白云巖地球化學(xué)特征及成因——以鄂爾多斯盆地靖西馬五段中組合為例

賀訓(xùn)云，壽建峰，沈安江，吳興寧，王永生，胡圓圓，朱吟，韋東曉

（1.中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所；2.中國科學(xué)院大學(xué)；3.中國石油杭州地質(zhì)研究院；4.中國石油天然氣集團(tuán)公司碳酸鹽巖儲層重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）

0 引言

鄂爾多斯盆地靖西地區(qū)位于靖邊氣田西側(cè)，屬中央古隆起周邊白云巖儲集層發(fā)育區(qū)[1]。近期在靖西地區(qū)蘇203井、蘇322井等井馬五段中組合（5—10亞段）發(fā)現(xiàn)白云巖型儲集層并獲高產(chǎn)工業(yè)氣流[1-5]，儲集層巖性主要為粉晶白云巖[1-2,5]，紋層多不發(fā)育[2,4]，儲集空間主要為晶間（溶）孔，目前該套儲集層已成為鄂爾多斯盆地海相碳酸鹽巖天然氣勘探又一新領(lǐng)域[6]。

前人對鄂爾多斯盆地馬家溝組白云巖成因已做過較多探討，取得了許多重要認(rèn)識[1-2,4,7-16]，但尚存在以下問題：①不同學(xué)者得出的白云巖成因不盡相同，如準(zhǔn)同生白云石化[7]、混合水白云石化[1-2,4,8-9]、滲透回流白云石化[7,10]、埋藏白云石化[7,9,11-14]、熱液白云石化[7,9]以及微生物白云石化[15-16]等；②以往研究多針對馬五段上組合或整個馬家溝組，針對馬五段中組合白云巖成因的研究尤顯薄弱，且多依據(jù)其沉積背景進(jìn)行推斷；③以往研究多將不同成因白云巖解釋為孤立、單一成因，而實(shí)際上成巖演化過程是動態(tài)連續(xù)的，同生—準(zhǔn)同生期形成的白云巖，可在埋藏期間隨埋深及孔隙水化學(xué)、溫度和壓力的變化而多次演化[17]。本次研究以馬家溝組馬五段中組合白云巖為研究對象，在以往有關(guān)巖石學(xué)特征研究和認(rèn)識的基礎(chǔ)上，側(cè)重從地球化學(xué)角度對其進(jìn)行主微量元素、稀土元素和碳、氧、鍶同位素研究，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)背景并考慮成巖演化的動態(tài)連續(xù)性，對其成因進(jìn)行深入探討，繼而對其有利儲集層分布進(jìn)行初步預(yù)測。

1 地質(zhì)背景

鄂爾多斯盆地位于華北地臺西部，周邊被山系環(huán)繞，面積達(dá)25×104km2[18]（見圖1）。奧陶系馬家溝組以碳酸鹽巖為主，夾蒸發(fā)巖，除在中央古隆起區(qū)缺失外，其他地區(qū)均有分布，整體上具有“西厚東薄、南厚北薄”的特點(diǎn)[3]。馬家溝組可分為6個巖性段，自下而上為馬一段至馬六段，其中馬一、馬三、馬五段為以石膏、鹽巖和白云巖為主的蒸發(fā)巖、碳酸鹽巖組合，馬二、馬四、馬六段則以灰?guī)r為主[6,16-20]。其中馬五段自上而下又可細(xì)分為10個亞段[6,11,21]。

圖1 研究區(qū)及采樣井位置圖

中奧陶統(tǒng)馬五段沉積時期，由于南部秦嶺和北部興蒙洋殼的俯沖，造成南北向地層的相向擠壓，鄂爾多斯盆地內(nèi)整體表現(xiàn)為震蕩性、間接性的海退，海水明顯變淺，中央古隆起暴露地表，將盆地分隔為東西兩個不同的沉積體系[2-3]。

中央古隆起以東地區(qū)以發(fā)育局限臺地沉積為特征，屬于華北海沉積體系。該區(qū)馬五段沉積期，由于發(fā)生海退，加上氣候干熱，因此為一次重要的膏鹽發(fā)育期，沉積相帶發(fā)育具有圍繞盆地東部洼陷區(qū)呈環(huán)帶狀展布的特點(diǎn)，即自內(nèi)而外依次發(fā)育米脂鹽洼—盆緣膏質(zhì)斜坡—含膏云坪內(nèi)帶—含膏云坪外帶沉積[2]。靖西地區(qū)位于伊陜斜坡西部（見圖1），總體屬于含膏云坪外帶沉積相帶，或稱之為硬石膏-白云巖盆緣坪[22]。

馬家溝組沉積之后，加里東運(yùn)動使得盆地整體抬升，盆地主體缺失上奧陶統(tǒng)—下石炭統(tǒng)，并經(jīng)歷了長達(dá)1.4×108余年的風(fēng)化剝蝕[3]。晚石炭世盆地才再接受海陸交互相碎屑沉積，超覆于馬家溝組之上。

2 樣品采集及測試

本研究12個巖心樣品采自靖邊氣田西側(cè)10口鉆井（見圖1），深度為3 548.0～4 422.5 m，層位主要為奧陶系馬家溝組中組合馬五段 5—10亞段。樣品巖性均為較均質(zhì)粉晶白云巖，無明顯裂縫及充填物，將樣品全巖粉碎至0.75 μm。

樣品的主、微量元素分析在中國石油集團(tuán)碳酸鹽巖儲層重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成，采用壓模法進(jìn)行X射線熒光光譜分析（XRF），儀器為PANalytical Axios。

稀土元素含量分析在國土資源部杭州礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心完成，分析方法及流程依據(jù) DZ/T 0223?2001[23]（電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）分析方法），分析儀器為Thermo X Series II電感耦合等離子體質(zhì)譜聯(lián)用儀。

碳、氧同位素測試在中國石油集團(tuán)碳酸鹽巖儲層重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成，分析方法及流程依據(jù) SY/T 5238—2008[24]（有機(jī)物和碳酸鹽巖碳、氧同位素分析方法），分析儀器為DELTA V Advantage同位素比質(zhì)譜儀。鍶同位素測試亦在中國石油集團(tuán)碳酸鹽巖儲層重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成，分析儀器為TRITON PLUS熱電離同位素比質(zhì)譜儀，檢測溫度為25 ℃，濕度為60%。

3 測試結(jié)果

3.1 主、微量元素

研究區(qū)馬五段中組合白云巖主、微量元素測試結(jié)果見表 1?？梢姡薪M合白云巖中含一定量的 SiO2和Al2O3，其中SiO2含量為0.28%～9.77%，平均2.49%，Al2O3含量為 0.10%～5.86%，平均1.07%。MgO含量為 18.04%～27.66%，平均 22.12%，與化學(xué)計量值（21.7%，理想的白云巖中含量）接近；CaO含量為22.35%～33.24%，平均29.01%，與化學(xué)計量值（30.4%）亦較接近；Mg/Ca值（物質(zhì)的量之比）為0.8～1.4，平均1.08。中組合白云巖具有高Fe含量、較高M(jìn)n含量和較低 Sr、Na含量。其中 Fe含量為 1 193.5×10?6～26 936.0×10?6，平均 8 552.8×10?6；Mn 含量為 54.6×10?6～1 564.4×10?6，平均 312.3×10?6；Sr含量為 70.1×10?6～103.0×10?6，平均 83.2×10?6；Na 含量為 59.4×10?6～244.8×10?6，平均 175.0×10?6。這一特征與蘇中堂等[10]、姚涇利等[12]、趙衛(wèi)衛(wèi)等[14]和付金華等[15]有關(guān)白云巖微量元素含量的研究結(jié)果總體一致。

表1 鄂爾多斯盆地靖西馬五段中組合粉晶白云巖主、微量元素含量

根據(jù)樣品主、微量元素含量差異，可將12個樣品分為兩組（見表1）。A組白云巖SiO2和Al2O3含量相對較低，其含量平均值分別為1.5%和0.3%；B組白云巖 SiO2和 Al2O3含量相對較高，其含量平均值分別為3.5%和1.8%，可能與其沉積期受西側(cè)古隆起影響較大有關(guān)，也可能與B組白云巖樣品位于中組合白云巖剝蝕區(qū)有關(guān)（見圖1）。A組白云巖具有相對較低MgO含量和相對較高CaO含量，其含量平均值分別為21.3%和30.2%，Mg/Ca值較低，為0.8～1.1，平均0.99；而B組具有相對較高M(jìn)gO含量和相對較低CaO含量，其含量平均值分別為23.0%和27.8%，Mg/Ca值較高，為0.9～1.4，平均1.17，似乎表明B組白云巖白云石化流體具有更豐富的 Mg2+或經(jīng)歷了更徹底的白云石化作用。A組白云巖Fe、Mn含量相對較低，Na含量相對較高，其 Fe、Mn含量平均值分別為 1 781.5×10?6和68.5×10?6，Na 含量平均值為 211.5×10?6；而 B 組 Fe、Mn含量顯著偏高，Na含量明顯偏低，其 Fe、Mn含量平均值分別為 15 324.2×10?6和 556.2×10?6，Na 含量平均值為 138.5×10?6，似乎表明 B組白云巖樣品在后期受風(fēng)化淋濾影響較大；兩組白云巖Sr含量均較低。總之，上述差異似已說明二者具不同沉積環(huán)境或成巖演化史。

3.2 稀土元素

馬五段中組合白云巖稀土元素分析結(jié)果見表2。其稀土元素含量為 0.01×10?6～21.8×10?6，具典型碳酸鹽巖低稀土元素含量特征[25]，且輕稀土元素含量相對富集，重稀土元素含量相對貧化。與蘇中堂等[10]研究得到的粉晶白云巖特征總體相似。

根據(jù)上述分組方案，A組和B組白云巖稀土元素含量也呈現(xiàn)出一定差異，A組白云巖稀土元素含量稍低，其稀土元素總含量平均為9.75×10?6，而B組白云巖的稀土元素含量相對較高，其稀土元素總含量平均值為 30.06×10?6。

表2 鄂爾多斯盆地靖西馬五段中組合粉晶白云巖稀土元素含量

3.3 碳、氧同位素組成

馬五段中組合白云巖碳、氧同位素值測試結(jié)果見表 3。白云巖的δ13C 值為?1.28‰～0.96‰，平均為?0.56‰，與同期海水值[26]一致；δ18O 值為?8.19‰～?5.28‰，平均為?6.77‰，與同期海水值[26]相比，多數(shù)白云巖明顯偏負(fù)。

按照上述分組，雖然兩組白云巖的δ13C值沒有明顯差別，但δ18O值依然表現(xiàn)出一定差異，A組白云巖的δ18O值平均為?6.50‰，B組白云巖的δ18O值平均為?7.05‰，相對偏負(fù)。

3.4 鍶同位素

馬五段中組合白云巖的87Sr/86Sr值見表3，87Sr/86Sr值在0.708 838～0.713 224，平均為0.710 261。中奧陶世海水87Sr/86Sr值約為0.708 7～0.709 2[26]，馬五段中組合大多數(shù)白云巖87Sr/86Sr值比其顯著偏高，這一特征與王保全等[11]和趙衛(wèi)衛(wèi)等[14]研究的有關(guān)白云巖特征相似。

類似的，A、B兩組白云巖的87Sr/86Sr值亦存在較大差異。A組白云巖87Sr/86Sr值相對較低（見表3），平均為0.709 462，比同期海水值略高；而B組白云巖87Sr/86Sr值相對較高，平均為0.711 060，比同期海水值顯著偏正，顯示其受更多放射性87Sr流體影響。這一差異反映其可能經(jīng)受了不同白云石化流體的改造。

表3 鄂爾多斯盆地靖西馬五段中組合粉晶白云巖碳、氧、鍶同位素組成與Mn/Sr值

4 討論

4.1 樣品成巖蝕變性

Mn/Sr值可用來判斷碳酸鹽巖礦物成巖蝕變程度[27-29]：當(dāng)樣品Mn/Sr值小于2.0時，認(rèn)為其經(jīng)歷了較弱的成巖蝕變，其同位素組成保持了原始海水同位素信息[28]。由表3和圖2可知，A組白云巖具較低Mn/Sr值，Mn/Sr值小于1.0，顯示了相對弱的成巖蝕變強(qiáng)度；B組白云巖 Mn/Sr值大于 2.0（其中一個樣品大于10.0），顯示了相對較強(qiáng)的成巖蝕變程度。相應(yīng)的，二者87Sr/86Sr值亦體現(xiàn)出明顯差異，且B組白云巖Mn/Sr值與87Sr/86Sr值具一定正相關(guān)性。上述特征表明A組白云巖白云石化流體可能與同期海源流體有關(guān)，而 B組白云巖白云石化流體除了與同期海源流體有關(guān)外，可能還與富含放射性87Sr的流體有關(guān)。

圖2 靖西馬五段中組合白云巖Mn/Sr與87Sr/86Sr值交會圖

此外，由表1可知，上述Mn/Sr值變化主要由Mn含量變化引起，所有樣品Sr含量沒有明顯差別。白云巖的低Sr含量主要與其在白云巖中的分配系數(shù)有關(guān)，而 Mn含量往往與成巖蝕變強(qiáng)度正相關(guān)[29]。A組白云巖 Mn 含量均小于 100×10?6，平均值為 68.5×10?6，含量相對較低，與腕足類殼體的含量接近[26,29]，表明未遭受明顯成巖蝕變；B組白云巖 Mn含量均大于100×10?6，平均值為 556.2×10?6，明顯高于 A 組，亦明顯高于腕足類殼體Mn含量[26,29]，表明沉積后遭受較嚴(yán)重的成巖改造，如埋藏期的進(jìn)一步白云石化或暴露期的大氣淡水影響。

此外，F(xiàn)e含量與87Sr/86Sr值相關(guān)性分析表明（見圖3），A組白云巖的Fe含量總體相對較低，顯示較弱的成巖改造，其87Sr/86Sr值與同期海水值相近或略高，且與Fe含量沒有明顯相關(guān)性；而B組白云巖的Fe含量總體相對較高，顯示較強(qiáng)的成巖改造，87Sr/86Sr值與Fe含量呈明顯正相關(guān)性，反映其可能受較強(qiáng)烈的晚期白云石化流體改造，或暴露期大氣淡水影響。

總之，由成巖蝕變性也可看出兩組白云巖經(jīng)歷的成巖作用有所差異，反映其可能經(jīng)歷了不同類/期的白云石化作用，同時，上述差異也可能由二者經(jīng)歷不同的大氣淡水影響產(chǎn)生。

圖3 靖西馬五段中組合白云巖87Sr/86Sr值與Fe含量交會圖

4.2 主、微量元素

白云巖中CaO和MgO含量變化能反映白云石交代方解石程度。MgO和CaO呈線性正相關(guān)反映白云巖為沉積成因，呈線性負(fù)相關(guān)反映白云巖為交代或重結(jié)晶成因[30]。

由圖4可知，A組白云巖MgO和CaO呈明顯線性負(fù)相關(guān)（見圖4），顯示為交代或重結(jié)晶成因。此外，中組合白云巖紋層不發(fā)育[2,4]，據(jù)鄭劍鋒等有關(guān)識別參數(shù)[30]，基本排除沉積成因的薩布哈機(jī)制。再由表 1可知，A組白云巖具有相對低MgO、高CaO含量特征，表明其白云石化作用可能不徹底，據(jù)鄭劍鋒等有關(guān)識別參數(shù)[30]，A組白云巖與滲透回流白云巖成因特征較為相似。B組白云巖MgO和CaO含量總體仍呈線性負(fù)相關(guān)，但具相對更高M(jìn)gO含量和相對更低CaO含量，表明B組白云巖可能經(jīng)歷了更徹底的白云石化作用，顯示一定埋藏白云石化特征。

圖4 靖西馬五段中組合白云巖MgO和CaO含量交會圖

此外，白云巖微量元素變化特征可以反映沉積、成巖環(huán)境特征及成巖流體性質(zhì)等。微量元素Fe、Mn、Sr、Na在碳酸鹽巖成巖作用和流體性質(zhì)判別方面尤為有效。Fe和Mn在海水中含量很低，而在成巖孔隙水中含量高[14]，且隨著成巖作用強(qiáng)度增加，F(xiàn)e、Mn含量呈增加趨勢。Sr是親海元素，主要富集在海水中，隨著成巖作用強(qiáng)度增加，Sr具有不斷丟失的趨勢。而Na可反映成巖流體鹽度[10]。

前已述及，靖西馬五段中組合白云巖總體具有高Fe含量、較高M(jìn)n含量和較低Sr、Na含量。埋藏白云石化作用形成的白云巖具有貧 K、Na、Sr和富 Fe、Mn特征[19]，據(jù)此認(rèn)為中組合白云巖可能為埋藏白云石化成因。但A組白云巖具有相對較低Fe、Mn含量和較高Na含量，其Mn含量均低于100×10?6，平均值為68.5×10?6，Na 含量則達(dá) 211.5×10?6，似乎顯示了海源流體的影響，但與海源流體又有所區(qū)別，這一特征較符合淺埋藏期滲透回流白云石化成因的白云巖。而 B組白云巖具有相對更高Fe、Mn含量和較低Na含量，其 Mn 含量均大于 100×10?6，平均值為 556.2×10?6，是A組白云巖的8倍，Na含量則相對較低，為138.5×10?6，反映B組白云巖可能經(jīng)歷了更強(qiáng)的成巖演化，即埋藏白云石化作用。

此外，Na、Sr含量交會圖[25]表明（見圖5），馬家溝組白云巖落入了埋藏白云巖范圍。但總體而言，A組白云巖似乎更多保留了滲透回流白云石化特征，同時兼具部分埋藏成因特征，而B組則更多顯示了埋藏白云石化特征。

圖5 靖西馬五段中組合白云巖微量元素Na-Sr交會圖[25]

4.3 稀土元素

白云巖稀土含量受母巖、白云石化流體、稀土在白云石化流體與白云巖之間的分配系數(shù)以及水巖比等因素的影響[31-32]。由于自然流體中稀土含量極低，因此在多數(shù)情況下，白云石化過程中稀土主要來自母巖，因而交代成因的白云巖常具有與母巖相似的稀土配分模式。稀土元素中變價元素Ce和Eu容易隨物理化學(xué)條件變化與稀土元素分離而出現(xiàn)異常，其標(biāo)準(zhǔn)化配分模式可用于探討白云石化流體性質(zhì)和成巖環(huán)境。

本文稀土元素測試數(shù)據(jù)采用球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化[33]處理。中組合白云巖La/Yb標(biāo)準(zhǔn)化值為2.32～14.75，平均8.33；δEu為0.52～0.69，平均0.57，明顯小于1.0；δCe為0.85～0.98，平均0.93，稍小于1.0。

由圖 6可知，馬五段中組合白云巖具有相似的稀土元素配分模式，所有白云巖具有輕稀土元素富集、重稀土元素虧損、明顯Eu負(fù)異常及輕微Ce負(fù)異常特征，與該區(qū)泥晶灰?guī)r稀土元素配分曲線形態(tài)頗為相似[10]，具有較好的繼承性，表明其為交代成因。另據(jù)鄭劍鋒等判識標(biāo)志[30]，可進(jìn)一步認(rèn)為中組合白云巖總體為埋藏白云石化成因。但白云巖具有Ce、Eu負(fù)異常，與海水稀土元素配分模式具有一定相似性，似乎仍顯示滲透回流白云巖特征。這一認(rèn)識與通過主、微量元素得出的結(jié)論總體一致。

圖6 靖西馬五段中組合白云巖稀土元素配分曲線

A、B兩組白云巖在稀土元素含量方面存在一定差異（見圖6、圖7），原因可能在于B組白云巖相對靠近西側(cè)古隆起，或晚期經(jīng)受長期暴露，含有相對較多泥質(zhì)，從而導(dǎo)致稀土元素含量稍高。前述B組白云巖具有相對較高表征陸源影響的 SiO2和 Al2O3含量印證了這一解釋（見圖7）。

圖7 靖西馬家溝組兩組白云巖稀土元素含量分布對比

此外，A組白云巖δEu平均值為 0.55，δCe平均值 0.90，具有相對更強(qiáng)的負(fù)異常，更具滲透回流白云石化特征[30]；而 B組白云巖δEu平均值為 0.59，δCe平均值0.95，負(fù)異常相對弱，特別是幾乎無Ce負(fù)異常，更具埋藏白云石化作用特征。

4.4 碳、氧同位素組成

碳、氧同位素資料常被用于白云巖成因解釋[8]。白云巖的碳、氧同位素組成主要受控于白云石化對象的碳、氧同位素組成以及成巖流體的鹽度、溫度[25]。因此，形成于高鹽度蒸發(fā)環(huán)境中的白云巖具有較高的δ18O和δ13C值；而在高溫高壓深埋藏環(huán)境中形成的白云巖具有較低的δ18O值，受熱液影響的δ18O值大多小于?10.0‰。

Allan和Wiggins[34]認(rèn)為海水的碳、氧同位素值是各種不同成因白云巖碳、氧同位素值變化的基礎(chǔ)，因此，需將白云巖碳、氧穩(wěn)定同位素值與同期海水進(jìn)行對比才能進(jìn)行成因解釋。鄂爾多斯盆地馬家溝組馬五段白云巖位于中奧陶統(tǒng)[3]，而中奧陶世海水的δ13C值和δ18O值分別約為?2.0‰～0.5‰和?6.6‰～?4.0‰[14]。

前已述及，中組合白云巖的δ13C值為?1.28‰～0.96‰，平均為?0.56‰，與同期海水值一致；δ18O 值為?8.19‰～?5.28‰，平均?6.77‰，與同期海水值相比，部分白云巖δ18O值明顯偏負(fù)。整體來看，δ13C值和δ18O值與黃正良等[7]有關(guān)粉—細(xì)晶白云巖值分布范圍的認(rèn)識一致。由圖8可知，A組和B組白云巖總體具有相對較負(fù)的δ18O值，但δ18O值均大于?10.0‰，因此基本排除熱液成因機(jī)制，而δ13C值則總體位于同期海水值范圍，可能表明白云石化流體與同期海水有關(guān)。

圖8 靖西馬五段中組合白云巖碳、氧同位素組成

巖石的δ13C值受有機(jī)質(zhì)和熱化學(xué)硫酸鹽還原反應(yīng)（TSR）[35]影響較顯著，受溫度影響相對較小，因而在后期成巖過程中一般變化不大而多體現(xiàn)原巖特征。δ18O值出現(xiàn)較高負(fù)值有兩種情況：受大氣淡水或深埋環(huán)境高溫影響。A組白云巖均位于上組合白云巖覆蓋區(qū)，巖石學(xué)研究表明其沒有遭受淡水改造的明顯證據(jù)[5]，因此其相對較負(fù)δ18O值反映的應(yīng)是深埋增溫效應(yīng)；B組白云巖位于中組合白云巖剝蝕區(qū)，早期經(jīng)受過大氣淡水影響，晚期遭受深埋，且在晚中生代伊陜斜坡發(fā)生構(gòu)造反轉(zhuǎn)后具有比A組白云巖相對更大的埋深，因此，其相對更偏負(fù)的δ18O值可能是大氣淡水和深埋增溫效應(yīng)的疊加結(jié)果，但至少反映其可能受深埋增溫影響。

至此，根據(jù)A、B兩組白云巖δ13C、δ18O值特征，認(rèn)為白云巖總體表現(xiàn)為埋藏白云石化特征，但少量樣品δ13C和δ18O值仍落入同期海水值范圍，顯示滲透回流白云石化特征。因此，白云巖碳、氧同位素值也表明中組合白云巖兼具滲透回流白云石化和埋藏白云石化成因。相對而言，B組白云巖δ18O值稍為偏負(fù)，似乎顯示更多埋藏白云石化特征，而A組白云巖則似乎殘留了較多滲透回流白云石化成因特征。

4.5 鍶同位素值

鍶同位素組成在碳酸鹽巖成巖作用研究中具有重要意義。海相碳酸鹽巖的87Sr/86Sr值主要取決于同期海水的87Sr/86Sr值[29]。中奧陶世海水87Sr/86Sr值約為0.708 7～0.709 2[26]，因此，奧陶系馬家溝組碳酸鹽巖87Sr/86Sr值應(yīng)與此值范圍總體一致。由于白云巖是一種成巖相，因此白云巖87Sr/86Sr值反映的是成巖流體介質(zhì)的87Sr/86Sr比值[11]。

由表3和圖9可知，除合3井兩個馬四段樣品外，A組白云巖的87Sr/86Sr值為0.708 838～0.709 366，平均為0.709 152，總體落入同期海水值范圍，表明其白云石化流體主要與同期海源流體有關(guān)；而B組白云巖的87Sr/86Sr值為 0.710 234～0.713 224，平均 0.711 060，均比同期海水值顯著偏正，表明其成巖流體應(yīng)來自或流經(jīng)富含放射性87Sr的外部地層。

圖9 靖西馬五段中組合白云巖87Sr/86Sr值分布

成巖過程中，造成碳酸鹽巖鍶同位素值高于同期海水的原因主要有：①地層水（或大氣淡水）流經(jīng)富含放射性87Sr硅質(zhì)碎屑沉積物時將其溶入，并與海相碳酸鹽礦物發(fā)生作用從而改變其鍶同位素值；②受到硅酸鹽礦物影響的深部地層水可向碳酸鹽礦物提供放射性87Sr，并造成其鍶同位素值增加[14]。前已述及，馬家溝組沉積之后，鄂爾多斯盆地曾經(jīng)歷1.4×108余年的抬升剝蝕，地表長期遭受大氣淡水影響。而B組樣品靠近風(fēng)化殼，且在加里東期埋藏較淺，受流經(jīng)盆地周緣且富含放射性87Sr的地表水的影響，其87Sr/86Sr值明顯較同期海水偏高，而A組遠(yuǎn)離風(fēng)化殼，且埋深較大，受地表大氣淡水影響較小，因而基本保持了同期海水87Sr/86Sr值特征。

此外，奧陶系馬家溝組上覆石炭系海相碎屑巖系深埋期間，富含放射性87Sr的石炭系壓釋水可側(cè)向運(yùn)移至奧陶系馬家溝組，由于B組樣品離風(fēng)化殼較近，因而受其影響更大，亦可導(dǎo)致其87Sr/86Sr值偏正。這與趙衛(wèi)衛(wèi)等[14]認(rèn)識相似。位于東部的A組白云巖埋深較大，離風(fēng)化殼較遠(yuǎn)，受壓釋水影響較小，因而基本保留了海源白云石化流體87Sr/86Sr值特征。

4.6 地質(zhì)分析及應(yīng)用

前已述及，中奧陶統(tǒng)馬五段沉積時期，鄂爾多斯盆地氣候干熱，為一次重要的膏鹽發(fā)育期，發(fā)育數(shù)個旋回性沉積地層，其中馬五5、馬五7、馬五9段沉積期為大海退背景下的高頻旋回海侵期，水體相對開闊，在靖西地區(qū)發(fā)育大量灘體，馬五4、馬五6、馬五8、馬五10段沉積期為高頻旋回高位域期，水體相對更局限。靖西地區(qū)短暫海侵期沉積的大量整體呈環(huán)帶、地形上呈正凸起的顆粒灘，與其上覆地層在高位域期可構(gòu)成海水正常循環(huán)的障壁。在此背景下，高位域期形成的強(qiáng)蒸發(fā)、循環(huán)受限的海水可為白云石化作用提供豐富的Mg2+，而尚未成巖/成巖較弱的早期沉積物（特別是海侵期形成的顆粒灘）具備較好的滲透性，從而發(fā)生滲透回流白云石化作用（見圖10）。隨后，海水可通過灘間海水道不斷補(bǔ)充，為白云石化作用提供源源不斷的Mg2+。滲透回流白云石化作用發(fā)生在海平面之下，往往大規(guī)模發(fā)育（盆地尺度），其白云石化作用深度和規(guī)模較大，白云巖多具粉晶結(jié)構(gòu)，可成為（優(yōu)質(zhì)）儲集層[29]。靖西地區(qū)馬五段中組合白云巖分布廣，厚度大，多為粉晶白云巖，紋層不發(fā)育，亦是良好的儲集層，進(jìn)一步佐證了靖西馬五段中組合白云巖早期確實(shí)很可能經(jīng)歷了滲透回流白云石化作用。

圖10 靖西馬五段中組合白云巖白云石化模式

進(jìn)入中深埋藏期后，在上覆巖層的壓實(shí)下，地層溫度、壓力升高，古隆起基底和石炭系碎屑巖系釋放富Mg2+和87Sr地層壓釋水，并順早期發(fā)生滲透回流白云化作用而保留了較好滲透性的地層運(yùn)移，從而導(dǎo)致早期白云巖再次發(fā)生埋藏白云石化作用，體現(xiàn)出眾多埋藏成因白云巖地球化學(xué)特征。由于不同地區(qū)經(jīng)受的改造強(qiáng)度不同，有些地區(qū)在某些指標(biāo)上仍殘留了滲透回流成因白云巖特征。

綜上所述，從成巖作用對儲集層非均質(zhì)性影響角度，結(jié)合馬五段中組合主要灘體分布特征[1]，對靖西馬五段中組合白云巖有利儲集層發(fā)育區(qū)進(jìn)行了初步評價和預(yù)測（見圖11）?？v向上馬五5、馬五7、馬五9段灘體發(fā)育，為有利勘探層位；平面上認(rèn)為靖西東部地區(qū)（A組白云巖分布區(qū)）多期灘體發(fā)育且白云巖經(jīng)歷相對較弱的晚期成巖改造，因而具有相對良好且均質(zhì)的儲集性能，且埋深相對較淺，為有利儲集層發(fā)育區(qū)。這一認(rèn)識已初步得到證實(shí)：不同沉積微相白云巖儲集層物性統(tǒng)計[5]及近期勘探成果均表明，中組合上段特別是馬五5亞段是最有利白云巖儲集層發(fā)育段。靖西西部地區(qū)（B組白云巖分布區(qū)）早期沉積微相多為云坪，物性相對較差，且灘體相對不發(fā)育，后期成巖改造較強(qiáng)，埋深相對較深，因此為較有利儲集層發(fā)育區(qū)。

圖11 靖西馬五段中組合白云巖儲集層初步評價及預(yù)測結(jié)果

須指出的是，盡管當(dāng)前馬五段中組合白云巖勘探主要集中在靖西地區(qū)，但依據(jù)本文白云石化模式新認(rèn)識及圖11可知，馬五段中組合白云巖發(fā)育區(qū)可由靖西地區(qū)往東延伸，至靖東乃至米脂地區(qū)均可發(fā)育馬五段中組合白云巖體[2]，雖然往東由于相變等存在灰?guī)r發(fā)育區(qū)，但這些地區(qū)仍值得進(jìn)一步探索，如取得突破，可極大拓展該類儲集層的勘探領(lǐng)域。

5 結(jié)論

鄂爾多斯盆地靖西馬五段中組合白云巖 MgO和CaO含量呈負(fù)相關(guān)性，Mg/Ca值為 0.8～1.4；白云巖總體具有高 Fe、較高 Mn和低 Sr、Na含量，其 Fe、Mn 含量平均值分別為 15 324.2×10?6和 556.2×10?6，Na含量平均值為138.5×10?6，部分白云巖Fe、Mn含量相對較低，Na含量相對較高，其Fe、Mn含量平均值分別為 1 781.5×10?6和 68.5×10?6，Na 含量平均值為211.5×10?6；白云巖稀土元素含量總體很低，為 0.01×10?6～21.8×10?6，且具相似稀土元素配分模式，輕稀土元素富集，重稀土元素虧損，具明顯 Eu負(fù)異常和弱Ce負(fù)異常；白云巖δ13C值為?1.28‰～0.96‰，平均為?0.56‰，與同期海水值一致，δ18O 值為?8.19‰～?5.28‰，平均?6.77‰，多數(shù)白云巖較同期海水值偏負(fù)；白云巖87Sr/86Sr值為0.708 838～0.713 224，平均值為0.710 261，少數(shù)白云巖與同期海水值接近，平均值為0.709 152，多數(shù)白云巖平均值為0.711 060，比同期海水值顯著偏正。馬五段中組合白云巖早期經(jīng)歷了滲透回流白云石化作用，并在后期埋藏過程中廣泛疊加了埋藏白云石化作用。靖西馬五段中組合白云巖可大規(guī)模發(fā)育，因此馬五段中組合白云巖型儲集層具備大規(guī)模發(fā)育的地質(zhì)條件，靖西東部地區(qū)為有利儲集層發(fā)育區(qū)且可向東大范圍拓展。

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