鄂爾多斯盆地中東部馬家溝組鹽下構(gòu)造-沉積響應(yīng)特征

左洺滔，胡忠貴，楊 威，張春林，胡明毅，莫午零

1長江大學(xué)沉積盆地研究中心；2中國石油勘探開發(fā)研究院

0 前言

鄂爾多斯盆地橫跨我國西部陜、甘、寧、蒙、晉等5省區(qū)，為我國第二大沉積盆地。作為我國主要產(chǎn)氣盆地之一，鄂爾多斯盆地縱向上含有多個產(chǎn)氣層系，其中下古生界的海相沉積地層有著較大的沉積厚度、較廣的分布范圍及良好的油氣成藏條件，僅奧陶系馬家溝組就發(fā)育了多套不同成因的具有良好油氣勘探的潛力碳酸鹽巖儲層［1-2]。

前人針對鄂爾多斯盆地奧陶系馬家溝組已開展了較多的地質(zhì)研究及油氣勘探工作。近些年關(guān)于馬家溝期內(nèi)部差異性構(gòu)造-沉積活動的研究已有了較為系統(tǒng)的成果認(rèn)識：張永生等［3-7]認(rèn)為盆地東部地區(qū)在馬五6亞段沉積時期，由于局部活動構(gòu)造的控制，形成了東部地區(qū)盆底“兩隆夾一坳”的構(gòu)造樣式，并對不同構(gòu)造區(qū)域內(nèi)進(jìn)行了沉積分異特征研究；陳洪德等［8]將鄂爾多斯盆地奧陶紀(jì)碳酸鹽臺地分異沉積劃分為“古隆起—臺內(nèi)坳陷”相鄰的模式，并以“大隆大坳、隆坳相鄰”為主的表現(xiàn)形式對盆地馬家溝期構(gòu)造-沉積特征進(jìn)行闡述；于洲等［9]認(rèn)為鄂爾多斯盆地中東部地區(qū)馬家溝期具有“隆洼相間型”和“平底鍋型”兩種沉積構(gòu)造格局；席勝利等［10]認(rèn)為鹽下顆粒灘受古沉積格局的控制；付金華等［11]指出馬家溝期的中組合顆粒灘沉積受古沉積格局和元古代裂陷槽的共同控制，顆粒灘主要分布于各低隆起帶上。可以看出前人對鄂爾多斯盆地馬家溝期的構(gòu)造-沉積活動特征的研究有了較為豐碩的成果，但由于地震資料品質(zhì)較差，使得圍繞馬家溝組構(gòu)造-沉積響應(yīng)特征的研究工作多集中于鉆井巖心資料及野外露頭資料，很少或較少利用地震資料對盆地構(gòu)造特征進(jìn)行解釋，限制了將現(xiàn)有工作與“構(gòu)造控制沉積”思想的有效結(jié)合。

為了搞清鄂爾多斯盆地馬家溝組沉積時期鹽下地層的構(gòu)造-沉積響應(yīng)特征，本文基于10條全盆地范圍內(nèi)的地震測線及盆地中東部122條區(qū)域地震測線、51口探井資料及東部4條野外露頭剖面，重點開展了對盆地東部馬家溝組五段鹽下地層沉積期的構(gòu)造特征及沉積特征的研究，根據(jù)鉆井解釋標(biāo)定和地震相識別，建立主要沉積微相-地震相解釋模式，結(jié)合構(gòu)造特征控制臺內(nèi)丘灘體分布的認(rèn)識，精細(xì)刻畫丘灘體分布范圍，最后綜合利用各因素編繪鄂爾多斯盆地東部馬五段鹽下地層巖相古地理圖，以期為馬五段鹽下地層的油氣勘探開發(fā)提供較為可靠的地質(zhì)依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

鄂爾多斯盆地構(gòu)造上屬于華北克拉通西南部的一部分，盆地邊緣以構(gòu)造斷裂為界，面積可達(dá)37×104km2，為我國第二大疊合盆地。盆內(nèi)奧陶系馬家溝組沉積時期發(fā)育了一套碳酸鹽和蒸發(fā)鹽交互沉積的韻律地層：馬一、馬三、馬五段為海退時期沉積的產(chǎn)物，以蒸發(fā)巖類沉積為主；馬二、馬四、馬六段為海侵時期的產(chǎn)物，以碳酸鹽巖沉積為主。

研究區(qū)位于鄂爾多斯盆地中東部馬家溝組剝蝕線的東側(cè)（圖1a）。馬五段發(fā)育于海退規(guī)模達(dá)到最大的時期，自上而下可進(jìn)一步分為10個亞段，其中馬五6亞段膏鹽巖的分布范圍最廣、累計厚度最大。馬五段鹽下地層主要是指馬五6亞段至馬五10亞段（圖1b）。總體上，馬家溝組沉積時期由于“均衡調(diào)節(jié)作用”，在西南緣“L”型古隆起的東側(cè)形成了“陜北坳陷”［12-13]，此沉積格局決定了鄂爾多斯盆地馬家溝組的古沉積環(huán)境［12，14]。馬家溝期鄂爾多斯盆地東部為充滿咸化海水、水體較淺、經(jīng)常發(fā)生暴露的蒸發(fā)潮坪環(huán)境，米脂—子長一帶為膏鹽巖沉積的中心區(qū)域，主體為膏鹽湖（膏鹽洼地）環(huán)境［15]。

圖1 研究區(qū)位置圖及典型單井沉積相綜合柱狀圖Fig.1 Location of study area and sedimentary facies column of typical well

2 沉積相類型及特征

2.1 沉積微相類型

根據(jù)8口井巖心和352塊薄片的觀察結(jié)果，綜合對研究區(qū)及鄰區(qū)51口井的測井、錄井等資料分析，在鄂爾多斯盆地中東部地區(qū)馬五段鹽下地層中共識別出局限臺地、蒸發(fā)臺地2種沉積相、6種沉積微相。

局限臺地主要發(fā)育潮坪、臺內(nèi)灘亞相，主要包括以下4種微相類型。

顆粒灘 為結(jié)構(gòu)較為單一的砂屑灘及少量的生物丘灘體，多發(fā)育于水動力較強(qiáng)的水下隆起帶。砂屑灘以淺灰色—灰褐色砂屑白云巖、粉屑白云巖、殘余砂屑白云巖為主（圖2a，2b），常發(fā)生溶蝕而形成溶孔，砂屑灘大多發(fā)育于馬五7、馬五9兩個亞段內(nèi)，少量發(fā)育于馬五6亞段內(nèi)。生物丘灘體（包括微生物丘）較少發(fā)育，多集中于馬五7亞段內(nèi)。

云坪 巖性主要為泥粉晶白云巖和細(xì)粉晶白云巖（圖2c），可見鳥眼構(gòu)造、水平紋層等沉積構(gòu)造。云坪發(fā)育于水體較淺、鹽度不高的沉積環(huán)境中。

含灰（灰質(zhì)）云坪 巖性主要為含灰白云巖或灰質(zhì)白云巖，平面上主要分布于環(huán)灰坪外一側(cè)，主要發(fā)育于馬五7及馬五9亞段內(nèi)。

灰坪 巖性以泥晶灰?guī)r為主（圖2d），形成于水體環(huán)境較深、能量較低的沉積環(huán)境，是研究區(qū)海侵時期內(nèi)的主要沉積微相類型，主要發(fā)育于馬五7及馬五9亞段內(nèi)。

蒸發(fā)臺地主要發(fā)育蒸發(fā)潮坪和蒸發(fā)潟湖2個亞相，主要包括以下2種微相類型：

含膏（膏質(zhì)）云坪 主要由膏質(zhì)白云巖和含膏白云巖組成（圖2e）。主要發(fā)育于海平面相對下降時期、地形相對隆起的區(qū)域，即在相對干燥炎熱、易于蒸發(fā)的環(huán)境中形成；可見各種蒸發(fā)環(huán)境典型的沉積構(gòu)造，如鳥眼構(gòu)造等較為常見，亦可見少量石膏（硬石膏）結(jié)核。層位上主要發(fā)育于各次級旋回的晚期，即馬五6、馬五8及馬五10亞段。

膏鹽湖 巖性主要為呈層狀分布的灰白色—黃褐色膏巖（圖2f）及鹽巖，屬于干燥蒸發(fā)環(huán)境下的產(chǎn)物，發(fā)育于各沉積旋回海平面下降的時期，集中分布在盆地的東部地區(qū)，主要發(fā)育于馬五6、馬五8及馬五10亞段內(nèi)。

圖2 鄂爾多斯盆地鹽下典型沉積微相特征Fig.2 Characteristics of typical sedimentary microfacies of subsalt reservoir in Ordos Basin

2.2 單井沉積相特征

以研究區(qū)府5井為例（圖1b），該井位于盆地東北部，發(fā)育局限臺地和蒸發(fā)臺地相沉積。局限臺地主要發(fā)育潮坪、臺內(nèi)灘亞相，主要包括云坪、含灰云坪和顆粒灘微相；蒸發(fā)臺地主要發(fā)育蒸發(fā)潟湖亞相，它主要包括鹽湖和膏鹽湖微相。馬五6、馬五8及馬五10亞段以發(fā)育膏鹽湖沉積為主，為典型的蒸發(fā)環(huán)境下海平面下降、海水補給不充分并咸化形成的沉積產(chǎn)物，巖性主要為膏巖、鹽巖及膏鹽巖；馬五7、馬五9亞段以碳酸鹽潮坪、臺內(nèi)灘沉積為主，發(fā)育云坪、含灰云坪和顆粒灘，為研究區(qū)較為有利的儲層發(fā)育層段。

2.3 區(qū)域沉積相對比

在單井沉積相分析的基礎(chǔ)上，對區(qū)域連井剖面進(jìn)行沉積相對比。圖3為研究區(qū)北部的一條連井剖面（位置見圖1a），由于研究區(qū)鉆穿目的層位的鉆井?dāng)?shù)量較少，本次研究以馬五5-6亞段為例對鹽下地層進(jìn)行沉積相對比。該連井剖面馬五6亞段沉積期以蒸發(fā)臺地相沉積為主，自西向東依次發(fā)育云坪、膏質(zhì)云坪及膏鹽湖微相；馬五5亞段與馬五7、馬五9亞段沉積環(huán)境類似，沉積時期處于海平面上升階段，區(qū)域內(nèi)發(fā)育灰坪微相。

圖3 鄂爾多斯盆地中東部馬五5-6亞段沉積微相連井對比剖面（剖面位置見圖1a）Fig.3 Sedimentary microfacies correlation section of Majiagou submember 55-6 in central-eastern Ordos Basin（section location is shown in Fig.1a）

3 沉積-地震響應(yīng)特征

地震相是沉積相在地震剖面上特定的響應(yīng)特征，不同的地震響應(yīng)特征可以用來反映沉積相的類型和特征［16]。鄂爾多斯盆地馬家溝期主要發(fā)育蒸發(fā)巖與碳酸鹽巖沉積，屬原地生物—化學(xué)沉積產(chǎn)物，不同的沉積相、巖性及各種成巖改造對其造成的影響，可以通過明顯的速度差異在地震剖面中呈現(xiàn)出來，因此可以利用地震相分析來解釋沉積地質(zhì)特征［11]。通過二維地震剖面分析，將工區(qū)內(nèi)地震相分為弱振幅、準(zhǔn)席狀欠連續(xù)-斷續(xù)反射，中-強(qiáng)振幅、層狀上超較連續(xù)-連續(xù)反射，內(nèi)部弱振幅或空白反射、連續(xù)反射，中振幅、席狀平行-亞平行連續(xù)反射等幾種地震相類型，再結(jié)合井-震標(biāo)定，明確不同巖性及微相對應(yīng)的不同地震響應(yīng)特征（圖4）。

陜161井位于研究區(qū)西北部，在馬五段沉積期發(fā)育了顆粒灘沉積。在過陜161井的G12-05地震剖面（局部放大）上（圖4a），可識別出多期次的同沉積斷裂活動；通過井-震標(biāo)定分析，顆粒白云巖在研究區(qū)內(nèi)往往表現(xiàn)出弱振幅、欠連續(xù)—斷續(xù)的地震反射特征，對應(yīng)顆粒灘微相的沉積相-地震相解釋模式。

龍?zhí)?井為膏鹽巖發(fā)育的典型井，馬一段、馬三段及馬五段發(fā)育厚層膏鹽巖沉積。在過龍?zhí)?井的G12-08地震剖面（局部放大）上（圖4b），膏鹽巖通常表現(xiàn)為內(nèi)部呈弱振幅或空白反射、連續(xù)反射特征，反射界面表現(xiàn)為強(qiáng)振幅特征，據(jù)此建立膏鹽湖微相的沉積相-地震相解釋模式。

白云巖和石灰?guī)r在研究區(qū)廣泛分布，宜2井全井段碳酸鹽巖較為發(fā)育。以過宜2井的G12-08地震剖面（局部放大）為例（圖4c），該地震剖面中地震反射特征與前兩者明顯不同，表現(xiàn)為以中振幅為主、連續(xù)性極強(qiáng)的特征，據(jù)此建立了區(qū)內(nèi)云坪/灰坪的沉積相-地震相解釋模式，但云坪與灰坪兩者具有較為相似的地震反射特征，所以在實際分析時，需按照鉆井巖心和層位的標(biāo)定來區(qū)分這兩種沉積微相的類別。

圖4 鄂爾多斯盆地中東部馬五段鹽下典型地震相-沉積相解釋模式Fig.4 Interpretational models of typical seismic facies-sedimentary facies of subsalt reservoir in central-eastern Ordos Basin

4 馬五段鹽下地層巖相古地理特征

4.1 典型剖面地震相-沉積相解釋

根據(jù)建立的沉積相-地震相解釋模式，對研究區(qū)內(nèi)各地震剖面的沉積相特征進(jìn)行了系統(tǒng)的刻畫與分析。以研究區(qū)內(nèi)東西走向的一條地震剖面A—A′為例（圖5，剖面位置見圖1a），經(jīng)頂部（奧陶系頂）拉平后，可清晰見到該地震剖面發(fā)育兩組斷層，其中一組正斷層為前寒武紀(jì)開始發(fā)育的基底斷層，斷裂持續(xù)活動直至奧陶紀(jì)，明顯控制了寒武系及奧陶系的沉積，使寒武紀(jì)及奧陶紀(jì)沉積具有明顯的“隆洼相間”的古地貌格局；另一組斷層為奧陶紀(jì)所發(fā)育的同沉積逆斷層，該組斷層反映當(dāng)時盆地相對擠壓的構(gòu)造環(huán)境，并調(diào)整控制著局部地區(qū)的古地貌格局。

圖5 鄂爾多斯盆地馬家溝組地震反射特征與沉積解釋（剖面位置見圖1a）Fig.5 Seismic reflection characteristics and sedimentary interpretation of Majiagou Formation in Ordos Basin(profile location is shown in Fig.1a)

同時，結(jié)合對地震相的研究，可以看出該剖面奧陶系沉積期地震反射特征發(fā)生了明顯的變化，這說明了沉積相帶的明顯分異。在相對隆起區(qū)地震反射特征以中—強(qiáng)反射為主，判斷為潮坪及顆粒灘（丘灘體）沉積，顆粒灘（丘灘體）沉積的地層厚度明顯大于其他地區(qū)；在相對低洼處則表現(xiàn)為弱—空白的反射特征，判斷為膏鹽湖沉積。綜合以上沉積相分析，并結(jié)合構(gòu)造特征，可以看出沉積相的展布明顯受構(gòu)造活動的影響，特別是奧陶系顆粒灘主要發(fā)育在受斷裂活動控制的隆起上和相對高部位。根據(jù)對所掌握的研究區(qū)內(nèi)地震剖面的綜合解釋，可以進(jìn)一步揭示出研究區(qū)馬家溝組鹽下地層沉積期東西向呈現(xiàn)出明顯的“隆洼相間”的沉積格局。

4.2 構(gòu)造-巖相古地理特征

前人研究認(rèn)為，鄂爾多斯盆地奧陶紀(jì)馬家溝期一直處于一個相對封閉的環(huán)境，經(jīng)歷了3次大的完整的海侵—海退過程，并且一直處于南半球低緯度的副熱帶高壓帶內(nèi)，在海退過程中，有利于膏鹽巖的沉積［17]，所以整個馬家溝期表現(xiàn)為蒸發(fā)巖—碳酸鹽巖旋回沉積的演化過程。

研究區(qū)內(nèi)馬五段沉積期基本繼承了馬四段的沉積格局，呈現(xiàn)“東低西高”、“隆洼相間”的沉積格局，臺內(nèi)存在兩個相對隆起帶，即中央古隆起—靖西臺坪繼承性高部位及延安—靖邊—榆林隆起帶。馬五段沉積整體表現(xiàn)為一個大規(guī)模海退的過程，發(fā)育局限—蒸發(fā)臺地沉積，受周期性海平面升降的影響，各亞段同樣展現(xiàn)出韻律性變化。其中，馬五段鹽下地層中，馬五6、馬五8及馬五10亞段沉積期為緩慢的海退過程，以沉積膏鹽巖為主，馬五7及馬五9亞段沉積期為快速海侵過程，以碳酸鹽巖沉積為主。

在前人研究的基礎(chǔ)上，根據(jù)研究區(qū)內(nèi)構(gòu)造古地貌特征及沉積格局的特點，結(jié)合鉆井巖心、薄片及野外露頭資料和盆地內(nèi)地震資料的解釋成果，進(jìn)行綜合分析，對研究區(qū)馬家溝組鹽下地層巖相古地理圖進(jìn)行修編。

海侵時期（馬五7亞段和馬五9亞段沉積期），以馬五7亞段為例，鄂爾多斯盆地整體依舊以陸表海碳酸鹽臺地沉積為主，盆地西部及南部發(fā)育盆地相、臺地邊緣相沉積，臺緣礁灘亞相發(fā)育；盆地內(nèi)部由于海平面周期性上升，東部及內(nèi)部隆起帶呈現(xiàn)水下隆起的特征，海水鹽度降低，為典型的局限臺地沉積（圖6a）。受基底斷裂影響，在基底斷裂所形成的拗拉槽的上覆隆起帶上發(fā)育大量呈北東走向雁列式排列的臺內(nèi)顆粒灘（丘灘體）沉積，顆粒灘巖性主要以各類顆粒白云巖為主，為馬五7亞段主要的儲集巖性段，但單層厚度不大，約為2～5 m。盆地自西向東依次發(fā)育盆地、前緣斜坡、臺地邊緣、局限臺地等沉積相類型（圖6a）。

海退時期（馬五6、馬五8及馬五10亞段沉積期），以馬五6亞段為例，該時期研究區(qū)的沉積格局沒有發(fā)生特別大的改變，仍然以“東低西高”、“隆洼相間”的沉積格局為主，盆地西部及南部發(fā)育的盆地相、前緣斜坡相及臺地邊緣相沉積依然存在；差別主要是由于短暫的海平面下降，盆地東部水下隆起及內(nèi)部隆起帶暴露出水面，遮擋四周海水的混入，沉積環(huán)境由局限臺地沉積逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)檎舭l(fā)臺地沉積，灰坪不再存在，而發(fā)育膏鹽湖微相。此時，研究區(qū)處于一個蒸發(fā)干燥的沉積環(huán)境中，隨著海平面的不斷下降，研究區(qū)整體以膏鹽沉積為主，由東向西依次過渡為含膏（膏質(zhì)）云坪及云坪，并在盆地西側(cè)及南側(cè)發(fā)育有盆地相、臺地邊緣相等沉積相類型（圖6b）。

圖6 鄂爾多斯盆地中東部馬家溝期構(gòu)造-巖相古地理圖Fig.6 Structural-lithofacies paleogeography of Majiagou Formation in central-eastern Ordos Basin

5 馬五段鹽下地層沉積模式

早奧陶世馬家溝期，由于南北洋殼的俯沖影響，造成盆地內(nèi)部由奧陶紀(jì)沉積期前拉張構(gòu)造背景向相對擠壓的構(gòu)造環(huán)境轉(zhuǎn)變。中央古隆起暴露出地表，與之相伴生的陜北鹽盆接受沉積，由于相互協(xié)調(diào)作用的影響，整體上表現(xiàn)為西高東低的古構(gòu)造格局。此時，鄂爾多斯盆地分割為兩個沉積體系，即西部的祁連海沉積體系以及位于盆地東部的華北海沉積體系［18]。

前人研究表明，馬五段沉積期整體表現(xiàn)為干熱氣候條件，伴隨“震蕩性、周期性”的海平面變化［19]。馬五7亞段為海退背景下短周期的海侵階段的沉積產(chǎn)物，主要為局限臺地沉積。對研究區(qū)內(nèi)地震相-沉積相的特征及分布規(guī)律進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，在整個西高東低的格局下，該時期顆粒灘主要沉積于古地貌相對隆起的部位。結(jié)合構(gòu)造活動特征發(fā)現(xiàn)，這些隆起部位有不同的表現(xiàn)形式，但主要是受控于基底斷裂的影響（圖5）。不僅如此，該時期顆粒灘的分布呈現(xiàn)出北東向，同樣是受到了基底斷裂所形成的北東向拗拉槽的影響，沉積于拗拉槽兩側(cè)相對隆起部位（圖6a）。馬五6亞段為海退背景下周期性海退階段的沉積產(chǎn)物，該時期由于四周古陸及水下隆起的遮擋，形成了相對閉塞的環(huán)境，海水的交換受到限制，在干熱的氣候條件下，形成了一個相對干旱蒸發(fā)的沉積環(huán)境，以膏鹽巖沉積為主（圖7）。

圖7 鄂爾多斯盆地馬五段鹽下地層沉積模式Fig.7 The model of sedimentary facies of subsalt reservoir in the Majiagou Member 5 in Ordos Basin

6 結(jié)論

（1）鄂爾多斯盆地馬五段鹽下地層為規(guī)模性海退背景下周期性短暫的海侵—海退旋回的沉積產(chǎn)物，發(fā)育局限—蒸發(fā)臺地相沉積，包括顆粒灘、云坪、含灰（灰質(zhì)）云坪、膏鹽湖等多個沉積微相類型。

（2）在二維地震精細(xì)解釋的基礎(chǔ)上，將馬五段鹽下地層的地震響應(yīng)劃分為4種地震相類型：弱振幅、準(zhǔn)席狀欠連續(xù)-斷續(xù)反射，中-強(qiáng)振幅、層狀上超較連續(xù)-連續(xù)反射，內(nèi)部弱振幅或空白反射、連續(xù)反射，中振幅、席狀平行-亞平行連續(xù)反射，分別對應(yīng)臺內(nèi)顆粒灘、膏鹽湖（薄層）、膏鹽湖（厚層）、云坪（灰坪）微相?；谶@些地震相特征，對各地震剖面中構(gòu)造類型及微相的分布進(jìn)行圈定，確定古構(gòu)造-沉積響應(yīng)特征。

（3）在前人研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合研究區(qū)地震剖面的沉積相-地震相分析，修編了鄂爾多斯盆地馬五段鹽下地層的巖相古地理圖；分別以馬五7及馬五6亞段為例，明確了大的海退背景下周期性短期海侵階段及海退階段的巖相古地理特征，進(jìn)而建立了鄂爾多斯盆地馬五段鹽下地層沉積模式。