郭緒杰 吳興寧 金武弟 林世國 吳東旭 于 洲

1中國石油勘探與生產分公司，北京 100007

2中國石油杭州地質研究院，浙江杭州 310023

3中國石油碳酸鹽巖儲層重點實驗室，浙江杭州 310023

奧陶系馬家溝組是鄂爾多斯盆地重要的天然氣勘探層系，1989年陜參1井首次鉆探獲得成功，發(fā)現(xiàn)并逐漸探明的靖邊風化殼型氣田成為20世紀末中國陸上最大碳酸鹽巖地層整裝氣田。近10年來，在緊緊圍繞靖邊氣田擴邊勘探的基礎上，長慶油田持續(xù)加大對奧陶系馬家溝組深層的勘探力度，部署的蘇203、統(tǒng)74井等相繼在馬家溝組中組合取得重大勘探突破，特別是2019年以來通過對鄂爾多斯盆地奧陶系構造格局、巖相古地理和成藏條件的整體研究和再認識，提出了古隆起控儲、控藏的新認識，部署的米探1井在馬家溝組下組合馬四段試氣獲得35.24萬立方米高產氣流，揭開了鄂爾多斯盆地奧陶系鹽下馬四段勘探新篇章。已有研究表明，馬四段有利儲層的分布主要受巖相古地理控制，因此有利沉積微相的精細刻畫是勘探選區(qū)選帶的重要依據。

奧陶紀，鄂爾多斯盆地內部以中央古隆起為界，西部沉積受祁連海域控制，中東部沉積受華北海域控制。多年來，不同學者對鄂爾多斯盆地奧陶紀巖相古地理進行了大量研究 （李安仁等，1993；馮增昭和鮑志東，1999；侯方浩等，2003；史基安等，2009；辛勇光等，2010；周進高等，2011；郭彥如等，2012；黃麗梅等，2012；蘇中堂等，2012），內容主要集中在沉積環(huán)境的恢復方面，但由于這些研究多以階、期為恢復時間單元，對更小期次沉積微相的研究較少，造成目前難以有效地指導馬家溝組四段天然氣勘探。文中運用碳酸鹽巖沉積學理論，在前人工作基礎上，從古構造背景對沉積的控制角度出發(fā)，通過野外露頭勘查、大量新鉆井巖心和巖石薄片的觀察及巖相組合分析，結合單因素圖分析、測井巖石結構組分解釋和地震資料解譯結果，建立了鄂爾多斯盆地馬家溝組四段沉積模式，恢復了3個亞段的巖相古地理面貌，以為有利儲集層的預測及勘探區(qū)帶優(yōu)選提供重要依據。

1 區(qū)域地質概況

1.1 構造背景

鄂爾多斯盆地是一個多旋回疊合型克拉通盆地，屬于華北地臺次級構造單元，構造和沉積演化受北部興蒙海槽和西南部秦祁海槽控制（圖1），具有內部相對穩(wěn)定、周緣活動的特點 （郭忠銘等，1994）。興蒙海槽和秦祁海槽均是在中元古代窄大洋的基礎上發(fā)展起來的，晚震旦世至中奧陶世為發(fā)育鼎盛時期。受興蒙海槽演化控制，華北地臺北緣在晚元古代至早古生代早期主要為被動大陸邊緣構造環(huán)境，早古生代中期由以拉張應力為主轉為擠壓應力體制，相應的構造環(huán)境由被動大陸邊緣轉化為活動大陸邊緣，發(fā)育較為完整的溝—弧—盆體系（唐克東等，2022）。受秦祁海槽演化控制，華北地臺南緣在晚震旦世—中奧陶世屬于被動大陸邊緣，且隨著陸殼的拉伸、減薄和沉陷，在地臺邊緣出現(xiàn)海侵層系，中寒武世—中奧陶世海侵達到頂峰，包括鄂爾多斯地區(qū)在內的整個華北地臺被海水所覆蓋；至中奧陶世末，華北地臺南緣發(fā)展為活動大陸邊緣，在北秦嶺地區(qū)發(fā)育溝—弧—盆體系，受秦嶺洋殼板塊向北俯沖、消減的影響，海水退縮至華北地臺西部的鄂爾多斯盆地西緣和西南緣；早古生代末，弧—陸碰撞形成了北秦嶺加里東褶皺帶并拼接于華北陸塊南緣 （王鴻禎等，1982；張國偉，1988；周鼎武等，2002）。

圖1 鄂爾多斯盆地早古生代構造略圖（據郭忠銘等，1994；有修改）Fig.1 The Early Paleozoic tectonic outline of Ordos Basin（modified from Guo et al.，1994）

由上述構造演化可知，華北地臺南、北兩側的兩大海槽在中寒武世—中奧陶世均表現(xiàn)為洋底擴張環(huán)境。在此構造背景下，由于巖石圈地幔的均衡作用，華北地臺形成廣闊的陸表海，碳酸鹽巖廣泛發(fā)育。懷遠運動時期，在鄂爾多斯盆地中西部形成近南北向的隆起，并逐漸演化為華北海與祁連海的邊界。至中奧陶世末期，華北地臺南、北兩側均由拉張應力轉為擠壓應力機制，轉為活動大陸邊緣構造環(huán)境，兩大海槽洋殼相向俯沖導致弧后洋盆的封閉和弧—陸碰撞，使包括鄂爾多斯地區(qū)及賀蘭坳拉槽在內的華北地臺整體隆升、陸表海消失，同時還在華北地臺南、北緣形成了加里東褶皺帶。此后，鄂爾多斯盆地經歷了長達1.3億年的沉積間斷，馬家溝組遭受不同程度的風化剝蝕，且自東向西地層剝蝕量逐漸增大，上覆的石炭系—二疊系煤系地層與馬家溝組各段依次呈角度不整合接觸關系。至燕山期，鄂爾多斯盆地發(fā)生構造翹傾反轉，形成東部高、西部低的單斜 （馮增昭等，1999a，1999b）。

早奧陶世馬家溝組四段沉積時期，鄂爾多斯盆地南、北分別受興蒙海槽和秦祁海槽控制，西部為殘存的賀蘭坳拉槽，中部發(fā)育一個正向構造單元，即 “L”型中央古隆起。該中央古隆起是受賀蘭裂谷擴張引發(fā)的均衡作用造成裂谷肩發(fā)生翹升而形成的 （張軍等，1994；任文軍等，1999），控制了盆地西南部秦祁海域和東部華北海域的沉積 （付金華和鄭聰斌，2011）。正是因為該時期鄂爾多斯盆地的沉積橫跨華北海域和秦祁海域兩大不同沉積環(huán)境，造成不同學者對馬家溝組四段沉積模式及巖相古地理認識存在較大分歧。

1.2 地層特征

受構造活動影響，鄂爾多斯盆地早奧陶世先后經歷了3次大的海進、海退，形成了馬家溝組一套完整的海進—海退沉積旋回。結合柳林三川河等8條露頭剖面觀測和米探1等100余口探井巖心觀察，認為馬二段、馬四段和馬六段沉積時期為海侵期，以發(fā)育灰?guī)r沉積為主，而馬一段、馬三段和馬五段沉積時期為海退期，以發(fā)育廣泛分布的白云巖和膏鹽巖為特征（圖2）。

馬二段、馬四段和馬六段同屬開闊海臺地沉積，巖性具有相似性，在鄂爾多斯盆地東部表現(xiàn)為灰色、深灰色塊狀泥晶灰?guī)r、白云質灰?guī)r，向西漸變?yōu)榛疑?、褐灰色厚層粉晶白云巖、細晶白云巖及顆粒云巖。馬二段沉積厚度80～100 m；馬四段沉積時期發(fā)生奧陶紀最大規(guī)模的海侵，沉積厚度達160～400 m；受加里東運動影響，馬六段多被風化剝蝕，僅在鄂爾多斯盆地東部和南部以巖溶殘丘的形式零星分布，殘余厚度一般為90～320 m。

馬一段、馬三段和馬五段同屬局限海臺地沉積，其中馬一段和馬三段巖性在盆地東部以灰白色、淺灰色鹽巖和膏巖為主，夾少量褐灰色膏質泥粉晶白云巖薄層，向西漸變?yōu)榛疑嗑О自茙r、泥質白云巖及灰黑色云質泥巖；馬五段在盆地東部為泥晶灰?guī)r、粉晶白云巖、膏鹽巖，呈韻律狀互層，向西漸變?yōu)榉劬О自茙r。馬一段厚度一般為20～80 m，馬三段為160～240 m，馬五段為80～360 m。

根據勘探實踐，將馬家溝組劃分為3個含氣組合 （楊華和包洪平，2011；劉新社等，2016）：上組合為馬五1－4亞段，以泥質白云巖、泥粉晶白云巖和含硬石膏結核白云巖為主；中組合為馬五5－10亞段，其中馬五5、馬五7 和馬五9亞段巖性以殘余砂屑云巖、粉細晶白云巖為主，是中組合儲集層最發(fā)育的層段，也是天然氣主力產層，而馬五6、馬五8和馬五10亞段巖性以泥粉晶白云巖、膏質云巖和硬石膏巖、鹽巖為主，儲集層不發(fā)育；下組合為馬四段—馬一段。馬四段可進一步劃分為3個亞段，下部馬四3亞段以含生屑云斑灰?guī)r為主，中部馬四2亞段以泥晶灰?guī)r、粉晶白云巖及殘余顆粒云巖為主，上部馬四1亞段以灰質云巖、粉晶白云巖、殘余顆粒云巖及藻云巖為主。由此可見，馬家溝組巖性在縱向上具有明顯的旋回性，表明其沉積受到多期次不同規(guī)模的震蕩性相對海平面變化的影響。

2 沉積差異性分析

在上述區(qū)域構造背景分析基礎上，依據8條野外露頭剖面、100余口鉆井巖心和巖石薄片觀察、測井巖石結構組分解釋、單因素圖分析及地震資料解譯結果，分析鄂爾多斯盆地不同區(qū)域沉積差異性及其控制因素，為馬四段巖相古地理恢復提供重要依據。

2.1 沉積巖性

8條野外露頭剖面和100余口鉆井巖心、薄片資料分析結果表明，馬四段巖性沿東西向具有明顯的差異：在中央古隆起區(qū)，巖性以細中晶白云巖及殘余藻砂屑云巖為主；中央古隆起東側桃利廟洼地以泥晶灰?guī)r及云質灰?guī)r為主，向東至榆林—志丹一帶以殘余粉砂屑云巖、粉晶白云巖為主，至盆地東部神木—米脂一帶以含云質泥晶灰?guī)r、泥粉晶白云巖和藻云巖為主。從巖石結構來看，中央古隆起和榆林—志丹一帶沉積巖石粒度較粗，特別是中央古隆起一帶粒度最粗，儲層孔隙也相對發(fā)育（圖3－A，3－C）；而在桃利廟和神木—米脂地區(qū)，沉積物粒度細，巖性致密，孔隙不發(fā)育（圖3－B，3－D）。因此，馬四段巖性在東西向上具有分帶展布的特點，尤以中央古隆起一帶最為突出。

圖3 鄂爾多斯盆地馬家溝組四段巖性特征Fig.3 Lithologic characteristics of the Member 4 of Majiagou Formation in Ordos Basin

測井定量識別技術已經成為沉積巖巖石結構研究的一種重要方法，對于碳酸鹽巖來說，定量識別巖石結構組分是精細沉積微相分析的關鍵 （李昌等，2022）。利用常規(guī)測井曲線，采用多礦物模型測井解釋、合成測井參數(shù)分析、聚類分析—神經網絡技術等進行計算，所得到的參數(shù)曲線能夠定量地表達巖石結構的變化，而巖石結構變化可以反映沉積環(huán)境水體能量的大小。60余口鉆井測井定量識別結果表明，馬四2亞段上部至馬四1亞段為粗粒結構巖石，反映了較強水動力條件下的顆粒灘沉積，而馬四3亞段為細粒結構巖石，是較安靜水體條件下沉積而成的（圖4）。

圖4 鄂爾多斯盆地城川1井馬家溝組四段巖石結構組分測井解釋柱狀圖Fig.4 Interpretation histogram of rock structure components of the Member 4 of Majiagou Formation from Well Chengchuan 1 in Ordos Basin

2.2 單因素特征

單因素是能夠獨立地反映沉積環(huán)境某些特征的因素，單因素的有無或多少均可獨立地定量反映沉積環(huán)境的某些側面特征。特定的巖性特征、古生物特征以及其他特征，如厚度、顆粒、特定的礦物、特定的化石和顏色等，均可作為單因素。通過對各單個剖面進行認真的巖石學和巖相學研究，取得可靠齊全的第一手定量資料，弄清各單個剖面各層段的沉積環(huán)境特征。在這些定量資料中，選擇出那些能獨立反映沉積環(huán)境某方面特征的因素，統(tǒng)計各剖面單因素的百分含量，做出相應的各種單因素基礎圖件。依據這些單因素圖，就可以從不同側面定量地反映該地區(qū)該層段的沉積環(huán)境特征 （馮增昭，2004）。

筆者重點選取馬家溝組四段的地層、白云巖、灰?guī)r、膏巖和顆粒巖厚度及其云地比等定量數(shù)據，通過對8條野外露頭剖面和100余口鉆井各單因素的定量統(tǒng)計，編制出相應的單因素圖。從馬四段厚度圖可以看出，中央古隆起—鄂托克旗—定邊地區(qū)馬四段沉積厚度大，最厚可達400余米，向東西兩側沉積厚度逐漸減?。▓D5－A）。白云巖厚度圖也表現(xiàn)出相似的分布特征，在鄂托克旗—定邊一帶白云巖地層厚度大，向東、西兩側白云巖地層厚度逐漸減?。▓D5－B）。此外，馬四段灰?guī)r在中央古隆起以西及盆地東部神木—米脂一帶厚度大，中央古隆起及其東側厚度??；粗結構顆粒巖在鄂托克旗—定邊和榆林—志丹2個條帶厚度大；膏巖發(fā)育在馬四1亞段，平面上主要分布于鄂爾多斯盆地東部。

通過對馬家溝組四段的地層厚度和白云巖厚度等單因素圖（圖5）分析，認為鄂爾多斯盆地馬家溝組四段平面分布具有明顯的差異性，表現(xiàn)為典型的東西分異和南北帶狀展布，以鄂托克旗—定邊地區(qū)所在的中央古隆起最為突出，總體具以中央古隆起為界、向東西兩側漸變的特點。

圖5 鄂爾多斯盆地馬家溝組四段單因素圖Fig.5 Single－factor map of the Member 4 of Majiagou Formation in Ordos Basin

3 沉積控制因素

3.1 古地貌

眾所周知，古地貌對沉積相帶展布具有重要的控制作用，不同的古地貌單元基本控制了不同的沉積微相分布。目前，恢復沉積古地貌的方法主要包括沉積學法、殘余厚度法、印模法、層拉平法等，每一種方法在進行古地貌恢復的過程中均具有自己的優(yōu)勢，但也存在一些不足，因此在具體問題分析時需要根據實際資料以及研究目的，選擇合適有效的古地貌恢復方法。針對鄂爾多斯盆地奧陶系馬家溝組已有的實際資料，筆者主要運用地質學、沉積學和地球物理學等多個學科領域的理論知識和方法，以野外露頭、鉆井、測井與地震資料等作為基礎，依據制作的60余口探井合成記錄，對地震剖面進行準確標定，綜合解釋二維地震剖面5.5×104km；結合層拉平法對地層構造進行精細解釋，利用殘厚法和印模法制作殘余地層厚度圖，總結不同巖性或巖相組合的地震響應特征，對馬家溝組四段沉積古地貌進行恢復（圖6）。

如圖6所示，鄂爾多斯盆地馬四段具有 “隆洼相間”的古地貌特征，發(fā)育2個古陸和2個古隆起，2個古陸分別為北部的阿拉善古陸和伊盟古陸，2個古隆起分別為中央古隆起和榆林—志丹低隆起。伊盟古陸向南延伸，變?yōu)?“L型”中央古隆起，沿鄂托克旗—環(huán)縣—慶陽—河津一線分布。自中央古隆起向東，依次發(fā)育桃利廟洼地、榆林—志丹低隆起和米脂洼地。中央古隆起并非一個等高的古隆起，在定邊地區(qū)明顯具有1個鞍部。榆林—志丹低隆起呈北東向展布，在中部也具有1個較為明顯的鞍部。受中央古隆起控制，鄂爾多斯盆地西南部主要發(fā)育祁連海沉積，盆地東部主要發(fā)育華北海沉積。

圖6 鄂爾多斯盆地馬家溝組四段沉積古地貌Fig.6 Sedimentary paleo-geomorphology of the Member 4 of Majiagou Formation in Ordos Basin

從鉆井揭示的顆粒灘發(fā)育程度來看，中央古隆起和榆林—志丹低隆起古地貌高部位顆粒灘沉積更發(fā)育。巖心及巖石薄片觀察顯示，顆粒灘以殘余粉砂屑云巖和殘余藻砂屑云巖為主，宏觀上常呈中厚層狀結構，顯微鏡下白云石以他形—半自形晶粒結構為主，白云石加大膠結一般不發(fā)育，具有霧心亮邊特征，常見原巖顆粒殘余結構。物性實驗分析和測井解釋表明，顆粒灘微相帶儲集層孔隙發(fā)育。此外，鄂爾多斯盆地東部米脂洼地內發(fā)育神木—米脂鹽隆凸起，巖心觀察顯示馬四段巖性為藻云巖，藻紋層和藻疊層石結構發(fā)育，常見生物擾動現(xiàn)象并形成斑狀云巖，顯微鏡下藻云巖和斑狀云巖的晶間孔和晶間溶孔發(fā)育。因此，馬四段沉積時期，古地貌對沉積相帶及有利儲集層的平面展布、有利勘探區(qū)帶優(yōu)選均具有重要的控制作用。

3.2 中央古隆起

從元古代到早古生代，鄂爾多斯盆地南部為秦嶺裂谷，西部為祁連—賀蘭裂谷 （趙重遠，1983）。隨著這些裂谷的周期性擴張，鄂爾多斯盆地本部發(fā)育了一個醒目的正向構造單元——中央古隆起。平面上，中央古隆起主要位于鄂托克旗—定邊—環(huán)縣—慶陽—黃陵一帶，主軸近南北向，南端于寧縣一帶向東轉向黃陵方向，整體具 “L”型展布特點?？臻g形態(tài)上，中央古隆起具西陡東緩、南陡北緩的古構造特征（圖7）。中央古隆起的核部位于鎮(zhèn)原—慶陽一帶，向北、向東均有一定范圍的延伸，其中向北延伸部分逐漸與伊盟古陸連為一體，具有南北隆起、中間呈 “鞍部”的特征。

圖7 鄂爾多斯盆地早古生代中央古隆起地震反射特征Fig.7 Seismic reflection characteristics of Central paleo-uplift during the Early Paleozoic in Ordos Basin

關于中央古隆起的成因，前人已做了大量研究工作。早期研究認為，中央古隆起是受賀蘭裂谷擴張引起的均衡作用導致裂谷肩發(fā)生翹升而形成的（趙重遠，1983），而后期研究認為，中央古隆起是受祁連海槽的向東擠壓應力和秦嶺海槽的向北擠壓應力共同作用形成的，其形成于寒武紀早期，先后經歷了臺內隆起和臺緣隆起2個階段，中晚寒武世至早奧陶世是中央古隆起發(fā)育的鼎盛時期。海西運動階段，中央古隆起仍然可見，但隆起幅度越來越小。至印支運動晚期，因北東—南西向擠壓應力增強，盆地東北部抬升、西南部沉陷，中央古隆起消亡 （解愛國等，2003；王慶飛等，2006；黃建松等，2005）。

從上述中央古隆起形態(tài)特征及其演化可以看出，中央古隆起在奧陶紀馬家溝期一直處于最大隆升狀態(tài)，并將鄂爾多斯盆地分割為西部祁連海域和東部華北海域。從沉積巖性和沉積厚度看，中央古隆起馬四段以中細晶白云巖、鮞粒云巖和砂屑云巖為主，為顆粒灘沉積，厚達400余米。其與中央古隆起東、西兩側沉積差異明顯，而這主要是因為馬四段沉積時，中央古隆起為古地貌高部位，水體較淺、日照充足、生物繁盛、碳酸鹽產率高，同時受波浪作用強烈，易于形成顆粒灘，在不斷加積作用下形成巨厚沉積體。鄂爾多斯盆地中東部馬四段主要發(fā)育局限臺地沉積，表明中央古隆起對海水貫通起到一定的阻隔作用。

4 巖相古地理及沉積模式

勘探實踐表明，鄂爾多斯盆地馬家溝組四段有利儲集層主要發(fā)育在臺緣顆粒灘、臺內顆粒灘及藻丘沉積中。綜合露頭、井—震資料及沉積控制因素，筆者恢復了馬四段3個亞段的巖相古地理，刻畫出有利沉積微相的平面展布，并建立了馬四段臺地—臺緣—盆地沉積模式。

4.1 沉積演化及臺內分異特征

馬四3亞段沉積時期，鄂爾多斯盆地南部繼承前期沉積格局，盆地北部開始由前期的 “平底鍋型”臺地向 “隆洼相間型”臺地轉換，但還沒有完全轉換，這可能與賀蘭海槽的發(fā)育有關。由于該時期是馬家溝組最大海侵期，榆林—志丹低隆起淹沒于水下較深處，沉積微相展布受低隆起的障壁效應影響較弱，僅局部發(fā)育臺內顆粒灘，因此沉積相展布仍然具東西向分異、南北向條帶環(huán)狀分布的特征，自中央古隆起向東依次發(fā)育臺地邊緣顆粒灘、白云巖坪、灰云坪和云灰坪沉積，在桃利廟凹陷發(fā)育云灰坪沉積，在盆地東部神木—米脂一帶云灰坪內部發(fā)育南北向條帶狀展布的藻丘沉積（圖8－A）。

馬四2亞段沉積時期，受賀蘭海槽進一步拉張作用影響，鄂爾多斯盆地中東部沉積格局已經轉換為明顯的 “隆洼相間型”臺地。受短周期相對海平面下降影響，除中央古隆起臺地邊緣帶發(fā)育厚層臺緣顆粒灘沉積外，在盆地中部榆林—志丹低隆起帶開始廣泛發(fā)育臺內顆粒灘沉積，其沿古地貌呈斷續(xù)條帶狀分布，巖性以砂屑白云巖和粉細晶白云巖為主，含少量鮞粒白云巖。中央古隆起臺緣帶東側桃利廟及盆地東部神木—米脂地區(qū)水體較深，海水鹽度正常，發(fā)育云灰坪沉積，巖性以泥晶灰?guī)r和含云斑泥晶灰?guī)r為主，夾泥粉晶白云巖薄層。在神木—米脂一帶云灰坪內部，繼承性發(fā)育南北向條帶狀展布的藻丘沉積（圖8－B）。

馬四1亞段沉積時期，隨著相對海平面持續(xù)緩慢下降，受中央古隆起臺地邊緣帶和東部離石隆起控制，鄂爾多斯盆地內海水連通性進一步降低。中央古隆起臺地邊緣帶繼續(xù)發(fā)育厚層臺緣顆粒灘沉積，盆地中部灰云坪及云灰坪沉積范圍已極大地縮小至桃利廟凹陷內，其他地區(qū)大面積發(fā)育白云巖坪。在榆林—志丹低隆起帶，依然發(fā)育北東向展布的臺內顆粒灘沉積。至神木—米脂地區(qū)則發(fā)育含膏云坪沉積，其內部繼承性發(fā)育南北向條帶狀展布的藻丘沉積（圖8－C）。

此外，3個亞段沉積時期，中央古隆起臺地邊緣帶以西地區(qū)均以祁連海域海水補給為主，海水濃度正常，依次發(fā)育內緩坡和外緩坡沉積。

從巖相古地理恢復及沉積演化分析可以看出，鄂爾多斯盆地馬四段沉積相具有4個特點：（1）受中央古隆起控制，在鄂托克旗—定邊—慶陽一帶發(fā)育巨厚臺地邊緣帶沉積；（2）受中央古隆起和東部呂梁隆起控制，盆地內部馬四段發(fā)育局限臺地沉積，主要發(fā)育云坪、灰云坪、云灰坪以及臺內顆粒灘、藻丘沉積；（3）受隆洼相間沉積古地貌控制，盆地內部馬四段沉積相帶具有東西分異、南北呈帶狀展布的特點；（4）盆地中部榆林—志丹低隆起繼承性發(fā)育臺內顆粒灘，盆地東部神木—米脂地區(qū)繼承性發(fā)育臺內藻丘沉積。

4.2 沉積模式

馬家溝組四段沉積期，由于”L”型中央古隆起阻斷了海水自西部賀蘭坳拉槽和南部秦嶺海槽的補給，鄂爾多斯盆地內海水的補給主要來自于東部華北海，但受到柳林一帶離石水下隆起的阻擋（周進高等，2011），海水補給量小，速度亦較慢，導致盆地中東部海水循環(huán)性減弱，形成較為封閉的局限臺地環(huán)境（圖9）。古地理特征顯示，該時期鄂爾多斯盆地北部為阿拉善古陸和伊盟古陸，向南延伸至鄂托克前旗西；盆地南部為慶陽古陸，向北延伸至定邊西，向東延伸至黃龍，總體構成一個”L”型正向隆起；盆地東部離石地區(qū)為離石隆起；這些古陸和隆起在古地理上均表現(xiàn)為高古地貌單元。盆地西部和南部處于秦祁海槽和賀蘭拗拉槽部位，在古地理上表現(xiàn)為低古地貌單元。在盆地中東部中央古隆起以東地區(qū)，仍然表現(xiàn)為次一級凸凹相間的古地理特征，其中榆林—志丹一帶為凸起，兩側烏審旗南和米脂一帶為凹地。上述多隆多洼的古地理格局，是控制鄂爾多斯盆地馬家溝組四段巖相古地理和沉積微相展布的主要因素。

圖9 鄂爾多斯盆地馬家溝組四段沉積時期古地理格局Fig.9 Palaeogeographic pattern during the depositional stage of Member 4 of Majiagou Formation in Ordos Basin

綜上所述，筆者建立了鄂爾多斯盆地奧陶系馬家溝組四段沉積模式（圖10）。馬家溝組四段為局限臺地沉積，在中央古隆起所處的鄂托克旗—定邊—慶陽一帶發(fā)育典型的碳酸鹽巖臺地邊緣帶顆粒灘沉積，巖性結構粗，厚度巨大，地震剖面表現(xiàn)為丘狀弱振幅、欠連續(xù)的反射特征。在中央古隆起東側桃利廟地區(qū)，巖性結構細，沉積厚度明顯減小，顯示為臺內洼地沉積；至榆林—志丹一帶，巖性結構較粗，沉積厚度略有增大，地震剖面表現(xiàn)為層狀弱振幅、欠連續(xù)的反射特征，為一套臺內顆粒灘沉積；至盆地東部神木—米脂地區(qū)，巖性結構再次變細，發(fā)育藻紋層和藻疊層石結構，沉積厚度減小，部分地區(qū)地震剖面表現(xiàn)為層狀弱振幅、欠連續(xù)的反射特征，為灰泥丘或藻席沉積。中央古隆起西側為祁連海域，自古隆起向西依次發(fā)育內緩坡、外緩坡沉積 （圖11）。

圖10 鄂爾多斯盆地馬家溝組四段沉積模式Fig.10 Sedimentary model of the Member 4 of Majiagou Formation in Ordos Basin

圖11 鄂爾多斯盆地馬家溝組四段巖相古地理及有利勘探區(qū)帶預測Fig.11 Lithofacies palaeogeography and favorable exploration zones of the Member 4 of Majiagou Formation in Ordos Basin

5 有利勘探區(qū)帶預測

不同的沉積微相，為儲集層的發(fā)育提供了不同的物質基礎。顆粒灘微相因巖石為粗粒結構，沉積早期存在的較多原生粒間孔在白云化后易于保存下來，這也為晚期表生或埋藏期溶蝕作用提供重要滲濾通道，最終形成多種類型的孔隙。臺內藻丘或藻席微相以微生物藻云巖沉積為主，巖性主要為細粉晶白云巖，巖心上可見各種類型的藻疊層石、藻紋層等沉積構造，局部見鳥眼構造，露頭剖面上可以看出丘狀沉積結構，受早表生期大氣淡水溶蝕作用，藻屑等易溶物質被溶蝕后可形成有效的儲集空間。泥質云坪、灰云坪及云灰坪沉積巖性致密，原始有效孔隙偏低，且遭受了成巖壓實、膠結作用，難以發(fā)生有效的早期白云石化和溶蝕作用，不利于后期孔隙的形成。

鉆探表明，馬家溝組四段有利儲集層主要發(fā)育在中央古隆起臺緣顆粒灘帶及榆林—志丹低隆起臺內顆粒灘帶，儲集層巖性以粉砂屑云巖和藻砂屑云巖為主，次為鮞粒云巖，儲集空間主要為粒間孔、粒間溶孔、晶間孔和晶間溶孔，孔隙度可達3%～12%。此外，神木—米脂地區(qū)發(fā)育南北向展布的臺內藻丘或藻席沉積，這也是儲集層發(fā)育的有利微相，如獲得高產工業(yè)氣流的米探1井產氣層段正是發(fā)育于該類沉積微相中。

從其他成藏條件看，鄂爾多斯盆地中東部奧陶系具備石炭系—二疊系煤系地層烴源巖和馬家溝組自身海相烴源巖雙源供烴 （黃第藩等，1996；王傳剛等，2009；姚涇利等，2016），氣源充足。馬四段的上覆地層馬五段發(fā)育廣泛分布的膏鹽巖蓋層，厚度大，微觀封閉性強，為有效區(qū)域性蓋層。根據地震解譯，馬四段在構造及成巖演化過程中主要形成構造和巖性2類圈閉，前者主要包括背斜、斷背斜和鼻狀構造等，后者一般是由具有良好孔滲性的顆粒灘白云巖體在上傾方向或者四周被非滲透性巖層 （如膏鹽巖和泥灰?guī)r等）所圍限而形成，主要表現(xiàn)為白云巖上傾尖滅、顆粒灘巖性體、灰?guī)r中顆粒灘透鏡體和膏鹽巖披覆顆粒灘體等形式。

通過對米探1井氣藏解剖，初步認為古隆起和斷裂帶控制了鄂爾多斯盆地中東部奧陶系馬家溝組四段天然氣成藏與富集。受拉張構造應力作用，馬四段沉積時盆地內部形成隆洼相間的古地理格局，臺內隆起帶既控制了顆粒灘和生物丘等有利微相的展布，也控制了優(yōu)質白云巖儲集層的發(fā)育，之后雖然經歷了印支期和燕山期構造抬升和反轉，但鄂爾多斯盆地內部并沒有發(fā)生差異性升降，沉積期形成的古隆起得以完好地保存下來，至喜馬拉雅期，天然氣大規(guī)模運移至古隆起成藏富集。此外，晚加里東期，鄂爾多斯盆地中東部發(fā)育2個北東向斷裂帶（橫山—靖邊斷裂帶和神木—米脂斷裂帶），斷層既溝通了馬家溝組內部海相氣源的運移，也為圈閉側向遮擋提供了重要條件，易于形成構造—巖性復合型圈閉，為馬四段天然氣成藏富集提供重要場所。

綜上所述，馬四段成藏條件優(yōu)越。依據沉積相帶及有利儲集層發(fā)育情況，結合現(xiàn)今構造特征及圈閉條件，預測馬家溝組四段榆林—志丹低隆起臺內顆粒灘有利區(qū)、神木—米脂臺內藻丘有利區(qū)2個天然氣成藏有利勘探區(qū)帶，總面積6.5×104km2（圖11）。

榆林—志丹低隆起臺內顆粒灘有利勘探區(qū)儲集層雖然沒有中央古隆起臺緣顆粒灘有利勘探區(qū)發(fā)育，但顆粒云巖儲集層孔隙度也達2%～8%，厚度達幾米至十幾米，是一套有效的白云巖儲集層。另外，其東側過渡為云灰坪沉積，巖性較為致密，可以形成良好的遮擋條件，且上覆馬五10亞段膏鹽巖為有效蓋層，易于形成有效的巖性圈閉。同時，低隆起內部也能形成斷背斜等構造圈閉。目前，該區(qū)帶已發(fā)現(xiàn)桃37、統(tǒng)51等多口低產氣井，展示出良好的勘探前景。

神木—米脂臺內藻丘有利勘探區(qū)主要發(fā)育藻云巖儲集層，儲集層基質孔隙度普遍為2%～5%。受加里東期北東向斷裂及鹽構造影響，微裂縫發(fā)育，既是有效的儲集空間，同時也提高了儲集層的滲透性。此外，鄂爾多斯盆地東部總體以云灰坪沉積為主，內部藻云坪或藻丘在巖溶作用下形成重要的儲集層，側向均為致密灰?guī)r沉積，從而形成有效的巖性圈閉，在晚期鹽隆構造作用下，也發(fā)育背斜型構造圈閉。目前，該區(qū)帶已發(fā)現(xiàn)米104、神100、神103等多口低產氣井，特別是近期米探1井獲得35.24萬立方米高產氣流，展示出該區(qū)帶具有巨大的勘探潛力。

6 結論

1）鄂爾多斯盆地奧陶系臺地邊緣帶沉積主要發(fā)育在奧陶系馬家溝組四段，其受中央古隆起控制，呈 “L”型沿鄂托克旗—定邊—慶陽—黃陵一帶展布。

2）受中央古隆起及臺地內隆洼相間古地貌控制，鄂爾多斯盆地內部馬四段為局限臺地沉積，沉積相帶具有東西分異、南北呈帶狀展布的特點，隆起帶控制了臺內顆粒灘、微生物丘有利微相的展布。

3）古隆起和斷裂帶控制了鄂爾多斯盆地中東部馬家溝組四段天然氣成藏與富集，古隆起帶儲集體發(fā)育，斷裂帶溝通了天然氣運移，共同形成良好的構造—巖性復合型圈閉。

4）預測馬四段具2個天然氣成藏有利區(qū)，分別是榆林—志丹低隆起臺內顆粒灘有利勘探區(qū)和神木—米脂臺內藻丘有利勘探區(qū)，有利勘探區(qū)面積6.5×104km2。