鄂爾多斯盆地北部地區(qū)馬家溝組巖溶儲層的差異性和發(fā)育模式

張軍濤，金曉輝,谷 寧,卞昌蓉,楊佳奇，2,何治亮，3

[1.中國石化 深部地質(zhì)與資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102206； 2.中國地質(zhì)大學(xué)(北京) 能源學(xué)院，北京 100083；3.中國石油化工股份有限公司科技部，北京 100728]

巖溶儲層是碳酸鹽巖油氣勘探最重要的領(lǐng)域之一，中國的靖邊氣田、塔河油田和威遠(yuǎn)氣田等就屬于這一類型[1-9]。近年來，隨著順北等大型碳酸鹽巖油氣田的發(fā)現(xiàn)，愈發(fā)彰顯了巖溶型儲層的重要性[10-11]。

巖溶演化過程具有階段性。在不同階段，巖溶與巖溶儲層都會呈現(xiàn)出不同的表現(xiàn)形式。Loucks等(1999)[12]通過梳理世界主要巖溶油氣藏的發(fā)育特征，建立了古巖溶儲層形成—破壞的經(jīng)典演化模式。近地表和埋藏成巖過程中巖溶洞穴的形成和破壞，產(chǎn)生了數(shù)種典型的復(fù)雜儲層。Hill和Polyak(2020)[13]也通過觀察美國亞利桑那州大峽谷地貌，建立了相似的巖溶演化摸型。

同一期次的巖溶，在不同的地區(qū)儲層特征和控制因素也有不同的表現(xiàn)。例如，塔里木盆地順北地區(qū)與塔河地區(qū)奧陶系儲層雖然都同屬于巖溶儲層，但成因機(jī)制存在明顯不同。塔河地區(qū)巖溶儲層分布于古地貌高部位，呈準(zhǔn)層狀分布，縱向上呈現(xiàn)多期縫洞層狀疊置，且?guī)r溶縫洞單元橫向規(guī)模大。而順北地區(qū)位于古地貌低部位，洞穴和裂縫分布主要受斷層控制，儲層沿斷裂呈條帶狀分布[14]。

然而，經(jīng)典的巖溶儲層發(fā)育規(guī)律和差異性大多是通過厚層的純碳酸鹽巖建立的，且多處于巖溶演化階段早期，古地貌起伏較大。鄂爾多斯盆地馬家溝組在沉積后經(jīng)歷了長達(dá)130 Ma的風(fēng)化、暴露和剝蝕，也發(fā)育有巖溶型儲層，但馬家溝組為獨(dú)具特色的含膏鹽碳酸鹽巖地層，與純碳酸鹽巖地層并不相同。前人已經(jīng)針對地層中廣泛分布的角礫巖建立了巖溶模式，也分別研究過膏模孔儲層和淺灘相儲層的形成和演化機(jī)制[15-17]，但對于不同類型儲層的關(guān)聯(lián)性卻少有對比研究，也未能建立統(tǒng)一的巖溶發(fā)育模式。

本文試圖通過對比分析鄂爾多斯盆地北部(鄂北)不同沉積環(huán)境、不同古地貌條件下，巖溶儲層的巖石學(xué)和地球化學(xué)特征，對比不同巖相的巖溶儲層差異，探討不同類型儲層之間的聯(lián)系，嘗試提供一種新的準(zhǔn)平原期、含蒸發(fā)鹽礦物的碳酸鹽巖地層新的巖溶模式。

1 地質(zhì)背景

鄂北地區(qū)在馬家溝組沉積時期表現(xiàn)為北部最高、中西部略高、東南部與西部低的沉積格局。北部存在一個持續(xù)存在的伊盟古陸，西部為祁秦海，中西部為中央隆起的一部分，是伊盟和鎮(zhèn)原古陸的鞍部，也是華北海和祁秦海的連接端[18]，還存在過烏審旗古隆起(或稱為橫山凸起)[19]，東南部為米脂洼地，局部也發(fā)育有較小的水下隆起。

馬家溝組三段沉積時期(馬三期)海平面較低，中央古隆起與伊盟古陸南北連接，為水上古陸，華北海與祁秦海相隔絕，東南部形成了大范圍的膏鹽潟湖沉積，發(fā)育有膏鹽巖-白云巖-鹽巖組合，是盆地主要的蒸發(fā)鹽沉積時期。馬四期為整個奧陶紀(jì)最大規(guī)模的海侵期，包括伊盟古陸南緣在內(nèi)的大部分地區(qū)被淹沒，可見到馬家溝組四段(馬四段)超覆在古元古界之上。馬五期存在多期的海水進(jìn)退，在馬五5、馬五7和馬五9海進(jìn)期，研究區(qū)內(nèi)中央隆起多表現(xiàn)為水下古隆起，華北海和祁秦海相通，巖性多為灰?guī)r，部分地區(qū)有淺灘沉積(圖1)[19]；在馬五1—馬五4、馬五6、馬五8和馬五10海退期，中央古隆起大部分暴露于水上，阻隔了華北和祁秦兩海，盆地內(nèi)閉塞為膏鹽潟湖，成為又一個重要的成鹽期(圖1)[20]。馬六期為奧陶紀(jì)最后一次大規(guī)模的海侵期，主要為云質(zhì)灰?guī)r沉積，但盆地內(nèi)大部分地區(qū)被剝蝕殆盡，僅在西部祁秦海域有所保留。

至中奧陶世末，全區(qū)抬升為陸地，歷經(jīng)130 Ma的風(fēng)化、暴露和剝蝕，導(dǎo)致了志留系、泥盆系和下石炭統(tǒng)的缺失，而奧陶系經(jīng)剝蝕、淋濾形成了巖溶儲層。不同地區(qū)的地層剝蝕程度也不相同：由北向南，出露地層由老逐漸變新，出露層位由基底逐漸變?yōu)轳R四段、馬五段；自西向東，出露地層表現(xiàn)為由新到老，再到新，西部祁秦海域?yàn)樯蠆W陶統(tǒng)，過渡為定北的馬六段-馬五段，到東部則主要為馬五段，局部地區(qū)為馬六段。

圖1 鄂爾多斯盆地北部地區(qū)馬五段沉積時期沉積相Fig.1 Sedimentary facies plot of the 5th member of Majiagou Formation,northern Ordos Basina.海進(jìn)期；b.海退期

除了西部明顯隆升外，其他地區(qū)古地貌上大致繼承了沉積時的格局，北部最高，東南部最低。但由于剝蝕、暴露的時間長，整個鄂北地區(qū)前石炭紀(jì)已經(jīng)達(dá)到了準(zhǔn)平原化階段，古地貌起伏較小，上覆上古生界厚度差別僅有100 m左右。另外，奧陶系上部廣泛分布的本溪組鋁土巖也反映了濕熱環(huán)境下長期風(fēng)化的產(chǎn)物。

2 樣品與方法

研究樣品主要來自中國石化鄂北地區(qū)的杭錦旗、大牛地和定北地區(qū)，分別代表了不同的沉積環(huán)境和巖溶古地貌位置(圖1)。首先對3個地區(qū)約60余口鉆井進(jìn)行系統(tǒng)詳細(xì)地巖心觀察，并采集典型樣品、磨制薄片，薄片經(jīng)鐵茜素紅染色，以區(qū)分方解石、白云石和鐵白云石等主要礦物。在顯微薄片觀察的基礎(chǔ)上，結(jié)合測井解釋成果，對比分析儲層巖石學(xué)特征的差異，針對性地進(jìn)行了X衍射礦物含量、白云石有序度、主微量元素和碳氧同位素分析，以上測試分析均由核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測試研究中心完成。將碳酸鹽巖樣品用瑪瑙研缽研磨成粉末后，分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測試。

全巖X衍射和白云石有序度分析采用的設(shè)備為D8 DISCOVER型X衍射儀，檢測環(huán)境相對濕度為35%，溫度為22 ℃。主量元素測試儀器為AxiosmAX-X射線熒光光譜儀，粉末經(jīng)1 000 ℃煅燒熔融后進(jìn)行玻璃熔片制定，然后用XRF-1800波長掃描，X射線熒光光譜儀測定，分析精度優(yōu)于1%。微量元素和稀土元素分析采用電感耦合等離子體質(zhì)譜法ICP-MS進(jìn)行，測試儀器為EMENT-XR等離子體質(zhì)譜分析儀，測試條件為20 ℃，相對濕度為30%，分析精度優(yōu)于5%。碳酸鹽碳、氧同位素分析儀器為MAT253質(zhì)譜儀，將粉末與過量的磷酸反應(yīng)產(chǎn)生CO2，結(jié)果以PDB標(biāo)準(zhǔn)化，為δ13C(VPDB)和δ18O(VPDB)，其精度分別優(yōu)于±0.1‰和±0.2‰。

3 巖石學(xué)特征

研究區(qū)碳酸鹽巖可以劃分為多種類型。為了更好地反映鄂北奧陶紀(jì)馬家溝期干旱的蒸發(fā)臺地沉積環(huán)境，本次研究以礦物(包括碳酸鹽、陸源碎屑和蒸發(fā)鹽礦物)成分類型為主要依據(jù)，并結(jié)合碳酸鹽礦物結(jié)構(gòu)，將巖石類型分為含膏泥-粉晶白云巖、粉-細(xì)晶白云巖、(泥)砂質(zhì)泥-粉晶白云巖、含云泥晶灰?guī)r等。

3.1 含膏泥-粉晶白云巖

含膏泥-粉晶白云巖是鄂爾多斯盆地馬家溝組最具特色的一類，也是最能反映其封閉、干旱、蒸發(fā)環(huán)境的巖石類型。白云巖基質(zhì)多為泥-粉晶，硬石膏和石鹽主要有兩種賦存形式，分別為“單晶和圓形結(jié)核狀”及層狀，分布于馬五段、馬三段、馬二段和馬一段，尤以馬五6亞段和馬三段分布最為廣泛。

這種巖石構(gòu)成了鄂北地區(qū)最重要的一種儲層類型——含膏白云巖-膏?？仔蛢印H發(fā)育在3個研究區(qū)中的大牛地，層位上又以馬五1、馬五2、馬五4亞段對儲層意義最大。單晶和圓形的硬石膏單晶結(jié)核被溶蝕后，形成主要的儲集空間——膏溶鑄模孔。在巖心上為針孔狀或蜂窩狀，在顯微鏡下多為圓形或多邊形，極易識別，孔隙中又往往有白云石和方解石等充填(圖2)。

3.2 粉-細(xì)晶白云巖

粉-細(xì)晶白云巖中的非碳酸鹽礦物含量較少，在測井曲線上往往表現(xiàn)為較低的GR值，多分布于海進(jìn)旋回，主要分布于大牛地的馬二段、馬四段、馬五5、馬五7、馬五9亞段和定北的馬五段等層段，在杭錦旗地區(qū)發(fā)育較少。

巖心上，往往呈淺灰色或褐色，一般呈現(xiàn)出晶粒結(jié)構(gòu)，多為自形到半自形，晶粒較粗，部分可達(dá)到細(xì)晶級，偶見顆?；糜敖Y(jié)構(gòu)，說明該類巖石形成于相對高能的沉積環(huán)境。這與在馬五、馬四和馬二海進(jìn)期，定北大部和大牛地局部地區(qū)發(fā)育高能灘相沉積環(huán)境相一致。

這類巖石中也發(fā)育一種重要儲層類型——粉-細(xì)晶白云巖-溶孔-晶間(溶)孔型儲層，溶孔、晶間溶孔和晶間孔是該類巖石主要的儲集空間。在巖心中能見到厘米級的不規(guī)則狀溶孔，薄片下多為大量的晶間孔和晶間溶孔。在定北該類巖石中孔隙內(nèi)充填物較少，僅見少量的白云石和石英充填(圖2d)，而大牛地該類巖石中能見到一些方解石充填(圖3e，f)。

3.3 含云泥晶灰?guī)r

含云泥晶灰?guī)r是研究區(qū)馬四段的典型巖石類型，在整個鄂北地區(qū)都普遍發(fā)育。另外在定北的馬六段以及大牛地的馬五5亞段也能見到該類巖石。在測井曲線上表現(xiàn)為極高的電阻率值和極低的伽馬值，呈箱形特征。

巖石多呈斑塊狀，基質(zhì)部分為泥晶方解石，斑塊中含有較多的白云石和泥質(zhì)?；?guī)r基質(zhì)中可見一些生物碎屑，說明研究區(qū)該時期相較于其他沉積時期，海平面較高，生物相對繁盛(圖3a—c)。

含云泥晶灰?guī)r常發(fā)育灰?guī)r-縫洞型儲層，主要儲集空間為裂縫和溶洞，巖心上多見有垂直裂縫或網(wǎng)狀裂縫，部分測井上可見有溶洞的響應(yīng)特征。該類巖石在大牛地發(fā)育于馬五5亞段，多有方解石近完全充填，而在杭錦旗馬四段中為鞍狀粗晶白云石半充填(圖3d，e)。

3.4 (泥)砂質(zhì)泥-粉晶白云巖

(泥)砂質(zhì)泥-粉晶白云巖含有陸源碎屑，主要為石英，其次為泥質(zhì)，其他碎屑物質(zhì)很少見到。白云石基質(zhì)多呈泥-粉晶，僅有少量粉晶，石英往往較為純凈，磨圓好(圖3f)。該類白云巖中往往還含有一定量的硬石膏，代表了古陸周邊、有間歇性陸源碎屑注入的干旱混積潮坪環(huán)境。

圖2 鄂爾多斯盆地北部地區(qū)馬五段含膏泥-粉晶白云巖與粉-細(xì)晶白云巖顯微特征Fig.2 Micrographs showing the gypsum-bearing micritic-very fine crystalline dolomite and very fine to fine crystalline dolomite in the 5th member of Majiagou Formation,northern Ordos Basina．含膏泥-粉晶白云巖，發(fā)育膏溶鑄模孔，孔隙中充填有粉晶白云石膠結(jié)物，大113井，馬五段，茜素紅染色，鑄體薄片，埋深2 861 m；b.含膏泥-粉晶白云巖，發(fā)育膏溶鑄模孔，孔隙中充填有鐵白云石充填，大113井，馬五段，茜素紅染色，鑄體薄片，埋深2 862 m；c.含膏泥-粉晶白云巖，發(fā)育膏溶鑄?？?，孔隙中充填有石英充填，大113井，馬五段，茜素紅染色，鑄體薄片，埋深2 860 m;d.粉-細(xì)晶白云巖，含溶孔，馬五段，定北18井，鑄體薄片，埋深4 012 m；e.粉晶白云巖，馬五7亞段，大124井，茜素紅染色，鑄體薄片，埋深3 154 m；f.粉-細(xì)晶白云巖，晶間溶孔發(fā)育，馬五5亞段，大81井，茜素紅染色，鑄體薄片，埋深2 847 m

圖3 鄂爾多斯盆地北部馬家溝組含云泥晶灰?guī)r與(泥)砂質(zhì)泥-粉晶白云巖顯微特征Fig.3 Micrographs showing dolomitic micritic limestone and (argillaceous) sandy micritic-very fine crystalline dolomite in the Majiagou Formation,northern Ordos Basina.含云泥晶灰?guī)r，發(fā)育有零星分布的泥質(zhì)和斑狀細(xì)晶白云石，馬四段，錦93井，埋深3 168 m，正交光；b.含云泥晶灰?guī)r，細(xì)晶白云石星散分布，馬四段，大78井，埋深3 205 m，單偏光；c.含云泥晶灰?guī)r，細(xì)晶白云石星散分布，馬六段，定北10井，埋深3 905 m，單偏光； d.含云泥晶灰?guī)r，裂縫中的鞍狀白云石充填，馬四段，錦77井，埋深2 822 m，正交光；e.含云灰?guī)r，裂縫內(nèi)有方解石充填，馬五5亞段，大113井，埋深2 931 m，單偏光； f.砂質(zhì)泥-粉晶白云巖，馬三段，錦7井，埋深3 073 m，單偏光

研究區(qū)中杭錦旗北部即為伊盟古陸，馬二段整段均發(fā)育含陸源碎屑泥-粉晶白云巖。大牛地靠近烏審旗古陸，馬一段也發(fā)現(xiàn)了大段的含陸源碎屑泥粉晶白云巖。在定北卻很少能見到含陸源碎屑白云巖，在奧陶系沉積時期，古陸可能很少向定北提供物源。在該類巖石中很少發(fā)育儲層。

4 地球化學(xué)特征

4.1 礦物含量與白云石有序度

含膏層系(馬五4、馬五6亞段)樣品中的X衍射結(jié)果顯示，雜質(zhì)礦物含量可達(dá)3.4%～4.3%，而馬五5亞段的主要成分為碳酸鹽巖，含量可達(dá)98.3%。含膏泥-粉晶白云巖(馬五1-2、馬五4、馬五6亞段)的有序度在0.59～0.92，平均值為0.74；而粉-細(xì)晶白云巖(馬五5亞段)有序度在0.93～0.95，平均值為0.94。

4.2 主量和微量元素

風(fēng)化殼附近的含膏泥-粉晶白云巖具有較高的Ca/Mg比值，范圍在1.01～1.40，往往也具有相對較低的Si，Al，Na，K，Sr和Ba含量，以及較高的Fe和Mn含量(圖4，圖5)。大牛地馬五1亞段含膏泥-粉晶白云巖中，SiO2含量為0.470%～0.989%，Al2O3含量為0.354%～0.632%，F(xiàn)e2O3+FeO含量較高，為3.77%～6.07%，MnO2含量也較高，為0.098%～0.215%，Na2O含量為0.010%～0.025%，K2O含量為0.040%～0.149%，Sr含量為74～248 μg/g，Ba含量為12.1～84.5 μg/g。

粉-細(xì)晶白云巖接近標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)計量的Ca/Mg比值，具有較低的Si，Al，F(xiàn)e，Mn，Na，K，Sr和Ba含量(圖4，圖5)。大牛地馬五7亞段晶間孔發(fā)育的粉晶白云巖中，Ca/Mg比值為0.98～1.04，SiO2含量為1.54%～1.90%，Al2O3含量為0.623%～0.450%，F(xiàn)e2O3+FeO含量為0.286%～0.315%，MnO2含量為0.005%～0.006%，Na2O含量為0.028%～0.033%，K2O含量為0.120%～0.195%，Sr含量為111～178 μg/g，Ba含量為10.8～11.2 μg/g；定北馬五段溶孔發(fā)育的粉晶白云巖，Ca/Mg比值為0.91～0.98，SiO2含量略低，為0.558%～0.928%，Al2O3含量也較低，為0.247%～0.431%，F(xiàn)e2O3+FeO含量較為接近，為0.112%～0.477%，MnO2含量略高，為0.008%～0.015%，Na2O含量整體略低，為0.010%～0.088%，K2O含量略低為0.083%～0.146%，Sr含量略低60.8～90.4 μg/g，Ba含量略高為4.56～13.20 μg/g。

圖4 鄂爾多斯盆地北部馬家溝組不同類型儲層巖石的主量元素含量Fig.4 Major element content of different types of reservoir rocks in the Majiagou Formation,northern Ordos Basina. FeO-MnO含量交會圖；b. MgO-CaO含量交會圖；c. Al2O3-(Na2O+K2O)含量交會圖

圖5 鄂爾多斯盆地北部馬家溝組不同類型儲層巖石的Sr-Ba含量Fig.5 Sr-Ba content of reservoir rocks of different types in the Majiagou Formation,northern Ordos Basin

含云泥晶灰?guī)r的Si，Al，F(xiàn)e，Mn，Na，K，Sr和Ba含量較低(圖4，圖5)，馬五5亞段的泥晶灰?guī)r，SiO2含量為0.535%～1.810%，Al2O3含量為0.153%～0.835%，F(xiàn)e2O3+FeO含量為0.100%～0.353%，MnO2含量為0.004%，Na2O含量為0.021%～0.029%，K2O含量為0.045%～0.171%，Sr含量77.5～136.0 μg/g，Ba含量5.45～60.50 μg/g；定北地區(qū)馬六段的云質(zhì)泥晶灰?guī)r值為，SiO2含量為1.07%，Al2O3含量為0.359%，F(xiàn)e2O3+FeO含量為0.341%，MnO2含量為0.011%，Na2O含量為0.021%，K2O含量為0.113%，Sr含量235 μg/g，Ba含量13 μg/g。

4.3 穩(wěn)定同位素特征

風(fēng)化殼附近的含膏模孔的泥-粉晶白云巖中，δ13C(VPDB)值范圍在-2.0‰～0.2‰，δ18O(VPDB)值范圍在-8.3‰～-6.7‰(圖6)，膏?？字械姆劬О自剖涮钗锏摩?3C(VPDB)值范圍在-2.7‰～-0.7‰，δ18O(VPDB)值范圍在-11.4‰～-9.8‰；粗晶白云石充填物的δ13C(VPDB)值范圍在-2.9‰～-1.7‰，δ18O(VPDB)值范圍在-11.3‰～-9.9‰[21- 22]。

圖6 鄂爾多斯盆地北部馬家溝組不同類型儲層巖石的碳、氧同位素交會圖(奧陶紀(jì)海水?dāng)?shù)據(jù)來自張軍濤等，2016)[21]Fig.6 Cross correlation of carbon and oxygen isotope contents of different types of reservoir rocks in the Majiagou Formation,northern Ordos Basin (data related to the Ordovician sea water derived from Zhang et al.,2016)[21]

粉-細(xì)晶白云巖在不同地區(qū)的碳、氧同位素值在不同地區(qū)略有差異(圖6)。大牛地馬五7亞段晶間孔發(fā)育的晶間孔發(fā)育的粉晶白云巖中，δ13C(VPDB)值范圍在-0.6‰～-0.3‰，δ18O(VPDB)值平均值為-5.9‰；而在定北溶孔發(fā)育的粉-細(xì)晶白云巖中，δ13C(VPDB)值略高，范圍在0.6‰～1.0‰，δ18O(VPDB)值也較高，平均值為-5.4‰～-2.4‰；靖西粉-細(xì)晶白云巖的δ13C(VPDB)值在-0.8‰～-0.4‰，δ18O(VPDB)值在-6.6‰～-5.3‰[21-22]。

(云質(zhì))泥晶灰?guī)r的不同地區(qū)碳、氧同位素值在不同地區(qū)差別不大(圖6)。大牛地馬五5亞段泥晶灰?guī)r，δ13C(VPDB)值范圍在-1.9‰～-0.8‰，δ18O(VPDB)值平均值為-9.1‰～-8.0‰，其中裂縫中方解石充填物δ13C(VPDB)值為-3.5‰～-2.4‰，δ18O(VPDB)為-17.0‰～-14.4‰；杭錦旗馬四段云質(zhì)灰?guī)rδ13C(VPDB)值為-0.6‰，δ18O(VPDB)為-6.5‰，其中云質(zhì)含量較高的部分，δ13C(VPDB)值為-1.0‰，δ18O(VPDB)為-7.9‰，其中裂縫中白云石充填物δ13C(VPDB)值為-4.3‰，δ18O(VPDB)為-15.2‰；定北馬六段云質(zhì)灰?guī)rδ13C(VPDB)值為-0.2‰～-0.1‰，δ18O(VPDB)為-9.2‰～-8.3‰。

5 討論

雖然3類儲層同屬于巖溶型儲層，但儲層特征表現(xiàn)出極大的差別，這種差異性主要是由于原巖的成分、結(jié)構(gòu)差異和古地貌引起的。云質(zhì)灰?guī)r地層主要形成裂縫-溶洞型儲層，含膏地層能夠形成膏模孔型儲層，而白云巖地層則主要為溶孔-晶間(溶)孔形成。但是這3類儲層在成因上有一定的聯(lián)系，都受到含膏地層的影響。

5.1 云質(zhì)灰?guī)r-裂縫儲層成因

5.1.1 裂縫成因

裂縫具有明顯的層控性。大牛地的垂直網(wǎng)狀裂縫僅發(fā)育在馬五5亞段含云灰?guī)r地層中，比如在大113和大65-3等井的全井段取心中也顯示，僅在馬五5亞段灰?guī)r地層中發(fā)育有裂縫，其中有大量方解石充填-半充填，而上、下層的馬五4和馬五6亞段含泥角礫巖中很少有裂縫發(fā)育。裂縫發(fā)育的選擇性可能是由兩方面原因造成。

1) 不同地層的脆塑性差異。馬五5亞段為純碳酸鹽巖，泥質(zhì)膏質(zhì)等雜質(zhì)成分較少，成分較為均一，結(jié)構(gòu)簡單，相比較而言碳酸鹽礦物脆性更大，而粘土礦物和石膏塑性更大[23]。X衍射數(shù)據(jù)顯示上、下層段雜質(zhì)礦物含量高，而馬五5亞段的主要成分為碳酸鹽巖，測井曲線上，馬五6和馬五4亞段伽馬曲線為鋸齒狀高值，馬五5亞段為平直、低值。因此，在發(fā)生破壞和變形過程中，馬五4和馬五6亞段等地層以塑性變形為主，而馬五5亞段更容易產(chǎn)生裂縫。在杭錦旗地區(qū)馬四段裂縫發(fā)育段下伏的也是含膏地層。

2) 不同地層溶解度差異。石膏的溶解度要遠(yuǎn)高于白云石和方解石的溶解度，石膏在巖溶時期首先被溶蝕。在盆地內(nèi)部馬五6亞段是最主要含膏層段[12]，石膏基本被溶蝕，測井解釋中已經(jīng)很難見到石膏，巖心中也多見巖溶角礫。從主、微量元素分析顯示，馬五6亞段具有較高的SiO2和Al2O3含量，具有偏負(fù)的氧同位素值，也說明受到大氣降水的影響[24]。由于膏鹽巖的大量溶解，造成了上覆地層的坍塌破碎，形成了普遍發(fā)育的裂縫。這種裂縫在溶蝕過程還可能繼續(xù)增多擴(kuò)容，形成縫洞體，而溶洞的坍塌破壞又能形成裂縫[12]。

5.1.2 裂縫儲層分布差異

云質(zhì)灰?guī)r縫洞型儲層在不同地區(qū)分布差異較大，北部的杭錦旗馬四段云質(zhì)儲層零星分布，而大牛地馬五5亞段裂縫普遍發(fā)育，這種差異也可能與膏鹽層的溶蝕和變形程度差異有關(guān)，杭錦旗受巖溶改造程度明顯弱于大牛地，在杭錦旗馬四段下伏地層還存在有大量的硬石膏，而在大牛地馬五5亞段之下的馬五6亞段基本已經(jīng)不含硬石膏。

儲層中充填礦物類型也不相同，地貌位置更高的杭錦旗以白云石的充填為主，具有較高的Fe含量、環(huán)帶結(jié)構(gòu)、波狀消光和較負(fù)的δ18O值，說明其形成時應(yīng)為埋藏期。較高的流體溫度[25]，與含膏白云巖地層中白云石充填相類似[21]，富鐵說明受到過上覆富鐵地層的影響[22]。而大牛地馬五5亞段裂縫中主要由粗晶方解石充填，具較負(fù)的δ18O值，其形成可能受大氣降水的影響[24](圖6)。

對比杭錦旗和大牛地兩個地區(qū)的灰?guī)r基質(zhì)顯示，杭錦旗的灰?guī)r段較大牛地區(qū)具有更高的δ18O值，其可能受到大氣降水改造的影響較小，而可能處于大氣降水匯聚區(qū)的大牛地，地層與大氣降水獲得更多的分餾，具有更低的δ18O值(圖6)[24]

5.2 含膏白云巖-膏?？仔蛢映梢?/h3>

含膏云巖-膏?？仔蛢釉谄矫婧涂v向上受原始相帶控制，僅分布于含石膏結(jié)核云坪相之中，而儲層質(zhì)量受古地貌影響，其中低洼處方解石充填作用對儲層破壞最大[21]。

5.3 粉-細(xì)晶白云巖儲層成因

部分粉-細(xì)晶白云巖具有顆?；糜敖Y(jié)構(gòu)，這些巖石最早的沉積相帶應(yīng)該是滲透性較高的高能灘相[19]，為后續(xù)的白云巖化作用奠定了沉積基礎(chǔ)。

粉-細(xì)晶白云巖具有相對較粗的白云石晶體，但基本上不含膏鹽巖，較高的有序度和Mg/Ca比值說明白云巖化發(fā)育于淺埋藏環(huán)境[28]，而粉晶白云石較高的δ18O和δ13C值說明白云巖化流體濃度較高[27]。在大牛地鉆井中顯示，馬五5亞段白云巖化程度隨著距離上覆馬五6亞段含膏層變大而變?nèi)?。在薩布哈白云巖化作用發(fā)生的同時及后續(xù)，這種富Mg2+的濃縮海水由于重力的作用持續(xù)向下運(yùn)移，在具有較好滲透性的地層中發(fā)生鹵水回流滲透白云巖化[28]。正是這種不含膏的粉-細(xì)晶白云巖與含膏層系在形成過程中的關(guān)聯(lián)性，造成了在空間上兩種儲層的疊置。

雖然不同地區(qū)的白云巖晶間(溶)孔型儲層特征都非常相似，但在區(qū)域上也有細(xì)微的差異，最底部的大牛地粉晶白云巖中多見方解石充填，基質(zhì)具有最低的δ18O值，也可能存在有大氣降水匯聚區(qū)有關(guān)，有充足流體與巖石進(jìn)行方解石沉淀和氧同位素分餾。同時，大牛地粉晶白云巖中具有相對較高的SiO2，K2O，Al2O3和Sr含量(圖4—圖6)，同樣也反映了大氣降水匯聚區(qū)元素的聚集[24,29]。

5.4 巖溶儲層發(fā)育模式

鄂北巖溶儲層的3種類型都與含膏層系有著密切的聯(lián)系。在準(zhǔn)同生期，含膏層系為提供富Mg2+流體，促使發(fā)生了薩布哈白云巖化和回流滲透白云巖化作用[30-31]；在表生期，具有較大溶解度的石膏層先被溶解[32]，在結(jié)核單晶狀含膏云巖層形成膏?？變樱鴮訝钍鄬颖淮罅咳芙?、破壞，導(dǎo)致上覆致密灰?guī)r地層產(chǎn)生大量的裂縫。

鄂北巖溶儲層縱向上分帶性是由于原始相帶和巖性差異造成的。從灰?guī)r、白云巖到膏鹽巖沉積，代表了一個海退旋回。沉積水體最深的灰?guī)r分布范圍最廣，區(qū)內(nèi)均有分布，但其初始物性差、巖石致密、儲層非均質(zhì)性較強(qiáng)，這也是與塔河等典型巖溶儲層最相似的類型，但是鄂北灰?guī)r-裂縫型儲層形成還與下伏含膏地層的溶蝕變形關(guān)系密切[33-34]。淺灘相的沉積環(huán)境水體較淺，初始物性較好，回流滲透白云巖化作用有利于儲層的保存，后期的表生作用進(jìn)一步改善儲層；當(dāng)海平面進(jìn)一步下降時，蒸發(fā)作用加強(qiáng)，開始有含膏層系的沉積，同時為下伏地層提供Mg2+源，經(jīng)巖溶作用后形成含膏云巖-膏模孔型儲層。在大牛地可見這3種儲層的縱向上疊置分帶，也代表了這種灰?guī)r-粉-細(xì)晶白云巖-含膏白云巖的有序巖性組合。平面上儲層類型分布的差異也是由原始沉積分異決定的，中東部蒸發(fā)潟湖周邊的大牛地呈現(xiàn)出多類型儲層疊置發(fā)育的特征，而位于西部灘相的定北以及靖邊西部主要發(fā)育有粉-細(xì)晶白云巖儲層，北部的杭錦旗則僅有灰?guī)r-裂縫型儲層發(fā)育(圖7)。

儲層類型更多地表現(xiàn)出相控特征，儲層質(zhì)量的差異則可能受大氣降水影響。在空間上，能區(qū)分出大氣降水滲流區(qū)和匯聚區(qū)。在古地貌高部位儲層孔隙充填較少，僅見少量白云石充填，地球化學(xué)特征表現(xiàn)出滲流區(qū)的特征，組成中雜質(zhì)元素變少，大氣降水氧同位素分餾不明顯；在古地貌相對低部位，儲層多表現(xiàn)出大氣降水匯聚的特征，孔隙多見方解石充填，沉淀有較多的雜質(zhì)元素，具有偏負(fù)氧同位素值。由于缺少大規(guī)模的巖溶暗河體系，相較于分布局限的含膏白云巖和灰?guī)r儲層，非均質(zhì)性較小和分布較連續(xù)的粉-細(xì)晶白云巖儲層可能作為主要的大氣降水運(yùn)移通道，故在巖溶古地貌的不同部位大牛地和靖西表現(xiàn)出不同的特征；然而，處于巖溶斜坡的大牛地也能表現(xiàn)出大氣降水匯聚區(qū)的特征，說明巖溶處于大氣降水充沛、地貌起伏不大、泄水不暢的準(zhǔn)平原化階段(圖7)。

6 結(jié)論

1) 在不同地區(qū)、不同層系受巖溶作用影響形成的儲層差異較大，依據(jù)巖性和孔隙類型，大致可劃分為3種儲層類型：含膏泥-粉晶白云巖-膏?？仔?、粉-細(xì)晶白云巖-晶間(溶)孔型和含云泥晶灰?guī)r-裂縫型。

2) 這3種類型儲層在成因上都與蒸發(fā)層系有密切的聯(lián)系。含膏白云巖儲層的相帶為含膏云坪相，儲集空間形成于硬石膏結(jié)核和單晶的溶解；粉-細(xì)晶白云巖的原始沉積相帶為淺灘相，與上覆含膏層系呈現(xiàn)出疊置白云巖化的特征，含膏層系經(jīng)硬石膏沉淀和薩布哈白云巖化后，大幅提高了地層水中的Mg/Ca比值，下滲后促使發(fā)生白云巖化，改善和保持了儲集空間；灰?guī)r中裂縫的形成與下伏地層中含膏層的溶解和變形有一定聯(lián)系。

圖7 鄂爾多斯盆地北部地區(qū)馬家溝組不同位置、不同類型巖溶儲層發(fā)育模式Fig.7 Development patterns of different types of karst reservoirs in the Majiagou Formation,northern Ordos Basina.杭錦旗-大牛地巖溶儲層對比；b.定北-靖西-大牛地巖溶儲層對比

3) 這3種類型儲層在分布上具有明顯的相控性。研究區(qū)中東部的含膏泥-粉晶白云巖-膏?？仔?、粉-細(xì)晶白云巖-晶間(溶)孔型和含云泥晶灰?guī)r-裂縫型都有分布，中西部定北以粉晶白云巖儲層為主，北部杭錦旗僅有灰?guī)r-裂縫型儲層。

4) 儲層表現(xiàn)出準(zhǔn)平原期巖溶儲層特征。經(jīng)歷漫長的加里東期巖溶作用改造，地貌雖然已經(jīng)起伏不大，但仍對儲層有重要影響，空間上可大致劃分為大氣降水滲流區(qū)和匯聚區(qū)，滲流區(qū)孔隙充填較弱，具少量白云石充填，儲層較好，大氣降水滲流性好，巖石礦物中雜質(zhì)元素較少；而匯聚區(qū)孔隙多見方解石充填，儲層質(zhì)量變差，水流變緩，巖石與大氣降水有著充分的分餾，雜質(zhì)元素較多。