鄂爾多斯盆地奧陶系馬家溝組四段沉積期巖相古地理及其控儲效應(yīng)

周進高 張 濤 于 洲 吳東旭 李程善 丁振純 李維嶺 劉雨昕 尹 陳

（ 1 中國石油杭州地質(zhì)研究院； 2 中國石油天然氣集團有限公司碳酸鹽巖儲層重點實驗室；3 中國石油長慶油田公司； 4 中國石油大學(xué)（北京） ）

0 引言

MT1井的戰(zhàn)略突破揭示鄂爾多斯盆地奧陶系馬家溝組四段（簡稱馬四段）蘊藏豐富的天然氣資源，具有良好的勘探潛力。前人對馬家溝組巖相古地理、儲層成因等油氣地質(zhì)條件開展了大量研究[1-25]，對推動馬家溝組勘探發(fā)揮了重要促進作用。然而，上述研究主要集中于馬五段，針對馬四段的研究還相當(dāng)薄弱，認識也存在較大分歧，如對馬四段沉積模式的認識既有局限臺地模式，也有開闊臺地模式，還有碳酸鹽緩坡模式；對儲層的認識也分歧嚴重，認識到白云巖儲層的重要性，但主要儲層類型及其發(fā)育背景和分布規(guī)律仍然不清。本文從古地理背景入手，通過小層細分重建巖相古地理，明確了古地理背景對儲層發(fā)育的控制作用，認為顆粒灘、微生物丘灘、局限潮坪和局限潟湖微相控制了顆粒白云巖儲層、微生物白云巖儲層和斑狀（灰質(zhì)）白云巖儲層的發(fā)育，在此基礎(chǔ)上，預(yù)測榆林—橫山凸起和神木—米脂凸起帶馬四段有利于儲層發(fā)育，是未來勘探的有利區(qū)帶。

1 地質(zhì)背景

鄂爾多斯盆地位于華北地臺西部，奧陶紀表現(xiàn)為大陸邊緣型克拉通盆地，在盆地中西部沿定邊、環(huán)縣、鎮(zhèn)原、寧縣至富縣一帶發(fā)育“L”形中央古隆起，東部為大型克拉通邊緣坳陷（圖1左）。隨著奧陶紀的快速海侵，海水浸沒了鄂爾多斯盆地大部分地區(qū)，“L”形中央古隆起西南側(cè)發(fā)育斜坡—盆地沉積體系，東側(cè)發(fā)育碳酸鹽臺地沉積體系。中—晚奧陶世，受加里東運動的影響，華北大陸板塊整體抬升，奧陶系暴露并遭受長期風(fēng)化剝蝕，石炭系—二疊系不整合覆于其上。

奧陶系馬家溝組與下伏寒武系、上覆石炭系均呈不整合接觸。馬家溝組為一套碳酸鹽巖與蒸發(fā)巖沉積，厚600～1200m，由下至上可以分為6個巖性段，馬一段、馬三段和馬五段主要為膏鹽巖和白云巖，馬二段、馬四段和馬六段主要為白云巖和石灰?guī)r（圖1右）[9，26-27]?？v向上由4個三級層序組成，馬四段與馬五6—馬五10亞段構(gòu)成層序3，馬四段是層序3的重要組成部分。其中，馬四3亞段為海侵體系域，馬四2亞段為高位體系域早期，馬四1亞段、馬五10—馬五7亞段為高位體系域中期，馬五6亞段為高位體系域晚期。在盆地中東部，馬四段厚度較穩(wěn)定，一般為150m左右，可進一步細分為3個亞段，由下至上分別是馬四3、馬四2和馬四1。從鄰近呂梁古隆起的西磑口剖面看，馬四3亞段為斑狀灰質(zhì)白云巖和斑狀云質(zhì)石灰?guī)r，馬四2亞段為塊狀白云巖，馬四1亞段為泥質(zhì)白云巖夾膏溶角礫巖，總體表現(xiàn)為由海侵至海退的沉積特點；鉆井大多位于臺內(nèi)坳陷，據(jù)沉積旋回、巖性特征及測井曲線特征，馬四3亞段為海侵期沉積，主要為石灰?guī)r和云質(zhì)石灰?guī)r和灰質(zhì)白云巖，厚50～60m，自然伽馬曲線整體為低值平直特點；馬四2亞段為海退早期沉積，屬于石灰?guī)r與白云巖間互段，巖性主要為石灰?guī)r、云質(zhì)石灰?guī)r和白云巖，厚50～60m，自然伽馬曲線也主要為低值平直特點，以高伽馬尖峰與馬四3亞段分界；馬四1亞段為海退中期沉積，為白云巖與硬石膏巖間互段，巖性以云質(zhì)石灰?guī)r、白云巖和硬石膏巖為主，厚40m，自然伽馬曲線表現(xiàn)為鋸齒狀，幅度比馬四2亞段和馬四1亞段稍高。

圖1 鄂爾多斯盆地奧陶系馬家溝組厚度圖（左）及綜合柱狀圖（右）Fig.1 Formation thickness (left) and stratigraphic column (right) of Majiagou Formation in Ordos Basin

2 古地貌特征

利用大量井震資料并采用印模法對鄂爾多斯盆地馬四段沉積前古地貌進行恢復(fù)，具體遵循以下步驟：首先制作重點探井井震合成記錄，對地震剖面進行層位標定，本文著重追蹤5個界面，即TC2（石炭系頂面）、M55（馬五5亞段底面）、M510（馬五10亞段底面）、M4（馬四段底面）和TO（奧陶系底面）；其次利用層拉平技術(shù)對馬四段厚度進行精細解釋；之后利用已有鉆井對馬四段厚度進行校正；最后利用馬四段厚度結(jié)合巖石組合特點恢復(fù)馬四段沉積前古地貌。結(jié)果表明：馬四段沉積時，鄂爾多斯盆地呈現(xiàn)三隆一坳的構(gòu)造古地理格局，北部為伊盟古陸，西南部為“L”形中央古隆起，東部為呂梁隆起，中東部為臺內(nèi)坳陷，其中臺內(nèi)坳陷可進一步分為兩凸兩凹格局，即榆林—橫山凸起、神木—米脂凸起、米脂凹陷和桃利廟凹陷（圖2）。這種構(gòu)造古地理格局在地震剖面和沉積響應(yīng)上均有顯示，如圖3地震剖面上可清晰分辨出中央古隆起、桃利廟凹陷、榆林—橫山凸起、神木—米脂凸起和米脂凹陷等次級構(gòu)造單元，DT1井、JT6井、MT1井和MT3井等探井則揭示古隆起和凸起區(qū)馬四段巖性主要為石灰?guī)r、顆粒灘或丘灘相白云巖及泥晶白云巖，而凹陷區(qū)巖性則以泥質(zhì)石灰?guī)r、泥晶石灰?guī)r和斑狀云質(zhì)石灰?guī)r為主，夾斑狀白云巖及薄層硬石膏巖，展示了構(gòu)造古地理背景對巖石類型的發(fā)育和分布具有重要控制作用。

圖2 鄂爾多斯盆地馬四段沉積前古地理背景圖Fig.2 Paleogeographic setting before the deposition of the fourth member of Majiagou Formation in Ordos Basin

3 巖相古地理及其演化

為了更好地恢復(fù)鄂爾多斯盆地馬四段沉積期巖相古地理，對馬四段巖石學(xué)和沉積特征進行了研究，在此基礎(chǔ)上結(jié)合層序地層劃分及沉積旋回特點進行恢復(fù)。

3.1 巖石學(xué)特征

3.1.1 巖石類型及其特征

馬四段主要巖性有石灰?guī)r、白云巖和硬石膏巖三大類，石灰?guī)r類包括泥晶石灰?guī)r、泥質(zhì)石灰?guī)r和顆粒石灰?guī)r；白云巖類包括顆粒白云巖、微生物白云巖、斑狀白云巖和泥（粉）晶白云巖；硬石膏巖包括薄層硬石膏巖、香腸狀硬石膏巖、角礫狀硬石膏巖（圖4）。

泥晶石灰?guī)r呈灰色—褐灰色，厚層塊狀，偶見少量生屑，貝殼狀斷口，常見不規(guī)則暗色泥質(zhì)紋層 （圖4a），紋層含量增加則過渡為泥質(zhì)石灰?guī)r。泥晶石灰?guī)r在馬四段普遍發(fā)育，在凹陷區(qū)占地層厚度的百分比較大，如LT2井泥晶石灰?guī)r占比達70%左右；而在凸起或中央古隆起區(qū)占比明顯下降，尤其是中央古隆起泥晶石灰?guī)r占比不到10%。

圖3 鄂爾多斯盆地馬四段沉積前地震剖面圖（剖面位置見圖2）Fig.3 Seismic profile showing the paleogeography setting before the deposition of the fourth member of Majiagou Formation in Ordos Basin (section location is in Fig.2)

泥質(zhì)石灰?guī)r呈灰色—深灰色，厚層塊狀，暗色泥質(zhì)紋層呈不規(guī)則和網(wǎng)狀分布，將灰泥分割成“疙瘩狀”“似角礫狀”等構(gòu)造，見生物潛穴，基質(zhì)孔隙不發(fā)育（圖4b）。泥質(zhì)石灰?guī)r主要發(fā)育在海侵期的馬四3亞段。

顆粒石灰?guī)r呈灰色—褐灰色厚層塊狀特征，巖心斷面粗糙，鏡下可識別出明顯的顆粒結(jié)構(gòu)，顆粒大小為50μm×70μm～300μm×1000μm，分選較差，磨圓度較好，多為次圓狀—圓狀，顆粒間見亮晶方解石或灰泥膠結(jié)，含少量生屑，巖性致密、基質(zhì)孔隙不發(fā)育（圖4c）。顆粒石灰?guī)r較常見，主要發(fā)育在馬四2亞段和馬四1亞段，在凸起區(qū)如榆林—橫山凸起和神木—米脂凸起比較發(fā)育，J6井和MT1井均有鉆揭，單層厚0.5～2m；在凹陷區(qū)偶有鉆遇，如Y9井揭示為薄層的球粒石灰?guī)r或生屑石灰?guī)r。

圖4 鄂爾多斯盆地馬四段巖石學(xué)特征Fig.4 Petrological characteristics of the fourth member of Majiagou Formation in Ordos Basin

顆粒白云巖包括砂屑白云巖、鮞粒白云巖、殘余顆粒白云巖及細晶白云巖，因白云石化作用影響，大多顆粒呈幻影狀，僅少量鮞粒和生屑仍然可以識別，粒徑大小以300～700μm為主，粒間見亮晶膠結(jié)物，殘余少量粒間孔；白云石化強烈時演變?yōu)榧毦О自茙r，見晶間孔（圖4d、e、j）。顆粒白云巖主要發(fā)育在馬四2亞段和馬四1亞段，在隆起區(qū)和凸起區(qū)較常見，如DT1井、DT2井等位于中央古隆起的鉆井其顆粒白云巖厚度占地層厚度的60%。

微生物白云巖中常見的是疊層石白云巖和凝塊石白云巖，疊層石白云巖由明暗相間紋層組成，以波狀和平行紋層狀疊層石為主（圖4f），偶見丘狀疊層石，暗紋層為灰色富菌藻層，富含有機質(zhì)，亮紋層由泥晶球?；蚰嗑F塊組成；凝塊石白云巖由大小不等、形態(tài)各異的凝塊石組成，可見窗格狀構(gòu)造，其中常為塊狀方解石/白云石半充填，殘余少量孔洞。微生物白云巖主要見于馬四1亞段和馬四2亞段，在神木—米脂凸起和榆林—橫山凸起較發(fā)育，如J6、JT1、MT1等井均有鉆遇（圖4k）。

斑狀白云巖宏觀上呈豹斑狀結(jié)構(gòu)，由淺灰色白云巖斑塊和深灰色白云巖基質(zhì)組成（圖4g、l）。白云巖斑塊主要為粗—粉晶白云石，以半自形—自形晶為主，含少量溶蝕孔，豹斑被認為與生物擾動和生物潛穴有關(guān)；深灰色白云巖基質(zhì)為他形細—粉晶白云石，鑲嵌接觸，較為致密。另外，由于白云石含量的不同，還存在斑狀灰質(zhì)白云巖和斑狀云質(zhì)石灰?guī)r等過渡類型，其結(jié)構(gòu)構(gòu)造與斑狀白云巖基本一致。斑狀白云巖在馬四段中上部普遍發(fā)育，尤其是在潟湖—潮坪相帶比較發(fā)育，西磑口剖面、興縣關(guān)家崖剖面和MT1井等均可觀察到隨水體變淺生物擾動斑逐漸變多的巖石序列。

泥（粉）晶白云巖一般為灰色—褐灰色，中—厚層狀，常見毫米級水平紋層、透鏡狀紋層，偶見小型交錯層理（圖4h）。以MT1井為例，該巖石類型主要發(fā)育于潮坪環(huán)境，單層厚度薄，一般小于1m。

硬石膏巖呈白色—乳白色，宏觀上表現(xiàn)為層狀、香腸狀和角礫狀（圖4i），層狀硬石膏巖常夾泥質(zhì)白云巖紋層或薄層，具水平層理；香腸狀硬石膏巖則斷續(xù)分布，與灰色泥（粉）晶白云巖伴生；角礫狀硬石膏巖形態(tài)多樣，多呈不規(guī)則多邊形混雜堆積，角礫間含有灰色—深灰色粉晶白云巖或黑色泥質(zhì)。該巖石類型也主要發(fā)育于潮坪環(huán)境，鉆井揭示單層厚度幾厘米至十幾厘米，一般不超過1m，野外如西磑口剖面和關(guān)家崖剖面可見層間膏溶角礫巖，顯示曾經(jīng)歷過短暫暴露過程。

從已有的鉆探情況看，在古地貌高的隆起和凸起區(qū)，馬四段主要發(fā)育石灰?guī)r、顆粒灘或丘灘相白云巖及泥晶白云巖，在低洼的凹陷區(qū)主要發(fā)育泥質(zhì)石灰?guī)r、泥晶石灰?guī)r和斑狀云質(zhì)石灰?guī)r，夾斑狀白云巖及薄層硬石膏巖。

3.1.2 巖石組合及分布特征

上述3類8種巖石可構(gòu)成多種巖石組合，常見的是以下5種類型。

第一種為灘相巖石組合，由泥（粉）晶白云巖與顆粒白云巖組成，是高位體系域早中期向上變淺序列之一，這種組合縱向上主要發(fā)育于馬四1亞段和馬四2亞段，平面上分布在古隆起和凸起等古地貌高部位，是臺緣灘或臺內(nèi)灘相的主要巖石組合。以位于中央古隆起的DT1井為例，泥晶白云巖位于組合下部，上部為顆粒白云巖，由此構(gòu)成向上變淺的高頻沉積旋回，單個旋回厚5～8m（圖5a）。該組合的顆粒白云巖中偶見交錯層理。

第二種為丘相巖石組合，由斑狀白云巖、微生物白云巖和/或泥晶白云巖組成，是高位體系域早中期又一種向上變淺序列，縱向上主要發(fā)育于馬四1亞段和馬四2亞段，平面上分布在坳中凸起部位，是臺內(nèi)（丘）灘的重要巖性組合。以M104井2489～2495.5m井段為例，底部1m為泥質(zhì)白云巖，見水平紋層；中部為厚約2m的斑狀云質(zhì)石灰?guī)r，生物潛穴斑以垂直和斜交為主，管直徑為2～5mm，延伸2～4cm；上部為厚3m的紋層狀微生物白云巖，以水平紋層和波狀紋層為主；頂部為厚僅0.5m的膏質(zhì)白云巖，膏質(zhì)呈腸狀或雞雛狀，這種巖石組合構(gòu)成完整的向上變淺沉積序列，單個旋回為3～7m，在凸起帶臺內(nèi)丘灘亞相常見（圖5b）。

第三種為局限潮坪巖石組合，由泥質(zhì)白云巖和硬石膏巖組成，是高位體系域中期向上變淺序列上部的主體，縱向上主要發(fā)育于馬四1亞段、馬四2亞段，平面上分布于坳中低凸起地貌環(huán)境，是局限潮坪相的主要巖石組合。以M104井2485～2488m井段為例，下部0.8m為泥質(zhì)白云巖和膏質(zhì)白云巖互層，偶見潮汐層理，上部2.2m為硬石膏巖層，由薄層硬石膏巖夾白云巖紋層組成，發(fā)育塑性變形層理，有時可見層間巖溶角礫，代表高頻海平面下降造成的暴露或沉積間斷，整個旋回厚4.5m（圖5b）。

第四種為局限潟湖巖石組合，由斑狀石灰?guī)r、斑狀云質(zhì)石灰?guī)r和斑狀灰質(zhì)白云巖組成，是高位體系域早期發(fā)育的向上變淺序列，縱向上常見于馬四1亞段和馬四2亞段，平面上在凸起和凹陷古地理背景均有發(fā)育，分布廣泛，是局限臺地主要巖石組合。以MT1井2629～2643m井段為例，中—下部主要是斑狀云質(zhì)石灰?guī)r，生物潛穴以縱向或斜交為主，分布稀疏，生物潛穴斑已白云石化，而圍巖仍然為石灰?guī)r；上部為斑狀灰質(zhì)白云巖和云質(zhì)石灰?guī)r互層，生物潛穴以水平為主，個體變大，數(shù)量變多，白云石化變強，生物潛穴和圍巖均已基本白云石化（圖5c）。

第五種為半局限潟湖巖石組合，由斑狀云質(zhì)石灰?guī)r、泥晶石灰?guī)r、泥質(zhì)石灰?guī)r組成，由下向上，顏色變深，泥質(zhì)含量增高，總體以石灰?guī)r類為主，是海侵體系域常見的向上變深沉積序列，縱向上主要發(fā)育于馬四3亞段中下部，平面上主要發(fā)育于凹陷低洼背景，是半局限潟湖常見的巖石組合。該組合常見沉積構(gòu)造主要有水平泥質(zhì)紋層或不規(guī)則狀泥質(zhì)紋層。

3.2 沉積相特征

基于以上巖石類型及巖石組合分析，結(jié)合沉積構(gòu)造及測井響應(yīng)特點，認為鄂爾多斯盆地馬四段發(fā)育盆地、斜坡、臺地邊緣、局限臺地4種沉積相帶，由于前人對盆地、斜坡等宏觀相帶已有論述[5]，本文以兩條連井剖面為例（圖6），著重討論對儲層發(fā)育具有重要意義的沉積亞相，包括臺緣灘、臺內(nèi)（丘）灘、局限潟湖和局限潮坪。

圖5 鄂爾多斯盆地馬四段典型沉積旋回及巖石組合特征Fig.5 Typical sedimentary cycles and rock assemblages of the fourth member of Majiagou Formation

3.2.1 臺緣灘

以DT1井為例，臺緣灘巖性以殘余鮞粒白云巖和殘余砂屑白云巖為主，間夾泥（粉）晶白云巖，縱向可識別出多期顆粒灘，相互疊置構(gòu)成多個向上變淺旋回，單期灘厚7～15m，累計厚度達220m。自然伽馬曲線整體表現(xiàn)為低值平直，一般小于20API，地震剖面表現(xiàn)為弱振幅反射特點。

3.2.2 臺內(nèi)（丘）灘

有兩種巖石組合，一種以J6井為代表，由下向上巖性為泥晶石灰?guī)r、灰質(zhì)白云巖和顆粒白云巖，構(gòu)成向上變粗變淺的沉積旋回，單個旋回厚1～3m，累計厚度可達40m。自然伽馬曲線整體表現(xiàn)為低值平直特點，一般為5～18API，地震剖面上往往為弱振幅或空白反射特點；另一種巖石組合以M104井為代表，自下而上由灰色—褐灰色斑狀灰質(zhì)白云巖、斑狀白云巖和微生物白云巖組成，單個旋回厚度介于1～4m，自然伽馬曲線表現(xiàn)為低值平直，一般介于5～20API。

3.2.3 局限湖

局限潟湖巖性由泥質(zhì)石灰?guī)r、泥晶石灰?guī)r、斑狀云質(zhì)石灰?guī)r和斑狀灰質(zhì)白云巖組成，存在兩種沉積旋回，一種發(fā)育于海侵期，與馬四3亞段對應(yīng)，巖性由灰色—深灰色斑狀含云石灰?guī)r、泥晶石灰?guī)r和黑灰色泥質(zhì)石灰?guī)r組成，單個旋回厚度介于1～3.5m，自然伽馬曲線呈指狀，一般介于20～70API；另一種發(fā)育于海退早中期，與馬四2亞段和馬四1亞段對應(yīng)，由泥晶石灰?guī)r、斑狀云質(zhì)石灰?guī)r、斑狀白云巖組成，單個旋回厚度介于1～7m，自然伽馬曲線表現(xiàn)為低值平直，一般介于5～20API，縱向上表現(xiàn)為伴隨海平面下降，旋回上部的云斑密度逐漸增加，并向水平狀或不規(guī)則狀轉(zhuǎn)變。

3.2.4 局限潮坪

局限潮坪往往在臺內(nèi)丘或局限潟湖基礎(chǔ)上因水體變淺咸化演變而來，包括灰質(zhì)云坪、白云巖坪和含膏云坪，巖性由泥質(zhì)白云巖、膏質(zhì)白云巖，以及層狀硬石膏巖、腸狀硬石膏巖與角礫狀硬石膏巖組成，縱向上往往構(gòu)成由泥質(zhì)白云巖和膏質(zhì)白云巖或泥質(zhì)白云巖和硬石膏巖的向上變淺高頻序列，在高頻旋回頂部可見準同生暴露面。

圖6 鄂爾多斯盆地隆坳背景下連井沉積相剖面（剖面位置見圖2）Fig.6 Sedimentary facies section cross wells in uplift and depression settings in Ordos Basin (section location is in Fig.2 )

3.3 巖相古地理及演化

通過巖石學(xué)和沉積特征分析并結(jié)合層序旋回，將馬四段沉積期（即馬四期）巖相古地理按3個亞期（馬四3、馬四2、馬四1亞期）進行恢復(fù)。巖相古地理的恢復(fù)主要綜合以下3方面依據(jù)：構(gòu)造古地理背景圖、單因素圖和單井沉積相圖。前文已詳細介紹了馬四段沉積時具有“隆坳相間、坳中有凸”的構(gòu)造古地理背景；關(guān)于單因素圖，分亞段分別編制了地層厚度圖、顆粒巖+微生物巖厚度圖、白云巖厚度圖、石灰?guī)r厚度圖、膏鹽巖厚度圖等共13幅；而單井沉積相圖則選擇位于不同古地理背景的鉆井編制了40多幅。實際研究中，將單因素圖與構(gòu)造古地理背景圖疊合，揭示顆粒巖厚值區(qū)分布在中央古隆起，顆粒巖厚度次之的分布在凸起帶，顆粒巖薄值區(qū)分布在桃力廟凹陷和米脂凹陷（圖7）；而石灰?guī)r厚值區(qū)則與兩個凹陷重合，薄值區(qū)與中央古隆起一致；膏鹽巖主要發(fā)育于馬四1亞段且分布于米脂凹陷。結(jié)合單井相，特別是連井沉積相剖面（圖6），將中央古隆起與顆粒巖厚值區(qū)疊合區(qū)定為臺地邊緣相，將凸起與顆粒巖較厚區(qū)域疊合區(qū)定為臺內(nèi)灘亞相，而石灰?guī)r厚值區(qū)與凹陷疊合區(qū)定為局限潟湖亞相。由膏鹽巖主要發(fā)育于馬四1亞段和相對低洼的古地理背景看，馬四期整體表現(xiàn)為早期海侵水體變深，中晚期海退水體變淺的沉積演化過程。

圖7 鄂爾多斯盆地馬四段顆粒巖厚度等值線圖Fig.7 Thickness map of grainstone of the fourth member of Majiagou Formation in Ordos Basin

3.3.1 馬四3亞期

馬四3亞期是馬家溝組最大海侵期，中央古隆起被海水淹沒，盆地西緣表現(xiàn)為陸緣海斜坡—盆地沉積體系，中央古隆起及中東部為陸表海沉積體系。如圖8a所示，臺緣灘位于鄂托克旗—鄂托克前旗—定邊—環(huán)縣—彬縣—富平等古地貌較高的中央古隆起一帶，DT1井、L6井揭示以臺緣灘相沉積為主，由厚層顆粒白云巖和粉晶白云巖組成。臺緣灘西南部為斜坡—盆地相，青龍山剖面主要以相對深水的泥晶石灰?guī)r、泥質(zhì)石灰?guī)r、疙瘩狀石灰?guī)r和礫屑石灰?guī)r為主，間夾白云巖。臺緣灘東部，由于臺緣灘的障壁作用，導(dǎo)致海水循環(huán)受限，演變?yōu)榫窒夼_地環(huán)境，發(fā)育臺內(nèi)灘、局限潮坪和局限潟湖等亞相。臺內(nèi)灘亞相沿榆林—橫山凸起和神木—米脂凸起，以及呂梁隆起等古地貌相對高部位發(fā)育，J6井、S473井顯示由泥晶石灰?guī)r、顆粒白云巖間夾白云巖組成，可見腕足類和腹足類生屑和紋層狀、丘狀微生物巖。局限潟湖主要位于桃力廟凹陷和米脂凹陷等地貌低洼部位，以JT1井和LT2井為例，主要由泥質(zhì)石灰?guī)r、泥晶石灰?guī)r和斑狀云質(zhì)石灰?guī)r組成，生物較少，常見腹足類、腕足類和介形類，偶見海綿和角石等浮游生物；Y9井還可見風(fēng)暴回流帶來的一些生屑和粉砂級別的顆粒，形成粉屑石灰?guī)r或生屑石灰?guī)r薄層，也因風(fēng)暴作用的影響，未固結(jié)的灰泥被攪動呈疙瘩狀或似角礫狀，泥質(zhì)紋層也被改造成不規(guī)則的網(wǎng)狀構(gòu)造，生物潛穴和生物擾動斑常見。

3.3.2 馬四2亞期

馬四2亞期是高位體系域早期，與海侵期相比，海平面有所下降，水動力條件也有所增強，但除了中央古隆起、呂梁隆起外，總體仍屬于弱的、安靜的水動力條件，古地理面貌和相帶展布基本繼承了馬四3亞期格局（圖8b）。隨著臺緣灘障壁作用增強及強烈的蒸發(fā)作用，臺內(nèi)海水含鹽度明顯增高，在高頻旋回的上部發(fā)育較多的白云巖并出現(xiàn)薄層硬石膏巖。臺緣灘仍然位于中央古隆起一帶，以厚層顆粒白云巖和結(jié)晶白云巖為主；其西南部也保持斜坡—盆地相，以深灰色中薄層泥質(zhì)石灰?guī)r和泥晶石灰?guī)r為主；東部為局限臺地相，發(fā)育臺內(nèi)灘、臺內(nèi)丘和局限潟湖及潮坪亞相。臺內(nèi)灘沿榆林—橫山凸起分布，由多個向上變淺旋回組成，循回下部為石灰?guī)r或云質(zhì)石灰?guī)r，上部為白云巖（包括顆粒白云巖、凝塊石白云巖和粉晶白云巖）；臺內(nèi)丘常與局限潮坪伴生，發(fā)育于神木—米脂凸起一帶，MT3井揭示由多個斑狀云質(zhì)灰?guī)r和（微生物）白云巖夾薄層硬石膏巖構(gòu)成的旋回組成，屬于明顯的向上變淺序列；局限潟湖分布于桃力廟凹陷和米脂凹陷，由泥晶石灰?guī)r、斑狀云質(zhì)石灰?guī)r和斑狀灰質(zhì)白云巖組成，富含生物潛穴和擾動斑，并具有向上斑塊變多、白云石化增強趨勢。

3.3.3 馬四1亞期

馬四1亞期處于高位體系域中期（圖8c），該時期海平面進一步下降，臺緣及周圍隆起的障壁作用進一步增強，臺內(nèi)水體含鹽度持續(xù)增高，巖相古地理與馬四2亞期保持一致，不一樣的是，高頻旋回上部普遍潮坪化甚至暴露，如YT1井、S473井發(fā)育多層硬石膏巖和膏質(zhì)白云巖；臺緣灘、臺內(nèi)灘、臺內(nèi)丘旋回頂部常見間斷面；MT1井和興縣關(guān)家崖剖面見潟湖旋回頂部往往發(fā)育硬石膏巖或見膏溶角礫巖，也揭示曾經(jīng)遭受暴露溶蝕。需要指出的是，隨著潟湖潮坪化和石膏石鹽的析出，鎂鈣比值大幅提高，大量鹵水以具有較高孔滲的早期生物擾動和潛穴充填物為優(yōu)勢通道[28]，進入下伏地層，使與之連通的生物潛穴也發(fā)生白云石化，為斑狀白云巖儲層的形成奠定基礎(chǔ)。此外，高頻旋回的暴露溶蝕作用對儲層的建設(shè)性改造意義重大。

圖8 鄂爾多斯盆地馬四期巖相古地理圖Fig.8 Lithofacies paleogeography during the deposition of the fourth member of Majiagou Formation in Ordos Basin

4 控儲效應(yīng)

巖相古地理控儲效應(yīng)體現(xiàn)在以下兩個方面，一是顆粒（丘）灘、局限潟湖—潮坪控制了儲層發(fā)育及其展布，二是控制了早期白云石化和高頻旋回溶蝕改造的范圍和程度，兩者共同控制儲層的質(zhì)量和分布。

4.1 巖相古地理控制了儲層類型及分布

鉆探揭示，馬四段發(fā)育3種儲層類型，即顆粒白云巖儲層、微生物白云巖儲層和斑狀白云巖儲層。通過沉積相與儲層對比分析表明，顆粒白云巖儲層發(fā)育于臺緣灘和臺內(nèi)灘亞相，微生物白云巖儲層發(fā)育于臺內(nèi)丘（灘）和局限潮坪亞相，而斑狀白云巖儲層發(fā)育于局限潟湖—潮坪亞相，可見臺緣灘、臺內(nèi)灘、臺內(nèi)丘和局限潮坪亞相對儲層類型的發(fā)育具有控制作用。圖9揭示儲層縱向上發(fā)育于高頻旋回的上部，從巖相古地理圖看（圖8），臺緣灘、臺內(nèi)灘、臺內(nèi)丘沿古隆起和坳中凸起等地貌高部位分布，而局限潮坪則分布于潟湖等地貌低洼區(qū)且位于向上變淺高頻旋回的上部，展示出巖相古地理對儲層的空間分布也具有重要控制作用。

4.2 巖相古地理控制了早期白云石化作用

白云石化的發(fā)生與高鎂鈣比值流體的參與密切相關(guān)[29-30]，而高鎂鈣比值流體主要產(chǎn)生于局限、蒸發(fā)的淺水環(huán)境，這種環(huán)境又往往受古隆起和古障壁等構(gòu)造—巖相古地理背景的控制。從圖6可以看出，中央古隆起白云巖最發(fā)育，厚度最大，最厚超過400m（DT1井）；榆林—橫山凸起次之，白云巖厚60～180m（J6井）；神木—米脂凸起再次之，白云巖厚40～60m（MT3井）；而桃利廟凹陷和米脂凹陷白云巖厚度小，大多為灰質(zhì)白云巖和云質(zhì)石灰?guī)r，純的白云巖不足20m（LT2井）。由此可見，古隆起區(qū)白云石化作用最強，馬四段幾乎完全白云石化；凸起區(qū)白云石化較強，馬四段約1/2地層發(fā)生白云石化；而凹陷區(qū)白云石化弱，約1/5地層發(fā)生白云石化，白云石化作用也不徹底，大多為云質(zhì)石灰?guī)r或灰質(zhì)白云巖，純的白云巖僅見于高頻旋回的頂部(圖9)。至于白云石化作用類型，不同古地理背景有所差別，如中央古隆起和凸起上的灘相白云石化被認為是海平面下降、海水蒸發(fā)濃縮引起的準同生白云石化，而凹陷低洼地區(qū)，是在海平面下降幅度較大的情況下，潟湖迅速咸化及至潮坪化，造成準同生白云石化作用，同時咸化流體向下滲流至潟湖沉積，引起生物潛穴發(fā)生白云石化。盡管上述白云石化發(fā)生在不同沉積背景，發(fā)生的時間也不盡相同，但仍可籠統(tǒng)歸于準同生—淺埋藏白云石化范疇?？傊晒怕∑鹣蜊晗輩^(qū)表現(xiàn)出白云石化逐漸變?nèi)醯奶攸c，揭示了古地理背景對白云石化具有重要控制作用。這也說明，在同等氣候條件下，古隆起及周圍由于地貌高，水體淺，海水經(jīng)蒸發(fā)作用迅速濃縮，形成高鎂鈣比值鹵水，具備準同生白云石化發(fā)生的地質(zhì)條件，促使?jié)B透性良好的顆粒灘迅速發(fā)生白云石化。與此相反，在坳陷區(qū)，由于地貌低，海水深并與外海水體溝通，難以形成準同生白云石化地質(zhì)條件，只有在海平面大幅下降、潟湖水體變淺演化為局限潮坪環(huán)境下，才具備準同生白云石化條件，潟湖區(qū)白云巖發(fā)育于高頻旋回頂部的分布特點正好說明了古地理環(huán)境的轉(zhuǎn)變。

4.3 巖相古地理控制了早期溶蝕作用

準同生溶蝕作用對儲層物性的改善意義重大，我國許多重要的油氣產(chǎn)層，如四川盆地震旦系燈影組、寒武系龍王廟組及塔里木盆地奧陶系鷹山組等[31-36]，均與早期溶蝕改造密切相關(guān)，鄂爾多斯盆地也不例外，奧陶系馬家溝組鹽下儲層形成也離不開準同生溶蝕作用的改造。研究揭示，馬四期巖相古地理對早期巖溶作用影響深遠，表現(xiàn)在隆坳古地理背景控制巖溶作用頻次、范圍和改造程度。在古隆起一帶，海平面稍有下降就易于暴露遭受溶蝕，因此溶蝕的頻次較高，接受溶蝕的時間較長，可以形成一些間斷面，如MT1井在2452m附件發(fā)育了準同生巖溶角礫巖，是沉積間斷的重要表現(xiàn)；而凹陷區(qū)大多時間被海水覆蓋，只在海平面較大規(guī)模下降時才有所暴露，故遭受溶蝕的頻次低、溶蝕時間也相對較短。

5 結(jié)論

鄂爾多斯盆地馬四段沉積時具有三隆一坳，隆坳相間、坳中有凸的古地理格局，古隆起和凸起等地貌高控制了馬四段灘、丘、坪有利儲集相帶的展布。

馬四段主要巖性有3類8種，構(gòu)成5種巖石組合類型，其中顆粒白云巖、微生物白云巖和斑狀白云巖是有利儲集相的主要巖石類型。

馬四期由早至晚依次為馬四3亞期、馬四2亞期和馬四1亞期，馬四3亞期為海侵期，表現(xiàn)為弱鑲邊臺地類型，以石灰?guī)r和云質(zhì)石灰?guī)r沉積為特點；馬四2亞期為海退早期，演化為鑲邊臺地，開始發(fā)育丘灘并沉積薄層白云巖和硬石膏巖；馬四1亞期為海退中期，水體持續(xù)變淺，白云巖和硬石膏巖厚度增加、范圍擴大。

圖9 鄂爾多斯盆地馬四段儲層連井剖面圖Fig.9 Reservoir section cross wells of the fourth member of Majiagou Formation

巖相古地理控制了馬四段儲層的發(fā)育與分布，顆粒白云巖儲層和微生物白云巖儲層受顆粒灘微相控制，沿古隆起和凸起區(qū)發(fā)育；而斑狀白云巖儲層或斑狀灰質(zhì)白云巖儲層則分布于潟湖—潮坪相，認為榆林—橫山凸起及神木—米脂凸起有利于儲層發(fā)育。