周進(jìn)高等：鄂爾多斯盆地寒武系—奧陶系深層海相碳酸鹽巖構(gòu)造—巖相古地理特征
刊出時(shí)間:2020
作者簡(jiǎn)介：周進(jìn)高，1967 年生，正高級(jí)工程師，博士；主要從事碳酸鹽巖沉積儲(chǔ)層及油氣地質(zhì)綜合評(píng)價(jià)等方面的研究工作，已發(fā)表論文70 余篇、出版專著7 部。地址：（310023）浙江省杭州市西溪路920 號(hào)。ORCID:0000-003-4064-361X。
E-mail：zhoujg_hz@petrochina.com.cn
周進(jìn)高1,2 席勝利3 鄧紅嬰1 于 洲1
劉新社3 丁振純1 李維嶺1 唐 瑾4
1. 中國(guó)石油杭州地質(zhì)研究院
2. 中國(guó)石油天然氣集團(tuán)有限公司碳酸鹽巖重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室
3. 中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田公司
4. 中國(guó)石油大學(xué)（北京）
摘 要：多年來(lái)，海相碳酸鹽巖構(gòu)造—巖相古地理研究成果在鄂爾多斯盆地油氣勘探部署工作中發(fā)揮了重要的作用，然而，限于資料和認(rèn)識(shí)程度，原有的沉積相圖難以滿足該區(qū)深層海相碳酸鹽巖油氣藏勘探開(kāi)發(fā)發(fā)展的需求。為此，在分析該盆地古地貌背景的基礎(chǔ)上，運(yùn)用新的鉆井和地震資料，結(jié)合巖相識(shí)別技術(shù)，通過(guò)編制深層中寒武統(tǒng)張夏組和下奧陶統(tǒng)馬家溝組構(gòu)造—巖相古地理圖，分析了張夏期和馬家溝期的古地理特征，建立了兩期沉積模式，研究了古地理對(duì)儲(chǔ)層發(fā)育和分布的控制作用。研究結(jié)果表明：①?gòu)埾慕M沉積期具有“三隆四坳”古地理背景，隆坳背景受前震旦系裂陷的影響，呈北東向展布，坳陷區(qū)演化為深水海灣或臺(tái)內(nèi)洼地，隆起區(qū)演化為碳酸鹽巖臺(tái)地，隆坳轉(zhuǎn)折帶和古隆起周圍發(fā)育鮞粒灘，構(gòu)成張夏組有利的儲(chǔ)集相帶；②馬家溝組沉積期具有“三隆兩凹一凸”的古地理格局，主要呈南北向展布，古隆具有重要的障壁作用，海侵期沿古隆發(fā)育灘和坪、坳陷發(fā)育成潟湖，海退期古隆暴露、坳陷則演化為膏鹽湖，膏云坪是有利的儲(chǔ)集相帶，潟湖成為蓋層發(fā)育的重要場(chǎng)所；③構(gòu)造—巖相古地理控制了儲(chǔ)層沉積背景和物質(zhì)基礎(chǔ)，對(duì)早期白云石化和巖溶作用改造的范圍和程度具有重要影響，從而控制有利儲(chǔ)層宏觀分布；④張夏組鑲邊臺(tái)地沉積模式和馬家溝組障壁臺(tái)地沉積模式揭示張夏組存在著3 種潛在的油氣成藏組合、馬家溝組存在著2 種油氣成藏組合。結(jié)論認(rèn)為，張夏組風(fēng)化殼，以及馬家溝組上組合風(fēng)化殼、中下組合顆粒灘是該盆地有利的油氣勘探方向。
關(guān)鍵詞：鄂爾多斯盆地；寒武紀(jì)；奧陶紀(jì)；深層海相碳酸鹽巖；構(gòu)造—巖相古地理；沉積模式；儲(chǔ)集層分布；油氣勘探方向
我國(guó)的巖相古地理研究可以追索到20 世紀(jì)40 年代，其歷程大致經(jīng)歷了4 個(gè)階段。第一階段從起步到1955 年，以黃汲清[1] 和劉鴻允[2] 等為代表，主要基于巖石地層學(xué)，以構(gòu)造層或系、統(tǒng)為單元的粗線條巖相古地理編制階段；第二階段為1956—1985 年，以關(guān)士聰[3]、王鴻禎等[4] 為代表，以生物地層學(xué)為指導(dǎo)，結(jié)合巖石地層學(xué)，以統(tǒng)或組為單元成圖；第三階段為1986—1997 年，以劉寶珺[5]、馮增昭[6-7]、賈承造[8] 等為代表，以板塊構(gòu)造為指導(dǎo)，基于生物地層學(xué)和年代地層學(xué)，主要以組為單元編圖；第四階段從1998 年至今，以板塊構(gòu)造和層序地層學(xué)為指導(dǎo)，以三級(jí)層序或體系域?yàn)閱卧蓤D，主要以趙文智[9]、馬永生[10]、鄭和榮[11] 等為代表。前人對(duì)鄂爾多斯盆地海相碳酸鹽巖巖相古地理做了大量的工作，其中，馮增昭的工作奠定了基礎(chǔ)，侯方浩等[12]、楊華等[13]、周進(jìn)高等[14]、李文厚等[15] 等在此基礎(chǔ)上又提出新的認(rèn)識(shí)，對(duì)其進(jìn)行了豐富和完善，在下奧陶統(tǒng)馬家溝組風(fēng)化殼天然氣勘探中發(fā)揮了重要作用。然而，隨著勘探向深層發(fā)展，限于資料基礎(chǔ)和認(rèn)識(shí)程度，以往的巖相古地理圖件已無(wú)法滿足新的勘探需求。為此，筆者所在的研究團(tuán)隊(duì)依托國(guó)家和中國(guó)石油的研究專項(xiàng)，運(yùn)用新的鉆井和地震資料，結(jié)合巖相識(shí)別技術(shù)，對(duì)鄂爾多斯盆地深層海相碳酸鹽巖開(kāi)展了持續(xù)的攻關(guān)，在構(gòu)造—巖相古地理方面取得新進(jìn)展。筆者以盆地主要勘探層中寒武統(tǒng)張夏組、下奧陶統(tǒng)馬家溝組為例，通過(guò)編制鄂爾多斯盆地張夏組和馬家溝組構(gòu)造—巖相古地理圖，探討了海相碳酸鹽巖構(gòu)造—巖相古地理的基本特點(diǎn)及其對(duì)儲(chǔ)層發(fā)育和分布的控制作用，以期為鄂爾多斯盆地深層碳酸鹽巖有利勘探區(qū)帶的評(píng)價(jià)提供理論依據(jù)，為推動(dòng)該盆地深層碳酸鹽巖領(lǐng)域的油氣勘探突破提供技術(shù)支撐。1 地質(zhì)背景
鄂爾多斯盆地是我國(guó)重要的海相碳酸鹽巖含油氣盆地，其海相碳酸鹽巖主要發(fā)育在下奧陶統(tǒng)馬家溝組和上寒武統(tǒng)三山子組、中寒武統(tǒng)張夏組[16-19]。馬家溝組為一套碳酸鹽巖和蒸發(fā)巖沉積，由下至上細(xì)分為馬一至馬六6 個(gè)巖性段，其中馬五段自上而下又細(xì)分為10 個(gè)亞段；馬家溝組按儲(chǔ)蓋組合細(xì)分為3 套，馬五1 亞段—馬五4 亞段為上組合，馬五5 亞段—馬五10亞段為中組合，馬四段—馬一段為下組合；馬一、馬三、馬五段以白云巖和膏鹽巖為主，代表高位域沉積，馬二、馬四、馬六段以石灰?guī)r為主夾白云巖，代表海侵域沉積，殘余厚度介于0 ～ 600 m ；三山子組和張夏組為一套鮞粒云巖和粉—細(xì)晶云巖，夾石灰?guī)r，厚度介于0 ～ 500 m（圖1）。1989 年，陜參1 井在馬家溝組風(fēng)化殼獲得突破，至今已在馬家溝組上組合累計(jì)探明天然氣地質(zhì)儲(chǔ)量6 500×108 m3。近年來(lái)，又先后在中組合的馬五6、馬五7、馬五9 亞段以及馬四、馬三段和寒武系等層位取得新的突破，揭示了該盆地海相碳酸鹽巖具有良好的油氣勘探潛力。
圖1 鄂爾多斯盆地海相地層簡(jiǎn)要圖
2 張夏組構(gòu)造—古地理特征
張夏期構(gòu)造和巖相分異清晰，代表了寒武系碳酸鹽巖構(gòu)造—巖相古地理的典型特點(diǎn)，顯示先期塹壘構(gòu)造和古隆起對(duì)碳酸鹽巖沉積及相帶展布具有重要的控制作用。2.1 “三隆四坳”古地理背景
鄂爾多斯盆地位于華北地臺(tái)的西緣，北為伊盟古陸，西為與祁連海相連的西部大陸邊緣盆地，南為與秦嶺洋相連的南部大陸邊緣盆地，東與華北地臺(tái)本部相連。張夏沉積時(shí)，鄂爾多斯盆地范圍內(nèi)具有“三隆四坳”構(gòu)造格局，“三隆”分別是盆地西南緣的鎮(zhèn)原古隆、盆地中部的橫山凸起和東部的柳林低隆，“四坳”分別是西部的賀蘭坳陷和定邊坳陷，東北部的臨縣坳陷，東南部的黃陵—銅川坳陷（圖2）。對(duì)四川盆地德陽(yáng)—安岳裂陷和梁平—開(kāi)江海槽的研究結(jié)果顯示，古裂陷往往具有多期活動(dòng)并對(duì)后期沉積具有一定控制作用[20-22]。據(jù)前人研究認(rèn)為，鄂爾多斯盆地長(zhǎng)城系發(fā)育系列大致北東向展布的裂谷[23-25]，平面上具有塹壘相間的構(gòu)造格局（圖3），由北而南依次是賀蘭裂谷、定邊裂谷、晉陜裂谷等。對(duì)比圖2 和圖3可以看出，賀蘭和定邊坳陷與長(zhǎng)城系賀蘭和定邊裂谷位置一致，而黃陵—銅川坳陷與晉陜裂谷位置一致，也揭示早期裂谷對(duì)寒武系張夏組沉積仍然具有影響。
2.2 張夏期構(gòu)造—巖相古地理特征
寒武紀(jì)早期，隨著海侵，首先在坳陷區(qū)接受沉積，但分布范圍有限；中寒武世徐莊期，在大規(guī)模海侵作用影響下，盆地范圍內(nèi)廣泛接受沉積，隆坳格局和相帶分異開(kāi)始凸顯，張夏期尤為明顯。如圖4所示，張夏期構(gòu)造—巖相古地理具有以下3 方面特點(diǎn)：①發(fā)育兩類顆粒灘；②顆粒灘沿臺(tái)地邊緣、臺(tái)洼邊緣和古隆起周圍分布；③顆粒灘是有利的儲(chǔ)集相帶。圖4 鄂爾多斯盆地寒武紀(jì)張夏期構(gòu)造—巖相古地理圖
2.2.1 兩類顆粒灘
研究結(jié)果揭示，張夏組發(fā)育臺(tái)緣灘和臺(tái)內(nèi)灘兩種類型。臺(tái)緣灘厚度大，一般大于150 m。以上韓剖面為例（圖4、5），張夏組厚度為300 m，其中鮞粒灘厚度為260 m，底部由灰色泥巖、深灰色薄層泥晶灰?guī)r或夾礫屑灰?guī)r組成，向上為厚層塊狀鮞粒云巖，灘相中上部基本白云石化。張夏組測(cè)井曲線顯示臺(tái)緣灘具有低自然伽馬（10 ～ 50 API）、高電阻（10 000 ～ 100 000 Ω·m）的測(cè)井響應(yīng)特征；鏡下觀察顯示，臺(tái)緣灘主要由鮞粒云巖和鮞粒灰?guī)r組成，鮞粒大小介于0.7 ～ 1.5 mm，分選較好，白云石化大多呈現(xiàn)晶粒結(jié)構(gòu)，顆粒形態(tài)清晰可見(jiàn)，部分鮞粒邊緣模糊，殘留顆粒幻影，少量鮞粒可見(jiàn)放射狀和圈層結(jié)構(gòu)，巖石總體膠結(jié)較強(qiáng)，殘余少量粒間孔，見(jiàn)溶蝕孔洞（圖6-a、b）。臺(tái)內(nèi)灘包括臺(tái)洼邊緣灘和古隆周圍淺灘，其特點(diǎn)與臺(tái)緣灘大同小異，主要區(qū)別在于臺(tái)內(nèi)灘體的單層厚度和總厚度變薄，臺(tái)內(nèi)灘總厚度通常不足100 m ；其次是臺(tái)內(nèi)灘鮞粒變細(xì)，一般介于0.3 ～ 0.8 mm（圖6-c）；古隆周緣灘體白云石化強(qiáng)，臺(tái)洼邊緣灘云化明顯變?nèi)酢ｎw粒灘的發(fā)育與白云石化特點(diǎn)與四川盆地洗象池組、棲霞組—茅口組類似[26-28]。
2.2.2 隆坳格局控制灘體分布
由圖4 可知，兩類顆粒灘的發(fā)育明顯受隆坳格局的控制。臺(tái)緣灘發(fā)育在華北地臺(tái)向秦祁海槽過(guò)渡的坡折上，沿布1 井—李華1 井—定探1 井—沙探1井—牛心山—麟探1 井—淳探1 井—平1 井—西磑口一帶展布，受定邊裂谷和晉陜裂谷的影響，臺(tái)緣帶向臺(tái)內(nèi)延伸；臺(tái)內(nèi)灘主要受古隆起和臺(tái)洼的控制，圍繞鎮(zhèn)原古隆起、橫山凸起以及臨縣臺(tái)洼和黃陵—宜川臺(tái)洼邊緣發(fā)育，圍繞古隆起的臺(tái)內(nèi)灘完全白云石化，而環(huán)洼地發(fā)育的臺(tái)內(nèi)灘部分白云石化。2.2.3 顆粒灘是有利儲(chǔ)集相帶
野外剖面和已有鉆井揭示，張夏組儲(chǔ)集層的巖性為鮞粒云巖，鮞粒灘是有利儲(chǔ)集相帶。據(jù)568 個(gè)樣品測(cè)試結(jié)果，孔隙度分布主要介于2.5% ～ 7.5%，約占總樣品的60%，126 個(gè)樣品顯示滲透率集中介于0.1 ～ 1.0 mD，約占總樣品的62%，表現(xiàn)為低孔隙度、低滲透率儲(chǔ)層特點(diǎn)。從儲(chǔ)層的分布看，其主要分布在張夏組的上部，即顆粒灘的頂部，反映儲(chǔ)層的形成受高頻海平面變化及表生巖溶改造的影響。這種發(fā)育特點(diǎn)與四川盆地龍王廟組、棲霞組—茅口組、長(zhǎng)興組—飛仙關(guān)組儲(chǔ)層類似[28-34]，其有利儲(chǔ)層分布規(guī)律也基本一致，主要圍繞古隆起周圍和沿臺(tái)緣帶展布。3 馬家溝組構(gòu)造—巖相古地理特征
寒武紀(jì)末，懷遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)造成華北地臺(tái)整體隆升，使得鄂爾多斯盆地普遍遭受剝蝕[35]。與此同時(shí)，隆坳構(gòu)造格局由北東向轉(zhuǎn)變?yōu)槟媳毕颍瑠W陶系在此背景下接受沉積，早奧陶世冶里—亮甲山期主要分布在盆地周緣，至馬家溝期早期，除中央隆起外，盆地內(nèi)普遍有所沉積，馬家溝晚期，華北海與祁連海貫通，整個(gè)盆地均接受沉積，構(gòu)造和巖性分異也更為清晰，呈現(xiàn)出多級(jí)古隆起控灘及多級(jí)障壁作用的特點(diǎn)。3.1 “三隆兩凹一凸”構(gòu)造背景
利用地震—鉆井資料，采取殘余厚度并結(jié)合地層接觸關(guān)系綜合恢復(fù)馬家溝早期和晚期構(gòu)造古地理面貌（圖7），圖7-a 是馬家溝早期古地貌格局，北為伊盟古陸，西南為鎮(zhèn)原隆起，兩者構(gòu)成所謂的“L”形中央古隆起[36]，中東部為鄂爾多斯坳陷，再往東為呂梁低隆起，鄂爾多斯坳陷又可進(jìn)一步分為米脂凹陷、桃利廟凹陷和橫山凸起，總體表現(xiàn)為“三隆兩凹一凸”的特點(diǎn)。馬家溝早期桃利廟凹陷范圍很小，橫山凸起位于烏審旗—靖邊一帶，米脂凹陷范圍廣，北至神木，南到宜川，占據(jù)了坳陷的大部分地區(qū)；圖7-b 是馬家溝晚期古地理格局，總體格局與早期一致，但顯示米脂凹陷明顯變小，局限在佳縣—柳林一帶，而桃利廟凹陷范圍擴(kuò)大，占據(jù)了鄂托克前旗—靖邊的廣大地區(qū)，橫山凸起也向東遷移至榆林—橫山一帶，呂梁低隆起向東遷移出盆地范圍。圖7 鄂爾多斯盆地馬家溝組早期、晚期沉積時(shí)古地貌圖
3.2 馬家溝期構(gòu)造—巖相古地理
從古地貌分析可以看出，馬家溝沉積時(shí)具有多級(jí)隆坳背景，中央古隆起介于華北地臺(tái)與秦祁海槽之間，早期以古陸形式存在，分隔了兩大海域，晚期表現(xiàn)為水下隆起，成為華北地臺(tái)與秦祁海槽之間的構(gòu)造障壁[14]。因此，鄂爾多斯盆地范圍內(nèi)馬家溝期巖相古地理總體呈現(xiàn)出障壁碳酸鹽巖臺(tái)地的特點(diǎn)[37]，其中的隆凹對(duì)灘體和膏鹽巖沉積具有重要控制作用。筆者以馬三段和馬四段為例探討馬家溝早期和晚期構(gòu)造—巖相古地理特征，分別代表馬家溝組高位域和海侵域的沉積特點(diǎn)。3.2.1 馬三期構(gòu)造—巖相古地理
馬三段是馬家溝早期高位域沉積的典型代表，其相帶展布嚴(yán)格受古地理背景的控制。從地震剖面看，在祁連海域，馬三段由西向東超覆于中央古隆起，而在華北地臺(tái)則由東向西和由南向北分別超覆于中央隆起和伊盟古陸。受中央古隆起、呂梁低隆和橫山凸起等障壁作用的影響，在強(qiáng)烈蒸發(fā)作用下，米脂凹陷演化為膏鹽潟湖環(huán)境，沉積了大套的石膏和巖鹽（圖8-a），環(huán)繞膏鹽湖周緣是白云巖坪，近膏鹽湖為含膏白云巖坪（圖8-b），而近古陸或古隆起區(qū)為泥質(zhì)云坪（圖9-a）。值得注意的是，在桃利廟附近存在一個(gè)規(guī)模較小的泥云質(zhì)潟湖（圖7-a）；中央隆起西南側(cè)，由于直接與秦祁海槽相連，水體含鹽度正常，表現(xiàn)為開(kāi)闊臺(tái)地沉積，主要為一套灰色泥晶灰?guī)r（圖8-c）或含陸源碎屑的泥晶灰?guī)r。
圖9 鄂爾多斯盆地馬三期和馬四期構(gòu)造—巖相古地理圖
3.2.2 馬四期構(gòu)造—巖相古地理
馬四段是馬家溝組最大一期海侵沉積，代表了馬家溝晚期海侵域典型的巖相古地理特點(diǎn)。該時(shí)期，華北海越過(guò)中央古隆起與秦祁海槽完全溝通，中央古隆起作為水下隆起，對(duì)水體分隔已不起作用，但由于地貌高，水體相對(duì)較淺，水動(dòng)力條件變強(qiáng)，成為臺(tái)地邊緣相帶，沉積了大套顆粒巖（圖9-b）。以定探1 井為例，馬四段顆粒巖厚達(dá)260 m，主要由砂屑灰?guī)r和鮞粒灰?guī)r夾泥晶灰?guī)r組成，因強(qiáng)烈白云石化，目前已轉(zhuǎn)化為殘余顆粒云巖和粉—細(xì)晶云巖（圖8-d），縱向上具有多個(gè)旋回疊置的特征；中央古隆起以西和以南地區(qū)演化為斜坡—盆地環(huán)境，主要以薄層泥晶灰?guī)r、薄層“疙瘩”狀石灰?guī)r為主（圖8-e），夾重力流成因的中厚層顆粒灰?guī)r和礫屑灰?guī)r；中央古隆起中東部為局限臺(tái)地，沿古隆起東側(cè)和榆林—橫山凸起等古地貌高的位置，發(fā)育臺(tái)內(nèi)顆粒灘和潮坪微相，部分白云石化（圖8-f）；而在桃利廟和米脂坳陷區(qū)則演化為臺(tái)內(nèi)洼地相帶，以泥質(zhì)泥晶灰?guī)r、“疙瘩”狀石灰?guī)r夾風(fēng)暴成因的薄層生屑灰?guī)r為主，基本未云化（圖9-b）。3.2.3 有利儲(chǔ)集相帶
馬家溝組海侵域和高位域發(fā)育的有利儲(chǔ)集相帶截然不同。海侵域?qū)僬：Ｋ练e，有利相帶主要是顆粒灘相，包括臺(tái)緣灘和臺(tái)內(nèi)灘。以馬四段為例，臺(tái)緣灘厚度大，白云石化作用強(qiáng)，儲(chǔ)集物性好，平均孔隙度為4.6%（63 個(gè)樣品），平均滲透率為9.00 mD（53個(gè)樣品），儲(chǔ)層分布在烏海—鄂托克旗—鄂托克前旗—環(huán)縣一帶；臺(tái)內(nèi)灘單層厚度和累積厚度遠(yuǎn)不如臺(tái)緣灘，白云石化作用也較弱，儲(chǔ)層平均孔隙度為3.7%（17個(gè)樣品），平均滲透率為0.15 mD（17 個(gè)樣品），儲(chǔ)層分布在榆林—橫山—延安一帶。高位域因強(qiáng)烈蒸發(fā)作用，海水含鹽度變高，有利儲(chǔ)集相帶為含膏白云巖坪，其中石膏晶體和結(jié)核在暴露期間被淡水溶蝕形成晶模孔和膏模孔而成為儲(chǔ)層。據(jù)實(shí)驗(yàn)分析，該類儲(chǔ)層物性好，孔隙度主要介于4.0% ～ 10.0%，滲透率主要介于0.01 ～ 0.50 mD，屬中孔隙度、低滲透率儲(chǔ)層，主要環(huán)繞膏鹽湖分布，儲(chǔ)層分布在伊金霍洛旗—定邊—吳起—宜川—石樓—臨縣—府谷廣大地區(qū)。4 構(gòu)造—巖相古地理對(duì)成儲(chǔ)影響
構(gòu)造—巖相古地理對(duì)儲(chǔ)層的沉積和成巖改造具有重要影響，體現(xiàn)在兩個(gè)方面：①控制了有利儲(chǔ)集相帶的發(fā)育，為儲(chǔ)層形成奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)[38] ；②控制了早期白云石化和巖溶改造的范圍和程度，從而控制儲(chǔ)層的質(zhì)量和分布。前面已討論了古地理背景對(duì)張夏組和馬家溝組有利儲(chǔ)集相帶的控制，下面則主要探討構(gòu)造—古地理對(duì)成巖改造的影響。4.1 構(gòu)造—巖相古地理對(duì)早期白云石化的影響
眾所周知，高鎂鈣比值流體的參與是白云石化發(fā)生的重要條件[39-40]，而高鎂鈣比值流體的形成有賴于局限、蒸發(fā)的淺水環(huán)境，這種環(huán)境又通常受古隆起和古障壁等構(gòu)造—巖相古地理背景的控制。從張夏組白云巖分布及白云石化程度來(lái)看，白云巖主要分布在鎮(zhèn)原古隆起、橫山凸起與柳林低隆及其周圍，并由古隆起向坳陷區(qū)具有白云石化逐漸變?nèi)醯奶攸c(diǎn)，坳陷區(qū)則完全未白云石化。馬四段白云巖的分布也具有相似特點(diǎn)，即白云巖主要分布在中央古隆起和榆林、橫山等凸起區(qū)，而在坳陷區(qū)基本未白云石化。張夏組和馬四段白云巖的分布特點(diǎn)顯然受隆坳背景的控制。這也說(shuō)明，在同等氣候條件下，古隆起及周圍由于地貌高、水體淺，海水經(jīng)蒸發(fā)作用迅速濃縮，形成高鎂鈣比值鹵水，具備準(zhǔn)同生白云石化發(fā)生的地質(zhì)條件，促使張夏組和馬四段顆粒灘發(fā)生白云石化。與此相反，在坳陷區(qū)，由于地貌低、海水深并與外海水體循環(huán)通暢，難以形成準(zhǔn)同生白云石化地質(zhì)條件。因此，坳陷區(qū)未白云石化。4.2 構(gòu)造—巖相古地理對(duì)表生巖溶作用的影響
表生巖溶作用對(duì)儲(chǔ)層物性的改善意義重大。我國(guó)許多重要的油氣產(chǎn)層，如四川盆地?zé)粲敖M和龍王廟組[29-30,41-42]、塔里木盆地鷹山組[43] 等，往往與巖溶改造密切相關(guān)，鄂爾多斯盆地也不例外，張夏組和馬家溝組儲(chǔ)層質(zhì)量的提升也有賴于巖溶作用的改造[44-46]。研究結(jié)果揭示，構(gòu)造—巖相古地理從兩個(gè)方面影響巖溶作用：①隆坳古地理背景控制巖溶作用的范圍。以張夏組為例，寒武紀(jì)末，華北板塊整體抬升，造成大面積沉積間斷，在古隆起及斜坡上部地區(qū)三山子組大多被剝蝕殆盡，張夏組直接暴露遭受淡水淋濾溶蝕，形成大量溶蝕孔洞，改善了儲(chǔ)集性能；在坳陷區(qū)，因殘存三山子組，張夏組基本未受巖溶作用改造，儲(chǔ)集性能明顯變差。②巖相控制了巖溶作用的改造程度。巖溶作用的發(fā)生需要同時(shí)具備3 個(gè)條件，即有腐蝕性流體、可溶礦物和巖石滲透性[47-48]。因此，在具備巖溶流體條件下，巖溶作用的發(fā)育程度就取決于可溶礦物的多寡和巖性致密與否，而是否含有可溶礦物以及巖性是否致密則主要受巖相的控制，故而巖相決定了巖溶程度。如馬家溝組經(jīng)歷了1.4 億年的風(fēng)化剝蝕[16,49]，但巖溶作用主要發(fā)育在顆粒灘相、含膏云坪相和膏鹽湖相帶，而其他相帶如馬六段致密灰?guī)r相、馬五段致密泥質(zhì)云巖坪和致密云質(zhì)潟湖相未見(jiàn)強(qiáng)烈?guī)r溶改造，因而馬家溝組儲(chǔ)層主要分布在顆粒灘和含膏云坪相。綜上表明構(gòu)造—古地理對(duì)儲(chǔ)層的發(fā)育和改造都具有明顯控制作用。5 沉積模式及油氣地質(zhì)意義
以上分析揭示，鄂爾多斯盆地深層海相碳酸鹽巖構(gòu)造巖相古地理具有鮮明個(gè)性特點(diǎn)，沉積模式與經(jīng)典Tucker[50] 和Wilson[51] 模式有相似性也有特殊性。圖10 是張夏組鑲邊臺(tái)地沉積模式，該模式既有經(jīng)典的臺(tái)緣灘帶，也呈現(xiàn)了臺(tái)內(nèi)多灘帶的特點(diǎn)，即除了沿裂陷邊緣發(fā)育的臺(tái)緣灘外，臺(tái)內(nèi)發(fā)育了環(huán)古隆周緣分布的臺(tái)內(nèi)灘和環(huán)臺(tái)洼邊緣分布的臺(tái)內(nèi)灘，這些灘體經(jīng)準(zhǔn)同生溶蝕和晚期巖溶作用改造以及白云石化作用形成優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層。此外，該模式揭示存在兩種潛在的烴源巖沉積環(huán)境，即裂陷型臺(tái)盆和坳陷型臺(tái)洼。從四川盆地德陽(yáng)—安岳裂陷型臺(tái)盆發(fā)育燈三期和早寒武世優(yōu)質(zhì)烴源巖、梁平—開(kāi)江裂陷臺(tái)盆和蓬溪—武勝坳陷型臺(tái)洼發(fā)育長(zhǎng)興期烴源巖來(lái)看[20,52-54]，鄂爾多斯盆地寒武系也可能存在上述兩種類型的烴源巖，從而與臺(tái)緣灘和臺(tái)洼邊緣灘分別構(gòu)成成藏組合。另外，由于古隆起晚期遭受強(qiáng)烈剝蝕，張夏組直接與上覆石炭系—二疊系煤系烴源巖接觸，構(gòu)成新生古儲(chǔ)成藏組合。因此，該模式的建立可以預(yù)示張夏組存在3個(gè)潛在勘探領(lǐng)域，即鎮(zhèn)原古陸西南側(cè)裂陷型臺(tái)盆下寒武統(tǒng)烴源巖與張夏組臺(tái)緣灘構(gòu)成自生自儲(chǔ)成藏組合領(lǐng)域、伊金霍洛旗—神木地區(qū)坳陷型臺(tái)洼下寒武烴源巖與張夏組臺(tái)內(nèi)灘構(gòu)成自生自儲(chǔ)成藏組合領(lǐng)域、鎮(zhèn)原古隆東側(cè)石炭系—二疊系煤系烴源巖與張夏組臺(tái)內(nèi)灘構(gòu)成新生古儲(chǔ)成藏組合領(lǐng)域，這3 個(gè)領(lǐng)域?yàn)槎鯛柖嗨古璧厣顚佑蜌饪碧教峁┝死碚撘罁?jù)。從目前已取得的勘探成果來(lái)看，新生古儲(chǔ)成藏組合勘探領(lǐng)域在隴東地區(qū)已經(jīng)取得突破，隴17、隴18 和隴26 等8 口井在三山子組和張夏組獲得工業(yè)氣流；另兩個(gè)自生自儲(chǔ)成藏組合領(lǐng)域目前尚未開(kāi)展鉆探，但勘探潛力巨大，勘探發(fā)現(xiàn)值得期待。
圖11 是馬家溝組障壁臺(tái)地沉積模式，該模式最大特點(diǎn)是蒸發(fā)障壁臺(tái)地與鑲邊臺(tái)地沉積樣式的韻律性重復(fù)。海退期，中央古隆起將臺(tái)地與外海隔絕，臺(tái)內(nèi)在次級(jí)障壁和強(qiáng)烈蒸發(fā)作用下演化為巨大膏鹽湖，表現(xiàn)為障壁臺(tái)地沉積（圖11-a）；海侵期，中央古隆起沒(méi)入海水成為臺(tái)地邊緣，臺(tái)內(nèi)演化為半局限臺(tái)地，整體表現(xiàn)為鑲邊臺(tái)地沉積樣式（圖11-b）。該模式揭示，馬家溝組發(fā)育兩類儲(chǔ)層，即鑲邊臺(tái)地期發(fā)育的顆粒灘型，包括臺(tái)緣灘和臺(tái)內(nèi)灘儲(chǔ)層，障壁臺(tái)地期發(fā)育的巖溶型膏模孔白云巖儲(chǔ)層；此外還發(fā)育兩類致密封堵層，障壁臺(tái)地期的膏鹽巖層和鑲邊臺(tái)地期的泥質(zhì)泥晶灰?guī)r層，中生代構(gòu)造反轉(zhuǎn)后，這兩套致密層位于儲(chǔ)層的上傾方向，同時(shí)在縱向上互相疊置，構(gòu)成良好的儲(chǔ)蓋組合。此外，在構(gòu)造低部位的原中央古隆起存在馬家溝組巨大剝蝕窗，使馬家溝組與上覆石炭系—二疊系煤系烴源巖直接接觸，構(gòu)成新生古儲(chǔ)成藏組合[55-56]。因此，馬家溝組上組合風(fēng)化殼和中下組合顆粒灘是有利勘探方向，這對(duì)靖邊氣田的擴(kuò)邊勘探和“靖邊之下找靖邊”具有指導(dǎo)意義。
圖11 馬家溝組障壁臺(tái)地沉積模式圖
6 結(jié)論
1）鄂爾多斯盆地深層海相碳酸鹽巖存在隆坳相間的沉積背景，張夏期具有“三隆四坳”的特點(diǎn)，隆坳背景受前震旦系裂陷的影響，呈北東向展布；馬家溝期具有“三隆兩凹一凸”的特點(diǎn)，主要呈南北向展布，古隆起控制了灘相發(fā)育而坳陷則控制了潛在烴源巖的沉積，展示出“古隆控儲(chǔ)古坳控源”的特點(diǎn)。2）張夏期巖相古地理以發(fā)育多條灘帶為特點(diǎn)，灘體沿隆坳轉(zhuǎn)折帶和古隆起周圍發(fā)育，經(jīng)白云石化和巖溶作用改造成為有利儲(chǔ)層；馬家溝期巖相古地理表現(xiàn)為障壁蒸發(fā)臺(tái)地與鑲邊臺(tái)地的間互沉積，含膏云坪是障壁蒸發(fā)臺(tái)地有利儲(chǔ)集相帶，顆粒灘是鑲邊臺(tái)地有利儲(chǔ)集相帶，經(jīng)白云石化和巖溶改造，儲(chǔ)層規(guī)模分布。3）構(gòu)造—巖相古地理控制了儲(chǔ)層沉積背景和物質(zhì)基礎(chǔ)，對(duì)早期白云石化和巖溶作用改造的范圍和程度具有重要影響，從而控制有利儲(chǔ)層宏觀分布。4）張夏組鑲邊臺(tái)地沉積模式和馬家溝組障壁臺(tái)地沉積模式分別揭示張夏組具有3 種潛在成藏組合，馬家溝組存在兩種成藏組合，是有利的勘探領(lǐng)域。參考文獻(xiàn)請(qǐng)點(diǎn)擊下方“閱讀原文”查看
編 輯 陳古明
論文原載于《天然氣工業(yè)》2020年第2期
基金項(xiàng)目：國(guó)家科技重大專項(xiàng)“寒武系—中新元古界碳酸鹽巖規(guī)模儲(chǔ)層形成與分布研究”（編號(hào)：2016ZX05004-002）、中國(guó)石油天然氣股份有限公司重大科技專項(xiàng)“長(zhǎng)慶油田5 000 萬(wàn)噸持續(xù)高效穩(wěn)產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用”（編號(hào)：2016E-0514）。
