鄂爾多斯盆地蘇里格氣田中奧陶統(tǒng)馬家溝組五段凝塊石類型與古鹽度初步分析

喬亞斌 張 林 王 予 張一果 馬君霞 姜紅霞

1中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第五采氣廠，內(nèi)蒙古鄂爾多斯 017300 2北京大成恒泰科技有限公司，北京 100029 3河北地質(zhì)大學(xué)古生物研究院，河北石家莊 050031

微生物碳酸鹽巖是指由底棲微生物群落通過(guò)捕獲和粘結(jié)碳酸鹽巖碎屑顆粒而成的沉積物，或由微生物誘發(fā)形成的碳酸鹽沉淀物，故是一種由生物媒介作用沉積的產(chǎn)物。微生物碳酸鹽巖一般包括疊層石、凝塊石、樹(shù)形石、均一石4種類型(Riding，2000)，吳亞生等(2018)在總結(jié)了前人對(duì)微生物巖的各種定義和分類后，對(duì)微生物巖的分類給出了一個(gè)新的方案。微生物碳酸鹽巖是近年來(lái)地學(xué)界研究的一個(gè)熱點(diǎn)，其時(shí)空分布非常廣泛并可形成重要的油氣儲(chǔ)集層，因而成為油氣儲(chǔ)層研究的一個(gè)新領(lǐng)域。

凝塊石(thrombolite)的概念最初是由Aitken(1967)提出來(lái)的，指由非鈣化藻類(隱藻)通過(guò)粘結(jié)或分泌作用形成的沉積物(巖)，外觀多具有穹狀隆起或者不規(guī)則波狀起伏的宏觀形態(tài)，與圍巖的邊界明顯，內(nèi)部無(wú)紋層狀構(gòu)造。形成凝塊石的微生物主要是原核微生物(Riding，1991，2000)，也可能有真核生物參與(Feldmann and Mckenzi，1998)，或含有鈣化的生物或者微生物化石(Riding，2000)。在吳亞生等(2018)的分類方案中，凝塊石是由非鈣化底棲微生物形成的內(nèi)部具有凝塊結(jié)構(gòu)的微生物巖，一般具有丘狀、柱狀、面狀等構(gòu)造?，F(xiàn)代凝塊石通常發(fā)育在潮下帶(Aitken，1967；Feldmann and Mckenzi，1998)，中生代凝塊石出現(xiàn)在向海一側(cè)的深水珊瑚—海綿生物礁環(huán)境中(Mancinietal.，2004)，古生代已報(bào)道過(guò)的不同構(gòu)造的凝塊石既可能出現(xiàn)在淺灘或者較深水的低能潮下帶(肖傳桃等，2018)，也可能出現(xiàn)在具較高能量水動(dòng)力的微生物丘灘復(fù)合體中(熊鷹等，2016)，前寒武紀(jì)的凝塊石出現(xiàn)于水體動(dòng)蕩的淺潮下帶(余家仁等，1998)。上述所有的研究結(jié)果均認(rèn)為，凝塊石形成的水深應(yīng)該比疊層石大，但是水體能量的高低卻因?yàn)檠芯繀^(qū)域的環(huán)境不同而不一樣。

目前，國(guó)內(nèi)學(xué)者已經(jīng)在塔里木盆地、鄂爾多斯盆地奧陶系中發(fā)現(xiàn)微生物巖，均具有重要的油氣儲(chǔ)層價(jià)值(貢云云，2016；熊鷹等，2016；王玉偉等，2019)。鄂爾多斯盆地奧陶系馬家溝組是長(zhǎng)慶油田天然氣主力產(chǎn)層，許多學(xué)者圍繞該儲(chǔ)集層成因開(kāi)展了大量研究，確定其主要是奧陶紀(jì)末古風(fēng)化殼型的。但最近在鄂爾多斯盆地東北部奧陶系馬家溝組馬五1+2段中識(shí)別出的微生物碳酸鹽巖(熊鷹等，2016)，為深化認(rèn)識(shí)馬家溝組儲(chǔ)集層成因提供了新的思路。

筆者最近在對(duì)鄂爾多斯盆地蘇里格氣田奧陶系馬家溝組的研究中，發(fā)現(xiàn)馬五1+2段和馬五4段中均發(fā)育微生物巖，具有較豐富的儲(chǔ)集空間，進(jìn)一步昭示了微生物巖對(duì)奧陶系馬家溝組儲(chǔ)層的貢獻(xiàn)。文中介紹了筆者對(duì)這套儲(chǔ)層的微生物巖的結(jié)構(gòu)分類和形成環(huán)境方面的研究成果。

1 地質(zhì)背景

鄂爾多斯盆地位于華北臺(tái)地西緣，為一矩形構(gòu)造盆地。馬家溝組沉積時(shí)期，由于西部賀蘭裂谷強(qiáng)烈的沉降擴(kuò)張以及肩部翹升導(dǎo)致形成一個(gè)“L”形的中央古隆起，并在古隆起東側(cè)形成以米脂—延安為沉降中心的陜北坳陷(何江等，2009)。

圖 1 鄂爾多斯盆地中奧陶統(tǒng)馬家溝組五段地層柱狀圖及巖相古地理(據(jù)邵東波等，2019，有修改)Fig.1 Lithofacies palaeogeography map(modified from Shao et al.， 2019) and stratigraphic column of the 5th Member of Middle Ordovician Majiagou Formation in Ordos Basin with distribution of study wells

馬家溝期是鄂爾多斯盆地奧陶紀(jì)海相沉積層形成的主體時(shí)期，海侵—海退旋回明顯發(fā)育，形成碳酸鹽巖與蒸發(fā)膏鹽巖交替發(fā)育的局限海臺(tái)地相沉積序列。馬家溝組可分為6段，對(duì)應(yīng)的沉積期分別為馬一亞期—馬六亞期，指示3次海退—海進(jìn)旋回。鄂爾多斯中東部在馬一亞期的海退期時(shí)就開(kāi)始明顯的拗陷沉降，由于中央古隆起等高地的障壁作用，使中東部的坳陷區(qū)逐漸形成與秦祁廣海分隔的局限海洼地沉積環(huán)境，在炎熱干旱的古氣候環(huán)境及海平面周期下降等因素配合下，形成強(qiáng)烈蒸發(fā)的巨厚膏鹽巖沉積。后歷經(jīng)馬三亞期、馬五亞期2次海退旋回，中東部的沉積范圍漸次加大，到馬五末期已基本覆蓋至中央古隆起所在的區(qū)域(圖 1)。馬五段總體以含硬石膏結(jié)核泥粉晶白云巖為主，局部有微生物巖發(fā)育(圖 1)。

鄂爾多斯盆地馬家溝組長(zhǎng)期被歸于中奧陶世達(dá)瑞威爾階晚期，但馮增昭等(2004)認(rèn)為其應(yīng)屬于下奧陶統(tǒng)，目前仍有學(xué)者將其歸入下奧陶統(tǒng)(沈楊等，2018；孫玉景和周立發(fā)，2018；王國(guó)亭等，2018；邵東波等，2019)。王志浩等(2016)通過(guò)對(duì)牙形刺的研究，將其修訂為中奧陶統(tǒng)(王志浩等，2016)。Meng等(2017)對(duì)馬家溝組的地層進(jìn)行了碳、硫同位素測(cè)試，測(cè)試結(jié)果也表明馬家溝組屬于中奧陶統(tǒng)。文中采用王志浩等(2016)的意見(jiàn)，將馬家溝組歸入中奧陶統(tǒng)達(dá)瑞威爾階。

蘇里格氣田是長(zhǎng)慶油田所屬鄂爾多斯盆地的主要大氣田，位于北起鄂托克后旗敖包加汗、南至陜西定邊、東到烏審旗桃利廟、西達(dá)鄂托克前旗的區(qū)域內(nèi)，在構(gòu)造區(qū)域上主要屬于伊陜斜坡北部。文中研究的4口取心井蘇東49-67、召54、召14、陜243井位于蘇里格氣田北部(圖 1)。

2 巖性特征和古環(huán)境

根據(jù)巖心和薄片觀察的結(jié)果，對(duì)4口井取心段的巖石學(xué)特征及沉積環(huán)境做簡(jiǎn)要描述。

2.1 蘇東49-67井

2.2 召54井

2.3 召14井

A—蘇東49-67井；B—召54井；C—召14井；D—陜243井圖 2 鄂爾多斯盆地中奧陶統(tǒng)馬家溝組五段取心段巖性和沉積微相柱狀圖Fig.2 Lithology and sedimentary microfacies of the 5th Member of Middle Ordovician Majiagou Formation in Ordos Basin

A—蘇東49-67井，3134.5im，石膏結(jié)核泥粉晶白云巖，黃色箭頭指示被方解石交代的球狀的石膏結(jié)核，巖心照片；B—蘇東49-67井，3133.37im，蠕蟲(chóng)狀凝塊石泥粉晶白云巖，藍(lán)色為鑄體，紅色為染色的方解石，單偏光；C—蘇東49-67井，3132.0im，具鳥(niǎo)眼構(gòu)造的泥晶白云巖，鳥(niǎo)眼孔洞多數(shù)被方解石充填，方解石被染色成紅色，單偏光；D—蘇東49-67井，3122.14im，石膏結(jié)核泥粉晶白云巖，球狀的石膏結(jié)核中石膏大部分被溶蝕，溶蝕孔被藍(lán)色鑄體溶蝕充填，單偏光；E—召54井，3284.0im，角礫巖，巖心照片；F—召54井，3284.4im，角礫巖，單偏光；G—召54井，3282.3im，角礫巖，單偏光；H—召54井，3289.0im，網(wǎng)狀隱藻凝塊石泥晶白云巖，單偏光圖 3 鄂爾多斯盆地蘇東49-67井和召54井中奧陶統(tǒng)馬家溝組五段巖心及顯微特征Fig.3 Microphotographs and core of the 5th Member of Middle Ordovician Majiagou Formation from Wells Sudong 49-67 and Zhao 54 in Ordos Basin

A—召14井，3198.6im，房室孔洞狀凝塊石泥粉晶白云巖，紅色區(qū)域?yàn)榉浇馐旧瑔纹?；B—召14井，3196.1im，云質(zhì)灰?guī)r，紅色區(qū)域?yàn)榉浇馐旧?，單偏光；C—召14井，3187.3im，含石膏結(jié)核的角礫白云巖，黃色箭頭指示較規(guī)則的球狀石膏結(jié)核，巖心照片；D—陜243井，3229.5im，云質(zhì)灰?guī)r，單偏光；E—陜243井，3226.5im，含石膏晶體的泥晶白云巖，石膏晶體溶蝕后多數(shù)被方解石充填溶蝕孔，方解石被染色，單偏光；F—陜243井，3225.3im，含隱藻條帶碎塊的泥粉晶白云巖，單偏光；G—陜243井，3223.0im，房室孔洞狀凝塊石泥粉晶白云巖，單偏光；H—陜243井，3220.0im，云質(zhì)灰?guī)r，單偏光圖 4 鄂爾多斯盆地召14井和陜243井中奧陶統(tǒng)馬家溝組五段巖心及顯微特征Fig.4 Microphotographs and core of the 5th Member of Middle Ordovician Majiagou Formation from Wells Zhao 14 and Shan 243 in Ordos Basin

2.4 陜243井

3 凝塊石類型和特征

3.1 凝塊石類型

主要依據(jù)4口井巖心薄片的微觀形態(tài)特點(diǎn)，筆者將凝塊石進(jìn)一步分為3種類型： 蠕蟲(chóng)狀凝塊石，網(wǎng)狀凝塊石和房室孔洞狀凝塊石。

1)蠕蟲(chóng)狀凝塊石。見(jiàn)于蘇東49-67井(圖 5-A)，為凝塊石泥粉晶白云巖。在鏡下，呈不規(guī)則短棒狀的暗色區(qū)域分割亮色白云石微膠結(jié)物區(qū)域(圖 5-A1)。在局部放大區(qū)域的清繪圖上(圖 5-A2)，暗色區(qū)域的短棒狀形態(tài)表現(xiàn)為不規(guī)則斷續(xù)條帶狀—斑塊狀展布。由于邊緣極度不規(guī)則，伸展長(zhǎng)度也短，整體彎彎曲曲，用條帶狀描述并不妥當(dāng)；同時(shí)，由于凝塊部分的大小、寬窄、長(zhǎng)短都差別太大，用斑塊狀描述也有些不妥?；谶@種形態(tài)好似蠕蟲(chóng)聚集或者分散的樣子，故命名為蠕蟲(chóng)狀凝塊石。

2)網(wǎng)狀凝塊石。見(jiàn)于召54井(圖 5-B)，為凝塊石泥晶白云巖。鏡下看，明暗區(qū)域形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)(圖 5-B1)，暗色部分比較細(xì)碎，亮色區(qū)域好似網(wǎng)眼，網(wǎng)眼大小不規(guī)則，局部形成大的網(wǎng)洞。在局部放大的清繪圖上(圖 5-B2)，網(wǎng)眼的大小不同，網(wǎng)眼之間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)也不是很規(guī)則，以多數(shù)網(wǎng)眼之間不連通的特征區(qū)別于另外兩種類型，因此命名為網(wǎng)狀凝塊石。

3)房室孔洞狀凝塊石。見(jiàn)于召14井(圖 5-C)，為凝塊石泥粉晶白云巖。鏡下可見(jiàn)，凝塊結(jié)構(gòu)如同腎形菌的房室疊加，內(nèi)部為亮晶充填(圖 5-C1)，多數(shù)圈層并不連續(xù)。放大后的清繪圖(圖 5-C2)顯示，其與腎形菌還是有差別的：藍(lán)細(xì)菌中的腎形菌的形態(tài)通常是由中空、膨大的囊形成的群體，大小變化甚大，從由幾個(gè)小囊組成的簡(jiǎn)單群體至由許多小囊組成的復(fù)雜的姜狀或葡萄狀群體，從中心向周圍呈疊層狀生長(zhǎng)，并有分枝(劉麗靜等，2011)；而圖 5-C中雖然有房室狀的形態(tài)，但是并不具有腎形菌特征的外壁，并且疊層狀囊群體不明顯，在其他薄片中觀察到的更多的是非圓形的孔洞形態(tài)。所以，不能將該微生物巖歸為腎形菌成因。但是，此種結(jié)構(gòu)與前兩種凝塊石也不相同，具有疑似房室狀的結(jié)構(gòu)，因此命名為房室孔洞狀凝塊石。

3.2 凝塊石的空間分布及構(gòu)造特征

3.2.1 蠕蟲(chóng)狀凝塊石

推測(cè)暗色的泥粉晶蠕蟲(chóng)狀凝塊可能是微生物引起的鈣化作用形成的并且遭受了白云石化作用，粉晶組成的淺色蠕蟲(chóng)狀結(jié)構(gòu)是暗色凝塊之間的孔洞被文石或者方解石膠結(jié)物充填后遭受白云石化形成的。粉晶白云巖和粉細(xì)晶白云巖晶間孔發(fā)育。另外，在成巖過(guò)程中凝塊石發(fā)生溶蝕，溶蝕孔洞被粉砂級(jí)的白云石充填(圖 6-C)，粉砂級(jí)的白云石之間發(fā)育晶間溶擴(kuò)孔。

A—蘇東49-67井，3133.7im，蠕蟲(chóng)狀凝塊石，A1、A2為A局部放大照片，深灰色為凝塊，不規(guī)則彎曲狀，形態(tài)曲折不一；B—召54井，3289.0im，網(wǎng)狀凝塊石，B1、B2為B局部放大照片，深灰色為凝塊，被大小不一的亮晶區(qū)域分割成網(wǎng)狀，亮晶部分就像網(wǎng)眼一樣分布；C—召14井，3198.1im，房室孔洞狀凝塊石，C1、C2為C局部放大照片，深灰色為凝塊，被很多像房室一樣的內(nèi)部亮晶區(qū)域?qū)⒛龎K分割成斑狀。A2、B1、C2為A1、B1、C1的清繪圖圖 5 鄂爾多斯盆地中奧陶統(tǒng)馬家溝組五段凝塊石類型及凝塊形態(tài)Fig.5 Types and clot morphology of thrombolites from the 5th Member of Middle Ordovician Majiagou Formation in Ordos Basin

3.2.2 網(wǎng)狀凝塊石

A—蘇東49-67井，3133.7im，蠕蟲(chóng)狀凝塊石泥粉晶白云巖，暗色為凝塊，亮色為凝塊之間的膠結(jié)物，藍(lán)色鑄體充填白云石晶間孔和晶間溶擴(kuò)孔，鑄體薄片；B—A的局部放大；C—蘇東49-67井，3133.7im，蠕蟲(chóng)狀凝塊石泥粉晶白云巖，黃色箭頭指示凝塊石溶蝕后被滲流粉砂充填；D—召54井，3289im，網(wǎng)狀凝塊石泥粉晶白云巖，暗色為凝塊，形態(tài)為斷續(xù)的網(wǎng)狀，左下方可見(jiàn)似絲體狀凝塊(紅色箭頭所指)，亮色為凝塊之間的膠結(jié)物，黃色箭頭指示不規(guī)則狀石膏結(jié)核；E—召54井，3289im，網(wǎng)狀凝塊石泥晶白云巖，可見(jiàn)隱藻紋層狀凝塊(紅色箭頭所指)，交代石膏結(jié)核的塊狀連晶方解石染色成紅色；F—召54井，3289im，網(wǎng)狀凝塊石泥粉晶白云巖，黃色箭頭指示柱狀的石膏晶體，紅色箭頭所指右下方的暗色區(qū)域?yàn)楸容^規(guī)則的網(wǎng)狀凝塊結(jié)構(gòu)，薄片多數(shù)區(qū)域?yàn)椴灰?guī)則的斷續(xù)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)圖 6 鄂爾多斯盆地蘇東49-67井和召54井中奧陶統(tǒng)馬家溝組五段微生物巖顯微特征Fig.6 Microscopic characteristics of the microbialite the 5th Member of Middle Ordovician Majiagou Formation from Wells Sudong49-67 and Zhao54 in Ordos Basin

A—召14井，3198.1im，房室孔洞狀凝塊石泥粉晶白云巖，中央為大的斑塊狀凝塊石角礫，角礫外側(cè)為溶蝕成因的粉晶屑白云巖，可見(jiàn)藍(lán)色的鑄體充填膠結(jié)物的溶蝕孔隙，鑄體薄片；B—召14井，3198.1im，房室孔洞狀凝塊石泥粉晶白云巖，凝塊的結(jié)構(gòu)與照片A稍有不同(黃色箭頭所指)，呈圓形或橢圓形的房室形態(tài)，染色后紅色的是方解石，充填溶蝕孔洞，藍(lán)色的鑄體充填溶蝕孔，鑄體薄片；C—召14井，3198.1im，腦紋斑塊狀凝塊石泥粉晶白云巖，大面積的溶蝕區(qū)域填充自形細(xì)粉晶白云巖，白云巖在成巖后期又遭受溶蝕，溶蝕孔洞被方解石(紅色)充填，還有部分剩余孔隙被鑄體充填，鑄體薄片；D—陜243井，3223.0im，房室孔洞狀凝塊石泥粉晶白云巖，被溶蝕后的凝塊石角礫大小不一，角礫內(nèi)部有溶蝕孔洞殘留，鑄體薄片；E—陜243井，3222.85im，房室孔洞狀凝塊石泥粉晶白云巖，黑色的凝塊呈圓形或橢圓形的房室形態(tài)(黃色箭頭所指)以及斑狀形態(tài)，凝塊石內(nèi)部有殘留孔隙被鑄體充填，鑄體薄片；F—陜243井，3222.85im，房室孔洞狀凝塊石泥粉晶白云巖，殘留的溶蝕孔隙多分布在凝塊石內(nèi)部，被鑄體充填，鑄體薄片圖 7 鄂爾多斯盆地召14井和陜243井中奧陶統(tǒng)馬家溝組五段微生物巖顯微特征Fig.7 Microscopic characteristics of microbialites of the 5th Member of Middle Ordovician Majiagou Formation from Wells Zhao 14 and Shan 243 in Ordos Basin

3.2.3 房室孔洞狀凝塊石

召14井的房室孔洞狀凝塊石由于溶蝕作用強(qiáng)烈，局部的凝塊石完全被溶蝕，自形和半自形的細(xì)粉晶白云巖充填了溶蝕區(qū)域(圖 7-C)。細(xì)粉晶白云巖的原始晶間孔較發(fā)育(圖 7-B)，后期又發(fā)生溶蝕，溶蝕空間部分被方解石充填。細(xì)粉晶白云巖的晶間孔和溶蝕孔的發(fā)育，使巖石具有針孔狀結(jié)構(gòu)。凝塊石內(nèi)部的亮晶膠結(jié)物也發(fā)生溶蝕，形成溶蝕孔洞(圖 7-A，7-D)。豐富的針孔狀溶蝕空間表明，該種凝塊石具有良好的油氣儲(chǔ)集性能。

陜243井采樣部分雖然沒(méi)有觀察到針孔狀結(jié)構(gòu)，但是凝塊結(jié)構(gòu)以及凝塊角礫的溶蝕成因都是一致的，不同的是后期成巖改造作用影響較小。由于鄂爾多斯盆地東部馬家溝組馬五1+2 的古風(fēng)化殼非常發(fā)育(沈楊等，2018)，故可以推測(cè)在其他位置應(yīng)有溶蝕發(fā)育區(qū)域。

4 凝塊石形成環(huán)境鹽度探討

根據(jù)巖心觀察和薄片研究，4口井的取心段有球狀石膏結(jié)核白云巖、凝塊石白云巖、白云巖以及云質(zhì)灰?guī)r等。

球狀石膏結(jié)核白云巖一般為灰色或深灰色含石膏結(jié)核的泥粉晶白云巖，白云巖晶體表面發(fā)黃，中心多含雜質(zhì)，為次生加大成因的亮邊霧心結(jié)構(gòu)?；诓ㄋ篂超F(xiàn)代潮上帶環(huán)境中有含球狀石膏團(tuán)塊的沉積正在形成，所以具石膏結(jié)核的白云巖一般被認(rèn)為形成于蒸發(fā)作用強(qiáng)烈的、高鹽度、偏氧化的潮上環(huán)境。

對(duì)于凝塊石，目前的共識(shí)是由微生物群落形成的，微生物群落主要由藍(lán)細(xì)菌組成(Riding，2000)。由于藍(lán)細(xì)菌不可以長(zhǎng)時(shí)間脫離水體而生活，因此具有一定厚度的凝塊石不可能在潮上帶形成。而在寒武紀(jì)生物大爆發(fā)之后，奧陶紀(jì)海洋中已經(jīng)有一定數(shù)量的后生動(dòng)物，它們對(duì)藍(lán)藻藻席有破壞作用，因此凝塊石幾乎不可能形成于后生動(dòng)物繁盛的正常淺海環(huán)境，只能在后生動(dòng)物不發(fā)育的環(huán)境中發(fā)生。

鄂爾多斯盆地在馬五段沉積期主要為局限臺(tái)地環(huán)境，總體特點(diǎn)為“陸外為坪，云坪廣布，坪中有湖，湖中有膏，湖中有鹽”(馮增昭和鮑志東，1999；史基安等，2009；王國(guó)亭等，2018)，即主體為局限臺(tái)地，臺(tái)地上廣布洼地和云坪。在海平面下降的情況下，大臺(tái)地上的洼地變成蒸發(fā)潟湖環(huán)境，持續(xù)強(qiáng)烈的蒸發(fā)作用會(huì)導(dǎo)致鹽度過(guò)高不適合藍(lán)細(xì)菌生活，不能形成微生物巖，但是可以有蒸發(fā)巖形成。在海平面小幅度上升的情況下，大臺(tái)地上的洼地中水體鹽度降低，進(jìn)入到藍(lán)細(xì)菌可以生活的范圍，但是尚沒(méi)有達(dá)到正常海洋鹽度，所以藍(lán)細(xì)菌等微生物群落得以生活，形成微生物巖沉積。由于這種非正常鹽度仍不適合后生動(dòng)物生活，所以微生物群落免遭后生動(dòng)物的破壞。

這些微生物巖究竟形成于多高的鹽度環(huán)境？Arp等(2012)對(duì)太平洋島國(guó)基里巴斯的現(xiàn)代微生物沉積進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)基里巴斯島嶼上封閉潟湖海水的鹽度最高達(dá)到132‰～149‰，是正常海洋鹽度的4倍以上(太平洋海水的平均鹽度為35‰)，溫度32.0～33.6i℃，pH值大于8。在這樣的環(huán)境下，湖底生長(zhǎng)了1層幾毫米厚的黃綠色微生物席，在微生物席的下面形成了厚達(dá)400imm的多孔狀微生物碳酸鹽。這一現(xiàn)代實(shí)例說(shuō)明，微生物群落可以在鹽度高達(dá)正常海洋4倍的水體中正常生長(zhǎng)并形成碳酸鹽沉積。由于當(dāng)海水鹽度高于60‰后，后生生物幾乎全部消失(衛(wèi)民，1999)，所以基里巴斯?jié)暫某啕}度環(huán)境不適合任何后生動(dòng)物生活，微生物席不會(huì)遭到后生動(dòng)物的破壞。

此次研究未在鄂爾多斯盆地北東地區(qū)馬五段中發(fā)現(xiàn)后生動(dòng)物化石碎片，說(shuō)明鹽度不適合后生動(dòng)物生活。后生動(dòng)物的不發(fā)育，可能指標(biāo)鹽度高于后生動(dòng)物的忍耐范圍，即高于60‰。雖然不清楚鹽度多大會(huì)使微生物群落消失，但是，由基里巴斯?jié)暫膶?shí)例可以推測(cè)鄂爾多斯盆地北東地區(qū)馬五段微生物巖形成環(huán)境的鹽度最大可以達(dá)到正常海水鹽度的4倍。所以，研究區(qū)的海水古鹽度范圍可能在60‰～149‰之間。

根據(jù)以上分析，建立了鄂爾多斯盆地北東地區(qū)馬五段微生物巖和含石膏結(jié)核白云巖的形成模式(圖 8)。在低海平面時(shí)期，臺(tái)地的低洼處蒸發(fā)作用強(qiáng)烈，鹽度超過(guò)149‰，微生物群落不發(fā)育，形成含石膏結(jié)核的碳酸鹽沉積。在相對(duì)海平面升高的情況下，臺(tái)地的低洼處鹽度降低到149‰以下，微生物群落開(kāi)始發(fā)育，形成微生物碳酸鹽沉積。

圖 8 鄂爾多斯盆地中奧陶統(tǒng)馬家溝組五段蒸發(fā)巖 和微生物巖的沉積模式Fig.8 Sedimentary model of evaporite and microbialite of the 5th Member of Middle Ordovician Majiagou Formation in Ordos Basin

5 討論

凝塊石(Aitken，1967)指缺乏紋層而具凝塊結(jié)構(gòu)的一類巖石，凝塊的大小可以從厘米級(jí)到毫米、微米級(jí)(羅平，2013)。前人對(duì)凝塊石進(jìn)行進(jìn)一步劃分，為凝塊石的深入研究提供一種新的思路。如熊鷹等(2016)對(duì)鄂爾多斯盆地奧陶系馬家溝組馬五1+2 段微生物巖特征做了細(xì)致描述，將微生物巖劃分為疊層石、菌紋層白云巖、腎形菌凝塊石以及與微生物相關(guān)的顆粒巖4種類型。但從該文的圖版可以看出，其腎形菌凝塊石形態(tài)與腎形菌中空、膨大的囊形成的葡萄狀群體的特點(diǎn)差別太大，不應(yīng)定為腎形菌凝塊石，而是非鈣化藍(lán)細(xì)菌成因的凝塊石。

王玉偉等(2019)研究了塔里木盆地下奧陶統(tǒng)鷹山組和中奧陶統(tǒng)一間房組微生物巖的類型和儲(chǔ)集層特征，將微生物巖劃分為葛萬(wàn)菌凝塊石和隱藻凝塊石，其中隱藻指非鈣化藍(lán)細(xì)菌。這個(gè)分類的問(wèn)題是藻類是指真核生物，而藍(lán)細(xì)菌是原核生物。由于前寒武紀(jì)和早古生代的微生物巖主要是原核生物形成的，所以叫隱藻凝塊石比較不妥。本次研究的4口井中未見(jiàn)葛萬(wàn)菌化石，均為非鈣化藍(lán)細(xì)菌成因凝塊石?；谀壳拔墨I(xiàn)中缺乏對(duì)塔里木盆地奧陶紀(jì)凝塊石的科學(xué)分類，故鄂爾多斯盆地馬家溝組凝塊石與塔里木盆地的對(duì)比工作難以深入進(jìn)行。

肖傳桃等(2018)研究了湖北松滋地區(qū)下奧陶統(tǒng)凝塊石，認(rèn)為其形成于開(kāi)闊臺(tái)地和局限臺(tái)地交替的潮間—潮下帶環(huán)境，其形態(tài)與后生生物擾動(dòng)有關(guān)，并根據(jù)形態(tài)的不同進(jìn)行分類命名。而本文研究的凝塊石微生物巖中未發(fā)現(xiàn)任何后生生物的碎片，可見(jiàn)與后生動(dòng)物無(wú)關(guān)，且其云坪廣布的局限臺(tái)地形成環(huán)境與肖傳桃等(2018)研究的微生物巖環(huán)境差別較大，也不易進(jìn)行對(duì)比。

Meng等(2017)研究了鄂爾多斯盆地奧陶系榆9井馬家溝組的蒸發(fā)巖和疊層石微生物巖，發(fā)現(xiàn)榆9井馬家溝組五段的疊層石微生物巖最發(fā)育，其形成于高鹽度鹵水的蒸發(fā)巖環(huán)境中。然而，該文對(duì)疊層石和蒸發(fā)巖形成時(shí)蒸發(fā)鹵水的鹽度差別沒(méi)有探討。

從上述對(duì)比可以看出，鄂爾多斯盆地馬五段獨(dú)特的強(qiáng)蒸發(fā)的高鹽度沉積環(huán)境，造就了現(xiàn)今能夠觀察到的不同顯微結(jié)構(gòu)的凝塊石微生物巖，其與地史時(shí)期中已報(bào)道過(guò)的凝塊石微生物巖形成環(huán)境差別太大。由于目前對(duì)古鹽度的測(cè)試一般僅限于海陸相環(huán)境海水或者淡水的確定(蔣一鳴等，2020)，或者只是定性地判斷是否為正常海水或者高鹽度咸水環(huán)境(高飛等，2019)，定量地測(cè)量古鹽度的方法還未見(jiàn)報(bào)道，故文中未進(jìn)行相關(guān)的地球化學(xué)指標(biāo)測(cè)試。因此，對(duì)研究區(qū)域內(nèi)古鹽度的推測(cè)暫以現(xiàn)今太平洋島國(guó)基里巴斯現(xiàn)代微生物沉積的研究為依據(jù)，以為將來(lái)更深入的研究凝塊石的形成環(huán)境提供參考。

另外，熊鷹等(2016)認(rèn)為凝塊石微生物巖可發(fā)育成具有一定規(guī)模的微生物丘，具有一定的儲(chǔ)集空間和儲(chǔ)集性能，是油田未來(lái)的勘探目標(biāo)。筆者的研究也發(fā)現(xiàn)，凝塊石白云巖具有豐富的溶蝕空間，是較好的油氣儲(chǔ)集層。

6 結(jié)論

2)結(jié)合現(xiàn)代微生物巖的研究成果，推測(cè)在華北地臺(tái)云坪廣布、坪中有湖的大背景下，凝塊石微生物巖和含石膏結(jié)核碳酸鹽分別形成于相對(duì)海平面升高和降低的時(shí)期，海水古鹽度范圍分別為60‰～149‰和大于149‰。

3)對(duì)巖石薄片顯微結(jié)構(gòu)的分析還發(fā)，現(xiàn)蠕蟲(chóng)狀凝塊石泥粉晶白云巖的白云石晶間孔和溶蝕孔非常發(fā)育，網(wǎng)狀凝塊石和房室孔洞狀凝塊石的溶蝕殘余孔較發(fā)育，因此凝塊石微生物巖具較好的油氣儲(chǔ)集空間，是未來(lái)油氣勘探的重要目標(biāo)之一。