Reconstruction of Depositional Environment and Source-Reservoir Configuration Relationship of Ordovician Majiagou Formation in Ordos Basin
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摘要: 碳酸盐岩-膏盐岩组合蕴含了全球46%的碳酸盐岩油气储量，是重要的油气富集层位. 鄂尔多斯盆地奥陶系马家沟组发育大套厚层碳酸盐岩-膏盐岩混合沉积，目前在盐上已发现了近万亿方探明储量. 盐下和盐间有无勘探潜力？对该沉积体系的古环境恢复是关键. 通过对盆内T112井400 m系统取芯进行描述，结合薄片鉴定、微量元素、稀土元素、碳、氧、锶同位素、岩石组分等分析，对马家沟组碳酸盐岩-膏盐岩沉积体系的沉积环境进行了恢复. 根据海平面升降和水体氧化程度的变化，该体系可以划分为4个亚环境，分别是缺氧段、次氧化段、氧化段和硫化段. 随着氧化程度加剧，U、Mo等微量元素含量降低，碳氧锶同位素逐渐正偏，但由于硫化段导致含氧量急剧降低，U、Mo和碳氧锶同位素急剧升高，并呈现随海平面频繁振荡分布. 基于古环境与TOC和孔隙度的对比分析，硫化段和缺氧段是最有利的烃源岩发育层段，强烈蒸发作用导致水体分层及硫化，使有机质得到有效保存. 氧化段和次氧化段是储层发育的有利层段，台内局部隆起沉积的丘滩体频繁暴露遭遇准同生溶蚀作用，发育大量溶蚀孔隙，经白云石化以后得到有效保存. 硫化段的烃源岩与氧化段的白云岩储层纵向上呈层状频繁交互，平面上呈指状交叉，构成良好的源储配置关系. 乌审旗隆起带上发育的立体型储集层网络是鄂尔多斯盆地奥陶系盐下勘探的有利区带.Abstract: The carbonate gypsum salt rock combination contains 46% of the global carbonate oil and gas reserves and is an important oil and gas enrichment horizon. The Majiagou Formation of Ordovician in Ordos basin develops a large set of thick carbonate gypsum salt rock mixed deposits. At present, nearly trillion cubic meters of proved reserves have been found on salt. Is there exploration potential under salt and between salt? The restoration of the Paleoenvironment of the sedimentary system is the key. Based on the description of 400 m systematic coring of well T112 in the basin, combined with thin section identification, supporting analysis of trace elements, rare earth elements, carbon, oxygen, strontium isotopes and rock components, this paper restores the depositional environment of carbonate gypsum salt rock sedimentary system of Majiagou formation. According to the rise and fall of sea level and the change of water oxidation degree, the system can be divided into four sub environments: anoxic section, secondary oxidation section, oxidation section and sulfide section. With the aggravation of oxidation degree, the contents of trace elements such as U and Mo decrease, and the carbon oxygen strontium isotope is gradually positive. However, the oxygen content decreases sharply due to the sulfide section, and the isotopes of U, Mo and carbon oxygen strontium rise sharply, showing a frequent oscillation distribution with sea level. Based on the comparative analysis of paleoenvironment, TOC and porosity, the sulfide section and anoxic section are the most favorable hydrocarbon source rock development sections. Strong evaporation leads to water stratification and vulcanization, so that organic matter can be effectively preserved. Oxidation section and secondary oxidation section are favorable sections for reservoir development. The mound and beach bodies deposited by local uplift in the platform were frequently exposed, encountered quasi syngenetic dissolution and developed a large number of dissolution pores, which were effectively preserved after dolomitization. The source rock in the sulfide section and the dolomite reservoir in the oxidation section are interbedded in the longitudinal direction, and finger crossing in the plane, forming a good source-reservoir matching relationship. The three-dimensional reservoir network developed on Wushenqi uplift belt is a favorable area for Ordovician subsalt exploration in Ordos Basin.
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0. 引言
碳酸盐岩-膏盐岩体系在全球广泛发育，在前寒武纪至第四纪地层中均有发现，蕴含了全球46%的碳酸盐岩油气储量，是重要的油气勘探领域（胡安平等，2019）. 国外的阿姆河盆地、桑托斯盆地、西伯利亚盆地等，国内的塔里木盆地、四川盆地和鄂尔多斯盆地都发育这种蒸发岩沉积体系（文华国等，2021）. 鄂尔多斯盆地奥陶系马家沟组发育厚度达600~800 m的巨厚碳酸盐岩-膏盐岩地层，目前在盐上油气系统已发现了近万亿方天然气储量. 盐下和盐间是否具有勘探潜力，是目前勘探和研究亟需解答的重大问题，而对古环境的恢复能够有效揭示烃源岩和储层的发育规律. 前人对泥页岩、碎屑岩和碳酸盐岩古环境恢复进行了大量探索（张水昌等，2006；刘刚等，2007；王万春等，2015；孟昊等，2016；汪宗欣等，2017；张志杰等，2018；张春宇等，2021）. 前人通过微量和稀土元素中氧化还原敏感元素分析，还原沉积水体的氧化还原条件；碳氧同位素应用于海平面的升降分析和古温度的恢复；结合岩性描述，进一步恢复古气候和古盐度，取得了良好的效果. 但目前针对蒸发岩体系的古环境恢复较少，且缺少系统的资料提供支撑. 本文在总结前人研究的基础上，针对鄂尔多斯盆地内系统取芯井取样分析（总取芯长度500 m），通过岩心描述、薄片观察鉴定、结合系统的地球化学分析，对马家沟组碳酸盐岩-膏盐岩体系的沉积古环境进行了恢复，划分了不同的沉积亚环境. 并进一步通过烃源岩和储层相关性分析，刻画了源储分布和配置关系，以期对鄂尔多斯盆地盐下的勘探工作提供指导，同时对国内外类似沉积体系的研究提供启示.
1. 区域地质概况
中、晚元古代，盆地处于拗拉谷发育阶段. 由于晋宁运动，贺兰、秦晋拗拉谷充填粘合而关闭，盆地构造特征表现为东北高，向西南倾斜，中部较平缓，发育隆坳相间的分布格局，接受了厚达千米的裂谷沉积. 此时，盆地实质上是一个被夹持于南北大洋与贺兰裂谷之间的陆块. 早古生代，盆地处于浅海陆棚发育阶段. 裂谷重新活跃，根据奥陶纪裂谷扩张引起的均衡作用，在裂谷肩部发生翘升，在盆地中部偏西处形成一个大型中央隆起，其方向与裂谷及南部洋盆走向基本一致. 该隆起分布于盐池、定边、庆阳、黄陵一带，北段走向近南北向，向南变为北西走向，南段在宁县一带向东转折至黄陵，平面呈“L”型，面积约50 000 km2. 当裂谷肩与裂谷取得均衡时，又与其旁侧失去均衡，为取得补偿，在其东侧由均衡调节作用而伴生一边侧坳陷，在沉积模式中称之为（内）陆棚盆地，位于榆林-米脂-延川一带（吴东旭等，2021）. 奥陶纪中央古隆起的形成及演化不仅控制了盆地古地貌、古构造特征，并进一步控制了沉积作用、沉积环境和岩相组合，对奥陶系碳酸盐岩-膏盐岩组合的烃源岩分布和天然气聚集起着重要作用（左洺滔等，2021）（图 1a）.
图 1 鄂尔多斯盆地奥陶系马家沟组古地理及含气系统综合柱状图Fig. 1. Paleogeography and Comprehensive histogram of gas containing system of Ordovician Majiagou Formation in Ordos Basin鄂尔多斯盆地奥陶系地层分布广泛，沉积厚度可达上千米. 自下而上依次为下统冶里组、亮甲山组，中统马家沟组，上统平凉组和背锅山组. 盆地中东部主要发育马家沟组地层，与下伏亮甲山组整合接触，和上覆石炭系地层呈不整合接触（乔亚斌等，2020）. 根据沉积演化特征，马家沟组可以分为6个段：马一段、马三段和马五段主要为蒸发台地沉积，岩性主要为膏盐岩和白云岩；马二段、马四段和马六段主要为碳酸盐岩台地沉积，岩性主要为白云岩和石灰岩（图 1b）.
2. 样品采集与分析
本次研究主要基于系统取芯井T112井，选取马四段-马五5亚段地层典型岩性段，深度3 740~3 306 m，共选取样品178个. 岩性覆盖灰岩（泥晶灰岩、颗粒灰岩）、白云岩（粉晶云岩、砂屑云岩、泥质云岩）、膏岩（云质膏岩、膏质云岩）等，基本包含了马家沟组发育的大部分岩性. 通过400 m岩心和212块薄片的详细观察和描述，对T112井马四段和马五10-马五5亚段的岩性进行了表征，基本上代表了马家沟组碳酸盐岩-膏盐岩的古沉积环境.
样品的微量元素和稀土元素由贵州同微测试科技有限公司完成，测试仪器选用电感耦合等离子质谱（ICP-MS），型号热电（Thermo Fisher）iCAP RQ. 用称重法配制上机溶液，精确计算出内标元素浓度（约6×10-9）与稀释倍数；本次上机溶液含4个内标：61Ni、Rh、In、Re，测试过程中使用国际标样W-2a.
碳、氧同位素、锶同位素、全岩矿物分析、总有机碳（TOC）测试在中国石油碳酸盐岩储层重点实验室完成. 其中，碳、氧同位素分析方法及流程依据SY/T 5238-2008（有机物和碳酸盐岩碳、氧同位素分析方法），检测仪器为同位素比质谱仪Delta V Advantage，环境温度为25 ℃，湿度46%RH. 锶同位素测试依据GB/T 17672-1999（岩石中铅、锶、钕同位素测定方法），采用热电离同位素比质谱仪TRITON PLUS，测试电离温度：1 450 ℃，环境温度：20 ℃，湿度50%RH. 全岩矿物分析采用X衍射分析方法，依据SY/T 5163-2010（沉积岩中黏土矿物和常见非黏土矿物X射线衍射分析方法），采用X射线衍射仪X'pert Pro，测试条件：（1）Cukα辐射；（2）发射狭缝与散射狭缝均为1°，接受狭缝为0.3°；（3）管压为40 kV，管流为40 Ma. 环境温度25 ℃，湿度45%RH. 总有机碳（TOC）测试依据GB/T 19145-2003（沉积岩中总有机碳的测定），采用仪器为碳硫分析仪LECO CS-230，环境温度20 ℃，湿度66%RH.
3. 结果和讨论
3.1 岩心和薄片特征
通过400 m系统性的岩心观察，结合GR和电阻率测井曲线对比，马四段-马五5亚段可以划分为两个三级层序以及多个四级层序，整体呈现持续性海退的海平面变化旋回（图 2）. 岩性多样且变化较快，但总体上仍可以分为3个大的岩性段：（1）马四段，岩性以灰岩为主，局部夹灰质云岩或薄层白云岩，四级旋回顶部的马四1亚段含少量膏岩或膏质云岩；（2）马五10-马五7亚段，岩性以白云岩为主，局部夹少量泥质云岩或薄层膏质云岩；（3）马五6亚段，岩性以硬石膏岩、白云质膏岩和膏质白云岩为主，夹泥质白云岩或白云质泥岩（图 3）. 对这3个典型岩性段的岩石进行全岩X衍射分析，结果表明，马四段矿物组分以方解石为主，马五10-马五7亚段基本为较纯的白云石，马五6亚段为含有一定量硬石膏的白云岩（图 4）.
图 2 T112井马家沟组四-五段沉积环境划分柱状图Fig. 2. Histogram of sedimentary environment division of member IV-V of Majiagou Formation in well T112
图 3 T112井马家沟组典型岩性段岩心和薄片特征a.含生屑砂屑微晶灰岩，发育近水平富有机质含泥纹层，3 655.75 m，马四段，普通薄片；b.（含生屑）云质微晶灰岩，常见生屑体腔孔充填方解石，发育不规则富有机质含泥纹层，3 689.76 m，马四段，铸体薄片；c.暗灰色含云泥晶灰岩，局部分布泥线，较强烈斑状云化，3 674.15 m，马四段，岩心；d.粉细晶白云岩，白云石呈半自形-它形镶嵌为主，局部斑状发育少许白云石晶间孔，3 491.82 m，马五9亚段，铸体薄片；e. 细晶-粉晶白云岩，局部隐见残余颗粒结构，发育少量溶孔（缝），白云石半充填，3 823.55 m，马五10亚段，铸体薄片；f.灰褐色细晶粉晶白云岩. 白云石半充填溶孔较发育，见微裂缝，3 509.25 m，马五10亚段，岩心；g. 残余砂屑细晶白云岩：隐见残余颗粒结构，晶间孔（粒间孔）较发育，白云石半充填，3 394.88 m，马五7亚段，铸体薄片；h.微生物凝块云岩. 溶蚀孔缝较发育（可能与藻类相关？），白云石半充填-充填，3 462.00 m，马五8亚段，铸体薄片；i. 褐灰色细粉晶-粉晶白云岩，溶蚀孔洞发育，半充填白云石；3 461.84 m，马五8亚段，岩心；j.含泥微晶白云岩/含膏-膏质微晶白云岩，不等厚纹层状快速交互变化；3 367.75 m，马五6亚段，铸体薄片；k.浅灰-灰白色含云膏岩，可见灰黑色泥质纹层和揉皱变形构造，3362.65 m，马五6亚段，岩心；l.灰褐色细晶粉晶白云岩. 近水平含泥纹层较发育，发育硫磺充填高角度裂缝面，3 506.50 m，马五10亚段，岩心Fig. 3. Core and thin section characteristics of typical lithologic section of Majiagou Formation in well T112
图 4 T112井马家沟组典型岩性段全岩X衍射矿物组分Fig. 4. X-ray diffraction mineral composition of the whole rock in typical lithologic section of Majiagou Formation of well T112基于以上岩性描述，进一步结合系统的微量元素、稀土元素、碳、氧、锶同位素以及配套的TOC分析，对T112井马四-马五段进行了沉积亚环境的划分. 根据岩性特征、矿物组分、储层发育情况和TOC的分布情况，初步将其划分4个亚环境：缺氧段、次氧化段、氧化段和硫化段（图 2）. 其中，缺氧段和硫化段岩性一般为灰岩或膏岩层（岩心可见硫磺），烃源岩较发育，高TOC值多分布于此亚环境，但储层一般不发育. 氧化段和次氧化段多为白云岩段，储层较发育，烃源岩不发育或遭到破坏，TOC值较低. 储层孔隙以原始粒间孔和选择性溶蚀孔为主，主要发育于台内丘滩微相，溶蚀对象主要为粒间的方解石、石膏等易溶胶结物，或者部分沉积层间的藻类等有机质，可形成藻溶蚀窗格孔或鸟眼孔等.
3.2 微量元素
本次研究选取了U、Mo、V 3种氧化还原敏感微量元素，重建马家沟期的沉积古环境. 由于单个元素在氧化-还原环境的判断上容易出现偏差，因此同步选取了U/Th，V/（V+Ni）和Ce/Ce_PAAS 3种指标进行综合判识（危凯等，2015）.
由于微量元素含量较低，容易受到陆源碎屑的影响，因此在应用之前需要进行检验（Tribovillard et al.，1994）. Th、Al、Ni等元素一般认为主要来自陆源供应，本次研究对U、Mo、V与Th和Ni元素进行相关性分析. 结果表明，Mo与Th和Ni的相关性最差（相关系数R2分别为0.097和0.032），U与Th和Ni的相关性较差（相关系数R2分别为0.271和0.243），V与Th和Ni的相关性较好（相关系数R2分别为0.820和0.908）. 说明V含量主要受陆源碎屑的控制，不适合用于分析古沉积环境，因此选择氧化还原敏感元素Mo和U作为研究对象（图 5）.
图 5 V、U、Mo含量与Th、Ni含量之间的相关性分析Fig. 5. Correlation Analysis between V, U, Mo content and Th, Ni content从图 2柱状图可以看出，U、Mo、U/Th 3个参数在马四段下部缺氧段为中低值，代表了弱还原环境（陈伟等，2019）；向上到马四段上部转变为次氧化-次硫化环境，低值和中高值振荡分布，代表了相对弱氧化和弱还原环境交替；向上到马五10-马五7亚段的氧化段，3个参数逐渐下降接近极低值，代表了强氧化环境；再向上到马五6亚段的硫化段，出现极高值和中低值的振荡，代表了暴露氧化和硫化强还原的交替发育.
3.3 稀土元素
基于4种亚环境段，对其稀土元素进行统计分析，经后太古代平均页岩（PAAS）标准化以后的值如图 6所示. 马四段灰岩REE配分模式基本呈平直分布，见Eu负异常和Ce的略微负异常，接近于表层海水的分布形式（Elderfield et al.，1982）. 马五9和马五7白云岩REE配分模式与马四段灰岩类似，但可见明显的LREE负偏，说明白云岩化导致稀土元素发生迁移贫化，因为Mg/Ca相对较高的白云岩化流体的偏碱性环境有利于稀土元素的活化和迁移（陈德潜等，1990）. 马五6亚段膏云岩和泥云岩REE配分模式与前两者差异明显，稀土元素总含量明显增大，Eu元素的负异常较弱，说明稀土元素存在富集的情况. 前人研究表明，盐度的增加有助于微生物以及藻类的勃发，藻类对稀土元素具有明显的富集作用（王晓蓉等，1996；石谦等，2004）.
图 6 T112井马家沟组不同岩性段REE配分模式a. 马四段；b. 马五9亚段；c. 马五7亚段；d.马五6亚段Fig. 6. REE distribution pattern of different lithologic sections of Majiagou Formation in well T112此外，经过校正的V/（V+Ni）和Ce/Ce_PAAS也可以作为氧化还原环境的判识参数（Mclennan，1989）. 从图 2看来，这两个参数与U，Mo等微量元素具有大体一致的变化趋势，进一步验证了4个亚环境划分的准确性.
3.4 碳氧同位素
4个典型亚环境段的碳氧同位素的对比表明（图 7），氧化还原环境决定了碳氧同位素的分布范围：（1）缺氧段（马四段含泥灰岩），δ18O分布范围-7‰到-5‰，是典型的奥陶系海水的分布范围（贺训云等，2014），碳同位素为-1‰到1‰，也是正常海水的分布范围；（2）氧化段（马五8-9白云岩）和（3）次氧化段（马五7白云岩）的白云岩由于受到暴露大气淡水的影响，氧同位素会略微偏负（-8‰到-5‰），有机碳遭受氧化含量下降，碳同位素明显偏正（0‰到2‰）；（4）硫化段（马三、马五6膏云岩），由于盐度的持续升高，导致氧同位素明显偏重（-6‰到-4‰），碳同位素则呈两级分化，有机质保存条件好的位置明显负偏（-1‰到-2‰），局部暴露遭遇氧化的位置明显正偏（0‰到2‰）（腾格尔等，2004）.
图 7 T112井马家沟组不同岩性段碳氧同位素分布Fig. 7. Carbon and oxygen isotope distribution in different lithologic sections of Majiagou Formation of well T112另外，根据（Keith and Weber，1964）建立的采用氧、碳同位素判别水体盐度的公式：
$$ Z=2.048（d_{13\text{C}}+50）+0.498（d_{18\text{O}}+50）. $$ Z值与海平面的变化和盐度之间具有较好的相关性. Z值> 120为海水环境，Z值< 120为淡水环境. 根据图 2，马四-马五段为典型的海水环境，且随着海平面的不断下降，Z值呈逐渐增大，从120增大到128左右，其封闭性逐渐增强. 到硫化段以后，水体强烈蒸发导致沉积环境十分封闭，水体分层缺氧导致氧化性减弱，Z值明显下降，是烃源岩发育的有利层段.
3.5 锶同位素
图 8是4个亚环境段的锶同位素对比. 缺氧段Sr87/Sr86值位于奥陶系海水的Sr87/Sr86值范围内（0.708 5~0.709 2）（蒋苏扬等，2019），氧同位素位于奥陶系海水范围内（-7‰到-4‰）；次氧化段和氧化段白云岩的部分Sr87/Sr86值明显偏正，达到了0.709 2~0.709 6，氧同位素略微偏负（-8‰到-5‰），说明受到了大气淡水壳源锶的影响；硫化段大部分膏云岩或泥云岩处于缺氧状态，锶同位素除少数受到大气淡水影响偏正，氧同位素偏负外，大部分仍然处于海水Sr87/Sr86值的范围内. 由于锶同位素受控于海源流体或陆源流体的影响，由此表明氧化段受到了大气淡水的明显改造；此外氧同位素没有剧烈的偏负现象，说明岩石基本未受到热液的影响.
图 8 T112井马家沟组不同岩性段锶同位素分布Fig. 8. Strontium isotope distribution in different lithologic sections of Majiagou Formation of well T1123.6 总有机碳
通过岩心和薄片观察，结合TOC分析，硫化段和缺氧段是TOC分布的相对高值区. 硫化段高TOC岩性主要为黑色mm级纹层状白云质泥岩或薄层状微生物云岩，TOC范围0.21%~5.00%，平均2.00%. 缺氧段高TOC岩性为纹层状灰质泥岩或薄层泥质灰岩，TOC范围0.12%~3.38%，平均1.24%. 氧化段和次氧化段的岩性主要为较纯的白云岩，TOC值较低，一般为0.07%~0.24%，平均0.14%，说明有机质不发育或遭受了强烈氧化（表 1）.
表 1 奥陶系马家沟组四段-五6亚段TOC分布Table Supplementary Table Distribution of TOC in the fourth-fifth 6 sub member of Ordovician Majiagou Formation块号 深度（m） 层位 岩性 TOC（%） T112-2-103 3 322.77 马五6 泥质云岩 0.91 T112-2-97 3 322.08 马五6 云岩 0.67 T112-3-24 3 330.86 马五6 凝块云岩 5.00 T112-4-111 3 357.53 马五6 膏溶角砾岩 2.49 T112-4-137 3 360.56 马五6 泥质层纹云岩 0.21 T112-5-69 3 370.71 马五6 云岩 0.82 T112-5-123 3 377.72 马五6 云岩 2.14 T112-5-129 3 378.47 马五6 云岩 2.75 T112-6-30 3 382.78 马五6 云岩 3.02 T112-10-34 3 416.40 马五7 凝块云岩 0.13 T112-10-112 3 423.94 马五8 凝块云岩 0.11 T112-12-14 3 434.20 马五8 粉晶云岩 0.08 T112-14-18 3 445.21 马五8 凝块云岩 0.12 T112-22-12 3 465.77 马五9 泥质云岩 0.17 T112-22-19 3 466.36 马五9 云岩 0.15 T112-23-11 3 473.16 马五9 云岩 0.13 T112-23-22 3 474.23 马五9 粉晶云岩 0.15 T112-25-20 3 480.36 马五9 云岩 0.24 T112-32-61 3 515.06 马五10 灰质云岩 0.07 T112-36-42 3 547.14 马四 云岩 0.12 T112-40-63 3 603.79 马四 云质灰岩 0.41 T112-40-96 3 608.58 马四 灰质云岩 2.25 T112-40-96 3 608.58 马四 灰质云岩 0.25 T112-41-95 3 625.58 马四 灰岩 1.80 T112-41-96 3 626.14 马四 灰岩 0.29 T112-45-71 3 699.14 马四 灰岩 0.38 T112-45-96 3 702.22 马四 云岩 2.15 T112-46-3 3 717.42 马四 泥质云岩 3.38 T112-46-3 3 717.42 马四 泥质云岩 1.38 T112-46-32 3 721.07 马四 凝块云岩 0.12 T112-46-39 3 722.13 马四 砂屑云岩 3.24 T112-46-39 3 722.13 马四 砂屑云岩 0.29 对比U、Mo微量元素，以及δ13C与TOC相关性分析，发现前两者与TOC大致呈正相关，后者与TOC大致负相关）（图 9）：硫化段U、Mo微量元素含量较高（1.5×10-6~2.5×10-6），TOC也较高（2%~3%），δ13C明显偏负（-2~0‰）；氧化段-次氧化段U、Mo微量元素含量较低（一般小于0.5×10-6），TOC也较低（0.3%~1.0%），δ13C明显偏正（1‰~1.5‰）；缺氧段U、Mo微量元素含量中等（0.5×10-6~0.6×10-6），TOC中等（1%~1.6%），δ13C略偏正（0~1‰）.
图 9 U、Mo微量元素及δ13C与TOC相关图据常华进等（2009）修改Fig. 9. Trace Elements of U and Mo, δ13C and TOC correlation diagram4. 地质意义
4.1 马家沟组的沉积环境
根据以上对马家沟组沉积环境的分析，结合盆地内多口钻井和露头的岩性对比，初步认为马家沟组具有三段式沉积演化特征（图 10）.
4.1.1 高海平面期（缺氧段）——海侵体系域（图 10a）
以马四段为例，在基底下沉和气候湿热的双重因素控制下，海平面上升，全盆地均接受碳酸盐岩沉积. 盆地东部的华北海与盆地西部的祁连海在中央古隆起部位相互连通，海水从东西两个方向进行补给，盆地内基本为开放环境. 中央隆起带和乌审旗水下凸起带主要沉积颗粒滩相石灰岩，沉积厚度较大. 隆间洼地以颗粒和含颗粒微晶石灰岩为主，发育石灰岩坪和灰岩洼地两个亚环境. 石灰岩坪基本处于风暴浪基面之上，主要沉积亮一微晶或微晶颗粒石灰岩，生物潜穴和生物扰动较发育. 盆地中东部坳陷中心由于位于风暴浪基面之下，海水循环较差，发育泥晶灰岩或含泥质条带灰岩，为有机质的富集提供了可能（涂建琪等，2016）.
4.1.2 中低海平面期（氧化-次氧化段）——高位域早期（图 10b）
以马五段下部的马五7，8亚段为例，由于盆地基底抬升和气候趋于干燥炎热，大气降水减少，蒸发量增大，海平面不断降低，直至接近或低于中央隆起带顶面. 此时海水主要来自东部，西部中央隆起带可有少量海水补给，并可有少量大气淡水注入，盆地逐渐过渡为半局限环境. 中央隆起带，特别是乌审旗水下凸起带，可以有滩相颗粒云岩和粉晶云岩沉积. 中东部坳陷中心区，发育成半局限环境，以云斑灰岩和粉晶白云岩为主. 由于大气淡水对中央隆起带和乌审旗凸起带的强烈改造，造成本期储层极为发育，是主要的成储期（于洲等，2018；周进高等，2021）.
4.1.3 极低海平面期（硫化段）——高位域晚期（图 10c）
以马五6亚段为例，海平面早已低于中央隆起带，接近或低于乌审旗水下凸起，海水主要靠东部补给，补给量小，速度亦慢. 极强的蒸发和偶有大气降水，使盆地完全处于强蒸发环境，海水中CaS04和NaC1成过饱和状态（侯方浩等，2003）. 中央古隆起发生短暂剥蚀作用，发育泥质白云岩，台内坳陷的边缘发育含硬石膏结核的白云岩坪，代表了海水间歇性淹没的沉积环境（史基安等，2009）. 中东部台内坳陷发育硬石膏岩和盐岩，沉积面积较广. 此时，环绕膏盐湖发育含膏云坪相，盐度较高，适合古嗜盐细菌的生长以及藻类的繁盛（夏新宇等，1999；姚泾利等，2016；魏柳斌等，2021）. 并且硫化作用导致的水体密度分层，使台内海水循环进一步减弱，死亡的生物有机质得到了良好保存. 由于蒸发台地的海平面频繁升降，形成了膏云岩与mm级有机纹层的频繁交互分布，造成了马家沟组独特的海相烃源岩分布形式.
总体看来，高海平面时期为缺氧段，中东部坳陷区海水深度较大，发育了少量的海相烃源岩，隆起区发育一定量的滩相沉积，但由于淡水改造较弱，储层少量发育；中低海平面时期，海水为氧化-次氧化环境，整体有机质不发育或被破坏严重，隆起区颗粒滩和云坪相受到大气淡水的强烈改造，储层极为发育；极低海平面期，海水发生硫化分层，环膏盐湖发育有机质且保存条件良好，暴露区受到大气淡水改造，形成石膏结核溶模孔等储层类型.
4.2 马家沟组源储配置关系及盐下有利勘探区带
从盆地东西向的现今构造气藏剖面来看，马二段、马四3亚段和马五5亚段属于海平面相对较高的缺氧段，岩性以灰岩为主，只在中央隆起带和乌审旗隆起带发育颗粒滩型白云岩，是储层发育的有利区域. 马五7-10亚段和马四1-2亚段是海平面相对较低的氧化-次氧化段，大面积发育颗粒云岩和粉晶云岩，是储层发育的最主要层段，同样是在两个古隆起带最为发育. 马家沟组盐下储层段岩性主要为砂屑云岩、鲕粒云岩、藻砂屑云岩和粉-细晶白云岩，储集空间类型主要为（残余）粒间孔、晶间孔和溶蚀孔（吴东旭等，2021）. 粒间孔和粒间溶孔直径一般为200~500 μm，常见白云石和方解石等矿物充填；晶间孔主要分布于晶粒较粗的粉-细晶白云石晶体间，孔径一般为50~200 μm；局部靠近古隆起区域受到加里东期岩溶风化作用，可以见到较大的溶蚀孔洞和裂缝，可以有效改善储层性能. 盐下丘滩储层单层厚度在1~15 m，累积厚度可达10~40 m，孔隙度主要分布于2%~6%，渗透率 > 0.1 mD占比为71%.
马一、马三和马五6亚段是低海平面时期形成的硫化段，靠近东部为盐岩洼地沉积的石盐，靠近中央古隆起则是暴露型的泥云岩沉积，中部过渡带为膏云岩带，是烃源岩发育的有利相带（图 11）.
图 11 鄂尔多斯盆地马家沟组源储配置关系及有利勘探区带剖面Fig. 11. source reservoir allocation relationship and favorable exploration zone profile of Majiagou Formation in Ordos Basin由此可见，马家沟组颗粒滩白云岩储层（氧化段）与海相烃源岩（硫化段）纵向上互相叠置，横向上白云岩储层被膏盐岩、灰岩侧向封堵，且顶部发育巨厚盖层（马五6膏盐岩层厚度可达几十到上百米），形成了良好的自源型盐下含气系统（李伟等，2017）. 其中乌审旗隆起带上部的马二段、马四段和马五6-10亚段，发育多套白云岩储层，是天然气聚集的有利区带，目前已在中组合发现多口工业气井，勘探潜力巨大.
4.3 研究的科学意义
碳酸盐岩-膏盐岩沉积体系是油气储层发育的重要岩性组合，对其烃源岩和储层的研究具有重要意义. 本次研究聚焦鄂尔多斯盆地奥陶系马家沟组的碳酸盐岩-膏盐岩组合沉积，基于系统取芯井资料，通过多种岩石学和地球化学手段分析，初步明确了碳酸盐岩-膏盐岩沉积体系发育的亚环境组合及其特征，并进一步分析了不同沉积亚环境的烃源岩和储层发育特征. 结合多口探井的分析表明，碳酸盐岩-膏盐岩体系发育规模有效的烃源岩和储层，可以形成有效的源储配置关系，具备形成盐间和盐下天然气规模气藏的条件. 以上认识为鄂尔多斯盆地盐下深层的勘探提供了支持，同时对国内外各大海相盆地类似沉积体系的研究提供了借鉴.
5. 结论
（1）通过对T112井马四、马五段岩心和薄片的观察，结合碳氧同位素、微量元素、稀土元素等地球化学分析，认为马家沟组在局限-蒸发台地背景上发育四种沉积亚环境. 缺氧段岩性主要为灰岩和含泥灰岩、云斑灰岩，碳氧同位素中等偏负，U、MO等微量元素含量中等偏低，TOC中等；氧化段-次氧化段岩性为颗粒或粉晶白云岩，碳氧同位素明显偏正，U、Mo元素含量偏低，TOC偏低；硫化段岩性为含膏或膏质云岩，碳氧同位素中等偏低，U、MO元素含量较高；TOC较高.
（2）通过盆地内钻井、周缘露头对比，认为缺氧段一般沉积于相对海侵期，盆地中东部台内坳陷区域由于水体相对较深，海水循环不畅，保存一定量的有机质，中央隆起带和台内凸起带可发育少量大气淡水溶蚀改造储层；氧化段-次氧化段一般沉积于高位早期，海平面相对降低，海水氧化性增强，有机质无法有效保存，中央隆起带和台内凸起带被大气淡水强烈溶蚀改造，发育大套白云岩储层；硫化段一般沉积于高位后期，强烈蒸发作用导致海平面急剧下降，海水硫化分层，循环效应减弱，有机质通量增加且保存良好，少量大气淡水溶蚀改造也能形成一定量储层.
（3）马家沟组马二段、马四段和马五6-10亚段发育颗粒滩型和硬石膏结核溶模孔型白云岩储层，主要分布于中央隆起带和乌审旗隆起带区域；马一段、马三段和马五6亚段发育厚层膏云岩和泥云岩，是有效的海相烃源岩发育层段. 因此，纵向上源储叠置，横向上岩性封堵，且具备马五6巨厚膏盐岩区域盖层，圈闭条件优越，形成了乌审旗隆起带上发育的多层立体型天然气聚集带，是盐下勘探的有利区域.
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图 1 鄂尔多斯盆地奥陶系马家沟组古地理及含气系统综合柱状图
Fig. 1. Paleogeography and Comprehensive histogram of gas containing system of Ordovician Majiagou Formation in Ordos Basin
图 2 T112井马家沟组四-五段沉积环境划分柱状图
Fig. 2. Histogram of sedimentary environment division of member IV-V of Majiagou Formation in well T112
图 3 T112井马家沟组典型岩性段岩心和薄片特征
a.含生屑砂屑微晶灰岩，发育近水平富有机质含泥纹层，3 655.75 m，马四段，普通薄片；b.（含生屑）云质微晶灰岩，常见生屑体腔孔充填方解石，发育不规则富有机质含泥纹层，3 689.76 m，马四段，铸体薄片；c.暗灰色含云泥晶灰岩，局部分布泥线，较强烈斑状云化，3 674.15 m，马四段，岩心；d.粉细晶白云岩，白云石呈半自形-它形镶嵌为主，局部斑状发育少许白云石晶间孔，3 491.82 m，马五9亚段，铸体薄片；e. 细晶-粉晶白云岩，局部隐见残余颗粒结构，发育少量溶孔（缝），白云石半充填，3 823.55 m，马五10亚段，铸体薄片；f.灰褐色细晶粉晶白云岩. 白云石半充填溶孔较发育，见微裂缝，3 509.25 m，马五10亚段，岩心；g. 残余砂屑细晶白云岩：隐见残余颗粒结构，晶间孔（粒间孔）较发育，白云石半充填，3 394.88 m，马五7亚段，铸体薄片；h.微生物凝块云岩. 溶蚀孔缝较发育（可能与藻类相关？），白云石半充填-充填，3 462.00 m，马五8亚段，铸体薄片；i. 褐灰色细粉晶-粉晶白云岩，溶蚀孔洞发育，半充填白云石；3 461.84 m，马五8亚段，岩心；j.含泥微晶白云岩/含膏-膏质微晶白云岩，不等厚纹层状快速交互变化；3 367.75 m，马五6亚段，铸体薄片；k.浅灰-灰白色含云膏岩，可见灰黑色泥质纹层和揉皱变形构造，3362.65 m，马五6亚段，岩心；l.灰褐色细晶粉晶白云岩. 近水平含泥纹层较发育，发育硫磺充填高角度裂缝面，3 506.50 m，马五10亚段，岩心
Fig. 3. Core and thin section characteristics of typical lithologic section of Majiagou Formation in well T112
图 4 T112井马家沟组典型岩性段全岩X衍射矿物组分
Fig. 4. X-ray diffraction mineral composition of the whole rock in typical lithologic section of Majiagou Formation of well T112
图 5 V、U、Mo含量与Th、Ni含量之间的相关性分析
Fig. 5. Correlation Analysis between V, U, Mo content and Th, Ni content
图 6 T112井马家沟组不同岩性段REE配分模式
a. 马四段；b. 马五9亚段；c. 马五7亚段；d.马五6亚段
Fig. 6. REE distribution pattern of different lithologic sections of Majiagou Formation in well T112
图 7 T112井马家沟组不同岩性段碳氧同位素分布
Fig. 7. Carbon and oxygen isotope distribution in different lithologic sections of Majiagou Formation of well T112
图 8 T112井马家沟组不同岩性段锶同位素分布
Fig. 8. Strontium isotope distribution in different lithologic sections of Majiagou Formation of well T112
图 9 U、Mo微量元素及δ13C与TOC相关图
据常华进等（2009）修改
Fig. 9. Trace Elements of U and Mo, δ13C and TOC correlation diagram
图 11 鄂尔多斯盆地马家沟组源储配置关系及有利勘探区带剖面
Fig. 11. source reservoir allocation relationship and favorable exploration zone profile of Majiagou Formation in Ordos Basin
表 1 奥陶系马家沟组四段-五6亚段TOC分布
Table 1. Distribution of TOC in the fourth-fifth 6 sub member of Ordovician Majiagou Formation
块号 深度（m） 层位 岩性 TOC（%） T112-2-103 3 322.77 马五6 泥质云岩 0.91 T112-2-97 3 322.08 马五6 云岩 0.67 T112-3-24 3 330.86 马五6 凝块云岩 5.00 T112-4-111 3 357.53 马五6 膏溶角砾岩 2.49 T112-4-137 3 360.56 马五6 泥质层纹云岩 0.21 T112-5-69 3 370.71 马五6 云岩 0.82 T112-5-123 3 377.72 马五6 云岩 2.14 T112-5-129 3 378.47 马五6 云岩 2.75 T112-6-30 3 382.78 马五6 云岩 3.02 T112-10-34 3 416.40 马五7 凝块云岩 0.13 T112-10-112 3 423.94 马五8 凝块云岩 0.11 T112-12-14 3 434.20 马五8 粉晶云岩 0.08 T112-14-18 3 445.21 马五8 凝块云岩 0.12 T112-22-12 3 465.77 马五9 泥质云岩 0.17 T112-22-19 3 466.36 马五9 云岩 0.15 T112-23-11 3 473.16 马五9 云岩 0.13 T112-23-22 3 474.23 马五9 粉晶云岩 0.15 T112-25-20 3 480.36 马五9 云岩 0.24 T112-32-61 3 515.06 马五10 灰质云岩 0.07 T112-36-42 3 547.14 马四 云岩 0.12 T112-40-63 3 603.79 马四 云质灰岩 0.41 T112-40-96 3 608.58 马四 灰质云岩 2.25 T112-40-96 3 608.58 马四 灰质云岩 0.25 T112-41-95 3 625.58 马四 灰岩 1.80 T112-41-96 3 626.14 马四 灰岩 0.29 T112-45-71 3 699.14 马四 灰岩 0.38 T112-45-96 3 702.22 马四 云岩 2.15 T112-46-3 3 717.42 马四 泥质云岩 3.38 T112-46-3 3 717.42 马四 泥质云岩 1.38 T112-46-32 3 721.07 马四 凝块云岩 0.12 T112-46-39 3 722.13 马四 砂屑云岩 3.24 T112-46-39 3 722.13 马四 砂屑云岩 0.29 
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