)r中的礦物組分；泥—粉晶白云石是指顆粒白云巖中球狀顆粒的主要礦物組分；細(xì)—中晶白云石是指顆粒白云巖中球狀顆粒間填隙物的主要礦物組分。

圖1 鄂爾多斯盆地馬五5亞段沉積相展布（據(jù)文獻(xiàn)[6]修改）

2 巖心取樣與測試分析方法

2.1 巖心取樣

樣品采自鄂爾多斯盆地西北部鉆遇的馬五5亞段白云巖的巖心，共14口井（采樣井號(hào)見圖1）。其中，依據(jù)不同深度，SD39-62C井取灰?guī)r樣品5塊，SD39-57井取灰?guī)r樣品7塊（見圖3a），SD39-62C1井取泥晶白云巖樣品3塊（見圖3c），樣品制備采用常規(guī)方法，其余樣品則取自余下12口井不同深度的顆粒白云巖（見圖3e）。

圖2 L28井馬五5亞段沉積、碳氧同位素組成、微量元素綜合柱狀圖

為了精確提取顆粒白云巖球狀顆粒中的泥—粉晶白云石組分，以及球狀顆粒間填隙物中的細(xì)—中晶白云石組分，本次研究樣品制備采用了微區(qū)取樣制備法，包括微觀鉆具取樣和激光顯微取樣，前者主要應(yīng)用于微量元素分析，而后者主要應(yīng)用于碳氧同位素組成分析。微區(qū)取樣技術(shù)能夠分別精確提取顆粒白云巖中泥—粉晶白云石和細(xì)—中晶白云石樣品，確保樣品的純度以及測試結(jié)果的準(zhǔn)確性和科學(xué)性。在微量元素實(shí)驗(yàn)樣品制備時(shí)，使用巖石組分微觀取樣機(jī)，在計(jì)算機(jī)、電子顯微系統(tǒng)下，利用微觀鉆具來提取球狀顆粒中泥—粉晶白云石組分、球狀顆粒之間充填的細(xì)—中晶白云石組分（見圖3e—圖3f）。

2.2 測試分析方法

對采集的樣品主要進(jìn)行了巖心觀察、普通薄片和鑄體薄片觀察、X-射線衍射、包裹體和碳氧同位素組成等分析。掃描電鏡分析應(yīng)用美國 FEI公司生產(chǎn)的Quantan250 FEG掃描電子顯微鏡（配Oxford INCAxmax 20能譜儀）；流體包裹體均一和冰點(diǎn)溫度分析儀器為英國 Linkam MDS 600冷熱臺(tái)（配Carl-Zeiss Axioplan 2顯微鏡）；主微量元素測試Na、Sr、Ba、Mn采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜法，F(xiàn)e元素采用重鉻酸鉀滴定法。

碳、氧同位素組成測試采用激光顯微取樣碳氧同位素組成分析儀，將巖心樣品制作成巖石薄片，厚度約為80 μm，薄片的取樣面不拋光，將拋光面采用非環(huán)氧樹脂材料粘接在玻璃上，避免這種粘接材料在真空條件下釋放氣體，影響δ13C分析結(jié)果的準(zhǔn)確性，激光器輸出波長為1 046 nm的相干激光束經(jīng)顯微鏡光學(xué)聚焦系統(tǒng)聚焦在真空樣品盒內(nèi)的薄片樣品上，以足夠的能量對樣品微區(qū)加熱（溫度超過1 500 ℃），分解產(chǎn)生的CO2氣體經(jīng)過提純凈化后，導(dǎo)入同位素質(zhì)譜儀（MAT 252）的微量進(jìn)樣系統(tǒng)，通過毛細(xì)管進(jìn)入質(zhì)譜儀測試系統(tǒng)，測定CO2氣體的δ18O、δ13C值。這種分析方法極大地提高了樣品的空間分辨率，使δ18O、δ13C有較好的分析精度。利用多組相同的樣品，分析對比灼蝕法（本文采用的激光灼蝕熱解法）與酸蝕法（常規(guī)磷酸分解法）獲取的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，δ13C無明顯分餾現(xiàn)象，δ18O存在分餾現(xiàn)象，方解石偏負(fù)1.66‰，白云石偏負(fù)1.41‰，為了實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的普適性，本文對使用激光灼蝕法獲取的δ13C、δ18O數(shù)據(jù)進(jìn)行了偏移校正，校正后的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1；該數(shù)據(jù)表中，泥晶白云巖（圍巖）中的泥晶白云石礦物和灰?guī)r中的方解石礦物是全巖樣品，顆粒白云巖中球狀顆粒中的泥—粉晶白云石組分和球狀顆粒之間充填的細(xì)—中晶白云石組分是微區(qū)微量樣品。

3 白云巖、灰?guī)r巖石學(xué)與地球化學(xué)特征

3.1 巖石學(xué)特征

顆粒白云巖是指具有顆粒或顆?；糜敖Y(jié)構(gòu)，顆粒與顆粒間填隙物成分主要為白云石的一類白云巖。顆粒白云巖主要發(fā)育在馬五5亞段的中上部（見圖2），顏色呈淺灰色—灰色（見圖4a）。顆粒白云巖常保持原始的球狀顆粒結(jié)構(gòu)（見圖3e、圖4b），球狀顆粒的主要組分為泥—粉晶白云石，在球狀顆粒中，可以看到保存完好的石膏假晶（見圖3e—圖3f、圖4f）。球狀顆粒邊緣的白云石基質(zhì)在重結(jié)晶作用下，轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)—中晶白云石，晶形以半自形為主（見圖4b），晶間孔隙發(fā)育（見圖3e—圖3f）。當(dāng)裂縫很發(fā)育時(shí)，顆粒白云巖球狀顆粒被裂縫切割，地層流體更容易滲入球狀顆粒內(nèi)，整個(gè)球狀顆粒發(fā)生重結(jié)晶作用，轉(zhuǎn)化為細(xì)—中晶白云石，晶間孔隙極為發(fā)育（見圖4c—圖4d），只能夠觀察到球狀顆粒的幻影（見圖4c—圖4e）。泥晶白云巖在馬五5亞段全段發(fā)育（見圖2），是顆粒白云巖的圍巖，顏色一般呈灰色—深灰色，主要礦物組分為泥晶白云石（見圖3c—圖3d、圖5），發(fā)育很好的原生沉積構(gòu)造，如鳥眼構(gòu)造、石鹽晶模、石膏晶模等沉積構(gòu)造標(biāo)志（見圖5a—圖5d）。灰?guī)r主要發(fā)育在馬五5亞段的底部，為淺灰色泥晶灰?guī)r，主要組分為亮晶方解石，巖性較為致密（見圖3a—圖3d）。

圖3 馬五5亞段巖心、普通薄片、鑄體薄片照片

顆粒白云巖球狀顆粒和圍巖泥晶白云巖有相同的礦物組分特征，都保存了石鹽晶模、石膏晶模等沉積構(gòu)造標(biāo)志（見圖3e—圖3f、圖5b—圖5d），而在灰?guī)r中，少見該類沉積構(gòu)造標(biāo)志。顆粒白云巖球狀顆粒與泥晶白云巖不僅礦物組分相同，而且發(fā)育相似的沉積構(gòu)造標(biāo)志，據(jù)此可以推斷，顆粒白云巖球狀顆粒與泥晶白云巖的基質(zhì)均是來自準(zhǔn)同生期形成的泥—粉晶白云石。

表1 馬五5亞段巖石樣品地球化學(xué)分析數(shù)據(jù)

圖5 SD39-62C1井泥晶白云巖普通薄片、掃描電鏡及陰極發(fā)光照片

3.2 地球化學(xué)特征

分析顆粒白云巖球狀顆粒中泥—粉晶白云石、顆粒白云巖球狀顆粒之間細(xì)—中晶白云石、顆粒白云巖的圍巖泥晶白云巖中泥晶白云石、灰?guī)r中方解石的地球化學(xué)特征，包括X衍射及陰極發(fā)光特征、主、微量元素特征、δ13C、δ18O同位素組成。

3.2.1 X衍射及陰極發(fā)光特征

X-射線衍射分析表明，泥晶白云石、泥—粉晶白云石的有序度為0.57～0.82，平均為0.75，Ca物質(zhì)的量濃度平均為 49.2%，二者含量均較低（見表1），明顯低于非蒸發(fā)環(huán)境下伴生的白云石；陰極發(fā)光下白云石整體為較暗的棕紅色（見圖5f）。此類白云巖被認(rèn)為是薩布哈環(huán)境準(zhǔn)同生階段的產(chǎn)物[2]。X-射線衍射分析表明，細(xì)—中晶白云石的有序度為 0.88～0.93，平均為0.90，Ca物質(zhì)的量濃度接近50%（見表1），具有中等—較好的有序度和標(biāo)準(zhǔn)的Mg/Ca值（1∶1），細(xì)—中晶白云石晶體多曲面他形，晶體中較臟，邊緣較干凈，伴生礦物少，白云石礦物有足夠的空間自由生成，MgCO3和 CaCO3層排列幾乎接近理想排列。在陰極發(fā)光條件下，細(xì)—中晶白云石發(fā)橙紅色光，邊部可見很薄的亮橙黃色環(huán)邊，反映了重結(jié)晶作用的存在（見圖4f）。

3.2.2 主、微量元素特征

3.2.2.1 Mn、Fe、Sr

微量元素反映了白云巖的沉積、成巖環(huán)境，近地表早期氧化環(huán)境白云巖中 Mn、Fe含量比深埋藏還原環(huán)境中白云巖中的含量低[20-22]，在埋藏成巖環(huán)境下，埋藏壓實(shí)過程中白云巖將不斷地與孔隙流體發(fā)生物質(zhì)交換。根據(jù)化學(xué)平衡原理，增大反應(yīng)壓力時(shí)可逆反應(yīng)會(huì)向著體積減小的方向進(jìn)行。也就是說在埋藏壓實(shí)過程中地層壓力逐漸增大，白云石晶格中的大半徑陽離子會(huì)優(yōu)先被小半徑陽離子取代。因此在埋藏成巖作用過程中，大離子金屬元素含量將降低，小離子金屬元素含量將升高，Sr的含量降低，F(xiàn)e和Mn含量升高[23]。

泥晶白云石、泥—粉晶白云石具有低Mn、Fe特征，細(xì)—中晶白云石具有高M(jìn)n、Fe特征（見圖6），說明泥晶白云石、泥—粉晶白云石經(jīng)歷的埋藏成巖改造很弱，而細(xì)—中晶白云石經(jīng)歷了深埋藏強(qiáng)成巖改造，泥晶白云石可以近似代表沉積期的準(zhǔn)同生白云石，這是泥晶白云石和泥—粉晶白云石各項(xiàng)地球化學(xué)參數(shù)對比分析的前提。Mn/Sr值小于3也是識(shí)別樣品未遭受明顯埋藏成巖改造的重要依據(jù)，Mn/Sr值越大，表明經(jīng)歷的埋藏成巖蝕變作用越強(qiáng)烈[24-26]。研究區(qū)細(xì)—中晶白云石的Sr含量比方解石、泥—粉晶白云石的低，Mn含量比方解石、泥晶白云石、泥—粉晶白云石高（見圖7），細(xì)—中晶白云石的Mn/Sr值約為5～8，而方解石、泥晶白云石、泥—粉晶白云石的Mn/Sr值約為0～2（見圖8），表明細(xì)—中晶白云石經(jīng)歷明顯的埋藏成巖改造。此外，泥—粉晶白云石具有與泥晶白云石相近的 Mn、Fe含量及Mn/Sr值表明泥—粉晶白云石是與泥晶白云石相同的準(zhǔn)同生白云巖，盡管經(jīng)歷了埋藏成巖作用，但是泥—粉晶白云石由于其巖性致密，在裂縫未溝通的條件下，成巖流體很難滲入，經(jīng)歷的成巖蝕變很弱；在裂縫附近，通常成巖流體滲流過程中物質(zhì)交換條件良好，白云石晶形較大，重結(jié)晶程度相對較高（見圖4g、圖4h）。

3.2.2.2 Mg、Ca

圖6 泥晶白云石、泥—粉晶白云石和細(xì)—中晶白云石微量元素Fe-Mn交會(huì)圖

圖7 泥晶白云石、泥—粉晶白云石、細(xì)—中晶白云石和方解石微量元素Sr-Mn交會(huì)圖

圖8 泥晶白云石、泥—粉晶白云石、細(xì)—中晶白云石和方解石的微量元素的δ18O值-Mn/Sr值交會(huì)圖

主量元素特征分析表明，方解石的 MgO含量為0.32～7.68，CaO含量為41.34～59.51；泥晶白云石的MgO含量為17.21～19.22，CaO含量為36.21～38.14；泥—粉晶白云石的MgO含量為16.28～26.37，CaO含量為27.61～37.72；細(xì)—中晶白云石的MgO含量為19.31～31.42，CaO含量為18.31～32.31（見表1）。如圖9所示，方解石具有低MgO高CaO的特征，基本沒發(fā)生白云化；泥晶白云石，泥—粉晶白云石具有相似的MgO，CaO含量特征，也表明顆粒白云巖球狀顆粒中泥—粉晶白云石與圍巖泥晶白云巖中泥晶白云石具有相同的組分特征，為準(zhǔn)同生白云石；細(xì)—中晶白云石具有高M(jìn)gO低CaO的特征，具有線性負(fù)相關(guān)的關(guān)系，負(fù)相關(guān)反映了白云巖發(fā)生重結(jié)晶[18]，因此，顆粒白云巖經(jīng)歷了明顯的重結(jié)晶作用，但顆粒白云巖不同部位重結(jié)晶程度依然存在差異，在裂縫連通的條件下，成巖流體滲流能力強(qiáng)，物質(zhì)交換容易發(fā)生，白云石重結(jié)晶程度高，在裂縫發(fā)育的位置，白云石晶形明顯增大，形成晶間孔隙（見圖4g、圖4h），在裂縫未連通處，白云石晶形較小，白云石重結(jié)晶不明顯。

圖9 泥晶白云石、泥—粉晶白云石、細(xì)—中晶白云石和方解石主量元素MgO-CaO交會(huì)圖

3.2.3δ13C、δ18O 同位素組成

δ13C、δ18O測試數(shù)據(jù)顯示，泥—粉晶白云石的δ13C值為-2.0‰～-0.9‰，平均為-1.6‰，δ18O值為-7.7‰～-4.4‰，平均為-6.3‰；細(xì)—中晶白云石的δ13C值為-2.8‰～-1.6‰，平均為-2.1‰，δ18O 值為-11.7‰～-7.9‰，平均為-9.9‰；方解石的δ13C 值為-3.2‰～-2.3‰，平均為-2.7‰，δ18O值為-10.1‰～-7.2‰，平均為-8.9‰（見表1、圖10）。溫度和白云石形成溶液中的δ18O值是直接決定白云石δ18O分布的重要因素[9,27]。當(dāng)沉積環(huán)境中新鮮海水補(bǔ)給不足，強(qiáng)烈蒸發(fā)而導(dǎo)致海水鹽度增高時(shí)，其沉積物中的δ18O和δ13C值增高[28]；因此，強(qiáng)蒸發(fā)高鹽度的環(huán)境中形成的泥晶白云石、泥—粉晶白云石（準(zhǔn)同生白云石）、的δ18O和δ13C值比方解石、細(xì)—中晶白云石高。此外，成巖過程隨著礦物相的轉(zhuǎn)變，礦物中18O、13C含量逐漸減少，而孔隙水中的18O、13C含量增多，礦物中18O、13C的不斷被孔隙水帶走使其含量降低，礦物相變后，δ18O、δ13C通常偏負(fù)[29]。顆粒白云巖球狀顆粒中泥—粉晶白云石通過埋藏成巖改造，發(fā)生重結(jié)晶作用，18O、13C含量降低，δ18O、δ13C偏負(fù)，轉(zhuǎn)變成細(xì)—中晶白云石，形成具有晶間孔隙的顆粒白云巖，與上述理論相符，即泥—粉晶白云石向細(xì)—中晶白云石轉(zhuǎn)化是合理的；方解石與細(xì)—中晶白云石相比，δ18O一致，δ13C偏正，表明方解石通過埋藏成巖改造形成大規(guī)模細(xì)—中晶白云石的可能性不大（見圖10）。

圖10 泥晶白云石、泥—粉晶白云石、細(xì)—中晶白云石和方解石的δ13C、δ18O交會(huì)圖

4 顆粒白云巖成因及演化

4.1 顆粒白云巖成因

近年來大量報(bào)道顆粒白云巖的成因類型主要包括顆?；?guī)r白云化和微生物作用[30]，顆?；?guī)r云化形成顆粒白云巖的層組主要有：鄂西南恩施地區(qū)下三疊統(tǒng)嘉陵江組[2]、揚(yáng)子地臺(tái)黔北地區(qū)下三疊統(tǒng)茅草鋪組[3]、華南上揚(yáng)子區(qū)中部中—上寒武統(tǒng)[4]、湖南石門中上寒武統(tǒng)[5]、塔里木盆地塔中地區(qū)中下奧陶統(tǒng)[31]、華北地臺(tái)中北部寒武系—奧陶系[32]和四川盆地東部下寒武統(tǒng)龍王廟組[33]；此外，還包括沙特阿拉伯中部二疊系—三疊系Khuff組、阿聯(lián)酋南部上侏羅統(tǒng)Arab組等[34-35]。通過云化形成顆粒白云巖的顆?；?guī)r通常沉積于開闊海潮下高能帶。微生物作用形成的顆粒白云巖，又稱為微生物白云巖，該類白云巖在全球范圍廣泛發(fā)育，如四川盆地三疊系雷口坡組和震旦系燈影組以及塔里木盆地寒武系肖爾布拉克組中發(fā)育這種顆粒狀微生物巖[36]；澳大利亞南部Coorong地區(qū)現(xiàn)代沉積沉積物中以及匈牙利中北部Zsámbék盆地三疊系中均發(fā)育該類白云巖[37-38]。趙文智等提出，微生物白云巖通常形成于特定溫度（30～45 ℃）、鹽度（3.5%～10%）以及堿度（pH值大于8.5）的局限海（湖）淺水潮坪環(huán)境，以上3個(gè)指標(biāo)過高過低都不利于其形成，過高則有利于蒸發(fā)巖的形成[30]。

本文研究的鄂爾多斯盆地中部馬五5亞段中顆粒白云巖的球狀顆粒中，殘留有石膏晶模、石鹽晶模，是潮上帶暴露的標(biāo)志（見圖3f、圖4c），顯然不是有利于沉積顆?；?guī)r形成的潮下高能帶沉積環(huán)境。從馬五5亞段顆粒白云巖的分布特征來看，顆粒白云巖主要分布在云坪相帶，而不是有利于顆?；?guī)r沉積的灰坪相帶（見圖1）。因此，顆粒白云巖的球狀顆粒原始的組分是準(zhǔn)同生期云坪相帶沉淀的泥—粉晶白云石，而不是灰坪相帶沉淀的方解石，馬五5亞段中顆粒白云巖并非顆粒灰?guī)r云化的產(chǎn)物。此外，馬五5亞段中的顆粒白云巖可見石膏晶模，而微生物白云巖很難看到膏鹽類伴生物[30]，亦不支持顆粒白云巖微生物成因。

本次研究通過流體包裹體恢復(fù)了沉積期的溫度和海水的鹽度、成巖期地溫及地層流體的鹽度。流體包裹體保存了原始成礦流體，記錄了礦物形成的條件和歷史，反映了成礦流體的性質(zhì)?；?guī)r中方解石礦物、泥晶白云巖中石英礦物、顆粒白云巖球狀顆粒中石英礦物以及球狀顆粒間細(xì)—中晶白云石礦物中賦存大量的流體包裹體。灰?guī)r溶斑中方解石的包裹體均一溫度平均值為60.4 ℃，鹽度平均值為9.75%；泥—粉晶白云巖石英中的包裹體均一溫度平均值為 117.4 ℃，鹽度平均值為24.73%；顆粒白云巖球狀顆粒間細(xì)—中晶白云石包裹體均一溫度平均值為 146.3 ℃，鹽度平均值為 24.39%（見圖11）。鄂爾多斯盆地地層溫度隨埋深增加而升高，呈穩(wěn)定的直線關(guān)系，現(xiàn)今地溫梯度主要集中在2.4～3.1 ℃/100 m，東高西低，西北部平均地溫梯度為2.5 ℃/100 m[39]，按照埋深3 100 m計(jì)算得出，灰?guī)r中的方解石、泥—粉晶白云巖中石英、顆粒白云巖球狀顆粒之間中的細(xì)—中晶白云石形成時(shí)的溫度為14.1，24.9，70.7 ℃。因此可以推斷，灰?guī)r中的方解石是在正常海水環(huán)境下形成的，具有較低的鹽度；顆粒白云巖球狀顆粒中泥—粉晶白云石是在地表環(huán)境下，高溫的蒸發(fā)環(huán)境下形成的，具有相對較高鹽度；顆粒白云巖球狀顆粒之間的細(xì)—中晶白云石形成溫度遠(yuǎn)高于地表溫度，是在一定的埋深條件下球狀顆粒中泥—粉晶白云石重結(jié)晶的產(chǎn)物，鹽度與球狀顆粒中泥—粉晶白云石一致，說明在埋藏條件下細(xì)—中晶白云石的成巖環(huán)境中，地層水與準(zhǔn)同生期泥—粉晶白云石形成環(huán)境中海水的性質(zhì)相近，Mg2+的來源為海水回流滲透[15]。

圖11 泥晶白云巖、泥—粉晶白云巖、顆粒白云巖和灰?guī)r流體包裹體溫度、鹽度柱狀分布圖

顆粒白云巖球狀顆粒組分沉淀的溫度和鹽度與泥晶白云巖相近，而與灰?guī)r差異很大，證實(shí)了顆粒白云巖球狀顆粒組分與泥晶白云巖同源，都來源于準(zhǔn)同生期沉淀的泥晶白云石，而與灰?guī)r不同源，表明顆粒白云巖球狀顆粒之間的細(xì)—中晶白云石是球狀顆粒中泥—粉晶白云石重結(jié)晶的產(chǎn)物。此外，盡管在局限海（湖）潮坪環(huán)境下，微生物作用也能形成顆粒白云巖（微生物巖），但是鄂爾多斯盆地中部馬五5亞段中的顆粒白云巖在沉積期，水體溫度平均約為24.9 ℃，鹽度平均約為24.39%，溫度偏低而鹽度偏高，不太適合微生物的生存，亦不支持顆粒白云巖微生物成因。

碳氧同位素組成特征顯示，顆粒白云巖球狀顆粒中泥—粉晶白云石的δ13C、δ18O值與泥晶白云巖中泥晶白云石的δ13C、δ18O值幾乎相同（見圖10），這一結(jié)果表明，顆粒白云巖球狀顆粒組分與泥晶白云巖同源，都來源于準(zhǔn)同生期沉淀的泥晶白云石。δ18O、δ13C負(fù)偏移，轉(zhuǎn)變成細(xì)—中晶白云石，只有泥—粉晶白云石向細(xì)—中晶白云石轉(zhuǎn)化，才可能發(fā)生δ18O、δ13C負(fù)偏移（見圖10）。此外，本文前面論述的主微量元素、X衍射等地球化學(xué)特征，也證實(shí)了顆粒白云巖球狀顆粒組分與泥晶白云巖同源，都來源于準(zhǔn)同生期沉淀的泥晶白云石，而與灰?guī)r不同源，支撐了顆粒白云巖是蒸發(fā)環(huán)境下形成的泥—粉晶白云石在埋藏條件下重結(jié)晶的產(chǎn)物。

綜上所述，顆粒白云巖的“原形”是準(zhǔn)同生期局限海潮坪蒸發(fā)環(huán)境下，在沉積地貌局部隆起部位形成由泥—粉晶白云石組成的球狀顆粒，后期在埋藏條件下，球狀顆粒邊緣或整個(gè)球狀顆粒的泥—粉晶白云石發(fā)生重結(jié)晶作用，局部或全部轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)—中晶白云石，形成具有晶間孔隙的白云巖儲(chǔ)集層，本文將泥—粉晶白云石向細(xì)—中晶白云石轉(zhuǎn)化的重結(jié)晶過程稱為“云質(zhì)再結(jié)晶”。此次通過對鄂爾多斯盆地中部馬五5亞段中顆粒白云巖的研究，認(rèn)為“云質(zhì)再結(jié)晶”是顆粒白云巖的重要成因。此認(rèn)識(shí)對預(yù)測該地區(qū)顆粒白云巖儲(chǔ)集層的分布有重要意義，原生的泥—粉晶白云石顆粒主要發(fā)育在云坪（見圖12），因此應(yīng)考慮把云坪相帶作為勘探靶區(qū)，尋找這種能形成優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集體的顆粒白云巖。此外，在該盆地中東部奧陶系馬家溝組馬五7+9亞段、馬二段和馬四段發(fā)育的顆粒白云巖均是該成因，顆粒白云巖主要發(fā)育在云坪相帶[40-42]。

圖12 馬五5亞段S345井—S112井—S63井沉積相剖面圖（剖面位置見圖1）

圖13 鄂爾多斯盆地西北部馬家溝組馬五5亞段顆粒白云巖演化模式

4.2 顆粒白云巖演化

鄂爾多斯盆地西北部馬家溝組馬五5亞段泥—粉晶白云巖是顆粒白云巖形成的基礎(chǔ)，在準(zhǔn)同生期泥—粉晶白云巖沉淀后（見圖13a-Ⅰ），間歇性暴露于干旱的環(huán)境中，形成干裂碎屑（見圖13a-Ⅱ），隨著海平面的上升，干裂形成的碎屑在海水的搬運(yùn)作用下雜亂堆積（見圖13a-Ⅲ），碎屑顆粒相互碰撞，顆粒被逐漸磨圓，伴隨著海平面高頻升降，形成顆粒白云巖（見圖13a-Ⅳ、Ⅴ）。馬五5亞段泥—粉晶白云巖沉積后，馬五1—4亞段潮坪白云巖也開始沉積，毛細(xì)管濃縮作用與高鎂鹵水回流滲透作用同時(shí)發(fā)生（見圖13b-Ⅰ），顆粒云巖粒間孔隙充填的白云石在回流滲透、淺埋藏條件下發(fā)生重結(jié)晶作用，白云石晶粒增大，在裂縫發(fā)育的地方，地層水更容易到達(dá)，這種重結(jié)晶作用會(huì)更為明顯（見圖13b-Ⅱ、Ⅲ）。深埋藏階段（見圖13c-Ⅰ），地層溫度進(jìn)一步升高，壓釋水向白云巖發(fā)育區(qū)滲透，白云石再結(jié)晶，晶形進(jìn)一步增大，變?yōu)榧?xì)晶，形成具有晶間孔隙的顆粒白云巖儲(chǔ)集層（見圖13c-Ⅱ、Ⅲ）。

5 結(jié)論

鄂爾多斯盆地中部顆粒白云巖中球狀顆粒的“原形”（泥—粉晶白云石）形成于準(zhǔn)同生期局限海干旱蒸發(fā)環(huán)境，在殘留球狀顆粒中可見石膏晶模；顆粒白云巖球狀顆粒的組分泥—粉晶白云石與圍巖泥晶白云巖的組分泥晶白云石具有相似的組分、微量元素及碳氧同位素組成特征，泥晶白云石、泥—粉晶白云石形成于同一沉積環(huán)境；在埋藏條件下，顆粒白云巖球狀顆粒中的泥—粉晶白云石重結(jié)晶，形成具有晶間空隙的白云巖儲(chǔ)集層；碳氧同位素組成特征表明，泥—粉晶白云石在埋藏成巖環(huán)境下向細(xì)—中晶白云石轉(zhuǎn)化，符合δ18O、δ13C值負(fù)偏移，而方解石不符合；顆粒白云巖的球狀顆粒形成于低溫度高鹽度的蒸發(fā)環(huán)境，球狀顆粒的微生物成因可能性不大；細(xì)—中晶白云石是球狀顆粒中的泥—粉晶白云石“云質(zhì)再結(jié)晶”的產(chǎn)物，應(yīng)把云坪相帶作為顆粒白云巖儲(chǔ)集層勘探的重點(diǎn)靶區(qū)。