鄂爾多斯盆地南部奧陶系馬五段去白云石化成因及模式

雷 涵，黃文輝，孫啟隆，車青松

(1.中國地質(zhì)大學(xué)(北京)能源學(xué)院，北京 100083；2.中國地質(zhì)大學(xué) 海相儲集層演化與油氣富集機(jī)理教育部重點(diǎn)實驗室，北京 100083；3.中國地質(zhì)大學(xué)(北京)非常規(guī)天然氣地質(zhì)評價及開發(fā)工程北京市重點(diǎn)實驗室，北京 100083)

0 引 言

去白云石化最早于1847年由瑞士地質(zhì)學(xué)家von Morlot提出，起初被定義為：通過Ca/Mg值高的流體與白云石反應(yīng)(CaMg(CO3)2+Ca2++SO42-→2CaCO3+Mg2++ SO42-)，白云石被方解石或其他礦物交代的現(xiàn)象，是一種與白云石化相反的過程[1-2]，現(xiàn)在其定義已被延伸成為一種礦物轉(zhuǎn)化過程[3]。

鄂爾多斯盆地奧陶系馬家溝組碳酸鹽巖蘊(yùn)藏了豐富的天然氣資源，馬五段被認(rèn)為是優(yōu)質(zhì)儲集層[4-6]，而去白云石化現(xiàn)象在馬五段白云巖中十分常見，因此研究去白云石化的成因和發(fā)生模式對于了解馬家溝組儲集層成巖演化、物性變化和尋找有利勘探區(qū)十分重要。研究表明，去白云石化可發(fā)生在多種成巖階段和成巖環(huán)境中，地表或近地表條件下的去白云石化通常與大氣淡水和膏鹽溶解相關(guān)，大氣淡水造成石膏溶解，成巖流體中Ca2+增加，驅(qū)動去白云石化發(fā)生[7-10]；深埋藏環(huán)境中，富Ca2+熱鹵水會導(dǎo)致與斷裂相關(guān)的熱分解去白云石化作用(CaMg(CO3)2+Δ(熱量)→CaCO3+MgO+CO2↑)[11-13]；此外，塔里木盆地發(fā)現(xiàn)熱液也可以引起去白云石化作用的發(fā)生[14]。然而，在研究過程中，僅有少量文獻(xiàn)明確表明馬家溝組白云巖可能經(jīng)歷了地表、近地表時期及中—深埋藏環(huán)境中，與不整合面、縫合線、石膏結(jié)核、埋藏溶蝕孔洞縫有關(guān)的去白云石化[15-16]，并未找到關(guān)于鄂爾多斯盆地白云巖去白云石化發(fā)生模式的研究。

關(guān)于去白云石化作用過程中對儲集層的改造，有研究表明，在富含硫酸鈣的碳酸鹽巖中，去白云石化可加速甚至導(dǎo)致巖溶作用[17]；但去白云石化也可能導(dǎo)致脈狀方解石或鈣質(zhì)膠結(jié)物的沉淀[18]。有關(guān)鄂爾多斯盆地的研究中，覃建雄等[15]認(rèn)為下奧陶統(tǒng)馬家溝組上部含氣儲集層因去白云化作用而孔隙度大幅上升，同時也有研究指出鄂爾多斯盆地中后期酸性流體通過溶蝕去白云石化成因灰?guī)r或灰質(zhì)組分易形成優(yōu)質(zhì)儲集層[16]；但蘇中堂等[19]和何明倩等[20]認(rèn)為去白云石化會堵塞孔隙，不利于白云巖中的孔隙保存?？傮w而言，作用過程中去白云石化對儲集層改造的認(rèn)識差異較大。

由于鄂爾多斯盆地南部奧陶系馬五段1—2亞段部分含膏?？讓佣稳グ自剖F(xiàn)象明顯，因此本文選取含膏?？椎陌自茙r和去白云石化灰質(zhì)云巖樣品，通過對比碳氧同位素和微量元素，結(jié)合其巖石學(xué)特征，判別去白云石化的成因，分析去白云石化的成巖演化過程及其對儲集層的微觀作用過程，并建立去白云石化作用模式。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

鄂爾多斯盆地位于華北克拉通西部，是以太古宇和元古宇為基底發(fā)育的多旋回克拉通型盆地，包括中部的伊陜斜坡、北部的伊盟隆起、南部的渭北隆起、東部的晉西撓褶帶、西部的天環(huán)坳陷和西緣掩沖帶[21]。奧陶紀(jì)華北地臺共經(jīng)歷3次海退和海進(jìn)沉積旋回[22]，早奧陶世海平面持續(xù)下降，盆地南部古陸擴(kuò)大；中奧陶世馬家溝期，海平面開始上升，海水區(qū)域又逐漸擴(kuò)大；平?jīng)銎谥帘冲伾狡?，加里東運(yùn)動導(dǎo)致鄂爾多斯盆地整體抬升，古陸范圍不斷擴(kuò)大，接受長期風(fēng)化剝蝕；直至晚石炭世，盆地才開始重新接受沉積，導(dǎo)致奧陶系與上覆石炭—二疊系呈平行不整合接觸。

馬家溝組自下而上可分為馬一段(M1)至馬六(M6)段，馬六段上部發(fā)育不整合面。其中馬五段沉積時，氣候干熱，海平面動蕩升降，呈現(xiàn)出快速海侵、緩慢海退的特征，內(nèi)部形成了膏鹽巖與碳酸鹽巖互層的沉積，為碳酸鹽巖蒸發(fā)臺地相沉積，其中馬五1亞段(M51)和馬五2亞段(M52)主要發(fā)育晶粒白云巖、膏質(zhì)白云巖、含膏白云巖、膏鹽巖與灰質(zhì)云巖，偶見灰?guī)r，根據(jù)巖石類型組合特征，劃分為膏云坪、泥云坪和灰云坪沉積微相。研究區(qū)位于鄂爾多斯盆地南部，橫跨黃陵—洛川—富縣—宜川一帶，地處伊陜斜坡南緣，中央古隆起與米脂凹陷之間(圖1)。

圖1 鄂爾多斯盆地奧陶紀(jì)古構(gòu)造分區(qū)

2 樣品采集及測試

本研究的樣品均采自鄂爾多斯盆地南部8口井中白云巖巖心，深度為2 259.82～3 599.74 m，層位主要為奧陶系馬家溝組中組合馬五段1—2亞段(M51+2)。巖石成分、組構(gòu)特征的鑒定與分析在中國地質(zhì)大學(xué)(北京)海相儲集層演化與油氣富集機(jī)理重點(diǎn)實驗室完成，使用LEITZ-CM Leica DM750p偏光顯微鏡，ELM-2B陰極發(fā)光顯微鏡，Mini-SEM SX-1500掃描電鏡對成巖作用類型、充填礦物形態(tài)及性質(zhì)進(jìn)行分析研究，檢測依據(jù)為SY/T5368-2000。

碳酸鹽巖碳、氧同位素的測試分析在中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所實驗室完成，測試采用Finnigan公司的MAT253型氣體同位素質(zhì)譜儀。測試過程中將樣品粉末與100%磷酸反應(yīng)，收集釋放出的CO2進(jìn)行分析。測試結(jié)果的參考標(biāo)準(zhǔn)為Vienna Pee Dee組箭石(VPDB)，分析精密度為±0.1‰。

碳酸鹽巖全巖樣品的碎樣和研磨制備及主微量元素分析測試均在中國科學(xué)院地球化學(xué)研究所(貴陽)完成，主量元素測試分析采用X熒光光譜(XRF)分析法，在RIX2100儀器中進(jìn)行分析測試，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差在5%范圍內(nèi)，微量元素測試采用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS)，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差在10%范圍內(nèi)。檢測依據(jù)為國家標(biāo)準(zhǔn)(國標(biāo)GSS-5、GSR-6、GSD-12)。測試所得的主、微量元素和碳氧同位素校正后數(shù)據(jù)如表1。

表1 鄂爾多斯盆地南部馬五段白云巖地化數(shù)據(jù)

3 巖石學(xué)特征

鄂爾多斯南部盆地奧陶系馬五1—2亞段微晶白云巖中富含石膏結(jié)核，根據(jù)巖性和結(jié)構(gòu)可將其分為微晶白云巖、含膏模孔微晶云巖和含膏?？孜⒕Щ屹|(zhì)云巖。

微晶白云巖晶間孔十分發(fā)育，晶形呈半自形(圖2(a))。含膏?？孜⒕г茙r中膏?？装l(fā)育，部分膏?？妆环浇馐耆涮?圖2(b))，部分膏模孔則發(fā)育成示底構(gòu)造(圖2(c))，圍巖晶間孔一般發(fā)育，偶見微裂隙發(fā)育。含膏?？孜⒕Щ屹|(zhì)云巖與含膏?？孜⒕г茙r結(jié)構(gòu)類似，膏?？装l(fā)育(圖2(d))，但其中方解石與白云石混雜分布，表明為不完全灰化，整體巖性致密，晶間孔不發(fā)育，裂縫一般發(fā)育，早期裂縫已被方解石脈充填，后期微裂隙發(fā)育于方解石脈中(圖2(e))。

(a)Y1725，2 260.82 m，微晶白云巖，鑄體薄片；(b)Y1757，3 275.1 m，含膏?？孜⒕г茙r，膏模孔發(fā)育；(c)Y391，3 113.2 m，含膏?？孜⒕г茙r，膏?？装l(fā)育為示底構(gòu)造；(d)Y1758，3 067 m，含膏模孔微晶灰質(zhì)云巖，茜素紅染色，膏?？装l(fā)育為示底構(gòu)造；(e)Y1758，3 063 m，微晶灰質(zhì)云巖，鑄體薄片，茜素紅染色；(f)Y628，2 810.7 m，溶蝕縫將晶粒灰?guī)r破裂成角礫狀，溶蝕縫內(nèi)充填大量泥質(zhì)(Arg)

4 討 論

4.1 去白云石化成因

4.1.1 成巖作用

白云巖中Mn和Sr含量通常受沉積和成巖環(huán)境改變的影響，Mn/Sr比值大小可以反映成巖作用對環(huán)境的改造強(qiáng)度，比值越大，成巖作用改造越強(qiáng)，Mn/Sr>3 一般說明經(jīng)歷了強(qiáng)烈的成巖改造[5,23-24]。微晶白云巖平均Mn/Sr為0.881，含膏?？孜⒕г茙r為1.913，含膏?？孜⒕Щ屹|(zhì)云巖為4.339(表1)，指示了微晶白云巖幾乎未經(jīng)歷成巖改造，含膏?？孜⒕г茙r經(jīng)歷了輕微—中等強(qiáng)度的成巖改造，而含膏模孔微晶灰質(zhì)云巖經(jīng)歷了強(qiáng)烈的成巖改造。

碳酸鹽巖的δ13C和δ18O主要受成巖作用的影響，通常淡水淋濾使δ13C和δ18O降低，一般會導(dǎo)致海水的δ18O偏輕3‰左右[25]，高溫高壓埋藏作用也會使δ13C 和δ18O降低，受熱液影響的白云巖δ18O值通常低于-10‰[26-28]。將微晶碳酸鹽巖的碳、氧同位素作交匯圖(圖3)，奧陶紀(jì)海水的碳同位素值域為-2.0‰～0.5‰，氧同位素值域為-6.6‰～-4.0‰[29]，因此若經(jīng)歷淡水淋濾，奧陶系樣品氧同位素值域應(yīng)為-9.6‰～-7.0‰；微晶白云巖樣品的δ13C和δ18O值基本分布于奧陶紀(jì)海水同位素值域范圍內(nèi)，且Mn/Sr表明其幾乎未經(jīng)歷成巖改造，說明基本保持了原始海洋沉積特征；與微晶白云巖相比，含膏?？孜⒕г茙r和含膏?？孜⒕Щ屹|(zhì)云巖的δ13C和δ18O均偏負(fù)，這可能是受淡水淋濾或埋藏作用的影響，但其δ18O值均于-9.6‰～-7‰之間(表1)，加之兩類巖樣中膏?？拙l(fā)育為示底構(gòu)造(圖2(c)和(d))，說明其更可能經(jīng)歷了淡水淋濾作用。含膏?？孜⒕г茙r和含膏?？孜⒕Щ屹|(zhì)云巖δ13C-δ18O值整體呈負(fù)相關(guān)(圖3)，連續(xù)性好，指示了巖樣間的轉(zhuǎn)化關(guān)系，說明含膏?？孜⒕Щ屹|(zhì)云巖受淡水淋濾影響更大，且淡水淋濾作用參與了含膏?？孜⒕г茙r向含膏?？孜⒕Щ屹|(zhì)云巖的去白云石化改造過程。

圖3 鄂爾多斯盆地南部馬五段碳酸鹽巖碳氧同位素交匯圖

因此，含膏?？孜⒕г茙r和含膏?？孜⒕Щ屹|(zhì)云巖均經(jīng)歷了淡水淋濾作用，但含膏模孔微晶灰質(zhì)云巖較含膏?？孜⒕г茙r經(jīng)歷了更強(qiáng)烈的淡水淋濾成巖改造，即淡水淋濾作用驅(qū)動了含膏?？孜⒕г茙r向含膏模孔微晶灰質(zhì)云巖的去白云石化轉(zhuǎn)化的發(fā)生。

4.1.2 成巖流體

Keith等[30]提出由δ13C和δ18O計算的Z值(Z=2.048×(δ13C+50)+0.498×(δ18O+50))可用來確定碳酸鹽巖的沉積環(huán)境, 當(dāng)其大于120時為海相碳酸鹽巖，小于120時為陸相碳酸鹽巖。微晶白云巖平均Z值為124.81，含膏?？孜⒕г茙r的為122.98，含膏?？孜⒕Щ屹|(zhì)云巖的為117.40，前文Mn/Sr、δ13C和δ18O值已表明微晶白云巖幾乎未經(jīng)歷成巖改造、保持了原始海洋沉積特征，因此其Z值也可以很好地代表奧陶紀(jì)海水沉積環(huán)境，與之相比，兩類含膏?？椎脑茙rZ值均有不同程度下降，指示了兩類含膏?？自茙r成巖流體均受到陸源流體的影響，即大氣淡水的影響，含膏?？孜⒕Щ屹|(zhì)云巖受淡水影響尤為明顯。含膏?？孜⒕г茙r和含膏模孔微晶灰質(zhì)云巖的Z值與Mn/Sr交匯圖顯示兩者呈負(fù)相關(guān)(圖4)，表明在云巖向灰質(zhì)云巖轉(zhuǎn)化過程中，成巖改造的強(qiáng)度受成巖流體性質(zhì)(海源/陸源)控制，即去白云石化作用的成巖流體為大氣淡水。

圖4 鄂爾多斯盆地南部馬五段碳酸鹽巖Z-Mn/Sr交匯圖

研究區(qū)多處可觀察到大量泥質(zhì)填充裂縫(圖2(f))，這可能是由大氣淡水?dāng)y帶陸源物質(zhì)流入巖層的。陸源沉積物Y/Ho值一般為26～28，海相沉積物一般為44～72[31-33]；微晶白云巖平均Y/Ho值為47.51，含膏?？孜⒕г茙r為40.091，含膏?？孜⒕Щ屹|(zhì)云巖為33.083(表1)，表明微晶白云巖為較純的海相沉積物，與碳、氧同位素的表征結(jié)果一致，而含膏模孔微晶云巖中已經(jīng)包含少量陸源物質(zhì)，含膏模孔微晶灰質(zhì)云巖中已經(jīng)包含大量陸源物質(zhì)；交匯圖顯示Z值與Y/Ho呈正相關(guān)(圖5)，表明兩類含膏?？自茙r中的陸源物質(zhì)均是由于大氣淡水進(jìn)入巖層的。其次，一些微量元素的比值還可以鑒定陸源碎屑的物源：(1)若Cr/Zr比值低于NASC(0.63)標(biāo)準(zhǔn)，表明碳酸鹽巖受長英質(zhì)影響[34]；三類白云巖中僅含膏?？孜⒕Щ屹|(zhì)云巖比值低于該標(biāo)準(zhǔn)(平均0.517)。(2)若Th/Cr比值高于MCS(0.13±0.29)或PAAS(0.13)標(biāo)準(zhǔn)，表明碳酸鹽巖受分異程度較高的花崗巖(以長英質(zhì)為主)影響[35]；同樣只有含膏?？孜⒕Щ屹|(zhì)云巖比值高于兩種標(biāo)準(zhǔn)(平均0.250)。(3)一般純碳酸鹽巖的Th/U≤2，高于該值是由于鈣質(zhì)中含硅酸鹽混合物和陸源泥質(zhì)[31]；仍然只有含膏?？孜⒕Щ屹|(zhì)云巖比值大于2(平均3.525)。表明淡水中主要包含花崗巖類物質(zhì)(以長英質(zhì)為主)和泥質(zhì)兩類陸源物質(zhì)，大氣淡水流經(jīng)花崗巖類物質(zhì)時將其溶入，并攜帶陸源泥質(zhì)灌入巖層的孔洞與裂縫中，從而進(jìn)一步改造白云巖，且雖然含膏?？自茙r經(jīng)歷淡水淋濾作用，但僅輕微受到陸源物質(zhì)的影響；而含膏?？孜⒕Щ屹|(zhì)云巖在經(jīng)歷了更強(qiáng)烈的淡水淋濾引起的去白云石化作用改造后，更大程度上受到陸源物質(zhì)的影響，交匯圖中Z值同樣與Cr/Zr、Th/Cr和Th/U呈較好的相關(guān)性(圖5)，再次證實含膏?？装自茙r中包含的陸源物質(zhì)(花崗巖類物質(zhì)和泥質(zhì))是由于大氣淡水而進(jìn)入巖層的。

圖5 鄂爾多斯盆地南部馬五段碳酸鹽巖Z值與Y/Ho、Cr/Zr、Th/Cr、Th/U交匯圖

因此，可以確定含膏?？孜⒕Щ屹|(zhì)云巖的去白云石化作用成巖流體為大氣淡水，并且大氣淡水溶解花崗巖類物質(zhì)(以長英質(zhì)為主)后攜帶陸源泥質(zhì)灌入巖層。

4.2 Ca2+和CO32-來源

方解石和白云石的摩爾體積分別為36.93 cm3/mol和64.34 cm3/mol[36]，二者等體積交代階段(CaMg(CO3)2+Ca2++SO42-→2CaCO3+Mg2++SO42-)，前提是：白云石溶解可為之后的去白云石化提供充足的CO32-，但缺乏Ca2+；膠結(jié)階段方解石膠結(jié)物的形成需要白云石溶解以外的CO32-源和Ca2+源。

馬家溝組一段、三段、五段均以蒸發(fā)巖沉積為主[37]，研究區(qū)也發(fā)育膏鹽層(圖6(a))，表生期大氣淡水溶解膏鹽運(yùn)移至去白云石化部位為其提供了大量的Ca2+；其次，去白云石化本層石膏結(jié)核也十分發(fā)育(圖2(b)-(d))，提供了一定量的Ca2+；還有值得注意的是研究區(qū)位于中央古隆起與米脂凹陷之間(圖1)，中央古隆起蒸發(fā)巖溶解產(chǎn)生的富Ca2+流體在側(cè)向運(yùn)移過程中，也可能為研究區(qū)提供了一定的Ca2+。

圖6 鄂爾多斯盆地南部奧陶系馬五段碳酸鹽巖—膏鹽層巖石學(xué)特征

鄂爾多斯盆地奧陶系碳酸鹽巖中CO2有兩種來源：海相碳酸鹽巖分解產(chǎn)生的無機(jī)成因CO2和有機(jī)質(zhì)通過氧化、裂解或降解產(chǎn)生的有機(jī)成因CO2[38]。盆地兩次主要油氣充注期在中侏羅世末期和早白堊世末期，此時馬五段已進(jìn)入中—深埋藏時期[39]，而去白云石化作用在淺埋藏時期已結(jié)束[20]，因此CO32-不可能來自有機(jī)成因CO2。其次，表生期研究區(qū)白云石化作用與去白云石化作用同時進(jìn)行[20]，去白云石化流體中部分CO32-可能由白云石化作用中方解石分解產(chǎn)生。

研究區(qū)去白云石化成巖流體的主要運(yùn)移通道包括溶蝕縫和縫合線(圖6(b))，大氣淡水?dāng)y外來Ca2+和CO32-沿其運(yùn)移至末端，下滲至白云石晶間縫，并沿晶間縫繼續(xù)下滲，對白云石進(jìn)行選擇性溶蝕和等體積交代，并在晶間縫形成方解石膠結(jié)物(圖6(b-1)、(b-2))。距離溶蝕縫或縫合線越遠(yuǎn)的部位，隨著大氣淡水在晶間縫的流動和Ca2+與CO32-的消耗，受成巖流體的影響逐漸減弱，去白云石化現(xiàn)象(交代作用與膠結(jié)作用)也逐漸減少(圖6(b)、(b-1)、(b-2)、(b-3))。

4.3 去白云石化作用過程

研究區(qū)去白云石化作用中，白云石晶核先開始溶蝕(圖6(c))，直至成為晶?？譡3,9]，后期方解石充填，為等體積轉(zhuǎn)化，方解石晶體仍保持著原白云石晶形，但部分白云石被完全交代(圖6(d))，部分則仍保留著白云石環(huán)邊(圖6(b-1))；交代現(xiàn)象發(fā)育的部位膠結(jié)現(xiàn)象也十分發(fā)育，且膠結(jié)強(qiáng)度隨白云石灰化現(xiàn)象減少而變?nèi)?圖6(b))，表明了去白云石化作用中方解石的交代和膠結(jié)可能是兩個連續(xù)的過程[40-42]。通過對比含膏?？孜⒕г茙r和含膏?？孜⒕Щ屹|(zhì)云巖的晶間孔發(fā)育差異(圖2(b)、(c)、(d)、(e))及孔滲數(shù)據(jù)(圖7)，可以證實研究區(qū)去白云石化導(dǎo)致了方解石膠結(jié)物充填晶間孔、縫和微裂隙，造成了研究區(qū)白云巖區(qū)域性致密化。

圖7 鄂爾多斯盆地南部奧陶系馬五段白云巖孔滲交匯圖

對于李婧娟等[19]曾指出的鄂爾多斯盆地后期酸性流體通過溶蝕去白云石化成因灰質(zhì)組分后易形成優(yōu)質(zhì)儲集層，研究區(qū)多處去白云石化成因方解石晶體和膠結(jié)物旁發(fā)育大量瀝青圓環(huán)(圖6(e))，表明這些部位埋藏階段經(jīng)歷了有機(jī)酸溶蝕作用[43]，但后期酸性流體并未能溶蝕這些灰質(zhì)組分，因此后期溶蝕作用并不能明顯改善致密的巖層從而形成優(yōu)質(zhì)儲集層，個人認(rèn)為在實際油氣勘探開發(fā)過程中，應(yīng)避開去白云石化成因的灰質(zhì)或灰?guī)r致密部位，進(jìn)而篩選出更有利的勘探目標(biāo)。

4.4 去白云石化作用模式

含膏?？孜⒕г茙r和含膏模孔微晶灰質(zhì)云巖中均有膏?？装l(fā)育為示底構(gòu)造，其中云巖的圍巖和膏?？椎撞烤砂自剖M成，而灰質(zhì)云巖的圍巖和膏?？椎撞烤苫祀s分布的白云石和方解石組成，且其膏?？椎撞康V物碎屑中方解石與白云石含量之比明顯比圍巖低(圖2(d))，表明膏?？變?nèi)的去白云石化程度遠(yuǎn)低于圍巖，而一般示底構(gòu)造的形成過程中，表生期大氣淡水先溶蝕石膏形成膏模孔，其底部的礦物碎屑顆粒則是在淺埋藏期堆積于底部的[21]，這說明去白云石化過程中，交代過程是在表生—淺埋藏期連續(xù)發(fā)生的，而膠結(jié)過程是在淺埋藏期發(fā)生的。

綜合上述討論，由于加里東運(yùn)動，志留紀(jì)研究區(qū)抬升，奧陶系馬五段進(jìn)入表生成巖階段，泥盆紀(jì)地層持續(xù)抬升，早石炭紀(jì)末期—晚石炭紀(jì)早期，奧陶系地層暴露地表，遭受剝蝕，造成馬家溝組以上地層缺失[21]。該階段大氣淡水溶解陸源花崗巖類物質(zhì)(以長英質(zhì)為主)并攜帶陸源泥質(zhì)灌入巖層，引發(fā)了淡水淋濾成因去白云石化作用的發(fā)生，促使含膏?？孜⒕г茙r轉(zhuǎn)化為含膏?？孜⒕Щ屹|(zhì)云巖。去白云石化作用分為2個時期：(1)表生期，該時期僅進(jìn)行去白云石化的交代過程；大氣淡水流經(jīng)蒸發(fā)巖(膏鹽層)時溶入大量Ca2+，流經(jīng)石膏結(jié)核時將其溶解成膏?？椎耐瑫r也溶入了一定量的Ca2+，同期白云石化作用方解石分解則為其提供一定量的CO32-，淡水沿溶蝕縫或縫合線流動至末端，繼續(xù)沿白云石晶間縫下滲，對白云石進(jìn)行選擇性溶蝕和等體積交代(圖8(b))。(2)淺埋藏期，該時期交代過程繼續(xù)進(jìn)行，方解石和白云石礦物碎屑進(jìn)入膏?？椎撞?，之后開始膠結(jié)過程，造成了方解石膠結(jié)物充填晶間孔、縫和裂隙(圖8(c))，膏模孔內(nèi)形成了示底構(gòu)造，使白云巖區(qū)域性致密化。由于淡水經(jīng)由溶蝕縫或縫合線流至晶間縫下滲，交代和膠結(jié)過程中Ca2+和CO32-不斷被消耗，因此去白云石化成因的方解石晶體和膠結(jié)物隨著與溶蝕縫或縫合線距離的增加而減少(圖8(c))，因此，距運(yùn)移通道越遠(yuǎn)的部位，致密化程度越輕。

圖8 鄂爾多斯盆地南部奧陶系馬五—六段碳酸鹽巖去白云石化模式

5 結(jié) 論

(1)鄂爾多斯盆地南部M51+2含膏?？椎陌自茙r層段普遍經(jīng)歷淡水淋濾作用，部分層段受淡水淋濾作用改造更嚴(yán)重，經(jīng)歷了淡水淋濾去白云石化作用轉(zhuǎn)化為灰質(zhì)云巖，大氣淡水溶解陸源花崗巖類物質(zhì)(以長英質(zhì)為主)并攜帶陸源泥質(zhì)灌入巖層。

(2)淡水淋濾去白云石化作用流體中Ca2+由蒸發(fā)巖(膏鹽層)和石膏結(jié)核的溶解產(chǎn)生，CO32-由表生期白云石化作用方解石分解產(chǎn)生，流體主要運(yùn)移通道包括溶蝕縫和縫合線。去白云石化作用分為兩個過程：①交代過程(表生—淺埋藏期)，富Ca2+和CO32-大氣淡水流至溶蝕縫或縫合線末端，沿晶間縫下滲，促進(jìn)白云石的選擇性溶蝕和方解石對其的等體積交代；②膠結(jié)過程(淺埋藏期)，方解石膠結(jié)物填充去白云石化層段的晶間孔、縫和裂隙。隨著下滲過程中Ca2+和CO32-的消耗，交代和膠結(jié)現(xiàn)象也隨之減少。淡水淋濾去白云石化作用使研究區(qū)白云巖區(qū)域性致密化，且距運(yùn)移通道越遠(yuǎn)的部位致密化程度越輕。因此，油氣勘探開發(fā)過程中應(yīng)避開此類區(qū)域。