鄂尔多斯盆地北部地区马家沟组岩溶储层的差异性和发育模式

张军涛，金晓辉,谷 宁,卞昌蓉,杨佳奇，2,何治亮，3

[1.中国石化 深部地质与资源重点实验室，北京 102206； 2.中国地质大学(北京) 能源学院，北京 100083；3.中国石油化工股份有限公司科技部，北京 100728]

岩溶储层是碳酸盐岩油气勘探最重要的领域之一，中国的靖边气田、塔河油田和威远气田等就属于这一类型[1-9]。近年来，随着顺北等大型碳酸盐岩油气田的发现，愈发彰显了岩溶型储层的重要性[10-11]。

岩溶演化过程具有阶段性。在不同阶段，岩溶与岩溶储层都会呈现出不同的表现形式。Loucks等(1999)[12]通过梳理世界主要岩溶油气藏的发育特征，建立了古岩溶储层形成—破坏的经典演化模式。近地表和埋藏成岩过程中岩溶洞穴的形成和破坏，产生了数种典型的复杂储层。Hill和Polyak(2020)[13]也通过观察美国亚利桑那州大峡谷地貌，建立了相似的岩溶演化摸型。

同一期次的岩溶，在不同的地区储层特征和控制因素也有不同的表现。例如，塔里木盆地顺北地区与塔河地区奥陶系储层虽然都同属于岩溶储层，但成因机制存在明显不同。塔河地区岩溶储层分布于古地貌高部位，呈准层状分布，纵向上呈现多期缝洞层状叠置，且岩溶缝洞单元横向规模大。而顺北地区位于古地貌低部位，洞穴和裂缝分布主要受断层控制，储层沿断裂呈条带状分布[14]。

然而，经典的岩溶储层发育规律和差异性大多是通过厚层的纯碳酸盐岩建立的，且多处于岩溶演化阶段早期，古地貌起伏较大。鄂尔多斯盆地马家沟组在沉积后经历了长达130 Ma的风化、暴露和剥蚀，也发育有岩溶型储层，但马家沟组为独具特色的含膏盐碳酸盐岩地层，与纯碳酸盐岩地层并不相同。前人已经针对地层中广泛分布的角砾岩建立了岩溶模式，也分别研究过膏模孔储层和浅滩相储层的形成和演化机制[15-17]，但对于不同类型储层的关联性却少有对比研究，也未能建立统一的岩溶发育模式。

本文试图通过对比分析鄂尔多斯盆地北部(鄂北)不同沉积环境、不同古地貌条件下，岩溶储层的岩石学和地球化学特征，对比不同岩相的岩溶储层差异，探讨不同类型储层之间的联系，尝试提供一种新的准平原期、含蒸发盐矿物的碳酸盐岩地层新的岩溶模式。

1 地质背景

鄂北地区在马家沟组沉积时期表现为北部最高、中西部略高、东南部与西部低的沉积格局。北部存在一个持续存在的伊盟古陆，西部为祁秦海，中西部为中央隆起的一部分，是伊盟和镇原古陆的鞍部，也是华北海和祁秦海的连接端[18]，还存在过乌审旗古隆起(或称为横山凸起)[19]，东南部为米脂洼地，局部也发育有较小的水下隆起。

马家沟组三段沉积时期(马三期)海平面较低，中央古隆起与伊盟古陆南北连接，为水上古陆，华北海与祁秦海相隔绝，东南部形成了大范围的膏盐潟湖沉积，发育有膏盐岩-白云岩-盐岩组合，是盆地主要的蒸发盐沉积时期。马四期为整个奥陶纪最大规模的海侵期，包括伊盟古陆南缘在内的大部分地区被淹没，可见到马家沟组四段(马四段)超覆在古元古界之上。马五期存在多期的海水进退，在马五5、马五7和马五9海进期，研究区内中央隆起多表现为水下古隆起，华北海和祁秦海相通，岩性多为灰岩，部分地区有浅滩沉积(图1)[19]；在马五1—马五4、马五6、马五8和马五10海退期，中央古隆起大部分暴露于水上，阻隔了华北和祁秦两海，盆地内闭塞为膏盐潟湖，成为又一个重要的成盐期(图1)[20]。马六期为奥陶纪最后一次大规模的海侵期，主要为云质灰岩沉积，但盆地内大部分地区被剥蚀殆尽，仅在西部祁秦海域有所保留。

至中奥陶世末，全区抬升为陆地，历经130 Ma的风化、暴露和剥蚀，导致了志留系、泥盆系和下石炭统的缺失，而奥陶系经剥蚀、淋滤形成了岩溶储层。不同地区的地层剥蚀程度也不相同：由北向南，出露地层由老逐渐变新，出露层位由基底逐渐变为马四段、马五段；自西向东，出露地层表现为由新到老，再到新，西部祁秦海域为上奥陶统，过渡为定北的马六段-马五段，到东部则主要为马五段，局部地区为马六段。

图1 鄂尔多斯盆地北部地区马五段沉积时期沉积相Fig.1 Sedimentary facies plot of the 5th member of Majiagou Formation,northern Ordos Basina.海进期；b.海退期

除了西部明显隆升外，其他地区古地貌上大致继承了沉积时的格局，北部最高，东南部最低。但由于剥蚀、暴露的时间长，整个鄂北地区前石炭纪已经达到了准平原化阶段，古地貌起伏较小，上覆上古生界厚度差别仅有100 m左右。另外，奥陶系上部广泛分布的本溪组铝土岩也反映了湿热环境下长期风化的产物。

2 样品与方法

研究样品主要来自中国石化鄂北地区的杭锦旗、大牛地和定北地区，分别代表了不同的沉积环境和岩溶古地貌位置(图1)。首先对3个地区约60余口钻井进行系统详细地岩心观察，并采集典型样品、磨制薄片，薄片经铁茜素红染色，以区分方解石、白云石和铁白云石等主要矿物。在显微薄片观察的基础上，结合测井解释成果，对比分析储层岩石学特征的差异，针对性地进行了X衍射矿物含量、白云石有序度、主微量元素和碳氧同位素分析，以上测试分析均由核工业北京地质研究院分析测试研究中心完成。将碳酸盐岩样品用玛瑙研钵研磨成粉末后，分别进行实验测试。

全岩X衍射和白云石有序度分析采用的设备为D8 DISCOVER型X衍射仪，检测环境相对湿度为35%，温度为22 ℃。主量元素测试仪器为AxiosmAX-X射线荧光光谱仪，粉末经1 000 ℃煅烧熔融后进行玻璃熔片制定，然后用XRF-1800波长扫描，X射线荧光光谱仪测定，分析精度优于1%。微量元素和稀土元素分析采用电感耦合等离子体质谱法ICP-MS进行，测试仪器为EMENT-XR等离子体质谱分析仪，测试条件为20 ℃，相对湿度为30%，分析精度优于5%。碳酸盐碳、氧同位素分析仪器为MAT253质谱仪，将粉末与过量的磷酸反应产生CO2，结果以PDB标准化，为δ13C(VPDB)和δ18O(VPDB)，其精度分别优于±0.1‰和±0.2‰。

3 岩石学特征

研究区碳酸盐岩可以划分为多种类型。为了更好地反映鄂北奥陶纪马家沟期干旱的蒸发台地沉积环境，本次研究以矿物(包括碳酸盐、陆源碎屑和蒸发盐矿物)成分类型为主要依据，并结合碳酸盐矿物结构，将岩石类型分为含膏泥-粉晶白云岩、粉-细晶白云岩、(泥)砂质泥-粉晶白云岩、含云泥晶灰岩等。

3.1 含膏泥-粉晶白云岩

含膏泥-粉晶白云岩是鄂尔多斯盆地马家沟组最具特色的一类，也是最能反映其封闭、干旱、蒸发环境的岩石类型。白云岩基质多为泥-粉晶，硬石膏和石盐主要有两种赋存形式，分别为“单晶和圆形结核状”及层状，分布于马五段、马三段、马二段和马一段，尤以马五6亚段和马三段分布最为广泛。

这种岩石构成了鄂北地区最重要的一种储层类型——含膏白云岩-膏模孔型储层。仅发育在3个研究区中的大牛地，层位上又以马五1、马五2、马五4亚段对储层意义最大。单晶和圆形的硬石膏单晶结核被溶蚀后，形成主要的储集空间——膏溶铸模孔。在岩心上为针孔状或蜂窝状，在显微镜下多为圆形或多边形，极易识别，孔隙中又往往有白云石和方解石等充填(图2)。

3.2 粉-细晶白云岩

粉-细晶白云岩中的非碳酸盐矿物含量较少，在测井曲线上往往表现为较低的GR值，多分布于海进旋回，主要分布于大牛地的马二段、马四段、马五5、马五7、马五9亚段和定北的马五段等层段，在杭锦旗地区发育较少。

岩心上，往往呈浅灰色或褐色，一般呈现出晶粒结构，多为自形到半自形，晶粒较粗，部分可达到细晶级，偶见颗粒幻影结构，说明该类岩石形成于相对高能的沉积环境。这与在马五、马四和马二海进期，定北大部和大牛地局部地区发育高能滩相沉积环境相一致。

这类岩石中也发育一种重要储层类型——粉-细晶白云岩-溶孔-晶间(溶)孔型储层，溶孔、晶间溶孔和晶间孔是该类岩石主要的储集空间。在岩心中能见到厘米级的不规则状溶孔，薄片下多为大量的晶间孔和晶间溶孔。在定北该类岩石中孔隙内充填物较少，仅见少量的白云石和石英充填(图2d)，而大牛地该类岩石中能见到一些方解石充填(图3e，f)。

3.3 含云泥晶灰岩

含云泥晶灰岩是研究区马四段的典型岩石类型，在整个鄂北地区都普遍发育。另外在定北的马六段以及大牛地的马五5亚段也能见到该类岩石。在测井曲线上表现为极高的电阻率值和极低的伽马值，呈箱形特征。

岩石多呈斑块状，基质部分为泥晶方解石，斑块中含有较多的白云石和泥质。灰岩基质中可见一些生物碎屑，说明研究区该时期相较于其他沉积时期，海平面较高，生物相对繁盛(图3a—c)。

含云泥晶灰岩常发育灰岩-缝洞型储层，主要储集空间为裂缝和溶洞，岩心上多见有垂直裂缝或网状裂缝，部分测井上可见有溶洞的响应特征。该类岩石在大牛地发育于马五5亚段，多有方解石近完全充填，而在杭锦旗马四段中为鞍状粗晶白云石半充填(图3d，e)。

3.4 (泥)砂质泥-粉晶白云岩

(泥)砂质泥-粉晶白云岩含有陆源碎屑，主要为石英，其次为泥质，其他碎屑物质很少见到。白云石基质多呈泥-粉晶，仅有少量粉晶，石英往往较为纯净，磨圆好(图3f)。该类白云岩中往往还含有一定量的硬石膏，代表了古陆周边、有间歇性陆源碎屑注入的干旱混积潮坪环境。

图2 鄂尔多斯盆地北部地区马五段含膏泥-粉晶白云岩与粉-细晶白云岩显微特征Fig.2 Micrographs showing the gypsum-bearing micritic-very fine crystalline dolomite and very fine to fine crystalline dolomite in the 5th member of Majiagou Formation,northern Ordos Basina．含膏泥-粉晶白云岩，发育膏溶铸模孔，孔隙中充填有粉晶白云石胶结物，大113井，马五段，茜素红染色，铸体薄片，埋深2 861 m；b.含膏泥-粉晶白云岩，发育膏溶铸模孔，孔隙中充填有铁白云石充填，大113井，马五段，茜素红染色，铸体薄片，埋深2 862 m；c.含膏泥-粉晶白云岩，发育膏溶铸模孔，孔隙中充填有石英充填，大113井，马五段，茜素红染色，铸体薄片，埋深2 860 m;d.粉-细晶白云岩，含溶孔，马五段，定北18井，铸体薄片，埋深4 012 m；e.粉晶白云岩，马五7亚段，大124井，茜素红染色，铸体薄片，埋深3 154 m；f.粉-细晶白云岩，晶间溶孔发育，马五5亚段，大81井，茜素红染色，铸体薄片，埋深2 847 m

图3 鄂尔多斯盆地北部马家沟组含云泥晶灰岩与(泥)砂质泥-粉晶白云岩显微特征Fig.3 Micrographs showing dolomitic micritic limestone and (argillaceous) sandy micritic-very fine crystalline dolomite in the Majiagou Formation,northern Ordos Basina.含云泥晶灰岩，发育有零星分布的泥质和斑状细晶白云石，马四段，锦93井，埋深3 168 m，正交光；b.含云泥晶灰岩，细晶白云石星散分布，马四段，大78井，埋深3 205 m，单偏光；c.含云泥晶灰岩，细晶白云石星散分布，马六段，定北10井，埋深3 905 m，单偏光； d.含云泥晶灰岩，裂缝中的鞍状白云石充填，马四段，锦77井，埋深2 822 m，正交光；e.含云灰岩，裂缝内有方解石充填，马五5亚段，大113井，埋深2 931 m，单偏光； f.砂质泥-粉晶白云岩，马三段，锦7井，埋深3 073 m，单偏光

研究区中杭锦旗北部即为伊盟古陆，马二段整段均发育含陆源碎屑泥-粉晶白云岩。大牛地靠近乌审旗古陆，马一段也发现了大段的含陆源碎屑泥粉晶白云岩。在定北却很少能见到含陆源碎屑白云岩，在奥陶系沉积时期，古陆可能很少向定北提供物源。在该类岩石中很少发育储层。

4 地球化学特征

4.1 矿物含量与白云石有序度

含膏层系(马五4、马五6亚段)样品中的X衍射结果显示，杂质矿物含量可达3.4%～4.3%，而马五5亚段的主要成分为碳酸盐岩，含量可达98.3%。含膏泥-粉晶白云岩(马五1-2、马五4、马五6亚段)的有序度在0.59～0.92，平均值为0.74；而粉-细晶白云岩(马五5亚段)有序度在0.93～0.95，平均值为0.94。

4.2 主量和微量元素

风化壳附近的含膏泥-粉晶白云岩具有较高的Ca/Mg比值，范围在1.01～1.40，往往也具有相对较低的Si，Al，Na，K，Sr和Ba含量，以及较高的Fe和Mn含量(图4，图5)。大牛地马五1亚段含膏泥-粉晶白云岩中，SiO2含量为0.470%～0.989%，Al2O3含量为0.354%～0.632%，Fe2O3+FeO含量较高，为3.77%～6.07%，MnO2含量也较高，为0.098%～0.215%，Na2O含量为0.010%～0.025%，K2O含量为0.040%～0.149%，Sr含量为74～248 μg/g，Ba含量为12.1～84.5 μg/g。

粉-细晶白云岩接近标准化学计量的Ca/Mg比值，具有较低的Si，Al，Fe，Mn，Na，K，Sr和Ba含量(图4，图5)。大牛地马五7亚段晶间孔发育的粉晶白云岩中，Ca/Mg比值为0.98～1.04，SiO2含量为1.54%～1.90%，Al2O3含量为0.623%～0.450%，Fe2O3+FeO含量为0.286%～0.315%，MnO2含量为0.005%～0.006%，Na2O含量为0.028%～0.033%，K2O含量为0.120%～0.195%，Sr含量为111～178 μg/g，Ba含量为10.8～11.2 μg/g；定北马五段溶孔发育的粉晶白云岩，Ca/Mg比值为0.91～0.98，SiO2含量略低，为0.558%～0.928%，Al2O3含量也较低，为0.247%～0.431%，Fe2O3+FeO含量较为接近，为0.112%～0.477%，MnO2含量略高，为0.008%～0.015%，Na2O含量整体略低，为0.010%～0.088%，K2O含量略低为0.083%～0.146%，Sr含量略低60.8～90.4 μg/g，Ba含量略高为4.56～13.20 μg/g。

图4 鄂尔多斯盆地北部马家沟组不同类型储层岩石的主量元素含量Fig.4 Major element content of different types of reservoir rocks in the Majiagou Formation,northern Ordos Basina. FeO-MnO含量交会图；b. MgO-CaO含量交会图；c. Al2O3-(Na2O+K2O)含量交会图

图5 鄂尔多斯盆地北部马家沟组不同类型储层岩石的Sr-Ba含量Fig.5 Sr-Ba content of reservoir rocks of different types in the Majiagou Formation,northern Ordos Basin

含云泥晶灰岩的Si，Al，Fe，Mn，Na，K，Sr和Ba含量较低(图4，图5)，马五5亚段的泥晶灰岩，SiO2含量为0.535%～1.810%，Al2O3含量为0.153%～0.835%，Fe2O3+FeO含量为0.100%～0.353%，MnO2含量为0.004%，Na2O含量为0.021%～0.029%，K2O含量为0.045%～0.171%，Sr含量77.5～136.0 μg/g，Ba含量5.45～60.50 μg/g；定北地区马六段的云质泥晶灰岩值为，SiO2含量为1.07%，Al2O3含量为0.359%，Fe2O3+FeO含量为0.341%，MnO2含量为0.011%，Na2O含量为0.021%，K2O含量为0.113%，Sr含量235 μg/g，Ba含量13 μg/g。

4.3 稳定同位素特征

风化壳附近的含膏模孔的泥-粉晶白云岩中，δ13C(VPDB)值范围在-2.0‰～0.2‰，δ18O(VPDB)值范围在-8.3‰～-6.7‰(图6)，膏模孔中的粉晶白云石充填物的δ13C(VPDB)值范围在-2.7‰～-0.7‰，δ18O(VPDB)值范围在-11.4‰～-9.8‰；粗晶白云石充填物的δ13C(VPDB)值范围在-2.9‰～-1.7‰，δ18O(VPDB)值范围在-11.3‰～-9.9‰[21- 22]。

图6 鄂尔多斯盆地北部马家沟组不同类型储层岩石的碳、氧同位素交会图(奥陶纪海水数据来自张军涛等，2016)[21]Fig.6 Cross correlation of carbon and oxygen isotope contents of different types of reservoir rocks in the Majiagou Formation,northern Ordos Basin (data related to the Ordovician sea water derived from Zhang et al.,2016)[21]

粉-细晶白云岩在不同地区的碳、氧同位素值在不同地区略有差异(图6)。大牛地马五7亚段晶间孔发育的晶间孔发育的粉晶白云岩中，δ13C(VPDB)值范围在-0.6‰～-0.3‰，δ18O(VPDB)值平均值为-5.9‰；而在定北溶孔发育的粉-细晶白云岩中，δ13C(VPDB)值略高，范围在0.6‰～1.0‰，δ18O(VPDB)值也较高，平均值为-5.4‰～-2.4‰；靖西粉-细晶白云岩的δ13C(VPDB)值在-0.8‰～-0.4‰，δ18O(VPDB)值在-6.6‰～-5.3‰[21-22]。

(云质)泥晶灰岩的不同地区碳、氧同位素值在不同地区差别不大(图6)。大牛地马五5亚段泥晶灰岩，δ13C(VPDB)值范围在-1.9‰～-0.8‰，δ18O(VPDB)值平均值为-9.1‰～-8.0‰，其中裂缝中方解石充填物δ13C(VPDB)值为-3.5‰～-2.4‰，δ18O(VPDB)为-17.0‰～-14.4‰；杭锦旗马四段云质灰岩δ13C(VPDB)值为-0.6‰，δ18O(VPDB)为-6.5‰，其中云质含量较高的部分，δ13C(VPDB)值为-1.0‰，δ18O(VPDB)为-7.9‰，其中裂缝中白云石充填物δ13C(VPDB)值为-4.3‰，δ18O(VPDB)为-15.2‰；定北马六段云质灰岩δ13C(VPDB)值为-0.2‰～-0.1‰，δ18O(VPDB)为-9.2‰～-8.3‰。

5 讨论

虽然3类储层同属于岩溶型储层，但储层特征表现出极大的差别，这种差异性主要是由于原岩的成分、结构差异和古地貌引起的。云质灰岩地层主要形成裂缝-溶洞型储层，含膏地层能够形成膏模孔型储层，而白云岩地层则主要为溶孔-晶间(溶)孔形成。但是这3类储层在成因上有一定的联系，都受到含膏地层的影响。

5.1 云质灰岩-裂缝储层成因

5.1.1 裂缝成因

裂缝具有明显的层控性。大牛地的垂直网状裂缝仅发育在马五5亚段含云灰岩地层中，比如在大113和大65-3等井的全井段取心中也显示，仅在马五5亚段灰岩地层中发育有裂缝，其中有大量方解石充填-半充填，而上、下层的马五4和马五6亚段含泥角砾岩中很少有裂缝发育。裂缝发育的选择性可能是由两方面原因造成。

1) 不同地层的脆塑性差异。马五5亚段为纯碳酸盐岩，泥质膏质等杂质成分较少，成分较为均一，结构简单，相比较而言碳酸盐矿物脆性更大，而粘土矿物和石膏塑性更大[23]。X衍射数据显示上、下层段杂质矿物含量高，而马五5亚段的主要成分为碳酸盐岩，测井曲线上，马五6和马五4亚段伽马曲线为锯齿状高值，马五5亚段为平直、低值。因此，在发生破坏和变形过程中，马五4和马五6亚段等地层以塑性变形为主，而马五5亚段更容易产生裂缝。在杭锦旗地区马四段裂缝发育段下伏的也是含膏地层。

2) 不同地层溶解度差异。石膏的溶解度要远高于白云石和方解石的溶解度，石膏在岩溶时期首先被溶蚀。在盆地内部马五6亚段是最主要含膏层段[12]，石膏基本被溶蚀，测井解释中已经很难见到石膏，岩心中也多见岩溶角砾。从主、微量元素分析显示，马五6亚段具有较高的SiO2和Al2O3含量，具有偏负的氧同位素值，也说明受到大气降水的影响[24]。由于膏盐岩的大量溶解，造成了上覆地层的坍塌破碎，形成了普遍发育的裂缝。这种裂缝在溶蚀过程还可能继续增多扩容，形成缝洞体，而溶洞的坍塌破坏又能形成裂缝[12]。

5.1.2 裂缝储层分布差异

云质灰岩缝洞型储层在不同地区分布差异较大，北部的杭锦旗马四段云质储层零星分布，而大牛地马五5亚段裂缝普遍发育，这种差异也可能与膏盐层的溶蚀和变形程度差异有关，杭锦旗受岩溶改造程度明显弱于大牛地，在杭锦旗马四段下伏地层还存在有大量的硬石膏，而在大牛地马五5亚段之下的马五6亚段基本已经不含硬石膏。

储层中充填矿物类型也不相同，地貌位置更高的杭锦旗以白云石的充填为主，具有较高的Fe含量、环带结构、波状消光和较负的δ18O值，说明其形成时应为埋藏期。较高的流体温度[25]，与含膏白云岩地层中白云石充填相类似[21]，富铁说明受到过上覆富铁地层的影响[22]。而大牛地马五5亚段裂缝中主要由粗晶方解石充填，具较负的δ18O值，其形成可能受大气降水的影响[24](图6)。

对比杭锦旗和大牛地两个地区的灰岩基质显示，杭锦旗的灰岩段较大牛地区具有更高的δ18O值，其可能受到大气降水改造的影响较小，而可能处于大气降水汇聚区的大牛地，地层与大气降水获得更多的分馏，具有更低的δ18O值(图6)[24]

5.2 含膏白云岩-膏模孔型储层成因

含膏云岩-膏模孔型储层在平面和纵向上受原始相带控制，仅分布于含石膏结核云坪相之中，而储层质量受古地貌影响，其中低洼处方解石充填作用对储层破坏最大[21]。

5.3 粉-细晶白云岩储层成因

部分粉-细晶白云岩具有颗粒幻影结构，这些岩石最早的沉积相带应该是渗透性较高的高能滩相[19]，为后续的白云岩化作用奠定了沉积基础。

粉-细晶白云岩具有相对较粗的白云石晶体，但基本上不含膏盐岩，较高的有序度和Mg/Ca比值说明白云岩化发育于浅埋藏环境[28]，而粉晶白云石较高的δ18O和δ13C值说明白云岩化流体浓度较高[27]。在大牛地钻井中显示，马五5亚段白云岩化程度随着距离上覆马五6亚段含膏层变大而变弱。在萨布哈白云岩化作用发生的同时及后续，这种富Mg2+的浓缩海水由于重力的作用持续向下运移，在具有较好渗透性的地层中发生卤水回流渗透白云岩化[28]。正是这种不含膏的粉-细晶白云岩与含膏层系在形成过程中的关联性，造成了在空间上两种储层的叠置。

虽然不同地区的白云岩晶间(溶)孔型储层特征都非常相似，但在区域上也有细微的差异，最底部的大牛地粉晶白云岩中多见方解石充填，基质具有最低的δ18O值，也可能存在有大气降水汇聚区有关，有充足流体与岩石进行方解石沉淀和氧同位素分馏。同时，大牛地粉晶白云岩中具有相对较高的SiO2，K2O，Al2O3和Sr含量(图4—图6)，同样也反映了大气降水汇聚区元素的聚集[24,29]。

5.4 岩溶储层发育模式

鄂北岩溶储层的3种类型都与含膏层系有着密切的联系。在准同生期，含膏层系为提供富Mg2+流体，促使发生了萨布哈白云岩化和回流渗透白云岩化作用[30-31]；在表生期，具有较大溶解度的石膏层先被溶解[32]，在结核单晶状含膏云岩层形成膏模孔储层，而层状石膏层被大量溶解、破坏，导致上覆致密灰岩地层产生大量的裂缝。

鄂北岩溶储层纵向上分带性是由于原始相带和岩性差异造成的。从灰岩、白云岩到膏盐岩沉积，代表了一个海退旋回。沉积水体最深的灰岩分布范围最广，区内均有分布，但其初始物性差、岩石致密、储层非均质性较强，这也是与塔河等典型岩溶储层最相似的类型，但是鄂北灰岩-裂缝型储层形成还与下伏含膏地层的溶蚀变形关系密切[33-34]。浅滩相的沉积环境水体较浅，初始物性较好，回流渗透白云岩化作用有利于储层的保存，后期的表生作用进一步改善储层；当海平面进一步下降时，蒸发作用加强，开始有含膏层系的沉积，同时为下伏地层提供Mg2+源，经岩溶作用后形成含膏云岩-膏模孔型储层。在大牛地可见这3种储层的纵向上叠置分带，也代表了这种灰岩-粉-细晶白云岩-含膏白云岩的有序岩性组合。平面上储层类型分布的差异也是由原始沉积分异决定的，中东部蒸发潟湖周边的大牛地呈现出多类型储层叠置发育的特征，而位于西部滩相的定北以及靖边西部主要发育有粉-细晶白云岩储层，北部的杭锦旗则仅有灰岩-裂缝型储层发育(图7)。

储层类型更多地表现出相控特征，储层质量的差异则可能受大气降水影响。在空间上，能区分出大气降水渗流区和汇聚区。在古地貌高部位储层孔隙充填较少，仅见少量白云石充填，地球化学特征表现出渗流区的特征，组成中杂质元素变少，大气降水氧同位素分馏不明显；在古地貌相对低部位，储层多表现出大气降水汇聚的特征，孔隙多见方解石充填，沉淀有较多的杂质元素，具有偏负氧同位素值。由于缺少大规模的岩溶暗河体系，相较于分布局限的含膏白云岩和灰岩储层，非均质性较小和分布较连续的粉-细晶白云岩储层可能作为主要的大气降水运移通道，故在岩溶古地貌的不同部位大牛地和靖西表现出不同的特征；然而，处于岩溶斜坡的大牛地也能表现出大气降水汇聚区的特征，说明岩溶处于大气降水充沛、地貌起伏不大、泄水不畅的准平原化阶段(图7)。

6 结论

1) 在不同地区、不同层系受岩溶作用影响形成的储层差异较大，依据岩性和孔隙类型，大致可划分为3种储层类型：含膏泥-粉晶白云岩-膏模孔型、粉-细晶白云岩-晶间(溶)孔型和含云泥晶灰岩-裂缝型。

2) 这3种类型储层在成因上都与蒸发层系有密切的联系。含膏白云岩储层的相带为含膏云坪相，储集空间形成于硬石膏结核和单晶的溶解；粉-细晶白云岩的原始沉积相带为浅滩相，与上覆含膏层系呈现出叠置白云岩化的特征，含膏层系经硬石膏沉淀和萨布哈白云岩化后，大幅提高了地层水中的Mg/Ca比值，下渗后促使发生白云岩化，改善和保持了储集空间；灰岩中裂缝的形成与下伏地层中含膏层的溶解和变形有一定联系。

图7 鄂尔多斯盆地北部地区马家沟组不同位置、不同类型岩溶储层发育模式Fig.7 Development patterns of different types of karst reservoirs in the Majiagou Formation,northern Ordos Basina.杭锦旗-大牛地岩溶储层对比；b.定北-靖西-大牛地岩溶储层对比

3) 这3种类型储层在分布上具有明显的相控性。研究区中东部的含膏泥-粉晶白云岩-膏模孔型、粉-细晶白云岩-晶间(溶)孔型和含云泥晶灰岩-裂缝型都有分布，中西部定北以粉晶白云岩储层为主，北部杭锦旗仅有灰岩-裂缝型储层。

4) 储层表现出准平原期岩溶储层特征。经历漫长的加里东期岩溶作用改造，地貌虽然已经起伏不大，但仍对储层有重要影响，空间上可大致划分为大气降水渗流区和汇聚区，渗流区孔隙充填较弱，具少量白云石充填，储层较好，大气降水渗流性好，岩石矿物中杂质元素较少；而汇聚区孔隙多见方解石充填，储层质量变差，水流变缓，岩石与大气降水有着充分的分馏，杂质元素较多。