巖相古地理特征及其與天然氣分布關(guān)系

摘 要 巖相古地理恢復(fù)是碳酸鹽巖油氣勘探的重要環(huán)節(jié)。為了明確巖相古地理環(huán)境與天然氣分布之間的關(guān)系，以鄂爾多斯盆地西北部奧陶系馬家溝組馬五4亞段為例，通過(guò)巖心觀察、薄片鑒定、多礦物測(cè)井解釋以及“單因素分析多因素綜合作圖法”等多種方法，對(duì)研究區(qū)馬五4亞段巖相分布、巖相古地理特征進(jìn)行研究，并結(jié)合天然氣層厚度及巖相古地理與天然氣產(chǎn)能數(shù)據(jù)，探討了巖相古地理特征與天然氣分布關(guān)系。結(jié)果表明：研究區(qū)馬五4亞段巖石類型主要包括泥質(zhì)白云巖、膏質(zhì)白云巖、白云質(zhì)石灰?guī)r和白云巖，共發(fā)育蒸發(fā)臺(tái)地和局限臺(tái)地兩種沉積環(huán)境，蒸發(fā)臺(tái)地相包括白云巖坪和含膏白云巖坪亞相，局限臺(tái)地相主要包括含膏潟湖亞相。白云巖坪和含膏白云巖坪分別主要分布于研究區(qū)西北部和中部，而含膏潟湖主要展布于中東部及東南部。蒸發(fā)臺(tái)地相中的含膏白云巖坪亞相是研究區(qū)馬五4亞段天然氣儲(chǔ)集的最有利相帶。

關(guān)鍵詞 古地理恢復(fù)；天然氣分布；碳酸鹽巖地層；馬家溝組；鄂爾多斯盆地

第一作者簡(jiǎn)介 吳珍珍，女，1995年出生，碩士研究生，沉積學(xué)與儲(chǔ)層地質(zhì)學(xué)，E-mail： 1365879780@qq.com

通信作者 郭艷琴，女，教授，沉積學(xué)與儲(chǔ)層地質(zhì)學(xué)，E-mail： guoyanqin@xsyu.edu.cn

中圖分類號(hào) P618.13 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 A

0 引言

現(xiàn)今碳酸鹽巖大多經(jīng)歷了復(fù)雜成巖改造，所以一些現(xiàn)今巖石與原巖類型之間可能具有明顯差異。但是，原始沉積環(huán)境及原巖特征在根本上仍影響著現(xiàn)今巖相特征及展布規(guī)律。因此，巖相古地理環(huán)境也成為影響碳酸鹽巖儲(chǔ)層分布的重要因素之一[1?2]。已有研究表明，碳酸鹽巖巖相古地理恢復(fù)是尋找碳酸鹽巖儲(chǔ)層分布有利區(qū)以及有效評(píng)價(jià)儲(chǔ)層類別的重要環(huán)節(jié)[3?4]。

馬家溝組是鄂爾多斯盆地下古生界天然氣勘探開發(fā)的關(guān)鍵層系，其中馬五段是其主力產(chǎn)氣層之一。隨著靖邊大氣田天然氣勘探開發(fā)力度加大，其勘探范圍逐漸向鄰區(qū)擴(kuò)展。其中，靖邊氣田西北部地區(qū)也成為近年來(lái)重點(diǎn)關(guān)注的地區(qū)之一。該地區(qū)除馬五5亞段為主力產(chǎn)氣層段外，馬五4亞段作為其天然氣接替層位，也逐漸引起人們關(guān)注。包洪平等[2]指出，以組、段為基本單元的巖相古地理編圖對(duì)于指導(dǎo)宏觀油氣勘探方向具有重要意義，但是在預(yù)測(cè)段內(nèi)更小地層單元中油氣分布效果相對(duì)較差，甚至?xí)霈F(xiàn)與實(shí)際地質(zhì)情況相矛盾的結(jié)果，同時(shí)也指出細(xì)分小層巖相古地理編圖的重要性。目前，關(guān)于靖邊西北部馬五4亞段主要為低海平面、海退時(shí)期發(fā)育的蒸發(fā)臺(tái)地相這一認(rèn)識(shí)尚且統(tǒng)一，但眾多學(xué)者對(duì)其內(nèi)部發(fā)育的亞相環(huán)境仍存在爭(zhēng)議。例如，謝錦龍等[1]認(rèn)為該地區(qū)馬五4亞段自西向東依次發(fā)育含硬石膏結(jié)核白云巖坪和含膏白云巖坪。于洲等[5]認(rèn)為主要發(fā)育3種亞相環(huán)境，自西向東分別為泥質(zhì)白云巖坪、含膏白云巖坪以及膏質(zhì)白云巖坪。胡光明等[6]則提出硬石膏結(jié)核白云巖潮坪和塊狀硬石膏白云巖洼地的認(rèn)識(shí)。

曹紅霞等[4]分析指出，該地區(qū)馬五4亞段主要發(fā)育泥質(zhì)白云巖坪和含膏白云巖坪兩種亞相環(huán)境，且泥質(zhì)白云巖坪環(huán)繞含膏白云巖坪分布。上述關(guān)于沉積亞相環(huán)境的爭(zhēng)議在一定程度上限制了天然氣勘探方向部署。由此可見，重新認(rèn)識(shí)鄂爾多斯盆地靖邊西北部地區(qū)馬五4亞段巖相古地理環(huán)境，對(duì)于該地區(qū)天然氣勘探具有重要意義。

本文通過(guò)巖心觀察、薄片鑒定和X衍射數(shù)據(jù)分析，在明確靖邊西北部馬五4亞段主要巖石類型及礦物成分的基礎(chǔ)上，利用多礦物測(cè)井解釋模型對(duì)區(qū)內(nèi)未取心井段巖性進(jìn)行詳細(xì)解釋，然后在保證巖性測(cè)井解釋結(jié)果可靠的前提下，采用馮增昭[7]提出的單因素分析多因素綜合作圖法繪制了研究區(qū)的巖相分布圖，并結(jié)合不同類型巖石的沉積結(jié)構(gòu)及構(gòu)造恢復(fù)了其原巖類型、重建了研究區(qū)的巖相古地理環(huán)境。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合測(cè)井解釋的氣層厚度分布特征以及實(shí)際天然氣產(chǎn)量數(shù)據(jù)深入分析巖相古地理環(huán)境與天然氣層分布之間的關(guān)系，以期為明確天然氣分布規(guī)律及優(yōu)選下一步天然氣勘探有利區(qū)提供參考。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

鄂爾多斯盆地位于華北地臺(tái)西緣，南抵秦嶺海槽、北臨興蒙海槽、西接祁連海槽、西北側(cè)與賀蘭坳拉槽相連，整體表現(xiàn)為三面環(huán)海特征[8?10]。該盆地在早古生代進(jìn)入克拉通盆地穩(wěn)定發(fā)育時(shí)期，由于經(jīng)歷多期次快速海進(jìn)和緩慢海退，盆地內(nèi)沉積物表現(xiàn)出以巨厚海相碳酸鹽巖建造為主的特征，地層厚度整體呈北薄南厚、東薄西厚特征[11?14]。中生代末期，燕山運(yùn)動(dòng)形成了現(xiàn)今鄂爾多斯盆地軸心東翼平緩、西翼陡峭的大型不對(duì)稱復(fù)式向斜的構(gòu)造格局以及六個(gè)二級(jí)構(gòu)造單元（伊盟隆起、渭北隆起、西緣逆沖帶、晉西撓褶帶、天環(huán)坳陷、陜北斜坡）雛形，并受新生代末期喜山運(yùn)動(dòng)影響，盆地構(gòu)造格局最終定型[15]，研究區(qū)位于盆地伊陜斜坡內(nèi)靖邊地區(qū)的西北部（圖1a）。

奧陶系馬家溝組是一套以石灰?guī)r和白云巖為主夾蒸發(fā)巖和泥質(zhì)巖的海相碳酸鹽臺(tái)地建造[16]，并自下而上可劃分為馬一—馬六段6個(gè)巖性段，馬五段經(jīng)歷了多期的海進(jìn)—海退，自上而下劃分為馬五1—馬五10亞段（圖1b）。其中馬五4亞段在盆地中東部巖性以膏巖、鹽巖、膏質(zhì)白云巖和白云質(zhì)膏巖為主，而在盆地西南部主要發(fā)育石灰?guī)r、白云巖、白云質(zhì)石灰?guī)r、石灰質(zhì)白云巖、泥質(zhì)白云巖、泥質(zhì)石灰?guī)r和泥巖。

2 巖性特征及巖相分布

2.1 主要巖石類型及分布

巖心觀察、鏡下薄片鑒定結(jié)果顯示，研究區(qū)馬五4亞段發(fā)育多種巖石類型，包括泥質(zhì)白云巖、白云質(zhì)石灰?guī)r、白云巖和膏質(zhì)白云巖。其中，泥質(zhì)白云巖通常具有砂礫屑結(jié)構(gòu)并表現(xiàn)出巖溶角礫化特征，反映其為表生期巖溶坍塌角礫化結(jié)果。此外，由于巖溶作用伴隨陸源碎屑灌入[17]，不同砂、礫屑之間常見充填的泥質(zhì)組分（圖2a）。白云質(zhì)石灰?guī)r一般發(fā)育殘余交代結(jié)構(gòu)，方解石呈細(xì)晶等軸粒狀，普遍具霧心亮邊結(jié)構(gòu)（圖2b）且顆粒之間緊密接觸，顯示一定的白云石化交代作用及重結(jié)晶作用。白云巖一般具有泥晶結(jié)構(gòu)，礦物組分多為泥晶或粉晶白云石，巖石中常見大量石膏假晶，還可見溶蝕孔隙或溶蝕微裂縫（圖2c）。膏質(zhì)白云巖多表現(xiàn)為泥晶結(jié)構(gòu)，巖心中可見由硬石膏結(jié)核充填溶蝕孔隙形成的鳥眼構(gòu)造，一般呈順層分布（圖2d）。

縱向上，根據(jù)四級(jí)海平面升降旋回變化特征，將馬五4亞段自下而上劃分為三個(gè)巖性段。其中，馬五4下段形成于四級(jí)相對(duì)海平面下降過(guò)程，發(fā)育大量分散泥質(zhì)組分，巖性主要為礫屑泥晶白云巖，地層厚度平均約13.9 m；中段形成于四級(jí)相對(duì)海平面上升過(guò)程，同樣以礫屑泥晶云巖為主，含較多泥巖及粉砂等大量陸源碎屑，平均地層厚度約11.76 m；上段同樣形成于四級(jí)相對(duì)海平面上升過(guò)程，且該段自下而上泥質(zhì)組分逐漸減少，下部巖性主要為砂屑泥晶白云巖，平均地層厚度約6.95 m，上部主要為膏、鹽?？紫栋l(fā)育的泥晶或粉晶白云巖，平均地層厚度約5.18 m。

2.2 巖性測(cè)井解釋及巖相分布

由于碳酸鹽巖地層礦物組分復(fù)雜，利用單一測(cè)井曲線擬合解釋方法無(wú)法滿足碳酸鹽礦物測(cè)井解釋需要[18]。因此，本文采用多礦物測(cè)井解釋模型對(duì)研究區(qū)55口井馬五4亞段地層礦物含量進(jìn)行解釋。

2.2.1 多礦物解釋模型原理

多礦物模型的本質(zhì)是通過(guò)礦物組分分析，把一個(gè)具有復(fù)雜巖性的地層看作是由骨架礦物、黏土組分以及孔隙流體等均勻的幾部分組成，而地層測(cè)井值可以看成是各種礦物和流體的綜合效應(yīng)。從而，可以根據(jù)對(duì)已有測(cè)井曲線信息充分分析來(lái)識(shí)別復(fù)雜碳酸鹽巖地層中各類礦物組分類型及其相對(duì)含量[19]。

以中子測(cè)井為例，其響應(yīng)方程可表示為：

CNL1V1+CNL2V2+…+CNLiVi+…CNL?V?=CNLb （1）

V1+V2+…+Vi+…V?=1 （2）

式中：Vi=地層中第i種礦物體積含量；CNLi=第i種礦物中子測(cè)井值；V?=孔隙流體體積；CNL?=孔隙流體中子測(cè)井值；CNLb=實(shí)際測(cè)量的地層中子值。

由于目前中子測(cè)井曲線縱向分辨率為0.30 m[20]，因此，針對(duì)研究區(qū)馬五4亞段地層中薄層碳酸鹽巖巖性變化也可以有效識(shí)別。同理，聲波時(shí)差（AC）、光電吸收截面指數(shù)（Pe）、密度（DEN）、自然伽馬（GR）等測(cè)井曲線也可表示為與中子（CNL）測(cè)井曲線相類似的響應(yīng)方程。

2.2.2 礦物含量解釋模型構(gòu)建

綜合巖心觀察、顯微鏡下薄片分析以及研究區(qū)近50塊碳酸鹽巖樣品的X衍射分析結(jié)果，研究區(qū)馬五4亞段地層礦物類型主要為白云石、方解石及伊利石（主要的泥質(zhì)組分），部分樣品含有硬石膏，而硅質(zhì)含量相對(duì)較少。縱向上，自馬五4亞段下部至上部，硅質(zhì)和泥質(zhì)含量呈現(xiàn)先減少、再略微增加的趨勢(shì)，中部局部層段硬石膏含量增加，中、下部方解石含量相對(duì)增高、白云石含量相對(duì)減少，上部白云石含量相對(duì)升高（圖3）。因此，研究區(qū)馬五4亞段地層礦物含量解釋模型構(gòu)建過(guò)程中，首先均考慮上述幾種礦物類型，其次，為了避免由于巖溶改造導(dǎo)致巖相古地理恢復(fù)結(jié)果的誤差，多礦物測(cè)井解釋時(shí)均主要選取泥質(zhì)含量相對(duì)較少或者基本不含泥質(zhì)組分、巖溶角礫及表生巖溶孔隙基本不發(fā)育的純碳酸鹽巖層段。并且通過(guò)對(duì)現(xiàn)有測(cè)井資料的詳細(xì)分析與對(duì)比，認(rèn)為不同礦物組分的CNL、AC、GR、DEN和Pe測(cè)井值具有明顯差異（表1），反映測(cè)井曲線對(duì)多礦物識(shí)別效果較好。因此，在本次礦物解釋模型構(gòu)建時(shí)，充分考慮了上述5條測(cè)井曲線信息。

2.2.3 取心井礦物含量測(cè)井解釋結(jié)果驗(yàn)證

利用上述多礦物測(cè)井解釋模型對(duì)靖邊西北部地區(qū)關(guān)鍵取心井礦物含量進(jìn)行解釋，并對(duì)其巖性進(jìn)行綜合分析。例如，在Y914井馬五4亞段3 376～3 381m處，實(shí)測(cè)白云石含量（體積分?jǐn)?shù)）平均約92.3%，測(cè)井解釋白云石體積分?jǐn)?shù)平均約89.5%；實(shí)測(cè)方解石體積分?jǐn)?shù)平均約4.2%，測(cè)井解釋結(jié)果約5.6%，實(shí)測(cè)伊利石及其他礦物總體積分?jǐn)?shù)小于4%，測(cè)井解釋結(jié)果小于5%?？傮w來(lái)看，測(cè)井解釋礦物類型及含量準(zhǔn)確率較高（約86.96%），表明本次研究所采用的多礦物模型測(cè)井解釋結(jié)果可信度較高，綜合分析該段巖性為白云巖（圖4）。

2.2.4 未取心井礦物含量單井解釋

在保證關(guān)鍵取心井礦物含量和巖性測(cè)井解釋結(jié)果相對(duì)準(zhǔn)確的前提下，利用上述模型對(duì)研究區(qū)未取心井馬五4亞段礦物含量和巖性進(jìn)行測(cè)井解釋。以S147井為例，多礦物模型測(cè)井解釋結(jié)果顯示，該井馬五4 亞段上部3 452～3 466 m 礦物組分主要為白云石，其次為方解石并含少量泥質(zhì)組分，基本不含硬石膏，巖性主要為石灰質(zhì)白云巖、含灰白云巖以及含泥含灰白云巖；中、下部3 466～3 490 m硬石膏含量相對(duì)增加，巖性主要為膏質(zhì)白云巖、含膏白云巖，以及少量含灰白云巖；底部3 490～3 500 m灰質(zhì)組分含量明顯增加，巖性以白云巖、灰質(zhì)白云巖以及云質(zhì)石灰?guī)r為主，膏巖基本不發(fā)育（圖5）。

2.2.5 馬五4亞段巖相分布

在巖石學(xué)特征分析基礎(chǔ)上，利用多礦物模型對(duì)研究區(qū)55口井的馬五4亞段碳酸鹽巖進(jìn)行各礦物含量測(cè)井解釋，根據(jù)此解釋結(jié)果并參照馮增昭[7]提出的單因素分析多因素綜合作圖法繪制了區(qū)內(nèi)馬五4亞段巖相平面分布圖，具體繪制過(guò)程為：首先繪制馬五4亞段的地層厚度、白云石、方解石、陸源泥質(zhì)組分、硬石膏和石鹽含量等6個(gè)單因素的平面分布圖；其次對(duì)各單因素圖進(jìn)行綜合分析，并參考其他環(huán)境標(biāo)志和區(qū)域地質(zhì)背景資料綜合判斷巖相分布特征[7]。

多因素綜合作圖的步驟及原理舉例如下：若一個(gè)區(qū)域白云石含量大于50%，則將其巖性主名定為白云巖；同時(shí)方解石、硬石膏、石鹽含量均小于10%，但泥質(zhì)組分含量介于10%～25%，那么該區(qū)域可確定為含泥白云巖分布區(qū)。同理，白云巖發(fā)育區(qū)內(nèi)白云石含量介于50%～100%，同時(shí)其他礦物含量均小于10%；膏質(zhì)白云巖發(fā)育區(qū)內(nèi)白云石含量大于50%，同時(shí)硬石膏含量介于10%～29%，其他礦物含量均小于10%；白云質(zhì)石灰?guī)r發(fā)育區(qū)內(nèi)方解石含量均大于50%，同時(shí)白云石含量介于25%～50%，而其他礦物含量均小于10%。

巖相平面分布圖顯示，研究區(qū)東部S147井區(qū)主要分布膏質(zhì)白云巖，表明該地區(qū)蒸發(fā)作用較強(qiáng)；圍繞膏質(zhì)白云巖在S167井—S188井—S20井區(qū)分布面積相對(duì)較大的白云巖，反映其外圍蒸發(fā)作用相對(duì)減弱，白云巖化作用較徹底；白云巖外圍主要發(fā)育含灰白云巖，表明該地區(qū)白云化作用相對(duì)不徹底；而在研究區(qū)西北部巖石類型以泥質(zhì)白云巖為主，這可能是由于該區(qū)域更靠近剝蝕區(qū)，受陸源泥質(zhì)影響相對(duì)較大。整體來(lái)看，馬五4亞段平面上的優(yōu)勢(shì)巖相自西部靠近剝蝕區(qū)到東部依次為泥質(zhì)白云巖相、白云質(zhì)石灰?guī)r相、白云巖相和膏質(zhì)白云巖相（圖6）。

3 原巖恢復(fù)及古地理重建

多數(shù)碳酸鹽巖在經(jīng)歷成巖改造之后，其成分和結(jié)構(gòu)也會(huì)發(fā)生改變。因此，現(xiàn)今巖石類型特征并不能完全代表沉積時(shí)期巖石類型及特征。綜上，要明確碳酸鹽巖沉積時(shí)期的環(huán)境特征，首先要對(duì)巖石進(jìn)行原巖恢復(fù)。而原巖恢復(fù)所考慮的因素主要為碳酸鹽巖經(jīng)歷的成巖作用及保留的原始巖石結(jié)構(gòu)等信息 。精細(xì)巖相學(xué)觀察及地球化學(xué)分析結(jié)果表明，研究區(qū)馬五4亞段碳酸鹽巖主要經(jīng)歷了準(zhǔn)同生白云巖化、同生或準(zhǔn)同生成巖階段的早期淡水溶蝕作用、表生成巖階段的早期暴露去白云石化以及巖溶角礫化等成巖作用①。

3.1 原巖恢復(fù)主要依據(jù)

同生或準(zhǔn)同生成巖階段的早期大氣淡水溶蝕作用：蒸發(fā)臺(tái)地含膏白云巖坪環(huán)境所沉積的含膏泥晶白云巖中一般發(fā)育大量板條狀硬石膏，這些硬石膏遇水易溶解。因此，在早期大氣淡水環(huán)境下硬石膏便發(fā)生選擇性溶蝕，從而形成特征的膏?？紫?，而巖石則演變?yōu)楦嗄？装l(fā)育的泥晶白云巖。

表生成巖階段的早期暴露去白云石化、去石膏化作用：低海平面時(shí)期或強(qiáng)制海退過(guò)程中，臺(tái)地邊緣的潮上帶環(huán)境所形成的蒸發(fā)巖會(huì)發(fā)生短時(shí)期暴露。在此過(guò)程中，地表淡水溶蝕及交代作用會(huì)使得這些蒸發(fā)巖首先發(fā)生去石膏化作用。同時(shí)，與膏巖互層分布的白云巖也會(huì)在富含Ca2+和SO24 -的流體介質(zhì)中發(fā)生去白云石化作用形成Ca2+、Mg2+和CO23 -，充足的Ca2+與CO23 -相結(jié)合就會(huì)形成具結(jié)晶結(jié)構(gòu)的白云質(zhì)石灰?guī)r。

表生期巖溶階段的角礫化作用：表生期的巖溶作用波及面廣、規(guī)模大，屬于非選擇性溶蝕。當(dāng)巖層遭受淋濾、溶蝕的同時(shí)，還會(huì)伴隨其大面積坍塌和角礫化，加之巖溶流體會(huì)將地表泥質(zhì)組分?jǐn)y帶進(jìn)入巖層，因此會(huì)形成角礫結(jié)構(gòu)非常發(fā)育的泥晶白云巖或泥晶含灰白云巖，角礫之間通常充填陸源泥質(zhì)碎屑物。

3.2 原巖恢復(fù)過(guò)程及結(jié)果

基于上述原巖恢復(fù)依據(jù)，結(jié)合巖相學(xué)分析結(jié)果，恢復(fù)了研究區(qū)馬五4亞段碳酸鹽巖的原巖類型。一般認(rèn)為，白云巖和膏巖發(fā)生去白云石化或去石膏化后，其結(jié)果是形成白云質(zhì)石灰?guī)r而不是膏質(zhì)白云巖，因此膏質(zhì)白云巖應(yīng)當(dāng)保持了其原巖特征，即其原巖仍為膏質(zhì)白云巖，反映一種局限臺(tái)地相內(nèi)含膏潟湖亞相沉積環(huán)境[18]；而研究區(qū)馬五4亞段白云巖以泥晶結(jié)構(gòu)為主，鑄體薄片下可觀察到部分膏模溶孔（圖7a），表明其可能是由含膏白云巖經(jīng)過(guò)早成巖階段早期大氣淡水溶解而成，在掃描電鏡下也可看到粉晶白云巖中發(fā)育溶蝕孔隙（圖7b）。此外，由于白云巖次生交代現(xiàn)象并不明顯，因此其原巖應(yīng)為含膏白云巖，反映一種蒸發(fā)臺(tái)地相內(nèi)含膏白云巖坪沉積環(huán)境；研究區(qū)白云質(zhì)石灰?guī)r常顯示次生交代結(jié)構(gòu)，亦見板條狀硬石膏，反映白云質(zhì)石灰?guī)r是白云巖經(jīng)過(guò)去白云石化或含膏白云巖經(jīng)過(guò)去石膏化形成，即白云巖或含膏白云巖應(yīng)當(dāng)為白云質(zhì)石灰?guī)r的原巖；泥質(zhì)白云巖的形成多數(shù)是由于靠近剝蝕區(qū)，表生期風(fēng)化巖溶作用導(dǎo)致白云巖發(fā)生溶蝕坍塌及角礫化，并攜帶大量泥質(zhì)灌入，加之其基質(zhì)部分仍顯示泥晶結(jié)構(gòu)，因此其原巖應(yīng)為泥晶白云巖。

3.3 原巖恢復(fù)結(jié)果的地球化學(xué)驗(yàn)證

從地球化學(xué)角度分析，氧（δ18O）、碳（δ13C）穩(wěn)定同位素也可以揭示成巖環(huán)境溫度和成巖流體鹽度信息[21?25]。已有研究表明，δ18O值通常與成巖環(huán)境的溫度變化或流體性質(zhì)有關(guān)。一般情況下，白云巖的δ18O會(huì)隨著溫度升高（熱液流體的δ18O一般小于-10‰）或淡水影響而降低且發(fā)生負(fù)偏[26]，δ13C隨著蒸發(fā)環(huán)境中海水鹽度的增加而升高，相反則降低[16]。例如，現(xiàn)今波斯灣鹽坪準(zhǔn)同生白云石δ18O一般介于3‰～4‰，方解石δ18O介于2‰～3‰[27]，而奧陶紀(jì)海水的δ18O介于-6.60‰～-4.00‰，δ13C介于-2.00‰～-0.50‰[28]。研究區(qū)馬五4亞段碳酸鹽巖δ18O、δ13C測(cè)試結(jié)果顯示，泥晶白云巖的δ18O介于-8‰～-2‰，平均為-5‰（未達(dá)到-10‰），明顯低于現(xiàn)代鹽坪準(zhǔn)同生白云巖的δ18O，且略低于奧陶紀(jì)海水的δ18O值，表明泥晶白云巖受到淡水影響[26]，這與巖石學(xué)觀察的結(jié)果一致。盡管如此，蒸發(fā)潮坪環(huán)境形成的準(zhǔn)同生白云巖與淡水白云石膠結(jié)物相比，δ18O仍普遍較高。而泥晶白云石δ13C介于-1‰～5‰，平均3‰，無(wú)論是與淡水方解石膠結(jié)物（δ13C 在-9.79‰～-2.59‰）還是海水方解石（δ13C 在-2.34‰～-0.32‰）相比均明顯偏高，印證了強(qiáng)蒸發(fā)環(huán)境導(dǎo)致流體鹽度升高的事實(shí)[29]。

此外，沉積或成巖體系中87Sr/86Sr可以有效反映其是否受到殼源鍶或幔源鍶影響。通常，殼源鍶87Sr/86Sr相對(duì)較高，一般為0.712 000（±0.001 000），而幔源鍶87Sr/86Sr 相對(duì)較低，多為0.703 000（±0.001 000）。由此可知，大量殼源鍶注入會(huì)使得87Sr/86Sr 明顯升高，相反，幔源鍶加入則會(huì)降低巖石的87Sr/86Sr[30]。研究區(qū)馬五4亞段泥質(zhì)白云巖87Sr/86Sr介于0.709 970～0.711 800，明顯較奧陶紀(jì)海水87Sr/86Sr（0.708 500～0.708 800）升高，表明有大量殼源鍶注入[17]，從而反映含泥白云巖形成受到陸源碎屑物質(zhì)混入的影響。與巖石學(xué)證據(jù)反映的泥質(zhì)白云巖形成環(huán)境結(jié)果一致。

4 巖相古地理特征與天然氣分布關(guān)系

4.1 巖相古地理分布特征

綜合分析原巖恢復(fù)的結(jié)果，研究區(qū)馬五4亞段共發(fā)育蒸發(fā)臺(tái)地和局限臺(tái)地兩種沉積相環(huán)境。其中蒸發(fā)臺(tái)地相中發(fā)育白云巖坪和含膏白云巖坪兩種亞相環(huán)境，白云巖坪主要分布于研究區(qū)西北部，代表性巖石類型為白云巖。而含膏白云巖坪分布于研究區(qū)中部，并自北向南呈帶狀展布，主要發(fā)育含膏白云巖。局限臺(tái)地相中主要發(fā)育含膏潟湖沉積亞相，展布于研究區(qū)中東部及東南部，巖石類型以膏質(zhì)白云巖為主（圖8，9）。

4.2 巖相古地理與天然氣分布關(guān)系

測(cè)井解釋的氣層厚度顯示，研究區(qū)馬五4亞段氣層厚度主要介于2～6 m，最高可達(dá)8 m。氣層整體分布于研究區(qū)東部S147井區(qū)、東南部S36井區(qū)以及西部T6井區(qū)。天然氣產(chǎn)能數(shù)據(jù)與巖相古地理疊合圖顯示，高產(chǎn)量氣井主要分布于蒸發(fā)臺(tái)地相中的含膏白云巖坪亞相帶和局限臺(tái)地相的含膏潟湖亞相帶（圖9）。其中，位于含膏白云巖坪亞相帶中的S180井單井日產(chǎn)氣量可以達(dá)到357 586 m3/d（此產(chǎn)量數(shù)據(jù)僅來(lái)自于馬五4亞段，下同），靠近含膏潟湖亞相帶的S48井日產(chǎn)氣量為33 555 m3/d，而位于含膏潟湖亞相帶中的S25井日產(chǎn)氣量約9 800 m3/d。由于巖相古地理環(huán)境中含膏云坪亞相對(duì)應(yīng)現(xiàn)今巖相圖中的白云巖坪亞相，即現(xiàn)今巖石類型主要為膏模孔隙相對(duì)發(fā)育的白云巖（包括泥晶白云巖和粉晶白云巖）；而巖相古地理環(huán)境中含膏潟湖亞相對(duì)應(yīng)現(xiàn)今巖相分布圖中膏質(zhì)白云巖坪亞相，即在該環(huán)境下現(xiàn)今巖石類型主要為膏質(zhì)白云巖。

一般認(rèn)為，由于膏質(zhì)白云巖巖性相對(duì)致密，很難成為有效儲(chǔ)集層，反而可以作為較好的蓋層為天然氣聚集提供有利條件。為了進(jìn)一步明確研究區(qū)馬五4亞段天然氣分布與巖相古地理環(huán)境的具體關(guān)系，參考鄰近研究區(qū)靖邊地區(qū)馬家溝組五段儲(chǔ)集層與蓋層在縱向上的組合特征，發(fā)現(xiàn)在馬五3—馬五5亞段主要為儲(chǔ)集層發(fā)育段，而蓋層主要發(fā)育在馬五6亞段的白云質(zhì)膏巖層和泥巖層、馬五8亞段和馬五10亞段的白云質(zhì)膏巖層或膏巖層。由此說(shuō)明，研究區(qū)不論是含膏白云巖坪亞相還是含膏潟湖亞相，可能都是作為儲(chǔ)層而并非蓋層才導(dǎo)致天然氣聚集。但是，由于這兩個(gè)亞相環(huán)境中對(duì)應(yīng)現(xiàn)今的巖石類型物性具有差異，即白云巖物性相對(duì)膏質(zhì)白云巖物性好，這可能也是兩者中天然氣單井產(chǎn)量具有較大差異的原因（盡管相比一般的井的天然氣單井產(chǎn)量都高，但這幾口的單井產(chǎn)量仍表現(xiàn)為數(shù)量級(jí)差別）。究其原因，認(rèn)為可能是研究區(qū)馬五4亞段白云巖自身具有一定的儲(chǔ)集性能，并且?guī)r石中也發(fā)育一定微裂縫，促進(jìn)了淡水在此類巖石中的流動(dòng)性，從而對(duì)巖石中硬石膏進(jìn)行有效溶解形成膏模溶孔，進(jìn)一步增強(qiáng)了巖石的儲(chǔ)集性能[1]。而研究區(qū)膏質(zhì)白云巖相比泥晶或粉晶白云巖更加致密，毫無(wú)疑問(wèn)，淡水對(duì)其溶蝕程度相對(duì)較弱，但是仍然可以對(duì)其中部分硬石膏進(jìn)行溶解形成一定量的溶蝕孔隙，而這部分溶蝕孔隙可能就是促使研究區(qū)膏質(zhì)白云巖仍具有一定儲(chǔ)集性能的原因。因此，結(jié)合天然氣層厚度分布與天然氣產(chǎn)能數(shù)據(jù)特征，認(rèn)為含膏白云巖坪亞相是研究區(qū)馬五4亞段天然氣儲(chǔ)集最有利相帶。

5 結(jié)論

（1） 鄂爾多斯盆地靖邊西北部馬五4亞段巖相古地理環(huán)境包括蒸發(fā)臺(tái)地和局限臺(tái)地兩種，其中蒸發(fā)臺(tái)地相包括白云巖坪和含膏白云巖坪亞相，白云巖坪亞相現(xiàn)今發(fā)育的巖石類型包括泥質(zhì)白云巖和白云質(zhì)石灰?guī)r，而含膏白云巖坪亞相現(xiàn)今發(fā)育的巖石類型主要為白云巖，局限臺(tái)地相主要發(fā)育含膏潟湖亞相，現(xiàn)今巖石類型主要為膏質(zhì)白云巖。

（2） 蒸發(fā)臺(tái)地中白云巖坪亞相主要分布于研究區(qū)西北部，含膏白云巖坪亞相在中部比較發(fā)育，而局限臺(tái)地中含膏潟湖亞相主要展布于中東部及東南部。蒸發(fā)臺(tái)地中的含膏白云巖坪亞相帶是鄂爾多斯盆地靖邊西北部馬五4亞段天然氣儲(chǔ)集的最有利相帶。

致謝 衷心感謝外審專家及編輯部老師提出的寶貴意見及建議！

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