鄂爾多斯盆地奧陶系馬家溝組馬五5亞段微生物巖盆地尺度分布特征及主控因素

楊夢(mèng)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(xué)油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川成都 610500 2 中國石油集團(tuán)碳酸鹽巖儲(chǔ)層重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室西南石油大學(xué)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(xué)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(jié)構(gòu)形態(tài)和分布模式易受控于海平面變化、水動(dòng)力條件、水體鹽度(Lindsayetal.， 2017)、古構(gòu)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(dǎo)致微生物碳酸鹽巖集中發(fā)育在臺(tái)地邊緣、臺(tái)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(diǎn)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(jìn)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(gòu)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(dòng)能條件以及微生物對(duì)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(bào)道的微生物巖以零星分布的微生物點(diǎn)丘或丘灘復(fù)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(xì)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(duì)其結(jié)構(gòu)形態(tài)及縱向疊置關(guān)系的研究，有利于揭示馬五5亞段沉積初期水動(dòng)力條件和演變規(guī)律，且平面分布特征對(duì)沉積期地貌形態(tài)、沉積格局的厘定至關(guān)重要。

因此，文中嘗試通過系統(tǒng)的巖石學(xué)和測(cè)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(jìn)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(shí)為馬五5亞段沉積初期鄂爾多斯盆地水動(dòng)力條件與古地貌恢復(fù)等沉積學(xué)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(tái)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(cè)海槽洋底擴(kuò)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(cè)(研究區(qū))以淺水碳酸鹽巖臺(tái)地沉積為主(Wangetal.， 2016)。中奧陶世馬家溝組沉積時(shí)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(jié)砂屑云巖，桃36井，3338.38 m；i—微生物團(tuán)塊灰?guī)r，T36井，3334.30 m；紅色箭頭指示凝塊結(jié)構(gòu)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(gè)亞段(黃正良等，2015；席勝利等，2017)。中部馬五5亞段為次一級(jí)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(xì)觀察，結(jié)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(guān)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(lán)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(cè)泥晶、粉晶白云石含量較高，T18井，3702.75 m，藍(lán)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(jié)砂屑云巖，桃36井，3338.38 m；i—微生物團(tuán)塊灰?guī)r，T36井，3334.30 m。紅色箭頭指示微生物組構(gòu)，橙色箭頭指示亮晶方解石/白云石膠結(jié)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(xì)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(jí)紋層韻律構(gòu)成的疊層構(gòu)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(dòng)構(gòu)造截?cái)嗉y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(jí))，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(jié)，整體具有向上生長的趨勢(shì)(圖 2-c)。

微觀下，疊層石暗層較薄，為富有機(jī)質(zhì)層，由暗色微生物組構(gòu)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(jī)質(zhì)層，泥晶沉積物增多，粘結(jié)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(jié)物(圖 3-a，3-b，3-c)。疊層石多發(fā)育在強(qiáng)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(guān)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，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(dòng)的瘤狀，邊緣稍圓滑，顏色偏淺，大小不等，大者可達(dá)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(luò)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(gòu)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(jié)構(gòu)為多個(gè)凝塊順層狀搭連匯聚形成的、側(cè)向延伸的暗色條帶狀集合體(圖 3-d)；瘤狀和格架狀凝塊結(jié)構(gòu)為多個(gè)凝塊不定向纏繞聚集而成，單個(gè)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(jié)構(gòu)，發(fā)育暗色不規(guī)則泥晶白云石斑塊，存在局部重結(jié)晶現(xiàn)象(圖 3-e，3-f)。此外，格架間常為粘結(jié)微生物生長的空腔或殘余孔隙，后期被填隙物或膠結(jié)物(方解石或白云石)充填/半充填(圖 3-f)。凝塊結(jié)構(gòu)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(gòu)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(duì)較低的潮下帶(Rezendeetal.， 2013)。

2.3 與微生物相關(guān)的顆粒巖

1)粘結(jié)砂屑灰(云)巖。巖心上呈灰褐色，自然斷面粗糙，顆粒結(jié)構(gòu)明顯，順層分布(圖 2-h)。微觀下，砂屑顆粒色暗，被微生物組構(gòu)包裹粘結(jié)，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(jié)物。粘結(jié)砂屑巖發(fā)育于水動(dòng)力相對(duì)較強(qiáng)的沉積環(huán)境，僅在局部井區(qū)可見。

2)微生物團(tuán)塊灰?guī)r。巖心上呈灰褐色，顆粒結(jié)構(gòu)明顯(圖 2-i)。微觀下，暗色微生物團(tuán)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(jié)特征(圖 3-i)。與凝塊石相比，微生物團(tuán)塊灰?guī)r多為孤立分布，團(tuán)塊直徑較大。團(tuán)塊間沉積褐色泥晶方解石和暗色不溶殘余物，見切割團(tuán)塊組構(gòu)現(xiàn)象，指示水體能量較強(qiáng)。

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(guān)的米級(jí)沉積旋回，筆者系統(tǒng)梳理并總結(jié)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(tuán)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(gòu)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(tuán)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(tuán)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(jié)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(tuán)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(tuán)塊灰?guī)r構(gòu)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(jié)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(gòu)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(tuán)塊灰?guī)r(圖 2-i)，無暴露，表明水體能量持續(xù)增強(qiáng)。上覆下一旋回底部的格架狀凝塊灰?guī)r。該序列結(jié)構(gòu)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(dòng)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(dòng)構(gòu)造結(jié)束，未暴露。該序列結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)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(dǎo)、水體能量具向上持續(xù)減弱再增強(qiáng)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(tuán)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(duì)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(duì)比劃分的可靠依據(jù)，并能達(dá)到各層沉積體接近于等時(shí)對(duì)比(譚秀成等，2008)，故文中以五級(jí)旋回頂面作為對(duì)比基準(zhǔn)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(cè)井曲線在橫向上相似，具可對(duì)比性，揭示出馬五5亞段下部穩(wěn)定發(fā)育2期等時(shí)的微生物巖沉積體，其由2個(gè)五級(jí)海侵—海退旋回構(gòu)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(duì)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(tuán)塊灰?guī)r組成。(3)橫向上，微生物巖累計(jì)厚3～6 m，呈向東減薄的趨勢(shì)。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(jì)厚度分別為0.5～3 m和1～3 m，且自西向東由1個(gè)五級(jí)旋回沉積演變?yōu)?個(gè)六級(jí)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(jì)厚度0.5～3 m，呈西厚東薄的變化趨勢(shì)。(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(dǎo)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(duì)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(cè)井曲線具有一定相似性，結(jié)合取心井巖電匹配關(guān)系，總結(jié)了4類巖電響應(yīng)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(dòng)，發(fā)育粘結(jié)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(cè)井相模板 (所有曲線上的紫色代表第1期微生物巖，藍(lán)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(yīng)用建立的測(cè)井相模板對(duì)研究區(qū)404口鉆井的微生物碳酸鹽巖發(fā)育段厚度進(jìn)行識(shí)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(shì)： (1)微生物碳酸鹽巖累計(jì)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(cè)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(jì)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(jì)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(jì)末期加里東運(yùn)動(dòng)影響，研究區(qū)以西馬五5亞段地層剝蝕嚴(yán)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(duì)比、追蹤性強(qiáng)，估算平面展布面積可達(dá)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(shí)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(dòng)能及營養(yǎng)含量等環(huán)境因素，進(jìn)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(dòng)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(bào)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(jié)構(gòu)(Ezakietal.， 2003)，表現(xiàn)為疊層石和微生物粘結(jié)砂屑巖覆蓋于凝塊石或顆粒灘之上，構(gòu)成丘灘復(fù)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(duì)海平面升降的有效材料。

鄂爾多斯盆地在馬五段沉積時(shí)期為典型的局限—蒸發(fā)海臺(tái)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(gè)多周期的次級(jí)海平面振蕩，其中馬五5亞段沉積時(shí)期為海侵環(huán)境。結(jié)合巖性、單旋回結(jié)構(gòu)、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(jié)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(dòng)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(tuán)塊(圖 4-a，4-b)，推測(cè)水動(dòng)力條件增強(qiáng)，并出現(xiàn)微生物組構(gòu)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(jié)構(gòu)樣式的變化，呈現(xiàn)出沉積水體變深再變淺的演化趨勢(shì)。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(jié)構(gòu)樣式的演變一致，不僅體現(xiàn)了不同級(jí)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(fù)變淺、多旋回持續(xù)緩慢海侵的相對(duì)海平面變化趨勢(shì)，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(dòng)因素；同時(shí)由單序列和多序列組合中微生物巖形態(tài)演變推導(dǎo)出的相對(duì)海平面演化趨勢(shì)，證實(shí)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(jìn)一步細(xì)化，定義為振蕩式持續(xù)緩慢海侵。

4.2 古地貌和古構(gòu)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(bǔ)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(dòng)所需生態(tài)條件的限制(Rezendeetal.， 2013)，微生物巖常分布在臺(tái)地邊緣、臺(tái)內(nèi)點(diǎn)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(jìn)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(shí)分布規(guī)模(圖 6，圖 7，圖 8)，這在地質(zhì)歷史時(shí)期眾多微生物巖的研究實(shí)例中較為罕見。微生物對(duì)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(chǎng)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(shí)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(jì)古構(gòu)造單元(邵東波等，2019；周進(jìn)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(bǔ)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(cè)在馬五5亞段沉積前，盆地被巨厚膏鹽巖填平補(bǔ)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(bǔ)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(gòu)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(cè)沉積期無劇烈的構(gòu)造活動(dòng)，因而微生物碳酸鹽巖沉積初期，盆地構(gòu)造活動(dòng)相對(duì)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(tái)地發(fā)生沉積填平補(bǔ)齊作用的先決條件。若此時(shí)構(gòu)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(huì)在局部水下高地分散發(fā)育微生物點(diǎn)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(bǔ)齊作用和相對(duì)平靜的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)耦合的結(jié)果，但微生物碳酸鹽巖發(fā)育的產(chǎn)狀和組合形式進(jìn)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(jí)旋回構(gòu)成，而東部表現(xiàn)出六級(jí)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(jié)合馬五5亞段下部等時(shí)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(cè)面揭示了該構(gòu)造古地貌最晚始于馬五5亞段沉積時(shí)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(bǔ)齊作用和相對(duì)平靜的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)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(dǎo)致沉積地貌產(chǎn)生微弱差異分化，同時(shí)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(jié)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(jié)砂屑灰(云)巖及微生物團(tuán)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(guān)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(fù)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(duì)比性和等時(shí)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(shì)，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(bǔ)齊作用以及穩(wěn)定構(gòu)造環(huán)境形成了相對(duì)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(dú)特沉積現(xiàn)象，為碳酸鹽巖臺(tái)地微生物巖規(guī)模性發(fā)育機(jī)制的研究提供了實(shí)際案例。