鄂爾多斯盆地東北部奧陶系馬五1+2微生物碳酸鹽巖沉積特征及儲集意義

熊 鷹 姚涇利 李 凌 侯云東 肖 笛 聶萬才 趙東方 譚秀成

(1.油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室 西南石油大學(xué) 成都 610500；2.中國石油碳酸鹽巖儲層重點實驗室沉積—成藏研究室 西南石油大學(xué) 成都 610500；3.中國石油長慶油田公司勘探開發(fā)研究院 西安 710021)

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鄂爾多斯盆地東北部奧陶系馬五1+2微生物碳酸鹽巖沉積特征及儲集意義

熊 鷹1,2姚涇利3李 凌1,2侯云東3肖 笛2聶萬才3趙東方1譚秀成1,2

(1.油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室 西南石油大學(xué) 成都 610500；2.中國石油碳酸鹽巖儲層重點實驗室沉積—成藏研究室 西南石油大學(xué) 成都 610500；3.中國石油長慶油田公司勘探開發(fā)研究院 西安 710021)

基于巖芯、薄片及物性資料，研究鄂爾多斯盆地東北部奧陶系馬五1+2微生物巖沉積特征及其油氣儲集意義。研究區(qū)發(fā)育有不同規(guī)模的由藍細菌群落構(gòu)成的微生物碳酸鹽巖建造，由疊層石、菌紋層白云巖、藍細菌凝塊巖以及菌黏結(jié)顆粒巖構(gòu)成了藻坪和微生物丘建造。微生物丘縱向上建造規(guī)模較小，單旋回厚度一般小于1 m，發(fā)育于潮下高能環(huán)境，并由花斑狀砂屑云巖、藍細菌凝塊巖、菌黏結(jié)砂屑云巖、菌紋層白云巖構(gòu)成了丘基—丘核—丘坪的向上變淺序列，也常與顆粒灘相伴生構(gòu)成丘灘復(fù)合體。其中，發(fā)育于丘核部位的藍細菌凝塊巖和菌黏結(jié)砂屑云巖中窗格孔和粒間孔發(fā)育，表現(xiàn)為中孔低滲特征，可作為盆地東北部的儲集巖之一。

微生物碳酸鹽巖 藍細菌 微生物丘 馬五1+2奧陶系 鄂爾多斯盆地東北部

0 引言

微生物巖(microbialite)最早由R.V.Burne(1987)提出，后Riding(1991)將其改為“microbolite”，但目前仍用“microbialite”，是指由底棲微生物群落通過捕獲與黏結(jié)碎屑沉積物，或經(jīng)過與微生物活動相關(guān)的無機或有機誘導(dǎo)礦化作用在原地形成的沉積物[1-2]。近年來，微生物碳酸鹽巖在油氣勘探中的潛力也逐漸受到更多學(xué)者的關(guān)注和認可[3-13]，包括微生物的造丘成巖作用[6]、潛在的烴源巖母質(zhì)[7]以及對優(yōu)質(zhì)儲層形成的建設(shè)性作用[8, 10-11]等。已有的研究發(fā)現(xiàn)，微生物巖在地史中有著廣泛的分布，尤其以中新元古代、寒武紀和早奧陶世最為發(fā)育[14-15]。目前，四川盆地震旦系燈影組、塔里木盆地寒武系肖爾布拉克組、華北地區(qū)薊縣霧迷山組皆發(fā)現(xiàn)了與微生物建造相關(guān)的碳酸鹽巖優(yōu)質(zhì)油氣儲層，并獲得了大的商業(yè)發(fā)現(xiàn)[16-20]，表明我國廣為分布的古生界及前寒武紀微生物碳酸鹽巖具有巨大的勘探前景。而鄂爾多斯盆地奧陶系作為盆地天然氣勘探的重要層系[21-26]，一直以來認為含硬石膏結(jié)核或柱狀晶的泥粉晶白云巖以及晶粒云巖是主要的儲集巖類[25-26]，雖然前人對區(qū)內(nèi)儲集巖的認識角度不同，但鮮有從微生物巖的角度去探討儲集巖的報道。筆者在最近的巖芯和薄片觀察中發(fā)現(xiàn)，鄂爾多斯盆地東北部奧陶系馬五1+2存在微生物碳酸鹽巖，且具有一定的儲集能力。這將有助于理解鄂爾多斯盆地奧陶系馬家溝組儲層多樣性和拓寬鄂爾多斯盆地奧陶系的油氣勘探領(lǐng)域，并為國內(nèi)外微生物碳酸鹽巖的研究提供新的參考材料。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

鄂爾多斯盆地位于華北臺地西部，為一矩形構(gòu)造盆地，面積約2.5×105km2。馬家溝期，盆地內(nèi)部表現(xiàn)為隆坳相間格局，其北部為伊盟隆起；西南部發(fā)育因賀蘭裂谷沉降擴張而導(dǎo)致西緣裂谷肩部翹升所形成的正向構(gòu)造，即中央古隆起；在其東側(cè)則為與之伴生的陜北坳陷[25](圖1)。馬家溝組沉積之后，中奧陶世末加里東運動使華北臺地抬升為陸，盆地內(nèi)中奧陶統(tǒng)馬家溝組上部經(jīng)受了長達1.3億多年的風(fēng)化剝蝕[26]，形成了一套與風(fēng)化殼相關(guān)的儲集體。

鄂爾多斯盆地奧陶系馬家溝組五段沉積于局限—蒸發(fā)的陸表海碳酸鹽臺地環(huán)境，沉積水體鹽度偏高，其中馬五1+2處于相對海退期，主要為含膏云坪和膏鹽湖微相[24]，以發(fā)育含硬石膏結(jié)核或含硬石膏柱狀晶和結(jié)核的粉晶白云巖為主[25]，表現(xiàn)出局限—蒸發(fā)海臺地特征。研究區(qū)馬五1+2地處盆地東北部，其水體循環(huán)相對更好、能量更強，多處于浪基面—平均低潮線之間，以顆粒灘大量發(fā)育為特征，局部微地貌高地則主要發(fā)育臺坪，受馬家溝期后風(fēng)化殼巖溶疊合改造，區(qū)內(nèi)巖石類型多樣，主要包括含膏?？啄喾劬г茙r、顆粒云巖、微生物碳酸鹽巖以及大量巖溶建造巖等①譚秀成等．鄂爾多斯盆地東北部奧陶系馬五1+2風(fēng)化殼儲層特征及目標評價，西南石油大學(xué)報告(內(nèi)部資料)，2015.(圖1)。

圖1 鄂爾多斯盆地東北部馬五1+2微生物巖發(fā)育層段、發(fā)現(xiàn)井位及研究區(qū)構(gòu)造位置圖Fig.1 Developing stratum, discovered wells of microbialite and tectonic location of the study area in Ma51+2 member of Ordovician in northestern Ordos Basin

2 主要微生物類型及特征

微生物一般包括真菌、細菌、藻類和原生動物[27]，而微生物碳酸鹽巖的主要研究對象則是一種對碳酸鹽巖沉積物具有沉積與固定作用的藍細菌，由于藍細菌是一種似藻類細菌且具有營光合作用和固氮作用[14]，部分學(xué)者也將其稱為藍藻菌。鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，藍細菌是構(gòu)成鄂爾多斯盆地東北部奧陶系馬五1+2微生物碳酸鹽巖的主要微生物類型，其中以腎形菌(Renalcis)為主(圖2a,b)，在鏡下多呈腎形或不規(guī)則橢球形態(tài)，顏色較深，單體直徑約40～100 μm，泥晶壁邊界清晰，周圍為亮晶充填物(圖2a)。若干腎形菌常相互連接、融合生長而呈現(xiàn)出放射狀或從狀集合體形態(tài)(圖2b)，其間可見多期膠結(jié)物充填特征。研究區(qū)另一種微生物為管形藍細菌，其形態(tài)主要為由若干近平行的長條形管形藍細菌單體組成的紋層狀集合體(圖2c)，整體表現(xiàn)為直立向上生長特征。單體寬30～50 μm，長度變化范圍較大，一般為50～400 μm，中空結(jié)構(gòu)，管壁為暗色泥晶白云石，管腔及管體之間均被泥—粉晶白云石充填。該類管形藍細菌通常聚集發(fā)育，單體之間呈近平行排列生長。

3 巖石學(xué)特征

通過對巖芯和薄片的觀察發(fā)現(xiàn)，鄂爾多斯盆地東北部奧陶系馬五1+2亞段發(fā)育有規(guī)模不一的各類微生物碳酸鹽巖，與藍細菌生命活動相關(guān)，包括疊層石、菌紋層白云巖、藍細菌凝塊巖以及與微生物相關(guān)顆粒巖。

圖2 鄂爾多斯盆地東北部奧陶系馬五1+2主要微生物特征a.由腎形菌形成的微生物巖凝塊，泥晶壁邊界清晰(黃色箭頭)，米35井，2 589.47 m，馬，(-)；b.腎形菌相互連接、融合生長形成的放射狀(黃色箭頭)或從狀(藍色)集合體，其間為早期白云石和后期方解石膠結(jié)物充填，米35井，2 589.47 m，馬，(-)；c.近平行排列的長條狀管形菌單體，管壁為暗色泥晶白云石(黃色箭頭)，管腔和單體之間均被泥—粉晶白云石充填，米37井，2 838.30 m，馬五21，(-)。Fig.2 Characteristics of the major microbes in Ma51+2 member of Ordovician in northestern Ordos Basin

3.1 疊層石

研究區(qū)疊層石紋層形態(tài)類型較多，可分為近水平狀、微波狀和半球狀(圖3a)。紋層具亮暗相間結(jié)構(gòu)，暗層由富細菌泥晶白云石構(gòu)成，有機質(zhì)含量高，厚度1～4 mm，其邊緣凹凸不平；亮層為褐灰色泥粉晶白云石，厚度3～5 mm。紋層結(jié)構(gòu)邊緣通常呈高低起伏或斷續(xù)分布的特征，表明微生物席表面存在不規(guī)則的微地貌[18]。紋層構(gòu)造的形成主要受藍細菌生命活動的控制[14]，在藍細菌的間歇性生長過程中，其分泌胞外黏液物質(zhì)可形成一種獨特的EPS(胞外聚合物)，并黏合沉積物構(gòu)成黏性的微生物席，當(dāng)有碳酸鹽沉積物供給時，微生物席黏結(jié)、捕獲海水中的沉積物(灰泥、顆粒)形成亮層；在缺乏碳酸鹽沉積物供給時，微生物席生長并不斷鈣化形成暗層[18]。

已有的研究表明，疊層石在不同水深條件下均可生長，但主要發(fā)育于潮間帶及淺潮下帶[28]。水平狀和微波狀細菌紋層結(jié)構(gòu)反映其形成時的水動力較弱，是潮間帶上部的標志性產(chǎn)物。而半球狀疊層石則反映了水動力相對更強的潮間帶下部環(huán)境。

3.2 菌紋層白云巖

菌紋層白云巖主要表現(xiàn)為由藍細菌群落的生命活動形成的暗層與亮層規(guī)律變化的紋層構(gòu)造，包括水平紋層和不規(guī)則紋層。前者由深灰色富藍細菌暗層與淺灰色泥粉晶白云石亮層構(gòu)成(圖3b)，整體層理清晰，較穩(wěn)定，局部可見暗層與亮層相互穿插，邊緣呈不規(guī)則鋸齒狀。不規(guī)則紋層則表現(xiàn)為由局部富集的管形藍細菌構(gòu)成的紋層結(jié)構(gòu)，巖芯上可見清晰的管形菌集合體紋層，顏色較深，呈不規(guī)則狀，整體上表現(xiàn)出直立向上生長趨勢，紋層間為灰褐色泥晶白云石(圖3c)。在鏡下，以近平行排列的管形菌單體為主要特征，管壁為暗色泥晶白云石，管腔及單體之間均被灰褐色泥—粉晶白云石充填(圖3d)，反映了一種較低能的沉積環(huán)境。

3.3 藍細菌凝塊巖

主要是由藍細菌及其分泌物黏結(jié)海水中的沉積物所構(gòu)成的凝塊結(jié)構(gòu)。從鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)微生物巖建造中發(fā)育大量凝塊結(jié)構(gòu)，與微生物席的黏結(jié)作用有關(guān)，其黏結(jié)物主要為泥晶或顆粒(砂屑、粉屑)物質(zhì)，窗格孔發(fā)育。

藍細菌群落在生長過程中相互連接、融合并黏結(jié)泥晶物質(zhì)形成微生物巖凝塊，這些凝塊可進一步黏合而呈現(xiàn)出深褐色—黑色網(wǎng)狀或團簇狀形態(tài)特征(圖3e～f)，個體較大，邊緣可見暗色的泥晶包殼(圖3g)。凝塊間多為黏結(jié)微生物形成的空腔，被多期膠結(jié)物充填，第一期為櫛殼狀泥晶白云石，后期為細—粗晶白云石或方解石膠結(jié)物(圖3e，g)，常見不規(guī)則狀溶蝕殘余孔洞；另一方面，當(dāng)高能水體突然變?nèi)鯐r，微生物群落將海水中的顆粒物質(zhì)黏結(jié)起來同樣可以形成各種黏結(jié)結(jié)構(gòu)，顆粒以砂屑和粉屑為主，其分選、磨圓較差，多呈不規(guī)則狀。顆粒間的藍細菌黏結(jié)現(xiàn)象明顯，使得顆粒之間無清晰的邊界，構(gòu)成一類特殊的凝塊結(jié)構(gòu)，凝塊間多為亮晶自形白云石半充填。研究區(qū)藍細菌凝塊云巖多發(fā)育于水體能量相對較強的潮下高能帶，與微生物丘的建造往往有著密切的聯(lián)系。

3.4 與微生物相關(guān)的顆粒巖

3.4.1 藻團塊云巖

由菌藻及其分泌物黏結(jié)碳酸鹽沉積物而成、內(nèi)部無明顯結(jié)構(gòu)，與藍細菌的黏結(jié)作用相關(guān)，在鏡下呈暗黑色團塊，具不規(guī)則邊界，內(nèi)部偶見菌藻黏結(jié)生長痕跡。與凝塊巖相比，藻團塊云巖多表現(xiàn)為較孤立的團塊分布特征，且團塊直徑較大，通常大于1 mm，團塊間為褐色泥粉晶白云石充填(圖3h)，反映一種相對更加低能的沉積環(huán)境。

3.4.2 菌黏結(jié)砂屑云巖

由藍細菌及其黏液分泌物黏結(jié)、纏繞砂屑生長而成，具典型的砂屑結(jié)構(gòu)，顆粒支撐。砂屑顆粒主要呈褐色球狀或橢球狀，含量一般大于60%，粒徑0.15～0.4 mm，分選較差，磨圓較好，偶見形態(tài)模糊的藍細菌生長痕跡。砂屑間填隙物以亮晶自形白云石為主，溶孔發(fā)育(圖3i～j)。

3.4.3 菌球粒云巖

生物排泄成因，在鏡下呈黑色卵形或橢球形，粒徑30～80 μm，分散排布且不具特殊內(nèi)部結(jié)構(gòu)，分選、磨圓較好，有機質(zhì)含量高，粒間主要為粉—細晶白云石膠結(jié)物(圖3k)。

圖3 鄂爾多斯盆地東北部奧陶系馬五1+2微生物碳酸鹽巖類型a.半球狀疊層石，統(tǒng)52井，2 970.41～2 970.59 m，馬；b.菌紋層白云巖，水平狀藍細菌紋層，整體層理清晰，較穩(wěn)定，局部可見暗層與亮層相互穿插，邊緣呈不規(guī)則鋸齒狀，榆89井，2 677.31～2 677.38 m，馬；c.菌紋層白云巖，不規(guī)則狀藍細菌紋層，整體表現(xiàn)為向上生長趨勢，米37井，2 838.30 m，馬；d.菌紋層白云巖，管形菌集合體與基巖邊界清晰，米37井，2 838.30 m，馬，(-)；e.藍細菌凝塊云巖，團簇狀凝塊結(jié)構(gòu)，凝塊間多期白云石膠結(jié)充填，米35井，2 589.71 m，馬，(-)；f.藍細菌凝塊云巖，網(wǎng)狀凝塊結(jié)構(gòu)，米35井，2 589.71 m，馬，(-)；g.藍細菌凝塊云巖，邊緣見黑色泥晶包殼(黃色箭頭)，其間為中—粗晶方解石充填，米35井，2 589.81 m，馬，(-)；h.藻團塊云巖，不規(guī)則團塊間泥粉晶白云石充填，統(tǒng)52井，2 970.1 m，馬，(-)；i.菌黏結(jié)砂屑云巖，(擴溶)殘余粒間孔發(fā)育，米35井，2 589.56 m，馬，藍色鑄體薄片(-)；j.菌黏結(jié)砂屑云巖，(擴溶)殘余粒間孔發(fā)育，榆102井，2 550.46 m，馬；k.菌球粒云巖，(擴溶)殘余粒間孔發(fā)育，米35井，2 589.81 m，馬；l.礫屑云巖，礫石成分為藍細菌凝塊巖，米35井，2 591.53 m，馬。Fig.3 Types of microbial carbonate in Ma51+2 member of Ordovician in northestern Ordos Basin

3.4.4 礫屑云巖

深褐色，次圓—次棱角狀，粒徑大于2 mm，該類礫石多由上部原巖經(jīng)波浪破碎或巖溶垮塌而形成，其成分主要為亮晶膠結(jié)的菌黏結(jié)砂屑云巖或凝塊云巖(圖3l)。

4 微生物碳酸鹽巖建造序列及沉積模式

4.1 微生物丘相序特征

區(qū)內(nèi)微生物碳酸鹽巖的發(fā)育建造與潮汐、波浪作用密切相關(guān)，可分為藻坪和微生物丘。藻坪發(fā)育于平均低潮線與平均高潮線之間的潮間帶環(huán)境，主要受控于潮汐作用。其巖石類型較單一，以發(fā)育近水平狀、微波狀和半球狀疊層石為主要特征，分別反映了水動力相對較弱及相對較強的潮間帶上部和潮間帶下部環(huán)境；而微生物丘發(fā)育于平均低潮線之下的較深水潮下環(huán)境，是區(qū)內(nèi)最主要的微生物巖建造方式，下面主要對微生物丘的垂向序列及其發(fā)育特征進行闡述。

與藍細菌等生命活動相關(guān)的微生物碳酸鹽巖建隆產(chǎn)出的環(huán)境水深變化較大，在臺地內(nèi)部、臺地邊緣、陸坡等環(huán)境均可發(fā)育[16,29-30]。研究區(qū)發(fā)現(xiàn)的微生物丘位于臺地內(nèi)部，屬臺內(nèi)丘，垂向上可分為丘基、丘核、丘坪微相(圖4a)。

(1) 丘基：位于微生物丘的最底部，為微生物發(fā)展的初期奠基和拓殖階段。此時，位于水下局部高部位的顆粒灘作為丘體發(fā)育的基礎(chǔ)，也構(gòu)成了微生物丘的丘基微相，其巖性主要為褐灰色花斑砂屑云巖，微生物較缺乏。

(2) 丘核：位于丘體的中部，微生物生長繁盛，為微生物發(fā)展的泛殖階段，下部主要為深褐色藍細菌凝塊云巖，窗格孔較發(fā)育，多期白云石膠結(jié)物充填；丘核上部主要為褐灰色菌黏結(jié)砂屑云巖，砂屑間泥粉晶白云石充填。丘核發(fā)育于能量較高的沉積相帶，其未被充填的或經(jīng)后期巖溶疊加改造后的殘余(擴溶)窗格孔和粒間溶孔可作為良好的油氣儲集空間。

(3) 丘坪：位于丘體的頂部，為微生物發(fā)展的衰亡階段，主要發(fā)育褐灰色泥粉晶云巖，局部可見藍細菌黏結(jié)結(jié)構(gòu)。受海退影響，可暴露遭受大氣淡水淋溶作用，形成各類受巖溶改造影響的巖溶建造巖。

由于丘體的生長速率遠大于正常海水沉積物的沉積速率，研究區(qū)微生物丘具有向上變淺的建造序列特征(圖4)。當(dāng)水體較深時，以花斑砂屑云巖為主的顆粒灘作為丘體發(fā)育的基礎(chǔ)，也構(gòu)成微生物丘的丘基；隨著海水逐漸變淺，水動力增強，以藍細菌為主的微生物開始在丘基上大量生長繁殖，并不斷進行新陳代謝。藍細菌及其黏液分泌物黏結(jié)、捕獲海水中的沉積質(zhì)點，并不斷黏合形成藍細菌凝塊巖或藍細菌黏結(jié)砂屑云巖，營造微生物丘的主體——丘核。此時，微生物丘快速增長，形成水下的正地貌沉積體；而后，水體繼續(xù)變淺，水動力和波浪擾動作用進一步增強，當(dāng)沉積界面接近海平面時，微生物在這樣動蕩的水體中難以生存，藍細菌逐漸衰亡，以泥粉晶云巖為主，局部發(fā)育藍細菌黏結(jié)結(jié)構(gòu)，構(gòu)成丘坪(圖4a)。當(dāng)水體循環(huán)受限、海水咸度較大時，以藍細菌凝塊巖為主的丘核之上可直接過渡為含膏?？啄喾劬г茙r，而缺乏丘坪沉積(圖4b)。至此，單個微生物丘旋回生長結(jié)束。

若海平面持續(xù)下降，丘坪因暴露而受到大氣淡水環(huán)境下的巖溶改造，形成各類巖溶改造巖。當(dāng)發(fā)生區(qū)域性海平面上升，丘體重新被海水淹沒，此時，便開始下一個微生物丘旋回的生長，前一旋回的丘坪又成為下一微生物丘發(fā)育的基礎(chǔ)。

研究區(qū)發(fā)現(xiàn)的微生物丘發(fā)育規(guī)模普遍較小，單旋回厚度一般小于1 m，在垂向上可呈重復(fù)疊置出現(xiàn)。自下而上構(gòu)成灘間海—顆粒灘—微生物丘—臺坪以及(半)局限潟湖—顆粒灘—微生物丘—臺坪的完整或不完整沉積相序組合，具有向上變淺的相序特征。此外，發(fā)育于微生物丘下部的顆粒灘既是丘體發(fā)育的基礎(chǔ)，也構(gòu)成微生物丘的丘基微相。因此，微生物丘往往與顆粒灘共生構(gòu)成一類特殊的沉積體——丘灘復(fù)合體(圖4)。目前僅在研究區(qū)取芯井的局部層段識別出主要由藍細菌凝塊巖構(gòu)成的微生物丘，但這并不代表僅在此處有丘體建造。究其原因，由于馬家溝期后多期巖溶的疊加影響和改造[31]，該類巖性在巖芯上的宏觀表征與花斑狀砂屑云巖極其相似，因而很可能被誤認為花斑狀砂屑云巖或受巖溶破壞難以識別。而微生物丘典型的窗格孔構(gòu)造在巖芯上由于巖溶改造影響其宏觀特征不明顯，在鏡下可以看到。

圖4 鄂爾多斯盆地東北部米35井奧陶系馬五1+2微生物丘典型相序Fig.4 Sedimentary sequence of microbial dolomite of Well Mi35 in Ma51+2 member of Ordovician in northestern Ordos Basin

4.2 微生物碳酸鹽巖沉積模式

研究區(qū)微生物巖的發(fā)育受控于波浪作用，主要發(fā)育于潮間—潮下帶，與水動力能量的強弱有直接的關(guān)系，且在各自的沉積環(huán)境上具有一定的分帶性，也常以微生物巖石組合的形式出現(xiàn)。潮間帶主要發(fā)育近水平、微波狀和半球狀疊層石。潮下帶微生物巖發(fā)育較豐富，類型較多。其中，位于正常浪基面之上的潮下高能環(huán)境主要為藍細菌凝塊巖、菌黏結(jié)砂屑云巖，多具亮晶膠結(jié)結(jié)構(gòu)。而正常浪基面之下的潮下低能帶則主要發(fā)育菌紋層白云巖及少量藻團塊和菌球粒云巖，偶見礫屑云巖，其礫石成分主要為菌黏結(jié)砂屑云巖或凝塊巖，由上部原巖經(jīng)波浪破碎或巖溶垮塌形成。綜上，建立研究區(qū)微生物巖沉積模式如圖5所示。

5 微生物碳酸鹽巖儲集意義

目前，在研究區(qū)馬五1+2各亞段和小層均發(fā)現(xiàn)有微生物碳酸鹽巖存在，但以馬五2亞段為主，包括藍細菌凝塊巖、菌黏結(jié)砂屑云巖和疊層石等，由于強烈的多期巖溶疊合改造影響，馬五1+2地層原巖的宏微觀特征均因表生巖溶使原始組構(gòu)不同程度破壞，并以發(fā)育大量巖溶改造巖為主[25,31]，因而難以準確分析區(qū)內(nèi)微生物巖的縱、橫向展布特征；但當(dāng)巖溶作用影響較弱時，微生物結(jié)構(gòu)在鏡下仍可清晰識別(圖3)。此外，筆者在對盆地東部未遭受巖溶改造影響的馬五6—馬五10亞段巖芯觀察中也大量發(fā)現(xiàn)微生物結(jié)構(gòu)及其相關(guān)儲層的存在，這表明微生物巖是鄂爾多斯盆地奧陶系馬家溝組五段重要的沉積建造和儲集巖類之一。

5.1 儲集空間類型

如前所述，區(qū)內(nèi)微生物碳酸鹽巖建造由藍細菌凝塊巖和菌黏結(jié)砂屑云巖構(gòu)成了鄂爾多斯盆地東北部奧陶系馬五1+2主要的微生物儲集巖類，儲集空間則包括凝塊間膠結(jié)充填物內(nèi)的晶間(溶)孔(圖6a)、微生物相關(guān)顆粒間的不規(guī)則(溶擴)殘余粒間孔(圖3i、圖6b)以及與微生物席的黏結(jié)捕獲作用相關(guān)的以窗格孔為特征的(溶擴)殘余原始孔隙(圖6c～f)。

(1) 晶間(溶)孔

晶間孔多是由粉晶白云石膠結(jié)充填物充填先期凝塊間孔隙或窗格孔后，充填剩余的膠結(jié)物間孔隙，也可受后期擴溶影響，形成晶間溶孔(圖6a)，本質(zhì)上屬于原生孔隙的充填剩余空間。此類孔隙發(fā)育頻率較低，其孔徑大小約0.02～0.05 mm，呈不規(guī)則多邊形，內(nèi)邊緣具明顯的溶蝕痕跡，面孔率約0.5%。

(2) (溶擴)殘余粒間孔

殘余粒間孔是藍細菌黏結(jié)顆粒之間的粒間孔隙被亮晶白云石膠結(jié)物半充填后殘余的孔隙空間，后期受埋藏巖溶作用影響而溶蝕擴大，形成擴溶殘余粒間孔(圖3i、圖6b)，孔隙空間總體上為原生孔隙保存成因。這類孔隙主要發(fā)育于菌黏結(jié)砂屑云巖等與微生物活動相關(guān)的顆粒巖中，位于微生物丘的丘核部位，孔徑大小約0.05～0.4 mm，面孔率2%～5%，發(fā)育頻率較高。

(3) 窗格孔

窗格孔一般認為是碳酸鹽巖沉積早期形成的原生孔隙[32]，研究區(qū)發(fā)育的窗格孔主要為藍細菌凝塊間的未被后期白云石、方解石等所充填的殘余原生孔，后期溶蝕擴大后形成溶擴孔。由于藍細菌在生長過程中黏結(jié)、纏繞灰泥和顆粒物質(zhì)形成大量凝塊結(jié)構(gòu)和原始窗格孔系統(tǒng)，在成巖過程中，部分窗格孔被基質(zhì)和多期亮晶膠結(jié)物所充填，不具有儲集意義。而未被充填的或經(jīng)后期溶蝕、擴溶形成的(溶擴)殘余窗格孔則具有較好的儲集性能(圖6c～f)，這類孔隙主要發(fā)育于微生物丘的丘核部位。其孔徑大小約0.1～0.3 mm，面孔率2%～5%，是區(qū)內(nèi)最主要的微生物巖儲集空間類型。

圖5 鄂爾多斯盆地東北部奧陶系馬五1+2微生物碳酸鹽巖沉積模式Fig.5 Sedimentary model of microbial carbonate in Ma51+2 member of Ordovician in northestern Ordos Basin

圖6 鄂爾多斯盆地東北部奧陶系馬五1+2微生物碳酸鹽巖儲集空間類型a.膠結(jié)充填物間的晶間溶孔，米35井，2 589.71 m，馬，藍色鑄體薄片(-)；b.菌黏結(jié)砂屑云巖，溶擴的殘余粒間孔，細—中晶自形白云石半充填，榆102井，2 550.46 m，馬，藍色鑄體薄片(-)；c.藍細菌凝塊云巖，(溶擴)殘余窗格孔，米35井，2 590.05 m，馬，藍色鑄體薄片(-)；d.藍細菌凝塊云巖，(擴溶)殘余窗格孔，方解石和細—粉晶白云石半充填，榆102井，2 550.56 m，馬，藍色鑄體薄片(-)；e.藍細菌凝塊云巖，(擴溶)殘余窗格孔，方解石和粉晶白云石半充填，米35井，2 589.71 m，馬，藍色鑄體薄片(-)；f.藍細菌凝塊云巖，(擴溶)殘余窗格孔，米35井，2 589.69 m，馬，藍色鑄體薄片(-)。Fig.6 Types of microbial carbonate reservoir space in Ma51+2 member of Ordovician in northestern Ordos Basin

5.2 物性特征及與儲集層發(fā)育關(guān)系

對區(qū)內(nèi)已發(fā)現(xiàn)微生物碳酸鹽巖存在的5口取芯井僅有的13個巖芯樣品進行分析，其孔隙度為0.99%～7.58%，平均3.41%；滲透率主要分布在0.01×10-3～0.37×10-3μm2，當(dāng)有裂縫存在時，滲透率可達到2.58×10-3μm2，整體表現(xiàn)為中孔、低滲特征。其中，微生物丘的丘核部位為潮下高能環(huán)境的產(chǎn)物，最有利于微生物巖儲層的發(fā)育，以藍細菌凝塊巖和菌黏結(jié)砂屑云巖為主，其平均巖芯孔隙度可達4%。此外，微生物丘的丘核部位常常與各類型的顆粒灘相伴生，雖然單個生物丘的規(guī)模有限，但通過與顆粒灘相連，其形成的丘灘復(fù)合體具有相當(dāng)可觀的規(guī)模(圖7)。

圖7 米35井馬五1+2微生物丘與儲集層發(fā)育關(guān)系Fig.7 Relationship between the development of microbial mound and reservoir of Well Mi35

6 結(jié)語

鄂爾多斯盆地東北部奧陶系馬五1+2亞段發(fā)育有規(guī)模不等的微生物碳酸鹽巖，藍細菌是主要的微生物類型，相關(guān)的巖石類型包括疊層石、菌紋層白云巖、藍細菌凝塊云巖以及與微生物相關(guān)的顆粒巖類。區(qū)內(nèi)發(fā)育藻坪和微生物丘，前者以疊層石為主要特征，發(fā)育于潮間帶；微生物丘發(fā)育規(guī)模及分布頻率較小，由各類藍細菌黏結(jié)巖構(gòu)成，發(fā)育于潮下高能環(huán)境，并在縱向上構(gòu)成丘基—丘核—丘坪的旋回組合，具有向上變淺的演化特點。此外，微生物丘常與之下部的顆粒灘共生，構(gòu)成丘灘復(fù)合體。微生物碳酸鹽巖及與之相伴的顆粒巖在奧陶系馬五1+2亞段具有相當(dāng)?shù)暮穸纫?guī)模，因而有必要重新審視盆地內(nèi)馬五1+2期的沉積格局。

區(qū)內(nèi)微生物碳酸鹽巖以窗格孔和(溶擴)殘余粒間孔發(fā)育為特征，并具有較為優(yōu)越的儲集性能和一定規(guī)模。這證實了鄂爾多斯盆地東部奧陶系馬五1+2亞段碳酸鹽巖儲集巖并非完全以膏模孔儲層為主，而存在多樣化的儲集巖類，這一認識也為盆地東部勘探提供了依據(jù)。

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Sedimentary Characteristics and Reservoir Significance of Microbial Carbonate in Ma51+2Member of Ordovician in Northestern Ordos Basin

XIONG Ying1,2YAO JingLi3LI Ling1,2HOU YunDong3XIAO Di2NIE WanCai3ZHAO DongFang1TAN XiuCheng1,2

(1. State Key Laboratory of Oil and Gas Reservoir Geology and Exploitation, Southwest Petroleum University, Chengdu 610500, China;2. PetroChina Deposition and Accumulation Department of Key Laboratory of Carbonate Reservoirs, Southwest Petroleum University, Chengdu 610500, China;3. Exploration and Development Research Institute of PetroChina Changqing Oilfield Company, Xi’an 710021, China)

Based on core, thin section and physical properties, the sedimentary characteristics and reservoir significance of microbial carbonate in Ma51+2member of Ordovician in northestern Ordos Basin were studied. Different scale of microbial carbonates constructions formed by cyanobacteria community were found in the study area. Algal flat and microbial mound are found in Ma51+2member, formed by stromatolite, cyanobacteria laminar dolomitite, cyanobacteria thrombolite and some grainstone connected with microbes. The microbial mound develops on a small scale in vertical, mostly less than 1 m thick per cycle. And, the microbial mound has a depositional model of mound base-core-flat in vertical which reflects a drop in sea level, formed by piebald clastic dolomite, cyanobacteria thrombolite, algal bound sand-clastic dolomitite and cyanobacteria laminar dolomitite. Besides, it also develops into the mound-shoal complex together with grain beach. Fenestral pores and intergranular dissolved pores were found in cyanobacteria thrombolite and algal bound sand-clastic dolomitite which shows the characteristics of medium porosity and low permeability totally. It can be one of the reservoir rocks in northestern Ordos Basin.

microbial carbonate; cyanobacteria; microbial mound; Ma51+2; Ordovician; northestern Ordos Basin

1000-0550(2016)05-0963-10

10.14027/j.cnki.cjxb.2016.05.015

2015-11-05； 收修改稿日期： 2016-01-22

國家科技重大專項項目(2016ZX05004002-001，2016ZX05004006-001-002)；四川省省屬高?！胺浅Ｒ?guī)油氣”科研創(chuàng)新團隊建設(shè)計劃[Foundation: National Science and Technology Major Projects, No.2016ZX05004002-001, 2016ZX05004006-001-002; Sichuan Provincial University "non conventional Oil and Gas" Scientific Research and Innovation Team Construction Plan]

熊 鷹 男 1993年出生 碩士研究生 儲層地質(zhì)學(xué) E-mail: xiongying511602@163.com

譚秀成 男 教授 E-mail: tanxiucheng70@163.com

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