鄂尔多斯盆地东南部马家沟组岩溶古地貌研究

周 康，刘银山

(陕西延长石油(集团)有限责任公司研究院，陕西 西安 710075)

鄂尔多斯盆地东南部马家沟组岩溶古地貌研究

周 康，刘银山

(陕西延长石油(集团)有限责任公司研究院，陕西 西安 710075)

鄂尔多斯盆地东南部马家沟组碳酸盐岩储层显示良好的天然气勘探开发前景。通过应用沉积学理论、综合地质、钻井、测井及相关实验数据得出其地球化学和沉积特征等，同时对研究区古地貌进行恢复，明确古地貌特征及对储层发育的控制作用，最终对有利储集带进行预测研究。结果表明：马家沟组储层主要为马六段和马五段灰色、灰白色厚层、块状灰岩和白云岩，二者普遍含有岩浆碳酸岩和沉积碳酸盐岩，具有δ13C和δ18O偏负特征，属早古生代海相碳酸盐岩沉积特征。区内古地貌呈现台地为主，沟台并存局面，以古岩溶台地、古岩溶斜坡和古岩溶盆地为主，东南部存在岩溶残丘。其中东部铝土岩风化壳、古岩溶斜坡及东南部溶蚀残丘是天然气富集的有利地带。

鄂尔多斯盆地东南部；古岩溶地貌；马家沟组；有利储集带

岩溶地貌是指在可溶性岩石地区，在地下水和地表水的化学过程和物理过程共同作用下，对可溶性岩石的破坏和改造，及其形成的水文和地貌现象。古岩溶则是指地质历史中的岩溶，它通常被年轻的沉积物或沉积岩所覆盖[1-3]。鄂尔多斯盆地下古生界以海相碳酸盐岩沉积为主，受加里东运动影响，盆地主体抬升并开始遭受漫长的风化剥蚀，在西高东低的古地貌背景上形成了具有古岩溶地貌特征的侵蚀台地、侵蚀斜坡、侵蚀沟槽等地貌单元，造就了一系列以溶孔、溶洞、微裂缝相互沟通的空间网络，形成天然气的主要聚集空间[4-7]。因此，古岩溶地貌展布特征及性质是决定天然气富集成藏的重要因素，对气田储层物性及产能有明显的影响作用。

鄂尔多斯盆地东南部主要位于延安市区及榆林南部，构造上处鄂尔多斯盆地斜坡构造(见图1)。近年来，区内下古生界特别是马家沟组天然气勘探开发取得突破性进展，但对下古生界马家沟组基础地质研究，特别是古岩溶地貌研究还十分欠缺，极大阻碍了天然气勘探开发的进程。因此，研究该区马家沟组古岩溶地貌特征及其区域分布规律，恢复古地貌格局，对于掌握天然气有利储层展布特征及后期有效勘探至关重要。

1 鄂尔多斯盆地东南部马家沟组地层

及储层特征

鄂尔多斯盆地东南部马家沟组地层自下而上可以分为6段，其储层主要为马六段和马五段，岩石类型以灰色、灰白色厚层、块状灰岩、白云岩为主。

马六段地层岩性以深灰色泥晶灰岩、灰岩为主，夹白云质灰岩沉积，主要分布在子长、延长、甘泉等一带，呈南北向展布。研究区西部剥蚀严重，东部及东南部剥蚀相对较少，其地层厚度变化较大，主要分布在15～20 m之间，往区块南部厚度逐渐增加。

马五段地层为一套灰、灰褐色白云岩、泥质白云岩夹薄层深灰、灰黑色云质或灰质泥岩，下部夹薄层灰白色石膏，底部为灰白色盐岩夹膏质盐岩层。其区内普遍存在且厚度稳定，局部地区存在少量剥蚀，由于沟槽的切割作用使得在沟槽中大多缺失马五1段地层。

图1 鄂尔多斯盆地构造区划及研究区位置图

2 研究区马家沟组地球化学特征

地球化学特征能对岩石沉积成岩环境及物质来源有较好的示踪作用，对其进行分析化验能很好的反映岩溶古地貌发育特征[8-10]。

2.1 主要元素地化特征

碳酸盐岩的主要化学成分是CaO、MgO、CO2，其次是SiO2、TiO、Al2O3等，其相对含量和形成的环境有密切的关系。岩浆碳酸岩的K2O/Na2O比值明显小于沉积碳酸盐岩，岩浆碳酸岩的K2O/Na2O比值一般小于1，而沉积碳酸盐岩的K2O/Na2O比值绝大部分大于1[11-12]。

取区域内下古生界灰岩和白云岩各8个样品，进行主要元素实验分析，灰岩的主量元素分析如表1：其中有三样品的K2O/Na2O比值大于1，Al2O3/Na2O比值大于7，SiO2/Na2O比值较高，除Y144-2外，其余两样品大于或远大于30，综合判别属于沉积碳酸盐岩，其余5个样品的比值特征符合岩浆碳酸岩判别标准。

表1 研究区下古生界灰岩主量元素分析表

白云岩的主量元素从表2中可以看出Y106-5、Y108-2、Y117-15、Y117-1的K2O/Na2O比值大于1， SiO2/Na2O比值大于30，Al2O3/Na2O的比值都大于7，属于沉积碳酸盐岩，其余4个样品均属于岩浆碳酸岩。

表2 研究区下古生界白云岩主量元素分析表

由此可见，本区下古生界无论是灰岩或白云岩，都含有岩浆碳酸岩和沉积碳酸盐岩，且岩浆碳酸岩所占的样品数量相对多；从平均值来看，白云岩的各项数据均值较高，这和整个华北地台下古生碳酸盐岩地化特征比较一致，反应该区早古生代沉积环境为海相环境。

2.2 微量元素地化特征

海相碳酸盐的成岩过程是一个锰的获取过程和锶的丢失过程[13]。本次研究选取两种岩性样品进行分析实验对比，以明确灰岩和白云岩的微量元素富集规律差异，进一步分析沉积环境，所做标准化对比如图2所示。

从图2中可以看出灰岩曲线中Rb，Zr，Hf亏损强烈，Cs，Sr和La比较富集，白云岩曲线中Cs，Zr，Hf亏损，Sr和La富集，由此可见，研究区灰岩和白云岩区别在于灰岩的Cs明显富集，而白云岩的Cs明显亏损，两条曲线的分布趋势基本相同的，也进一步证实区内早古生代为海相碳酸盐岩沉积环境。

2.3 碳同位素地化特征

碳酸盐岩碳、氧同位素分析是研究基岩的沉积环境、成岩作用、胶结充填物的起源和形成条件的重要方法[14-16]。本次研究采集新鲜岩石样品50块，并避开了岩脉充填部位，排除结晶程度较高的岩石样品，保证了样品的可用性。

图2 研究区下古生界灰岩(左)和白云(右)岩微量元素球粒陨石标准化图解

图3 下古生界碳酸盐碳、氧同位素分析图

测数据显示，灰岩的δ13C值分布在-7.28‰～-2.21‰，平均为-3.19‰，δ18O值分布在-12.33‰ ～ -7.84‰，平均为-9.98‰；白云岩的δ13C值分布在-3.76‰ ～ 0.38‰，平均为-1.65‰，δ18O值分布在-9.24‰ ～ -6.11‰，平均为-8.13‰。

将所测得数据在碳、氧同位素分析图上进行分析投点如图3所示。样品基本都落在I和II的区域内，显示储层的δ13C和δ18O同位素偏负严重的特征，说明了研究区大部分属于基质白云岩，部分属于裸露环境成因充填物，后期沉积-成岩过程中受大气淡水冲刷影响较大的特征。

3 研究区古岩溶地貌恢复

古地貌恢复常用方法有印模法、残余厚度法、地球物理法和层序地层法等[17-18]。本文针对区域实际情况，选择“残余厚度法”+“印模法”组合方法，结合翔实的钻井分层数据及测井资料来进行研究区古岩溶地貌恢复。

由于研究区内太原组与下伏中石炭统本溪组间与上覆下二叠统山西组间均为沉积间断假整合接触关系，太原组顶与马家沟组间的残存厚度同原沉积的厚度并不一致[19-20]。本次研究摒弃了原有以太原组为顶的模式，选取区域上分布稳定的8号煤层为基准面度量全区不同钻井基准面到马家沟组顶剥蚀面的厚度。

3.1 单井解剖和剖面对比

本次研究以区内单井解剖和剖面对比入手，从点到面分析岩溶地貌展布特征，其古岩溶剖面发育对比分析如图4所示。

图4 研究区南北走向古岩溶剖面发育特征对比分析图

由对比的南北向展布剖面图中可以看出，位于延川县张家滩往宜川地区奥陶系残余厚度最大，上覆8号煤至马家沟组顶部厚度相对最薄，对应出此处应为古岩溶高部位。而横山南部、子长北部延伸至子长、延川北部一线对应的奥陶系残余厚度逐渐变薄，对应的上覆沉积有逐渐加厚的趋势，对应出此处应为古岩溶相对负地形。

同时，从图上还可以验证整个研究区马五段只有少量剥蚀，地层厚度稳定；而马六段剥蚀十分明显，区域内厚度变化比较大。

3.2 铝土岩风化壳分析

图5 研究区马家沟组顶部铝土岩风化壳厚度图

研究区马家沟组顶部的风化壳上发育有一套铝土岩，属于风化残余型铝土岩，反映出该地层遭受风化剥蚀的程度，厚度在1～6米之间，制作铝土岩厚度等值线图(见图5)。

从图5中可以看出，区域中部及东部地区铝土岩普遍较厚，说明该区域地层形成前期地势较低，遭受剥蚀程度较轻保存较好。另一方面也说明研究区中部和东部地区是古沟槽的发育部位，这将为古地貌恢复提供进一步的参照。

3.3 古岩溶地貌类型划分

通过上述剖面解析和风化壳厚度分度，本次研究选取大量井数据作为依据，勾绘出研究区下古生界马家沟组古地貌图(见图6)。

图6 研究区古岩溶地貌恢复图

研究区内由于古沟槽的切割，区内古地貌呈现出以台地为主，沟台并存的局面，主要有岩溶台地、岩溶斜坡、沟槽、岩溶盆地和岩溶残丘等特征地貌。其中，研究区东部及中部地区为沟槽的主要发育区；沟槽区南部即研究区西南部区域主要发育古岩溶台地，其中间被沟槽分割；沟槽区西北部主要发育古岩溶斜坡，其总体沿北西-南东向分布，在探区分布范围较大；研究区东部主要发育古岩溶盆地，其呈南北向分布并向东延伸，是地势较低的区域，也是古沟槽流水汇聚区域，在岩溶盆地中局部存在微隆区；古残丘在研究区南部、东南部零星分布。

古岩溶斜坡地带岩性主要为马五段的云岩和灰质云岩；由于受到流水的风化淋浴作用，储层的孔隙较为发育，连通性好，可形成利于天然气聚集的良好储层；铝土岩风化壳地区即古沟槽发育区由于上覆厚层的风化壳储层同样也是天然气的有利聚集区域。另外，研究区零星分布的古残丘其顶部主要为马六段的灰岩和云质灰岩，层状溶蚀较为发育，同样是天然气富集的有利地区。

4 结语

(1)研究区马家沟组储层主要为马六段和马五段，岩石类型以灰色、灰白色厚层、块状灰岩和白云岩为主。马六段在西部剥蚀严重，全区厚度变化较大；马五段受剥蚀较少，厚度则相对稳定。

(2)区内普遍含有岩浆碳酸岩和沉积碳酸盐岩，但岩浆碳酸岩相对较多，灰岩和白云岩区别在于灰岩的Cs明显富集，而白云岩的Cs明显亏损，二者均具有δ13C和δ18O偏负的特征，反应其形成于早古生代海相碳酸盐岩沉积环境。

(3)研究区由于古沟槽的切割，区内古地貌呈现出以台地为主，沟台并存的局面。主要以古沟槽、古岩溶台地、古岩溶斜坡和古岩溶盆地为主，东南部存在岩溶残丘。

(4)铝土岩风化壳厚层区即东部古沟槽区、古岩溶斜坡及东南部溶蚀残丘是天然气富集的有利地带。

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2016-09-26

周康(1982-)，男，四川乐山人，工程师，主要从事油气勘探工作。

P539

A

1004-1184(2017)01-0136-04