0 引言

鄂尔多斯盆地靖边气田截至2013年底储量规模超过1×10¹² m³，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37×10⁴ km²，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0.5 m至2 m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2 mm。镜下砂屑颗粒形态清晰，含量为60%~75%，观察可得颗粒粒径由0.08~0.5 mm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0.3~0.5 mm，球度及磨圆较好，分选良好，亦少见较大鲕粒，粒径为1~1.8 mm，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0.15~0.5 mm，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0.5~2.5 m，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2.5 m。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1 m。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，两套单体颗粒滩间所夹静水沉积体可能为滩间海沉积物。此类“细—粗—细—粗”的沉积物粒度变化表明在水体变浅的总趋势下，至少一次水面上升及颗粒滩沉积间断的过程。

3.3 潟湖—颗粒滩—微生物丘

此相序组合在研究区内发育广泛。旋回下部潟湖亚相发育局限潟湖及蒸发潟湖微相，相对静水沉积，在水动力条件下，深灰色泥晶云岩或膏质云岩向上逐渐过渡为灰色砂屑云岩，与藻黏结砂屑云岩共同构成较高能的颗粒滩亚相。滩顶部常伴生有以藻凝块云岩为主的微生物丘，这种在较强水动力条件下形成的丘滩复合沉积体，受海平面频繁波动的影响，部分丘滩顶部常常出露海面发生沉积间断并遭受大气淡水淋滤改造，形成相应的选择性或非选择性岩溶组构，表现为典型的花斑状溶蚀孔洞特征(图 3d，h)^[25]，目前，丘滩复合体储集层在四川盆地震旦系灯影组^[26]、塔里木盆地寒武系肖尔布拉克组^[27]均展现出了巨大的勘探价值。而在盆地马家沟组的油气勘探中也逐渐发现了该类储集体的存在^[28]，具有良好的油气储集意义，因此有必要进一步加强对该类丘滩复合体储层的勘探重视。

4 颗粒滩空间分布特征 4.1 横向展布特征

研究区马五₇为马家沟期整体海退背景下的次级海侵沉积，以大量颗粒滩发育为特征。同时，受更高级别海平面及其水体能力的周期性频繁振荡变化，马五₇亚段在垂向上表现为两套与颗粒滩密切相关的向上变浅旋回的叠置，而其横向分布的差异性则往往与微地貌的差异和起伏有关。近南北向(A—A’，图 5)剖面，地层厚度介于8~14 m，总体向南增大，厚度在研究区中部达到最大。颗粒滩及局限潟湖较为发育，上下两套滩体连续性均较好。颗粒滩岩性包括砂屑云岩、粉—细云岩及少量鲕粒云岩，常见准同生期暴露形成的花斑状溶蚀孔洞，表明多为处于微地貌高地且沉积速率较快的暴露型浅滩。滩间海、膏坪及微生物丘发育相对较少；近东西向(B—B’，图 5)剖面，地层厚度介于8~12 m，由西向东厚度先减小后增大，呈东西厚中间较薄趋势，整体发育两套颗粒滩，顶部薄层颗粒滩连续性较好，底部颗粒滩厚度较大，连续性较差。颗粒滩以砂屑云岩，藻砂屑云岩及鲕粒云岩为主，桃10井及靳4井之间微生物丘发育较好。岩相变化表明，研究区东部近中央隆起区颗粒滩发育规模及厚度较大、盐度正常，而东部近陕北凹陷膏盐湖区域则颗粒滩发育规模较小，沉积水体盐度较大，以蒸发潟湖沉积为主。

总体来看，马五₇亚段以局限—蒸发潟湖、颗粒滩及微生物丘为沉积主体，发育两期较稳定的薄层颗粒滩，单滩体厚度均小于5 m。南北向颗粒滩发育程度及规模较稳定，横向连续性较好；而东西向颗粒滩的发育则表现出明显的差异性，自西向东滩体发育规模整体减小，水体盐度逐渐增大，由局限潟湖逐渐过渡为蒸发潟湖。

4.2 平面展布特征

在颗粒滩纵横向分布规律研究的基础上，结合颗粒滩的测井识别与解释(将GR＜30、DEN＜2.88以及CNL＞6的岩类划为颗粒岩)，对区内分布均匀且资料相对完整的70余口代表井进行颗粒岩厚度及颗粒岩含量统计(表 1)，编制马五₇亚段颗粒滩分布平面图(图 6)。同时，参照前人^[29-30]对碳酸盐岩台地岩相古地理单因素作图划分标准，将本区马五₇颗粒岩厚度介于2.2~5.6 m(颗粒岩含量为30%~50%)的区域划为颗粒滩滩翼，将厚度大于5.6 m(颗粒岩含量大于50%)的区域划为颗粒滩滩核，颗粒岩厚度小于2 m的区域为局限—蒸发潟湖或滩间海，两者不同之处在于潟湖较滩间海分布范围及面积更广。

结果表明，区内颗粒岩厚度整体呈现出中西部较厚而东部薄的趋势，这与沉积期西高东低的古地貌格局相吻合。同时，颗粒滩的发育具有明显的南北向展布特征，并沿东部凹陷环带状分布于盆地中部较为宽缓的伊陕斜坡构造带上。其中，中西部地区颗粒滩最为发育，平面连续性较好，颗粒岩累计厚度总体较大。受伊陕斜坡内部微地貌起伏的影响，局部洼地颗粒岩厚度相对较小，表现为滩间海沉积。东部地区除小范围区域颗粒岩厚度大于6 m之外，其他地区厚度均较小，以局限—蒸发潟湖沉积为主。

5 讨论 5.1 马五₇亚段沉积古地理格局

奥陶系盐下碳酸盐岩是鄂尔多斯盆地重要的勘探领域，多年来大量学者专注于盐下的沉积古地理背景研究，并提出了多种沉积模式，现有研究多以冯增昭等^[31]提出的台地蒸发潮坪说^[32-34]为主，并有学者认为在潮坪边缘局部发育潮缘滩^[32]，另有蒸发陆架盆地说^[35]、障壁潟湖沉积模式^[33]、局限—蒸发台地模式^[36]等。结合本研究区内马五₇亚段的岩相特征及其展布规律发现，马五₇亚段各沉积旋回底部大量发育纹层状膏质云岩，由相对较深水低能条件下沉积的深灰色泥晶云岩与灰白色云质膏岩频繁薄互层而显现出来，无法满足大范围潮坪的发育条件；此外，典型潮坪相的砾屑坪沉积应具有底冲刷和正粒序层理^[37]，而本区内马五₇亚段沉积序列表现为由(含膏)泥晶云岩向各类型颗粒岩云岩过渡的典型逆粒序特征，且未见潮道及相应冲刷面标志，与典型潮坪沉积特征有所出入；同时，由A—A’沉积剖面可看出，仅部分颗粒滩顶部小规模发育膏坪，此类膏坪是在整体干旱蒸发的气候背景下，因沉积环境水体循环受限形成的，具有鸡笼铁丝状膏岩以及膏溶角砾等指示经常暴露的典型浅水潮坪相沉积特征，但其发育规模及厚度均较小，研究区沉积主体仍以大范围的颗粒滩及局限—蒸发潟湖为主。因此，综上推测马五₇亚段沉积环境更加符合局限—蒸发台地特征。

5.2 颗粒滩分布主控因素 5.2.1 海平面频繁升降对颗粒滩垂向发育的影响

碳酸盐岩台内滩体发育要求具有较高能量的沉积环境，而沉积界面是否位于浪基面附近的高能界面则取决于海平面升降变化引起的海水深度、动荡程度和水动力条件的变化，它们综合控制着台内滩体发育特征^[38]。谭秀成等^[39]认为陆表海碳酸盐岩台地海平面升降变化一般表现出快速海侵到持续缓慢海退，并具有多旋回高频震荡的特点。多年来研究表明，马五时期盆地整体为海退的过程，其间马五₃、马五₅、马五₇、及马五₉亚段为其间短期海侵形成的碳酸盐岩沉积^[36]，而每个亚段内部又存在多个次级的周期性海平面振荡变化过程。其中，快速海侵阶段会使水体沉积能量相对变低，此时有利于沉积如泥晶云岩等细粒沉积物，若水体盐度较大，大量硬石膏等蒸发矿物也随之析出，组成旋回底部的局限—蒸发潟湖；而缓慢海退阶段则使水体变浅且在沉积界面处能量升高，微地貌高地将有利于颗粒滩发育并快速垂向加积直至滩体顶部可容空间减小而停止生长或发生暴露进入沉积间断，构成旋回上部(图 4，靳2井)。整个海平面快速震荡的过程最终形成一个向上变浅的米级沉积序列，马五₇亚时共有两期次级海侵—海退过程，由此形成两套较为稳定的滩体，多期次的小规模海平面震荡性则导致了马五₇亚段单滩体上的多个单旋回薄滩体在纵向上的频繁叠置(图 4，统76井)。

5.2.2 古地貌条件对颗粒滩平面分布差异性的控制

微地貌控制了沉积物的类型，而构造运动决定了微地貌的形成基础。鄂尔多斯盆地为一多期叠合的复合型盆地，于早元古代末的吕梁运动后进入相对稳定的克拉通演化阶段，中晚古生代及早古生代以碳酸盐岩沉积为主，中元古代末再次隆起，直到寒武纪开始再次海侵，成为克拉通盆地。早奥陶世马家沟期鄂尔多斯地块内部构造分异明显，地块内部地貌演化为北部的伊盟隆起、中部的中央隆起和中东部的陕北坳陷，地块边缘的西缘坳陷带和渭北坳陷带进一步发育^[40]。受中央古隆起及陕北凹陷的伴生与相互协调作用的影响，研究区整体表现为西高东低的古构造格局，同时，研究区东部由于靠近陕北凹陷，其沉积水体相对较深且盐度较大，以大量低能蒸发岩矿物沉积为主；而研究区中西部则水体循环相对较好，能量较强，这也决定了研究区中西部颗粒滩的发育明显优于东部的平面展布特征。而在西高东低的整体大背景下，研究区内部各井区之间同样也存在一定的微地貌起伏，微地貌高地利于颗粒滩、灰泥丘等浅水高能建造生长，微地貌洼地则表现为滩间海或潟湖沉积。整体看来，研究区西高东低的古地貌格局决定了颗粒滩集中于中西部发育的平面分异性，而其内部微地貌的起伏和差异则是各井区之间颗粒岩发育分布差异的主要原因。

6 结论

(1) 鄂尔多斯盆地中部马五₇亚段发育大面积颗粒滩，岩石类型由晶粒白云岩和颗粒云岩构成。前者包括具有残余砂屑结构的晶粒云岩以及结晶形态结构清晰的晶粒云岩，颗粒云岩包括砂屑云岩、鲕粒云岩及藻砂屑云岩。

(2) 颗粒滩发育具有向上变浅、粒度变粗的垂向序列特征，共识别出潟湖—颗粒滩—微生物丘—台坪、潟湖—颗粒滩—滩间海—颗粒滩和潟湖—颗粒滩—微生物丘三种相序组合。马五₇亚段整体发育两套垂向叠置的薄层颗粒滩，中西部地区颗粒滩厚度最大，南北向滩体连续性相对东西向较好，在平面上呈南北向发育并沿东部凹陷环带状展布。颗粒岩最有利发育区域为北东—南西连线一带。

(3) 研究区为陆表海局限—蒸发台地沉积体系，海平面的周期性升降变化控制了颗粒滩的垂向分布和叠置样式，而沉积期西高东低的古地貌格局和微地貌起伏则决定了颗粒滩的横向连续性和平面展布形态，颗粒滩优先发育于海底古隆起区和相对地形高地。