引用本文
付斯一, 张成弓, 陈洪德, 陈安清, 赵俊兴, 苏中堂, 杨帅, 王果, 密文天. 鄂尔多斯盆地中东部奥陶系马家沟组五段盐下白云岩储集层特征及其形成演化[J]. 石油勘探与开发, 2019,46(6): 1087-1098.
FU Siyi, ZHANG Chenggong, CHEN Hongde, CHEN Anqing, ZHAO Junxing, SU Zhongtang, YANG Shuai, WANG Guo, MI Wentian. Characteristics, formation and evolution of pre-salt dolomite reservoirs in the fifth member of the Ordovician Majiagou Formation, mid-east Ordos Basin, NW China[J]. Petroleum Exploration & Development, 2019,46(6): 1087-1098.  
Doi: 10.11698/PED.2019.06.07
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鄂尔多斯盆地中东部奥陶系马家沟组五段盐下白云岩储集层特征及其形成演化
付斯一1,2, 张成弓1,2, 陈洪德1,2, 陈安清1,2, 赵俊兴1,2, 苏中堂1,2, 杨帅1,2, 王果2, 密文天3
1. 油气藏地质及开发工程国家重点实验室,成都610059
2. 成都理工大学沉积地质研究院,成都610059
3. 内蒙古工业大学矿业学院,呼和浩特010051
联系作者简介：张成弓（1984-）,男,四川资中人,博士,成都理工大学讲师,主要从事沉积学和岩相古地理方面的研究。地址：四川省成都市成华区二仙桥东三路1号,成都理工大学沉积地质研究院,邮政编码：610059。E-mail: batistutaqqg@163.com

第一作者简介：付斯一（1990-）,男,湖北黄冈人,现为成都理工大学在读博士,主要从事沉积学和沉积地球化学方面的研究。地址：四川省成都市成华区二仙桥东三路1号,成都理工大学沉积地质研究院,邮政编码：610059。E-mail: fsy_cdut1025@163.com

收稿日期: 2019-04-26
基金项目: 国家自然科学青年基金项目（41602107）; “油气藏地质及开发工程”国家重点实验室开放基金项目（PLC20180307）; 内蒙古自然科学基金（2018LH04006）
摘要

基于岩心、薄片观察与地球化学分析结果,对鄂尔多斯盆地中东部奥陶系马家沟组五段盐下白云岩储集层特征及其形成演化进行研究,得到以下几点认识：①盐下白云岩主要由微晶白云岩、晶粒白云岩和砂屑白云岩组成,晶间孔和各类溶蚀孔是主要储集空间;②研究区内成岩作用复杂,主要为白云石化作用、溶蚀作用、充填作用和重结晶作用等;③多阶段的白云石化作用有利于次生孔隙发育和原生孔隙保存,包括准同生阶段的蒸发泵白云石化作用、准同生—浅埋藏阶段的渗透-回流白云石化作用以及后期的埋藏白云石化作用;④多期次溶蚀作用对次生孔隙发育具有重要影响,同生—准同生期多期次次一级的海进-海退旋回导致易溶组分暴露溶蚀,发育次生孔隙;⑤埋藏期的有机酸溶蚀、硫酸盐热化学反应及其产物H2S生成的氢硫酸对储集层溶蚀改造,使储集空间进一步得到改善;⑥盐下层系中高H2S含量的区域可以成为下一步勘探潜在目标。图12表1参47

关键词: 鄂尔多斯盆地; 奥陶系马家沟组; 白云岩; 膏盐岩; 白云石化作用; 溶蚀作用
中图分类号:TE122 文献标志码:A 文章编号:1000-0747(2019)06-1087-12
Characteristics, formation and evolution of pre-salt dolomite reservoirs in the fifth member of the Ordovician Majiagou Formation, mid-east Ordos Basin, NW China
FU Siyi1,2, ZHANG Chenggong1,2, CHEN Hongde1,2, CHEN Anqing1,2, ZHAO Junxing1,2, SU Zhongtang1,2, YANG Shuai1,2, WANG Guo2, MI Wentian3
1. State Key Laboratory of Oil and Gas Reservoir Geology and Exploitation, Chengdu 610059, China
2. Institute of Sedimentary Geology, Chengdu University of Technology, Chengdu 610059, China
3. School of Mines, Inner Mongolia University of Technology, Hohhot 010051, China
Abstract

The characteristics and formation of the pre-salt dolomite reservoirs in the fifth member of Ordovician Majiagou Formation in the mid-east Ordos Basin are investigated through observation of cores and thin sections, and geochemical analysis. (1) The pre-salt dolomites can be divided into dolomicrite, grain dolomite and dolarenite, in which the main reservoir space consists of intercrystalline pores and various dissolved pores. (2) The diagenesis in the study area is complex and mainly includes dolomitization, dissolution, filling, and recrystallization. (3) Multi-stages of dolomitization, including penecontemporaneous capillary concentration dolomitization, seepage- reflux dolomitization during penecontemporaneous and shallow burial stage, and burial dolomitization in later stage, are conducive to the preservation of primary pores and development of secondary pores. (4) Multi-stages of dissolution also have strong influence on the development of secondary pores; the secondary transgression and regression cycles during the contemporaneous-penecontemporaneous stage led to exposure and dissolution of soluble minerals and thus the generation of secondary pores. (5) In the burial stage, reservoir pores were further improved due to organic acid dissolution and the dissolution by hydrosulphuric acid from thermochemical sulfate reduction (TSR) and its product H2S. (6) High H2S concentration area in pre-salt reservoirs can thus be considered as targets for future exploration.

Keyword: Ordos Basin; Ordovician Majiagou Formation; dolomite; gypsum-salt rock; dolomitization; dissolution
0 引言

膏盐岩层可以作为油气圈闭的良好盖层已经被大多数学者所认同。同时, 膏盐岩在储集层形成中的意义也越来越受到地质学家们的关注, 膏盐岩层系的发育代表着干燥的气候和较为局限的沉积环境, 有利于渗透- 回流白云石化作用、蒸发泵白云石化作用的发育[1, 2], 使早期方解石易被高盐度的白云石化流体交代而形成白云石, 提高储集层物性[3]。相比于碳酸盐岩, 膏盐岩的可溶性更强, 在成岩作用过程中与碳酸盐岩共生的膏盐矿物较易被溶蚀形成次生孔隙[4]; 高成熟度烃类进入储集层后, 在高温环境下, 可以与膏盐组分发生硫酸盐热化学反应（TSR）产生H2S, 对深部优质储集层的形成具有重要的意义[5, 6]。

碳酸盐岩储集层通常会经历复杂漫长的成岩作用, 并对成岩作用具有很强的敏感性[7], 极易导致原生孔隙的损失, 因此次生孔隙成为储集空间的主导[8]。成岩作用的类型复杂繁多, 地质工作者们将其划分为“ 建设性” 和“ 破坏性” 两大类, 白云石化作用、溶蚀作用、去膏化作用等对有效储集层的发育具有建设性[9, 10, 11, 12, 13], 机械压实作用、胶结作用和充填作用等对储集层具有破坏性[7, 14]。随着近年来碳酸盐岩储集层成岩作用研究的深入和非风化壳岩溶型储集层的发现[3, 15], 使人们意识到碳酸盐岩“ 建设性” 成岩作用在孔隙发育中的重要性, 相关理论的发展也为有效储集层分布的预测提供了新依据。

国内外研究表明, 与膏盐岩层系有关的白云岩储集层往往具有丰富的天然气资源, 例如沙特阿布扎比wafra油田古新统[16]、美国德克萨斯州奥陶系[17]、墨西哥湾上侏罗统[9]、波斯湾下三叠统[10]以及巴西桑托斯盆地白垩系[18]均已规模建产。中国四川盆地中三叠统雷口坡组[11]、塔里木盆地寒武系[19]以及鄂尔多斯盆地奥陶系马家沟组盐下均有发现[20]。鄂尔多斯盆地下古生界奥陶系海相碳酸盐岩是天然气勘探的重要领域[21], 1989年在盆地中部奥陶系顶部风化壳中发现了当时中国最大的海相碳酸盐岩气田靖边大气田[22], 证明了奥陶系马家沟组碳酸盐岩具有巨大的天然气勘探潜力。通过不断深化海相碳酸盐岩天然气成藏富集规律的研究, 在盆地中央古隆起东侧中组合白云岩中取得了重大的勘探突破, 并提出了上古生界煤系烃源岩侧向供烃成藏的认识[23], 进一步展示出马家沟组碳酸盐岩具有良好的勘探前景。在盆地中东部, 马家沟组发育多套厚层膏盐岩沉积, 尤以奥陶系马家沟组五段6亚段（简称马五6亚段）的膏盐岩分布范围最广、沉积厚度最大, 因此, 常常以马五6亚段做为盆地中东部盐上和盐下层系的分界[24], 并将马五6— 马五10亚段简称为盐下层段[20]。勘探结果显示, 多口探井在盐下马五7、马五9亚段钻遇含气层, 获得高产工业气流[25], 使得人们对于盐下层系成藏地质条件的研究更为迫切。虽然前人对马家沟组碳酸盐岩储集层进行了不少研究, 但研究的重点多关注于勘探开发程度较高的马五段上部的风化壳岩溶储集层[12, 13], 或者是将盐下层系包含于整个马家沟组碳酸盐岩之中进行讨论[25]。不少学者讨论鄂尔多斯盆地马五段盐下白云岩的沉积特征[8]、储集层特征[26]、成藏条件[23]和天然气地球化学特征[27], 但是在孔隙成因、储集层形成机理以及膏盐岩对储集层的影响等方面的认识尚存在不足。

本文以鄂尔多斯盆地中东部奥陶系马家沟组五段（简称马五段）盐下白云岩为对象, 研究其岩石学与矿物学特征、孔隙特征、成岩作用特征及地球化学特征, 探讨储集层成岩作用过程及其对孔隙发育的影响, 总结白云岩储集层的形成演化, 以期对研究区及相似类型的碳酸盐岩储集层的勘探与开发提供地质依据。

1 地质背景

鄂尔多斯盆地为一典型的多旋回克拉通盆地, 面积约为25× 104 km2[28], 划分出6个一级构造单元, 分别为北部伊盟隆起、中部伊陕斜坡、东部晋西挠褶带、南部渭北隆起以及向西依次发育的天环坳陷和西缘冲断带[29, 30]。本文研究区位于盆地中东部, 横跨伊陕斜坡、晋西挠褶带, 面积约为5× 104 km2（见图1）。

图1 鄂尔多斯盆地构造单元划分（a）及盆地中东部马五段地层柱状图（b）

早古生代奥陶纪马家沟组沉积期, 秦岭— 祁连古洋壳的俯冲作用形成的“ L” 型古隆起带控制着鄂尔多斯盆地沉积环境[8, 26], 古隆起带西部为陆缘海碳酸盐台地沉积环境, 发育有潮坪、台地、台地边缘以及陆棚等沉积相带; 古隆起带东部受华北海的影响, 沿“ L” 型古隆起向东依次以发育潮坪、局限台地、膏盐湖相沉积[31, 32]。根据岩石类型和沉积旋回特征, 马五段可以细分为马五1— 马五10共10个亚段[33]（见图1b）。受加里东和海西运动的影响, 鄂尔多斯盆地在马家沟组沉积期后发生整体抬升[29, 32], 经历了长达1.5× 108年的沉积间断, 导致马家沟组顶部长期暴露遭受大气淡水淋滤, 马五1— 马五4亚段形成大型风化壳岩溶裂缝-孔隙型储集层[34]。而马五段中下部马五6— 马五10亚段则较少或未遭受大气淡水淋滤, 以白云岩和膏盐岩组合发育为特征, 其中马五7、马五9亚段以白云岩为主, 马五6、马五8、马五10亚段以厚层膏盐岩为主[35]。

2 储集层特征
2.1 岩石学特征

基于岩心观察及室内显微薄片鉴定结果, 研究区奥陶系马家沟组五段岩石类型主要有微晶白云岩、粉— 细晶级的晶粒白云岩和砂屑白云岩。

微晶白云岩, 晶体小于50 μ m, 通常含有泥质, 含有少量黄铁矿、硬石膏, 常见水平纹层状构造（见图2a）。阴极发光下白云岩整体呈暗红色, 局部存在亮红色光点, 说明Mn元素在部分白云石晶体中富集[14], 而硬石膏基本不发光（见图2b）。镜下可见微晶白云岩呈似“ 角砾状” 构造, 孔隙发育程度一般, 可见少量膏模孔。研究区内这类白云岩含量约占20%~25%。

图2 鄂尔多斯盆地中东部盐下白云岩储集层岩石类型特征
（a）J-6井, 3 552.50 m, 马五8亚段, 微晶白云岩, 硬石膏斑块, 普通薄片; （b）J-6井, 3 552.50 m, 马五8亚段, 白云石呈暗红色, 硬石膏不发光, 阴极发光照片; （c）J-12井, 3 674.10 m, 马五9亚段, 粉— 细晶白云岩, 普通薄片; （d）J-12井, 3 674.10 m, 马五9亚段, 白云石呈暗红— 橘红色, 阴极发光照片; （e）JT-1井, 3 633.81 m, 马五6亚段, 粉— 细晶白云岩, 晶间孔发育, 铸体薄片; （f）T-38井, 3 630.10 m, 马五10亚段, 晶间溶孔被粗晶白云石和有机质部分充填, 铸体薄片; （g）J-12井, 3 647.32 m, 马五7亚段, 藻砂屑白云岩, 铸体薄片; （h）J-12井, 3 647.32 m, 马五7亚段, 颗粒呈暗红色, 基质发光性差, 阴极发光照片; （i）T-38井, 3 612.00 m, 马五9亚段, 具粒间溶孔的鲕粒白云岩, 鲕粒间部分被有机质和石英充填, 铸体薄片

晶粒白云岩, 通常为粉— 细晶白云岩、细晶白云岩。晶体大小为50~200 μ m, 晶体呈自形— 半自形, 点-线式接触（见图2c）, 阴极发光下呈暗红— 橘红色（见图2d）, 常发育晶间孔（见图2e）、晶间溶孔（见图2f）及溶缝, 可以成为良好的储集空间。研究区内这类白云岩含量约占60%~70%。

砂屑白云岩, 主要为藻砂屑白云岩及少量鲕粒白云岩。颗粒含量约为60%~80%, 颗粒大小不一, 最大者可达0.5 mm× 0.5 mm, 形状不规则, 以圆— 次圆状为主（见图2g）, 阴极发光下, 颗粒的发光性较强, 呈暗红色, 基质的发光性较弱, 呈灰褐色（见图2h）。颗粒间为泥粉晶白云石充填, 溶蚀孔隙发育（见图2i）。研究区内这类白云岩含量约占10%左右。

2.2 储集空间类型及物性

鄂尔多斯盆地中东部奥陶系盐下白云岩储集层孔隙类型主要有晶间孔、晶间溶孔、粒间溶孔、膏模孔、溶洞以及裂缝。

晶间孔是盐下白云岩储集层的主要储集空间之一, 多分布于自形程度较好的白云石晶体之间, 显微镜下呈规则的多边形（见图2e）。常发育在粗粉晶— 细晶白云岩中, 孔隙直径为5~100 μ m, 最大可达200 μ m。

溶蚀作用形成的孔隙是研究区中另一类主要的储集空间类型, 既有肉眼可以观察到的大小不一、形态不规则的溶孔（见图3a）, 也有显微镜下的晶间溶孔（见图2f）、粒间溶孔（见图2i）和膏模孔（见图3b）。晶间溶孔是由晶间孔进一步溶蚀扩大而形成的, 孔隙形态不规则。粒间溶孔则是对颗粒间的基质或胶结物溶蚀的产物。膏模孔是硬石膏结核遭受溶蚀后形成的孔隙, 呈次圆或椭圆状, 一般仍可见原始的形态轮廓。镜下观察表明, 这类溶蚀作用形成的孔隙直径为20~200 μ m。

图3 鄂尔多斯盆地中东部盐下白云岩储集空间及成岩作用类型
（a）J-12井, 3 668.45 m, 马五8亚段, 岩心柱断面溶蚀孔隙, 岩心照片; （b）J-6井, 3 583.10 m, 马五10亚段, 硬石膏内部被溶蚀形成膏模孔, 铸体薄片; （c）J-12井, 3 647.45 m, 马五8亚段, 岩心柱断面溶蚀孔隙被盐岩充填, 岩心照片; （d）J-12井, 3 647.32 m, 马五8亚段, 溶孔沿裂缝边部呈带状发育, 铸体薄片; （e）J-6井, 3 556.90 m, 马五9亚段, 扩溶的裂缝切穿重结晶作用形成的白云石, 部分裂缝被有机质充填, 铸体薄片; （f）J-2井, 3 590.10 m, 马五7亚段, 分布于砂屑间的石膏被溶蚀, 微裂缝及孔隙被有机质部分或全部充填, 铸体薄片; （g）J-6井, 3 583.10 m, 马五7亚段, 硬石膏被方解石交代, 周围发育黄铁矿, 普通薄片; （h）J-6井, 3 615.84 m, 马五10亚段, 微裂缝被石膏质完全充填, 铸体薄片; （i）J-12井, 3 642.41 m, 马五7亚段, 重结晶形成大的白云石斑块导致裂缝、孔隙减少, 铸体薄片

裂缝在研究区内广泛发育, 岩心表面的裂缝大多已被泥质、膏质充填（见图3c）。显微镜下的裂缝很难判断其成因是由溶蚀作用还是构造作用所导致, 但是可以肯定裂缝与溶蚀作用密切相关; 此外, 常见溶蚀孔隙沿裂缝的周围发育（见图3d）, 裂缝的宽度为10~100 μ m。

53个样品物性统计结果表明, 储集层的孔隙度为2%~10%, 平均孔隙度为5.72%（见图4a）; 渗透率为（0.001~5.000）× 10-3 μ m2, 绝大多数样品的渗透率值小于0.5× 10-3 μ m2（见图4b）。以上研究结果表明, 鄂尔多斯盆地中东部奥陶系马五段盐下白云岩属于典型的低孔-低渗型储集层。从岩石类型上来看, 砂屑白云岩具有较好的孔渗性, 平均孔隙度为5.86%, 平均渗透率为0.47× 10-3 μ m2; 晶粒白云岩的孔渗性能次之, 平均孔隙度为3.47%, 平均渗透率为0.31× 10-3 μ m2。

图4 鄂尔多斯盆地马五段盐下白云岩储集层孔隙度（a）和渗透率（b）频率直方图

3 成岩作用特征
3.1 成岩作用类型

自马家沟组沉积期后, 研究区经历了晚加里东、早海西、印支和燕山等一系列构造运动, 成岩作用类型和成岩过程十分复杂。镜下显微薄片观察表明, 储集层所经历的成岩作用有白云石化作用、溶蚀作用、充填作用、重结晶作用、压实压溶作用、胶结作用、交代作用和硅化作用等。

3.1.1 白云石化作用

白云石化作用形成的晶间孔是盐下层系的储集空间之一, 大范围发育的白云石化作用不仅可以形成有效孔隙, 同时也对孔隙的保存做出贡献[1]。研究区白云石化作用过程可以分为3个阶段：①同生— 准同生期的蒸发泵白云石化作用; ②准同生— 浅埋藏阶段渗透-回流白云石化作用; ③埋藏期的埋藏白云石化作用。

地球化学分析结果表明, 盐下白云岩中SiO2和Al2O3平均含量分别为2.09%和0.46%, 部分样品中SiO2含量大于3.00%, 很可能与沉积期西侧古隆起陆源物质的混入有关[36], 或者与自生石英的沉淀有关（见图2i）。CaO和MgO的含量可以反映白云石化的程度, CaO与MgO线性相关图可以反映白云岩是沉积成因还是交代成因[37]。研究区白云岩整体上具有高CaO值、低MgO值的特征, 说明白云石化作用并不彻底（见表1、图5）。其中, 微晶白云岩的CaO与MgO含量呈明显的线性正相关, 反映出沉积成因; 晶粒白云岩和砂屑白云岩的CaO与MgO含量则更多表现为线性负相关, 反映为交代或重结晶成因。不同类型白云岩的δ 13C值均为-0.57‰ ~1.86‰ , 平均值为0.75‰ （见表1、图6）, 与同时期全球海水的δ 13C值相当[38], 表明白云石化流体来源于同时期的海水。微晶白云岩δ 18O值为-6.18‰ ~-5.05‰ , 平均值为-5.48‰ ; 砂屑白云岩δ 18O值为-6.05‰ ~-4.12‰ , 平均值为-5.28‰ , 均与同时期海水δ 18O值相当[38]（见图6）, 说明白云石化的流体主要来源于海水。晶粒白云岩δ 18O值为-7.31‰ ~-5.30‰ , 平均值为-6.11‰ , 虽然大多数δ 18O值仍位于同时期海水范围值内, 但是部分δ 18O值负偏（小于-7.00‰ ）, 表明白云石化流体与同时期的海水密切相关, 但是后期成岩流体的温度、盐度以及PH值的改变造成了部分样品δ 18O值负偏。在高温、高压的埋藏环境中形成的白云石往往具有较低的δ 18O值, 此外晶粒白云岩的δ 18O值并未小于-10.0‰ , 说明未受到热液作用的影响, 这类晶粒白云岩显示出埋藏白云石化的特征。87Sr/86Sr值也提供了类似的证据, 砂屑白云岩的87Sr/86Sr值为0.708 323~0.709 602, 平均值为0.709 016; 微晶白云岩的87Sr/86Sr值为0.709 601~0.709 844, 平均值为0.709 686; 晶粒白云岩的87Sr/86Sr值为0.708 892~0.710 717, 平均值为0.709 636。由图7可知, 大部分砂屑白云岩和部分晶粒白云岩的87Sr/86Sr值基本位于同期海水值[38]范围内, 说明白云石化的流体主要来自于海水, 但存在成岩流体来自或流经富87Sr的地层。微晶白云岩的87Sr/86Sr值均高于同时期的海水, 可以理解为一方面是由于在强蒸发环境下, 海水中的87Sr含量会增加, 从而导致比值增大[39]; 另一方面, 大气淡水的作用也可能会导致锶同位素值的增加[40]。晶粒白云岩中的87Sr/86Sr值偏大, 更大可能是埋藏期遭受到来自上覆石炭系压释的含铝硅酸盐流体的影响[41, 42]。因此, 微晶白云岩和砂屑白云岩是准同生期蒸发白云石化作用的结果, 晶粒白云岩更多的是渗透- 回流白云石化的产物且存在埋藏期流体作用的影响。

表1 盐下白云岩地球化学分析结果

图5 鄂尔多斯盆地盐下白云岩CaO、MgO含量交会图

图6 鄂尔多斯盆地盐下白云岩δ 13C和δ 18O值分布图

图7 鄂尔多斯盆地盐下白云岩87Sr/86Sr值分布图

3.1.2 溶蚀作用

溶蚀作用是储集层次生孔隙发育的主要原因之一, 岩心观察和镜下铸体薄片鉴定表明, 主要的溶蚀孔隙有晶间溶孔（见图2f）、粒间溶孔（见图2i）、膏模孔（见图3b）和溶缝（见图3d）。J-2井孔隙度、渗透率分析表明（见图8）, 存在局部高孔、高渗层段, 结合镜下铸体薄片, 高孔渗层段的发育一方面与原始砂屑格架密切相关, 另一方面与溶蚀作用产生的次生孔隙有关, 溶蚀孔隙部分被有机质充填或沿孔隙边缘发育有机质环边（见图9）。

图8 鄂尔多斯盆地J-2井马五段地层柱状图

图9 鄂尔多斯盆地J-2井马五段铸体薄片镜下照片
（a）马五7亚段, 3 588.10 m, 石膏分布于砂屑之间, 部分被溶蚀, 溶蚀孔隙具有沿裂缝（红色箭头）发育聚集的特征, 照片编号①; （b）马五7亚段, 3 589.10 m, 裂缝中的石膏被溶蚀（红色箭头）, 照片编号②; （c）马五7亚段, 3 592.01 m, 溶孔被黑色有机质充填（红色箭头）, 照片编号③; （d）马五9亚段, 3 608.50 m, 粒间溶孔内部充填有机质（红色箭头）, 照片编号④; （e）马五9亚段, 3 608.50 m, 粒间溶孔被有机质部分充填（红色箭头）, 照片编号⑤; （f）马五10亚段, 3 613.17 m, 溶缝, 照片编号⑥

进一步结合地球化学和孔隙充填物特征分析认为, 整个盐下层系主要受两期溶蚀作用的影响, 第1期为短暂海平面变化导致的准同生期大气淡水溶蚀作用, 第2期为埋藏阶段多种流体对白云岩储集层溶蚀改造。在盐下层系沉积过程中存在着多期次次一级的海进— 海退旋回, 海平面的频繁交替变化导致沉积物短暂暴露, 易溶组分遭受溶蚀, 发育次生溶孔。微晶白云岩岩心断面上发育的溶蚀孔洞（见图3a）是准同生期溶蚀作用的结果, 孔洞大小通常为1~5 cm, 个别可达10 cm, 部分孔洞被膏盐岩充填。因此, 微晶白云岩中87Sr/86Sr值偏大可以被理解为是大气淡水溶蚀作用的结果。晚加里东— 早海西沉积期后, 马五段白云岩进入埋藏阶段, 溶蚀作用主要有有机酸溶蚀以及TSR的溶蚀改造。在有机质成熟过程中产生的有机酸和CO2是地层中酸性流体的主要来源[40]。印支末期— 燕山早期, 上古生界煤系烃源岩进入生烃高峰期[15], 与这套烃源岩侧向直接接触的盐下白云岩接受了大量烃类酸性流体, 盐下白云岩储集层微裂缝发育, 在埋藏过程中酸性流体易沿着微裂缝渗透进地层, 对裂缝周围的白云石进行溶解形成扩大的溶缝, 部分溶缝中可见残余有机质充填（见图3e）。在这类溶蚀形成的粒间溶孔和晶间溶孔中普遍可见有机质充填或沿孔隙边缘形成有机质环边（见图2f、图2i）。TSR对储集层的溶蚀改造体现在2个方面：①早期反应进行过程中烃类物质与膏质组分反应形成次生孔隙（见图3f）; ②反应的主要产物H2S溶于水后形成强酸性的氢硫酸, 对白云岩储集层具有较强的溶蚀性[6, 43]。T-38、JT-1等探井均在盐下层系测得较高的H2S含量, 属于高含硫气藏[44]。镜下观察发现, 局部硬石膏被次生方解石交代, 周围发育黄铁矿（见图3g）, 这些都是TSR的典型标志。J-2井储集层孔渗性能的改善就是膏质参与TSR反应被溶蚀的结果。

3.1.3 充填作用

充填作用是储集层孔隙度减小的主要原因, 常见的孔隙充填物除了溶蚀作用中提到的有机质以外, 还有方解石、粗晶白云石、盐岩、硬石膏和自生石英等（见图10）, 它们将孔隙、裂缝半充填或全部充填。从充填物的特征与孔隙的关系上来看, 可以识别出两期充填作用。第1期发生在准同生期, 主要表现为高盐度卤水对先前相对海平面升降形成的大量溶蚀孔洞进行盐岩沉淀的化学充填（见图3a、图3c）。第2期发生在埋藏阶段, 进一步细分为3类：第1类为粗晶白云石的充填, 前人研究表明, 马家沟组白云岩中的粗晶白云石与热流体的改造作用有关[41], 粗晶白云石的边缘被有机质所包围, 说明这类白云石形成于有机质形成之前（见图2f）; 第2类为烃类酸性流体进入储集层导致孔隙被充填, 研究区存在部分充填的自生石英与有机质伴生发育（见图2i）, 说明这类石英的形成与烃类酸性流体的作用密切相关; 第3类为东部盐洼封存的地下卤水回流, 通过储集层微裂缝流动发生白云石化的同时, 可以沉淀出后期的石膏对孔隙进行充填（见图3h）。

图10 马家沟组盐下孔隙充填类型频率分布

3.1.4 重结晶作用

重结晶作用会导致白云石的晶体结构发生转变, 适度的重结晶作用使得变大的晶粒之间相互支撑, 从而扩大晶间孔, 但是强烈的重结晶作用往往会使原有的孔隙消失或呈孤立状存在[14]。研究区重结晶作用强烈, 更多的表现为对储集层的破坏, 白云石晶体呈镶嵌状或者聚集形成大的白云石斑块（见图3i）, 使得前期的孔、缝消失或者缩小。被有机质充填的溶蚀扩大微裂缝切穿了重结晶作用形成的白云石（见图3e）, 说明重结晶作用发生在烃类酸性流体进入储集层之前。

3.2 成岩演化序列

结合岩石学特征和地球化学特征的研究, 将研究区成岩演化分为早期和晚期两类（见图11）。

图11 鄂尔多斯盆地中东部盐下白云岩储集层成岩演化

早期成岩演化发生在同生— 准同生期, 主要包括早期的白云石化作用、大气淡水溶蚀作用和充填作用。强蒸发环境和局限的海水条件下, 浓缩后的海水交代先前形成的碳酸盐沉积物, 使之发生白云石化, 这一期的白云岩常形成微晶白云岩和砂屑白云岩。随后, 海平面的频繁升降, 使得沉积物短暂暴露遭受大气淡水的侵蚀, 形成溶蚀孔洞, 同时会在这些溶蚀孔洞内形成早期的膏盐岩充填。

晚期成岩演化发生在埋藏期, 晚石炭世研究区再次接受沉积, 盐下层系进入埋藏环境。此时, 成岩作用以后期的白云石化作用和与烃类组分有关的溶蚀作用为主, 同时重结晶作用、充填作用和压实压溶作用等也开始发生。根据不同的成岩作用现象与孔隙内残存有机质的接触关系, 认为重结晶作用、充填作用等破坏性的成岩作用均发生在烃类流体进入储集层之前, 说明烃类流体的进入在一定程度上对储集层空间具有保护作用。

4 盐下白云岩储集层形成演化过程

前人研究认为, 鄂尔多斯盆地奥陶系马家沟组白云岩储集层上组合主要受控于岩溶古地貌[12], 中央古隆起东侧的中组合白云岩储集层主要受控于沉积微相及白云石化作用[45], 而盆地中东部马五段盐下层系由于较少或未遭受古岩溶的作用, 一直关注较少。已有的研究表明, 马五6— 马五10亚段沉积期, 气候干燥炎热, 中央古隆起的阻隔作用导致水体循环受限, 自古隆起向东依次发育台内云坪、砂屑滩、含膏（膏质）云坪和潟湖相沉积[35], 浅水高能相带中的砂屑滩微相可以成为有利的储集层发育区[26, 28]。本文分析认为, 成岩作用对储集层具有更加强烈的控制作用, 白云石化作用和埋藏期与烃类流体有关的溶蚀作用对有效储集层的发育至关重要, 储集层形成大致可以分为准同生— 浅埋藏期、晚加里东— 早海西构造抬升期、中海西— 早燕山埋藏期、晚燕山期以后等4个阶段。

准同生— 浅埋藏期。多种白云石化作用奠定了研究区白云岩体发育的基础。多期次次一级的海进— 海退旋回造成沉积物的短暂暴露, 形成了早期的溶蚀孔隙。渗透-回流白云石化作用形成的晶粒白云岩, 有利于晶间孔的发育（见图12a）, 这一过程可以持续到浅埋藏期。

图12 鄂尔多斯盆地盐下白云岩储集层形成阶段与成因（剖面位置见图1）

晚加里东— 早海西构造抬升期。马家沟组顶部马五1— 马五4亚段经历了风化壳岩溶作用的改造, 盐下白云岩储集层由于距离风化壳较远且膏盐岩层具有阻隔作用, 导致这套白云岩体在晚加里东— 早海西期并未遭受明显的岩溶作用改造[46]（见图12b）。

中海西— 早燕山埋藏期。盐下层系进入埋藏阶段, 在上覆地层压实作用下, 盐下层系的温度、压力升高, 强烈的重结晶作用对早期孔隙进行破坏, 封存在研究区东部盐洼之中的富镁流体大量释放出来, 导致早期形成的白云岩发生较强的埋藏白云石化作用。而在研究区的西边靠近古隆起的地区, 白云岩更多的是保留了渗透-回流成因的特征, 某些指标上显示出较弱的埋藏成因特征[47]（见图12c）。

晚燕山期以后。鄂尔多斯盆地内部形成西倾单斜的构造格局, 推动上覆石炭系烃源岩生成的烃类及其伴生的有机酸向盐下白云岩储集体运移, 有机酸性流体沿储集层微裂缝渗透进入地层, 对裂缝进行溶扩, 溶缝中普遍见有机质充填。与供烃窗口附近的白云岩储集层相比, 研究区内有机酸溶蚀形成的孔隙具有细、少的特点, 并未见大量的晶间溶孔、粒间溶孔, 说明有机酸在向东部运移的过程中被冲淡导致溶蚀效果降低（见图12d）。相比于盆地其他地区的马家沟组, TSR作用是研究区独有的溶蚀现象, TSR及其伴生的氢硫酸可以对储集层进行强烈、持续的溶蚀改造, 形成优质储集层（见图12d）, 在今后的勘探过程中可利用硫化氢含量来预测有利储集层的分布。

5 结论

鄂尔多斯盆地中东部奥陶系盐下白云岩储集层主要发育微晶白云岩、粉— 细晶白云岩和砂屑白云岩。储集空间以晶间溶孔、粒间溶孔、膏溶孔和溶缝等溶蚀性孔隙为主, 同时发育有晶间孔, 为裂缝-孔隙型储集层。

多期成岩作用控制着有效储集层的发育, 白云石化作用和溶蚀作用对储集层的发育具有建设性, 充填作用和重结晶作用则对储集层具有破坏性。

白云石化作用是储集层发育的关键因素之一, 同生— 准同生阶段的蒸发泵白云石化作用、准同生— 浅埋藏阶段的渗透-回流白云石化作用以及后期埋藏白云石化作用对次生孔隙的形成和原生孔隙的保存起到了重要的作用。

多期次的溶蚀作用对次生孔隙的发育具有重要的影响, 准同生期多期次次一级的海进-海退旋回导致早期沉积物中易溶组分的溶蚀形成次生孔隙。埋藏期的有机酸溶蚀作用使得储集空间进一步得到改善。由于膏盐岩的存在, 研究区特有的TSR及其产物H2S生成的氢硫酸对储集层的溶蚀改造, 或许可以成为下一步优选勘探目标的重要依据。

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