鄂爾多斯盆地蘇里格氣田東區(qū)奧陶系馬家溝組 早成巖期巖溶及其控儲效應

謝康，譚秀成，馮敏，王保保，鐘壽康， 楊夢穎，聶萬才，喬占峰，曾偉

（1. 油氣藏地質及開發(fā)工程國家重點實驗室 西南石油大學，成都 610500；2. 中國石油集團碳酸鹽巖儲層重點實驗室 西南石油大學研究分室，成都 610500；3. 中國石油長慶油田分公司勘探開發(fā)研究院，西安 710018；4. 中國石油 長慶油田分公司宜黃天然氣項目部，西安 710018；5. 中國石油集團碳酸鹽巖儲層重點實驗室，杭州 310023）

0 引言

鄂爾多斯盆地中奧陶統(tǒng)馬家溝組碳酸鹽巖，因遭受加里東期—海西早期長達130 Ma 的風化殼巖溶強烈疊合改造的影響[1]，巖性、巖相復雜，進而難以厘清其孔隙型儲集體形成的初始動力，從而制約了這類儲集層的預測和評價?，F(xiàn)有研究大多認為馬家溝組馬五4—馬五1 亞段碳酸鹽巖儲集層是受加里東期—海西早期 構造運動導致的盆地整體抬升和長期暴露形成的風化殼巖溶型儲集層[2-3]。而（含）膏模孔泥粉晶白云巖儲集層作為馬五4—馬五1 亞段孔隙型儲集層的主體，其成因存在以下3 種觀點：①認為儲集層形成于加里東期—海西早期風化殼暴露巖溶期[3-4]；②認為儲集層的儲集空間是準同生期高頻暴露與加里東期—海西早期風化殼巖溶共同對硬石膏結核溶蝕形成[5]；③認為儲集層是同生—準同生期高頻暴露巖溶的結果，并具有受巖性、巖相控制的特點[6-7]。但這些觀點皆未從宏觀序列組合與微觀相結合予以充分闡述。有鑒于此，本文基于蘇里格氣田東區(qū)馬五4—馬五1 亞段豐富的巖心和薄片資料，通過深入剖析（含）溶模孔泥粉晶白云巖、顆粒白云巖和微生物白云巖這3 類儲集巖類的宏觀序列與微觀特征，確定高頻海平面變化驅動的早成巖期暴露與儲集層發(fā)育的關系，進而探討白云巖早成巖期巖溶控儲效應以及后期風化殼巖溶的油氣地質意義，期望研究結果不僅能為此類儲集層預測提供理論支撐，也可以為豐富早成巖期巖溶地質理論提供新的素材。

1 區(qū)域地質背景

鄂爾多斯盆地位于華北臺地西緣，面積約2.5×105km2，是中國西部重要的含油氣盆地之一。按照中生代構造特征，可將盆地劃分為6 個次一級構造單元，即北部伊盟隆起、中部伊陜斜坡、東部晉西撓褶帶、南部渭北隆起以及向西依次發(fā)育的天環(huán)坳陷和西緣沖斷帶[8-9]。研究區(qū)為蘇里格氣田東北部地區(qū)，主體位于伊陜斜坡（見圖1）。

中奧陶統(tǒng)馬家溝組馬五段沉積期，一方面因鄂爾多斯盆地基底抬升，海平面下降；另一方面因盆地氣候干旱炎熱，蒸發(fā)量大，導致盆內海水含鹽度不斷升高，發(fā)育為局限-蒸發(fā)臺地環(huán)境。主要巖性為（含蒸發(fā)礦物的）泥粉晶白云巖、顆粒白云巖和藻紋層（凝塊）白云巖等巖類組合[4-5,8]（見圖1c）。

中奧陶世末，華北地臺因加里東運動整體抬升，并經歷了約130 Ma 的風化剝蝕，致使地臺主體缺失上奧陶統(tǒng)—下石炭統(tǒng)沉積[1,3]。中奧陶統(tǒng)馬家溝組經受了多期、長時間巖溶改造作用，頂部的馬六段在研究區(qū)內零星分布。研究區(qū)馬五4—馬五1 亞段也受到不同程度的剝蝕，現(xiàn)今含溶模孔泥粉晶白云巖、顆粒白云巖和微生物白云巖是鄂爾多斯盆地下古生界主要的儲集巖（見圖1b）。

2 主要儲集巖類特征及序列

巖石學類型及其序列組合是分析海平面升降與確定早期高頻海平面變化驅動的暴露是否存在的基礎。本文基于蘇里格氣田東區(qū)奧陶系馬五4—馬五1 亞段豐富的取心和薄片資料分析發(fā)現(xiàn)，區(qū)內以泥粉晶白云巖、顆粒白云巖和微生物白云巖等3 類碳酸鹽巖為主（見圖2、圖3），次為中—細晶白云巖、巖溶角礫巖；這些巖類在垂向上組合形成的4 類向上變淺序列，表明區(qū)內可能存在高頻海退相關的暴露巖溶。下面詳述各巖類特征。

2.1 主要儲集巖類型

2.1.1 泥粉晶白云巖類

2.1.1.1 泥粉晶白云巖

泥粉晶白云巖在馬五4—馬五1亞段各層均有發(fā)育，顏色常為褐灰色—灰色，可見塊狀層理、水平層理、韻律層理等，塊狀層理中巖性整體較為均質，偶見生物潛穴，紋層狀泥粉晶白云巖可見暗層泥質泥晶白云巖與亮層粉晶白云巖薄互層（見圖3a、圖3e）。巖心上未見明顯的孔隙（見圖3a），但當巖溶發(fā)育時，可發(fā)育晶間溶蝕微孔，尤其是溶縫、溶溝等巖溶優(yōu)勢通道尤為發(fā)育（見圖3f）。

2.1.1.2（含）溶?？啄喾劬О自茙r

這類白云巖在區(qū)內馬五4—馬五1 亞段廣泛發(fā)育，構成了研究區(qū)最主要的儲集巖（見圖1c），并且以發(fā)育因選擇性溶蝕形成的多種溶模孔為典型特征，主要包括硬石膏、石鹽等蒸發(fā)礦物因選擇性溶蝕形成的溶模孔。宏觀上（含）溶模孔泥粉晶白云巖多呈褐灰色、塊狀，溶?？壮史稚钯x存于泥粉晶白云巖中（見圖3c）。宏觀上，溶?？状笮∫话銥? mm 左右（見圖3g），以近圓形為主，其次為板條狀，前人主要將其解釋為硬石膏結核溶解成因[6]。但在薄片上，溶?？锥喑蕡A化的多邊形，當溶蝕圓化不明顯時，則以正方形為主，其原始形貌指示其更可能是蒸發(fā)鹽類礦物晶體，可能以石鹽晶體為主，因而稱之為鹽模孔可能更為合適。溶模孔內可為方解石、白云石、石英（見圖3g）、云質滲流粉砂（見圖3g、圖3h）等充填或部分充填[4]。 此類儲集空間類型雖然俗稱為“膏”模孔，但實際上溶?？變H僅限定了儲集空間的三維形態(tài)，其儲集空間主要由充填殘余孔、滲流砂間微孔及白云石晶間溶蝕微孔組合而成（見圖3h）。

圖1 研究區(qū)位置及地質背景概略圖

2.1.2 顆粒白云巖類

研究區(qū)馬家溝組馬五4—馬五1 亞段中顆粒白云巖發(fā)育頻度較高，根據顆粒成分，其又可分為（含礫屑）砂屑白云巖和鮞粒白云巖兩類（見圖3i—圖3m）。亮晶顆粒白云巖一般形成于浪基面之上的高能地帶，由于水體能量較強，沉積物淘洗的較為干凈，粒間孔發(fā)育的亮晶顆粒白云巖疊合巖溶改造形成區(qū)內的又一主要的儲集巖類。

2.1.2.1（含礫屑）砂屑白云巖

砂屑白云巖通常呈灰色—灰褐色，塊狀，顆粒含量為60%～80%，粒徑多為0.2～1.0 mm，大于2 mm的礫級顆粒含量通常少于10%，分選和磨圓較好，多為次圓狀—圓狀，顆粒間多表現(xiàn)為顆粒支撐，顆粒間多呈點—線狀接觸（見圖3i）。顆粒由泥粉晶白云石構成，當重結晶作用較強時，破壞原巖組構，從而形成（具顆?；糜暗模┓劬О自茙r（見圖3j）。該類儲集巖 以粒間（溶）孔發(fā)育為特征（見圖3i），也可見少量粒內溶孔（見圖3m）；當粒間滲流物較多時，部分可見滲流物間殘余孔隙（見圖3i）；當重結晶強烈時，則演變?yōu)榫чg（溶）孔（見圖3j）。

圖2 研究區(qū)主要儲集巖類平均孔隙度、滲透率直方圖 （N—樣品數(shù)，個）

2.1.2.2 鮞粒白云巖

鮞粒白云巖也呈灰色—灰褐色，塊狀，鮞粒含量為60%～85%，粒徑多為0.2～0.5 mm，顆粒支撐，顆粒間多呈點-線狀接觸（見圖3k）。鮞粒間可為淡水白云石或方解石膠結。鮞粒多為同心鮞，其成分為泥晶白云石，當巖溶影響較強時，鮞粒和淡水膠結物受泥晶化影響，鮞粒內部組構遭到破壞（見圖3l）。該類儲集巖以溶擴殘余粒間孔為特征，當巖溶影響較強時，可出現(xiàn)滲流砂間微孔（見圖3k）。

2.1.3 微生物白云巖類

微生物巖是指由底棲微生物群落通過捕獲與粘結碎屑沉積物，或經與微生物活動相關的無機或有機誘導礦化作用在原地形成的沉積物巖[10]。研究區(qū)內馬五4—馬五1 亞段微生物白云巖較不發(fā)育，但基于宏觀組構特征和顯微組構特征，將區(qū)內常見的微生物碳酸鹽巖分為凝塊白云巖、疊層白云巖、紋層白云巖和粘結砂屑白云巖4 類，儲集層主要發(fā)育于凝塊白云巖中。

2.1.3.1 凝塊白云巖

呈褐灰—灰色紋層狀，微觀上微生物凝塊呈深褐色—黑色網狀或團簇狀，可見由“似球?！奔蠣罱M成，個體較大，為生物格架結構（見圖3n）。格架間多為粘結微生物生長的空腔，通常呈現(xiàn)被填隙物及多期膠結物半充填或全充填，如滲流粉砂、中—粗晶白云石或粗—巨晶方解石膠結物，同時也存在格架孔擴溶的現(xiàn)象，邊緣圓滑。區(qū)內微生物白云巖儲集層主要發(fā)育于凝塊白云巖中，儲集空間以（溶擴）殘余格架孔為主。

2.1.3.2 疊層白云巖與紋層白云巖

疊層白云巖由不斷鈣化和泥晶化的藍細菌群落構成，其紋層形態(tài)類型較多，可分為近水平狀、微波狀和半球狀（見圖3d）。宏觀上表現(xiàn)為富菌層和貧菌層反復交替的特征，暗層為富菌泥晶白云石，有機質含量高，厚度為0.2～1.0 mm，其邊緣凹凸不平；亮層為褐灰色泥粉晶白云石，厚度為1～5 mm 不等（見圖3d）。

紋層結構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)則的微起伏。在鏡下通?？梢婍槍臃植嫉拇案窨祝ㄒ卜Q平底晶洞）（見圖3o），通常解釋為潮上帶泥質的濕潤和干燥作用、細菌席干燥后褶曲隆起、順層分布的腐爛有機質脫氣作用等多方面因素共同造成的[11]。紋層白云巖一般出現(xiàn)于微生物丘序列的下部，以近水平狀紋層發(fā)育為特征（見圖3d），微觀上可見平底晶洞（見圖3o）。這兩類白云巖的晶洞充填程度高，儲集能力較差。

2.1.3.3 粘結砂屑白云巖

微生物粘結砂屑白云巖由藍細菌及其分泌物粘結、纏繞砂屑生長而成。巖心表現(xiàn)為灰色—深灰色，通常致密無孔，偶見針狀孔，鏡下可見砂屑顆粒呈棒狀、橢球狀和球狀，含量一般為50%～90%，粒徑為0.1～0.7 mm，分選較差，磨圓較好，砂屑間主要為亮晶方解石膠結物充填（見圖3p）。砂屑顆粒邊緣可見富有機質的暗色泥晶套，解釋為藍細菌等微生物在顆粒表面鉆孔粘結、分泌細粒沉積物的結果[12]。此類巖石中顆粒形態(tài)保存較好，內部重結晶作用較弱，局部可見粒內溶蝕。

2.2 高頻變淺序列特征

基于區(qū)內鉆揭馬家溝組馬五4—馬五1亞段29 口取心井（見圖1）的353.52 m 巖心精細觀察與描述，結合1 000 余塊薄片分析，發(fā)現(xiàn)該層位高頻向上變淺序列發(fā)育良好，按縱向巖性序列可分為以下4 種類型：①泥質白云巖（—泥晶白云巖）—（含）溶模孔泥粉晶白云巖（—泥晶白云巖）（見圖4a、圖4b）；②泥質白云巖—粘結砂屑白云巖—凝塊白云巖（見圖4c）；③泥質白云巖—紋層狀泥晶白云巖—顆粒白云巖—疊層白云巖—紋層白云巖（見圖4d）；④微生物白云巖、顆粒白云巖與（含）溶模孔泥粉晶白云巖（見圖4e、圖4f）的復合序列。

從單個（含）溶?？啄喾劬О自茙r的序列巖性組合看，巖性從泥質白云巖（—泥晶白云巖）—（含）溶模孔泥粉晶白云巖（—泥晶白云巖）的變化，反映了海侵初期鹽度相對正常，向上逐漸封隔濃縮和咸化。石膏和石鹽等蒸發(fā)鹽類礦物可從高鹽度海水中沉淀，從而形成分散狀賦存于泥粉晶白云巖中的蒸發(fā)鹽類礦物。從 微生物白云巖、顆粒白云巖與（含）溶?？啄喾劬О自茙r的共生組合序列看，向上變淺序列巖性可從（含）溶?？啄喾劬О自茙r向上變?yōu)榫吣媪Ｐ虻念w粒白云巖或微生物白云巖，再復變?yōu)椋ê┤苣？啄喾劬О自茙r（見圖4e、圖4f），表明（含）溶?？啄喾劬О自茙r應該形成于浪基面之下的低能環(huán)境。而在復合的變淺序列中，微生物丘灘之上，仍然出現(xiàn)（含）溶?？啄喾劬О自茙r，這可能與丘灘體疊置遷移，導致向上逐漸封隔，浪基面擾動深度協(xié)同減小有關。結合前述的溶?？仔蚊蔡卣?，可以認為其古環(huán)境應該是從蒸發(fā)海水中沉淀成因，而非前人認為的是潮間—潮上環(huán)境。

據此認為，研究區(qū)馬五4—馬五1 亞段存在局限?！舭l(fā)海、局限?！w粒灘—臺坪、局限?！⑸锴稹⒕窒藓！舭l(fā)海—微生物丘（灘）4 種向上變淺的古環(huán) 境演替序列，其中蒸發(fā)海、顆粒灘、微生物丘等有利儲集相帶主要發(fā)育于沉積序列的中上部。從復合序列看，表明古環(huán)境的向上封隔濃縮也可能與微生物丘（灘）的疊置遷移相關。臺地內，向上變淺序列的發(fā)育，也說明區(qū)內極可能存在高頻海退驅動的早期暴露。

3 高頻序列早期暴露特征與巖溶序列

高頻海平面變化驅動的早期暴露巖溶，也稱為準同生期暴露巖溶或早表生暴露巖溶[13]，也有學者將其與處于早成巖期的沉積巖暴露巖溶合稱為早成巖期巖溶[14]，本文將高頻海平面變化驅動的早表生巖溶定義為早成巖期巖溶（eogenetic karst）。

研究表明，早成巖期巖溶一般難以形成古風化殼，而是具有巖性突變面[7]、選擇性溶蝕[15]、滲流粉砂與示頂?shù)讟嬙靃16]、大氣淡水膠結物、近原地角礫化[17]、花斑狀或海綿狀溶蝕[18]、溶溝溶縫和小型溶洞、易碎暈或半離解帶[19]、近源角礫與離散砂等典型的識別標志，并且發(fā)育明顯的相控和層控特征[18]。

前已述及，研究區(qū)內馬五4—馬五1 亞段以高頻向上變淺序列發(fā)育為特征，具備了早期暴露巖溶的古地理背景，本文基于大量取心資料的宏微觀精細觀察發(fā)現(xiàn)，其具有如下的巖溶和序列特征。

3.1 高頻早成巖期巖溶特征與識別標志

①巖性突變面與暴露面。高頻沉積旋回頂部與上覆的另一旋回初始海侵沉積之間，主要以巖性突變的不平整界面分隔，主要呈現(xiàn)深灰色云質泥巖/泥粉晶白云巖（或溶模孔白云巖）和云質泥巖/無定形的近原地角礫巖等巖性突變面（見圖5）。通過T42 井和T14 井的典型取心序列表明，巖性突變面之上的紋層狀暗色云質泥巖或泥質白云巖向上逐漸相變?yōu)榧y層狀白云巖或泥晶白云巖，表明其應是上覆的沉積產物，而非加里東期—海西早期巖溶系統(tǒng)充填物（見圖5）。因下伏巖溶微地貌 坡折，暴露面之上的上覆高頻海侵初期沉積加載，常發(fā)育重力斷層和滑塌沉積（見圖5i）。在早期旋回的巖溶系統(tǒng)中，可見典型的后期的高頻海侵沉積物充填特征（見圖5h、圖5j），這是高頻早成巖期巖溶最為直接的證據。

②選擇性溶蝕與滲流充填物。選擇性溶蝕主要發(fā)育在（含）溶?？啄喾劬О自茙r中（見圖3c），以形成溶?？诪樘卣?，偶見顆粒巖的粒內選擇性溶蝕，主要表現(xiàn)為粒內溶孔（見圖3m）。溶?？變纫苑浇馐涮钆c白云石滲流粉砂半充填為主（見圖3g），偶見中下部滲流粉砂疏松充填，與上部未充填或方解石充填部分構成示頂?shù)讟嬙欤ㄒ妶D3g）。

③花斑狀溶蝕和角礫化。花斑狀溶蝕或海綿狀溶蝕是早成巖期巖溶的典型特征[18]。馬五4—馬五1 亞段高頻旋回內此類溶蝕特征發(fā)育，由深色的泥粉晶白云巖原巖和巖溶改造相對強烈的褐灰色的泥粉晶白云巖構成，因顏色差異而形成斑塊狀（見圖3b）。角礫化在馬五4—馬五1 亞段的高頻旋回中普遍發(fā)育，甚至出現(xiàn)整個旋回角礫化現(xiàn)象。角礫顏色較淺，粒徑變化大，多呈無定形或塑性，一些角礫與鄰近的圍巖或角礫具有可拼合性（見圖5h、圖5j），角礫間可為滲流物或后期高頻海侵沉積物充填（見圖5h、圖5j、圖5l—圖5m）。

④溶溝、溶縫、溶洞及充填物。馬五4—馬五1 亞段高頻旋回內溶溝、溶縫及溶洞發(fā)育，根據其產狀特征，可分為水平溶縫、垂直溶溝和水平溶洞，可見溶溝、溶縫切割溶?？赚F(xiàn)象。溶溝、溶縫多發(fā)育于旋回上部，而水平溶縫和層狀溶洞發(fā)育于旋回中下部，但中上部也可發(fā)育水平溶縫和小型溶洞（見圖6）。這些巖溶系統(tǒng)邊界不規(guī)則，內部充填物多樣，可為滲流砂、近原地角礫和后期初始海侵沉積物充填（見圖5j、圖5k），一些小型溶洞可為泥質和方解石充填，形成示頂?shù)讟嬙欤ㄒ妶D5l）。

⑤去云化與大氣淡水膠結物。受暴露巖溶的影響，高頻向上變淺序列的中上部，常因巖溶影響而去云化，從而形成旋回中上部的灰質角礫巖（見圖5d、圖5e、圖5g、圖5h）和花斑狀灰質白云巖（見圖5k、圖5l）。同時，在顆粒巖中，可見干凈白云石膠結物出現(xiàn)在顆粒的某一側或顆粒的接觸處（見圖3k），有的因持續(xù)淡水影響而呈現(xiàn)泥晶化特征（見圖3l）。這類淡水白云石是早期大氣淡水滲流帶的典型識別標志[20-21]。

根據上覆高頻海侵沉積物進入早期巖溶系統(tǒng)的特征，可以確定區(qū)內馬五4—馬五1 亞段存在明顯的高頻海平面驅動的暴露和早成巖期巖溶，伴以花斑狀溶蝕、近原地角礫化和大氣淡水膠結物等典型特征，足以證明馬五4—馬五1 亞段碳酸鹽巖受到早成巖期巖溶疊合改造影響。從區(qū)內高頻旋回上部普遍角礫化來看，其可能為準同生期中長期暴露[22]。

前已述及，“溶?？住蹦喾劬О自茙r原巖可能為含蒸發(fā)鹽礦物泥粉晶白云巖，因硬石膏和石鹽礦物溶解度是碳酸鹽沉積物的30～70 倍[23-24]，當高頻較長時間暴露時，蒸發(fā)鹽礦物首先溶蝕和遷移形成溶?？?，因而有理由認為，高頻早成巖期巖溶作用是馬五4—馬五1亞段溶?？仔纬傻闹饕獎恿Α?/p>

3.2 高頻早成巖期巖溶序列

對于高頻暴露驅動的早成巖期巖溶的判識，雖然巖心和鏡下巖石學證據已能很好地確定，但是為了更為直觀地提供巖石學證據，選取3 個完整的巖心序列并配以典型序列的微觀特征予以精細解剖。

3.2.1 旋回1：紋層狀泥質泥晶白云巖—泥粉晶白云巖—（含）溶模孔泥粉晶白云巖

該旋回頂、底部均以巖性突變構成的不平整面與早期高頻旋回分隔，根據序列巖性組合和巖溶特征，自下而上可以劃分為以下5 個單元（見圖6）。

①單元Ⅰ（厚17 cm）：灰色紋層狀泥粉晶白云巖，代表旋回初期的快速海侵沉積。

②單元Ⅱ（厚28 cm）：灰色泥粉晶白云巖，巖性致密，作為暴露巖溶的隔水層，巖溶不發(fā)育。

③單元Ⅲ（厚78 cm）：褐灰色含溶?？啄喾劬О自茙r，巖溶主要體現(xiàn)為蒸發(fā)鹽礦物的溶解和遷移，形成溶模孔，同時，局部區(qū)域因差異巖溶和滲流充填而呈現(xiàn)初始的小型花斑化。

④單元Ⅳ（厚13 cm）：褐灰色含溶?？啄喾劬О自茙r，斑塊狀巖溶明顯，局部因優(yōu)勢巖溶通道切割而開始角礫化。

⑤單元Ⅴ（厚15 cm）：褐灰色含溶?？啄喾劬О自茙r，因受溶?？字饾u聯(lián)通形成的優(yōu)勢巖溶通道等的切割和滲流物充填而呈現(xiàn)角礫化，殘余的溶?？滓惨驖B流物等充填而使儲集性能變差。

基于序列巖溶特征可將垂向巖溶序列分為近地表巖溶帶（近地表角礫化帶，單元Ⅴ）—垂直滲流帶（花斑狀巖溶帶，單元Ⅳ和單元Ⅲ）。從規(guī)?？?，其以垂直滲流巖溶帶發(fā)育為特征，與經典的風化殼巖溶分帶相比，缺乏深部緩流帶，巖溶帶的規(guī)模相對較小。同時，因本旋回水平潛流帶剛開始發(fā)育，指示其巖溶強度中等偏弱，但對儲集層的優(yōu)化改造作用明顯。

3.2.2 旋回2：顆粒白云巖—（含）溶模孔泥粉晶白云巖

圖6 T51 井3 427.72～3 430.83 m 段（馬五1 亞段）向上變淺序列與巖溶特征

該旋回頂?shù)捉詾椴黄秸膸r性突變面，底部是薄層 狀泥晶白云巖與下伏的角礫化泥粉晶白云巖分界，頂部為深灰色泥質泥晶白云巖與（含）溶?？啄喾劬О自茙r分界，自下而上可以劃分為以下6 個單元（見圖6）。

①單元Ⅰ（厚15 cm）：褐灰色砂屑白云巖，代表快速海侵、海域水動力增強；該單元巖溶作用相對較弱，體現(xiàn)為粒間孔的擴溶和白云石滲流砂充填。

②單元Ⅱ（厚10 cm）：褐灰色砂屑白云巖，與單元Ⅰ構成逆粒序；該單元底部發(fā)育近水平狀的網狀優(yōu)勢巖溶通道，其切割使原巖開始一定程度角礫化。

③單元Ⅲ（厚10 cm）：褐灰色含溶?？啄喾劬О自茙r，巖溶作用較弱，主要呈現(xiàn)花斑化特征。

④單元Ⅳ（厚23 cm）：褐灰色含溶?？啄喾劬О自茙r，以近水平狀優(yōu)勢巖溶通道發(fā)育為特征，并開始形成厘米級的近水平溶洞，但充填物為滲流物和優(yōu)勢巖溶通道切割的假角礫，缺乏機械成因角礫，表明水平潛流帶溶洞處于初始發(fā)育期；其物性因混合充填而變差。

⑤單元Ⅴ（厚68 cm）：褐灰色含溶?？啄喾劬О自茙r，以溶?？缀徒饺芸p發(fā)育為特征，溶縫充填物顏色與下一旋回初始海侵沉積物相似，微觀上為白云石滲流砂和泥質構成；巖心上，水平溶縫下部為溶?？纵^少的泥晶白云巖，表征海水鹽度降低；水平溶縫的發(fā)育可能與海水間歇性補給與鹽度降低有關，溶?？撞话l(fā)育的泥粉晶白云巖作為隔水層，致使之上發(fā)育水平溶縫。

⑥單元Ⅵ（厚4 cm）：褐灰色含溶模孔泥粉晶白云巖，下部近水平狀溶縫，上部角礫化；巖溶系統(tǒng)充填物明顯有下一旋回初始海侵沉積物混入，這也從序列特征上印證了具此類特征的巖溶為高頻暴露驅動的早成巖期巖溶。

根據巖溶特征可將旋回2 的巖溶帶劃分為近地表巖溶帶（弱的角礫化和近水平溶蝕，單元Ⅵ）—垂直滲流帶（選擇性溶蝕與近水平溶蝕，單元Ⅴ）—水平潛流巖溶帶（小型水平溶洞與近原地角礫充填，單元Ⅳ）—深部緩流帶（花斑狀溶蝕，單元Ⅰ—Ⅲ）。與旋回1 相比，巖溶分帶趨于明顯，且仍以滲流帶巖溶發(fā)育為特征。不同之處為滲流帶因巖性組合差異，出現(xiàn)近水平狀溶蝕。從規(guī)?？?，其水平潛流巖溶帶較旋回1發(fā)育，但未出現(xiàn)搬運角礫和洞穴垮塌角礫。這說明其巖溶強度仍處于中等，但較旋回1 強?？傮w而言，巖溶對儲集層改造仍以建設性為主。

3.2.3 旋回3：巖溶角礫巖

這類旋回特征為整個向上變淺序列均是巖溶角礫巖，形成似層狀的角礫巖段。角礫顏色和巖性多樣，可由灰色泥晶白云巖、褐灰色泥粉晶白云巖、含溶模孔泥粉晶白云巖和顆粒巖等構成，但角礫成分仍是源內角礫（見圖7）。角礫間充填物為白云巖砂、小礫、白云石滲流粉屑、洞穴化學沉積形成的方解石以及上覆高頻海侵的泥質或泥云質沉積物（見圖5h、圖5j、圖7）。角礫大小混雜，尖棱角狀與具磨圓的角礫混雜，體現(xiàn)出機械搬運和垮塌成因。該序列表明其受到的巖溶作用影響強烈，已經形成了一定規(guī)模的水平溶洞和淺表暗河系統(tǒng)，后由于暗河搬運角礫和洞穴總體垮塌而形成整體角礫化，其可能是整體暴露時間和巖溶強度大所致，也可能是受巖溶地貌單元控制，發(fā)育于高頻暴露期的局部高地的斜坡下部。從大量的整體角礫化序列統(tǒng)計來看，巖溶角礫巖的角礫間極易為白云巖砂、上覆高頻海侵沉積物等充填而使儲集能力基本喪失（見圖7）。

圖7 T44 井3 623.68～3 625.49 m 段（馬五3 亞段）向上變淺序列與整體角礫化

4 早成巖期相控巖溶過程及控儲效應

4.1 早成巖期巖溶組構成因

早成巖期巖溶以花斑狀溶蝕、近原地角礫化及滲流粉砂充填而與晚成巖期風化殼巖溶相區(qū)分[16-17]，研究區(qū)馬家溝組馬五4—馬五1 亞段高頻旋回上部以普遍角礫化為特征。這類角礫因大氣淡水沿先期發(fā)育的白云石晶間隙流動，首先溶蝕易遷移的蒸發(fā)礦物，形成以膏?？缀望}模孔為代表的溶?？祝ㄒ妶D3c），隨晶間溶孔和溶?？讟嫵傻牧黧w滲濾系統(tǒng)的建立，當巖溶持續(xù)進行時，相鄰溶?？缀袜徑чg溶蝕微孔逐漸聯(lián)接形成優(yōu)勢巖溶通道或強巖溶影響區(qū)（見圖6）。若優(yōu)勢通道內巖溶影響時間較短，通道內以近原地物質的溶蝕解離或晶粒變小為特征。優(yōu)勢通道內，因物質成分差異變化而呈現(xiàn)斑塊狀，稱為花斑狀溶蝕，其優(yōu)勢巖溶通道與原巖界限相對模糊（見圖3b）。當巖溶持續(xù)進行時，優(yōu)勢通道逐漸聯(lián)結形成網狀系統(tǒng)，并切割形成原地角礫化（見圖3c）。而角礫形態(tài)受控于優(yōu)勢通道的三維形態(tài)，因而顯現(xiàn)出無定形或塑性角礫特征，且鄰近的角礫具一定程度的可拼合性（見圖5h、圖5j）。當巖溶持續(xù)進行時，優(yōu)勢通道內的溶蝕產物逐漸因化學溶蝕和機械搬運遷移，則發(fā)育成為溶洞，但這類溶洞主要為近原地角礫、離散的滲流砂及上覆高頻海侵沉積物充填（見圖5j）。

4.2 巖溶動態(tài)演化階段

如前所述，巖心上可識別出多個向上變淺序列，并在縱向上疊置發(fā)育，暗示了海平面的頻繁升降過程，呈現(xiàn)出高頻沉積旋回特征。就單個向上變淺旋回而言，不同沉積旋回的巖溶發(fā)育程度具有差異性，如，選擇性溶蝕、整段角礫化等?？傮w上，巖溶發(fā)育程度自上而下呈現(xiàn)逐漸變弱的特征，旋回中下部常以發(fā)育溶模孔、花斑狀溶蝕、少量角礫為特征，頂部常以發(fā)育溶溝、大量角礫為特征（見圖6、圖7）。由此判定巖溶發(fā)育程度受到單個沉積旋回頂部暴露時間長短或早成巖期巖溶微地貌單元的控制，且暴露時間越長或處于高地邊緣，巖溶強度越大。根據上述巖溶發(fā)育特征，大致劃分出3 個巖溶發(fā)育演化階段（見圖8）。

4.2.1 選擇性溶蝕與易溶礦物遷移階段

成巖早期，在蒸發(fā)鹽礦物與碳酸鹽沉積物共生體系中（見圖8a），剛剛或還在經歷海水成巖作用的沉積物遭受短期暴露，孔隙中原始海水流體被大氣淡水取代，此時沉積物內不同成分、組構穩(wěn)定性存在差異，其中石膏、石鹽等蒸發(fā)鹽礦物的溶解度遠高于碳酸鹽沉積物[23-24]，從而會造成石膏、石鹽等易溶礦物優(yōu)先溶蝕形成溶?？祝ㄒ妶D8b），導致所謂選擇性溶蝕作用的發(fā)生。此時，基質白云石晶間溶蝕微孔尚未大量發(fā)育，以溶?？诪橹鞯膬臻g相對孤立，對儲集層的改造體現(xiàn)為孔隙度提升，但滲濾性能改善較?。ㄒ妶D8b）。

4.2.2 巖溶分帶形成階段

隨著暴露時間增長或巖溶強度增大，以基質晶間溶蝕微孔和溶?？椎仍缙诳紫断到y(tǒng)構建的巖溶水輸導體系得以改善，優(yōu)勢滲流通道開始大量發(fā)育。在旋回的頂部，發(fā)育的網狀通道系統(tǒng)也因溶蝕晶粒變小和泥晶化使巖石特征出現(xiàn)近原地角礫化特征，而優(yōu)勢通道因滲流物或上覆初始海侵沉積物混合充填而使物性變差。旋回中上部受大氣淡水滲流影響，巖溶通道使其呈現(xiàn)角礫化或花斑狀溶蝕；若原巖為顆粒巖，可發(fā)育有較為典型的淡水白云石膠結物（見圖3k）。在旋回下部，因高頻海侵形成的低滲層作為隔水層，巖溶水主要呈水平緩慢流動，并逐漸形成優(yōu)勢通道切割的假角礫化（見圖8c）。若因上覆高頻海侵而導致巖溶終止發(fā)育，巖溶優(yōu)勢通道系統(tǒng)可為滲流砂、近源砂礫或上覆高頻海侵沉積物混合充填（見圖5h、圖5j）。此階段，一方面巖溶通道因充填而使儲集物性變差，但因巖溶導致的組構差異化和上覆地靜壓力影響，極易產生為裂縫；另一方面因基質內晶間溶蝕進一步發(fā)育，從而形成晶間溶蝕孔與溶模孔復合儲集層，儲集性能進一步優(yōu)化（見圖8c）。

4.2.3 過度巖溶（整段角礫化）階段

當長時間的暴露或巖溶強度更大時，中上部優(yōu)勢巖溶通道持續(xù)擴展，角礫化特征更為明顯，早期溶模孔儲集層遭到破壞（見圖3c）。而中下部的水平潛流帶，因溶蝕和機械搬運可發(fā)育似層狀溶洞，但因早成巖期固結程度不高，極易為離散的角礫、砂和滲流物混合充填。或因上覆沉積時地靜壓力加載，而導致整體坍塌，而使得沉積序列的整段角礫化，從而形成基質豐富、角礫各異的雜亂角礫巖段（見圖7）。此時，巖溶通道因細粒物質充填影響，儲集物性變差（見圖8d）。

圖8 巖溶發(fā)育演化階段及物性特征

4.3 早成巖期巖溶對儲集物性的影響

早成巖期巖溶在溶蝕過程中，明顯受到巖性、巖相的控制，具有鮮明的“相控巖溶特征”[18]。研究區(qū)馬五4—馬五1 亞段主要儲集層巖類為含溶模孔泥粉晶白云巖、顆粒白云巖以及微生物白云巖，以發(fā)育良好的溶?？住⒘ｉg孔、格架孔為特征，這些巖石具有較好的孔滲性，受巖溶改造明顯，并以發(fā)育花斑狀溶蝕、溶溝，溶洞、角礫化和混合充填為特征（見圖3b、圖3c）。然而，不含溶?？椎哪喾劬О自茙r普遍致密，受巖溶改造較?。ㄒ妶D3a、圖3e）?？傊?，研究區(qū)馬五4—馬五1 亞段碳酸鹽巖儲集層是相控早成巖期巖溶成因，其儲集層預測應回歸到沉積微相和早成巖期儲集層發(fā)育規(guī)律。

根據巖溶強度，可以將巖溶演化階段分為選擇性溶蝕與易溶礦物遷移階段、巖溶分帶形成階段以及過度巖溶階段。本次研究采用儲集層的物性特征與演化 階段相結合的方法，對采集的626 組受巖溶影響的樣品按照上述3 個階段進行分類，進而討論巖溶階段與儲集層的關系。結果表明：沉積階段形成的易溶礦物，如硬石膏、石鹽，更易進行選擇性溶蝕，形成孤立的溶模孔，平均孔隙度為2.74%，平均滲透率為0.26×10-3μm2（見圖8b、圖8e）。隨后，溶模孔擴溶和基質晶間溶蝕微孔及其巖石組構差異化導致后期的微裂縫形成，孤立的溶?？字g相互連通，極大地提高了儲集層的滲透率，儲集空間類型為溶模孔、晶間和粒間溶孔，此時儲集物性最好，平均孔隙度為3.62%，平均滲透率為0.94×10-3μm2（見圖8c、圖8e）。隨著溶蝕作用的增強，角礫化及角礫間細粒物質充填，主要孔隙類型為殘余溶?？?、殘余基質微孔，此時平均孔隙度最低，僅為1.59%，滲透率也很低，為0.21×10-3μm2（見圖8d、圖8e）。

因此，有理由認為，隨著暴露時間的增加，巖溶強度由弱變強，巖溶影響范圍從未發(fā)展到影響幾乎整個向上變淺旋回，巖石也逐漸從保存完好到整體角礫化，孔隙度和滲透率具有先變好后變差的特點，表明早—中期暴露或巖溶強度弱—中等的時候，早成巖期巖溶優(yōu)化儲集層，當巖溶強度進一步增大時，儲集層遭到破環(huán)。

4.4 加里東期—海西早期風化殼巖溶的油氣地質意義

4.4.1 加里東期—海西早期風化殼巖溶對儲集層的改造有限

前已述及，研究區(qū)內馬五4—馬五1 亞段的3 類儲集巖的成因皆與高頻早成巖期相控巖溶相關。而關于加里東期—海西早期風化殼巖溶對儲集層形成的貢獻如何，巖溶古地貌單元是否控制儲集層發(fā)育也成為問題的焦點。為此，本次研究選取Sh243 井風化殼上下的取心段及過不同巖溶地貌單元的儲集層對比剖面為例說明。

Sh243 井奧陶系頂部取心段為馬五1亞段白云巖與上覆的本溪組鋁土質泥巖直接接觸。其風化殼巖溶具有如下幾方面特征（見圖9）：①巖溶影響深度較小，一般為幾米至十幾米；②巖溶系統(tǒng)為上覆的本溪組鋁土質泥巖充填，巖溶改造段呈具有氧化特征的雜色，并混有粗粒陸源碎屑；③巖溶也呈現(xiàn)對先期孔滲層更易疊合特征，且對先期溶?？讓盈B合形成雜色板塊，并破壞先期孔滲層，如3 227.05～3 227.45 m 井段；④在緊鄰風化殼處，巖溶改造而形成小型殘余溶洞。這些特征可與高頻早成巖期巖溶的溶模孔、花斑狀溶蝕、原地角礫化等典型特征相區(qū)別?？傮w而言，加里東期—海西早期風化殼巖溶疊合改造和破壞先期孔滲層，但也可在先期孔滲層溶蝕改造形成新的少量小型孔洞。這 一改造特征與區(qū)內1 500 多口鉆井少見放空和井漏等現(xiàn)象是相符合的，也表明白云巖風化殼巖溶與灰?guī)r風化殼巖溶的大縫大洞特征存在顯著差異。

圖9 Sh243 井3 219.57～3 229.57 m（馬五1 亞段—本溪組）取心段巖溶及儲集層特征

為進一步說明白云巖風化殼巖溶對儲集層發(fā)育的控制，本次研究基于已有的測井解釋成果，選取過巖溶高地、斜坡及溝槽等不同地貌單元的鉆井剖面進行儲集層對比分析（見圖10），發(fā)現(xiàn)前述巖相控制的儲集層發(fā)育與地層的保存狀況有關，而與巖溶古地貌單元關系較小。當不同地貌單元皆殘余馬五4 亞段時，各井皆發(fā)育中上部的巖相控制儲集層；而當巖溶高地和斜坡皆殘余馬五3 亞段巖層時，儲集層發(fā)育可能受巖相橫向變化控制，如T13 和T39 井的馬五3 亞段儲集層發(fā)育位置相當，此時，巖溶溝谷因侵蝕使儲集層段缺失，容易誤認為這類相控儲集層發(fā)育與巖溶古地貌相關（見圖10）。

圖10 過不同巖溶地貌單元的儲集層對比剖面圖（馬五4 亞段底拉平，φ—孔隙度，%，剖面位置見圖1）

4.4.2 風化殼巖溶與侵蝕溝谷使源儲鄰接而控藏

與塔里木盆地奧陶系良里塔格組和鷹山組、四川盆地中二疊統(tǒng)茅口組相比，研究區(qū)內馬五4—馬五1 亞段為白云巖和蒸發(fā)礦物分散混合的多旋回地層。受早成巖期相控巖溶影響，研究區(qū)大量發(fā)育層位穩(wěn)定、橫向變化不均勻的似層狀孔隙層（見圖11a）。后期疊加加里東期—海西早期長期的大氣淡水淋濾和風化剝蝕，形成全中國獨一無二的，卯梁交錯、溝壑縱橫的風化殼巖溶古地貌，破環(huán)了早期相控型準層狀儲集層的連續(xù)性（見圖11b）[25]。

圖11 蘇里格氣田東區(qū)早成巖期相控巖溶控儲、加里東期—海西早期風化殼巖溶控藏模式示意圖

但另一方面，加里東期—海西早期巖溶改造之后，風化殼之上披覆了上古生界煤系。研究表明，鄂爾多斯盆地中東部風化殼氣藏烴源巖主要有兩個來源：①來自馬家溝組低豐度的海相泥質碳酸鹽巖烴源巖，主要生成油型氣[26]；②來自上古生界煤系烴源巖生成的煤成氣以及石炭系石灰?guī)r生成的少量油型氣所形成的的混合氣[27-28]。研究區(qū)天然氣組分以煤成氣為主，油型氣為輔，表明研究區(qū)烴源巖主要來自披覆于風化殼之上的上古生界煤系烴源巖[29]。因而加里東期—海西早期巖溶和侵蝕的最重要作用是使下古生界儲集層與上古生界煤系烴源巖呈鑲嵌式接觸，形成側生側儲、上生下儲的源儲匹配關系，側向及垂向近距離運聚成藏（見圖11c）。

總體而言，加里東期—海西早期風化殼巖溶破壞了早成巖期形成的孔隙，僅在旋回上部形成了少量溶蝕孔洞，表明加里東期—海西早期巖溶對儲集層的優(yōu)化作用是有限的，甚至是以破壞作用為主，儲集層仍主要受相控早成巖期巖溶所控制。但從后期地層充填特征來看，更重要的是加里東期—海西早期巖溶形成的溝槽使源儲直接接觸，起到控藏的作用。綜合認為馬五4—馬五1亞段具有早成巖期相控巖溶控儲、加里東期—海西早期風化殼巖溶控藏的石油地質特征，按此模式，具有有利成藏條件的溝谷系統(tǒng)也將是下一步的勘探有利區(qū)。

5 結論

蘇里格氣田東區(qū)馬五4—馬五1 亞段儲集巖主要有（含溶?？祝┠喾劬О自茙r、顆粒白云巖以及微生物白云巖。這些巖性縱向上組合形成局限海—蒸發(fā)海、局限?！w粒灘—臺坪、局限?！⑸锴?、局限海—蒸發(fā)?！⑸锴穑? 種高頻向上變淺序列。

總結了巖性突變面、選擇性溶蝕與滲流充填物、花斑狀溶蝕、溶溝和溶縫、大氣淡水膠結物等典型高頻早成巖期暴露特征。（含）溶模孔泥粉晶白云巖、顆粒白云巖以及微生物白云巖3 類孔隙型儲集層的形成與高頻海平面變化驅動的早成巖期巖溶相關，為早成巖期相控巖溶成因，且早成巖期巖溶適度改造對儲集層優(yōu)化最為明顯，隨巖溶強度進一步增大，儲集物性逐漸變差。

加里東期—海西早期風化殼巖溶對馬五4—馬五1亞段儲集層優(yōu)化改造有限，雖新增少量小型溶洞，但主要表現(xiàn)為疊合改造和破壞先存孔隙層，或者因地層剝蝕或侵蝕而破壞先存早成巖期相控孔隙層的橫向連續(xù)性，其最大貢獻是使上覆的煤系與早期相控巖溶儲集層直接接觸。據此建立了“早成巖期相控巖溶控儲、加里東期—海西早期風化殼巖溶控藏”模式。