鄂爾多斯盆地馬家溝組準層狀巖溶角礫巖特征及其成因*

張欣玥 李 凌 張道鋒 易 剛 吳東旭 鐘壽康 楊夢穎 熊 鷹 肖 笛 譚秀成

1 西南石油大學油氣藏地質及開發(fā)工程國家重點實驗室，四川成都 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，四川成都 610500 3 中國石油長慶油田分公司勘探開發(fā)研究院，陜西西安 710021 4 西南石油大學地球科學與技術學院，四川成都 610500 5 中國石油杭州地質研究院，浙江杭州 310023

古巖溶指早期通過水文系統(tǒng)或地表風化作用形成的巖溶(Fu，2019)，是原始巖溶特征被保存、充填、埋藏的產物(L?n?yetal.， 2021)。因溶洞崩塌或巖溶流體溶蝕、搬運、堆積而成的巖溶角礫巖(李志強等，2011)，是與古巖溶作用有緊密成因聯(lián)系的典型巖溶沉積建造(沈繼方等，1993)。

巖溶角礫巖作為古巖溶作用最明顯的識別標志，是判斷巖溶作用過程中古水文狀況及恢復古地貌最有利的證據之一(張銀德等，2014)，因而對巖溶角礫巖進行合理分類和成因探討，是研究古巖溶作用最重要的基礎工作(張兵等，2011)。對表生期巖溶的研究常以巖溶洞穴作為研究載體(Wright，1982；Loucks，1999)，主要開展巖溶系統(tǒng)及相關作用機理等方面的研究，并建立溶洞巖溶角礫巖的分類方案(Loucks，1999)。反觀早成巖期巖溶作用研究，巖溶角礫巖的劃分方案尚未統(tǒng)一，普遍沿用Loucks(1999)的分類方案(丁曉琪等，2016；賈會沖和丁曉琪，2016；祁壯壯等，2021)，存在不同類別的角礫巖特征相似、普適性不高等問題。

鄂爾多斯盆地馬家溝組上組合地層廣泛發(fā)育巖溶作用，具有多旋回疊合、差異性分布等特征，形成了類型眾多的巖溶角礫巖，同時也引發(fā)了關于角礫成因與分類的討論。前人關于馬家溝組上組合巖溶角礫巖的分類可根據劃分標準分為2類，即按照角礫巖對儲層貢獻劃分(何江等，2013)和采用Loucks(1999)關于表生巖溶作用中溶洞充填角礫劃分方案進行分類(丁曉琪等，2016；賈會沖和丁曉琪，2016；祁壯壯，2021)，且這些分類方案多基于對馬家溝組上部發(fā)育表生期巖溶作用的認知(侯方浩等，2005；何江等，2013；蘇中堂等，2015)。近年來，早成巖期巖溶作用在馬家溝組上部被識別出來(Xiaoetal.， 2019；謝康等，2020；池鑫琪等，2021)，這些伴生的巖溶角礫巖具有準層狀、塑性變形、近原地解離等明顯區(qū)別于表生期巖溶角礫巖的特征，同時在巖石組構特征(包括角礫成分、形態(tài)、排列方式，填隙物類型與含量等)方面也具有顯著差異。

鑒于此，筆者基于鄂爾多斯盆地蘇里格氣田奧陶系馬家溝組上組合豐富的巖心和薄片資料，深入剖析角礫巖特征、宏觀序列以及橫向展布特征，明確巖溶角礫巖形成時間與多樣化成因機制，探索適用于鄂爾多斯盆地準層狀巖溶角礫巖的劃分方案。在豐富巖溶作用理論研究的同時，解譯研究區(qū)多類型巖溶角礫巖成因，討論巖溶角礫巖的形成模式，期望該研究結果能為豐富角礫巖的研究提供新的素材。

1 區(qū)域地質背景

鄂爾多斯盆地位于華北地臺西部，是一個矩形構造盆地，面積約2.5×105￣￣km2。研究區(qū)位于蘇里格氣田的東部(圖 1-a)，靠近伊盟隆起。伊盟隆起位于鄂爾多斯盆地北部，西臨桌子山斷裂，東至離石斷裂，北以黃河斷裂為界與河套盆地相鄰，南與天環(huán)向斜、伊陜斜坡和晉西撓褶帶逐漸過渡，自結晶基底形成以來一直處于隆起剝蝕狀態(tài)，直至晚石炭世才普遍接受沉積(解國愛等，2005)。鄂爾多斯盆地“一隆三凹”的古構造格局自寒武紀早中期形成后未發(fā)生大規(guī)模變動(馮增昭和鮑志東，1999)，至奧陶紀末因加里東運動使盆地整體抬升，經歷了1.3億多年的沉積間斷，缺失泥盆系—石炭系(侯方浩等，2003)。

中奧陶世馬家溝期，鄂爾多斯盆地古氣候發(fā)生由濕熱向干熱的周期性反復(侯方浩等，2003)，經歷3次海進與海退(侯方浩等，2011)，其中馬家溝組第五段(馬五段)沉積期處于“震蕩式”海退(侯方浩等，2002；辛勇光等，2010)。由于古氣候以及相對海平面震蕩的影響，造成馬五段內部沉積分異大?？傮w來看，盆地西緣和南緣發(fā)育盆地和緩坡沉積(謝錦龍等，2013)；盆地中東部主要發(fā)育潮坪相(馮增昭等，1999；李文厚等，2012；謝錦龍等，2013)，各微相環(huán)繞米脂凹陷呈環(huán)帶狀分布，平面展布變化大，且上組合(馬五1-馬五4亞段)與中組合(馬五5—馬五10亞段)沉積環(huán)境差異較大： 中組合主要發(fā)育局限—蒸發(fā)潟湖、臺內灘、灘間海、微生物丘和臺坪沉積(席勝利等，2017)，地貌變化較大； 上組合主要發(fā)育膏云坪、云坪、泥云坪沉積(謝錦龍等，2013)，地貌較平緩，巖性以泥晶白云巖、(含)溶?？啄嗑О自茙r、泥質云巖、巖溶角礫巖等為主(圖 1-b)(熊鷹等，2016；謝康等，2020)。

2 準層狀角礫巖巖石學特征和分類

基于大量的巖心觀察發(fā)現(xiàn)，鄂爾多斯盆地馬家溝組上組合沉積序列內均發(fā)育特征各異的巖溶角礫巖，宏觀上呈現(xiàn)多旋回疊置的特征(圖 1-b)。筆者將這些角礫巖稱為“準層狀巖溶角礫巖”，其類型多樣、形態(tài)復雜，具體可分為5類。

2.1 B1型角礫巖

B1型角礫巖在研究區(qū)內廣泛發(fā)育，位于高頻旋回的中上部，單套角礫巖規(guī)模較大，最厚可達3 m。該類角礫巖具有如下典型特征： (1)角礫顏色和成分與圍巖一致，多為淺灰色—褐灰色含膏?？啄喾劬г茙r(圖 2-a，2-b，2-c)；(2)角礫大小混雜，形態(tài)多變，但以次棱角—棱角狀為主(圖 2-a)，一些角礫因溶蝕而圓化(圖 2-d)，一些角礫因具港灣狀溶蝕邊而呈塑性假象(圖 2-e，2-f)；(3)鄰近角礫多具可拼接性(圖 2-b，2-e)，個別角礫具一定程度的旋轉和位移(圖 2-f)；(4)角礫間充填物與角礫成分相近，多為圍巖巖溶形成的滲流粉砂，但黏土含量增加、顏色較圍巖變深(圖 2-a，2-d)。

a—蘇里格氣田東北部石炭系沉積前古地質圖(據謝康等，2020；有修改)；b—馬五段柱狀剖面示意圖(據何江等，2013；有修改)圖 1 蘇里格氣田東部馬家溝組上組合地層分布與巖性柱狀圖Fig.1 Distribution and lithologic column of the upper Majiagou Formation in northeastern Sulige Gas Field

2.2 B2型角礫巖

B2型角礫巖多發(fā)育于高頻旋回頂部，厚度多小于1 m。該類型角礫巖具如下特征： (1)角礫形態(tài)和大小同樣多變，從溶蝕形成的假塑性到磨圓狀皆存在(圖 2-g，2-h，2-i)；(2)角礫成分較B1型復雜，可見泥粉晶云巖、紋層狀泥粉晶云巖、泥粉晶灰?guī)r及粘結砂屑灰?guī)r等多種類型角礫(圖 2-h，2-i)，指示這些角礫為同期沉積并暴露角礫化后，再經近源搬運混合而成； (3)角礫間多被后期高頻初始海侵泥質沉積物充填(圖 2-h)，或被方解石膠結充填后再充填泥質沉積物(圖 2-i)；(4)角礫可因較長時間暴露發(fā)生去云化(圖 2-i)。

a—淺灰色角礫與褐灰色填隙物，角礫內可見膏?？?，3307.55 m，馬五4亞段，SD47-42井； b—灰色角礫與褐灰色填隙物，角礫具可拼合特征，3236.00 m，馬五1亞段，T36井； c—膏?？啄喾劬г茙r，虛線部分勾繪的為不規(guī)則角礫雛形，3446.37 m，馬五4亞段，Zh97井； d—大小、形態(tài)各異的角礫，鄰近角礫可拼接，3445.06 m，馬五3亞段，單偏光，T51井； e—具溶蝕港灣狀邊緣和示頂?shù)讟嬙斓慕堑[，3309.28 m，馬五4亞段，單偏光，SD47-42井； f—具港灣狀溶蝕邊(右下)和旋轉位移(左上)的角礫，3659.81 m，馬五4亞段，單偏光，T44井； g—高頻暴露面，之上為后期高頻海侵泥質沉積，之下為后期泥質填隙的不規(guī)則角礫，3126.65 m，馬五3亞段，G1-13井； h—泥質角礫巖，見泥粉晶云巖(左下)、紋層狀泥粉晶云巖(左上)及膏?？啄喾劬г茙r(右上)角礫，3400.70 m，馬五4亞段，單偏光， T60井； i—泥粉晶灰?guī)r角礫與粘結砂屑灰?guī)r角礫，殘余礫間孔被泥質充填，3599.41 m，馬五4亞段，單偏光，T13井圖 2 蘇里格氣田東北部馬家溝組上組合B1(a-f)和B2(g-i)型角礫巖特征Fig.2 Characteristics of B1(a-f)and B2(g-i)breccias of the upper Majiagou Formation in northeastern Sulige Gas Field

a—褐灰色角礫巖，3448.06 m，馬五4亞段，Zh97井； b—淺灰色角礫巖，3540.84 m，馬五4亞段，T58井； c—角礫巖，角礫呈次圓—次棱角狀，角礫間為滲流粉砂和方解石充填，3448.06 m，馬五4亞段，單偏光，Zh97井； d—巖類多樣的碳酸鹽巖角礫，3657.24 m，馬五4亞段，單偏光，T44井； e—洞頂?shù)乃榱呀堑[巖，3599.52 m，馬五4亞段，T13井； f—洞壁的碎裂角礫巖，3402.85 m，馬五2亞段，T42井； g—雜亂堆積的坍塌角礫巖，3405.25 m，馬五4亞段，T60井； h—雜亂堆積的坍塌角礫巖，3545.73 m，馬五4亞段，T39井圖 3 蘇里格氣田東北部馬家溝組上組合B3(a-d)-B4(e，f)-B5(g，h)型角礫巖特征Fig.3 Characteristics of B3(a-d)-B4(e，f)-B5(g，h)breccias of the upper Majiagou Formation in northeastern Sulige Gas Field

圖 4 蘇里格氣田東北部馬家溝組上組合B1主發(fā)育型序列特征(馬五1亞段，T36井)Fig.4 Characteristics of Type B1 main developmental sequence of the upper Majiagou Formation in northeastern Sulige Gas Field (Ma51 sub-member, Well T36)

圖 5 蘇里格氣田東北部馬家溝組上組合B2-B3-B4組合發(fā)育型序列發(fā)育特征(馬五4亞段，Zh97井)Fig.5 Developmental characteristics of B2-B3-B4 combination sequence of the upper Majiagou Formation in northeastern Sulige Gas Field (Ma54 sub-member, Well Zh97)

圖 6 蘇里格氣田東北部馬家溝組上組合連續(xù)序列發(fā)育特征 (旋回1為B2-B3-B4組合發(fā)育序列，旋回2為B5主發(fā)育序列，馬五3亞段，T44井)Fig.6 Characteristics of continuous sequence of the upper Majiagou Formation in northeastern Sulige Gas Field (Cycle 1 is the B2-B3-B4 combination and cycle 2 is the B5 main sequence , Ma53 sub-member, Well T44)

2.3 B3型角礫巖

B3型角礫巖主要位于高頻旋回中下部的洞穴中，單層厚度變化大，介于0.1～1.5 m之間。該類型角礫巖特征如下： (1)角礫大小多變，具一定程度磨圓，角礫支撐為主(圖 3-a，3-b，3-c，3-d)；(2)與B2型角礫比較，其成分仍為近同期、近源的泥晶云巖、鮞粒云巖及紋層狀泥晶云巖等復成分碳酸鹽巖角礫(圖 3-c，3-d)；(3)角礫間被方解石或滲流粉砂充填，少見后期沉積的泥質充填(圖 3-c，3-d)。

2.4 B4型角礫巖

這類角礫發(fā)育位置不固定，常見于B3型和B5型角礫巖的邊緣和頂部，厚度一般小于0.2 m。該類角礫巖性與基巖一致(圖 3-e，3-f)；角礫邊界較為平直，可拼合性好(圖 3-e，3-f)；角礫間多被亮晶方解石充填(圖 3-e)。從其產狀、特征及充填物類型可與其余幾類角礫巖很好地區(qū)分。

2.5 B5型角礫巖

B5型角礫巖在各高頻旋回中發(fā)育頻率較低，多出現(xiàn)于高頻旋回下部，單套角礫巖厚度規(guī)模普遍大于1 m。與其余類型角礫巖相比，其典型特征為： (1)與B3型、B4型角礫巖一樣，角礫成分為該旋回沉積的多樣化巖類(圖 3-g，3-h)；(2)礫徑差異最大，多為角礫支撐，角礫間被滲流砂、較小的礫石以及后期方解石膠結物充填(圖 3-g，3-h)；(3)角礫雜亂堆積，產狀從直立到水平狀多樣變化(圖 3-g)。

3 準層狀角礫巖分布特征

3.1 縱向序列特征

為深入剖析不同類型角礫巖的特征差異、成因聯(lián)系，以及其與向上變淺序列和巖溶作用的關系，本次研究系統(tǒng)梳理了29口取心井140個巖溶發(fā)育的向上變淺序列，并歸納總結為3種典型類型。

3.1.1 序列Ⅰ： B1主發(fā)育型序列

整個序列以B1型角礫巖主要發(fā)育為特征(圖 4)，依據巖性差異與縱向巖溶作用發(fā)育特征，由底至頂可劃分為5個單元。

單元1: 深灰色塊狀泥云巖，屬旋回初期快速海侵產物，與下伏褐灰色粉屑灰?guī)r呈巖性突變接觸。單元2: 灰褐色泥晶云巖，向上變?yōu)楹嗄？啄嗑г茙r，膏?？紫蛏献兇蟛⒑吭黾?，擴溶現(xiàn)象逐漸明顯。單元3: B1型角礫與膏?？谆佣危上轮辽螧1型角礫漸次明顯，切割破壞膏?？啄嗑г茙r組構而使膏?？紫蛏蠝p少； B1型角礫巖以水平狀產出，內部與邊緣發(fā)育膏?？?。單元4: B1型角礫巖段，角礫具弱水平狀定向排列，鄰近角礫具較好的可拼接性。單元5: B1型角礫巖段，角礫因溶蝕而圓度增高，較單元4角礫化特征更為明顯，鄰近角礫可拼接性變差。上覆褐灰色紋層狀泥晶云巖而呈突變接觸，指示下一旋回的開始。

B1主發(fā)育型序列實際上是巖溶優(yōu)勢通道切割的假角礫化現(xiàn)象，其向上的變化特征可與早期巖溶分帶相對應，單元2上部與深部緩流巖溶帶相對應； 單元3和單元4巖溶特征指示其對應水平潛流巖溶帶； 單元5對應垂直滲流巖溶帶。從巖溶特征來看，向上變淺序列的上部巖溶作用增強，膏?？滋卣髟獾狡茐亩幻黠@； 但因巖溶強度較小，水平潛流巖溶帶的洞穴系統(tǒng)尚未發(fā)育，序列頂部也未進一步改造為B2型角礫。

3.1.2 序列Ⅱ： B2-B3-B4組合發(fā)育型序列

該序列發(fā)育多種類型巖溶角礫巖(圖 5)，根據巖性差異與縱向巖溶特征，由底至頂可劃分為10個單元。

單元1: 黑色塊狀泥云巖，代表海侵初期沉積。單元2: 代表巖溶改造弱的基巖段，并因巖溶優(yōu)勢通道的開始形成而呈初始角礫化，或向B1型角礫巖初始轉變。單元3: B3型角礫巖段，代表水平潛流帶溶洞開始形成，洞穴內角礫具有近源搬運和磨圓特征。單元4: B4型角礫巖段，其形成與下部溶洞洞頂因失去支撐和后期沉積導致的碎裂有關。單元5: B3型為主角礫巖段，角礫形態(tài)以次圓狀—次棱角狀為主。單元6、8: 這2個單元的下部皆為B4型， 中部為改造較弱的圍巖特征，上部仍為巖溶優(yōu)勢通道切割的B1型角礫特征。單元7、9: B1型角礫巖段。單元10: B2型角礫巖段。上覆后期初始海侵的灰色泥云質沉積。

與序列Ⅰ相較，序列Ⅱ巖溶強度增大，并發(fā)育出單元3的水平潛流巖溶帶洞穴角礫組合(B3-B5型)和單元10的近地表巖溶帶的B2型角礫，其間的單元4—單元9為垂直滲流與水平潛流巖溶帶的優(yōu)勢巖溶通道切割形成的B1型角礫，但兩帶之間界線模糊。

3.1.3 序列Ⅲ： B5主發(fā)育型序列

該序列以發(fā)育B5型角礫巖為主要特征(圖 6-旋回2)，根據巖性差異與縱向巖溶特征，由底至頂可劃分為2個單元。

單元1: 角礫為旋回1頂部的B2型角礫，泥質支撐，為后期海侵攪動并與泥質沉積物混合而成。單元2: 總體為B5型角礫巖，頂部具B2型角礫特征。

B5主發(fā)育型序列特征表明，隨巖溶強度的進一步增強，水平潛流巖溶帶洞穴系統(tǒng)持續(xù)擴大，最終失去支撐而整體坍塌，從而整個序列整體角礫化。

3.1.4 高頻海平面升降與巖溶角礫巖多旋回疊置

前已述及，當巖溶強度較強時，同一旋回可出現(xiàn)多種類型的多旋回角礫巖(圖 5)，而馬五1-4亞段高頻海平面升降頻繁，高頻暴露巖溶勢必會形成多旋回準層狀角礫巖。

以T58井為例(圖 7)，根據巖心的精細描述與解譯發(fā)現(xiàn)，馬五4亞段的取心段(3539.5～3546.0 m)由上至下可識別出4個高頻旋回，涵蓋3種典型序列。旋回1、2為B5主發(fā)育型序列； 旋回2頂部暴露時間段，溶溝開始切割形成初始角礫化； 旋回3為B1主發(fā)育型序列； 旋回4為B2-B3-B4組合發(fā)育型，B4型角礫位于序列底部和中上部，B1、B3型角礫發(fā)育于序列中部，B2型角礫發(fā)育在序列頂部。

圖 7 蘇里格氣田東北部馬家溝組上組合高頻旋回發(fā)育特征(馬五4亞段，T58井)Fig.7 Characteristics of high frequency cycle of the upper Majiagou Formation in northeastern Sulige Gas Field (Ma54 sub-member, Well T58)

3.2 角礫巖橫向展布特征

圖 8 蘇里格氣田東北部Zh97-T6井馬亞段橫向對比(剖面位置見圖 1-a)Fig.8 Lateral comparison of the submember of Majiagou Formation from Well Zh97-T6 in northeastern Sulige Gas Field (section location shown inFig.1-a)

前已述及，不同類型的巖溶角礫巖縱向發(fā)育位置存在差異：B2型巖溶角礫巖發(fā)育于序列頂部； B3型、B4型巖溶角礫巖發(fā)育于序列中下部； B1型、B5型巖溶角礫巖可在整個序列發(fā)育。然而，同一旋回的同類型巖溶角礫巖在橫向上連續(xù)性差，推測與沉積地貌控制的暴露時間差異有關。

4 討論

4.1 準層狀巖溶角礫巖與風化殼角礫巖的區(qū)別

前人研究普遍認為，鄂爾多斯盆地馬家溝組上組合角礫巖形成于加里東期風化殼巖溶階段(何江等，2013；丁曉琪等，2016)。本次研究發(fā)現(xiàn)研究區(qū)內盡管也存在與前人報道特征相符的風化殼巖溶角礫巖，但其與筆者所重點剖析的準層狀角礫巖仍有顯著差異，兩者可能為不同時期的巖溶產物。具體而言，風化殼巖溶角礫顏色與填隙物反差大，角礫間多充填陸源砂和鋁土質泥(圖 9-a，9-e，9-f，9-h)。而準層狀角礫顏色與圍巖和填隙物一致，或填隙物顏色略深(圖 2-a)；因角礫多為優(yōu)勢通道切割圍巖而成，故其成分與圍巖一致，且鄰近角礫可拼合； 角礫間充填物多為圍巖溶蝕產生的滲流物(圖 2-d)，或為后期高頻初始海侵沉積物混合充填(圖 2-h)。同時，陸源碎屑充填的加里東期風化殼系統(tǒng)切割早期巖溶形成的B1型角礫(圖 9-e，9-g)，表明準層狀巖溶系統(tǒng)發(fā)育時期更早。

綜合前述宏、微觀特征，可以總結出這類準層狀巖溶具有如下的識別標志：(1)高頻暴露面頻繁發(fā)育，角礫間或巖溶系統(tǒng)中充填后期高頻初始海侵的富泥沉積物(圖 2-g)；(2)優(yōu)勢通道切割形成的角礫化具典型的可拼合特征(圖 2-b)；(3)巖溶角礫與圍巖巖性一致(圖 2-d)，或是近源的復成分碳酸鹽巖(圖 2-h)；(4)角礫間填隙物成分、顏色為與圍巖一致的滲流粉砂，或不同程度地混入下一次海侵旋回的富泥沉積物(圖 2-e)；(5)優(yōu)勢巖溶通道形狀可約束角礫港灣狀邊緣，使角礫呈不規(guī)則狀或塑性角礫的假象(圖 2-c，2-e)。上述特征與其他學者研究提出的高頻海平面變化驅動的早成巖期巖溶具有角礫、填隙物皆為基巖離解和近原地充填的觀點(Xiaoetal.， 2019；謝康等，2020)是一致的。

a—風化殼巖溶角礫巖，角礫間充填陸源砂、鋁土質泥巖，3544.15 m，馬五2亞段，T13井； b—雜色風化殼角礫巖，角礫呈土黃色，3482.17 m，馬五1亞段，T39井； c—暗紫色風化殼巖溶角礫巖，3221.30 m，馬五1亞段，Sh243井； d—雜色風化殼角礫巖，角礫間為鋁土質泥充填，3220.89 m，馬五1亞段，Sh243井； e—加里東期溶溝切割B1型巖溶角礫巖，3443.55 m，馬五4亞段，S5井； f—風化殼巖溶角礫，填隙 物為陸源砂，3544.15 m，馬五2亞段，正交光，T13井； g—e圖局部素描； h—f圖局部放大照片，左側單偏光，右側正交光，T13井圖 9 蘇里格氣田東北部馬家溝組上組合加里東期風化殼巖溶角礫巖特征Fig.9 Characteristics of Caledonian weathering crust karst breccia of the upper Majiagou Formation in northeastern Sulige Gas Field

此外，通過對58個韻律層狀角礫巖段和22個風化殼角礫巖段的單層厚度進行統(tǒng)計(圖 10-a)，發(fā)現(xiàn)兩者的發(fā)育規(guī)模也存在顯著差異：韻律層狀角礫單層厚度主要集中于0～1.5 m之間； 而加里東期角礫段厚度變化大，單層厚度主要介于5.0～9.0 m之間。韻律層狀角礫巖雖單層厚度小，但發(fā)育層位穩(wěn)定，可對比性強，縱向上多旋回疊置； 相較而言，加里東期風化殼巖溶雖影響深度一般小于60 m，但橫向變化快(侯方浩等，2005)。同時，準層狀角礫巖在不同小層發(fā)育程度也存在差異，統(tǒng)計表明自馬五1亞段向馬五3亞段角礫巖占比略微增大，馬五4亞段角礫巖最為發(fā)育(圖 10-b)，這一特征可能是向上風化殼巖溶疊合改造干擾所致。

a—單層巖溶角礫巖厚度分布頻率； b—各亞段準層狀巖溶角礫巖占比圖 10 蘇里格氣田東北部馬家溝組上組合角礫巖分布發(fā)育統(tǒng)計Fig.10 Distribution and development statistics of breccia of the upper Majiagou Formation in northeastern Sulige Gas Field

4.2 準層狀巖溶角礫巖成因分類方案

早成巖期巖溶作用受次級沉積旋回和海平面升降變化的控制，在海退和向上變淺的沉積序列中，伴隨海平面暫時性相對下降，時常出露海面或處于淡水透鏡體內，接受富含CO2的大氣淡水淋溶(陳景山等，2007)。具體到鄂爾多斯盆地奧陶紀馬家溝組沉積時期，古氣候干熱，海平面頻繁升降(侯方浩等，2011)，加之沉積地貌平緩、沉積水體淺，極易發(fā)生較大范圍的準同生期暴露溶蝕作用。

大量巖心觀察發(fā)現(xiàn)，B1型角礫巖的基巖以泥粉晶云巖為主，早成巖期未經歷強烈埋藏、壓實、壓溶和膠結作用，具有高孔隙度和滲透率，巖溶流體非選擇性溶蝕，在粒(晶)間呈漫流式流動(譚秀成等，2015)。緩慢流動過程中不斷對基質進行溶解使巖石滲透率升高，使更多的巖溶流體進入并沿先期擴大的路徑流動，從而形成巖溶管道(圖 2-d)(Mooreetal.， 2010)，并在三維空間內構成網狀交織系統(tǒng)(Xiaoetal.， 2019；謝康等，2020；金民東等，2020)，將基巖切割成B1型角礫(圖 2-a)。此外，石膏類不穩(wěn)定礦物在早成巖期易被選擇性溶蝕形成粒內溶孔、鑄模孔(陳景山等，2007)，這些溶孔成為巖溶流體優(yōu)先匯聚和溶解的區(qū)域，它們被擴大并連通形成管道，未溶蝕部分也會形成B1型角礫(圖 2-c)，這也是B1型角礫常與膏?？装樯脑颉?/p>

B1型角礫巖的形成，因巖溶強度不同可分為3個階段：(1)當巖溶強度較小、巖溶優(yōu)勢通道開始形成時，優(yōu)勢通道可混入后期高頻初始海侵的暗色沉積物而具不規(guī)則角礫的雛形(圖 2-c)；(2)隨著巖溶強度持續(xù)增強，發(fā)育的優(yōu)勢巖溶通道切割基巖而呈較為典型的近原地角礫化，角礫具可拼合特征，且一些角礫邊緣具溶蝕港灣(圖 2-b)；(3)當巖溶強度進一步增強時，一些角礫可因溶蝕而圓化，可拼合性變差，但仍可從角礫充填物成分判識其具有近原地角礫化特征(圖 2-a)。

巖溶流體對近地表處碳酸鹽巖具有高度不飽和性(肖笛，2017)，當巖溶流體供給增加，溶解速率增大，管道持續(xù)擴大變?yōu)槿軠?Xiaoetal.， 2019)。其內部溶解物質被流體搬運，未被溶解的物質原地堆積，成為B2型角礫(圖 2-g)。后期海平面短暫上升，大量泥質沉積物灌入B2型角礫內部(圖 2-h)，或淹沒在海底潛流環(huán)境中被方解石膠結(圖 2-i)(陳景山等，2007)。

當巖溶流體向下運移與水平潛流帶流體混合時，會造成對碳酸鹽不飽和并產生溶蝕作用(B?gli，1980)，且潛流帶流體流速快、溶蝕作用強，更易形成大型管道和溶洞(Xiaoetal.， 2019)。巖溶流體攜帶溶解物質、不溶殘余物以及鄰近地層產生的角礫(Farrant and Smart，2011)，同海水中的細粒沉積物(肖笛等，2015)一起在溶洞內部沉積，構成B3型角礫(圖 3-a)。

伴隨著溶蝕程度的增加以及溶洞系統(tǒng)向深部的擴展，留有殘余空間的洞穴頂部與洞壁因壓力增加而發(fā)生破裂(Loucks，1999)，產生B4型角礫(圖 3-e)和裂縫。若應力完全釋放，洞穴發(fā)生坍塌(Loucks，1999；Kerans，1988)，不同類型的角礫混雜堆積，便產生B5型角礫(圖 3-g)。

依據不同類型角礫的形成原因，結合角礫產狀、發(fā)育位置，對其進行命名(表 1)。

表 1 蘇里格氣田東北部馬家溝組上組合巖溶角礫巖特征Table1 Characteristics of karst breccia of the upper Majiagou Formation in northeastern Sulige Gas Field

4.3 準層狀巖溶角礫巖發(fā)育模式

由高頻海平面變化驅動的(準)同生期暴露溶蝕作為早成巖期巖溶的一種特例(Vacher and Mylroie，2002)，其發(fā)育分布受海平面變化的直接控制(鮑志東等，2007)。海平面下降時，生物礁、顆粒灘等淺水沉積體出露海面或處于淡水透鏡體內接受巖溶作用的改造(鮑志東等，2007；陳景山等，2007；張寶民等，2009)。高頻海平面升降使淺水沉積體頻繁暴露，最終使得溶蝕作用在垂向上呈多旋回疊置出現(xiàn)，橫向上可對比(譚秀成等，2015)。

馬家溝組沉積期屬加里東構造階段，華北地臺整體穩(wěn)定抬升(王鴻禎，1982)。此時期氣候干熱，海平面因華北地臺緩慢地階段性抬升而呈“震蕩式”波動(侯方浩等，2002；辛勇光等，2010)。由于馬五6亞段巨厚膏鹽層的填平補齊效應(黃道軍等，2021)，馬家溝組上組合沉積地貌相較于中下組合更為平緩，在整體淺水和頻繁海平面變化的背景下，有利于發(fā)生較大范圍的準同生期暴露溶蝕。具體來說，當海平面緩慢下降時，相對地貌高地易出露水面接受大氣淡水淋濾改造(圖 11-b中g和f)，此時地貌高部位發(fā)生短暫沉積間斷，而其兩側的地貌相對低處則由于可容空間充足，沉積作用持續(xù)進行，地貌的橫向起伏差異進一步縮小(圖 11-c)。在下一旋回的海侵—海退過程中，先期地貌相對低處也可能暴露于海面之上(圖 11-d)，大氣淡水透鏡體在縱向疊置的同時發(fā)生橫向遷移和鄰接。不同沉積旋回、不同暴露階段形成的巖溶(角礫)系統(tǒng)在空間上逐漸呈現(xiàn)出縱向疊置、橫向連續(xù)可對比的展布特征，最終構成研究區(qū)獨具特色的“準層狀”巖溶角礫巖分布模式(圖 11-e)。

巖溶序列內部的差異性則受暴露時間或巖溶強度控制： 當暴露時間較短或巖溶流體供給不持續(xù)時，巖溶強度較弱，主要以擴散滲流和少量管道形式切割基巖，形成B1主發(fā)育型序列(圖 11-f)。當暴露時間中等或巖溶流體供給相對穩(wěn)定時，巖溶流體將長時間處于不飽和狀態(tài)(鮑志東等，2007)，頂部巖層持續(xù)溶解并發(fā)育為近地表堆積角礫(圖 5中單元10；圖 6中旋回1單元7)，中下部將發(fā)育溶孔、溶溝以及近原地解離角礫、洞穴堆積角礫和洞頂(壁)碎裂角礫(圖 5中單元2-9；圖 6中旋回1單元2-6)，構成B2-B3-B4組合發(fā)育型序列(圖 11-g)。當暴露時間過長或巖溶流體供給充足時，巖溶流體的溶解能力達最大，快速的溶解與堆積導致洞穴內外壓差過大發(fā)生坍塌，不同類型的巖溶角礫巖混雜堆積(圖 6中旋回2)，形成B5主發(fā)育型序列(圖 11-h)。

5 結論

1)根據成因與產狀特征，將鄂爾多斯盆地馬家溝組上組合準層狀巖溶角礫劃分5類，分別是近原地解離角礫(B1型角礫)、近地表堆積角礫(B2型角礫)、洞穴堆積角礫(B3型角礫)、洞頂(壁)碎裂角礫(B4型角礫)、坍塌角礫(B5型角礫)。不同類型的角礫巖可構成多套向上變淺序列，總結為3類： B1主發(fā)育型、B2-B3-B4組合發(fā)育型、B5主發(fā)育型，整體呈縱向多期疊置、橫向連續(xù)的準層狀特征。

2)角礫巖的差異性主要受巖溶強度和序列結構控制： 基巖被網狀管道切割成角礫狀，稱為近原地解離角礫(B1型角礫)；近地表巖石被巖溶流體溶解，不溶物質原地堆積成為近地表堆積角礫(B2型角礫)；溶洞內部堆積洞內以及鄰近地區(qū)的角礫，稱為洞穴堆積角礫(B3型角礫)；洞頂及四周壓差過大產生裂紋形成洞頂(壁)碎裂角礫(B4型角礫)；巖溶強度過大沉積序列整體坍塌，成為坍塌角礫(B5型角礫)。

3)研究區(qū)內地貌高地在階段性海退過程中發(fā)生準同生期暴露溶蝕形成巖溶角礫巖系統(tǒng)，整體淺水、沉積可容空間變化和頻繁海平面波動使得大氣淡水透鏡體在縱向疊置，同時發(fā)生橫向遷移和相接，最終呈現(xiàn)出縱向多旋回疊置、橫向連續(xù)可對比的“準層狀”巖溶角礫巖空間分布特征。