鄂爾多斯盆地奧陶系馬家溝組中組合沉積微相特征及演化

付斯一，陳洪德,蘇中堂，周俊烈

(1.成都理工大學,四川 成都 610059;2.四川省核工業地質局,四川 達州 635000)

鄂爾多斯盆地奧陶系馬家溝組中組合沉積微相特征及演化

付斯一1，陳洪德1,蘇中堂1，周俊烈2

(1.成都理工大學,四川 成都 610059;2.四川省核工業地質局,四川 達州 635000)

鄂爾多斯盆地奧陶系中組合發育了一套較典型的白云巖儲層，在鉆井巖芯分析、薄片鑒定和室內微相等綜合分析的基礎上，對中組合的沉積微相類型、展布規律及其演化特征進行了研究，其結果表明：在中央古隆起東側奧陶系中組合主要有開闊臺地和局限臺地2種沉積相，潮坪、瀉湖、點灘、礁(灘)間4種亞相，其中潮坪包含潮上泥云坪、潮間灰云坪，潮下灰坪等9個微相類型，瀉湖主要為膏鹽微相，點灘主要為生屑灰巖微相，礁(灘)間主要為灰巖微相。在馬五沉積時期在大的海退背景之下存在著馬五5-馬五6，馬五7-馬五8，馬五9-馬五10三個次一級的海進-海退過程，在此研究基礎上我們提出中央古隆起-潮上云坪-潮間灰云坪-膏巖洼地(瀉湖)的沉積相模式解釋空間上的巖相組合。

鄂爾多斯盆地;中組合；沉積微相；沉積模式

“微相”在1943年被Browm第一次提出，1952年被Cuvilliery重新進行了定義，原來微相一詞只是在巖石薄片鑒定中用來描述和定義巖石類型和古生物學特征的一個術語。到現今，微相一詞的應用已經十分廣泛了，在巖石薄片鑒定、野外地質調查和單井巖性分析中，均可用來描述巖石的沉積學特征，并可用于對巖石進行分類劃分[1]。碳酸鹽巖在成因和結構上的特殊性,使得微相分析方法成為碳酸鹽巖沉積相帶劃分研究中的一種重要的研究手段[2]。鄂爾多斯盆地馬家溝組具有良好的碳酸鹽巖天然氣勘探潛力[3-4]，前人在馬家溝組的沉積相和沉積相模式的研究上，往往從大的地層進行研究，對馬家溝組馬一至馬六段的沉積相的研究做了大量工作，也留下許多寶貴的經驗和資料。但是，迄今為止對更精細的地層沉積微相研究較少。本文以馬五5-馬五10亞段為研究對象，利用巖心等資料對研究區內碳酸鹽巖沉積相類型、平面分布和沉積演化模式進行詳細地分析與描述，并希望對該地區的勘探開發有一定的幫助。

1 研究區概況

鄂爾多斯盆地位于華北板塊西部，在晚元古帶-早古生代早期，板塊南北兩側的洋盆為擴張的狀態，鄂爾多斯盆地和華北板塊一樣處于穩定發展階段，沉積了一套厚層的碳酸鹽巖。由于西緣的賀蘭坳拉槽處在活動的階段，導致了盆地中部地區形成了一個由南到北的隆起，即所謂的中央古隆起[4-6]。至中奧陶系，中央古隆起繼續發育，將其周邊分隔成了兩個不同的沉積體。古隆起西邊為祁連海域，沉積了比較完整的奧陶系地層。而東邊即本文的研究區則為華北海域，區內普遍缺失中、上奧陶系沉積，僅存在下奧陶系冶里組、亮甲山組和馬家溝組。后受到加里東運動的影響，東邊的大部分地區缺失了馬家溝組六段的地層，頂部均為馬五段白云巖[7]。在地理位置上古隆起東緣位于鄂爾多斯盆地中東部，區域上地跨伊陜斜坡，東部靠近晉西撓褶帶，北鄰伊盟隆起，行政區域上地跨陜西省、甘肅省、內蒙古自治區。馬五段被分為馬五1—馬五1010個亞段。按照儲層和圈閉類型，前人將奧陶系馬家溝組劃分為3個含氣組合：馬五1-馬五4為上組合;馬五5-馬五10為中組合，馬4段以下為下組合。以往盆地內下古生界的天然氣勘探主要集中在上組合對中組合及下組合則關注較少。但近幾年來的研究資料表明，中組合亦具有白云巖型油氣藏的勘探潛力[8-13]。

2 沉積微相特征

對沉積相標志的識別是判斷和劃分沉積微相的重要方法。本文當中研究所采用的沉積相標志包括碳酸鹽巖的顏色、巖性、沉積構造以及古生物化石現象。

2.1 主要相標志

1)顏色標志：研究區奧陶系中組合的碳酸鹽巖以淺灰色、深灰色和灰色為主(圖1-A)，指示沉積時的環境為潮間帶至潮下帶。自生色有黃灰色和淺灰色，反映出一種潮上至潮間上帶沉積環境。

2)巖性標志：研究區奧陶系中組合的碳酸鹽巖以白云巖為主，夾有少量的灰巖、膏鹽。白云巖主要存在3種巖石類型：泥微晶白云巖、粒屑白云巖、晶粒白云巖。其中泥微晶白云巖中普遍含有泥質(圖1-B)、石膏(圖1-C)；粒屑白云巖中的碳酸鹽顆粒主要為砂礫屑(圖1-D)和鮞粒(圖1-E)；晶粒白云巖中常見殘余砂礫屑結構(圖1-F)，砂礫屑間充填物已轉變為微-細晶白云巖，常常發生溶蝕，形成晶間孔及溶縫(圖1-G)，可稱為良好的儲集巖體。

3)顆粒結構：研究區奧陶系中組合常見顆粒結構有砂屑(圖1-H)、鮞粒和生物碎屑等。鮞粒出現指示著灘相，砂屑和生物碎屑(圖1-I)則指示著一種較強的水動力條件。

4)沉積構造：研究區內奧陶系中組合沉積構造類型十分豐富，主要發育有水平層理、交錯層理、楔狀交錯層理(圖1-J)、揉皺變形層理、鳥眼構造(圖1-K)、示頂底構造、縫合線構造和紋層狀構造等沉積構造類型。層理的不同組合是判斷沉積微相的重要依據，沉積構造對劃分沉積微相也有較好的輔助作用。

5) 古生物化石標志：研究區內馬五地層中，發現生物淺穴和介形蟲、有孔蟲(圖1-L)，反映出一種潮坪的沉積環境。

2.2 沉積微相的劃分

從區域地質概況及研究區內中組合的沉積相標志來分析，研究區內中組合主要發育局限臺地和開闊臺地兩種沉積相。經過對研究區巖芯的觀察，結合區域沉積背景的特點，進一步劃分出了潮坪、點灘、瀉湖、灘間4個亞相以及潮上泥云坪、潮上含膏云坪、潮上云坪等12個沉積微相(表1)。

表1 研究區沉積微相類型

圖1 沉積相標志特征宏微觀相片

2.2.1 潮坪亞相

研究區內按水體深淺及巖石類型等特征可以將潮坪劃分為潮上、潮間和潮下三個亞環境，進而分析出若干個微相。

1)潮上環境中的微相。潮上位于正常平均高潮面以上，是大潮及風暴潮所能作用的地區。巖性上以泥微晶白云巖為主，在研究區內桃17井馬五6-馬五8段(圖2)可見該類白云巖常常含泥質、石膏，形成紋層狀構造，紋層多斷續，有的近于水平，有的則呈不規則狀。在成巖期，少數巖石中含有少量陸源碎屑物質，多為石英，還可見黃鐵礦結核，切穿層理，晶粒較大，少數泥微晶白云石重結晶形成粉晶白云石，使得巖石中晶體大小不一，形成似“角礫狀”構造。這種白云云巖化、去膏化白云巖及具角礫狀結構的泥微晶云巖。故根據巖性特征的不同我們將潮上帶劃分為潮上泥云坪、潮上含泥云坪、潮上云坪、膏云坪、潮上含膏云坪、潮上泥坪6個沉積微相。

2)潮間環境中的微相。潮間沉積區分布在神木、榆林、延安至宜川一帶，主要沉積灰云巖，發育潮間灰云坪微相，這種巖石主要經去白云石化作用形成，去白云石化生成的次生方解石晶體大于原巖白云石晶體，可達細晶，巖石內發育溶縫和溶孔，局部被方解石充填。

3)潮下環境中的微相。在研究區內僅在馬五5亞段發育有潮下帶。在地域上位于研究區東側榆林至延安一帶，主要沉積灰巖，主要發育潮間灰坪微相。

4)潮灘。潮灘位于潮上帶和潮間帶之間，巖性主要為生物屑、砂屑白云巖。

2.2.2 瀉湖亞相

瀉湖相主要分布在研究區東側中部一帶，主要沉積膏鹽巖。除了不在馬五5亞段發育。其他亞段均有發育。相對于其他亞段，馬五7亞段瀉湖相帶長而窄，變化明顯；馬五10亞段瀉湖相帶寬而短。主要以膏鹽湖的形式存在，他的形成是由于研究區受中央古隆起控制，水體不通暢，在干旱氣候條件下，蒸發量大于海水補給量。

2.2.3 點灘

在研究區內各個亞段潮上帶發育有灘相，但是馬五5亞段所沉積的灘相顆粒相對更為粗大，主要為粗粉晶-細晶白云巖，表明在這一時期海侵的程度相對較小，水體深度相對較淺，從而使得水動力較強，灘相環境才更加發育。

2.2.4 礁(灘)間

開闊臺地內相對深水的低洼地區，湖水交流不暢，由于水體的不斷蒸發，鹽度增大，在研究區內以薄層狀的泥微晶灰巖為主可見泥質紋層或略顯紋層構造。

圖2 桃17井中組合沉積微相柱狀圖

3 沉積相平面特征及展布

雖然馬家溝組五期整體表現為海退的演化過程，但是在大的海平面后退的背景下所表現出的是次一級的震蕩間歇性海退。研究區馬家溝組中組合受這一作用的影響，導致其在縱向分布的差異性，我們根據巖心觀察的巖性特征及相標志，從南北向和東西向依次繪制沉積相連井剖面，并據此確定沉積相平面展布特征。

3.1 沉積微相展布特征

研究區中部馬五5-馬五10亞段時期，研究區中部東西向主要發育潮坪沉積環境，除了馬五8和馬五10亞段發育比較穩定的潮間云坪沉積相以外，其余時期發育均有差別，在東部地區馬五6亞段發育有膏鹽湖沉積相。主要是受到馬五期大的海退背景下不同亞段時期間歇性海進海退影響造成的。

3.1.1 馬五5亞段沉積微相分布特點

研究區內馬五5亞段自西向東發育有潮上帶、潮間帶和朝下帶(圖3-A)。潮上帶主要分布在烏審旗、吳起至宜川一帶，主要沉積灰云巖與生屑灰巖，主要發育潮上灰云坪，在此相帶內灘相相對發育，在相帶北部以統46井、召22井處廣泛發育灘相，相帶中部城川1井、吳起一帶也有灘相發育，相帶南部紫探1井-蓮1井一帶也發育有灘相；潮間帶主要分布在龍探1井、陜參1井至紅3井一帶，主要沉積灰云巖，發育潮間灰云坪相帶，在相帶北部統26井、桃36井發育規模較小的灘相；潮下帶主要分布在研究區東側榆林至延安一帶，主要沉積灰巖，主要發育灰坪相帶。

3.1.2 馬五6亞段沉積微相展布規律

相對于馬五5亞段，馬五6亞段不發育潮下帶，發育瀉湖亞相。自西向東依次發育潮上云坪、潮間灰云坪和瀉湖四個相帶(圖3-B)。潮上云坪沉積區主要分布在神木、吳起至宜川一帶，主要沉積巖巖性為白云巖，發育潮上云坪，同時在統46井、召30井、城川1井、蓮15井、陜15井發育有灘相；潮間灰云坪沉積區分布在榆林、靖邊至延安一帶，主要沉積巖性為灰云巖，主要發育灰云坪相帶，在桃36井、桃3井發育范圍較小的灘相；瀉湖相主要分布在研究區東側中部一帶，主要沉積膏鹽巖。

圖3 馬五5-馬五10沉積微相演化圖

3.1.3 馬五7亞段沉積微相展布規律

相對于馬五6亞段瀉湖相帶長而窄，變化明顯，發育膏鹽巖。自西向東依次發育潮上云坪、潮間灰云坪和瀉湖(圖3-C)。潮上云坪主要分布在召32井、烏審旗、靖邊、吳起至宜川一帶，主要沉積白云巖，在召51井-蘇2井、桃3井、城川1井、蓮28井、蘇127井等發育有灘相；潮間灰云坪沉積區分布在龍探1井、榆林至延深1井一帶，主要沉積灰云巖，主要發育灰云坪相帶；瀉湖相帶要分布在神木至榆61井。

3.1.4 馬五8亞段沉積微相展布規律

同馬五6亞段類似，這時中央古隆起在水平面之上，沒有接受沉積，自西向東依次發育潮上云坪、潮間灰云坪和瀉湖相帶(圖3-D)。潮上云坪主要分布在龍探1井、烏審旗、靖邊、吳起至宜川一帶，主要沉積巖為白云巖，在統26井、定探1井、定探2井、陜334井等地區發育有小范圍灘相；潮間灰云坪沉積區分布在神木、榆林至延安一帶，沉積巖以灰云巖為主；瀉湖主要分布在府14井至榆61井，為瀉湖相帶，發育膏鹽巖。

3.1.5 馬五9亞段沉積微相展布規律

與馬五7亞段類似，自西向東依次發育潮上云坪、潮間灰云坪和瀉湖相帶(圖3-E)。潮上云坪沉積區主要分布在霍3井、烏審旗、靖邊、吳起、延安至宜川一帶，主要沉積白云巖，主要發育潮上云坪相帶，在統29井-蘇16井、定探1井-定探2井、蘇272井、蘇205井到合探2井等地區發育有灘相，沉積生物碎屑云巖；潮間灰云坪沉積區分布在神木、榆林至延深1井一帶，主要沉積灰云巖，主要發育潮間灰云坪相帶；瀉湖沉積區主要分布在府14井至榆61井一帶，為瀉湖相帶，發育膏鹽巖。

3.1.6 馬五10亞段沉積微相展布規律

同馬五6、馬五8亞段類似，這時中央古隆起在水平面之上，并沒有接受沉積，自西向東依次發育潮上云坪、潮間灰云坪和瀉湖四個相帶(圖3-F)。潮上沉積區主要分布在在霍3井、烏審旗、靖邊、吳起、延安至宜2井一帶，主要沉積白云巖，主要發育潮上云坪相帶，同時在召79井-召36井、桃3井、蘇352井、蘇127井、紫探1井等發育有灘相，沉積生物碎屑白云巖；潮間沉積區分布在神木、榆林、延安至宜川一帶，主要沉積灰云巖，發育潮間灰云坪相帶；瀉湖區主要分布在府14井至榆61井，為瀉湖相帶，相對于馬五9亞段瀉湖相帶寬而短，發育膏鹽巖。

3.2 沉積微相演化過程

我們發現雖然馬家溝組五期整體表現為海退的演化過程，但是在大的海平面后退的背景下所表現的出的是次一級的震蕩間歇性海退，所以使得研究區奧陶系中組合地層在不同時期巖石學特征和沉積環境存在規律也存在著差異，馬五5-馬五10亞段沉積相帶發育依次為剝蝕區、潮上帶、潮間帶和瀉湖相，其中馬五5亞段未發育瀉湖相，發育潮下帶；同時在各個亞段潮上帶發育有灘相，但是馬五5亞段所沉積的灘相顆粒相對更為粗大，主要為粗粉晶-細晶白云巖，表明在這一時期海侵的程度相對較小，水體深度相對較淺，從而使得水動力較強，灘相環境才更加發育；瀉湖相帶從馬五6亞段至馬五10亞段，面積逐漸減??；馬五6亞段、馬五8亞段和馬五10亞段時期的海平面快速下降，氣候干熱，這時的中央古隆起處于海平面之上，沒有接受沉積，反而遭受剝蝕，沉積環境自西向東依次發育剝蝕區、潮上云坪帶、潮間灰云坪帶、膏巖洼地或瀉湖相帶；馬五5亞段、馬五7亞段、馬五9亞段在馬五期的大的海退的背景之下，表現出的是次一級的海平面上升期，沉積微相發育格局與馬五6亞段、馬五8亞段以及馬五10亞段相類似，自西向東依次發育剝蝕區、潮上云坪微相、潮間灰云坪相帶以及瀉湖相帶。潮上帶與潮間帶相互交替發育是古隆起東側一帶的特征，同時也表明這一帶在這一時期的水體環境為淺水高能，同時，在局部地區所發育的灘相環境，通過后期成巖作用改造，是盆地儲層發育的良好基礎。

4 中組合相模式

在奧陶系中組合時期，雖然馬家溝組五期整體表現為海退的演化過程，但是在大的海平面后退的背景下所表現的出的是次一級的震蕩間歇性海退，在海平面表現為相對上升的時期，在古隆起東側主要為局限臺地的沉積環境，自西向東主要發育潮坪環境和瀉湖沉積環境，潮上帶主要以云巖為主，潮間帶主要沉積灰云巖，潮上帶與潮間帶相互交替發育，沉積環境的水體表現為淺水高能，所以在局部地區發育灘相帶，瀉湖環境沉積膏巖，含膏云巖和膏云巖；在海平面表現為相對快速下降的時期，同時由于古氣候的炎熱干燥，中央古隆起這時處于海平面之上，沒有接受沉積，古地理格局與海平面相對上升期相類似，主要發育潮坪環境和瀉湖沉積環境，潮坪環境沉積云巖，灰云巖，含泥云巖以及泥云巖為主，局部地區發育灘相，瀉湖主要沉積含膏云巖，膏云巖以及膏巖等。參照威爾遜所提出的的碳酸鹽巖微相標準類型以及巖相組合模式，根據本區研究情況和參照鄰區沉積模式研究情況，認為：中央古隆起東側奧陶系中組合為中央古隆起-潮上云坪-潮間灰云坪-膏巖洼地(瀉湖)變遷模式(圖4)。

5 結論

1)研究區主要發育潮坪、瀉湖等4種亞相，進一步可以劃分為潮上泥云坪、潮上云坪、潮上含膏云坪等12種微相類型。

2)研究區在馬五期雖然整體上表現為一次海退的過程，但是在這種大背景下存在著震蕩性的次一級海進-海進過程，造成了馬家溝組中組合地層各個亞段的巖石學特征和沉積相帶展布都存在著差異。

圖4 研究區沉積微相模式圖

3)古隆起東側主要為局限臺地的沉積環境，自西向東主要發育潮坪環境和瀉湖沉積環境。根據巖相組合特征，建立了研究區內的中央古隆起-潮上云坪-潮間灰云坪-膏巖洼地(瀉湖)沉積模式。

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The characteristic and evolution of sedimentary microfacies in the middle Ordovician assemblages in the Ordos Basin

FU Si-yi1，CHEN Hong-de1，SU Zhong-tang1，ZHOU Jun-lie2

(1.Chengdu University of Technology,Chengdu 610059,China;2.Nuclear Industry Geological Bureau of Sichuan Province,Dazhou 635000,China)

A set of typical dolomite reservoir developed in the middle Ordovician assemblages in the Ordos Basin.The authors have done some researches on evolution characteristics and types of sedimentary microfacies，which are based on core analysis，identifying under the microscope and comprehensive analysis indoors.There are two kinds of sedimentary facies four intrafacies and several microfacies in the eastern margin of central paleo-uplift in the middle Ordovician assemblages.During the deposition of the fifth Majiagou period under the background of marine regression there existed Ma55- Ma56，Ma57- Ma58，Ma59- Ma510three concussive transgression-regression process.The authors established a mode of sedimentary facies on the basis of petrological combination.The sedimentary facies are as follows：supratidal doloflat face，intertidal limestone-doloflat and gypsum rock depression (lagoon).

Ordos Basin；middle Ordovician assemblages；sedimentary microfacies；mode of sedimentary facies

2014-06-25

中國地質調查局工作項目資助(編號：1212011220759);國家自然科學青年基金項目資助(編號：41302087); 教育部博士點基金項目(編號：20135122120005)

付斯一(1990-)，碩士,主要從事沉積學與層序地層學方面的研究工作。E-mail:fusiyi7322@163.com。

P539.2

A

1004-4051(2015)03-0081-06