鄂尔多斯盆地中部马五7亚段颗粒滩沉积特征及空间分布

文章编号：１０００⁃０５５０（２０１８）０４⁃０７９６⁃１１ＤＯＩ：１０．１４０２７／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００⁃０５５０．２０１８．０４４

收稿日期：２０１７⁃０７⁃０１；收修改稿日期：２０１７⁃０８⁃２１基金项目：国家科技重大专项（２０１６ＺＸ０５００４００６⁃００１⁃００２，２０１６ＺＸ０５００４００２⁃００１）［Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ：ＮａｔｉｏｎａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＭａｊｏｒＰｒｏｊｅｃｔ，Ｎｏ．２０１６ＺＸ０５００４００６⁃００１⁃００２，２０１６ＺＸ０５００４００２⁃００１］鄂尔多斯盆地中部马五７亚段颗粒滩沉积特征及空间分布刘耘１，２，谭秀成１，２，刘显岩３，何为４，熊鹰１，２，刘灵１，２，刘明洁１，２，杨清宇４１．油气藏地质及开发工程国家重点实验室（西南石油大学），成都　６１０５００２．中国石油碳酸盐岩储层重点实验室西南石油大学，成都　６１０５００３．中国石油长庆油田分公司第十一采油厂，甘肃庆阳　７４５０００４．中国石油长庆油田分公司勘探事业部，西安　７１００１８摘　要　鄂尔多斯盆地中部马家沟组地层蕴含丰富的油气资源，以马五７亚段为主要储集层位的盐下碳酸盐岩油气勘探近期取得了重要突破。基于钻井、测录井、岩芯及薄片等资料，对盆地中部马五７亚段颗粒滩沉积特征、纵横向展布规律进行综合分析，进而探讨了研究区沉积古地理格局及其颗粒滩发育控制因素。结果表明：研究区马五７亚段主要由晶粒白云岩及各类型颗粒白云岩构成，纵向上发育潟湖—颗粒滩—灰泥丘—台坪、潟湖—颗粒滩—滩间海—颗粒滩、潟湖—颗粒滩—灰泥丘三种沉积相序，颗粒滩位于向上变浅旋回的中上部，且常与微生物丘构成丘滩复合体建造，具有良好的储集意义。横向上，马五７亚段发育两套较大规模的颗粒滩，层位稳定且连续性较好，整体表现为中西部厚而东部较薄的特征，平面上则呈南北向发育并沿东部凹陷环带状分布。研究区沉积规律表明马五７亚段相对缺乏潮坪相沉积特征，推测其沉积环境更符合局限—蒸发台地。沉积期海平面的频繁变化控制了滩体发育规模及其垂向叠置样式，区内西高东底的古构造格局及其内部的微地貌起伏则决定了马五７颗粒滩平面分布的差异性。关键词　颗粒滩；沉积特征；空间分布；马家沟组；鄂尔多斯盆地中部第一作者简介　刘耘，女，１９９４年出生，硕士研究生，储层地质学，Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｌｉｕｙｕｎ６０１＠１２６．ｃｏｍ通信作者　谭秀成，男，教授，Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｔａｎｘｉｕｃｈｅｎｇ７０＠１６３．ｃｏｍ中图分类号　Ｐ５８８．２４＋５　Ｐ６１８．１３　文献标志码Ａ０　引言鄂尔多斯盆地靖边气田截至２０１３年底储量规模超过１×１０１２ｍ３，其中，下奥陶统马家沟组碳酸盐岩气藏储量占总探明储量的８０％以上［１］。近期在盆地中部马五段盐下（即马五６—马五１０亚段）碳酸盐岩油气勘探中取得重大突破，统７４井、统３８井等一批探井相继获得高产天然气流。同时，碳酸盐岩台地颗粒滩作为马五段盐下白云岩储层的主要储集相带，也是世界油气勘探领域的重要对象之一，加瓦尔油田、美国Ｙａｔｅｓ油田［２⁃３］均为以颗粒滩为储层的大型油田，塔里木盆地古城地区鹰山组［４］、四川盆地磨西地区龙王庙组［５⁃６］等地层也体现了碳酸盐岩台地颗粒滩储集层的巨大勘探潜力。长期以来，对于马家沟组勘探多集中于马五１＋２及马五４亚段的风化壳岩溶型储层研究之上［７⁃９］，而对马家沟组深部的盐下地层，由于钻井少、层位深、整体勘探程度较低，其沉积特征及储层成因尚缺乏深入研究［１０⁃１１］。近期对以马五７亚段为主要储集层位的盐下天然气勘探突破体现出马五７亚段巨大的天然气勘探潜力［１０，１２⁃１３］。同时，有关马家沟组的研究，前人多专注于白云岩化［１４⁃１５］、加里东期表生岩溶［１］等成岩作用方面的研究，仅少数学者着重于研究马家沟组内部各亚段内细致的沉积环境及其对储层的影响等方面［１６⁃１７］。本研究发现盆地中部马五７亚段发育大量颗粒滩沉积，并与储层的发育关系密切，表现出典型的相控特征。鉴于此，本文通过大量的系统取芯观察、薄片鉴定，阐明马五７亚段颗粒滩沉积特征及其空间展布规律，并对研究区沉积古地理格局及颗粒滩发育控制因素作进一步探讨，以期为盆地马家沟组古沉积环境的深化研究及下一步油气勘探决策提供基础依据。１　区域地质背景鄂尔多斯盆地位于华北板块西南部，面积约３７×１０４ｋｍ２，根据盆地的构造演化史，将鄂尔多斯盆地现今构造划分为六个一级构造单元：伊盟隆起、渭北隆第３６卷　第４期２０１８年８月沉积学报ＡＣＴＡＳＥＤＩＭＥＮＴＯＬＯＧＩＣＡＳＩＮＩＣＡＶｏｌ．３６　Ｎｏ􀆰４Ａｕｇ．２０１８起、西缘冲断带、天环坳陷、伊陕斜坡和晋西挠褶带。早奥陶世马五段沉积期，由于南部秦岭洋壳和北部兴蒙洋壳的俯冲，造成了盆地内南北向地层的相向挤压，盆地整体上表现为“震荡性、间歇性”的海退过程［９，１８］，此时中央古隆起暴露地表，将鄂尔多斯地区分隔成东西两个沉积体系，即西部祁连海沉积体系和东部华北海沉积体系。马五段沉积期，古隆起东侧气候干热、沉积环境局限，为该地区最重要的一次膏盐发育期，沉积相带的发育则具有明显的围绕盆地东部洼陷区呈环带状展布的特点［９，１６］，自东向西海水含盐度逐步降低，依次发育膏盐洼地、含膏白云岩坪和环陆白云岩坪沉积［１７，１９］。研究区位于鄂尔多斯盆地中部，构造区上划属于伊陕斜坡（图１），大致范围北至内蒙古乌审旗，南达甘肃华池县，西抵中央古隆起，东至陕西横山县。区内马五７亚段为马五段整体海退背景下的次级海侵沉积，水体循环相对较好、能量较强，以两套大范围稳定分布的颗粒滩沉积为特征，局部地貌洼地则以局限—蒸发潟湖沉积为主。２　岩石学特征综合岩芯精细观察和镜下薄片鉴定表明，研究区内碳酸盐岩颗粒滩岩性主要为晶粒白云岩及颗粒白云岩，其中，晶粒白云岩部分可见残余砂屑结构，后者颗粒类型较为丰富，包括砂屑、鲕粒及藻砂屑。依据颗粒成分可划分为砂屑滩、鲕粒滩和藻砂屑滩三种颗粒滩类型。２．１　晶粒白云岩２．１．１　具残余砂屑结构的晶粒白云岩具残余砂屑结构的晶粒白云岩是指经历后期白云岩化作用和重结晶作用强烈改造的颗粒岩［６］，此类颗粒结构在宏观下难以识别，但在镜下依稀可见残余的颗粒痕迹及边界，在荧光或阴极发光下，颗粒形态更为清晰［２０］。镜下观察发现，受强烈而彻底的白云石化及重结晶作用影响，研究区大量的原始颗粒组构均遭到破坏而表现不明显，仅部分结晶白云岩中可见模糊的残余砂屑结构，多认为与颗粒滩亚相沉积相关［５⁃６，２１］。残余颗粒在镜下为褐—深灰色，呈次棱—次圆状，颗粒支撑为主，其间为泥粉晶白云石充填，发育规模中等（图２ｃ）。２．１．２　难以恢复原始颗粒结构的晶粒云岩宏观上呈深灰色块状结晶白云岩特征，表面偶见花斑状溶孔，镜下可识别明显的由颗粒结构后期重结

图１　研究区位置、井位分布及马五７典型地层剖面图Ｆｉｇ．１　ＡｍａｐｓｈｏｗｉｎｇｔｈｅｓｔｕｄｙａｒｅａｗｉｔｈｌｏｃａｔｉｏｎｓｏｆｍａｊｏｒｄｒｉｌｌｉｎｇｗｅｌｌｓａｎｄｔｙｐｉｃａｌｓｅｄｉｍｅｎｔａｒｙｐｒｏｆｉｌｅｏｆＭａ５７ｓｕｂ⁃ｍｅｍｂｅｒｇｒａｉｎｂａｎｋｓｅｑｕｅｎｃｅ７９７　第４期 刘　耘等：鄂尔多斯盆地中部马五７亚段颗粒滩沉积特征及空间分布

图２　鄂尔多斯盆地中部地区马五７晶粒白云岩特征ａ．花斑状晶粒云岩，靳２井，３５９１．６７ｍ；ｂ．粉细晶白云岩，结晶形态清晰，结构明显，靳２井，３５９２．１５ｍ（－）；ｃ．残余砂屑泥晶白云岩，砂屑结构隐约可见，残余颗粒间为粉晶白云石充填，靳探１井，３６９０．０２ｍ（－）；ｄ．粉晶云岩受岩溶影响，晶间溶孔发育，见自形白云石，靳２井，３５９０．６５ｍ（－）；ｅ．晶粒云岩，岩溶现象明显，可清晰看出粒间孔分布受残余组构控制，靳２井，３５９１．３ｍ，铸体薄片（－）；ｆ．晶粒云岩，岩溶现象明显，粒间孔、洞大量发育，靳２井，３５９１．７２ｍ，铸体薄片（－）Ｆｉｇ．２　ＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆｆｉｎｅｃｒｙｓｔａｌｇｒａｉｎｄｏｌｏｓｔｏｎｅｏｆＭａ５７ｓｕｂ⁃ｍｅｍｂｅｒｉｎｔｈｅｃｅｎｔｒａｌＯｒｄｏｓＢａｓｉｎ晶而成的次生晶粒结构，晶体为粉—细晶，呈自形—半自形，晶间（溶）孔及小型晶间溶洞大量发育，多为后期自形方解石和白云石以及渗流粉砂半充填，偶见裂缝发育，为方解石或黑色泥质全—半充填，晶间孔、洞及裂缝连通性较好，面孔率可达５％～２０％，少数情况可见晶体为他形镶嵌接触，致密无孔（图２ａ，ｂ，ｄ，ｅ，ｆ）。从发育演化序列特征来看，该类晶粒云岩多与滩相旋回中的颗粒岩类相伴生，与之下的低能潟湖沉积及之上的频繁暴露台坪沉积等弱水动能组构特征区别明显。推测此类晶粒云岩原岩为与颗粒滩相关的砂屑灰岩，这些具有较高孔渗性能的原始颗粒结构在成岩早期保存有大量粒间（溶）孔，为后期成岩流体对原始组构的强烈改造提供了流动通道和有利空间。因而其原始的颗粒结构在后期强烈而彻底的白云石化和重结晶作用影响下变得模糊，从而显示出现今的晶粒结构，在宏观上难与结晶白云岩相区别。该岩类与四川盆地龙王庙组晶粒云岩［６］及华蓥山李子垭剖面细晶云岩［２２］类似，具有明显的滩相沉积旋回及成岩改造特征，后者于野外可见大型交错层理，也表明该类晶粒云岩与颗粒滩的发育密切相关，在前人对颗粒滩的研究中，也多将此类晶粒云岩归入颗粒滩亚相中［６，２２］。此类岩石在研究区内分布稳定而广泛，经岩溶作用改造后溶孔及溶洞大量发育，为区内重要的储集岩类型。２．２　颗粒白云岩２．２．１　砂屑云岩宏观上多呈浅灰—深褐色块状，单层厚度０．５ｍ至２ｍ不等，发育频率中等，常见花斑状针孔发育，部分砂屑云岩可见石膏或泥质全充填—半充填膏模孔，孔径一般小于２ｍｍ。镜下砂屑颗粒形态清晰，含量为６０％～７５％，观察可得颗粒粒径由０．０８～０．５ｍｍ不等，为细—中砂级，分选相对良好，呈次圆—圆状，磨圆较好，颗粒支撑，砂屑呈点接触或漂浮状，多见亮晶白云岩或硬石膏胶结物充填其间，粒间溶孔较为发育，面孔率为５％～１２％，孔内可见白云石环边呈马牙状胶结（图３ａ，ｅ）。２．２．２　鲕粒云岩鲕粒云岩在研究区发育频率较低，宏观上表现为浅灰—深灰色块状，鲕粒结构清晰可见，在镜下可观察到鲕粒颗粒为球状或椭球状，呈褐色，粒径主要为０．３～０．５ｍｍ，球度及磨圆较好，分选良好，亦少见较大鲕粒，粒径为１～１．８ｍｍ，呈次棱角—次圆状。鲕粒内部在强烈的后期改造作用下已完全重结晶，内部圈层结构难以识别。粒内溶孔较为发育，粒间溶孔多为Ⅰ期胶结物呈马牙状环边生长，面孔率为２％～５％（图３ｂ，ｆ）。２．２．３　藻黏结砂屑云岩 此岩类是由蓝藻菌黏结、缠绕砂（粉）屑生长而８９７　沉　积　学　报 第３６卷　

图３　鄂尔多斯盆地中部地区马五７颗粒白云岩特征ａ．亮晶砂屑云岩，靳２井，３５８６．６６ｍ；ｂ．土黄色鲕粒云岩，靳２井，３５８７．８３ｍ；ｃ．藻黏结砂屑云岩，格架孔发育，靳４井，３６７１．０１ｍ；ｄ．深灰色藻凝块云岩，靳探１井，３６５７．０９ｍ；ｅ．亮晶砂屑云岩，颗粒支撑，点—线接触，颗粒间充填硬石膏胶结物，粒内孔及粒间孔发育，靳２井，３５８６．６６ｍ，铸体薄片（－）；ｆ．亮晶鲕粒云岩，粒间孔及粒内孔大量发育，靳２井，３５８７．８３ｍ，铸体薄片（－）；ｇ．藻黏结砂屑云岩，靳２井，３６７１．９ｍ（－）；ｈ．藻凝块云岩，凝块溶蚀孔洞发育，靳探１井，３６５７．０２ｍ，铸体薄片（－）Ｆｉｇ．３　ＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆｇｒａｉｎｄｏｌｏｓｔｏｎｅｏｆＭａ５７ｓｕｂ⁃ｍｅｍｂｅｒｉｎｔｈｅｃｅｎｔｒａｌＯｒｄｏｓＢａｓｉｎ成，具典型的砂（粉）屑结构［２３］。砂屑颗粒呈次棱—次圆状，颗粒支撑，成分为泥粉晶白云岩，含量为６０％～８５％，粒径为０．１５～０．５ｍｍ，分选中等，磨圆较好。颗粒之间的蓝藻菌黏结现象显著，表现为颗粒边缘被一层相互黏连的蓝藻菌凝块所黏合，使得颗粒之间界限较为模糊，砂屑间填隙物以亮晶白云石为主（图３ｃ，ｇ）。该岩类在研究区内发育较为少见，常与砂屑云岩伴生，形成于正常浪基面之上的较高能丘滩环境。３　颗粒滩垂向沉积序列根据岩芯及薄片观察可知，研究区马五７颗粒滩单滩体总体呈下细上粗的向上变浅逆粒序沉积特征，单滩体沉积厚度较小，大多为０．５～２．５ｍ，具有典型的陆表海台地颗粒滩沉积特征［２２］。同时，受频繁的海平面周期性震荡变化，研究区颗粒滩的发育常表现为垂向上重复叠置特征，并与相邻微相构成多种不同类型的向上变浅沉积序列（图４），不同微相序叠合构成马五７亚段内两次快速海侵和缓慢海退形成的旋回。３．１　潟湖—颗粒滩—微生物丘—台坪该沉积序列在研究区发育较为广泛，反映一个较完整的向上变浅单一旋回。旋回底部以低能沉积的潟湖亚相为主，岩性为粒度较小的深灰色泥晶云岩或灰—深灰色膏质云岩，伴随缓慢海退，沉积界面接近于浪基面，水动力增强，岩性过渡为深灰色粉—中晶云岩、深灰—褐色砂屑云岩以及鲕粒云岩，构成颗粒滩，单滩体厚度一般小于２．５ｍ。同时，由于颗粒滩对向海侧波浪扰动作用的遮挡，背海侧的滩后部位逐渐演变为低能沉积，其水动力相对减弱，有利于藻类、细菌等微生物的生长，发育大量深灰色藻凝块云岩，并与相邻各类型颗粒云岩构成丘滩复合沉积，具有良好的储集意义。在持续的海平面下降过程中，颗粒滩向上加积至海平面附近时，其顶部可容空间减小，能量降低，颗粒滩将发生侧向迁移［２４］。其之上则发育台坪亚相，岩性以乳白—灰白色膏溶角砾岩为主，次为薄层藻纹层云岩，厚度多小于１ｍ。在此序列中，沉积物粒度由下向上呈现细—粗—细的变化特征，反映了沉积体生长与水体深度增大的交互关系。３．２　潟湖—颗粒滩—滩间海—颗粒滩底部是以深灰色泥晶云岩或灰白—深灰色膏质云岩组成的低能潟湖沉积物，伴随着水体下降，水动力条件逐渐增强，向上转变为以砂屑云岩和粉晶云岩为主的颗粒滩沉积物。在两个单体颗粒滩沉积间常常出现一套以深灰色泥晶云岩为主的相对静水沉积物，厚度多为几十厘米，这表明在颗粒滩沉积历史中曾有过水体能量减弱的过程，马腾等［６］曾提出过原地水体能量减弱的原因可能是高频海平面上升的速率大于沉积物的沉积速率，或向海一侧的滩体在垂向加积为主的高速堆积作用下，滩后由于外侧的遮挡，波浪减弱，致使背海侧逐渐演变为低能沉积。因此，９９７　第４期 刘　耘等：鄂尔多斯盆地中部马五７亚段颗粒滩沉积特征及空间分布