古地理格局對膏鹽巖-碳酸鹽巖共生體系沉積分異的控制
——以鄂爾多斯盆地中東部奧陶系馬家溝組五段6亞段為例

鐘壽康，譚秀成，胡廣，聶萬才,3，楊夢穎，張道鋒，鄭劍鋒，許杰，董國棟，肖笛，盧子興

（1. 油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西南石油大學(xué)，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)分室，成都 610500；3. 中國石油長慶油田公司天然氣評價(jià)項(xiàng)目部，西安 710016；4. 中國石油長慶油田公司勘探開發(fā)研究院，西安 710016；5. 中國石油杭州地質(zhì)研究院，杭州 310023）

0 引言

膏鹽巖-碳酸鹽巖共生體系在地質(zhì)歷史時(shí)期廣泛發(fā)育[1-3]，但縱觀全球奧陶系，該巖性組合比較少見[4]。而這一現(xiàn)象背后的原因，則引申出關(guān)于盆地規(guī)模蒸發(fā)巖如何形成的關(guān)鍵問題。水體蒸發(fā)量大于補(bǔ)給量是蒸發(fā)巖形成的決定性因素[5]，依據(jù)此特性，?？蓪⒁?guī)模性蒸發(fā)巖成因歸納為兩點(diǎn)：①氣候主控型，即在極端干燥氣候條件下，臺(tái)地內(nèi)沉積水體的蒸發(fā)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于降雨量和陸源補(bǔ)給量，地質(zhì)歷史時(shí)期符合這一特征的蒸發(fā)巖多具有層位和區(qū)域優(yōu)勢性，如白堊系和南北緯30°附近[4]。②構(gòu)造主控型，即在裂谷盆地形成初期[6]或盆地消亡期[7]，廣海海水未能及時(shí)補(bǔ)給到相對較閉塞的盆地內(nèi)，往往也會(huì)造成蒸發(fā)巖的規(guī)模性發(fā)育。反觀奧陶紀(jì)，全球板塊格局經(jīng)歷離散高潮轉(zhuǎn)而開始重組的構(gòu)造背景[4,8]和海平面大幅度上升[9]的環(huán)境背景，均不利于形成受限環(huán)境，導(dǎo)致了全球該時(shí)期缺乏膏鹽巖-碳酸鹽巖共生體系。鄂爾多斯盆地奧陶系馬家溝組，發(fā)育數(shù)套盆地尺度、厚度可達(dá)百米的膏鹽巖-碳酸鹽巖共生體系巖體[10]，其中尤以馬五6亞段最為典型，這一現(xiàn)象在全球奧陶系是較為少見的。因此以馬五6亞段為研究對象，有望探討除氣候和板塊構(gòu)造等控制因素之外的共生體系成因。

此外，膏鹽巖-碳酸鹽巖共生組合作為臺(tái)地內(nèi)海水漸次分異沉積的結(jié)果[5]，可為恢復(fù)臺(tái)地沉積環(huán)境演化、研究構(gòu)造演變提供重要線索[11]。作為連接鹽下與馬五5亞段等有利勘探層位[12-14]的關(guān)鍵層系，馬五6亞段巖相古地理格局與膏鹽巖-碳酸鹽巖共生規(guī)律等方面的研究，進(jìn)一步深化該亞段構(gòu)造、沉積方面認(rèn)知的同時(shí)，也為揭示上下地層沉積環(huán)境演化、構(gòu)造格局演變提供銜接。另一方面，為鹽下儲(chǔ)集層提供封閉性能優(yōu)異蓋層的同時(shí)，馬五6亞段也有多口探井獲工業(yè)氣流。但限于蒸發(fā)巖的規(guī)模發(fā)育，目前馬五6亞段研究程度較低，不利于該亞段有利區(qū)帶預(yù)測以及上下地層有利區(qū)帶成因關(guān)聯(lián)性與時(shí)空演化性研究。

鑒于此，利用研究區(qū)內(nèi)豐富鉆井取心資料，以古地理格局重建為切入點(diǎn)，開展以馬五6亞段為例的膏鹽巖-碳酸鹽巖共生體系沉積分異規(guī)律研究，以期對膏鹽巖-碳酸鹽巖共生體系成因研究提供借鑒，對馬五6亞段古地理格局恢復(fù)、有利區(qū)帶預(yù)測及整個(gè)中組合沉積期臺(tái)地演化等方面提供相關(guān)認(rèn)識(shí)。

1 地質(zhì)背景

鄂爾多斯盆地位于中國華北板塊西緣，與中祁連地塊之間以弧后盆地相隔（見圖1a）[15]。新元古代受Rodinia聯(lián)合大陸解體影響，盆內(nèi)廣泛發(fā)育北東走向裂谷，持續(xù)影響至寒武紀(jì)，形成了寒武系北東走向的地層展布格局[16]。加里東構(gòu)造旋回內(nèi)，古亞洲洋與華北板塊之間發(fā)生俯沖、碰撞[17]，并于寒武紀(jì)末期，盆地整體抬升，慶陽古隆起開始隆升[18]。奧陶紀(jì)，鄂爾多斯盆地周緣發(fā)育伊盟古隆起、慶陽古隆起、呂梁水下低隆起，本研究區(qū)為3個(gè)隆起限定區(qū)域——鄂爾多斯盆地中東部坳陷[19]（見圖1b）。同時(shí)受 3個(gè)古隆起對多方向海水的封隔影響，中東部坳陷與西緣祁連廣海、華北陸表海間歇性連通，導(dǎo)致該地區(qū)發(fā)育灰?guī)r-白云巖、白云巖-膏鹽巖韻律互層式沉積體系。

圖1 鄂爾多斯盆地及鄰區(qū)奧陶紀(jì)古地理背景與地層綜合柱狀圖

參照郭彥如等[20]提出的關(guān)于鄂爾多斯盆地奧陶系層序地層劃分方案，馬家溝組可對比弗洛階—達(dá)瑞威爾階，其中馬一段—馬三段歸為下奧陶統(tǒng)，構(gòu)成 1個(gè)完整三級層序；馬四段—馬五段歸為中奧陶統(tǒng)，構(gòu)成1個(gè)完整三級層序（見圖1c）。其中馬五段，在海平面高頻振蕩背景下，形成馬五7—10亞段多層狀云膏巖共生沉積[12]，且在馬五6亞段發(fā)育了馬家溝組規(guī)模最大的蒸發(fā)巖體系；在馬五6亞段沉積后，經(jīng)歷了馬五段最大規(guī)模海侵[14]，在盆地中東部地區(qū)穩(wěn)定沉積了 1套厚20～30 m的灰?guī)r地層（見圖1c）。

2 地層分布與古地貌格局

2.1 地層分布特征

中東部坳陷內(nèi)馬五6亞段具有地層厚度大、巖石種類多及相帶分異明顯等特征，依據(jù)巖電組合響應(yīng)特征，由下至上分為馬五63、馬五62、馬五61共3個(gè)小層，同時(shí)對區(qū)內(nèi) 300余口鉆井進(jìn)行厚度統(tǒng)計(jì)，編制馬五6亞段與各小層地層厚度平面分布圖（見圖2）。

如果不考慮后期剝蝕，整個(gè)馬五6亞段厚度分異明顯，總體具有南北較薄、向東增厚的趨勢，并呈現(xiàn)近南北向厚薄相間的分布規(guī)律。除西側(cè)剝蝕區(qū)外，南北兩側(cè)地層厚度一般為10～60 m，其余地區(qū)整體厚度為60～160 m。烏審旗—橫山—靖邊—志丹一帶厚度為60～120 m，東西兩側(cè)為地層厚值區(qū)，東側(cè)規(guī)模較大，厚度普遍為120～160 m，其中子洲等地區(qū)地層局部減薄，最薄處僅為40 m；而西側(cè)規(guī)模較小，整體為110～160 m，此外西側(cè)厚值區(qū)內(nèi)部的 T61—T86—T17井一帶為厚度約110～130 m的帶狀減薄區(qū)（見圖2a）。

馬五6亞段厚薄相間的展布趨勢下：①馬五63小層（見圖2b）、馬五62小層（見圖2c）厚度一般為10～70 m，馬五61小層厚度略薄，為10～50 m（見圖2d）；②厚、薄區(qū)域分布穩(wěn)定，無明顯遷移；③至馬五61小層，西側(cè)厚值區(qū)范圍逐漸減小，局部略厚于東側(cè)厚值區(qū)（見圖2d）。

馬五6亞段及各小層的地層厚度展布規(guī)律相較一致，表現(xiàn)出繼承性沉積充填過程，沉降中心穩(wěn)定發(fā)育。厚度差異逐漸減小，具有填平補(bǔ)齊、沉積底形趨于均一的演化趨勢。

2.2 古地貌凹凸格局

在華北陸表海的沉積大背景下（見圖1a），受中央古隆起封隔[21]與炎熱干旱氣候[22]等因素影響，馬五6亞段廣泛發(fā)育碳酸鹽巖-蒸發(fā)巖共生體系?？紤]到石膏、石鹽等礦物具有極高的沉積速率，分別為1～40 mm/a和5～150 mm/a，并遠(yuǎn)大于臺(tái)地沉降速率（1～2個(gè)數(shù)量級）[23]，認(rèn)為整體處于補(bǔ)償—過補(bǔ)償?shù)某练e狀態(tài)；此外蒸發(fā)鹵水的高密度下沉以及蒸發(fā)沉積末期的收縮鹽湖，也可以準(zhǔn)確地反映沉降中心位置[1]?；谠撎卣鳎J(rèn)為研究區(qū)內(nèi)含蒸發(fā)巖地層的厚值區(qū)域可代表沉積期地貌低地，而薄值區(qū)域則為地貌高地。另一方面，淺水碳酸鹽臺(tái)地沉積過程中往往會(huì)發(fā)育一系列向上變淺甚至暴露的高頻旋回韻律沉積[24]，在頂?shù)妆┞睹婕s束下的沉積旋回可以代表一期次海侵-海退旋回的完整沉積過程，因此由上下暴露面約束的單個(gè)旋回厚度可粗略反映沉積期水體相對深淺[25]。此類現(xiàn)象在研究區(qū)十分常見，也極易辨別，可進(jìn)一步論證地層充填與沉積地貌耦合關(guān)系的合理性。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，地層厚值區(qū)的平均旋回厚度大，而薄值區(qū)略?。ㄒ妶D2a），可分別代表較大和較小的沉積期可容空間。綜合來看，馬五6亞段厚值區(qū)可認(rèn)為是古地貌低地，薄值區(qū)為古地貌高地。

馬五6亞段之上，發(fā)育盆地尺度下厚度為20～30 m、巖性以石灰?guī)r為主的馬五5亞段[14]，反映該時(shí)期的沉積充填過程受控于規(guī)模性蒸發(fā)巖“填平補(bǔ)齊”[26]。基于馬五6亞段厚度與地層充填規(guī)律的耦合關(guān)系，選取馬五5亞段底界為基準(zhǔn)面，回填馬五6亞段厚度，以恢復(fù)沉積前古地貌凹凸格局（見表1、圖3）。

表1 鄂爾多斯盆地中東部馬五6亞段沉積前地貌單元特征表

圖3 鄂爾多斯盆地中東部坳陷馬五6亞段沉積前古地貌凹凸格局分布圖

受伊盟古隆起與慶陽古隆起隆升影響[18-19]，該區(qū)域長期處于水上暴露狀態(tài)（見圖1b）。研究區(qū)內(nèi)向南北兩側(cè)過渡，呈現(xiàn)出由水下向古陸過渡、地層逐漸減薄的趨勢，分別定為北部斜坡和西南部斜坡。

東部鹽洼：以米脂為中心，面積約2.08×104km2，是研究區(qū)最大規(guī)模洼地[10]。該凹陷內(nèi)以巨厚鹽巖為主，夾薄—厚層泥質(zhì)膏巖，最大厚度超過160 m。其中，子洲等地存在“洼中次高”的可能，但考慮到目前鉆井過少，無法精確刻畫該地貌單元。

橫山高地：受前期資料匱乏影響，慶陽古陸和伊盟古陸向盆地中東部地區(qū)的過渡區(qū)域，通常被認(rèn)為是單斜西傾地貌，隨著近年來橫山地區(qū)鉆井增多，地跨橫山—靖邊等地的近南北向橫山高地被發(fā)現(xiàn)[18-19,27]。該隆起以沉積韻律互層的白云巖、膏巖為主，孔洞內(nèi)常可見石鹽充填，地層較薄，最薄處僅約60 m。

橫山高地東側(cè)為東部鹽洼，西緣為桃利廟洼地[18]，本次研究認(rèn)為桃利廟洼地內(nèi)仍發(fā)育凹凸相間的地貌特征。

桃利廟西洼：位于T105井區(qū)，整體呈長條狀，長約220 km，南北走向，以白云巖為主，僅在馬五63小層見極少量中薄層狀膏巖，最大厚度約160 m。

桃利廟水下高地：位于T61—T86—L105井區(qū)，為一南北走向的長條狀低隆，長約200 km，以白云巖為主，在馬五62—3小層見少量膏鹽巖層，地層最薄處約110 m。

桃利廟東洼：位于Jt1井區(qū)，呈“卜”字形近南北向展布，長約210 km。該洼地內(nèi)以白云巖-膏鹽巖韻律互層沉積為主，膏鹽巖在整個(gè)亞段內(nèi)均有分布，最厚處約160 m。

馬五6亞段沉積前古地貌，可總結(jié)為南北兩側(cè)斜坡之間，發(fā)育兩條南北向古地貌高地，并分隔出 3個(gè)低洼地帶，呈現(xiàn)出由西向東凹凸相間的古地貌特征。

3 古地貌格局與巖相古地理耦合規(guī)律

中東部坳陷內(nèi)一系列凹凸相間的古地貌格局（見圖3），細(xì)化了慶陽古陸和伊盟古陸向中東部水下延伸區(qū)域的地貌特征[20,28]。借鑒局限臺(tái)地-蒸發(fā)臺(tái)地相模式[12]解釋、響應(yīng)淺水碳酸鹽臺(tái)地上凹凸相間背景下的水下沉積高地、洼地等地貌單元。

3.1 沉積相類型與特征

局限臺(tái)地-蒸發(fā)臺(tái)地沉積體系中，依據(jù)研究區(qū)內(nèi)發(fā)育的巖石類型及沉積環(huán)境分析，本次研究共劃分出顆粒灘、微生物丘、潟湖以及云坪4種沉積亞相。

顆粒灘亞相：指形成于正常浪基面之上的局部古地貌高地，水動(dòng)力較強(qiáng)，研究區(qū)內(nèi)該亞相以砂、礫屑白云巖沉積為主，少見鮞粒，而顆粒間常為亮晶膠結(jié)或無充填狀態(tài)（見圖4a）。

微生物丘亞相：相比于顆粒灘，微生物丘亞相水動(dòng)力稍弱，同時(shí)因造丘微生物常具有嗜鹽特性[29]，導(dǎo)致該亞相常發(fā)育于鹽度較高的水域，主要發(fā)育在研究區(qū)膏鹽巖沉積區(qū)域。該亞相常與顆粒灘疊置，兩者之間以粘結(jié)砂屑白云巖（見圖4b）過渡，或單獨(dú)以格架狀凝塊白云巖（見圖4c）成丘?？梢罁?jù)微生物巖發(fā)育產(chǎn)狀，進(jìn)一步劃分為丘基、丘核、丘蓋等微相類型。

圖4 鄂爾多斯盆地中東部坳陷馬五6亞段典型亞相及巖石學(xué)特征（箭頭指示向上的方向）

潟湖亞相：受周緣地貌高地封隔，導(dǎo)致該亞環(huán)境中常處于水動(dòng)力較弱和鹽度異常的狀態(tài)。伴隨著鹽度的分異，含極少量針狀石膏的塊狀泥晶白云巖（見圖4d）、云膏韻律互層的紋層狀白云質(zhì)膏巖（見圖4e）、發(fā)育鐵絲雞籠構(gòu)造的塊狀膏巖（見圖4f）以及透明塊狀鹽巖（見圖4g）等咸化序列中的多種巖石類型均有發(fā)育。同時(shí)根據(jù)巖性差異，可進(jìn)一步將潟湖亞相劃分為白云質(zhì)局限潟湖、膏質(zhì)蒸發(fā)潟湖和鹽質(zhì)蒸發(fā)潟湖等微相類型。

云坪亞相：地貌平緩、水體較淺，漲、退潮的交替，導(dǎo)致暴露較為頻繁且單層沉積厚度較薄。根據(jù)潮汐影響范圍，可化為潮上帶、潮間帶和潮下帶（歸為潟湖）。其中，潮間帶可見明暗紋層相間的微生物疊層白云巖[30]（見圖4h）、具底沖刷正粒序的潮溝鮞粒白云巖（見圖4i）等標(biāo)志巖性；潮上帶（見圖4e）由于長期暴露而形成巖溶角礫狀白云巖（見圖4j），或因蒸發(fā)作用強(qiáng)烈?？梢妶F(tuán)塊狀含石膏白云巖[31]。

3.2 古地貌格局與巖相分異

以巖心和測錄井為依據(jù)，對系統(tǒng)取心井進(jìn)行了巖性結(jié)構(gòu)和沉積相的精細(xì)解釋，本文選取了 1條鉆遇不同古地貌單元的取心井對比剖面（見圖5），以展示研究區(qū)內(nèi)古地貌格局與巖性、巖相分異的耦合關(guān)系。

由西向東呈現(xiàn)兩側(cè)厚中間薄的地層展布，反映凹凸相間的古地貌格局。馬五6亞段中下部，白云巖、膏巖、鹽巖依次集中發(fā)育于桃利廟西洼、桃利廟東洼和東部鹽洼等古地貌單元內(nèi)，表現(xiàn)出受控于凹凸古地貌格局而分異明顯的特征；馬五6亞段上部，西側(cè)白云巖沉積范圍向桃利廟東洼擴(kuò)大，中部膏巖沉積范圍向東部鹽洼遷移，東部鹽巖沉積范圍則逐漸收縮（見圖5）。

圖5 鄂爾多斯盆地中東部坳陷近東西向沉積相連井剖面圖（剖面位置見圖3；GR—自然伽馬；Δt—聲波時(shí)差；ρ—密度）

基于巖性結(jié)構(gòu)剖面（見圖5）、序列組合類型（見圖6），發(fā)現(xiàn)桃利廟西洼內(nèi)，顆粒灘僅在單個(gè)序列頂部小規(guī)模發(fā)育，構(gòu)成以白云質(zhì)潟湖沉積為主，向上發(fā)育小型淺灘化（見圖6a）。桃利廟水下高地附近以顆粒灘-白云質(zhì)局限（灘間）潟湖-顆粒灘型序列為主（見圖6b），代表該地貌單元多發(fā)育顆粒灘相沉積。桃利廟東洼內(nèi)，丘、灘體小規(guī)模發(fā)育，常發(fā)育于單個(gè)序列的中下部，往上鹽度逐漸增大，轉(zhuǎn)而發(fā)育膏質(zhì)蒸發(fā)潟湖（見圖6c）。至橫山高地西緣，微生物丘開始規(guī)模發(fā)育，至序列上部，受丘體遷移影響，?？梢娦⌒透噘|(zhì)蒸發(fā)潟湖（見圖6d）。東部鹽洼以紋層狀石膏質(zhì)白云巖、鹽質(zhì)膏巖向上快速過渡為塊狀鹽巖的序列為主，代表著東部鹽洼內(nèi)以鹽質(zhì)蒸發(fā)潟湖為主的沉積亞環(huán)境（見圖6f、圖6g）。馬五61小層沉積期，沉積相發(fā)生了較大變化，表現(xiàn)為丘、灘亞相明顯減少，白云質(zhì)蒸發(fā)潟湖范圍向東逐漸擴(kuò)大的特征。至橫山高地核部，開始發(fā)育含膏質(zhì)團(tuán)塊的紋層狀泥晶白云巖（見圖6e）、微生物疊層白云巖、巖溶角礫狀白云巖等極淺水、間歇性暴露的云坪亞相，而東側(cè)膏質(zhì)蒸發(fā)潟湖面積擴(kuò)張，鹽質(zhì)蒸發(fā)潟湖面積減小。

圖6 鄂爾多斯盆地馬五6亞段東西向沉積地貌與沉積環(huán)境模式圖（井名后面括號內(nèi)的數(shù)字為巖心厚度）

3.3 巖相古地理與古地貌格局演化

基于古地貌凹凸格局中巖相分異的認(rèn)識(shí)，結(jié)合各地貌單元丘（灘）地比、云地比、膏地比、鹽地比等參數(shù)，編制馬五6亞段各小層以沉積亞相為單元的巖相古地理圖（見圖7）。

圖7 鄂爾多斯盆地中東部坳陷馬五6亞段沉積期巖相古地理圖

馬五63小層沉積期：凹凸格局發(fā)育階段（見圖2b），桃利廟西洼內(nèi)發(fā)育白云質(zhì)局限潟湖亞相；向東桃利廟水下高地沉積近南北走向展布的顆粒灘亞相；以此為界，桃利廟東洼內(nèi)為膏質(zhì)蒸發(fā)潟湖亞相；受較高鹽度水體的影響，橫山高地上發(fā)育嗜鹽微生物[29-30]構(gòu)成的微生物丘亞相，并受控于地形走向呈南北條帶狀展布；向東跨越橫山高地，于東部鹽洼內(nèi)形成了外膏內(nèi)鹽的環(huán)帶狀膏、鹽質(zhì)蒸發(fā)潟湖。研究區(qū)北側(cè)斜坡與南側(cè)斜坡處，分別由伊盟古隆起和慶陽古隆起向臺(tái)內(nèi)過渡而呈現(xiàn)出單斜平緩地勢，形成了間歇性暴露的極淺水云坪亞相（見圖7a）。

馬五62小層沉積期：繼承性沉積于馬五63小層之上，為凹凸格局最發(fā)育階段（見圖2c），沉積特征與馬五63小層基本相似，僅東部鹽質(zhì)蒸發(fā)潟湖存在小規(guī)模擴(kuò)張（見圖7b）。

馬五61小層沉積期：填平補(bǔ)齊使得原本凹凸地貌差異逐漸減小甚至消失（見圖2d），也導(dǎo)致原本發(fā)育于地貌高地的丘、灘亞相規(guī)模迅速減小，僅在桃利廟水下高地西北側(cè)發(fā)育小規(guī)模顆粒灘亞相。較之于前期，該小層內(nèi)膏、鹽質(zhì)蒸發(fā)潟湖規(guī)模也大大縮減。此外，代表地貌平緩、水體極淺的云坪亞相大規(guī)模發(fā)育，原本僅在南北兩側(cè)發(fā)育的云坪亞相，推測由橫山高地相連通（見圖7c）。

整個(gè)馬五6亞段巖相古地理分布與古地貌凹凸格局（見圖3）呈現(xiàn)出較好的耦合關(guān)系。早中期，丘、灘亞相和鹽質(zhì)蒸發(fā)潟湖亞相最為發(fā)育，對應(yīng)于凹凸古地貌發(fā)育階段；至晚期，凹凸古地貌趨于平緩，丘/灘亞相、膏/鹽質(zhì)蒸發(fā)潟湖亞相發(fā)育規(guī)模大大減小，而云坪亞相則逐漸擴(kuò)張。

4 討論

4.1 古地理格局對膏鹽巖-碳酸鹽巖共生體系沉積分異的控制

研究區(qū)內(nèi)馬五6亞段膏鹽巖-碳酸鹽巖共生體系存在明顯的沉積分異，表現(xiàn)為：①由西、西北部向東部及東南部，依次發(fā)育白云巖為主的沉積序列、白云巖-膏巖共生沉積序列、膏巖-鹽巖共生序列（見圖6），表現(xiàn)出白云質(zhì)局限潟湖→膏質(zhì)蒸發(fā)潟湖→鹽質(zhì)蒸發(fā)潟湖的古地理環(huán)境演變；②兩塊高地之上由顆粒灘亞相向微生物丘亞相轉(zhuǎn)變（見圖7）；③馬五6亞段沉積早—中期凹凸地貌較大差異引起了蒸發(fā)潟湖環(huán)境規(guī)模性發(fā)育，至晚期地貌差異的減小則導(dǎo)致了蒸發(fā)潟湖規(guī)?？s減?；诤Ｋ舭l(fā)實(shí)驗(yàn)結(jié)論，研究區(qū)由西向東巖性的轉(zhuǎn)變，說明海水經(jīng)歷了 80%（膏巖沉淀）→90%（鹽巖沉淀）體積縮減[5]、鹽度則由3.8%～4.7%（奧陶紀(jì)正常海水[32]）→15%～17%（SO42-鹵水）→26%（Cl-鹵水）逐步提升[5]。此外，顆粒灘向東相變?yōu)槲⑸锴?，也是水體鹽度與能量東西分異的有力證據(jù)[29]。

空間上，由西向東鹽度與能量的漸變，可歸因于桃利廟水下高地、橫山高地上丘灘體的快速建隆，對廣海海水形成阻隔，既限制了海水交換，又削減了海水能量。而時(shí)間上，隨著凹凸地貌格局消亡，相較平緩的地貌更利于海水交換，導(dǎo)致沉積末期共生體系規(guī)模的減小。膏鹽巖-碳酸鹽巖共生體系在時(shí)空上的演變規(guī)律，證實(shí)了研究區(qū)古地理格局對其具有極重要的控制。

由西向東鹽度與能量的雙重分異，指示研究區(qū)內(nèi)正常鹽度的高能海水應(yīng)源自西側(cè)祁連廣海，由伊盟古隆起與慶陽古隆起共同組成的中央古隆起[18]，對西緣廣海和臺(tái)地內(nèi)部的沉積分異產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響[21]，而兩個(gè)次隆之間的鞍部位置（見圖1b），則是連接祁連廣海和華北陸表海的潛在通道（見圖6b）。在靠近該缺口的研究區(qū)西北部，地層厚度最大（見圖2）、顆粒灘最為發(fā)育（見圖7a），甚至東部鹽洼內(nèi)石鹽地球化學(xué)分布特征[33]，均指示正常鹽度的高能海水來源于此（見圖3箭頭方向）。

南北成帶的凹凸相間古地貌格局對西北方補(bǔ)給的祁連廣海海水產(chǎn)生了能量與鹽度由西向東的漸次分異，形成了研究區(qū)馬五6亞段沉積期由西向東“高控丘、灘，洼控云、膏、鹽質(zhì)潟湖”的碳酸鹽巖與膏鹽巖共生體系。從碳酸鹽巖與膏鹽巖分布模式的角度來說，“環(huán)洼有高”的格局促成了單方向補(bǔ)給海水的自然分異，控制隔擋式丘灘體、白云質(zhì)、膏質(zhì)、鹽質(zhì)咸化潟湖有序的偏心式沉積分異，形成膏鹽巖-碳酸鹽巖共生的獨(dú)特分布型式，而有別于經(jīng)典“牛眼式”和“淚滴式”干化收縮的分布模式[34]。

4.2 南北向凹凸地貌格局的構(gòu)造成因與啟示

前人基于鉆井、地震等資料，認(rèn)為在鄂爾多斯盆地范圍內(nèi)發(fā)育 4條元古代形成的北東走向拗拉槽[35]，并持續(xù)影響至寒武紀(jì)末期。即在奧陶紀(jì)前，認(rèn)為盆地范圍內(nèi)處于拉張構(gòu)造背景[16,36]，同時(shí)構(gòu)造單元呈北東向展布；至奧陶紀(jì)轉(zhuǎn)而以南北走向凹凸格局發(fā)育為特征[18]，本次研究中古地貌格局也具有類似特征（見圖3）。另一方面，地震剖面上可見終止于馬五5亞段底部、具擠壓性質(zhì)的逆斷層（見圖8），而前人在盆地中東部同樣發(fā)現(xiàn)了多條小規(guī)模、同沉積逆斷層[36]。由此，基于寒武紀(jì)與奧陶紀(jì)盆內(nèi)凹凸格局走向與構(gòu)造屬性的變化，推測在寒武紀(jì)之后，鄂爾多斯盆地經(jīng)歷了拉張轉(zhuǎn)為擠壓的構(gòu)造反轉(zhuǎn)，形成了研究區(qū)內(nèi)南北走向的古地貌格局。

圖8 鄂爾多斯盆地中東部坳陷東部鹽洼關(guān)鍵層位地震追蹤對比剖面（沿馬五5亞段底界拉平；剖面位置見圖4）

寒武紀(jì)與奧陶紀(jì)古構(gòu)造格局的改變約束了構(gòu)造反轉(zhuǎn)的可能開始時(shí)間，南北走向的凹凸相間古地貌則歸因于東西向的構(gòu)造擠壓，而古構(gòu)造、古地理構(gòu)架往往受控于克拉通與前陸逆沖帶的空間配置[17]，因此有必要將研究視野進(jìn)一步擴(kuò)大到華北板塊西緣及其周邊地塊（見圖1a）。原本經(jīng)由 Rodinia聯(lián)合大陸解體的華北板塊與中祁連地塊是散落在原特提斯洋與古亞洲洋的（微）塊體（見圖9a）[37]，于寒武紀(jì)—奧陶紀(jì)，加里東構(gòu)造旋回之內(nèi)，中祁連地塊向華北板塊俯沖，兩者之間形成了多島洋的成熟“溝-弧-盆”體系（見圖9b）[19,38-39]。隨后洋盆消減，于中—晚奧陶世（距今 450～467 Ma），中祁連地塊與華北板塊完成初始碰撞（見圖9c）[39]。考慮到中—晚奧陶世中祁連地塊與華北板塊的時(shí)空恢復(fù)位置，認(rèn)為兩者碰撞時(shí)對華北板塊形成的壓力是以北東向擠壓所傳遞（圖9a箭頭方向），對應(yīng)到現(xiàn)今位置（見圖1a）正是由西向東的擠壓作用，與研究區(qū)馬五6亞段南北向展布的古構(gòu)造特征構(gòu)成了較大可能的因果關(guān)系（見圖9c）。同時(shí)參照郭彥如等[20]所提出的層序地層劃分方案（見圖1c），將馬五6亞段歸為中奧陶統(tǒng)達(dá)瑞威爾階，大致對應(yīng)時(shí)間距今約 465～470 Ma，因而時(shí)間上也極為吻合。

圖9 鄂爾多斯盆地西緣中祁連地塊與華北板塊接觸關(guān)系與演化示意圖

中奧陶世受中祁連地塊向華北板塊俯沖，對鄂爾多斯盆地產(chǎn)生了東西向構(gòu)造擠壓，形成了研究區(qū)內(nèi)馬五6亞段南北走向凹凸地貌格局。基于古地理格局漸次沉積分異碳酸鹽巖與蒸發(fā)巖的結(jié)論，認(rèn)為鹽下地層向鹽間地層中逐漸發(fā)育的蒸發(fā)巖[12]，是碰撞擠壓逐漸增強(qiáng)、凹凸地貌逐漸差異的結(jié)果；于馬五6亞段沉積末期結(jié)束該構(gòu)造幕，研究區(qū)內(nèi)再次恢復(fù)到構(gòu)造平靜期，馬家溝組規(guī)模型蒸發(fā)巖-碳酸鹽巖共生體系消失。

4.3 油氣地質(zhì)意義

自2000年以來，隨著鄂爾多斯盆地馬家溝組中組合勘探程度的不斷提高，對于沿地層剝蝕線的白云巖環(huán)帶已有較為成熟的認(rèn)識(shí)[35]。對比之下，往東側(cè)烏審旗—橫山—靖邊等中部地區(qū)（見圖1b）勘探與地質(zhì)認(rèn)識(shí)相對薄弱。近兩年來，隨著橫山高地的發(fā)現(xiàn)[18-19,27]，將中組合有利勘探區(qū)域拓寬至中部地區(qū)的同時(shí)，又引申出研究區(qū)范圍內(nèi)儲(chǔ)集層發(fā)育受何種地質(zhì)因素控制的關(guān)鍵勘探問題。

水下高地往往有利于發(fā)育顆粒灘、微生物丘等高能沉積相帶；同時(shí)考慮到較高的建造速率，極易使得丘、灘體頂部遭受暴露發(fā)生溶蝕[13,26,30]，因此丘灘亞相一直是海相碳酸鹽巖最有利勘探目標(biāo)。而基于本次馬五6亞段古地理格局恢復(fù)研究工作，識(shí)別出研究區(qū)內(nèi)發(fā)育的兩條水下凸起帶（見圖3），分別以發(fā)育顆粒灘、微生物丘等亞相為特征（見圖7）。進(jìn)一步基于測井解釋，統(tǒng)計(jì)和編繪馬五6亞段儲(chǔ)集層厚度平面分布，可見兩條呈南北走向的儲(chǔ)集巖發(fā)育帶，并且在位置上與南北走向丘、灘相帶極為吻合（見圖10）。由此認(rèn)為，凹凸地貌格局控制下的丘、灘亞相，是馬五6亞段儲(chǔ)集巖發(fā)育帶南北向展布的根本原因，同時(shí)于桃利廟水下高地有利區(qū)（有利區(qū)A）和橫山高地有利區(qū)（有利區(qū)B）上也鉆探了多口工業(yè)氣井（見圖10），具有持續(xù)勘探的潛力。

圖10 鄂爾多斯盆地中東部坳陷馬五6亞段儲(chǔ)集層厚度分布與氣井產(chǎn)能分布圖

此外，站在整個(gè)中組合的視角上，鹽下（馬五7—10亞段）與鹽上（馬五5亞段）地層中儲(chǔ)集層成因以及有利區(qū)帶分布均存在較大差異[12-14]。通過對馬五6亞段古地理格局、膏鹽巖-碳酸鹽巖共生規(guī)律以及構(gòu)造成因方面的研究，認(rèn)為鹽下和馬五6亞段中儲(chǔ)集層發(fā)育受控于古地貌單元繼承性的發(fā)育，而馬五6亞段沉積末期，研究區(qū)內(nèi)一系列的古地貌凹凸格局不再發(fā)育，也導(dǎo)致了馬五6上、下產(chǎn)層特征存在較大差異。

5 結(jié)論

馬五6亞段沉積前鄂爾多斯盆地中東部坳陷內(nèi)古地貌格局可進(jìn)一步細(xì)分為北部斜坡、西南部斜坡、桃利廟西洼、桃利廟水下高地、桃利廟東洼、橫山高地、東部鹽洼共7個(gè)次級地貌單元。

以“高控丘、灘，洼控云、膏、鹽質(zhì)潟湖”的古地貌-沉積響應(yīng)控制研究區(qū)馬五6亞段沉積期南北走向的古地理格局。古地貌格局促成了單方向補(bǔ)給海水的自然分異，控制隔擋式丘灘體、白云質(zhì)、膏質(zhì)、鹽質(zhì)咸化潟湖有序的偏心式沉積分異，形成膏鹽巖-碳酸鹽巖共生的獨(dú)特分布型式，有別于經(jīng)典的“牛眼式”和“淚滴式”干化收縮分布模式。

馬五6亞段沉積期凹凸相間的古地理格局，是中祁連地塊向華北板塊俯沖碰撞應(yīng)力傳遞的結(jié)果，認(rèn)為鹽下向鹽間蒸發(fā)巖逐漸發(fā)育是碰撞增強(qiáng)的信號，隨即在馬五6亞段沉積末期結(jié)束該構(gòu)造幕。

凹凸相間的古地貌是鹽下、鹽間儲(chǔ)集層發(fā)育的決定性因素，桃利廟水下高地和橫山高地之上發(fā)育的丘灘有利相帶構(gòu)成了馬五6亞段儲(chǔ)集層發(fā)育的主體，相關(guān)地質(zhì)認(rèn)識(shí)可為馬五6亞段及上下層位有利勘探目標(biāo)優(yōu)選提供理論支持。