整个大牛地地区马一段至马三段均为蒸发台地亚相。马一段发育灰黑色泥质白云岩和膏质白云岩(图 4), 在D50井观察到竹叶状构造(图 5-a); 镜下可见细晶— 微晶结构(图 3-b)。马二段沉积于海侵背景之下, 但D67、D37、D122等钻井均揭示了白云岩、膏质白云岩和泥质白云岩的存在(图 4)。灰黑色白云岩与膏质白云岩互层, 局部发育叠层石, 岩石表面可见盐溶孔(图 5-b); 镜下可见细晶— 粉晶白云岩、颗粒白云岩、泥质白云岩(图 3-i)和泥晶— 微晶白云岩。马三段上部发育一层灰黑色白云岩, 中下部为白色膏质白云岩(图 5-c)及含盐白云岩(图 4), 部分盐被溶解, 镜下可见泥晶— 微晶白云岩、细晶— 粉晶白云岩、鲕粒白云岩、砾屑白云岩等, 偶见硅质碎屑。

图 4

Fig.4

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	图 4 大牛地气田D67井马家沟组中下组合岩性序列Fig.4 Lithological sequence of the lower-middle Majiagou Formation of Well D67 in Daniudi Gas Field

图 5

Fig.5

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图 5 大牛地气田马家沟组中下组合云坪、膏云坪、膏盐湖和台内滩特征 a— 竹叶状白云岩, D50井, 3469 m, 马一段; b— 含盐白云岩, 盐溶孔, D126井, 3321.65 m, 马二段; c— 膏质白云岩, D122井, 3420.88 m, 马三段; d— 颗粒白云岩, 颗粒边缘被溶蚀后被方解石胶结(黄色箭头), 颗粒间亮晶白云石胶结, D126井, 2926 m, 马五6亚段, (-); e— 鲕粒白云岩, 亮晶白云石胶结, D123井, 3589.28 m, 马三段, (-); f— 颗粒白云岩, 颗粒为粉晶— 细晶白云岩, 粒间孔径达1.5 mm, D124井, 3153.52 m, 马五7亚段, (-)Fig.5 Characteristics of dolomitic flat, gypseous-dolomitic flat, gypseous-saline lake and intra-platform shoal in the lower-middle Majiagou Formation of Daniudi Gas Field

整个大牛地地区马四段沉积开阔台地亚相。下部和中部为厚层泥晶— 微晶灰岩和颗粒灰岩, D126、D67、D50等井揭示了不均匀白云石化作用形成的豹斑状构造(图 4)及生物扰动构造; 上部为白云质灰岩, 沉积构造不发育(图 4)。镜下可见颗粒灰岩(图 3-f)、含膏灰岩(图 3-h)、泥质灰岩、细晶— 粉晶白云岩。

整个大牛地地区马五段沉积局限台地亚相。D37井和D50井显示马五₁₀亚段以豹斑泥质灰岩和膏质白云岩为主(图 2)。马五_8-9亚段未取心。马五₇亚段泥质含量总体较少, 自然伽马测井响应表现为较低值, 但D81井等岩心观察仍发现泥质白云岩存在, 并与膏质白云岩频繁互层(图 6), 镜下可见细晶— 粉晶白云岩、泥晶— 微晶白云岩和泥晶— 微晶灰岩。马五₆亚段以均质白云岩和泥质白云岩为主要岩性(图 3-a)。马五₅亚段是局限台地过渡到开阔台地再变回局限台地过程产物, 在该亚段连续取心的D1-530井显示了以灰黑色泥晶灰岩和灰黄色白云岩为主的特征(图 7), 见生物扰动构造和藻纹层结构, 局部见石膏, 镜下可见泥晶— 微晶灰岩(图 3-c)、细晶— 粉晶白云岩、含膏灰岩和颗粒灰岩等。马五_1-4亚段属于上组合, 本文不作分析。

图 6

Fig.6

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	图 6 大牛地气田D81井马五7亚段岩性序列Fig.6 Lithological sequence of the 7th sub-member of Member 5 of Majiagou Formation of Well D81 in Daniudi Gas Field

图 7

Fig.7

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	图 7 大牛地气田D1-530井马五5亚段岩性序列Fig.7 Lithological sequence of the 5th sub-member of Member 5 of Majiagou Formation of Well D1-530 in Daniudi Gas Field

根据岩石类型组合特征, 运用单因素分析综合作图法(冯增昭和鲍志东, 1999; 冯增昭, 2004; 付金华等, 2012)和测井相分析技术, 在大牛地气田马家沟组中下组合识别出多种沉积微相: 灰坪、云坪、膏湖、盐湖、膏云坪、台内滩、泥云坪、泥灰坪, 不同的沉积微相自然伽马(GR)、光电吸收截面指数(PE)、密度(DEN)和声波时差(DT)测井响应特征区别明显(表 2)。

表 2

Table2

表 2(Table2)

表 2 大牛地气田马家沟组中下组合沉积微相类型及测井响应特征 Table2 Types and logging response characteristics of main depositional microfacies in the lower-middle Majiagou Formation of Daniudi Gas Field 微相 类型 岩石类 型组合 GR/API PE /b· e-1 DEN /g· cm-3 DT /μ s· m-1 灰坪 泥晶— 微晶灰岩+颗粒灰岩 16~30 > 3.5 2.4~3.0 158~190 云坪 泥晶— 微晶白云岩+细晶— 粉晶白云岩+颗粒白云岩 22~43 3~3.5 2.5~3.0 141~190 膏湖 含膏白云岩+膏岩 8~48 4~5 2.8~2.9 150~170 膏云坪 含膏白云岩 12~60 3.5~3.8 2.6~2.9 160~190 台内滩 鲕粒白云岩+颗粒白云岩 15~30 3.0~4.0 2.7~2.85 160~170 泥云坪 泥质白云岩 44~92 3.0~4.0 2.4~2.9 163~207 泥灰坪 泥质灰岩 50~99 3.3~5.0 2.4~2.9 176~207

表 2 大牛地气田马家沟组中下组合沉积微相类型及测井响应特征 Table2 Types and logging response characteristics of main depositional microfacies in the lower-middle Majiagou Formation of Daniudi Gas Field

同一微相类型可归属不同相带, 例如, 台内滩微相可归属开阔台地或局限台地亚相(张晓涛, 2016), 云坪微相可归属蒸发台地或局限台地亚相(郭彦如等, 2012)。

1)云坪微相。该沉积微相为泥晶— 微晶白云岩、细晶— 粉晶白云岩和颗粒白云岩的集合, D1-530等井岩心多呈现浅灰、灰黄色和褐灰色, 发育藻纹层和生物扰动等沉积构造(图 4, 图 6, 图 7)。云坪在马五₅亚段和马五_6-10亚段最常见, 马五_7-10亚段全区发育云坪; 受西北伊盟古陆陆源碎屑供给的影响, 马五₆亚段的云坪主要分布于研究区东南角D78井区, 外围为泥云坪; 马五₅亚段的云坪厚度在全区变化, D44井和D30井厚度达16 m, 占该层厚度的64%; D30井和D88井厚度约12 m, 占该层厚度的50%。

2)灰坪微相。该沉积微相主要发育相对质纯的灰色— 深灰色灰岩(图 4, 图 7), 基质以泥晶为主, 颗粒可为泥晶— 微晶, 也可为细晶— 粉晶, 还可含生物碎屑和砂屑, 总体泥质含量较少, 相对致密。灰坪主要分布于马四段中下部和马五₅亚段, 马四段灰坪厚度约100 m, 占该层厚度59%, 马五₅亚段灰坪厚度12~25 m, 占该层厚度50%~100%, 呈现中部厚、四周薄的特点。

3)膏湖微相。沉积物以含白色硬石膏条带或团块的泥灰— 褐灰色粉晶白云岩为主要岩石类型(图 4, 图 8)。结合岩性测井解释结果(表 2), 将石膏含量大于30%的地区定为膏湖(冯增昭, 2004)。膏湖主要分布于马一段和马三段, 在马一段面积更广, 除研究区东南的D78井外, 其余钻井均揭示了膏湖的存在; 马三段膏湖面积缩小, D126井的膏湖演化为盐湖。

图 8

Fig.8

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	图 8 大牛地气田马一段至马四段沉积微相分布(以D37井为例)Fig.8 Distribution of depositional microfacies of the Members 1-4 of Majiagou Formation in Daniudi Gas Field(Take Well D37 as an example)

4)盐湖微相。盐湖发育于海退期, 位于盆地蒸发中心, 石盐含量较多(冯增昭和鲍志东, 1999; 王起琮等, 2018)。在E8、D126等井岩心上由于盐岩被钻井液溶蚀而呈现溶蚀孔洞。膏湖和盐湖常伴生发育, 但与膏湖相比, 盐湖的声波时差更大, 密度更小。盐湖主要分布于马一段和马三段, 平面上以研究区东南角为核心向四周扩张, 马一段内只在D78井识别出盐湖微相, 至马三段沉积期, 盐湖面积达到最大, D126井钻遇该微相。

5)膏云坪微相。膏云坪形成于蒸发环境(王果等, 2019), 其沉积特征与膏湖类似, 两者均以含膏白云岩为主。膏云坪常与云坪、灰坪等微相伴生(图 6), 膏湖主要形成于台地低洼地区, 空间上可与盐湖及台内滩相邻(王起琮等, 2018)。膏云坪广泛分布于大牛地地区马二段上部, 约占该层厚度的60%, 其下为泥云坪, 往上过渡为马三段盐湖和膏湖。

6)台内滩微相。台内滩由台地内局部地貌高地受较强波浪和潮汐作用改造形成, 岩性主要为鲕粒白云岩和颗粒白云岩, 物性较好(付金华等, 2017)。薄片观察结果显示, 该微相的颗粒主要由鲕粒、砂屑、藻屑及少量生屑组成(图 5), 在马一段至马三段和马五_6-10亚段均有分布, 揭示该微相的D126、D123、D122、D124和D1-530等井全部位于研究区西南部(表 1)。

7)泥云坪微相。岩石类型主要为灰黄色泥质泥晶— 微晶白云岩, 测井曲线显著标志为高幅、齿化的GR曲线形态(图 8)。马二段下部的泥云坪厚约35 m, 覆盖全区; 马五₆亚段的泥云坪厚约35 m, 覆盖了研究区近85%的面积, 除东南的D78、D81、D56等井钻遇云坪, 其余井均钻遇泥云坪。

8)泥灰坪微相。岩石类型主要为褐灰色、灰色泥质灰岩, 泥质来源主要为陆源碎屑(冯增昭和鲍志东, 1999)。泥灰坪主要形成于马五₅亚段和马四段(图 4), D37等井上厚度仅有2~3 m, 平面上分布极其有限。

另外, 马四段上部普遍发育云灰坪(图 8, 图 10), 沉积厚度大(约70 m), 全区分布, 识别和划分较为容易。

图 10

Fig.10

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	图 10 大牛地气田马家沟组中下组合沉积微相多井对比(井位见图 1, 深度为垂深)Fig.10 Well correlation of depositional microfacies in the lower-middle Majiagou Formation of Daniudi Gas Field (See Fig.1 for well location, and the depth is TVD)

鄂尔多斯盆地大牛地气田马家沟组中下组合各段分别形成于蒸发台地、开阔台地和局限台地, 发育灰坪、云坪、膏湖、盐湖、膏云坪、台内滩、泥云坪、泥灰坪、云灰坪等沉积微相。

大牛地气田钻遇马一段的取心井只有6口, 岩心观察到白云岩中沉积了厚层的石膏, 指示了较强的蒸发环境, 局部发育的泥质白云岩则显示了陆源碎屑物质的供给。马二段发育灰黑色含膏白云岩, 自然伽马呈现高值, 测井曲线起伏变化大(图 4, 图 8), 显示了泥质和膏质及白云质的互层, 推断为泥云坪和膏云坪沉积。马三段以白色含膏白云岩(图 5)和灰色含盐白云岩为显著特征, 结合鄂尔多斯盆地该段的沉积背景(冯增昭和鲍志东, 1999), 识别出膏湖和盐湖2种微相(图 4)。马家沟组沉积早期, 海平面较低, 海侵范围有限, 蒸发作用强烈, 因此形成了马一段至马三段来自于剥蚀古陆的细粒陆源碎屑和蒸发沉淀形成的膏盐岩共生的特征。

马四段以其显著的岩性和测井响应特征与下伏马三段区分开来(图 8)。马四段下半部分沉积厚层灰坪(图 4), 是大牛地地区遭受大规模海侵的结果(冯增昭和鲍志东, 1999)。自然伽马曲线表现为低值箱型, 略有齿化, 光电吸收截面指数曲线(PE)表现为齿化箱型, 往下进入马三段演变为指状(图 8)。灰岩以泥晶— 微晶灰岩为主, 局部可见生物碎屑, 揭示了从马三段沉积时期到马四段沉积时期海平面稳定、持续上涨背景下水体动能强弱变化过程。马四段中部往上云质含量逐渐增加(图 4), 由灰坪逐渐过渡到白云质灰岩和灰质白云岩组成的云灰坪, 局部见石膏纹层。自然伽马测井曲线变化不大, 光电吸收截面指数曲线(PE)、电阻率曲线以及补偿中子曲线起伏变大, 形态也由齿化箱型变为指状、漏斗型以及钟型(图 8), 反映了海平面不再稳定上升, 而是趋于频繁涨落变化。

马五段总体以白云岩为主(图 9), 相较于马四段, 其沉积水体有所降低, 白云岩为海平面持续下降背景下回流渗透白云石化作用形成(白晓亮, 2016)。马五_7-10亚段主要发育海退背景下形成的云坪微相(图 6, 图 9), 自然伽马曲线为低值箱型, 局部齿化。薄层、高值的自然伽马曲线指状特征指示了陆源碎屑的短暂影响, 形成局部分布的泥云坪(图 9)。马五₆亚段自然伽马显著增高, 齿化严重, 表明泥质白云岩的存在, 推断为泥云坪微相(图 9)。前人认为马五₅亚段以灰黑色泥晶— 微晶灰岩(“ 黑腰带” )为主, 沉积时海平面较高(白晓亮, 2016), 但本次研究发现马五₅亚段白云岩具有波状纹层或块状构造(图 7, 图 9), 白云石或灰质白云石以泥晶— 微晶为主, 反映了海平面存在短期下降的情况。结合沉积背景、岩石学特征和测井响应特征, 认为马五₅亚段发育云坪和灰坪沉积微相(图 7), 该沉积期大牛地地区海平面短暂上升, 但受马五段沉积期海平面总体下降大背景影响, 此次海平面上升幅度有限, 且涨落反复, 进而形成了开阔台地和局限台地过渡沉积环境。

图 9

Fig.9

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	图 9 大牛地气田马五段中下部沉积微相分布(以E4井为例)Fig.9 Distribution of depositional microfacies of the lower-middle Member 5 of Majigou Formation in Daniudi Gas Field(Take Well E4 as an example)

台内滩沉积微相主要通过薄片鉴定进行识别, 其以富含鲕粒白云岩和颗粒白云岩为主要特征, 粒间孔径可达1.5 mm(图 5)。该微相纵向上既分布于蒸发台地, 也分布于局限台地, 平面上集中分布于大牛地气田西南部, 推测西南部地区水体更为动荡。

沉积微相多井对比结果显示(图 10), 研究区马一段至马三段发育蒸发台地亚相, 以膏湖、盐湖、膏云坪、泥云坪为主要微相类型, 盐湖分布于东南部, 在马三段沉积期面积达到最大, 往西延伸至D126井, 膏湖分布于盐湖外围。马四段发育稳定的开阔台地沉积物, 不同井的沉积微相均以灰坪为主, 往上过渡为云灰坪, 且灰坪和云灰坪各自的厚度变化不大。马五_7-10亚段和马五₆亚段广泛发育云坪和泥云坪微相, 在研究区西部和南部的D1-530、D123、D122、D126等井还识别出台内滩微相。马五₅亚段主要沉积灰坪和云坪, 灰坪主要分布于研究区中部。

根据岩石类型划分、沉积微相单井刻画和多井对比结果, 结合鄂尔多斯盆地马家沟组沉积背景研究(冯增昭和鲍志东, 1999; 杨华等, 2006; 白晓亮, 2016; 包洪平等, 2017; 付金华等, 2017), 明确了大牛地气田马家沟组中下组合沉积微相时空分布特征(图 11)。从沉积背景来看, 大牛地气田马家沟组沉积期海水主要来自于西部, 东部和南部海侵影响较弱(图 1), 陆源碎屑来自于西北部伊盟古陆(包洪平等, 2017; 付金华等, 2017)。马一段沉积于蒸发台地环境, 其沉积时大牛地地区刚刚遭受海侵, 海侵范围有限, 海平面较低, 海水盐度分布不均匀, 东南角盐度较高, D78井发现含盐白云岩(图 10), 因此认为东南角存在盐湖, 膏盐湖化学沉积物呈环带状分布(图 11-a)。

图 11

Fig.11

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	图 11 大牛地气田马家沟组中下组合沉积微相平面分布 a— 马一段; b— 马二段; c— 马三段; d— 马四段下部; e— 马四段中部; f— 马四段上部; g— 马五7-10亚段; h— 马五6亚段; i— 马五5亚段Fig.11 Distribution of depositional microfacies in the lower-middle Majiagou Formation of Daniudi Gas Field

马二段依然沉积于蒸发台地环境, 此时海平面比马一段沉积时略有上涨, 早期发育泥质含量较高的泥云坪, 后期可能受海平面进一步上涨的影响, 变为膏云坪(图 10, 图 11-b)。马三段沉积初期海平面短暂下降, 蒸发台地沉积环境愈加局限, 随着蒸发量不断增加, 研究区变回马一段沉积时的环境, 随后海平面开始上升, 盐度减小, 从盐湖过渡为膏湖(图 11-c)。马四段沉积于最大海侵期(冯增昭和鲍志东, 1999), 发育开阔台地亚相, 以大面积厚层灰岩(约100 m)和白云质灰岩(约70 m)为特征, 自下而上沉积微相由灰坪逐渐过渡为云灰坪(图 10, 图 11-d, 11-e, 11-f), 反映了海平面上涨至最高而后缓慢下降的过程。马五段内部同样由于海平面升降变化形成沉积旋回。马五_7-10亚段主要发育云坪(图 11-g); 马五₆亚段沉积时, 海平面快速下降, 大牛地地区趋于暴露, 除了沉积石膏外, 还广泛接受来自于西北部剥蚀区的陆源碎屑, 形成泥云坪(图 11-h); 马五₅亚段沉积时, 海平面快速而短暂地上升, 随后下降, 局限台地演化为开阔台地再演化回局限台地, 灰坪广泛分布, 其内分散分布云坪(图 11-i)。碳酸盐岩台地演化与海平面升降密切相关(金振奎等, 2013; Menier et al., 2014; Phelps et al., 2014); 总体来看, 大牛地气田马家沟组中下组合沉积演化明显受控于海平面升降, 海平面上涨至最高而后下降的结果就是在研究区形成蒸发台地、开阔台地和局限台地叠合的沉积模式(图 12)。

图 12

Fig.12

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	图 12 大牛地气田马家沟组中下组合沉积模式 大牛地井区外资料来源: 冯增昭和鲍志东, 1999; 包洪平等, 2017; 付金华等, 2017Fig.12 Depositional model of the lower-middle Majiagou Formation in Daniudi Gas Field