鄂爾多斯盆地西部下古生界風(fēng)化殼優(yōu)質(zhì)儲集層發(fā)育規(guī)律及成因機制： 以桃2區(qū)塊馬家溝組馬五1-4亞段為例*

馮強漢 許淑梅 池鑫琪 舒鵬程孔家豪 崔慧琪 馬慧磊

1中國石油長慶油田分公司，陜西西安 710021 2中國海洋大學(xué)海底科學(xué)與探測技術(shù)教育部重點實驗室，山東青島 266100 3中國海洋大學(xué)海洋地球科學(xué)學(xué)院，山東青島 266100 4海洋高等研究院/深海圈層與地球系統(tǒng)前沿中心，山東青島 266100

鄂爾多斯盆地下古生界碳酸鹽巖分布廣泛，在天然氣運聚成藏方面獨具特色。加里東運動晚期，鄂爾多斯地臺中奧陶統(tǒng)馬家溝組整體抬升，經(jīng)歷了140～150Ma的沉積間斷，缺失上奧陶統(tǒng)—下石炭統(tǒng)，至晚石炭世又接受沉積，形成馬家溝組上部特殊的風(fēng)化殼巖溶儲集層。鄂爾多斯盆地下古生界風(fēng)化殼巖溶古地貌氣藏的發(fā)現(xiàn)與探明，突破了構(gòu)造發(fā)育區(qū)氣藏勘探思路，開拓了穩(wěn)定地臺區(qū)風(fēng)化殼巖溶古地貌氣藏勘探新領(lǐng)域(王建民等，2013；王國亭等，2018)。

1 區(qū)域地層特征

桃2區(qū)塊位于鄂爾多斯盆地西部伊陜斜坡向東部坳陷的過渡帶，早古生代馬家溝組沉積時期為受潮汐影響的碳酸鹽巖臺地，地形平坦(馮增昭和鮑志東，1999)(圖 1)。馬家溝組五段1-4亞段(本研究簡稱之為馬五1-4亞段)厚75～120m，為受風(fēng)化殼巖溶作用影響的儲集層發(fā)育層段，形成于薩布哈環(huán)境，受海平面周期性變化影響，形成了若干特色顯著的向上變淺的沉積旋回(雷卞軍等，2010；周進高等，2011；王起琮等，2018)(表 1): 每一旋回上部為潮上帶完全白云石化的硫酸鹽沉積或(含)膏質(zhì)沉積，孔隙發(fā)育，形成優(yōu)質(zhì)儲集層；旋回中部為潮間帶白云巖化的微生物席，具有一定的儲集性；旋回下部為潮下帶未徹底白云石化的潟湖相云灰坪、灰云坪沉積，巖性致密，為非儲集層。下伏馬五5亞段為臺地相灰黑色塊狀泥—微晶白云巖和灰質(zhì)云巖，雖然也經(jīng)歷多期次成巖作用，但原巖結(jié)構(gòu)保存相對完好，受巖溶作用影響相對輕微，巖性相對致密，傳統(tǒng)上將其視作風(fēng)化殼的底板，即俗稱的“黑腰帶”(宋磊等，2017；左智峰等，2019)。桃2區(qū)塊風(fēng)化殼厚度不超過120m，遠低于傳統(tǒng)的碳酸鹽巖風(fēng)化殼200～250m的厚度(金強等，2017)。

表 1 鄂爾多斯盆地桃2區(qū)塊奧陶系馬五1-4亞段小層劃分Table 1 Stratigraphic division of the sub-members 1-4 of Member 5 of Ordovician Majiagou Formation in Tao 2 block， Ordos Basin

2 主要巖石類型

馬五1-4亞段主要發(fā)育膏云巖、泥晶—粉晶—細晶白云巖、各類巖溶角礫巖，此外還有少量鮞粒云巖、微生物云巖和次生灰?guī)r等。

2.1 (含)膏云巖

(含)膏云巖巖心上呈灰色、土黃色塊狀，硬石膏結(jié)核和晶體溶解后形成的結(jié)核?？缀途w?？?本文統(tǒng)稱之為膏?？?被局部或全部充填，白云石晶粒細小，多以泥晶—細粉晶為主。膏云巖內(nèi)缺乏廣鹽性生物，但發(fā)育較豐富的菌藻類，常見藻紋層。研究區(qū)膏云巖中常見潮上帶沉積特有的相標志，如鳥眼、干裂和示底構(gòu)造等。膏?？壮史涓C狀密集分布并常有微裂縫與之伴生發(fā)育(圖 3)。

圖 1 鄂爾多斯盆地構(gòu)造單元和桃2區(qū)塊位置(a)及風(fēng)化殼巖溶微地貌圖(b)Fig.1 Tectonic units of Ordos Basin(Fig. a)and weathered crust microgeomorphology map of Tao 2 block(Fig. b)

圖 2 鄂爾多斯盆地桃2-2-1井馬五1-4亞段綜合柱狀圖及海平面升降旋回Fig.2 Integrated column and eustatic cycles of the sub-members 1-4 of Member 5 of Majiagou Formation in Well Tao 2-2-1 of Ordos Basin

a—桃35井3396.0m馬小層，膏云巖中的膏?？拙植勘怀涮钚纬蓺堄嗫紫?b—陜50井3490.2m馬小層，膏?？妆痪植砍涮钚纬蓺堄喔嗄？?c—桃34井3391.8m馬小層，膏云巖中極為發(fā)育的膏?？?，大部分未充填;d—桃35井3395.0m馬小層，密集分布的未充填或半充填膏?？准拔⒘芽p圖 3 鄂爾多斯盆地桃2區(qū)塊馬五1-4亞段巖心中膏模孔發(fā)育的膏云巖Fig.3 Dissolution pores of anhydrate crystals and nodules developed in gypsodolomite in cores of the sub-members 1-4 of Member 5 of Majiagou Formation in Tao 2 block， Ordos Basin

a—自然伽馬(GR)和深側(cè)向電阻率(RLLD)對沖圖；b—自然伽馬(GR)和淺側(cè)向電阻率(RLLS)對沖圖；c—深側(cè)向電阻率(RLLD)和淺側(cè)向電阻率(RLLS)對沖圖；d—中子密度(DEN)和深側(cè)向電阻率(RLLD)對沖圖圖 4 鄂爾多斯盆地桃2區(qū)塊馬五1-4亞段主要巖性的巖—電關(guān)系對沖對比Fig.4 Rock-electric relation contrast of main lithology of the sub-members 1-4 of Member 5 of Majiagou Formation in Tao 2 block， Ordos Basin

a—召88井3339.86m馬小層，細晶白云巖他形鑲嵌狀白云石晶體，不見晶間孔和晶間溶孔;b—陜225井3429.37m馬小層，粉晶白云巖極不發(fā)育的晶間孔和晶間溶孔，混入的少許泥質(zhì)進一步降低了巖石的物性;c—桃35井3385.98m馬小層，泥晶白云巖巖性致密，不見晶間孔和晶間溶孔。均為掃描電鏡照片圖 5 鄂爾多斯盆地桃2區(qū)塊馬五1-4亞段白云巖中他形白云石晶粒的凹凸鑲嵌狀接觸導(dǎo)致晶間孔和晶間溶孔極不發(fā)育Fig.5 Concave-convex inlaid contact of dolomite grains resulted in indevelopment of intercrystalline pores and intercrystalline dissolution pores of the sub-members 1-4 of Member 5 of Majiagou Formation in Tao 2 block， Ordos Basin

(含)膏云巖的膏?？?、殘余膏?？准芭c之伴生發(fā)育的脹縮微裂縫為膏云巖的主要孔隙類型，也是研究區(qū)的主要儲集空間。(含)膏云巖的平均孔隙度在研究區(qū)最高，達6%～12%。硬石膏結(jié)核?？壮１话自剖凵?、石英、泥質(zhì)及重晶石、黃鐵礦、天青石和螢石等礦物局部充填，石膏晶體模孔常被淡水方解石全充填。各單井馬五1-4亞段內(nèi)普遍發(fā)育3～8層膏云巖，膏云巖與白云巖、含泥白云巖、巖溶角礫巖等呈互層分布；單層(含)膏云巖厚度一般為2～3m，少數(shù)可達4～5m，層內(nèi)顯示出一定程度的均質(zhì)性特征，形成特有的受巖性制約的層狀儲集層。

2.2 白云巖

依據(jù)白云石晶粒的粒徑，將白云巖劃分為細晶、粉晶、微晶和泥晶白云巖。研究區(qū)粉晶和微晶白云巖常見。

粉晶、細晶白云巖呈灰色、灰褐色，晶粒結(jié)構(gòu)，粒徑一般在0.05～0.25mm之間。白云石晶粒呈凹凸—鑲嵌狀緊密接觸，巖性致密，紋層狀構(gòu)造發(fā)育(圖 5)。粉晶白云巖和細晶白云巖自然伽馬值中—低值，在30～80 API之間呈低幅鋸齒狀波動；深、淺雙側(cè)向電阻率高于巖溶角礫巖和膏質(zhì)白云巖，在200～500Ω·m間呈中低幅齒狀波動；聲波時差中低值，在150～175μs/m之間呈低幅弱鋸齒波動；中子密度較高，依據(jù)孔隙充填程度不同而在2.75～2.85g/cm3之間波動(圖 2；圖 4)。

泥晶—微晶白云巖的白云石晶粒細小，呈他形鑲嵌狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，巖性均勻致密(圖 5)。其自然伽馬中、低值，在20～80 API之間呈低幅小鋸齒狀波動；深、淺雙側(cè)向電阻率值很高，在500～800 Ω·m間變動，僅低于灰?guī)r，高于巖溶角礫巖、膏質(zhì)白云巖和粉晶白云巖等；聲波時差低值，在145～170μs/m之間呈中低幅鋸齒狀波動；中子密度相對較高，在2.75～2.85g/cm3之間波動(圖 4；圖 5)。

研究區(qū)白云巖廣泛分布在馬五1-4亞段各小層中，尤其在潮間帶云坪發(fā)育。單層厚度大多數(shù)為1～2m，少數(shù)為3～5m，以薄層狀為主，局部為中—厚層狀，分布范圍較廣且累計厚度較大(圖 2，表 1)。

質(zhì)純白云巖，無論是泥微晶白云巖、粉晶白云巖、還是細晶白云巖，其晶間孔、晶間溶孔和微裂縫均不發(fā)育(圖 5)。桃53井、桃35井、陜225井、陜166井等4口井的細晶、粉晶和泥晶白云巖中，半自形—他形白云石晶體呈鑲嵌狀緊密接觸，不見晶間孔和晶間溶孔，巖性致密。

2.3 巖溶角礫巖

桃2區(qū)塊各井巖心中常見巖溶角礫巖，由多成分白云質(zhì)角礫、少許灰質(zhì)角礫及粗粒(砂級)雜基構(gòu)成。角礫成分復(fù)雜，角礫間多為離散的碳酸鹽砂、泥粉晶白云石或少量砂屑顆粒充填，見少量殘余溶孔和不規(guī)則狀、網(wǎng)狀微縫，孔隙度平均值小于1%，儲集性較差。依據(jù)角礫巖組構(gòu)特征將其分為礫狀支撐角礫巖、網(wǎng)縫鑲嵌角礫巖、泥質(zhì)支撐角礫巖、方解石膠結(jié)角礫巖等(圖 6)。

a—陜50井3500.0m馬小層，位于季節(jié)性變化帶下部的礫狀支撐角礫巖，白云石角礫之間被泥質(zhì)充填;b—桃34井3386.3m馬小層，垂直滲流帶沿裂縫溶蝕形成的角礫巖，進而形成的網(wǎng)縫鑲嵌角礫巖;c—桃34井3444.0m馬小層，滯流帶巖溶流體沿裂縫下滲溶蝕形成的原位無明顯位移網(wǎng)縫鑲嵌狀角礫巖;d—桃53井3388.5m馬小層，底部泥質(zhì)支撐角礫巖，角礫在滲流帶原地或者準原地被滲流泥質(zhì)膠結(jié)充填;e—桃35井3403.8m馬小層，方解石膠結(jié)角礫巖，滲流帶溶蝕及后期方解石膠結(jié)形成的角礫狀白云巖，礫間被方解石膠結(jié)充填。均為巖心照片圖 6 鄂爾多斯盆地桃2區(qū)塊馬五1-4亞段角礫巖Fig.6 Various types of karst breccia of the sub-members 1-4 of Member 5 of Majiagou Formation in Tao 2 block， Ordos Basin

a—陜225井3429.19m馬小層，膏云巖的石膏晶體?？妆晃⒘辆Ш土辆Х浇馐涮?，巖性致密，紫色鑄體，10×4(-);b—桃53井3381.3m馬小層，粉晶膏云巖中膏模孔被白云石粉砂、石英、方解石局部充填形成殘余膏?？?，顯假示底結(jié)構(gòu)，脹縮微裂縫發(fā)育，紅色鑄體，10×4(-);c—召88井3327.30m馬小層，粉晶膏云巖中膏?？拙植勘怀涮?，脹縮微裂縫發(fā)育并連通膏?？?，藍色鑄體，10×4(-);d—桃53井3381.50m馬小層，膏云巖的膏模孔被白云石粉砂和螢石局部充填，脹縮微裂縫與膏?？装樯l(fā)育，藍色鑄體，10×4(-);e—桃47井3427.0m馬小層，膏云巖中的脹縮微裂縫與膏?？装樯l(fā)育并連通不同的膏模孔，后被有機質(zhì)局部充填，藍色鑄體，10×4(-);f—陜225井3455.90m馬小層，粉晶膏云巖中未充填的膏?？?，脹縮微裂縫與之伴生發(fā)育，紫色鑄體，10×4(-)圖 7 鄂爾多斯盆地桃2區(qū)塊馬五1-4亞段(含)膏云巖的膏?？滋卣骷芭c之伴生的脹縮微裂縫Fig.7 Characteristics of mold pore of anhydrate crystals and nodules and associated swelling microcracks in gypsodolomite in the sub-members 1-4 of Member 5 of Majiagou Formation in Tao 2 block， Ordos Basin

礫狀支撐角礫巖中角礫大小相對均一，具有一定程度的磨圓，角礫含量大于50%。角礫成分多為白云質(zhì)，上覆地層垮塌和所在巖層的破碎均可形成角礫。礫狀支撐角礫巖以鈣質(zhì)膠結(jié)為主，可見少量泥質(zhì)及粉晶白云巖碎屑充填(圖 6-a)，多為準原地溶蝕垮塌成因，在滲流帶或季節(jié)性變化帶常見。

網(wǎng)縫鑲嵌角礫巖中角礫系白云巖因網(wǎng)狀裂縫分割而形成，角礫位移不明顯，大多數(shù)角礫彼此吻合并呈鑲嵌狀接觸。其成因與巖溶水沿微裂縫滲濾關(guān)系密切，一般未經(jīng)垮塌和搬運，為大氣淡水沿微裂縫原地淋溶改造溶蝕而形成角礫化，角礫間充填物以淡水方解石膠結(jié)為主。屬巖溶改造巖(圖 6-b，6-c)，在滲流帶和滯留帶常見。

泥質(zhì)支撐角礫巖的角礫含量平均低于40%，鈣泥質(zhì)和鋁土質(zhì)支撐。由泥質(zhì)貫入而形成的泥質(zhì)條紋或條帶構(gòu)成角礫間的充填物，有時泥質(zhì)紋層被角礫堵截或壓彎(圖 6-d)。泥質(zhì)支撐角礫巖多出現(xiàn)在滲流帶，一般被風(fēng)化殼上部滲濾泥質(zhì)充填。

局部方解石膠結(jié)角礫巖的礫石成分單一，無分選和磨圓，礫間以方解石膠結(jié)為主(圖 6-e)，無流水改造標志，為原地溶解、固結(jié)成因，為滯流帶溶蝕作用不活躍、CaCO3過飽條件下的溶積成因(王建民等，2013)。

3 主要儲集空間類型和孔隙特征

馬家溝組馬五1-4亞段的儲集空間以(含)膏云巖中硬石膏結(jié)核和晶體溶蝕形成的結(jié)核和晶體?？?本文統(tǒng)稱之為膏?？?為主，并常有脹縮微裂縫與之伴生發(fā)育。石膏晶?？壮梳槧?、柱狀，由石膏晶體溶蝕而成，大小在0.05mm×0.5mm～0.2mm×0.5mm之間。硬石膏結(jié)核模孔直徑一般0.05～5mm不等，以0.1～3.0mm居多，呈圓形、橢圓形或不規(guī)則圓形，有可能發(fā)生一定程度的擴溶，大多被滲濾白云石粉砂、方解石、石英、高嶺石等局部或全部充填(圖 7)。(含)膏云巖中脹縮微裂縫發(fā)育較為普遍，呈網(wǎng)格狀或樹枝狀不規(guī)則分布，與膏?？装樯l(fā)育。脹縮微裂縫長度1～5cm，寬度一般為0.1～1.5mm，多數(shù)未充填，也有的進一步擴溶或被方解石或有機質(zhì)局部充填(圖 7)。脹縮微裂縫的一個顯著特征是僅在(含)膏云巖層內(nèi)分布，研究區(qū)很少見有穿過膏云巖層跨層分布的微裂縫。準同生期海平面下降和表生期遭受大氣淡水淋濾作用，(含)膏云巖中的硬石膏遇淡水溶解轉(zhuǎn)化為軟石膏會使體積增大30%，體積增大造成對基巖施壓；軟石膏溶解形成膏模孔釋壓，所以在膏模孔形成同時會形成與之伴生發(fā)育的脹縮微裂縫。膏?？?、殘余膏模孔及與之伴生發(fā)育的脹縮微裂縫為主要儲集空間類型(圖 7)；相比較而言，白云巖的晶間孔、晶間溶孔等在數(shù)量和儲集意義上均居很次要的地位(圖 5)。

圖 8-b更能進一步說明前人所謂的白云巖的晶間溶孔實際上為殘余膏?？?。從圖 8-b1看，幾乎所有研究人員均認為是粉晶白云巖的晶間溶孔(圖 8-b1)。進一步將左圖視域放大后發(fā)現(xiàn)這些所謂的“晶間溶孔”實際上屬于膏?？缀笃诒蛔孕舞F白云石和螢石充填后的“殘余”孔隙(圖 8-b2)。如果這些半充填的膏?？资蔷чg溶孔，則溶孔周緣的他形白云石晶體應(yīng)發(fā)生不同程度的溶蝕；但從圖 8-b2、8-b3可以清晰地看出，溶孔周緣的白云石呈完整的自形晶，且無溶蝕現(xiàn)象。溶孔周緣的自形白云石、石英、重晶石等晶體實為深埋藏期充填的次生礦物。如果不是依賴高分辨率掃描電子顯微鏡的識別能力，很難辨別出被充填后剩余孔隙量較小的“膏?？住钡拇嬖凇Ｒ驗榻M成白云巖的白云石晶粒呈他形鑲嵌結(jié)構(gòu)，質(zhì)純白云巖的“晶間溶孔”和“晶間孔”實際上并不發(fā)育(圖 5)。桃2區(qū)塊馬五1-4亞段儲集層中大凡發(fā)育有所謂的晶間孔和晶間溶孔的白云巖，其中必定或多或少含有硬石膏結(jié)核。

a—桃2井3418.16m馬小層，粉晶膏云巖中殘余膏?？椎奶卣?，圖 8-a2為圖 8-a1的放大，圖 8-a3為圖 8-a2的放大;b—桃35井3389.86m馬小層，粉晶膏云巖中殘余膏?？椎奶卣?，圖 8-b2為圖 8-b1的放大，圖 8-b3為圖 8-b2的放大圖 8 鄂爾多斯盆地桃2區(qū)塊馬五1-4亞段粉晶膏云巖中連續(xù)放大的半充填膏模孔(掃描電鏡照片)Fig.8 Continuously enlarged semi-filled mold holes of anhydrate crystals and nodules in powder crystal gypsodolomite of the sub-members 1-4 of Member 5 of Majiagou Formation in Tao 2 block， Ordos Basin

4 膏?？壮涮铑愋汀⒊涮铍A段及孔隙形成機制

本節(jié)首先對膏?？椎娜芪g機理、膏?？椎某涮钗镱愋秃徒M合特征、充填階段及對儲集層物性的影響進行詳細的分析，然后深入探討膏模孔充填階段和孔隙成因機理。

4.1 膏模孔的充填類型

桃2區(qū)塊(含)膏云巖中膏?？椎某涮钗锇B濾白云石粉砂、方解石、鐵/白云石、石英、螢石、黃鐵礦、重晶石、高嶺石、天青石、泥質(zhì)及有機質(zhì)等。依據(jù)充填物質(zhì)形成的先后及充填順序，把上述各類充填物劃分為9類充填組合：

1)微亮晶和亮晶淡水方解石充填(圖 9-a，9-b)。這類充填組合在研究區(qū)內(nèi)常見，主要充填在石膏晶體?？字校嗪四？?、晶模孔及鹽?？讕缀跞勘怀涮?，形成無效儲集空間。

a—陜225井3429.14m馬小層，膏云巖硬石膏晶模孔被微亮晶和亮晶方解石全充填，巖性致密，10×4(-);b—桃35井3394.36m馬小層，膏云巖的鹽模孔被微亮晶和亮晶方解石全充填，巖性致密，10×4(-);c—桃53井3381.55m馬小層，膏云巖的硬石膏結(jié)核?？妆粷B濾白云石粉砂充填，呈假示底構(gòu)造，殘余膏模孔孔隙發(fā)育，紅色鑄體， 10×4(-);d—桃47井3427m馬小層，膏云巖中膏模孔被滲濾白云石粉砂半充填，見殘余膏?？卓紫?，藍色鑄體，10×10(-);e—桃38井3410.3m馬小層，膏云巖中膏模孔被滲濾白云石粉砂和方解石半充填，殘余膏?？状罅勘４?，茜素紅染色，藍色鑄體，10×10(-);f—陜50井3490.2m馬小層，膏云巖的膏模孔充填方解石和白云石粉砂，見殘余膏?？卓紫?，茜素紅染色，藍色鑄體，10×4(-);g—桃53井3381.55m馬小層，膏云巖的石膏晶體?？妆蛔陨⒑蜐B濾白云石粉砂充填，顯示假示底構(gòu)造，紅色鑄體，10×4(-);h—召88井3327.3m馬小層，膏云巖中膏模孔被滲濾白云石粉砂、自生石英和方解石全充填，孔隙不發(fā)育，茜素紅染色，藍色鑄體，10×4(-);j—召88井3329.3m馬小層，膏云巖中膏 ?？妆粷B濾白云石粉砂、自生石英和方解石全充填，巖性致密，茜素紅染色，10×4(-)圖 9 鄂爾多斯盆地桃2區(qū)塊馬五1-4亞段膏云巖膏?？椎奶卣骷俺涮钋闆r(Ⅰ)Fig.9 Mould holes of anhydrate crystals and nodules in gypsodolomite of the sub-members 1-4 of Member 5 of Majiagou Formation in Tao 2 block， Ordos Basin(Ⅰ)

2)滲濾白云石粉砂充填(圖 9-c，9-d)。膏?？拙植勘粷B濾白云石粉砂不完全充填，剩余有效核?？缀途？卓紫犊臻g，殘留孔隙為未充填部分及滲濾白云石粉砂中的粒間孔。

3)滲濾白云石粉砂+方解石充填組合(圖 9-e，9-f)。這類充填礦物組合在研究區(qū)內(nèi)常見，膏模孔被滲濾白云石粉砂和方解石半充填，剩余一定量的殘余孔隙空間。

4)滲濾白云石粉砂+石英充填組合(圖 9-g)。這類充填物組合在研究區(qū)內(nèi)也較常見，膏?？妆痪植砍涮睿涮畛潭仍?0%～95%，殘留一定量的有效儲集空間，孔隙主要為溶蝕膏?？椎氖Ｓ嗫紫逗蜐B濾白云石粉砂的粒間孔。

a—桃2井3397.50m馬小層，膏云巖中膏?？妆粷B濾白云石粉砂、天青石局部充填，殘余膏?？状罅勘４妫{色鑄體，10×4(-);b—桃53井3381.50m馬小層，膏云巖的膏模孔被滲濾白云石粉砂、重晶石半充填，殘余孔隙大量保存，藍色鑄體，10×4(-);c—陜50井3490.2m馬小層，膏云巖的膏模孔被滲濾白云石粉砂、方解石和螢石充填，見少量殘余膏模孔孔隙，茜素紅染色，藍色鑄體，有殘余孔隙，10×4(-);d—桃35井3402.1m馬小層，膏云巖的膏?？妆话自剖凵?、方解石和螢石充填，有殘余膏?？卓紫?，茜素紅染色，藍色鑄體，10×4(-);e—召88井3327.3m馬小層，膏云巖的膏?？妆粷B濾白云石粉砂、鐵方解石和黃鐵礦半充填，見少量殘余膏模孔孔隙，茜素紅染色，藍色鑄體，10×4(-);f—召88井3327.3m馬小層，膏云巖中膏?？妆粷B濾白云石粉砂、鐵方解石和黃鐵礦局部充填，見少量殘余膏?？卓紫?，茜素紅染色，藍色鑄體，10×4(-);g—桃47井3430.2m馬小層，膏云巖中膏?？妆粷B濾白云石粉砂、螢石和黃鐵礦充填，見殘余膏模孔或滲濾白云石粉砂粒間孔孔隙，藍色鑄體，10×4(-);h—桃47井3430m馬小層，膏云巖中膏模孔被滲濾白云石粉砂和螢石半充填，殘余膏?？卓紫洞罅勘４?，藍色鑄體，10×4(-);j—陜225井3455.3m馬小層，膏云巖中膏?？妆粷B濾白云石粉砂、鐵白云石和螢石等不完全充填，形成殘余膏模孔， 白云巖基質(zhì)中晶間孔少見，巖性致密， 掃描電鏡照片圖 10 鄂爾多斯盆地桃2區(qū)塊馬五1-4亞段(含)膏云巖膏模孔的特征及充填情況(Ⅱ)Fig.10 Mould holes of anhydrate crystals and nodules in gypsodolomite of the sub-members 1-4 of Member 5 of Majiagou Formation in Tao 2 block， Ordos Basin(Ⅱ)

5)滲濾白云石粉砂+方解石+石英礦物充填組合(圖 9-h，9-j)。這類充填礦物組合在研究區(qū)內(nèi)較常見，膏?？谆颈怀涮?，殘余孔隙空間有限。

6)滲濾白云石粉砂+天青石(+方解石)充填礦物組合(圖 10-a，10-b)。膏?？妆簧倭繚B濾白云石粉砂、天青石和或含鐵方解石的半充填，保存有一定量的有效儲集空間，此類充填在研究區(qū)常見。

7)滲濾白云石粉砂+方解石+黃鐵礦充填礦物組合(圖 10-c，10-d)。這類礦物充填組合在研究區(qū)內(nèi)偶爾見到，膏模孔基本被填充，僅剩余少量殘余儲集空間。

8)滲濾白云石粉砂+螢石+黃鐵礦充填礦物組合(圖 10-e，10-f)。膏模孔被少量滲濾白云石粉砂、螢石及黃鐵礦半充填，保存有大量有效的殘余孔隙空間。該類礦物充填組合在研究區(qū)常見。

9)滲濾白云石粉砂+鐵白云石+螢石+高嶺石(+石英)礦物充填組合(圖 10-g，10-h，10-j)。這類充填礦物組合研究區(qū)可見。膏模孔充填程度約85%，孔隙主要為鐵白云石晶體和自生石英及螢石晶體的晶間孔和滲濾白云石粉砂的粒間孔。

4.2 膏?？椎某涮铍A段及孔隙成因機理

通過對硬石膏、方解石和白云石3種礦物的化學(xué)溶解度和力學(xué)穩(wěn)定性的分析和對比，可以更好地理解以膏云巖為主的風(fēng)化殼儲集層孔隙的成因機制及其巖溶作用特征。

第1期溶蝕—充填發(fā)生在準同生期早表生成巖階段。海平面間歇性下降導(dǎo)致馬五1-4亞段受潮汐影響的臺地相沉積暴露至海平面以上，從而受CaCO3-H2O-CO2地表淡水體系的影響和作用。淡水介質(zhì)對石膏、硬石膏、文石和高鎂方解石表現(xiàn)為強烈不飽和，親水性強且溶解度極高的硬石膏晶體和結(jié)核在大氣淡水淋濾溶蝕作用下容易溶蝕形成晶模孔和核?？?。大部分膏?？滓搽S即逐漸被文石和高鎂方解石因Mg2+出溶而形成的微亮晶和亮晶淡水方解石充填，形成第1種礦物充填類型(方少仙和侯方浩，2013)(圖 9-a，9-b)?？傮w上該期硬石膏結(jié)核和晶體的溶蝕規(guī)模有限，但石膏晶體和結(jié)核一旦溶蝕很快就被淡水方解石充填，因而對有效儲集空間的形成意義不大。

第2期溶蝕—充填發(fā)生在晚表生成巖階段，即風(fēng)化殼巖溶作用階段。加里東運動末期區(qū)域構(gòu)造抬升使研究區(qū)馬五1-4亞段經(jīng)歷了140Ma的大氣淡水巖溶作用改造和風(fēng)化殼巖溶作用過程。大氣滲流環(huán)境及潛流帶上部CaCO3不飽和帶具有如下主要特征： (1)大量的硬石膏晶體和結(jié)核及極少量的生物屑和鮞粒進一步發(fā)生組構(gòu)選擇性溶蝕，形成膏?？准皹O少量鮞?？住?2)淡水滲流介質(zhì)長期對白云巖的滲濾、溶蝕作用，形成滲濾白云石粉砂(圖 9-c，9-d)。(3)高鎂方解石、文石等亞穩(wěn)定礦物進一步發(fā)生Mg2+出溶并轉(zhuǎn)化為方解石(方少仙和侯方浩，2013)。因此，該階段膏云巖被溶蝕形成大量膏模孔的同時，也會被巖溶作用過程中形成的滲濾白云石粉砂和方解石局部充填，形成膏?？椎臐B濾白云石粉砂和方解石充填組合(圖 9-e，9-f)。

第4期溶蝕—充填作用發(fā)生在中深埋藏成巖階段。隨著盆地中、新生代沉積作用的持續(xù)進行，馬五1-4亞段的埋藏深度進一步加大，成巖溫度也不斷升高(古地溫在85～175℃之間)，有機質(zhì)處于成熟—高成熟階段，除了重結(jié)晶、深埋藏白云石化和硅化作用持續(xù)發(fā)生之外，孔隙流體介質(zhì)中Ca2+、Mg2+、Fe2+等離子濃度明顯升高，方解石及白云石分別達到平衡及過飽和狀態(tài)，緩慢持續(xù)沉淀并充填在膏模孔內(nèi)。該階段充填的方解石和白云石中鐵離子含量逐漸升高，天青石、黃鐵礦、螢石、重晶石等低溫?zé)嵋旱V物也相繼沉淀，意味著馬五1-4亞段在深埋藏期受到低溫?zé)嵋旱挠绊?沈揚等，2018)，發(fā)生深埋藏期低溫?zé)嵋鹤饔?王玉萍等，2014；覃小麗等，2017)，形成前述第6、7、8、9種礦物充填組合類型。

硬石膏與白云石和方解石溶解度和力學(xué)穩(wěn)定性的巨大差異，使得膏云巖在巖溶作用過程中表現(xiàn)出與碳酸鹽巖區(qū)不同的巖溶作用特征。研究區(qū)下古生界近水平展布，地勢相對平坦，由于硬石膏的強親水性、高溶解度和率先溶蝕特征，使得膏云巖層成為膏?？酌芗植嫉膹姖B透性巖層，雨水或地表巖溶水因此以彌散性的分散流形式，經(jīng)由表層率先形成的膏?？紫蛳聺B濾并對下伏巖層進一步溶解。碳酸鹽巖地區(qū)的巖溶水則以水道化流和管道化流的強水動力沖刷、溶蝕為主。硬石膏優(yōu)先溶解形成多孔結(jié)構(gòu)、膏云巖巖層的強滲透性、弱水動力的彌散性分散流是研究區(qū)大洞大縫不發(fā)育的主要原因。研究區(qū)主要的孔隙類型為膏?？准芭c之伴生的脹縮微裂縫，孔隙大小受硬石膏結(jié)核和石膏晶體大小的制約，脹縮微裂縫與之伴生發(fā)育并進一步聯(lián)通不同的膏?？祝紫洞笮”憩F(xiàn)出明顯的自限性、孔隙分布表現(xiàn)出明顯的均質(zhì)性和成層性特征。巖溶古地貌對研究區(qū)的儲集層分布不再具有優(yōu)先控制作用，巖性(膏云巖)及沉積微相(膏云坪)是儲集層發(fā)育的先天制約條件。

圖 11 鄂爾多斯盆地桃2區(qū)塊馬五1-4亞段南北向巖性和沉積微相連井對比剖面Fig.11 Lithology and sedimentary microfacies linked well profiles of the sub-members 1-4 of Member 5 of Majiagou Formation in Tao 2 block， Ordos Basin

5 結(jié)論

1)膏?？准芭c之伴生的脹縮微裂縫為鄂爾多斯盆地西部桃2區(qū)塊馬五1-4亞段儲集層的主要孔隙類型，孔隙大小受硬石膏結(jié)核和晶體大小的制約，表現(xiàn)出明顯的自限性特征。巖性(膏云巖)是形成的先決物質(zhì)基礎(chǔ)，有利的沉積微相(膏云坪)是形成儲集層的先天環(huán)境因素。儲集層平面上受膏云巖層的制約成層分布，層內(nèi)表現(xiàn)為統(tǒng)計學(xué)上的均質(zhì)性。儲集層形成的關(guān)鍵過程，是4期巖溶作用對硬石膏結(jié)核和晶體的組構(gòu)選擇性溶蝕及對膏模孔的依次充填，巖溶古地貌對儲集層形成和分布不再具有顯著制約作用，儲集層性質(zhì)為層狀相控巖溶成因的巖性氣藏。

2)馬五1-4亞段儲集空間的形成和充填經(jīng)歷了4個階段，不同階段的溶蝕—充填對孔隙的形成和破壞程度不同。同生期淡水溶蝕形成的膏?？讕缀跞勘煌诋a(chǎn)生的微亮晶和亮晶淡水方解石充填，該階段對孔隙形成的貢獻不大；表生期風(fēng)化殼巖溶作用過程大量膏模孔及擴溶膏?？?、脹縮微裂縫及擴溶微裂縫形成，白云石粉砂和方解石對孔縫的充填程度不高，是大量有效孔隙的主要形成階段；較高溫水—巖條件下的淺埋藏和深埋藏期，膏?？卓赡馨l(fā)生一定程度擴溶，但各類低溫?zé)嵋旱V物的充填使孔隙度大幅減少，并使孔隙最終相對定形。

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