鄂爾多斯盆地東南部馬家溝組上組合沉積微相特征及展布規(guī)律

王 果, 仲向云, 張成弓, 方繼瑤, 李婧娟

(1.油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(成都理工大學(xué))，成都 610059;2.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司 油田開(kāi)發(fā)事業(yè)部，西安 710018)

研究區(qū)位于延安以南、正寧以東、耀縣以北、山西鄉(xiāng)寧以西，面積約 60 000 km2，大地構(gòu)造位置主要屬于伊陜斜坡南部、天環(huán)拗陷南段和渭北隆起區(qū)(圖1)。前人對(duì)于宜川-黃龍地區(qū)的研究主要集中于巖溶古地貌分析、白云巖成因以及鹽下沉積相的研究[1-4]，而對(duì)于馬五1-馬五4亞段沉積環(huán)境與沉積相帶類型劃分與展布分析程度不夠，有待深化。因此，有必要重點(diǎn)針對(duì)下古生界馬五1—馬五4亞段開(kāi)展沉積相帶分布特征研究。

鄂爾多斯盆地東南部奧陶系沉積的主要層位為馬家溝組，幾乎在全區(qū)都有分布。前人在對(duì)馬家溝組進(jìn)行研究后，結(jié)合其巖石學(xué)特征以及沉積特征，將馬家溝組由上至下分為馬一到馬六段；而馬家溝組作為重要的主力產(chǎn)氣層，被油氣勘探部門自下而上分為3個(gè)含氣組合：下組合為馬家溝組4段，中組合為馬五5-馬五10亞段，上組合為馬五1-馬五4亞段[5-7]。本次研究的即是上組合馬五1-馬五4亞段，巖石類型主要有細(xì)粉晶白云巖、泥質(zhì)白云巖、含膏白云巖、泥巖等。

1 沉積微相類型及特征

1.1 白云巖類型及特征

1.1.1 含膏細(xì)粉晶云巖

含膏粉晶云巖具粉—細(xì)晶結(jié)構(gòu)，石膏的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(w)為5%～30%，多發(fā)育蒸發(fā)沉積環(huán)境的潮上帶，鏡下觀察石膏常呈結(jié)核狀，也可見(jiàn)平直板狀、柱狀或不規(guī)則狀，常伴隨泥質(zhì)紋層產(chǎn)出；準(zhǔn)同生期淡水淋濾，不穩(wěn)定膏鹽類易溶蝕發(fā)生去膏化形成膏?？?晶?？?，然后被方解石部分充填，主要發(fā)育在馬五1、馬五2，馬五4(圖2-A、B)。

1.1.2 砂屑白云巖

砂屑白云巖主要成分為泥微晶白云巖，具砂屑結(jié)構(gòu)，砂屑粒度為0.03～0.2 mm，大的礫屑一般還包括一些小的分散的砂屑，砂礫屑通常為粉—細(xì)晶結(jié)構(gòu)的白云石，砂屑往往與生物屑伴生，常見(jiàn)藻類、海百合、腕足等，以藻類生物為主，個(gè)別含有球粒藻砂屑白云巖(圖2-C)，部分藻砂屑可見(jiàn)明顯灰化作用。粒屑間被亮晶—微亮晶膠結(jié)物充填，甚至發(fā)育2期膠結(jié)，早期為細(xì)粒狀白云石，晚期中—粗粒白云石充填于殘余砂屑間孔隙(圖2-D)。這類巖石偶見(jiàn)于馬五1、馬五2及馬五4小層內(nèi)。

1.1.3 粉晶云巖

粉晶云巖多為灰色-灰白色，成分主要為粗粉晶白云石，粒度為0.02～0.2 mm，多呈自形-半自形；部分自形晶白云石具有明顯的霧心亮邊結(jié)構(gòu)。由于發(fā)生次生灰化作用或者白云石化局部不徹底，在部分晶體較大的白云石里含有少量方解石，使得薄片在染色后部分呈現(xiàn)紅色。巖石局部發(fā)育較好的晶間孔，偶見(jiàn)鳥(niǎo)眼構(gòu)造。鳥(niǎo)眼孔內(nèi)往往被滲流砂及后期碳酸鈣充填，局部可見(jiàn)黃鐵礦呈斑點(diǎn)狀聚集。偶見(jiàn)泥質(zhì)呈不規(guī)則斷續(xù)條狀產(chǎn)出(圖2-E)。

1.1.4 含灰云巖

發(fā)育少量泥質(zhì)紋層；白云石晶粒以粉微晶為主，晶間由方解石膠結(jié)，含少許泥質(zhì)，發(fā)育晶間孔。局部斑塊狀未徹底云化現(xiàn)象，后期發(fā)生溶蝕現(xiàn)象，被方解石充填，可見(jiàn)一些白云石殘?jiān)∮谏厦?圖2-F)。

橡膠粉密度較小，在攪拌和振搗過(guò)程中容易出現(xiàn)上浮現(xiàn)象，導(dǎo)致漿體表面析出均勻分布的黑點(diǎn)。添加適量的增稠劑能提高漿體的粘度，減少橡膠粉上浮。同時(shí)由于成品纖維為束狀結(jié)構(gòu)，為使纖維在攪拌過(guò)程中均勻分散，其摻入速度應(yīng)得到有效控制。從而使兩種材料在基體中分布趨于均勻、連續(xù)。具體的試驗(yàn)步驟為：先取部分膠凝材料及石英砂進(jìn)行攪拌混合，而后倒入一定量的水和減水劑的混合溶液；在快速攪拌過(guò)程中再逐步添加纖維；最后將剩余的材料全部摻入進(jìn)行攪拌，直至充分均勻。

1.2 沉積微相類型及分布

研究區(qū)馬五段主要為陸表海臺(tái)地沉積，廣泛發(fā)育潮坪相[8-10]。本次研究充分利用了前人的研究成果，再對(duì)巖心和鑄體薄片進(jìn)行鑒定分析，結(jié)合單井?dāng)?shù)據(jù)資料，參照威爾遜碳酸鹽巖沉積相模式，對(duì)沉積相進(jìn)行了劃分(表1)[11-16]。研究區(qū)的沉積相被確定為蒸發(fā)潮坪相，潮上及潮間亞相；再根據(jù)主要巖石類型，結(jié)合沉積構(gòu)造劃分為含膏云坪、灰云坪等沉積微相。

圖2 鄂爾多斯盆地東南部馬五1-馬五4期沉積微相巖石特征Fig.2 Petrological characteristics of sedimentary microfacies of M51-M54 in southeastern Ordos Basin(A)含膏細(xì)粉晶云巖,馬五1，宜參1井，深度2 635 m; (B)含膏細(xì)粉晶云巖，馬五1，宜6井，深度2 303.7 m; (C)砂屑白云巖， 馬五2，宜17井，深度 2 528.23 m; (D)砂屑白云巖， 馬五1， 宜5井，深度2 301.12 m; (E)粉晶云巖,馬五4,宜17井,深度 2 550.16 m，(+); (F)含灰云巖，馬五1，宜10井，深度2 399.00 m

研究區(qū)馬五1-馬五4內(nèi)有大量石膏及蒸發(fā)暴露標(biāo)志，證明其沉積環(huán)境為干旱潮坪，主要發(fā)育潮上帶，局部為潮間帶，未發(fā)現(xiàn)有潮下帶沉積的特征。根據(jù)其沉積微相特征，細(xì)分為潮上泥云坪、潮上云坪、潮上膏云坪、潮上灰云坪、顆粒灘等沉積微相(圖3)。

1.3 沉積微相主要特征

馬五1-馬五4期總體以潮上帶沉積為主體，潮上泥云坪、潮上云坪、潮上含膏灰云坪和潮上膏云坪環(huán)古隆起邊緣呈帶狀展布，潮間帶亞相則位于環(huán)古隆起邊緣更遠(yuǎn)處呈環(huán)帶狀分布。

表1 鄂爾多斯盆地東南部馬五1-馬五4沉積體系劃分Table 1 Division of the sedimentary system of M51-M54 in the southeastern Ordos Basin

1.3.1 泥云坪

泥云坪微相巖性主要為泥云巖、白云質(zhì)泥巖、含云泥巖，巖石多為深灰-黑色，以紋層狀構(gòu)造產(chǎn)出，發(fā)育藻紋層。常見(jiàn)黑色薄層狀的泥巖以及石膏假晶，并常見(jiàn)沖刷痕以及干裂等明顯的蒸發(fā)環(huán)境沉積構(gòu)造。由于泥質(zhì)含量較高，巖石結(jié)構(gòu)也較為致密，因此泥云坪微相的孔隙較差。馬五1-馬五4各時(shí)期均有發(fā)育，且均沿古隆起呈環(huán)帶狀分布。

1.3.2 灰云坪

灰云坪微相主要發(fā)育在馬五3和馬五4時(shí)期，巖性主要以淺灰色-灰色泥-粉晶灰云巖為主，發(fā)育少量泥巖，水平層理發(fā)育。部分巖石中可見(jiàn)到少量石膏假晶，發(fā)育較多的晶間孔和裂縫。這一類巖石主要是由于高鹽度環(huán)境并且發(fā)生準(zhǔn)同生白云巖化作用形成的。

1.3.3 顆粒灘

顆粒灘的巖性主要為砂屑白云巖和鮞粒白云巖，在研究區(qū)發(fā)育極少，僅在馬五4和馬五3沉積期的宜18井和富古7井見(jiàn)到。

圖3 宜10井沉積微相綜合柱狀圖Fig.3 Comprehensive histogram showing sedimentary microfacies of the Well Yi-10

含膏云坪微相主要發(fā)育在馬五1、馬五2和馬五3時(shí)期，巖性主要為含膏云巖和泥晶白云巖。含膏云巖主要出現(xiàn)在含膏云坪的中上部，普遍發(fā)育各類暴露構(gòu)造，且含有大量的溶蝕孔洞，是重要的溶蝕孔洞型儲(chǔ)集層；泥晶白云巖主要出現(xiàn)在含膏云坪的底部，發(fā)育大量柱狀石膏假晶，偶見(jiàn)水平層理。

1.3.5 膏云坪

膏云坪微相主要發(fā)育膏質(zhì)白云巖、膏質(zhì)泥云巖和巖溶角礫云巖，各時(shí)期均有發(fā)育。由于膏云坪處于蒸發(fā)作用強(qiáng)烈的地區(qū)，所以可見(jiàn)一些較薄的石膏層。巖石中發(fā)育大量膏溶孔，孔徑為3～4 mm，部分被后期方解石或者白云石充填。

2 巖相古地理特征

研究區(qū)馬五5期在華北地臺(tái)有一次較為短暫的海侵期，而在這之后，海平面逐漸下降，海水逐漸變少，由此形成了一個(gè)完整的海平面升降旋回。沉積物為一套厚度最大為100 m的潮間-潮上沉積，巖性主要從泥云巖、白云質(zhì)泥巖、含云泥巖過(guò)渡到灰云巖，再到含膏云巖或膏云巖，表明了海平面逐漸下降、蒸發(fā)暴露逐漸變強(qiáng)的沉積過(guò)程。

2.1 馬五4時(shí)期

馬五4期研究區(qū)的古隆起范圍在宜君—洛川—富古3井一帶西側(cè)，但較馬五3期而言范圍略有縮小。在宜君—宜27井—延112井一帶發(fā)育泥云坪微相，巖性以泥云巖和含泥白云巖為主，沿古隆起呈環(huán)帶狀展布；在延安—宜川—銅川一帶發(fā)育灰云坪微相，沉積一套灰質(zhì)白云巖和含灰白云巖，在宜18井和富古7井區(qū)域發(fā)育顆粒灘沉積，巖性主要為砂屑白云巖和鮞粒白云巖；沿延長(zhǎng)—安塞北部地區(qū)逐漸發(fā)育局限海沉積環(huán)境的膏鹽湖微相，巖性主要為膏質(zhì)白云巖；沿耀縣—澄城南部地區(qū)逐漸發(fā)育開(kāi)闊臺(tái)地沉積環(huán)境，巖性以灰?guī)r為主(圖4-A)。

圖4 鄂爾多斯盆地東南部馬五1-馬五4期巖相古地理圖Fig.4 Lithofacies paleogeographic map of M51-M54 in southeastern Ordos Basin(A)馬五4期; (B)馬五3期; (C)馬五2期; (D)馬五1期

2.2 馬五3時(shí)期

馬五3期研究區(qū)的古隆起范圍依然在宜君—洛川—富古3井一帶西側(cè)。在宜君—黃龍—甘泉一帶發(fā)育泥云坪微相，巖性以泥質(zhì)白云巖和含泥白云巖為主，沿古隆起呈環(huán)帶狀展布；在宜18井和富古7井區(qū)域發(fā)育顆粒灘沉積，巖性主要為砂屑白云巖和鮞粒白云巖；在延安—宜川—耀縣一帶發(fā)育灰云坪微相，巖性以灰質(zhì)白云巖或含灰白云巖為主；沿延長(zhǎng)—安塞北部地區(qū)逐漸發(fā)育局限海沉積環(huán)境的含膏云坪微相，巖性主要為含膏粉晶白云巖和角礫狀膏質(zhì)白云巖；再向北過(guò)渡為膏云坪沉積環(huán)境，范圍在子長(zhǎng)—延川—大寧一帶北部地區(qū)，巖性主要為含膏白云巖和角礫狀膏質(zhì)白云巖；沿耀縣-澄城南部地區(qū)逐漸發(fā)育開(kāi)闊臺(tái)地沉積環(huán)境，巖性以灰?guī)r為主(圖4-B)。

2.3 馬五2時(shí)期

馬五2期古隆起范圍由南北向中部減退，在宜君—洛川—富古3井一帶西側(cè)。在宜5井—宜27井—甘泉一帶發(fā)育泥云坪微相，主要沉積一套泥質(zhì)白云巖和含泥白云巖，沿古隆起呈環(huán)帶狀展布；延安—宜川—銅川一帶發(fā)育廣泛膏云坪微相，主要發(fā)育一套石膏質(zhì)白云巖沉積；沿延長(zhǎng)-安塞北部地區(qū)逐漸發(fā)育局限海沉積環(huán)境的含膏云坪微相，巖性主要為含膏粉晶白云巖，是儲(chǔ)層發(fā)育的有利相帶；沿耀縣-澄城南部地區(qū)逐漸發(fā)育開(kāi)闊臺(tái)地沉積環(huán)境，巖性以灰?guī)r為主(圖4-C)。

2.4 馬五1時(shí)期

馬五1期古隆起在洛川—富縣一帶。在宜君—宜川—甘泉一帶主要發(fā)育一套泥質(zhì)白云巖和含泥白云巖，沉積環(huán)境為泥云坪，沿古隆起呈環(huán)帶狀展布；延安—吉縣—銅川一帶發(fā)育含膏云坪微相，沉積巖性主要為含膏粉晶白云巖；沿延長(zhǎng)—安塞北部地區(qū)逐漸發(fā)育局限海沉積環(huán)境的膏云坪微相，巖性主要為石膏質(zhì)白云巖；沿耀縣—澄城南部地區(qū)逐漸發(fā)育開(kāi)闊臺(tái)地沉積環(huán)境，巖性以灰?guī)r為主(圖4-D)。

3 沉積演化

根據(jù)沉積演化圖(圖5)，結(jié)合研究區(qū)巖石特征、沉積構(gòu)造、沉積微相類型特征等可以看出，研究區(qū)馬五4—馬五1沉積過(guò)程中，海平面逐漸降低，海水鹽度逐漸上升，隨著暴露程度的增加，蒸發(fā)作用也隨之逐漸加強(qiáng)，因此在巖性上主要發(fā)育云巖、膏質(zhì)白云巖、灰云巖等，在沉積微相上主要發(fā)育泥云坪、灰云坪、膏云坪和含膏云坪等；僅在馬五4和馬五3沉積期的個(gè)別區(qū)域可見(jiàn)發(fā)育顆粒灘沉積，代表較高能的環(huán)境?？傮w上馬五4-馬五1的沉積環(huán)境較為單一，沉積微相和沉積物類型也較為穩(wěn)定。

圖5 鄂爾多斯盆地東南部馬五1-馬五4期沉積模式圖Fig.5 Diagram showing sedimentary pattern of M51-M54 in southeastern Ordos Basin

4 結(jié) 論

a. 鄂爾多斯盆地東南部地區(qū)馬五1-馬五4的沉積環(huán)境為碳酸鹽臺(tái)地背景下的蒸發(fā)潮坪環(huán)境，巖石類型主要有含膏細(xì)粉晶云巖、砂屑云巖、粉晶云巖和含灰云巖，沉積微相主要發(fā)育泥云坪微相、灰云坪微相、膏云坪微相和含膏云坪微相，均沿古隆起呈環(huán)帶狀分布。

b.鄂爾多斯盆地東南部地區(qū)從馬五4沉積期到馬五1沉積期相對(duì)海平面逐漸降低，蒸發(fā)和暴露作用逐漸加強(qiáng)，發(fā)育了一些蒸發(fā)暴露沉積構(gòu)造標(biāo)志和蒸發(fā)巖，并控制了沉積微相的發(fā)育和空間展布。

c.研究區(qū)馬五1-馬五4的含膏細(xì)粉晶云巖、砂屑云巖、粉晶云巖發(fā)育膏?？?、晶間孔和粒間溶孔，儲(chǔ)集物性較好，因此，含膏云坪、含灰云坪是儲(chǔ)層發(fā)育的有利相帶。