鄂尔多斯盆地西部下古生界风化壳优质储集层发育规律及成因机制： 以桃2区块马家沟组马五1-4亚段为例*

冯强汉 许淑梅 池鑫琪 舒鹏程孔家豪 崔慧琪 马慧磊

1中国石油长庆油田分公司，陕西西安 710021 2中国海洋大学海底科学与探测技术教育部重点实验室，山东青岛 266100 3中国海洋大学海洋地球科学学院，山东青岛 266100 4海洋高等研究院/深海圈层与地球系统前沿中心，山东青岛 266100

鄂尔多斯盆地下古生界碳酸盐岩分布广泛，在天然气运聚成藏方面独具特色。加里东运动晚期，鄂尔多斯地台中奥陶统马家沟组整体抬升，经历了140～150Ma的沉积间断，缺失上奥陶统—下石炭统，至晚石炭世又接受沉积，形成马家沟组上部特殊的风化壳岩溶储集层。鄂尔多斯盆地下古生界风化壳岩溶古地貌气藏的发现与探明，突破了构造发育区气藏勘探思路，开拓了稳定地台区风化壳岩溶古地貌气藏勘探新领域(王建民等，2013；王国亭等，2018)。

1 区域地层特征

桃2区块位于鄂尔多斯盆地西部伊陕斜坡向东部坳陷的过渡带，早古生代马家沟组沉积时期为受潮汐影响的碳酸盐岩台地，地形平坦(冯增昭和鲍志东，1999)(图 1)。马家沟组五段1-4亚段(本研究简称之为马五1-4亚段)厚75～120m，为受风化壳岩溶作用影响的储集层发育层段，形成于萨布哈环境，受海平面周期性变化影响，形成了若干特色显著的向上变浅的沉积旋回(雷卞军等，2010；周进高等，2011；王起琮等，2018)(表 1): 每一旋回上部为潮上带完全白云石化的硫酸盐沉积或(含)膏质沉积，孔隙发育，形成优质储集层；旋回中部为潮间带白云岩化的微生物席，具有一定的储集性；旋回下部为潮下带未彻底白云石化的潟湖相云灰坪、灰云坪沉积，岩性致密，为非储集层。下伏马五5亚段为台地相灰黑色块状泥—微晶白云岩和灰质云岩，虽然也经历多期次成岩作用，但原岩结构保存相对完好，受岩溶作用影响相对轻微，岩性相对致密，传统上将其视作风化壳的底板，即俗称的“黑腰带”(宋磊等，2017；左智峰等，2019)。桃2区块风化壳厚度不超过120m，远低于传统的碳酸盐岩风化壳200～250m的厚度(金强等，2017)。

表 1 鄂尔多斯盆地桃2区块奥陶系马五1-4亚段小层划分Table 1 Stratigraphic division of the sub-members 1-4 of Member 5 of Ordovician Majiagou Formation in Tao 2 block， Ordos Basin

2 主要岩石类型

马五1-4亚段主要发育膏云岩、泥晶—粉晶—细晶白云岩、各类岩溶角砾岩，此外还有少量鲕粒云岩、微生物云岩和次生灰岩等。

2.1 (含)膏云岩

(含)膏云岩岩心上呈灰色、土黄色块状，硬石膏结核和晶体溶解后形成的结核模孔和晶体模孔(本文统称之为膏模孔)被局部或全部充填，白云石晶粒细小，多以泥晶—细粉晶为主。膏云岩内缺乏广盐性生物，但发育较丰富的菌藻类，常见藻纹层。研究区膏云岩中常见潮上带沉积特有的相标志，如鸟眼、干裂和示底构造等。膏模孔呈蜂窝状密集分布并常有微裂缝与之伴生发育(图 3)。

图 1 鄂尔多斯盆地构造单元和桃2区块位置(a)及风化壳岩溶微地貌图(b)Fig.1 Tectonic units of Ordos Basin(Fig. a)and weathered crust microgeomorphology map of Tao 2 block(Fig. b)

图 2 鄂尔多斯盆地桃2-2-1井马五1-4亚段综合柱状图及海平面升降旋回Fig.2 Integrated column and eustatic cycles of the sub-members 1-4 of Member 5 of Majiagou Formation in Well Tao 2-2-1 of Ordos Basin

a—桃35井3396.0m马小层，膏云岩中的膏模孔局部被充填形成残余孔隙;b—陕50井3490.2m马小层，膏模孔被局部充填形成残余膏模孔;c—桃34井3391.8m马小层，膏云岩中极为发育的膏模孔，大部分未充填;d—桃35井3395.0m马小层，密集分布的未充填或半充填膏模孔及微裂缝图 3 鄂尔多斯盆地桃2区块马五1-4亚段岩心中膏模孔发育的膏云岩Fig.3 Dissolution pores of anhydrate crystals and nodules developed in gypsodolomite in cores of the sub-members 1-4 of Member 5 of Majiagou Formation in Tao 2 block， Ordos Basin

a—自然伽马(GR)和深侧向电阻率(RLLD)对冲图；b—自然伽马(GR)和浅侧向电阻率(RLLS)对冲图；c—深侧向电阻率(RLLD)和浅侧向电阻率(RLLS)对冲图；d—中子密度(DEN)和深侧向电阻率(RLLD)对冲图图 4 鄂尔多斯盆地桃2区块马五1-4亚段主要岩性的岩—电关系对冲对比Fig.4 Rock-electric relation contrast of main lithology of the sub-members 1-4 of Member 5 of Majiagou Formation in Tao 2 block， Ordos Basin

a—召88井3339.86m马小层，细晶白云岩他形镶嵌状白云石晶体，不见晶间孔和晶间溶孔;b—陕225井3429.37m马小层，粉晶白云岩极不发育的晶间孔和晶间溶孔，混入的少许泥质进一步降低了岩石的物性;c—桃35井3385.98m马小层，泥晶白云岩岩性致密，不见晶间孔和晶间溶孔。均为扫描电镜照片图 5 鄂尔多斯盆地桃2区块马五1-4亚段白云岩中他形白云石晶粒的凹凸镶嵌状接触导致晶间孔和晶间溶孔极不发育Fig.5 Concave-convex inlaid contact of dolomite grains resulted in indevelopment of intercrystalline pores and intercrystalline dissolution pores of the sub-members 1-4 of Member 5 of Majiagou Formation in Tao 2 block， Ordos Basin

(含)膏云岩的膏模孔、残余膏模孔及与之伴生发育的胀缩微裂缝为膏云岩的主要孔隙类型，也是研究区的主要储集空间。(含)膏云岩的平均孔隙度在研究区最高，达6%～12%。硬石膏结核模孔常被白云石粉砂、石英、泥质及重晶石、黄铁矿、天青石和萤石等矿物局部充填，石膏晶体模孔常被淡水方解石全充填。各单井马五1-4亚段内普遍发育3～8层膏云岩，膏云岩与白云岩、含泥白云岩、岩溶角砾岩等呈互层分布；单层(含)膏云岩厚度一般为2～3m，少数可达4～5m，层内显示出一定程度的均质性特征，形成特有的受岩性制约的层状储集层。

2.2 白云岩

依据白云石晶粒的粒径，将白云岩划分为细晶、粉晶、微晶和泥晶白云岩。研究区粉晶和微晶白云岩常见。

粉晶、细晶白云岩呈灰色、灰褐色，晶粒结构，粒径一般在0.05～0.25mm之间。白云石晶粒呈凹凸—镶嵌状紧密接触，岩性致密，纹层状构造发育(图 5)。粉晶白云岩和细晶白云岩自然伽马值中—低值，在30～80 API之间呈低幅锯齿状波动；深、浅双侧向电阻率高于岩溶角砾岩和膏质白云岩，在200～500Ω·m间呈中低幅齿状波动；声波时差中低值，在150～175μs/m之间呈低幅弱锯齿波动；中子密度较高，依据孔隙充填程度不同而在2.75～2.85g/cm3之间波动(图 2；图 4)。

泥晶—微晶白云岩的白云石晶粒细小，呈他形镶嵌状结构，块状构造，岩性均匀致密(图 5)。其自然伽马中、低值，在20～80 API之间呈低幅小锯齿状波动；深、浅双侧向电阻率值很高，在500～800 Ω·m间变动，仅低于灰岩，高于岩溶角砾岩、膏质白云岩和粉晶白云岩等；声波时差低值，在145～170μs/m之间呈中低幅锯齿状波动；中子密度相对较高，在2.75～2.85g/cm3之间波动(图 4；图 5)。

研究区白云岩广泛分布在马五1-4亚段各小层中，尤其在潮间带云坪发育。单层厚度大多数为1～2m，少数为3～5m，以薄层状为主，局部为中—厚层状，分布范围较广且累计厚度较大(图 2，表 1)。

质纯白云岩，无论是泥微晶白云岩、粉晶白云岩、还是细晶白云岩，其晶间孔、晶间溶孔和微裂缝均不发育(图 5)。桃53井、桃35井、陕225井、陕166井等4口井的细晶、粉晶和泥晶白云岩中，半自形—他形白云石晶体呈镶嵌状紧密接触，不见晶间孔和晶间溶孔，岩性致密。

2.3 岩溶角砾岩

桃2区块各井岩心中常见岩溶角砾岩，由多成分白云质角砾、少许灰质角砾及粗粒(砂级)杂基构成。角砾成分复杂，角砾间多为离散的碳酸盐砂、泥粉晶白云石或少量砂屑颗粒充填，见少量残余溶孔和不规则状、网状微缝，孔隙度平均值小于1%，储集性较差。依据角砾岩组构特征将其分为砾状支撑角砾岩、网缝镶嵌角砾岩、泥质支撑角砾岩、方解石胶结角砾岩等(图 6)。

a—陕50井3500.0m马小层，位于季节性变化带下部的砾状支撑角砾岩，白云石角砾之间被泥质充填;b—桃34井3386.3m马小层，垂直渗流带沿裂缝溶蚀形成的角砾岩，进而形成的网缝镶嵌角砾岩;c—桃34井3444.0m马小层，滞流带岩溶流体沿裂缝下渗溶蚀形成的原位无明显位移网缝镶嵌状角砾岩;d—桃53井3388.5m马小层，底部泥质支撑角砾岩，角砾在渗流带原地或者准原地被渗流泥质胶结充填;e—桃35井3403.8m马小层，方解石胶结角砾岩，渗流带溶蚀及后期方解石胶结形成的角砾状白云岩，砾间被方解石胶结充填。均为岩心照片图 6 鄂尔多斯盆地桃2区块马五1-4亚段角砾岩Fig.6 Various types of karst breccia of the sub-members 1-4 of Member 5 of Majiagou Formation in Tao 2 block， Ordos Basin

a—陕225井3429.19m马小层，膏云岩的石膏晶体模孔被微亮晶和亮晶方解石全充填，岩性致密，紫色铸体，10×4(-);b—桃53井3381.3m马小层，粉晶膏云岩中膏模孔被白云石粉砂、石英、方解石局部充填形成残余膏模孔，显假示底结构，胀缩微裂缝发育，红色铸体，10×4(-);c—召88井3327.30m马小层，粉晶膏云岩中膏模孔局部被充填，胀缩微裂缝发育并连通膏模孔，蓝色铸体，10×4(-);d—桃53井3381.50m马小层，膏云岩的膏模孔被白云石粉砂和萤石局部充填，胀缩微裂缝与膏模孔伴生发育，蓝色铸体，10×4(-);e—桃47井3427.0m马小层，膏云岩中的胀缩微裂缝与膏模孔伴生发育并连通不同的膏模孔，后被有机质局部充填，蓝色铸体，10×4(-);f—陕225井3455.90m马小层，粉晶膏云岩中未充填的膏模孔，胀缩微裂缝与之伴生发育，紫色铸体，10×4(-)图 7 鄂尔多斯盆地桃2区块马五1-4亚段(含)膏云岩的膏模孔特征及与之伴生的胀缩微裂缝Fig.7 Characteristics of mold pore of anhydrate crystals and nodules and associated swelling microcracks in gypsodolomite in the sub-members 1-4 of Member 5 of Majiagou Formation in Tao 2 block， Ordos Basin

砾状支撑角砾岩中角砾大小相对均一，具有一定程度的磨圆，角砾含量大于50%。角砾成分多为白云质，上覆地层垮塌和所在岩层的破碎均可形成角砾。砾状支撑角砾岩以钙质胶结为主，可见少量泥质及粉晶白云岩碎屑充填(图 6-a)，多为准原地溶蚀垮塌成因，在渗流带或季节性变化带常见。

网缝镶嵌角砾岩中角砾系白云岩因网状裂缝分割而形成，角砾位移不明显，大多数角砾彼此吻合并呈镶嵌状接触。其成因与岩溶水沿微裂缝渗滤关系密切，一般未经垮塌和搬运，为大气淡水沿微裂缝原地淋溶改造溶蚀而形成角砾化，角砾间充填物以淡水方解石胶结为主。属岩溶改造岩(图 6-b，6-c)，在渗流带和滞留带常见。

泥质支撑角砾岩的角砾含量平均低于40%，钙泥质和铝土质支撑。由泥质贯入而形成的泥质条纹或条带构成角砾间的充填物，有时泥质纹层被角砾堵截或压弯(图 6-d)。泥质支撑角砾岩多出现在渗流带，一般被风化壳上部渗滤泥质充填。

局部方解石胶结角砾岩的砾石成分单一，无分选和磨圆，砾间以方解石胶结为主(图 6-e)，无流水改造标志，为原地溶解、固结成因，为滞流带溶蚀作用不活跃、CaCO3过饱条件下的溶积成因(王建民等，2013)。

3 主要储集空间类型和孔隙特征

马家沟组马五1-4亚段的储集空间以(含)膏云岩中硬石膏结核和晶体溶蚀形成的结核和晶体模孔(本文统称之为膏模孔)为主，并常有胀缩微裂缝与之伴生发育。石膏晶模孔呈针状、柱状，由石膏晶体溶蚀而成，大小在0.05mm×0.5mm～0.2mm×0.5mm之间。硬石膏结核模孔直径一般0.05～5mm不等，以0.1～3.0mm居多，呈圆形、椭圆形或不规则圆形，有可能发生一定程度的扩溶，大多被渗滤白云石粉砂、方解石、石英、高岭石等局部或全部充填(图 7)。(含)膏云岩中胀缩微裂缝发育较为普遍，呈网格状或树枝状不规则分布，与膏模孔伴生发育。胀缩微裂缝长度1～5cm，宽度一般为0.1～1.5mm，多数未充填，也有的进一步扩溶或被方解石或有机质局部充填(图 7)。胀缩微裂缝的一个显著特征是仅在(含)膏云岩层内分布，研究区很少见有穿过膏云岩层跨层分布的微裂缝。准同生期海平面下降和表生期遭受大气淡水淋滤作用，(含)膏云岩中的硬石膏遇淡水溶解转化为软石膏会使体积增大30%，体积增大造成对基岩施压；软石膏溶解形成膏模孔释压，所以在膏模孔形成同时会形成与之伴生发育的胀缩微裂缝。膏模孔、残余膏模孔及与之伴生发育的胀缩微裂缝为主要储集空间类型(图 7)；相比较而言，白云岩的晶间孔、晶间溶孔等在数量和储集意义上均居很次要的地位(图 5)。

图 8-b更能进一步说明前人所谓的白云岩的晶间溶孔实际上为残余膏模孔。从图 8-b1看，几乎所有研究人员均认为是粉晶白云岩的晶间溶孔(图 8-b1)。进一步将左图视域放大后发现这些所谓的“晶间溶孔”实际上属于膏模孔后期被自形铁白云石和萤石充填后的“残余”孔隙(图 8-b2)。如果这些半充填的膏模孔是晶间溶孔，则溶孔周缘的他形白云石晶体应发生不同程度的溶蚀；但从图 8-b2、8-b3可以清晰地看出，溶孔周缘的白云石呈完整的自形晶，且无溶蚀现象。溶孔周缘的自形白云石、石英、重晶石等晶体实为深埋藏期充填的次生矿物。如果不是依赖高分辨率扫描电子显微镜的识别能力，很难辨别出被充填后剩余孔隙量较小的“膏模孔”的存在。因为组成白云岩的白云石晶粒呈他形镶嵌结构，质纯白云岩的“晶间溶孔”和“晶间孔”实际上并不发育(图 5)。桃2区块马五1-4亚段储集层中大凡发育有所谓的晶间孔和晶间溶孔的白云岩，其中必定或多或少含有硬石膏结核。

a—桃2井3418.16m马小层，粉晶膏云岩中残余膏模孔的特征，图 8-a2为图 8-a1的放大，图 8-a3为图 8-a2的放大;b—桃35井3389.86m马小层，粉晶膏云岩中残余膏模孔的特征，图 8-b2为图 8-b1的放大，图 8-b3为图 8-b2的放大图 8 鄂尔多斯盆地桃2区块马五1-4亚段粉晶膏云岩中连续放大的半充填膏模孔(扫描电镜照片)Fig.8 Continuously enlarged semi-filled mold holes of anhydrate crystals and nodules in powder crystal gypsodolomite of the sub-members 1-4 of Member 5 of Majiagou Formation in Tao 2 block， Ordos Basin

4 膏模孔充填类型、充填阶段及孔隙形成机制

本节首先对膏模孔的溶蚀机理、膏模孔的充填物类型和组合特征、充填阶段及对储集层物性的影响进行详细的分析，然后深入探讨膏模孔充填阶段和孔隙成因机理。

4.1 膏模孔的充填类型

桃2区块(含)膏云岩中膏模孔的充填物包括渗滤白云石粉砂、方解石、铁/白云石、石英、萤石、黄铁矿、重晶石、高岭石、天青石、泥质及有机质等。依据充填物质形成的先后及充填顺序，把上述各类充填物划分为9类充填组合：

1)微亮晶和亮晶淡水方解石充填(图 9-a，9-b)。这类充填组合在研究区内常见，主要充填在石膏晶体模孔中，石膏核模孔、晶模孔及盐模孔几乎全部被充填，形成无效储集空间。

a—陕225井3429.14m马小层，膏云岩硬石膏晶模孔被微亮晶和亮晶方解石全充填，岩性致密，10×4(-);b—桃35井3394.36m马小层，膏云岩的盐模孔被微亮晶和亮晶方解石全充填，岩性致密，10×4(-);c—桃53井3381.55m马小层，膏云岩的硬石膏结核模孔被渗滤白云石粉砂充填，呈假示底构造，残余膏模孔孔隙发育，红色铸体， 10×4(-);d—桃47井3427m马小层，膏云岩中膏模孔被渗滤白云石粉砂半充填，见残余膏模孔孔隙，蓝色铸体，10×10(-);e—桃38井3410.3m马小层，膏云岩中膏模孔被渗滤白云石粉砂和方解石半充填，残余膏模孔大量保存，茜素红染色，蓝色铸体，10×10(-);f—陕50井3490.2m马小层，膏云岩的膏模孔充填方解石和白云石粉砂，见残余膏模孔孔隙，茜素红染色，蓝色铸体，10×4(-);g—桃53井3381.55m马小层，膏云岩的石膏晶体模孔被自生石英和渗滤白云石粉砂充填，显示假示底构造，红色铸体，10×4(-);h—召88井3327.3m马小层，膏云岩中膏模孔被渗滤白云石粉砂、自生石英和方解石全充填，孔隙不发育，茜素红染色，蓝色铸体，10×4(-);j—召88井3329.3m马小层，膏云岩中膏 模孔被渗滤白云石粉砂、自生石英和方解石全充填，岩性致密，茜素红染色，10×4(-)图 9 鄂尔多斯盆地桃2区块马五1-4亚段膏云岩膏模孔的特征及充填情况(Ⅰ)Fig.9 Mould holes of anhydrate crystals and nodules in gypsodolomite of the sub-members 1-4 of Member 5 of Majiagou Formation in Tao 2 block， Ordos Basin(Ⅰ)

2)渗滤白云石粉砂充填(图 9-c，9-d)。膏模孔局部被渗滤白云石粉砂不完全充填，剩余有效核模孔和晶模孔孔隙空间，残留孔隙为未充填部分及渗滤白云石粉砂中的粒间孔。

3)渗滤白云石粉砂+方解石充填组合(图 9-e，9-f)。这类充填矿物组合在研究区内常见，膏模孔被渗滤白云石粉砂和方解石半充填，剩余一定量的残余孔隙空间。

4)渗滤白云石粉砂+石英充填组合(图 9-g)。这类充填物组合在研究区内也较常见，膏模孔被局部充填，充填程度在50%～95%，残留一定量的有效储集空间，孔隙主要为溶蚀膏模孔的剩余孔隙和渗滤白云石粉砂的粒间孔。

a—桃2井3397.50m马小层，膏云岩中膏模孔被渗滤白云石粉砂、天青石局部充填，残余膏模孔大量保存，蓝色铸体，10×4(-);b—桃53井3381.50m马小层，膏云岩的膏模孔被渗滤白云石粉砂、重晶石半充填，残余孔隙大量保存，蓝色铸体，10×4(-);c—陕50井3490.2m马小层，膏云岩的膏模孔被渗滤白云石粉砂、方解石和萤石充填，见少量残余膏模孔孔隙，茜素红染色，蓝色铸体，有残余孔隙，10×4(-);d—桃35井3402.1m马小层，膏云岩的膏模孔被白云石粉砂、方解石和萤石充填，有残余膏模孔孔隙，茜素红染色，蓝色铸体，10×4(-);e—召88井3327.3m马小层，膏云岩的膏模孔被渗滤白云石粉砂、铁方解石和黄铁矿半充填，见少量残余膏模孔孔隙，茜素红染色，蓝色铸体，10×4(-);f—召88井3327.3m马小层，膏云岩中膏模孔被渗滤白云石粉砂、铁方解石和黄铁矿局部充填，见少量残余膏模孔孔隙，茜素红染色，蓝色铸体，10×4(-);g—桃47井3430.2m马小层，膏云岩中膏模孔被渗滤白云石粉砂、萤石和黄铁矿充填，见残余膏模孔或渗滤白云石粉砂粒间孔孔隙，蓝色铸体，10×4(-);h—桃47井3430m马小层，膏云岩中膏模孔被渗滤白云石粉砂和萤石半充填，残余膏模孔孔隙大量保存，蓝色铸体，10×4(-);j—陕225井3455.3m马小层，膏云岩中膏模孔被渗滤白云石粉砂、铁白云石和萤石等不完全充填，形成残余膏模孔， 白云岩基质中晶间孔少见，岩性致密， 扫描电镜照片图 10 鄂尔多斯盆地桃2区块马五1-4亚段(含)膏云岩膏模孔的特征及充填情况(Ⅱ)Fig.10 Mould holes of anhydrate crystals and nodules in gypsodolomite of the sub-members 1-4 of Member 5 of Majiagou Formation in Tao 2 block， Ordos Basin(Ⅱ)

5)渗滤白云石粉砂+方解石+石英矿物充填组合(图 9-h，9-j)。这类充填矿物组合在研究区内较常见，膏模孔基本被充填，残余孔隙空间有限。

6)渗滤白云石粉砂+天青石(+方解石)充填矿物组合(图 10-a，10-b)。膏模孔被少量渗滤白云石粉砂、天青石和或含铁方解石的半充填，保存有一定量的有效储集空间，此类充填在研究区常见。

7)渗滤白云石粉砂+方解石+黄铁矿充填矿物组合(图 10-c，10-d)。这类矿物充填组合在研究区内偶尔见到，膏模孔基本被填充，仅剩余少量残余储集空间。

8)渗滤白云石粉砂+萤石+黄铁矿充填矿物组合(图 10-e，10-f)。膏模孔被少量渗滤白云石粉砂、萤石及黄铁矿半充填，保存有大量有效的残余孔隙空间。该类矿物充填组合在研究区常见。

9)渗滤白云石粉砂+铁白云石+萤石+高岭石(+石英)矿物充填组合(图 10-g，10-h，10-j)。这类充填矿物组合研究区可见。膏模孔充填程度约85%，孔隙主要为铁白云石晶体和自生石英及萤石晶体的晶间孔和渗滤白云石粉砂的粒间孔。

4.2 膏模孔的充填阶段及孔隙成因机理

通过对硬石膏、方解石和白云石3种矿物的化学溶解度和力学稳定性的分析和对比，可以更好地理解以膏云岩为主的风化壳储集层孔隙的成因机制及其岩溶作用特征。

第1期溶蚀—充填发生在准同生期早表生成岩阶段。海平面间歇性下降导致马五1-4亚段受潮汐影响的台地相沉积暴露至海平面以上，从而受CaCO3-H2O-CO2地表淡水体系的影响和作用。淡水介质对石膏、硬石膏、文石和高镁方解石表现为强烈不饱和，亲水性强且溶解度极高的硬石膏晶体和结核在大气淡水淋滤溶蚀作用下容易溶蚀形成晶模孔和核模孔。大部分膏模孔也随即逐渐被文石和高镁方解石因Mg2+出溶而形成的微亮晶和亮晶淡水方解石充填，形成第1种矿物充填类型(方少仙和侯方浩，2013)(图 9-a，9-b)。总体上该期硬石膏结核和晶体的溶蚀规模有限，但石膏晶体和结核一旦溶蚀很快就被淡水方解石充填，因而对有效储集空间的形成意义不大。

第2期溶蚀—充填发生在晚表生成岩阶段，即风化壳岩溶作用阶段。加里东运动末期区域构造抬升使研究区马五1-4亚段经历了140Ma的大气淡水岩溶作用改造和风化壳岩溶作用过程。大气渗流环境及潜流带上部CaCO3不饱和带具有如下主要特征： (1)大量的硬石膏晶体和结核及极少量的生物屑和鲕粒进一步发生组构选择性溶蚀，形成膏模孔及极少量鲕模孔。(2)淡水渗流介质长期对白云岩的渗滤、溶蚀作用，形成渗滤白云石粉砂(图 9-c，9-d)。(3)高镁方解石、文石等亚稳定矿物进一步发生Mg2+出溶并转化为方解石(方少仙和侯方浩，2013)。因此，该阶段膏云岩被溶蚀形成大量膏模孔的同时，也会被岩溶作用过程中形成的渗滤白云石粉砂和方解石局部充填，形成膏模孔的渗滤白云石粉砂和方解石充填组合(图 9-e，9-f)。

第4期溶蚀—充填作用发生在中深埋藏成岩阶段。随着盆地中、新生代沉积作用的持续进行，马五1-4亚段的埋藏深度进一步加大，成岩温度也不断升高(古地温在85～175℃之间)，有机质处于成熟—高成熟阶段，除了重结晶、深埋藏白云石化和硅化作用持续发生之外，孔隙流体介质中Ca2+、Mg2+、Fe2+等离子浓度明显升高，方解石及白云石分别达到平衡及过饱和状态，缓慢持续沉淀并充填在膏模孔内。该阶段充填的方解石和白云石中铁离子含量逐渐升高，天青石、黄铁矿、萤石、重晶石等低温热液矿物也相继沉淀，意味着马五1-4亚段在深埋藏期受到低温热液的影响(沈扬等，2018)，发生深埋藏期低温热液作用(王玉萍等，2014；覃小丽等，2017)，形成前述第6、7、8、9种矿物充填组合类型。

硬石膏与白云石和方解石溶解度和力学稳定性的巨大差异，使得膏云岩在岩溶作用过程中表现出与碳酸盐岩区不同的岩溶作用特征。研究区下古生界近水平展布，地势相对平坦，由于硬石膏的强亲水性、高溶解度和率先溶蚀特征，使得膏云岩层成为膏模孔密集分布的强渗透性岩层，雨水或地表岩溶水因此以弥散性的分散流形式，经由表层率先形成的膏模孔向下渗滤并对下伏岩层进一步溶解。碳酸盐岩地区的岩溶水则以水道化流和管道化流的强水动力冲刷、溶蚀为主。硬石膏优先溶解形成多孔结构、膏云岩岩层的强渗透性、弱水动力的弥散性分散流是研究区大洞大缝不发育的主要原因。研究区主要的孔隙类型为膏模孔及与之伴生的胀缩微裂缝，孔隙大小受硬石膏结核和石膏晶体大小的制约，胀缩微裂缝与之伴生发育并进一步联通不同的膏模孔，孔隙大小表现出明显的自限性、孔隙分布表现出明显的均质性和成层性特征。岩溶古地貌对研究区的储集层分布不再具有优先控制作用，岩性(膏云岩)及沉积微相(膏云坪)是储集层发育的先天制约条件。

图 11 鄂尔多斯盆地桃2区块马五1-4亚段南北向岩性和沉积微相连井对比剖面Fig.11 Lithology and sedimentary microfacies linked well profiles of the sub-members 1-4 of Member 5 of Majiagou Formation in Tao 2 block， Ordos Basin

5 结论

1)膏模孔及与之伴生的胀缩微裂缝为鄂尔多斯盆地西部桃2区块马五1-4亚段储集层的主要孔隙类型，孔隙大小受硬石膏结核和晶体大小的制约，表现出明显的自限性特征。岩性(膏云岩)是形成的先决物质基础，有利的沉积微相(膏云坪)是形成储集层的先天环境因素。储集层平面上受膏云岩层的制约成层分布，层内表现为统计学上的均质性。储集层形成的关键过程，是4期岩溶作用对硬石膏结核和晶体的组构选择性溶蚀及对膏模孔的依次充填，岩溶古地貌对储集层形成和分布不再具有显著制约作用，储集层性质为层状相控岩溶成因的岩性气藏。

2)马五1-4亚段储集空间的形成和充填经历了4个阶段，不同阶段的溶蚀—充填对孔隙的形成和破坏程度不同。同生期淡水溶蚀形成的膏模孔几乎全部被同期产生的微亮晶和亮晶淡水方解石充填，该阶段对孔隙形成的贡献不大；表生期风化壳岩溶作用过程大量膏模孔及扩溶膏模孔、胀缩微裂缝及扩溶微裂缝形成，白云石粉砂和方解石对孔缝的充填程度不高，是大量有效孔隙的主要形成阶段；较高温水—岩条件下的浅埋藏和深埋藏期，膏模孔可能发生一定程度扩溶，但各类低温热液矿物的充填使孔隙度大幅减少，并使孔隙最终相对定形。

参考文献(References)

包洪平，杨帆，蔡郑红，王前平，武春英. 2017. 鄂尔多斯盆地奥陶系白云岩成因及白云岩储层发育特征. 天然气工业， 37(1): 32-45. [Bao H P，Yang F，Cai Z H，Wang Q P，Wu C Y. 2017. Origin and reservoir characteristics of Ordovician dolostone in the Ordos Basin. Natural Gas Industry， 37(1): 32-45]

杜江民，张小莉，聂万才，徐后伟，罗川又，郭岭. 2017. 苏里格地区马五5亚段储集层特征及其主控因素. 新疆石油地质， 38(1): 34-40. [Du J M，Zhang X L，Nie W C，Xu H W，Luo C Y，Guo L. 2017. Study on reservoir characteristics and main controlling factors of Ma55submember in Sulige area. Xinjiang Petroleum Geology， 38(1): 34-40]

方少仙，侯方浩. 2013. 碳酸盐岩成岩作用. 见： 冯增昭(主编). 中国沉积学. 北京: 石油工业出版社，199-265. [Fang S X，Hou F H. 2013. Carbonate diagenesis. In: Feng Z Z(ed). Sedimentology of China. 2013. Beijing: Petroleum Industry Press，199-265]

冯增昭，鲍志东. 1999. 鄂尔多斯奥陶纪马家沟期岩相古地理. 沉积学报， 17(1): 1-8. [Feng Z Z，Bao Z D. 1999. Lithofacies paleogeography of Majiagou age of Ordovician in Ordos Basin. Acta Sedimentologica Sinica， 17(1): 1-8]

金强，钟建华，邹胜章，徐守余，田飞. 2017. 碳酸盐岩岩溶储层缝洞结构与充填模式. 青岛: 中国石油大学出版社，9-199. [Jin Q，Zhong J H，Zou S Z，Xu S Y，Tian F. 2017. Constructions and Filling Models of Fracture-cave in Paleokarst Carbonate Reservoirs. Qing-dao: China University of Petroleum Press，9-199]

韩敏强. 2010. 鄂尔多斯盆地延长探区奥陶纪末古地貌与马五段储层预测. 西北大学硕士学位论文，22-35. [Han M Q. 2010. The Palaeogeomorphic recovery of late Ordovician and the section of Olm5reservoir prediction in Yanchang exploration area of Ordos Basin. Masteral dissertation of Northwest University，22-35]

侯方浩，方少仙，何江，杨西燕，付锁堂，吴正，姚泾利. 2011. 鄂尔多斯盆地靖边气田区中奥陶统马家沟组五1-五4亚段古岩溶型储层分布特征及综合评价. 海相油气地质， 16(1): 1-13. [Hou F H，Fang S X，He J，Yang X Y，Fu S T，Wu Z，Yao J L. 2011. Distribution characters and comprehensive evaluation of Middle Ordovician Majiagou 51-54 submembers reservoirs in Jingbian Gas Field area，Ordos Basin. Marine Oil and Gas Geology， 16(1): 1-13]

黄思静，杨俊杰，张文正. 1996. 石膏对白云岩溶解影响的实验模拟研究. 沉积学报， 14(1): 103-109. [Huang S J，Yang J J，Zhang W Z. 1996. Effects of gypsum(or anhydrite)on dissolution of dolomite under different temperatures and pressures of epigenesis and burial diagenesis. Acta Sedimentologica Sinica， 14(1): 103-109]

雷卞军，付金华，孙粉锦，王勇，王身建. 2010. 鄂尔多斯盆地奥陶系马家沟组层序地层格架研究: 兼论陆表海沉积作用和早期成岩作用对相对海平面变化的响应. 地层学杂志， 34(2): 145-153. [Lei B J，Fu J H，Sun F J，Wang Y，Wang S J. 2010. Sequence stratigraphy of Ordovician Majiagou Formation in Ordos Basin: sedimentation and early diagenesis related to eustatic sea level changes. Journal of Stratigraphy， 34(2): 145-153]

李维，张军涛，朱筱敏，孙宜朴，李淑筠. 2016. 鄂尔多斯盆地富县地区马五段白云岩储层特征与演化. 岩性油气藏， 28(3): 58-67. [Li W，Zhang J T，Zhu X M，Sun Y P，Li S J. 2016. Characteristics and evolution of the Ordovician dolomite reservoir of Ma 5member in Fuxian area，Ordos Basin. Lithologic Reservoirs， 28(3): 58-67]

覃小丽，李荣西，席胜利，杨涛，程敬华，赵帮胜，王宁. 2017. 鄂尔多斯盆地东部上古生界储层热液蚀变作用. 天然气地质科学， 28(1): 43-51. [Qin X L，Li R X，Xi S L，Yang T，Cheng J H，Zhao B S， Wang N. 2017. Hydrothermal alternation and its influences on quality of the Upper Paleozoic gas reservoirs in the eastern Ordos Basin. Natural Gas Geoscience， 28(1): 43-51]

沈扬，吴兴宁，王少依，吴东旭，丁振纯，于洲. 2018. 鄂尔多斯盆地东部奥陶系风化壳岩溶储层孔隙充填特征. 海相油气地质， 23(3): 21-32. [Shen Y，Wu X N，Wang S Y，Wu D X，Ding Z C，Yu Z. 2018. Pore-filling characteristics of Ordovician karst reservoirs in eastern Ordos Basin. Marine Oil and Gas Geology， 23(3): 21-32]

司马立强，黄丹，韩世峰，冯春珍，焦雨佳，宁治军. 2015. 鄂尔多斯盆地靖边气田南部古风化壳岩溶储层有效性评价. 地质勘探， 35(4): 7-14. [Sima L Q，Huang D，Han S F，Feng C Z，Jiao Y J，Ning Z J. 2015. Effectiveness evaluation of palaeo-weathering crust-type karst reservoirs in the southern Jingbian Gas Field，Ordos Basin. Geology Explore， 35(4): 7-14]

宋磊，宁正福，丁冠阳. 2017. 鄂尔多斯盆地苏东地区下古生界马五5亚段白云岩成因及特征. 油气地质与采收率， 24(5): 34-39. [Song L，Ning Z F，Ding G Y. 2017. Genesis and characteristics of Lower Paleozoic dolomite of submember Mawu 5 in Majiagou Formation，Sudong region in Ordos Basin. Petroleum Geology and Recovery Efficiency, 24(5): 34-39]

苏中堂，陈洪德，徐粉燕，金学强. 2013. 鄂尔多斯盆地马家沟组白云岩成因及其储集性能. 海相油气地质， 18(2): 15-23. [Su Z T，Chen H D，Xu F Y，Jin X Q. 2013. Genesis and reservoir property of Lower Ordovician Majiagou dolostones in Ordos Basin. Marine Oil and Gas Geology， 18(2): 15-23]

熊鹰，李凌，文彩霞，侯云东，肖笛，钟原，聂万才，曹剑，谭秀成. 2016. 鄂尔多斯盆地东北部奥陶系马五1+2储层特征及成因. 石油与天然气地质， 37(5): 691-701. [Xiong Y，Li L，Wen C X，Hou Y D，Xiao D，Zhong Y，Nie W C，Cao J，Tan X C. 2016. Characteristics and genesis of Ordovician Ma51+2 sub-member reservoir in northeastern Ordos Basin. Oil and Gas Geology， 37(5): 691-701]

王起琮，张宇，杨奕华，杨伟利，李洁. 2018. 鄂尔多斯盆地马家沟组层序地层与岩相分布. 西北大学学报(自然科学版)， 48(4): 568-577. [Wang Q C，Zhang Y，Yang Y H，Yang W L，Li J. 2018. Sequence stratigraphic and lithofacies distributions of Majiagou Formation in Ordos Basin. Journal of Northwest University(Natural Science Edition)， 48(4): 568-577]

王国亭，程立华，孟德伟，朱玉杰，孙建伟，黄锦袖，彭艳霞. 2018. 鄂尔多斯盆地东部奥陶系古岩溶型碳酸盐岩致密储层特征、形成机理与天然气富集潜力. 石油与天然气地质， 39(4): 685-695. [Wang G T，Cheng L H，Meng D W，Zhu Y J，Sun J W，Huang J X，Peng Y X. 2018. Characterization and formation of the Ordovician tight paleo-karst carbonates in the eastern Ordos Basin and its gas accumulation. Oil and Gas Geology， 39(4): 685-695]

王建民，王佳媛，郭德郧，郭向东，高海仁，严云奎，聂武军，秦锐. 2013. 鄂尔多斯盆地东部奥陶系风化壳岩溶古地貌与储层特征. 北京: 石油工业出版社，1-187. [Wang J M，Wang J Y, Guo D X，Guo X D，Gao H R，Yan Y K，Nie W J，Qin R. 2013. Weathering Crust Paleogeomorphology and Reservoir Characteristics of Ordovician in Eastern Ordos Basin. Beijing: Petroleum Industry Press，1-187]

王玉萍，董春梅，陈洪德，苏中堂，张长俊，郝哲敏. 2014. 鄂尔多斯盆地中西部奥陶纪热液活动的证据及其对储层发育的影响. 海相油气地质， 19(2): 23-31. [Wang Y P，Dong C M，Chen H D，Su Z T，Zhang C J，Hao Z M. 2014. Petrological evidence of Ordovician hydrothermal activities and its geological significance to reservoir development in central and western parts of Ordos Basin. Marine Oil and Gas Geology， 19(2): 23-31]

魏丽，王震亮，冯强汉，王勇. 2015. 靖边气田北部奥陶系马五1亚段碳酸盐岩成岩作用及其孔隙结构特征. 天然气地球科学， 26(12): 2234-2244. [Wei L，Wang Z L，Feng Q H，Wang Y. 2015. Diagenesis in carbonate reservoir and pore structure characte-ristic from Ordovician Ma51sub-member reservoir in the northern Jingbian Gas Field. 2015. Natural Gas Geoscience， 26(12): 2234-2244]

闫志为，刘辉利，张志卫. 2009. 温度及CO2对方解石和白云石溶解度影响特征分析. 中国岩溶， 28(1): 7-11. [Yan Z W，Liu H L，Zhang Z W. 2009. Influence of temperature andPCO2on the solubility of calcite and dolomite. Carsologica Sinica， 28(1): 7-11]

杨华，付锁堂，马振芳，包洪平. 2004. 天环地区奥陶系白云岩储集体特征. 天然气工业， 24(9): 11-16. [Yang H，Fu S T，Ma Z F，Bao H P. 2004. The reservoir characteristics of Ordovician dolomite in Tianhuan area. Natural Gas Industry， 24(9): 11-16]

杨华，刘新社，张道锋. 2013. 鄂尔多斯盆地奥陶系海相碳酸盐岩天然气成藏主控因素及勘探进展. 天然气工业， 33(5): 1-12. [Yang H，Liu X S，Zhang D F. 2013. Main controlling factors of gas pooling in Ordovician marine carbonate reservoirs in the Ordos Basin and advancing gas exploration. Natural Gas Industry， 33(5): 1-12]

姚泾利，王兰萍，张庆，李泽敏，张加林. 2011. 鄂尔多斯盆地南部奥陶系古岩溶发育控制因素及展布. 天然气地质科学， 22(1): 56-66. [Yao J L，Wang L P，Zhang Q，Li Z M，Zhang J L. 2011. Controlling factor and distribution of paleo-karst development in Ordovician of southern Ordos Basin. Natural Gas Geoscience， 22(1): 56-66]

于洲，孙六一，吴兴宁，吴东旭，姚学辉，丁振纯. 2012. 鄂尔多斯盆地靖西地区马家沟组中组合储层特征及主控因素. 海相油气地质， 17(4): 49-56. [Yu Z，Sun L Y，Wu X N，Wu D X，Yao X H，Ding Z C. 2012. Characteristics and controlling factors of the middle array of Ordovician Majiagou reservoirs to the West of Jingbian Gas Field，Ordos Basin. Marine Oil and Gas Geology， 17(4): 49-56]

左智峰，熊鹰，何为，杨勃，任灵，文汇博，刘耘，刘灵，谭秀成. 2019. 鄂尔多斯盆地中部马五段盐下储层成岩作用与孔隙演化. 地质科技情报， 38(5): 155-164. [Zuo Z F，Xiong Y，He W，Yang B，Ren L，Wen H B，Liu Y，Liu L，Tan X C. 2019. Diagenesis and porosity evolution of the subsalt Member 5 of Majiagou Formation reservoir in the central Ordos Basin. Geological Science and Technology Information， 38(5): 155-164]

周进高，张帆，郭庆新. 2011. 鄂尔多斯盆地下奥陶统马家沟组障壁潟湖沉积相模式及有利储层分布规律. 沉积学报， 29(1): 64-71. [Zhou J G，Zhang F，Guo Q X. 2011. Barrier-lagoon sedimentary model and reservoir distribution regularity of Lower Ordovician Majiagou Formation in Ordos Basin. Acta Sedimentologica Sinica， 29(1): 64-71]

Liu Z，Yuan D，Dreybrodt W. 2005. Comparative study of dissolution rate-determining mechanisms of limestone and dolomite. Environmental Earth Sciences， 49(2): 274-279.

Xiao D，Tan X C，Zhang D F，He W，Li L，Shi Y H，Chen J P，Cao J. 2019. Discovery of syngenetic and eogenetic karsts in the Middle Ordovician gypsum-bearing dolomites of the eastern Ordos Basin(central China)and their heterogeneous impact on reservoir quality. Marine and Petroleum Geology， 99: 190-207.

Xiong Y，Tan X C，Zuo Z F，Zou G L，Liu M J，Liu Y，Liu L，Xiao D，Zhang J. 2019. Middle Ordovician multi-stage penecontemporaneous karstification in North China: implications for reservoir genesis and sea level fluctuations. Journal of Asian Earth Sciences， 183: 1-14.