0 前言
鄂尔多斯盆地是我国第二大沉积盆地，面积达25×104 km2，天然气资源极其丰富。下古生界海相碳酸盐岩是盆地天然气勘探的重点领域之一。早期勘探主要集中于奥陶系马家沟组五段顶部（马五段1—4亚段）风化壳及中央古隆起周缘的马家沟组中组合（马五段5—10亚段），取得了多种气藏类型的勘探成果，形成了万亿方的储量规模[1-5]。近年来，在地质理论创新与工程技术进步的推动下，鄂尔多斯盆地碳酸盐岩勘探实现了从传统风化壳向多领域拓展的突破[6]。2021年，MT1井首次在奥陶系马四段台内滩白云岩储层试获35.24×10⁴ m³/d的高产工业气流，揭示了盐下“台内丘滩白云岩储集+膏盐岩封盖+自生烃源”三元成藏模式，预测资源量超5 000×108 m³[7]。同年，YT1H井在太原组生物灰岩中试获54.9×10⁴ m³/d的高产气流，带动横山气田快速探明，初步估算资源量达1.6×1012 m³[8-9]。此外，西缘克里摩里组石灰岩缝洞体（风化壳）等新层系也展现出良好的勘探前景[10]。
然而随着勘探的深入，烃源岩有机质丰度低、储层薄、气水关系复杂、成藏富集规律不清等问题日益凸显，导致勘探呈现“有点无面、局部高产富集”的特点，严重制约着规模效益勘探开发，因此亟需深化规模优质储层分布规律及成藏主控因素研究[11]。本文基于最新勘探成果及高精度地震资料，系统分析鄂尔多斯盆地海相碳酸盐岩规模优质储层的分布特征，探讨其形成条件与控藏因素，并评估不同层系的资源潜力与勘探方向，以期为未来高效勘探开发提供理论依据和技术支撑。
1 地质背景
鄂尔多斯盆地海相层系主要发育于寒武系—奥陶系，以碳酸盐沉积为主，是天然气勘探的重要领域（图1a）。寒武系在盆地主体及西、南缘区域可划分为下、中、上统[12]。下统主要为辛集组、朱砂洞组和馒头组：辛集组以含磷钙质碎屑岩沉积为主，朱砂洞组在盆地周缘发育典型的碳酸盐岩建造；馒头组则过渡为混积岩性组合。中统毛庄组、徐庄组和张夏组构成一个完整的海侵-海退旋回，其中张夏组厚层鲕粒灰岩标志着碳酸盐台地的广泛发育。上统三山子组以普遍含燧石结核的细晶白云岩为标志，反映了晚寒武世特定的成岩环境。值得注意的是，辛集组的磷质碎屑岩主要分布于盆地本部，而朱砂洞组的碳酸盐岩则集中出露于盆地周缘，这种空间分异特征揭示了早寒武世古地理格局对沉积相带的控制作用。
鄂尔多斯盆地奥陶系自下而上依次发育冶里组、亮甲山组和马家沟组，背锅山组仅在南缘局部出露[13]。冶里组—亮甲山组以含燧石条带的中厚层白云岩为特征，其分布呈现显著区域差异：南缘岐山、礼泉等地可见完整层序，而西缘及盆地本部普遍缺失；受怀远运动影响，盆地内普遍缺失冶里组和亮甲山组，导致马家沟组与下伏不同层位呈穿时接触。马家沟组以白云岩和膏盐岩为主，其顶部发育区域性不整合面，在盆地中东部经历长期剥蚀后与上覆石炭系呈角度不整合接触，形成独特的“双不整合面”结构，构成完整的旋回式沉积体系。奥陶系地层序列呈现出显著的东西差异：西部自下而上依次为三道坎组、桌子山组、克里摩里组、乌拉力克组和拉什仲组（图1b），中东部系统被划分为马一段至马五段（其中马五段可细分为10个亚段）（图1c）。值得关注的是，鄂尔多斯盆地寒武系—奥陶系发育多套优质储层与烃源岩层[14-16]，这些层系在空间配置上形成良好的源储组合，具备优越的天然气成藏条件。
2 岩相古地理演化及沉积体系
2.1 古地理背景及演化
盆地整体为碳酸盐台地沉积，只在盆地的西南角发育斜坡-盆地相沉积（图2）。如盆地东部的偏关鸭子坪剖面，奥陶系马家沟组以泥晶灰岩、颗粒灰岩、白云岩和膏云岩为主，局部夹泥质白云岩（图2b）；三川河剖面奥陶系马一到马三段为粉晶白云岩夹泥质白云岩，马四段为石灰岩夹云斑灰岩（图2c），马五段为白云岩夹石灰岩薄层，残余的马六段为泥晶灰岩；西硙口剖面奥陶系马一段为泥质白云岩和白云岩，马二段为石灰岩夹云斑灰岩（图2d），马三段为粉晶白云岩夹云斑灰岩，马四段为泥晶白云岩夹颗粒白云岩，马五段为白云岩夹泥质白云岩，残余的马六段为泥晶灰岩。盆地西部的老石旦剖面奥陶系桌子山组、克里摩里组以泥晶灰岩、颗粒灰岩为主（图2e），克里摩里组上段夹少量泥页岩；青龙山剖面奥陶系三道坎组为粉晶白云岩，桌子山组、克里摩里组以泥晶灰岩、颗粒灰岩为主（图2f），克里摩里组上段夹少量泥页岩；喜鹊梁－磨盘井剖面发育中寒武统香山群，是一套厚度巨大分布广泛的深海浊积扇沉积，岩性以灰绿、灰黄色碎屑岩、泥质岩（变质）为主体（图2g），夹薄层石灰岩、硅质岩和碳酸盐岩角砾岩。
通过对下古生界沉积古地貌的恢复，认为寒武纪呈“四隆三坳”构造格局：伊盟古陆、乌审旗古隆起、庆阳古隆起、吕梁古隆起和乌银海盆、宜铜海盆、神木台洼；奥陶纪具“两隆三坳”构造格局：伊盟古陆、庆阳古隆起和乌银海盆、宜铜海盆、神木—米脂台洼（图3）。寒武纪盆地南部发育宜铜海盆，寒武系发育最完整、地层厚度急剧增大、层序增多，反映了向陆地方向逐渐海侵事件与沉积过程。盆地西部发育乌银海盆，中部乌审旗古隆起（核部为长城系）寒武系减薄或缺失，东北部发育神木台洼，中央古隆起在寒武纪不发育或显现雏形（图4a）。奥陶纪马家沟期，盆地西缘和南缘继承了寒武系沉积格局，伊盟古陆、庆阳古隆起持续存在且庆阳古隆起向东延伸至黄陵一带，而乌审旗古隆起在马一—马二期尚存，随后演化为同沉积低隆。乌银海盆、宜铜海盆继承性发育，神木—米脂台洼有所扩大（图4b）。
图3 鄂尔多斯盆地寒武纪—奥陶纪古构造格局图Fig. 3 Paleotectonic framework of Cambrian-Ordovician in the Ordos Basin |
2.2 沉积体系与有利相带分布
基于露头、井震资料，在寒武系—奥陶系识别出3种沉积相、8种亚相和14种微相，其中内缓坡丘、滩、坪，台缘高能滩是有利储集相带（表1）。
表1 鄂尔多斯盆地寒武系—奥陶系沉积微相划分Table 1 Classification of the Cambrian-Ordovician sedimentary microfacies in the Ordos Basin |
| 相 | 亚相 | 微相 | 主要岩性特征 | 主要沉积构造 |
|---|---|---|---|---|
| 内缓坡 | 潮坪 | 混积坪 | 砂质白云岩、白云质石英砂岩 | 冲刷面、平行层理 |
| 泥云坪 | 泥质白云岩、白云质泥岩 | 纹层结构、干裂 | ||
| 云坪 | 泥、粉晶白云岩 | 水平层理、鸟眼构造 | ||
| 含膏云坪 | 含膏质白云岩、 含硬石膏结核白云岩 | 结核、斑状结构、变形层理 | ||
| 潟湖 | 膏盐潟湖 | 膏岩、盐岩 | 块状结构、变形层理 | |
| 灰质潟湖 | 泥晶灰岩、含泥质泥晶灰岩、 白云质泥晶灰岩 | 块状结构、水平层理 | ||
| 丘滩 | 高能颗粒滩 | 砂屑白云岩、粉—细晶白云岩、 鲕粒白云岩 | 沙纹层理、冲刷面 | |
| 低能颗粒滩 | 砂屑白云岩、粉—细晶白云岩、 鲕粒白云岩、藻砂屑白云岩 | 沙纹层理、冲刷面 | ||
| 低能丘 | 藻纹层白云岩、藻凝块白云岩 | 斑状结构、叠层结构 | ||
| 中缓坡 | 静水泥 | （泥）灰岩 | 泥晶灰岩、含泥灰岩 | 水平层理 |
| 风暴滩 | 风暴岩 | 砾屑灰岩 | 杂乱堆积 | |
| 镶边台地 | 台缘滩 | 高能颗粒滩 | 鲕粒白云岩、砂屑白云岩 | 沙纹层理、冲刷面 |
| 斜坡 | 砾屑灰岩 | 砾屑灰岩、泥晶灰岩 | 块状结构、杂乱堆积 | |
| 盆地 | 重力流 | 浊积岩 | 鲍马序列、粒序层理 |
华北板块震旦纪—寒武纪为被动大陆边缘，华北古陆经过海侵转换为清水碳酸盐台地；早—中奥陶世华北板块仍为被动大陆边缘，发育碳酸盐台地沉积，晚奥陶世转换为活动大陆边缘，盆地西南缘发育弧后裂谷盆地[22-23]。据此，本文研究认为鄂尔多斯盆地早古生代经历了混积陆棚→碳酸盐缓坡→镶边台地演化序列，沿古隆起周缘和海盆边缘发育内缓坡颗粒滩有利储集相带。馒头组、毛庄组、徐庄组为混积陆棚相，古隆周缘发育滨岸相；张夏组和三山子组演化为碳酸盐缓坡，内缓坡颗粒滩发育，白云石化强烈。奥陶纪马家沟期整体表现为碳酸盐缓坡，马二段、马四段海侵期内缓坡颗粒滩发育，马一段、马三段、马五段海退期膏盐岩发育；中—晚奥陶世表现为镶边台地沉积，西缘的克里摩里组和南缘的赵老峪组为典型的碳酸盐斜坡相，而乌拉力克组、平凉组为斜坡-盆地相，盆地本部按沉积模式推测为台地相（图5）。
寒武系储层主要发育于张夏组与三山子组。以麟探1井为例，该井位于盆地西南部，如图6a所示，毛庄组—徐庄组处于混积陆棚相内，毛庄组岩性主要为灰质白云岩与泥质灰岩，局部发育颗粒白云岩储层，徐庄组岩性以泥岩、灰质泥岩、泥质灰岩为主。张夏组为内缓坡沉积，水体逐渐变浅，下段发育白云质灰岩与含泥白云岩，上段鲕粒滩、滩间海交互沉积，发育鲕粒白云岩滩、白云岩滩间海、云灰岩滩间海等沉积微相；岩性以鲕粒白云岩为主，局部夹含泥白云岩、白云质灰岩、灰质白云岩，发育优质储层。三山子组为内缓坡沉积，主要发育泥云坪、云坪沉积，岩性以泥质白云岩和白云岩为主，白云岩为储层发育段。
奥陶系储层主要发育于马家沟组马二、马四和马五段的丘滩相。陕473井位于盆地中部，沉积并保存了马家沟组全部地层（图6b）。该井马一段上覆于徐庄组，岩性以泥质白云岩为主，夹白云质膏岩薄层，为含膏云坪沉积，储层不发育。马二段岩性特征为“三厚夹两薄”：“三厚”是形成于相对海侵期的白云岩，为云坪或砂屑滩沉积，发育颗粒滩与膏溶孔型储层；“两薄”是形成于相对海退期的膏岩夹白云质泥岩薄层，为膏云坪沉积。马三段岩性以膏岩、盐岩、膏质白云岩为主，夹泥岩、泥质白云岩薄层，纵向变化频繁，为膏质潟湖、泥云坪交互沉积，局部发育膏溶孔型储层。马四3亚段、马四2亚段岩性以白云岩为主，夹石灰岩薄层，为砂屑滩沉积，发育生物扰动型储层；马四1亚段岩性以膏岩、膏质白云岩和白云岩薄互层为特征，为膏云坪沉积，发育颗粒滩型储层。马五段下段（即中组合马五5—马五10亚段）岩性为石灰岩或含云灰岩、膏质白云岩和盐岩、膏岩频繁交互出现，为一段频繁震荡的相对海侵-海退沉积，发育颗粒滩型储层。
3 储层类型、主控因素与分布
3.1 储层类型
岩心、薄片观察和物性分析表明，内缓坡丘、滩、坪，台缘高能滩是相对有利的储集相带，主要发育5种储层类型（表2）。
表2 鄂尔多斯盆地寒武系—奥陶系主要碳酸盐岩储层类型Table 2 Main carbonate reservoir types of Cambrian-Ordovician in the Ordos Basin |
| 储层类型 | 岩石结构 | 岩石类型 | 储集空间类型 | 孔隙成因 |
|---|---|---|---|---|
| 颗粒滩型 | 块状 | 砂砾屑白云岩、 粗粉晶白云岩 | 残余粒间孔、 溶蚀孔洞 | 台内颗粒滩、 溶蚀作用 |
| 藻丘型 | 层状 | 叠层石、 凝块石白云岩 | 晶间孔、晶间溶孔、 格架孔 | 微生物丘、 溶蚀作用 |
| 溶模孔型 | 层状、块状 | 含硬石膏结核粉晶白云岩 | 膏模孔、微裂缝 | 含膏云坪、 准同生溶蚀作用 |
| 生物扰动型 | 斑状 | 斑状（灰质）粉晶白云岩 | 晶间（微）孔、 微裂缝 | 生物扰动、 准同生白云石化 |
| 溶蚀孔洞型 | 不规则状 | 粉晶白云岩、泥晶灰岩、 角砾灰岩 | 溶蚀孔洞、溶缝 | 表生溶蚀、 顺层溶蚀 |
颗粒滩型储层岩性以颗粒白云岩、粗粉晶白云岩为典型岩性，储集空间以粒间孔、晶间孔、溶蚀孔洞为特征。该类型单层厚度3~15 m，累厚30~50 m，孔隙度主要在2%~6%区间，渗透率>0.1×10-3 μm2的样本占比达71%。藻丘型储层以斑状灰质白云岩、粉晶白云岩和微生物岩为典型岩性，储集空间为格架孔、溶蚀孔及晶间微孔，单层厚度1~3 m，累厚10~20 m，孔隙度主要在2%~4%之间，渗透率>0.1×10-3 μm2占比21.6%。这两类储层主要赋存于张夏组、马二段和马四段，在马三1亚段呈零星分布（图7a—7e）。
溶模孔型储层以含膏白云岩和膏质白云岩为典型岩性，储集空间主要为硬石膏结核溶蚀形成的毫米级圆形/椭圆形铸模孔（图7f）。该类型单层厚0.5~3 m，累计厚度5~15 m，孔隙度多集中在2%~4%区间，渗透率>0.1×10-3 μm2的样本占56%，主要发育于马三段及马二段特定层位。
生物扰动型储层岩性表现为灰质白云岩与白云质灰岩互层，发育具有强非均质性的斑状白云岩晶间孔及晶间微孔体系，此类微米级孔隙在常规显微镜下辨识困难，需借助扫描电镜进行微观表征（图7g，7h）。其单层厚1~5 m，累计厚度10~25 m，孔隙度范围为2%~6%，渗透率>0.1×10-3 μm2的样本占41%，主要分布在马四段及马二段局部层位。
溶蚀孔洞型储层以泥—粉晶白云岩、石灰岩和藻灰岩为主，特征性地发育充填石灰岩角砾的不规则孔洞系统（图7i—7l）。此类储层在测井响应上多对应于自然伽马（GR）值升高的泥质岩段，单层厚度及物性参数需结合具体层位进一步分析。
3.2 储层主控因素
储层发育主要受控于沉积微相、准同生溶蚀、表生溶蚀和白云石化作用。
（1）丘滩是储层发育的物质基础
（2）准同生溶蚀和表生溶蚀是储层溶蚀孔洞形成的关键因素
在准同生阶段或埋藏初期，碳酸盐矿物的稳定化作用尚未完成，此时，如果孔隙间的海水被大气淡水所取代，文石和镁方解石会发生溶解。这种溶解作用取决于孔隙流体的流动比值和饱和状态。当溶解作用发生时，溶解的碳酸钙被孔隙流体带走，形成受颗粒组构控制的选择性溶蚀孔。形成于台缘带和内缓坡的颗粒滩石灰岩具有较强的组构分异性，是潜在的易于受到大气淡水改造的微相。一般说来，致密的泥晶灰岩或者颗粒灰岩发育于海侵体系域（TST），因为随着海平面不断升高，大气淡水的影响逐渐减小，不利于储层的发育。当海平面到达最大海泛面（MFS）后，沉积进入高位体系域（HST），之后海平面逐渐下降，颗粒灰岩受到大气淡水的影响，发生溶蚀作用，形成大量粒间孔隙。如图8a所示，在高频旋回顶部，海平面短暂下降，颗粒滩接受大气淡水溶蚀形成储层。因此储层一般分布于向上变浅旋回的上部。
表生阶段，大气淡水溶蚀作用进一步改善储层储集性能。颗粒白云岩储层受晚表生期构造抬升作用，颗粒间胶结物进一步被溶蚀，形成次生孔隙（图8b）。在表生溶蚀作用下，庆阳古隆起周缘发育寒武系和奥陶系岩溶储层，盆地西缘克里摩里组发育岩溶缝洞型储层，盆地本部发育马家沟组上组合（马五1—马五4亚段）风化壳岩溶储层。马家沟组上组合储集空间以硬石膏结核溶模孔为主。
（3）埋藏白云石化调整和改造储层结构
鄂尔多斯盆地寒武系和奥陶系白云岩经历了不同程度的埋藏白云石化作用，导致储层的原始岩石结构被破坏或完全消失，常常形成具有雾心亮边的粉—细晶白云岩或中—粗晶白云岩，部分可见残余颗粒结构，并导致储层的孔隙也由早期的粒间孔、粒间溶孔转换为晶间孔和晶间溶孔。另外，当富Mg2+流体充足时，已经白云石化的白云岩会继续发生过度白云石化作用，沿早期白云石周缘不断的生长出富含Fe2+的亮边，这些亮边占据了早期的晶间溶孔和晶间孔，反而导致白云岩的孔隙度降低，储层的储集性能下降。因此，埋藏白云石化作用对储层的控制主要体现在两个方面：一是埋藏白云石化作用改变储层岩性及孔隙结构，二是过度白云石化作用降低储层的储集性能。
3.3 规模有利储层分布
储层发育主控因素分析表明，经历准同生期大气淡水溶蚀和表生期岩溶改造的颗粒滩相带最有利于优质储层形成。寒武系张夏组—三山子组内缓坡颗粒滩储层沿古隆起周缘和海盆边缘分布，主要发育2个带：环宜铜海盆西侧坡折带面积达1.55×104 km2，神木—米脂台洼西侧坡折带面积达1.64×104 km2（图9a；图10a，10b）。奥陶系马家沟组颗粒滩储层发育受古构造控制显著：马二段滩体主要环隆坳间坡折带分布，有利储层面积约为2.9×104 km2（图9b，图10c）；马四滩体环乌银海盆坡折带、乌审旗低隆分布，面积达3.6×104 km2（图10e）。马三段含膏云坪、膏云坪发育环带状薄夹层白云岩储集体，有利储层面积约1.9×104 km2（图9b，图10d）；克里摩里组台缘滩沿L型台缘带展布，发育典型的镶边台地，高能颗粒滩相带宽5~15 km，有利储层面积约0.8×104 km2（图10f）。
4 碳酸盐岩油气勘探方向
表3 鄂尔多斯盆地寒武系—奥陶系风险区带要素表Table 3 Key parameters of the Cambrian-Ordovician risk plays in the Ordos Basin |
| 有利区带 | 面积/104 km2 | 储层类型 | 烃源岩 | 封堵条件 |
|---|---|---|---|---|
| 乌银海盆东侧 | 3.6 | 马四、马五段 颗粒滩 | 乌拉力克组页岩、 徐庄组泥岩 | 上倾岩性封堵，石炭系—二叠系 煤系地层区域盖层 |
| 宜铜海盆两侧 | 4.1 | 张夏组、三山子组颗粒滩 | 长城系崔庄组泥页岩、 东坡组、徐庄组泥页岩 | 上倾灰岩封堵，马五段膏盐岩、 石炭系—二叠系煤系区域盖层 |
| 神木—米脂台洼西侧 | 2.8 | 马四段、张夏组颗粒滩 | 徐庄组泥岩、马一/马三段海相烃源岩 | 台洼致密泥灰岩侧向封堵， 马三、马五段膏盐岩区域盖层 |
4.1 乌银海盆东侧有利区
乌银海盆发育乌拉力克组优质页岩烃源岩[4]，并存在徐庄组潜在烃源岩；海盆东侧马四段、马五段内缓坡颗粒滩连续分布，厚度大、分布广；颗粒滩体上倾方向存在岩性岩相过渡带，具备侧向封堵条件，上覆石炭系—二叠系煤系地层（厚度80~150 m）提供区域盖层，油气保存条件较好。
4.2 宜铜海盆两侧有利区
本区带呈现多套源储组合特征:东坡组主力烃源岩与徐庄组、长城系烃源岩构成复合供烃体系；张夏组—三山子组发育内缓坡颗粒滩白云岩储层，经强烈白云石化改造，储层厚度大、分布广。马五段膏盐岩与煤系地层形成“双封盖”结构，侧向受灰岩致密带封堵。
4.3 神木—米脂台洼西侧有利区
该区徐庄组泥岩与马家沟组海相烃源岩形成互补供烃[15]；发育马四段和张夏组内缓坡颗粒滩，经历多期岩溶作用，储集性能显著改善；台洼区致密泥灰岩提供侧向封堵，膏盐岩盖层确保垂向封闭。
5 结论
（1）鄂尔多斯盆地早古生代经历混积陆棚→碳酸盐缓坡→镶边台地演化序列，沿古隆起周缘和海盆边缘发育内缓坡颗粒滩有利储集相带。寒武纪馒头期、毛庄期和徐庄期为混积陆棚，古隆周缘发育滨岸相；张夏期和三山子期演化为碳酸盐缓坡，发育内缓坡颗粒滩。奥陶纪马家沟期整体表现为碳酸盐缓坡，后期发展为镶边台地，发育台内和台缘丘滩有利微相。
（2）储层发育受多因素协同控制：沉积微相奠定物质基础，准同生期和表生期溶蚀作用形成次生孔隙，白云石化作用改造孔隙结构。寒武系—奥陶系主要发育5类储层：颗粒滩型、藻丘型、生物扰动型、溶模孔型和溶蚀孔洞型。这些储层在平面上具有明显的相带分异性，主要沿古隆起周缘、海盆边缘及构造坡折带分布，展现出巨大的勘探潜力。
（3）基于构造-沉积格局重建、源储配置关系解析及封盖条件综合评价，创新性提出了3个最具勘探前景的战略选区：乌银海盆东侧有利区、宜铜海盆两侧有利区和神木—米脂台洼西侧有利区，累计有利勘探面积达10.5×104 km2。其中，乌银海盆东侧区带具有“优质烃源岩-高孔渗储层-有效封盖”的最佳配置，是下一步勘探突破的首选目标。
