張 濤，張亞雄，金曉輝，周 雁，張軍濤，谷 寧，張 威，王濡岳，魯 鍇

（1.中國石化 石油勘探開發(fā)研究院，北京 102206；2.中國石化 華北油氣分公司 石油勘探開發(fā)研究院，河南 鄭州 450006）

盆地級蒸發(fā)巖-碳酸鹽巖共生體系指示了重要的古氣候-古海洋-古地理背景［1］，也是全球范圍內(nèi)重要的油氣儲集巖類組合，因此，該共生沉積體系的研究是近些年沉積學(xué)和儲層地質(zhì)學(xué)研究的熱點之一。目前，鄂爾多斯盆地奧陶系馬家溝組五段（馬五段）、四川盆地寒武系龍王廟組和三疊系雷口坡組、塔里木盆地寒武系鹽下白云巖等地層中均發(fā)現(xiàn)了優(yōu)質(zhì)的油氣儲層和巨大的油氣儲量［2-4］。不同學(xué)者對蒸發(fā)巖類型、沉積化學(xué)與水文學(xué)特征、與其對應(yīng)的沉積環(huán)境和巖相組合、分布層位、形成模式及特殊性與普遍性規(guī)律等進行了系統(tǒng)綜述，認為共生體系的發(fā)育是良好的古環(huán)境恢復(fù)替代指標(biāo)及成巖指示工具［5-7］。巨厚的蒸發(fā)巖沉淀能夠改變海水性質(zhì)和大氣中氧氣含量［8］，形成特殊的儲集空間類型［1］。氣候變遷影響碳酸鹽巖-膏鹽巖共生體系巖性組合序列，早期白云巖化作用和微生物降解和熱解釋放的CO2氣體和有機酸是儲層形成主控因素［9］。

Vail 倡導(dǎo)的層序地層學(xué)在等時地層格架建立、古地理重建和礦產(chǎn)預(yù)測等方面得到了廣泛應(yīng)用［10-11］，最新的層序地層學(xué)理論強調(diào)層序界面物理性質(zhì)的明確界定，不同沉積背景的層序界面定義是關(guān)鍵［12-13］。碳酸鹽工廠在記錄層序事件方面與碎屑巖的沉積作用機理有著本質(zhì)區(qū)別，因而它們的層序標(biāo)準(zhǔn)模型有不同程度的差異，但標(biāo)準(zhǔn)模型的基本要素為所有沉積體系共有［14-15］。碳酸鹽巖-蒸發(fā)巖共生體系的層序地層學(xué)研究較為復(fù)雜，主要原因在于沉積作用原理的特殊性與疊置關(guān)系的多樣性會影響到層序邊界的界定。

前人對鄂爾多斯盆地中奧陶統(tǒng)馬家溝組的層序地層進行了大量的研究，但認識仍存在較大差異，主要表現(xiàn)為三級層序的個數(shù)、層序界面位置及體系域構(gòu)成不同［16-23］。不同學(xué)者將同一套地層定為不同的體系域，如將馬一段分別定為低位體系域、海侵體系域，還有人定為1個三級層序［22］。層序分級混亂的原因主要在于不同學(xué)者對層序發(fā)育主控因素的理解不同，對層序界面的把握有別。三級層序劃分的唯一客觀標(biāo)準(zhǔn)就是以不整合面為界，內(nèi)部可劃分出多個體系域而且沒有明顯的不整合面［24］。古構(gòu)造和古地理背景及其形成演化較為復(fù)雜，三級層序具有多種類型［25］。馬家溝組存在巨厚蒸發(fā)巖（鹽巖和硬石膏）層系，對蒸發(fā)巖成因的不同理解也導(dǎo)致對層序邊界劃分的差異。本文按照Vail 經(jīng)典層序地層學(xué)理論，綜合考慮周期性與廣海隔絕的碳酸鹽巖-蒸發(fā)巖沉積序列、蒸發(fā)巖與碳酸鹽巖沉積學(xué)原理、盆地中心與古隆起邊緣巖性組合特征等，并結(jié)合前人對本區(qū)層序地層研究的成果，識別層序界面并提出三級層序劃分方案，建立碳酸鹽巖-蒸發(fā)巖層系的層序地層模式，據(jù)此預(yù)測馬家溝組的烴源巖和儲層的有利分布區(qū)，對鄂爾多斯盆地下古生界碳酸鹽巖油氣勘探方向優(yōu)選具有重要參考借鑒作用。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

鄂爾多斯盆地是華北板塊西部典型的克拉通邊緣疊合盆地，經(jīng)歷了8 個發(fā)展演化階段，其中盆地邊緣裂陷與陸內(nèi)坳陷階段（中、新元古代中期—早古生代中奧陶世）和周緣盆地碰撞造山階段（晚奧陶世到早石炭世）是馬家溝組形成與改造的主要階段［26］。奧陶紀(jì)的巖相古地理特征表現(xiàn)為“隆-坳相間”的沉積格局［27］，特別是馬家溝組沉積期，盆地中-東部的坳陷區(qū)發(fā)育3 套碳酸鹽巖-蒸發(fā)巖旋回，蒸發(fā)巖向周緣的伊盟古隆起、中央古隆起超覆尖滅，南部黃陵-韓城古隆起相變，而盆地西緣和南緣則以淺海-半深海相碳酸鹽巖、泥巖沉積為主，說明馬家溝組沉積期，鄂爾多斯盆地主體的北面為古陸，其余3 面為間歇性隆起的淺水碳酸鹽巖臺地（圖1a）。根據(jù)沉積旋回、巖性組合，馬家溝組自下而上劃分為馬一段至馬六段，形成碳酸鹽巖與膏鹽巖互層的地層結(jié)構(gòu)，該地層結(jié)構(gòu)主要受相對海平面升降和古地貌控制。包洪平提出的“干化蒸發(fā)、回灌重溶”的成因機制很好地解釋了盆地中心區(qū)碳酸鹽巖與蒸發(fā)巖間互疊置的地層結(jié)構(gòu)特征以及膏巖層內(nèi)部次級海侵所產(chǎn)生的泥質(zhì)夾層［28］。在海平面低位期盆地與外海完全隔絕，盆地中心坳陷區(qū)形成厚層膏鹽巖，如馬一段、馬三段和馬五段以潮坪、膏湖和膏鹽湖等局限海蒸發(fā)環(huán)境為主，其中馬五段蒸發(fā)巖最厚，自上而下進一步細分為10 個亞段，即馬五1-10亞段（圖1b），鹽巖層主要分布在米脂—延安地區(qū)［29］，向外圍鹽巖逐步減薄，硬石膏含量增加，再向外為含膏白云巖、白云巖。在海平面處于高位期，盆地與廣海完全連通，整個盆地處于開闊-局限臺地沉積環(huán)境，主要沉積碳酸鹽巖，夾薄層硬石膏、膏質(zhì)云巖和含膏結(jié)核白云巖，沉積相的分異主要受古隆起及古陸、古地形和海侵范圍的影響。馬二段、馬四段、馬六段主要發(fā)育局限和開闊海環(huán)境，以碳酸鹽巖沉積為主，馬家溝期末，海水全部退出了鄂爾多斯地區(qū)，盆地出現(xiàn)了長達130 Myr 的沉積間斷，缺失了志留系、泥盆系［30-31］。

圖1 鄂爾多斯盆地馬五段沉積格局（a）與中、東部地層巖性柱狀圖（b）Fig.1 Sedimentary pattern and lithofacies column of the 5th member of Majiagou Formation in Ordos Basin

2 層序界面特征

2.1 層序界面識別標(biāo)志

2.1.1 構(gòu)造不整合面

馬家溝組頂、底發(fā)育2 個區(qū)域構(gòu)造不整合面（古風(fēng)化殼），有明顯的地層缺失和角度不整合關(guān)系。底部不整合界面之下的亮甲山組頂界為含燧石條帶或結(jié)核的中-細晶白云巖，并發(fā)育古喀斯特巖溶地貌及不同程度的風(fēng)化粘土層［32］，是懷遠運動形成的前馬家溝組區(qū)域不整合面，馬家溝組在不同地區(qū)超覆于不同時代地層之上。上部是加里東期—海西早期構(gòu)造運動形成的不整合面，石炭系直接覆蓋在馬家溝組之上，長時間的剝蝕造成馬家溝組頂部發(fā)育大量角礫巖（圖1b）和孔洞型儲集體。從時限上看，中奧陶統(tǒng)馬家溝組到上奧陶統(tǒng)背鍋山組（盆緣區(qū)保留）是36.2 Myr［25］，結(jié)合兩大區(qū)域不整合面，整個馬家溝組可以劃分為1 個二級層序，內(nèi)部的三級層序主要利用基準(zhǔn)面變化和沉積速率所造成的沉積趨勢轉(zhuǎn)換所反映的層序界面進行劃分。

2.1.2 沉積間斷面

在連續(xù)沉積的地層中，準(zhǔn)層序組在縱向上的進積-退積疊置方式的轉(zhuǎn)換面以及其橫向上其對應(yīng)的古隆起邊緣區(qū)沉積間斷面，是層序界面識別的主要依據(jù)之一。在陸表海型碳酸鹽巖-蒸發(fā)巖沉積體系中，由于蒸發(fā)巖的沉積需要比碳酸鹽巖更苛刻的全球性海平面升降、構(gòu)造、地球化學(xué)和氣候條件，因此沉積成因、海水進退、臺地不同部位的淹沒與暴露對層序界面的控制較為明顯。榆9井位于盆地中心，馬一段、馬三段和馬五段沉積厚層鹽巖，石1 井位于北部隆起邊緣，對應(yīng)層段的鹽巖厚度減少，硬石膏層與泥云巖薄互層（圖2），甚至變?yōu)榻堑[巖層。處于海退期的馬一段、馬三段和馬五段的碳酸鹽巖與蒸發(fā)巖呈現(xiàn)相鄰而不大范圍重疊的特征，古隆起邊緣沉積薄層碳酸鹽巖與泥質(zhì)碳酸鹽巖，見多層角礫巖，角礫成分為含硬石膏結(jié)核溶?？椎哪嗑О自剖▓D3a，c），膏?？變?nèi)充填粉晶白云巖和方解石，示頂?shù)捉Y(jié)構(gòu)（圖3b，d），部分為巖溶堆積角礫巖，角礫成分多為潮坪相白云巖，礫間充填泥質(zhì)和云巖碎屑（圖3e）。在蒸發(fā)巖沉淀所需的飽和度下，生物碳酸鹽的生產(chǎn)力已經(jīng)大大下降，碳酸鹽巖與蒸發(fā)巖之間為相帶指狀交叉［14］；Tucker1991 年提出淺水碳酸鹽巖沉積在盆地蒸發(fā)巖沉淀開始之前就停止了，甚至發(fā)生溶蝕作用［15］。整體考慮盆地中心和盆地邊緣的沉積事件，二者具有不等時性，厚層鹽巖沉積時期與碳酸鹽巖沉積時期不同，即在臺內(nèi)低洼區(qū)沉積厚層蒸發(fā)巖，特別是鹽巖沉積期，廣大外圍區(qū)是間歇性暴露區(qū)，因此可將馬一段、馬三段和馬五段發(fā)育蒸發(fā)巖的底部作為沉積間斷面。從巖性上識別沉積間斷的典型標(biāo)志是盆地中心厚層鹽巖和硬石膏組合的底部，古隆起邊緣區(qū)發(fā)育角礫巖或薄層硬石膏與白云巖互層段的底部。在測井曲線上主要是密度值異常增大或異常減小層段的底部（圖2）。

圖2 鄂爾多斯盆地馬家溝組盆地中心到邊緣巖相與層序邊界Fig.2 Lithofacies and sequence boundaries of Majiagou Formation from basin center to margin，Ordos Basin

圖3 鄂爾多斯盆地馬家溝組頂部巖溶角礫巖特征照片F(xiàn)ig.3 Characteristics of karst breccia at the top of Majiagou Formation in Ordos Basin

2.1.3 最大海泛面

最大海泛面的相關(guān)沉積物是劃分高位體系域和海侵體系域的標(biāo)志，一般是由薄層深海相沉積物組成，代表在最大海侵所能達到的位置形成的界面，準(zhǔn)層序組由退積式轉(zhuǎn)換為加積式或進積式也是識別標(biāo)志。在鄂爾多斯盆地馬家溝組沉積期陸表海臺地型碳酸鹽巖-蒸發(fā)巖層系中，由于整體地形平緩，水體較淺，最大海泛面在盆地中心表現(xiàn)為灰?guī)r、含泥灰?guī)r沉積，縱向上處在厚層蒸發(fā)巖之上碳酸鹽巖層系中；古隆起區(qū)（盆地邊緣）為白云巖或泥質(zhì)白云巖沉積，縱向上處于含膏云巖之上的較純碳酸鹽巖地層中（圖2）。

2.2 層序地層邊界類型與特征

在傳統(tǒng)的克拉通內(nèi)碳酸鹽巖-蒸發(fā)巖盆地研究中，盆地早期的正常海相是碳酸鹽巖沉積的時期，隨著水體局限、干旱程度和鹽度的逐漸增加，硫酸鹽和氯化物逐次沉淀，因此產(chǎn)生了從碳酸鹽巖到蒸發(fā)巖的沉積旋回（圖4a），盆地的再次海侵啟動了下一個旋回的碳酸鹽巖沉積。在層序地層學(xué)研究中，層序是以相對海平面下降而形成的層序邊界來定義的，二者不能混淆［15］。如果按照旋回概念，把邊界設(shè)置在蒸發(fā)巖的頂部和下一個旋回所形成的碳酸鹽巖的底部，在盆地邊緣部分會包括一個時間間斷（暴露間斷），年代地層學(xué)剖面上表現(xiàn)為在一個層序內(nèi)部包含一個大的沉積間斷面（圖4a），這不符合層序地層的定義。因此把層序邊界劃在下面的碳酸鹽巖和上面的蒸發(fā)巖之間，即把一個蒸發(fā)巖-碳酸鹽巖沉積組合的層序界面設(shè)置在蒸發(fā)巖底部和碳酸鹽巖頂部（圖4b），可以避免這種情況。沉積間斷面就位于盆地邊緣區(qū)的層序底部，即盆地邊緣碳酸鹽巖頂部的層序邊界具有明顯的時間間隔，而在蒸發(fā)巖之上的地層邊界則沒有，也符合層序地層學(xué)3個體系域的組成與演化。

圖4 碳酸鹽巖-蒸發(fā)巖組合的巖石地層和年代地層示意圖（據(jù)文獻［15］修改）Fig.4 Schematic diagrams showing lithostratigraphy and chronostratigraphy for a carbonate-evaporite succession（modified after reference［15］）

從中奧陶世開始，鄂爾多斯盆地發(fā)生大規(guī)模海侵，廣大地區(qū)發(fā)育淺水碳酸鹽臺地沉積［14］，受古隆起的影響，內(nèi)部隆坳格局背景下的沉積分異作用明顯，受干旱氣候條件下蒸發(fā)作用的控制［30］，形成碳酸鹽巖潮坪-潟湖-淺灘-膏鹽湖沉積環(huán)境；當(dāng)海平面完全下降，形成與外海隔離的局限海沉積環(huán)境，盆地中心沉積膏鹽巖，而古隆起邊緣的碳酸鹽巖（形成于上一個旋回）完全暴露?？紤]到鹽巖的形成環(huán)境，當(dāng)海水濃縮到原來海水體積的1/11甚至更小時［5］，鹽巖才開始沉淀，廣大古隆起邊緣區(qū)域則為沉積間斷或發(fā)生剝蝕，由此判斷古隆起邊緣區(qū)沉積間斷范圍廣，因此形成Ⅰ型層序邊界。本區(qū)馬一段、馬三段和馬五段在盆地中心以膏鹽巖為主，在古隆起邊緣廣大區(qū)域為暴露面，邊界之下潮坪薩布哈中發(fā)育薄層蒸發(fā)巖或含膏白云巖以及泥質(zhì)角礫白云巖，均見鳥眼、收縮紋及石膏假晶，馬五1-4亞段見大量膏?？祝?3-34］。奧陶系馬家溝組頂、底面為構(gòu)造隆升侵蝕不整合界面，與Vail的Ⅰ型層序邊界相當(dāng)，是盆-盆轉(zhuǎn)換的時間界面；馬家溝組內(nèi)部的不整合面是盆地構(gòu)造活動處于穩(wěn)定時期，海平面升降變化形成的暴露層序界面。

3 層序格架特征和發(fā)育模式

3.1 層序地層格架特征

鄂爾多斯盆地馬家溝組屬于下古生界奧陶系中統(tǒng)大灣階-達瑞威爾階，地層年齡為（470 ± 1.4）～（458.4 ± 0.9）Ma，形成于11.2～ 12.2 Myr 的時間段內(nèi)［30］。根據(jù)層序地層劃分模式、巖性組合特征、盆地內(nèi)和古隆起邊緣地層對比，將研究區(qū)內(nèi)馬家溝組劃分為5個三級層序，三級層序的界面分別位于馬一段底、馬三段底、馬五段底，馬五6亞段底和馬五4亞段底，均為Ⅰ型層序界面。層序MS1 包含馬一段和馬二段，馬一段以蒸發(fā)巖為主，為低位體系域沉積，馬二段下部白云巖段為海侵體系域，上部白云巖夾薄層膏鹽巖為高位體系域。層序MS2 包含馬三段、馬四段，該層序厚度較大，主要原因在于低位域的馬三段在盆地中心區(qū)蒸發(fā)巖（鹽巖）沉淀厚度大到175 m（榆9 井），向古隆起邊緣區(qū)逐步減薄至78 m（定探1 井）。馬四段為馬家溝組沉積期的最大海侵期，盆地中心區(qū)水體略深，碳酸鹽巖沉積速率稍小，不能與海平面的上升保持一致，以富含泥晶的灰?guī)r沉積為主（圖5），呈現(xiàn)出追補型沉積特征，沉積厚度在150 m（榆9 井）到180 m（石1 井）。而在古隆起邊緣區(qū)，特別是西部中央隆起區(qū)水體淺，碳酸鹽巖沉積速率快，與海平面的上升基本保持一致，形成并進型沉積，厚度超過400 m（定探1井），以灘相白云巖為主，沒有廣泛發(fā)育海底膠結(jié)作用。按照經(jīng)典層序地層理論，馬四段下部對應(yīng)海進體系域，盆地中心區(qū)的馬四段上部發(fā)育4 層厚度4～ 8 m的硬石膏夾層，而在古隆起邊緣區(qū)無硬石膏層，由此可以判斷馬四段上部為高位晚期的產(chǎn)物。馬三段到馬四段具備完整的一套體系域組合，中間沒有明顯的不整合面，因此劃分為1 個三級層序。該層序沉積厚度大，是由該階段古構(gòu)造背景、古地理環(huán)境以及由此控制的碳酸鹽巖沉積速率決定。

圖5 鄂爾多斯盆地馬家溝組東西向巖性剖面與層序地層格架（剖面位置見圖1）Fig.5 Lithostratigraphy and sequence stratigraphy framework of the Majiagou Formation，Ordos Basin（E-W）（see Fig.1 for the location of this E-W oriented section）

層序MS3相當(dāng)于馬五7-10亞段，該層序厚度在50～100 m，馬五7亞段對應(yīng)高位域沉積，為碳酸鹽巖，全區(qū)可對比。MS4 由馬五6和馬五5兩個亞段組成，之所以把馬五5-6亞段劃為一個三級層序，主要是因為馬五6亞段沉積巨厚蒸發(fā)巖，構(gòu)成本層序的低位域，其底部與馬五7亞段的不整合特征明顯；馬五5亞段沉積期為馬五段內(nèi)部最大一次海侵，沉積范圍廣，水體明顯變深，地層厚度表現(xiàn)出西北厚、東南薄的特點［35-36］，主要由灰?guī)r和白云巖組成，全區(qū)分布，構(gòu)成層序的海侵和高位域。MS5相當(dāng)于馬五4亞段到馬六段，馬六段僅殘存在巖溶盆地，馬五4亞段的膏鹽巖僅殘存在盆地中心的榆9、米131、麒44 等井區(qū)，該層序頂部為區(qū)域不整合面，上覆地層為石炭系本溪組和太原組，強烈的巖溶作用把古隆起邊緣區(qū)馬五2-4亞段蒸發(fā)巖改造成準(zhǔn)層狀分布的角礫巖，如大牛地區(qū)塊的鉆井馬五1-4亞段殘存不一，且主要為泥質(zhì)角礫巖與白云巖薄互層。至伊盟古陸邊緣的錦24 井區(qū)，出露馬四段下段（圖6）。通過盆地中心與古隆起邊緣區(qū)探井的層序界面識別、層序劃分與對比，確保該劃分方案的一致性及合理性。該劃分方案體現(xiàn)整個盆地在蒸發(fā)巖模式和碳酸鹽巖模式之間切換，也體現(xiàn)1個標(biāo)準(zhǔn)三級層序的旋回性和階段性。

圖6 鄂爾多斯盆地馬家溝組南北向巖性剖面與層序地層格架（剖面位置見圖1）Fig.6 Lithostratigraphy and sequence stratigraphy framework（MS1-5）of Majiagou Formation，Ordos Basin（S-N）（see Fig.1 for the location）

3.2 碳酸鹽巖-蒸發(fā)巖層序地層模式

綜合馬家溝組沉積期碳酸鹽巖臺地的形態(tài)，巖相分布和演化特征及層序邊界的劃分，提出馬家溝組三級層序地層學(xué)模式（圖4b）。蒸發(fā)巖層段主要分布在層序下部，沉積于低位體系域和海侵體系域早期，主要分布在盆地坳陷中心區(qū)（低位鹽巖和石膏）和坳陷邊緣（低位楔狀石膏）。以MS1 為例，馬一段沉積期海水緩慢侵入，水體淺，氣候干旱，中心區(qū)形成膏鹽湖沉積，古陸邊緣區(qū)發(fā)育混積潮坪相泥質(zhì)云巖、含石英泥質(zhì)白云巖等。海平面處于從最低到緩慢上升的階段，因此將馬一段定為低位體系域是恰當(dāng)?shù)?，其底部是懷遠運動造成的亮甲山與馬家溝組的I 型不整合面［35］。淺水碳酸鹽巖賦存于層序上部，是盆地海侵和高位體系域的沉積。馬二段沉積期海水進一步侵入，整體為局限-半局限環(huán)境，臺內(nèi)坳陷區(qū)為中-厚層碳酸鹽巖夾中-薄層膏鹽、膏質(zhì)云巖和泥質(zhì)膏云巖層，如榆9井馬二段厚度為102 m，以灰?guī)r為主，夾薄層鹽巖和硬石膏，鹽巖厚度1～ 5 m，說明海侵-高位期內(nèi)發(fā)育四級海退，沉淀了薄層蒸發(fā)巖。在高位早期，碳酸鹽進積達到峰值；高位晚期，中薄層蒸發(fā)巖（主要是硬石膏）可能沉積在臺地內(nèi)部，如馬四段（米131、榆9等井），而靠近古隆起區(qū)則無蒸發(fā)巖沉積。隨后是相對的海平面下降，碳酸鹽巖臺地完全暴露，形成層序邊界，并啟動下一個層序，盆地中出現(xiàn)另一階段的蒸發(fā)巖。該層序地層模式主要是臺地形態(tài)、相對海平面變化、沉積速率、碳酸鹽巖與蒸發(fā)巖沉積所需環(huán)境等綜合作用的結(jié)果。

3.3 碳酸鹽巖和蒸發(fā)巖之間的成因關(guān)系

三級層序內(nèi)部高頻層序（四級-五級）所形成的巖相變化與短期沉積間斷可以很好解釋碳酸鹽巖和蒸發(fā)巖之間動態(tài)的地層關(guān)系。在海退期，馬家溝組巖相的分布從盆地中心向周緣依次為鹽巖、石膏巖、碳酸鹽巖，呈近于同心圓狀的“牛眼式”分布模式，說明水體經(jīng)歷過與外海完全隔絕的干化蒸發(fā)階段。榆9井馬五6亞段厚度為154 m，鹽巖厚度140 m。按照1 000 m海水蒸發(fā)可形成6 m蒸發(fā)巖［5］，那么巨厚的鹽巖必然是海平面頻繁升降、沉積環(huán)境封閉、蒸發(fā)與半開放交替、物質(zhì)得以補充這種不斷循環(huán)的形式才能形成。用回灌重溶機理可以解釋了每次海侵時先溶蝕早期的鹽巖，難溶雜質(zhì)保留形成溶積層-黑色泥質(zhì)薄層的現(xiàn)象。統(tǒng)計榆9井馬家溝組400 m 蒸發(fā)巖中有79 層［28］，可利用泥巖夾層的層數(shù)推知淡化的期次及相應(yīng)的海平面變化規(guī)律。

在1 個三級層序的低位體系域中，以層序MS4 中的低位域馬五6亞段為例，盆地中心主要沉積厚層蒸發(fā)巖，古隆起邊緣區(qū)主要沉積中薄層狀的碳酸鹽巖，從連井巖性剖面上看（圖7a），二者在三級層序的低位期時間段內(nèi)是等時的，這也是以三級層序的體系域為沉積相編圖單元的根本原因。但從蒸發(fā)巖和碳酸鹽巖沉積原理可知，蒸發(fā)巖形成于次級海退期的盆地中心，而碳酸鹽巖形成于次級海侵期古隆起邊緣區(qū)，在短時間內(nèi)，二者在時空上是沒有接觸、不等時的，即碳酸鹽巖和蒸發(fā)巖之間的地層關(guān)系是動態(tài)的，蒸發(fā)巖沉積的側(cè)向碳酸鹽巖多是薄層的，或更典型的是侵蝕或不沉積的間斷面（圖7b）。由此可判斷蒸發(fā)巖沉積的次數(shù)與隔離次數(shù)相關(guān)，與相鄰碳酸鹽巖地層中不沉積或間斷（不整合）的次數(shù)一致。蒸發(fā)巖周緣的碳酸鹽巖中間發(fā)育多期沉積間斷，在碳酸鹽巖-蒸發(fā)巖層系中，四-五級的沉積間斷面持續(xù)時間長，范圍廣，是層間溶蝕發(fā)育的前提條件。這種快速但間歇性的碳酸鹽巖沉積作用的原理，可以解釋碳酸鹽巖中的厚度和地層關(guān)系［37］。

圖7 鄂爾多斯盆地馬家溝組層序MS4中低位體系域的巖性剖面（a）與年代地層剖面（b）示意圖Fig.7 Lithologic and chronostratigraphic profiles of lowstand systems tract in sequence MS4，Mjiagou Formation，Ordos Basin

4 層序地層對儲層與烴源巖的控制

4.1 對儲集體的控制作用

一般而言，較大級別（一級到二級）的層序界面與不整合面相對應(yīng)，主要控制規(guī)模性巖溶儲層的形成，而四級和五級層序界面由于暴露時間短，在缺乏后期成巖改造的情況下難以形成規(guī)模性儲層［38］，大型不整合面是控制碳酸鹽巖巖溶型儲層發(fā)育的關(guān)鍵，如塔里木盆地和鄂爾多斯盆地奧陶系頂部發(fā)育風(fēng)化殼巖溶型儲集體，形成了中國重要的油氣聚集領(lǐng)域。對于鄂爾多斯盆地馬家溝組蒸發(fā)巖-碳酸鹽巖層系，在低位期，古隆起邊緣碳酸鹽巖發(fā)生廣泛白云石化作用，在此特定環(huán)境中沉積的細粉晶白云巖和含硬石膏結(jié)核白云巖是儲層發(fā)育的物質(zhì)基礎(chǔ)［39］。馬五1-4亞段主要發(fā)育膏模孔和晶間溶孔兩類主要儲集空間類型，與裂縫組合形成不同的儲層類型，具有層多、層薄的特征。馬五5亞段之下的馬五6、馬五7、馬五9亞段儲集層巖性主要為顆粒白云巖和粉-細晶白云巖，儲集空間均以溶蝕孔洞為主，次為殘余粒間孔、晶間溶孔、晶間孔和微裂縫［40］。因此層序界面及內(nèi)部次級間斷面或高頻層序界面結(jié)合沉積微相對儲層形成的影響較大，再疊加風(fēng)化殼巖溶可形成多層系復(fù)合巖溶系統(tǒng)。

從碳酸鹽巖和蒸發(fā)巖之間動態(tài)的地層關(guān)系可知，在三級層序內(nèi)部的低位域階段，在古隆起邊緣存在沉積間斷或高頻層序界面，發(fā)生早期溶蝕作用。從位于古隆起邊緣區(qū)的大牛地區(qū)塊的D1-566 馬五段全井段巖心觀察看（圖8a），奧陶系頂部不整合面之下為馬五3-4亞段，主要為泥質(zhì)角礫巖夾薄層白云巖，靠近不整合面，受巖溶改造強烈，是白云巖與硫酸鹽巖復(fù)合古巖溶的結(jié)果［40］。馬五5亞段為深灰色含云灰?guī)r和灰?guī)r組成，巖石致密，偶見裂縫，被方解石充填，巖溶改造弱，一般認為是區(qū)域隔擋層。該井馬五6亞段主要為泥質(zhì)角礫巖和白云巖互層，厚度38 m，巖心刻度測井可知高GR 值層段全部為泥質(zhì)角礫巖，角礫屑為微晶白云巖和細粉晶白云巖，未見含硬石膏結(jié)核白云巖，角礫屑共有9 層，白云巖層段為塊狀和紋層狀白云巖，呈現(xiàn)原始產(chǎn)狀，這與典型巖溶洞穴充填特征差異較大。馬五6亞段的儲層呈薄層，單層厚度1～4 m，孔隙度3 %～7 %，與角礫呈互層狀分布，遠離不整合面的馬五7亞段、馬五9亞段仍發(fā)育中-薄層儲層。

圖8 鄂爾多斯盆地D1-566井（a）和神100井（b）馬五段層序與儲層柱狀圖Fig.8 Sequence stratigraphy and reservoir column of Ma5 in wells D1-566（a）and Shen100（b），Ordos Basin

合理的解釋是，在低位期處于暴露面之下靠近盆緣區(qū)（古隆起區(qū)）的中-薄層膏鹽巖、膏質(zhì)云巖和白云巖發(fā)生層間溶蝕，由于石膏溶解速率遠遠大于白云巖［5，40］，膏巖和膏質(zhì)云巖溶蝕程度大，形成的溶蝕角礫巖呈層狀原地堆積，在靖邊氣田也存在多層準(zhǔn)層狀分布的角礫巖。推測該井區(qū)馬五6亞段在總的低位背景下小級別海侵沉積了蒸發(fā)巖和碳酸鹽巖，但在隨后的海退期暴露溶蝕，在高頻層序上部形成了角礫巖層，馬五1-4亞段的角礫巖層更為發(fā)育，是疊加了不整合巖溶、層間巖溶的結(jié)果，因此角礫巖層主要分布在同期沉積蒸發(fā)巖的外圍。而靠近盆地中心區(qū)的鉆井，如神100井馬五6亞段殘存中薄層硬石膏（圖8b），盆地中心區(qū)的榆9井和龍?zhí)?井的該段發(fā)育厚層鹽巖，上部馬五2-3亞段仍存在硬石膏層，說明未經(jīng)過早期暴露，未發(fā)生層間巖溶作用，白云巖層物性較差。因此，準(zhǔn)同生期多期次高頻海進-海退旋回導(dǎo)致易溶組分暴露溶蝕［41］，對次生孔隙發(fā)育具有重要影響。其發(fā)育部位與同期古地貌格局、多級層序位置、海進海退程度及沉積微相密切相關(guān)，白云巖尤其是灘相云巖和潮坪相含石膏結(jié)核的白云巖經(jīng)早期溶蝕形成優(yōu)質(zhì)儲層。四川盆地下寒武統(tǒng)龍王廟組也存在同樣的儲層發(fā)育機制，即四級和五級層序控制著有利沉積微相的分布，在高頻海平面下降和干旱氣候條件下的準(zhǔn)同生白云化作用和早期溶蝕作用所形成的早期孔隙顯著影響后期儲層改造程度［42-43］。同樣，塔里木盆地巴楚—塔中地區(qū)下寒武統(tǒng)鹽下顆粒灘相白云巖有效儲層，其準(zhǔn)同生期巖溶改造也是儲集物性發(fā)育的重要條件［44］。但是，在三級層序低位體系域等時格架內(nèi)，碳酸鹽巖與蒸發(fā)巖（特別是發(fā)育厚層鹽巖）層系中的鹽湖周緣區(qū)或古隆起區(qū)，高頻層序界面所造成的早期暴露溶蝕作用時間更長，范圍更廣，且存在易溶蒸發(fā)巖，對儲層的改造更明顯。

綜上可知，早期幾乎從鹽巖沉淀的時間開始，古隆起邊緣區(qū)就存在部分或完全溶解的可能性，尤其是可溶性較強的蒸發(fā)巖。這意味著大多數(shù)古老的蒸發(fā)巖沉積顯示出明顯的變薄跡象，特別是在厚層蒸發(fā)巖序列邊緣，那里最有可能發(fā)生大氣水的影響［5］。如果蒸發(fā)巖完全溶蝕，殘留物為酸不溶物層或薄層溶蝕角礫巖。正確識別和恢復(fù)該過程，對于認識整個盆地歷史和構(gòu)造演化過程以及儲層的分布十分重要。馬家溝組的厚層蒸發(fā)巖仍保留在盆地中心，推測盆地邊緣帶的溶蝕程度大，這為儲層的分布預(yù)測提供了方向。

4.2 對烴源巖的控制作用

鄂爾多斯盆地米探1 井在奧陶系馬四段取得了天然氣勘探新發(fā)現(xiàn)［45］，大牛地區(qū)塊的大深1 井、小壕1 等均試獲天然氣?；跉庠磳Ρ确治觯J為盆地東部馬四段天然氣來自于馬家溝組海相烴源巖［46］，鉆井揭示烴源巖常與硬石膏巖伴生，巖性為深灰色-黑灰色泥質(zhì)白云巖或白云質(zhì)泥巖。總有機碳含量（TOC）介于0.22 %～ 1.61 %，平均值為0.40 %，最高值可達3.42 %。有機質(zhì)以腐泥型為主，生烴母質(zhì)主要為浮游藻類，為腐泥型干酪根［46］，證實鄂爾多斯盆地東部馬四段天然氣藏為奧陶系鹽下自生自儲油型氣藏。該套烴源巖受沉積相控制，主要沿地勢相對較低的桃利廟坳陷和米脂坳陷規(guī)模分布［47］，特點是單層厚度介于為0.1～1.0 cm，累計厚度介于10.0～40.0 m［48］。姚涇利統(tǒng)計了馬五6亞段—馬五10亞段烴源巖巖心樣品，有機質(zhì)豐度整體偏低，TOC平均為0.2 %，在靖邊附近和吳起—志丹一帶，TOC大于0.2 %，在0.2 %～ 0.5 %［49］，與馬一段—馬三段的有機碳含量有一定差異。盡管碳酸鹽巖-蒸發(fā)巖沉積組合中的烴源巖的TOC低，但是硫酸鹽礦物對高演化階段烴源巖的生烴具有促進作用，通過恢復(fù)得到實際的TOC可達1.2 %，屬中等烴源巖［50-54］。

在陸表海臺地型碳酸鹽巖-蒸發(fā)巖層系中，烴源巖主要發(fā)育在低位體系域，具有明顯的層控性和相控性。在海侵期到高位期，碳酸鹽巖沉積速率大，主要沉積較純碳酸鹽巖，烴源巖不發(fā)育，如馬四段、馬五5亞段、馬五7亞段、馬五9亞段，均為較純的碳酸鹽巖。而在低位體系域的次級海退期早期，海平面下降到一定程度時，西南部的慶陽古隆起出露地表，西北部的伊盟古陸提供陸源營養(yǎng)元素輸入，在水體變咸的環(huán)境下，發(fā)育嗜鹽微生物，有機質(zhì)產(chǎn)率高，水體鹽度周期性變化，可造成不同生物群落的周期性繁殖和死亡，從而為鹽湖周緣洼地及鹽湖斜坡區(qū)提供豐富的有機質(zhì)來源。烴源巖主要分布在低位期的馬一段、馬三段、馬五6亞段、馬五8亞段、馬五10亞段；次級海退晚期，超高濃度的鹵水在短時期內(nèi)形成了密度分層，阻止了水體循環(huán)，造成了強還原環(huán)境，洼地內(nèi)蒸發(fā)巖沉淀，有利于有機質(zhì)的保存；而潮坪區(qū)則處于暴露狀態(tài)，發(fā)生溶蝕作用，部分膏鹽發(fā)生溶解，薄層白云巖坍塌堆積形成角礫巖。如此反復(fù)，形成單層薄、與膏質(zhì)泥質(zhì)云巖頻繁互層烴源巖發(fā)育段（圖9）。

圖9 鄂爾多斯盆地馬家溝組與蒸發(fā)巖相關(guān)層系烴源巖形成與保存模式Fig.9 Schematic pattern diagram of formation and preservation of source rocks in sequences related to evaporates within the Majiagou Formation，Ordos Basin

馬三段蒸發(fā)巖分布范圍比馬五段范圍大（圖5，圖6），榆9 井—龍?zhí)? 井—米104 井—大深1 井的馬三段為鹽巖，且鹽巖含量逐步減少，到大67 井區(qū)變?yōu)橛彩?，再向北的錦24 井不發(fā)育蒸發(fā)巖；而馬五6亞段的蒸發(fā)巖從榆9 井到米104 井減薄，到大深1 井區(qū)蒸發(fā)巖消失，變?yōu)槟噘|(zhì)角礫巖夾白云巖。分析主要原因是馬二段沉積期，海水緩慢海侵（馬二段內(nèi)部發(fā)育薄層硬石膏和膏質(zhì)云巖），沉積范圍廣，之后進入馬三段緩慢的海退階段，期間頻繁的次級海侵與海退旋回，造成蒸發(fā)巖分布范圍大，特別是本段鹽巖的分布范圍大，有機質(zhì)未被破壞，再加上馬四段又是最大海侵，沉積厚層碳酸鹽巖，馬三段的烴源巖層得以保存。馬五段鹽巖沉積范圍小，馬五6亞段的鹽巖主要分布米104井—麒44井—榆152井—米76井所圈定的范圍內(nèi)，厚度大，鹽巖中間夾層?。ㄓ? 井和龍?zhí)? 井區(qū)），說明短暫海侵，補充物質(zhì)，又進入蒸發(fā)濃縮鹽巖沉淀階段，因此在鹽巖和厚層石膏沉淀區(qū)之外存在大范圍的沉積間斷，而且間斷次數(shù)多（圖9），前期所沉積的有機質(zhì)遭到破壞，馬五段所測有機碳含量低，有機質(zhì)主要保存在鹽湖周邊的洼陷中，這是馬三段和馬一段蒸發(fā)巖層系烴源巖分布面積和有機碳含量均大于馬五段的主要原因。綜合烴源巖形成模式和三級層序低位域烴源巖分布特征，提出馬家溝組有效烴源主要發(fā)育在碳酸鹽巖和蒸發(fā)巖過渡期的鹽湖周緣洼地和盆地鹽湖中心斜坡區(qū)（圖10）。

圖10 鄂爾多斯盆地東部馬三段-馬一段（a）和馬五段（b）烴源巖厚度分布與蒸發(fā)巖分布（改自文獻［9，48-49］）Fig.10 Isopach of source rock and evaporite distribution of Ma3-Ma1（a）and Ma5（b）members in eastern Ordos Basin（modified after references ［9，48-49］）

5 結(jié)論

1）發(fā)育厚層鹽巖的碳酸鹽巖-蒸發(fā)巖層系的層序地層劃分方案要兼顧盆地邊緣和盆地中心巖相組合特征，從更廣的角度看待整個盆地沉積演化事件，采用蒸發(fā)巖層段位于層序下部，碳酸鹽巖層段位于層序上部的順序來考慮碳酸鹽巖-蒸發(fā)巖層系的層序地層劃分方案更合乎邏輯，據(jù)此模式將馬家溝組劃分為5 個三級層序。該劃分方案體現(xiàn)碳酸鹽巖和蒸發(fā)巖沉積模式在整個盆地的時空分布，也體現(xiàn)1 個標(biāo)準(zhǔn)三級層序的旋回性和階段性。

2）碳酸鹽巖和蒸發(fā)巖之間的地層關(guān)系是動態(tài)的，在三級層序低位域的短時限內(nèi)，碳酸鹽巖和蒸發(fā)巖在時空上呈指狀交叉，蒸發(fā)巖沉積的次數(shù)與相鄰碳酸鹽巖地層中無沉積或間斷（不整合）的次數(shù)相關(guān)，這種四級-五級的沉積間斷面范圍廣，是層間溶蝕發(fā)育的前提條件，同時也決定了鹽間烴源巖的發(fā)育位置。

3）古隆起邊緣區(qū)碳酸鹽巖廣泛白云巖化、層序界面及低位體系域內(nèi)部的多個次級沉積間斷面所引發(fā)的層間巖溶、碳酸鹽巖與蒸發(fā)巖的差異溶蝕及沉積微相分異是馬家溝組儲層發(fā)育的主要控制因素。依據(jù)馬家溝組內(nèi)蒸發(fā)巖發(fā)育的層位和范圍，可以推測靠近古隆起區(qū)的溶蝕程度大，為儲層的分布預(yù)測指出了方向。

4）海退期早期，鹽湖周緣洼地及鹽湖斜坡區(qū)發(fā)育烴源巖，次級海退晚期，洼地內(nèi)蒸發(fā)巖沉淀，有機質(zhì)得以保存，在碳酸鹽巖-蒸發(fā)巖層系內(nèi)可以形成單層薄、與膏質(zhì)泥質(zhì)云巖頻繁互層的烴源巖發(fā)育段。

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