許 杰 肖 笛 蘇文杰 晏 巍 鐘壽康 楊鳴一 楊夢(mèng)穎 譚秀成

1 西南石油大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川成都610500

2 中國(guó)石油集團(tuán)碳酸鹽巖儲(chǔ)層重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室西南石油大學(xué)研究分室，四川成都610500

3 中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第三采氣廠，陜西西安710018

4 中國(guó)石油長(zhǎng)城鉆探錄井公司，遼寧盤(pán)錦124000

5 中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司勘探事業(yè)部，陜西西安710018

豹斑狀云質(zhì)灰?guī)r是一類(lèi)具有不規(guī)則白云質(zhì)斑塊的特殊巖石類(lèi)型（翟淳，1961；陳戰(zhàn)杰和張鑌，1991；陳云峰等，2007；龍剛等，2013；韓波等，2017），巖性以灰質(zhì)與云質(zhì)組分不均勻分布組合為特征，也有學(xué)者將其描述為花斑狀構(gòu)造、云斑石灰?guī)r等（馮增昭等，1989；錢(qián)守榮，1995；張?zhí)旄兜龋?018）。豹斑狀云質(zhì)灰?guī)r在世界范圍內(nèi)廣泛分布且成因極其復(fù)雜，自20世紀(jì)60年代以來(lái)受到地質(zhì)學(xué)家們的持續(xù)關(guān)注，一直是碳酸鹽沉積領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。豹斑狀灰?guī)r（云巖）的形成機(jī)制主要可歸納為4大類(lèi)，分別為生物擾動(dòng)成因（翟淳，1961；馮增昭等，1989；陳戰(zhàn)杰和張鑌，1991；費(fèi)安瑋和張忠濤，2002；陳曦等，2011；董小波和牛永斌，2015；牛永斌等，2017，2018a，2020）、巖溶成因（李定龍等，1999；郝毅等，2012；Zhong et al.，2019）、構(gòu)造成因（陳云峰等，2007）以及機(jī)械重力成因（賈振遠(yuǎn)和馬淑媛，1984），并以生物鉆孔疊加選擇性白云石化機(jī)制最為流行，是目前全球主流觀點(diǎn)（Gingras et al.，2004；Rameil，2008；Jin et al.，2012；Baniak et al.，2013；Golab et al.，2017；Tarhan et al.，2018；Niu et al.，2020）。

近年來(lái)，在中國(guó)西部三大海相盆地都相繼發(fā)現(xiàn)了一批與豹斑灰?guī)r（云巖）相關(guān)的規(guī)模性油氣田，以四川盆地安岳地區(qū)龍王廟組的“花斑”狀或“豹斑”顆粒云巖特大型整裝氣藏最為突出（金民東等，2014）。在鄂爾多斯盆地蘇里格氣田的中奧陶統(tǒng)馬家溝組馬五5 亞段豹斑狀云灰?guī)r儲(chǔ)集層中，也獲得了油氣勘探發(fā)現(xiàn)（寧博等，2015）。有意義的是，豹斑狀云灰?guī)r在鄂爾多斯盆地所有的寒武系—奧陶系地層中均有廣泛分布，并在海相碳酸鹽巖地層中占有很大比例（賈振遠(yuǎn)和馬淑媛，1984），預(yù)示著該區(qū)域這種特殊巖類(lèi)儲(chǔ)集層具巨大的勘探前景。針對(duì)鄂爾多斯盆地馬家溝組豹斑狀白云石化的成因，過(guò)去主要認(rèn)為與遺跡化石、生物鉆孔經(jīng)歷埋藏期白云石化作用有關(guān)（陳曦等，2011；王起琮等，2016；胡亞洲等，2019；劉夢(mèng)瑤等，2020），然而隨著勘探的深入發(fā)現(xiàn)，該認(rèn)識(shí)似乎難以有效指導(dǎo)當(dāng)前的實(shí)際勘探，尤其是難以有效指導(dǎo)有利勘探區(qū)帶的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。

筆者近期在山西興縣關(guān)家崖剖面發(fā)現(xiàn)豹斑狀云質(zhì)灰?guī)r產(chǎn)狀并非過(guò)去認(rèn)為的單一形態(tài)特征，而是具有多種不同類(lèi)型，且垂向組合似乎與向上變淺序列密切相關(guān)，由此認(rèn)為針對(duì)鄂爾多斯盆地這套豹斑狀灰?guī)r／云巖的認(rèn)識(shí)還有待進(jìn)一步深化。鑒于此，筆者以鄂爾多斯盆地東緣興縣關(guān)家崖剖面為例，在總結(jié)前人研究資料基礎(chǔ)上，通過(guò)巖石學(xué)與地球化學(xué)的綜合分析，對(duì)馬家溝組四段豹斑狀云質(zhì)灰?guī)r及其成因機(jī)制進(jìn)行研究，并提出相應(yīng)的演化模式，以期為今后類(lèi)似的豹斑狀云質(zhì)灰?guī)r的成因研究以及相關(guān)儲(chǔ)集層預(yù)測(cè)提供新的參考與借鑒。

1 地質(zhì)背景

奧陶紀(jì)，華北地臺(tái)是一個(gè)巨大的碳酸鹽巖臺(tái)地。鄂爾多斯地塊（此時(shí)期尚未形成盆地，故稱(chēng)“地塊”）處于華北地臺(tái)西部，發(fā)育一套以陸表海碳酸鹽巖為主的沉積建造，其中下奧陶統(tǒng)由冶里組和亮甲山組構(gòu)成，中奧陶統(tǒng)為馬家溝組，上奧陶統(tǒng)由平?jīng)鼋M和背鍋山組構(gòu)成（李文厚等，2012）。中奧陶統(tǒng)馬家溝組自下而上分為6段，馬一、三、五段以白云巖和蒸發(fā)巖為主，形成于大規(guī)模海退時(shí)期，主要為蒸發(fā)臺(tái)地和局限臺(tái)地沉積，而馬二、四、六段以灰?guī)r為主，形成于大規(guī)模海侵時(shí)期，主要為開(kāi)闊臺(tái)地沉積（馮增昭和鮑志東，1999）。馬四段沉積期，發(fā)生新的大規(guī)模海侵，鄂爾多斯地塊東緣馬三段沉積時(shí)期的云坪面積大為減小，開(kāi)闊臺(tái)地面積擴(kuò)大，而興縣及其東緣均為開(kāi)闊—半局限臺(tái)地環(huán)境。中奧陶世末，華北地臺(tái)因加里東運(yùn)動(dòng)整體抬升，并經(jīng)歷了約130Ma的風(fēng)化剝蝕，導(dǎo)致馬家溝組遭受了多期、長(zhǎng)時(shí)間巖溶改造作用，上部的馬六段和馬五段地層受到不同程度的剝蝕，致使地臺(tái)主體缺失晚奧陶世—早石炭世沉積（侯方浩等，2003）。

關(guān)家崖剖面位于山西省呂梁市興縣蔚汾鎮(zhèn)關(guān)家崖村東側(cè)，地處興縣東北部山區(qū)（圖1-a）。從大地構(gòu)造角度來(lái)看，研究剖面位于鄂爾多斯盆地東緣的晉西撓褶帶（圖1-b）（劉夢(mèng)瑤等，2020）。關(guān)家崖剖面馬家溝組四段出露良好，筆者對(duì)該剖面馬四段頂部厚約6.65m的地層進(jìn)行了實(shí)測(cè)，并對(duì)其中地質(zhì)現(xiàn)象較好的區(qū)域密集取樣。實(shí)測(cè)剖面底部為厚約1.2m的深灰色泥晶灰?guī)r，上覆厚度0.45m的近原地角礫巖，中部為具有云斑及蟲(chóng)跡發(fā)育的深灰色豹斑狀灰?guī)r，厚達(dá)4.8m，頂部則為厚0.2m的薄層土黃色泥質(zhì)灰?guī)r，垂向序列整體表現(xiàn)為由泥晶灰?guī)r到含云灰?guī)r再到豹斑狀云質(zhì)灰?guī)r的周期性交替出現(xiàn)（圖1-c）。

圖1 鄂爾多斯盆地東緣關(guān)家崖剖面位置及中奧陶統(tǒng)馬家溝組四段地層柱狀示意圖和樣品采集Fig.1 Location of Guanjiaya section in eastern margin of Ordos Basin and stratigraphic column of the Member 4 of Middle Ordovician Majiagou Formation with samp ling sites

2 樣品與方法

此次研究的樣品取自山西省興縣關(guān)家崖剖面馬四段頂部。共磨制薄片25件，并用茜紅素+鐵氰化鉀試劑進(jìn)行染色。文中分別選取水平狀、斜交管狀、不規(guī)則狀豹斑云質(zhì)灰?guī)r的云化斑塊和對(duì)應(yīng)的基質(zhì)灰?guī)r樣品28件，在西南石油大學(xué)碳酸鹽巖沉積—成巖地球化學(xué)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析。

碳氧同位素測(cè)試具體步驟如下：利用牙鉆分別鉆取云化斑塊及與其對(duì)應(yīng)的灰?guī)r基質(zhì)1 g／件；用MAT 253 Plus穩(wěn)定同位素比質(zhì)譜儀在溫度為24℃、濕度為60%的檢測(cè)環(huán)境中，將裝有碳酸鹽巖粉末的密封反應(yīng)瓶用高純氦氣進(jìn)行排空處理；注入6～8滴無(wú)水磷酸恒溫70℃反應(yīng)1 h，將反應(yīng)過(guò)程中釋放出的CO2氣體由氦氣帶入同位素質(zhì)譜儀進(jìn)行檢測(cè)。

微量元素和稀土元素測(cè)試采用原位激光剝蝕技術(shù)（LA-ICP-MS）。選取6件樣品在西南石油大學(xué)碳酸鹽巖沉積—成巖地球化學(xué)實(shí)驗(yàn)室完成，測(cè)試儀器為電感耦合等離子質(zhì)譜儀Agilent7800ICP-MS。樣品準(zhǔn)備工作包括磨制特殊的激光片及充分拋光，上機(jī)測(cè)試時(shí)用超聲波清洗、通風(fēng)干燥。測(cè)試過(guò)程中，激光點(diǎn)大小和頻率為80μm和10 Hz，針對(duì)云斑和基質(zhì)灰?guī)r不同組構(gòu)分別進(jìn)行激光打點(diǎn)。

3 結(jié)果

3.1 巖石學(xué)特征

豹斑狀云質(zhì)灰?guī)r是指巖石表面具有暗色與淺色斑塊交織共生的石灰?guī)r，可分為豹斑和基質(zhì)兩部分，二者在外觀上差別明顯。野外觀察發(fā)現(xiàn)，山西興縣關(guān)家崖剖面馬四段豹斑狀云質(zhì)灰?guī)r的斑塊（白云巖）為淺灰色—土黃色，基質(zhì)（灰?guī)r）為深灰色，且斑塊與基巖之間界限清晰，表面平滑。在剖面的不同位置，豹斑的產(chǎn)狀形態(tài)發(fā)育不同，根據(jù)其形貌特征大致分為3種類(lèi)型：水平狀豹斑、斜交管狀豹斑和不規(guī)則—花斑狀豹斑。

1）水平狀豹斑。多分布于序列的下部。宏觀上，斑塊與基質(zhì)呈水平紋層狀韻律（圖2-a），向上過(guò)渡為條帶狀豹斑（圖2-b）。層面上呈管狀或樹(shù)枝狀，具有典型的水平蟲(chóng)跡特征（圖2-c，2-d）；斑塊較薄，厚0.3～0.8 cm，基質(zhì)灰?guī)r厚0.7～2.6 cm。鏡下可見(jiàn)斑塊白云石化，由泥粉晶白云石構(gòu)成，部分斑塊內(nèi)部可見(jiàn)介形蟲(chóng)碎片（圖2-f），基巖為（含生屑）泥晶灰?guī)r。

圖2 鄂爾多斯盆地東緣關(guān)家崖剖面中奧陶統(tǒng)馬家溝組四段豹斑狀云質(zhì)灰?guī)r中的不同類(lèi)型豹斑特征Fig.2 Characteristics of different types of Leopard spots in leopard-spotted dolomitic limestones of the Member 4 of Middle Ordovician Majiagou Formation at Guanjiaya section in eastern margin of Ordos Basin

2）斜交管狀豹斑。多發(fā)育于序列中部，與其下水平狀豹斑漸變過(guò)渡。橫切面上豹斑呈管狀、樹(shù)枝狀斜交層面，且向序列上部斜交角度增大。豹斑與基質(zhì)界線清晰、圓滑（圖2-e），斑塊寬度為0.4～1.5 cm，長(zhǎng)1.5～8 cm?；|(zhì)為泥晶灰?guī)r或含云質(zhì)泥晶灰?guī)r（圖2-g，2-h）。管狀云斑主要由半自形粉晶白云石構(gòu)成，多具鑲嵌結(jié)構(gòu)，可見(jiàn)殘余灰質(zhì)（圖2-i）。

3）不規(guī)則—花斑狀豹斑。常分布在序列上部和頂部。斑塊呈雜亂無(wú)序網(wǎng)狀，分布密度較下部更大（圖3-a），且常因斑塊切割而呈現(xiàn)角礫化特征，序列頂部為凹凸不平的巖性突變面（圖3-b、圖3-c）。斑塊與基質(zhì)呈漸變或突變接觸（圖3-d，3-f），邊界不圓滑。云斑內(nèi)部組構(gòu)更趨復(fù)雜，常由灰質(zhì)砂、礫、半自形—自形粉晶白云石及灰質(zhì)交代殘余構(gòu)成（圖3-d，3-e）。斑塊和基質(zhì)中皆可見(jiàn)少量石膏假晶（圖3-f）。

3.2 垂向序列特征

基于對(duì)研究剖面巖石宏觀特征精細(xì)觀察與描述，結(jié)合薄片分析，發(fā)現(xiàn)關(guān)家崖剖面馬四段頂部以多個(gè)向上變淺序列的高頻疊置為特征（圖4）。

序列1（圖4-a）的特征為：底部為水平薄紋層層狀豹斑灰?guī)r（圖2-a），與下伏的近原地角礫巖（圖4-b）構(gòu)成不平整巖性突變面，界面之上的水平紋層狀豹斑灰?guī)r具有向微地貌高地超覆特征（圖2-b）；中上部為斜交的、邊界平滑的蟲(chóng)跡含生屑云質(zhì)灰?guī)r（圖2-e）；上部云斑密度增加，演變?yōu)椴灰?guī)則—花斑狀豹斑云質(zhì)灰?guī)r（圖3-a）。

序列2（圖4-c）的特征為：底部與序列1頂部呈突變接觸；中部主要由水平條帶狀云斑與斜交垂直云斑交叉混合的云質(zhì)灰?guī)r構(gòu)成（圖3-b）；上部為不規(guī)則豹斑狀云質(zhì)泥晶灰?guī)r，暗色斑塊為深灰色泥晶灰?guī)r，淺色斑塊為土黃色滲流物、角礫和砂混合充填（圖4-d）；頂部的不平整界面上覆后期發(fā)育的初始海泛沉積的土黃色泥質(zhì)灰?guī)r，并具有典型的微超覆特征（圖4-e）。

圖3 鄂爾多斯盆地東緣關(guān)家崖剖面中奧陶統(tǒng)馬家溝組四段豹斑狀云質(zhì)灰?guī)r中的不規(guī)則—花斑狀豹斑特征Fig.3 Characteristics of irregular-pigmented leopard spots in leopard-spotted dolomitic limestones of the Member 4 of Middle Ordovician Majiagou Formation at Guanjiaya section in eastern margin of Ordos Basin

圖4 鄂爾多斯盆地東緣關(guān)家崖剖面中奧陶統(tǒng)馬家溝組四段的向上變淺垂向序列特征Fig.4 Characteristics of upward shallow vertical sequence of the Member 4 of Middle Ordovician Majiagou Formation at Guanjiaya section in eastern margin of Ordos Basin

3.3 地球化學(xué)特征

3.3.1 碳、氧同位素特征

對(duì)不同類(lèi)型豹斑及基質(zhì)灰?guī)r碳氧同位素的測(cè)試（圖5；表1）表明：（1）水平型豹斑狀云質(zhì)灰?guī)r中云斑的δ13C（VPDB，下同）值為-1.64‰～-0.82‰（平均值-1.23‰），δ18O（VPDB，下同）值為-9.34‰～-8.80‰（平均值-9.12‰ ）；（2）斜交管狀型豹斑狀云質(zhì)灰?guī)r中云斑的δ13C值為-1.36‰～-0.43‰（平均值-0.89‰），δ18O值為-9.08‰～-8.30‰（平均值-8.68‰）；（3）不規(guī)則—花斑型豹斑狀云質(zhì)灰?guī)r中云斑的δ13C值為-2.22‰～-0.61‰（平均值-1.59‰），δ18O值為-10.09‰～-8.75‰（平均值-9.53‰）；（4）基質(zhì)灰?guī)r中的δ13C值為-2.01‰～-0.58‰（平均 值-1.26‰），δ18O值為-10.09‰～-8.54‰（平均值-9.05‰）。此外，從縱向上的向上變淺序列可以看出，豹斑與基質(zhì)灰?guī)r的碳、氧同位素在剖面垂向上的協(xié)同變化具有一定的旋回規(guī)律，且在序列頂部的一定范圍內(nèi)，δ13C與δ18O的值均呈現(xiàn)出微跳躍式的變化，常表現(xiàn)為一定程度的負(fù)偏，豹斑的負(fù)偏程度較基質(zhì)灰?guī)r更強(qiáng)，隨著自上而下距向上變淺序列頂界越遠(yuǎn)，其負(fù)偏程度逐漸減弱（圖4）。

圖5 鄂爾多斯盆地東緣關(guān)家崖剖面中奧陶統(tǒng)馬家溝組四段不同類(lèi)型豹斑與基質(zhì)灰?guī)r的碳氧穩(wěn)定同位素分布Fig.5 Carbon and oxygen isotope distribution in different types of leopard spot and matrix limestone of the Member 4 of Middle Ordovician Majiagou Formation at Guanjiaya section in eastern margin of Ordos Basin

表1 鄂爾多斯盆地東緣關(guān)家崖剖面中奧陶統(tǒng)馬家溝組四段不同類(lèi)型豹斑與基質(zhì)灰?guī)r的碳氧穩(wěn)定同位素測(cè)試結(jié)果Table 1 Test results of carbon and oxygen stable isotopes in different types of leopard spot and matrix limestone of the Member 4 of Middle Ordovician Majiagou Formation at Guanjiaya section in eastern margin of Ordos Basin

3.3.2 微量元素和稀土元素特征

針對(duì)不同組構(gòu)的微量元素，本次重點(diǎn)分析了Mn、Sr、Ba元素（圖6；表2）。測(cè)試結(jié)果表明：水平狀豹斑具有最低的Mn含量（平均值15.64 μg／g），Mn／Sr值最低（平均值0.15），這與基質(zhì)灰?guī)r相同；斜交管狀豹斑的Mn含量比水平狀豹斑更高（平均值27.95μg／g），具有最高的Sr含量（平均值152.30μg／g）和較低的Mn／Sr值（平均值0.19）；不規(guī)則—花斑狀豹斑的Mn含量最高（平均值41.10μg／g），Sr含量最低（平均值82.05μg／g），因而Mn／Sr值最高（平均值0.53）。所有組構(gòu)的Ba含量都比較低，分布范圍在1.68～7.96μg／g之 間，Sr／Ba值遠(yuǎn)大于1（平均值29.82），其中不規(guī)則—花斑狀豹斑Sr／Ba值最低（平均值24.75）。

圖6 鄂爾多斯盆地東緣關(guān)家崖剖面中奧陶統(tǒng)馬家溝組四段不同類(lèi)型豹斑與基質(zhì)灰?guī)r的Sr、Mn分布Fig.6 Distribution of Sr and Mn in different types of leopard spot and matrix limestone of the Member 4 of Middle Ordovician Majiagou Formation at Guanjiaya section in eastern margin of Ordos Basin

稀土元素分析（圖7；表2）表明，水平狀豹斑、斜交管狀豹斑、不規(guī)則—花斑狀豹斑與基質(zhì)灰?guī)r具有相似的REE+Y配分特征，都整體表現(xiàn)為L(zhǎng)REE（La，Ce，Pr，Nd）略微富集、HREE（Ho，Er，Tm，Yb，Lu）虧損的右傾型配分模式。其中，基質(zhì)灰?guī)r稀土元素含量較其他3類(lèi)豹斑更高，因而具有最高的ΣREE+Y 含量（平均值15.956μg／g），不規(guī)則—花斑狀豹斑的ΣREE+Y含量最低（平均值6.081μg／g）。對(duì)于δCe值，不規(guī)則—花斑狀豹斑的值最低（平均值0.77），其他2類(lèi)豹斑的值相對(duì)較高，范圍在0.91～0.99之間，基質(zhì)灰?guī)r最高（平均值0.97）。對(duì)于δEu值，不規(guī)則—花斑狀豹斑的值最高，范圍在0.95～1.07之間，其他2類(lèi)豹斑和基質(zhì)灰?guī)r的值都普遍小于1。對(duì)于δPr的值，除1個(gè)樣品外，其他所有樣品的值均略微大于1，平均值為1.05。

圖7 鄂爾多斯盆地東緣關(guān)家崖剖面中奧陶統(tǒng)馬家溝組四段不同類(lèi)型豹斑與基質(zhì)灰?guī)r的PAAS標(biāo)準(zhǔn)化REE+Y配分模式Fig.7 REE+Y distribution pattern of PAAS standardization of different types of leopard spot and matrix limestone of the Member 4 of Middle Ordovician Majiagou Formation at Guanjiaya section in eastern margin of Ordos Basin

4 討論

4.1 早成巖期巖溶作用

早成巖期巖溶作用通常是指成巖早期的沉積物在海退和向上變淺沉積旋回中，由于相對(duì)海平面的周期性短暫下降而出露海面并遭受淡水淋溶改造的早期暴露巖溶（陳景山等，2007；王振宇等，2008；蘆飛凡等，2020）。該過(guò)程往往自一個(gè)序列頂部暴露開(kāi)始，直至下一序列初始海泛結(jié)束（譚秀成等，2015；Xiao et al.，2016）。

野外露頭剖面資料顯示，在研究剖面向上變淺序列的頂部常發(fā)育多期次不平整巖性突變面。巖性界面之上的充填地層具有典型的地層微地貌向上漸次超覆特征，沉積有下一次高頻初始海侵沉積的土黃色泥質(zhì)灰?guī)r（圖8-a，8-d）。巖性界面之下可見(jiàn)溶溝、溶縫等巖溶組構(gòu)多垂直于層面，延伸方向不定并相互交叉切割，形成不規(guī)則—花斑狀豹斑（圖3-b，8-b），且不規(guī)則—花斑狀豹斑內(nèi)部被少量白云石滲流粉砂、巖溶角礫和后期初始海侵沉積物混合充填（圖8-e）。此外，序列頂部常具有近原地角礫化特征，發(fā)育示頂?shù)讟?gòu)造（圖8-c，8-f）。上述巖石學(xué)證據(jù)表明，多期次的巖性突變面即為高頻暴露面（Xiong et al.，2019；李明隆等，2020），說(shuō)明馬四段頂部可能存在多期次的大氣淡水淋濾溶蝕作用，也揭示出研究剖面向上變淺序列頂部可能遭受由高頻海平面升降驅(qū)動(dòng)的早成巖期暴露巖溶影響。

圖8 鄂爾多斯盆地東緣關(guān)家崖剖面中奧陶統(tǒng)馬家溝組四段早成巖期巖溶作用的巖石學(xué)證據(jù)Fig.8 Petrological evidence of eogenetic karst in the Member 4 of Middle Ordovician Majiagou Formation at Guanjiaya section in eastern margin of Ordos Basin

地球化學(xué)測(cè)試結(jié)果與上述巖石學(xué)特征吻合較好。在蒸發(fā)過(guò)程中，由于較輕的16O優(yōu)先進(jìn)入大氣循環(huán)當(dāng)中，因而大氣淡水中的18O存在明顯偏輕的特征；而暴露環(huán)境中參與到地上旋回的淡水往往會(huì)溶解大量的腐殖質(zhì)，繼而造成有機(jī)碳和無(wú)機(jī)碳同時(shí)偏輕，也就是說(shuō)大氣淡水常會(huì)導(dǎo)致δ13C和δ18O值減?。∟icolaides，1997；Kirmaci and Akdag，2005）。研究層段的同位素地球化學(xué)數(shù)據(jù)顯示，在靠近或位于暴露面之下的一定范圍內(nèi)，樣品的δ13C值與δ18O值均呈現(xiàn)出微跳躍式變化，表現(xiàn)為一定程度的負(fù)偏（圖4），且自上而下隨著與高頻暴露面（向上變淺序列頂部）距離的增加，其負(fù)偏程度逐漸減弱，這與單旋回內(nèi)自上而下巖溶發(fā)育程度總體表現(xiàn)為逐漸變?nèi)醯奶卣鳎ㄖx康等，2020）相類(lèi)似。上述距離暴露面越近受到的大氣淡水淋濾和巖溶改造作用越強(qiáng)的特征，也從序列特征上印證了具有此類(lèi)特征的巖溶與高頻暴露驅(qū)動(dòng)的早成巖期巖溶作用密切相關(guān)。此外，與同時(shí)期海水碳、氧同位素（Shields et al.，2003）相比，基質(zhì)灰?guī)r、水平狀豹斑、斜交管狀豹斑、不規(guī)則—花斑狀豹斑的碳氧同位素均呈現(xiàn)一定的負(fù)偏，其中序列頂部的不規(guī)則—花斑狀豹斑的負(fù)偏程度最大（圖5），這說(shuō)明高頻向上變淺序列頂部受到了暴露和大氣淡水巖溶疊合影響形成花斑狀溶蝕系統(tǒng)，而序列中、下部受早成巖期巖溶改造相對(duì)較弱，因此保存了生物擾動(dòng)或潛穴等組構(gòu)的原始形態(tài)（圖2-e）。

4.2 白云石化作用

關(guān)家崖剖面馬家溝組四段豹斑狀云質(zhì)灰?guī)r以發(fā)育（云斑）豹斑構(gòu)造為特征，含生屑泥晶灰?guī)r中普遍發(fā)育由生物潛穴疊合巖溶改造而成的豹斑。豹斑主要為黃色—土黃色，斑塊中的白云石多以泥粉晶為主。

生物潛穴的形態(tài)主要取決于水動(dòng)力、水體含氧量、沉積物營(yíng)養(yǎng)水平、生物類(lèi)型等條件（董小波和牛永斌，2015；Tarhan，2018）。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)沉積水體能量較弱或者沉積物內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)豐富時(shí)，潛穴形狀一般為近水平條帶狀分布，而當(dāng)沉積水體能量較強(qiáng)時(shí)，生物會(huì)被迫往深處鉆孔，故潛穴形狀會(huì)出現(xiàn)傾斜交叉甚至垂直分布的特征（陳戰(zhàn)杰和張鑌，1991）。關(guān)家崖剖面馬四段沉積序列頂部潛穴形態(tài)多呈網(wǎng)狀、垂直管和高角度斜交潛穴管空間鏈接的結(jié)果，橫向連續(xù)性較好（圖2-e；圖3-b），與Thalassinoides類(lèi)遺跡組構(gòu)相似。此類(lèi)遺跡組構(gòu)是一種居住和進(jìn)食的潛穴，常產(chǎn)出于濱海潮間帶附近，代表水體能量相對(duì)較高的潮間帶或臺(tái)坪等沉積環(huán)境（牛永斌等，2018b），表明向上沉積水體能量有所增強(qiáng)。結(jié)合高頻向上變淺的序列巖性組合來(lái)看，在垂向上呈現(xiàn)出從水平狀豹斑灰?guī)r→斜交蟲(chóng)跡含生屑泥晶灰?guī)r→不規(guī)則狀豹斑云質(zhì)灰?guī)r的變化及向上白云石化程度逐漸增強(qiáng)的成巖序列（圖4），且云質(zhì)豹斑往往與板條狀或針狀石膏伴生（圖3-f），推測(cè)沉積水體向上變淺至暴露，環(huán)境逐漸封隔濃縮和受限咸化，白云石化作用可能發(fā)生在準(zhǔn)同生近暴露同期。

地球化學(xué)測(cè)試結(jié)果較好地印證了上述推測(cè)。3類(lèi)豹斑與基質(zhì)灰?guī)r的δ13C值均大致分布在同期海水（Shields et al.，2003）范圍內(nèi)，說(shuō)明豹斑中的白云石化成因可能與海水相關(guān)；同時(shí)，3類(lèi)豹斑的δ13C值和δ18O值較同期海水略顯負(fù)偏（圖5），自上而下距向上變淺序列頂界越遠(yuǎn)，其負(fù)偏程度逐漸減弱（圖4），表明白云石的形成過(guò)程可能受到大氣淡水與海水的混合影響。碳酸鹽巖的Mn／Sr值可指示成巖作用的改造強(qiáng)度，且認(rèn)為該值大于2時(shí)，樣品便受到較強(qiáng)烈的成巖作用，而白云巖稀土含量受母巖、白云石化流體等因素的影響（Banner et al.，1988）。微量元素、稀土元素測(cè)試結(jié)果顯示，關(guān)家崖剖面馬四段豹斑狀云質(zhì)灰?guī)r中的豹斑部分總體繼承了基質(zhì)灰?guī)r的REE+Y配分模式（圖7），即稀土配分模式均為輕稀土富集、重稀土虧損的右傾型；3類(lèi)豹斑與基質(zhì)灰?guī)r的Mn／Sr值（平均值0.25）均遠(yuǎn)小于2，說(shuō)明豹斑與基質(zhì)灰?guī)r受到的成巖改造作用并不強(qiáng)烈，白云石化流體更多地保留了原始海水的信息（Xiao et al.，2020）。Sr／Ba值可以反映古鹽度變化（Zhang et al.，2016；Xiong et al.，2021），而所有樣品的Sr／Ba值（平均值29.82）均遠(yuǎn)大于1，由此反映了高度咸化條件下的局限沉積環(huán)境，這被巖石中存在硬石膏假晶所印證（圖3-f）。此外，豹斑與基質(zhì)灰?guī)r的δEu異常不明顯（表2），Ba含量（平均值4.40μg／g）低于20μg／g，且研究區(qū)內(nèi)并無(wú)其他熱液特征響應(yīng)，說(shuō)明未受熱液影響。另一方面，為了避免La異常富集對(duì)Ce異常響應(yīng)可能造成的影響，通過(guò)δCe與δPr相結(jié)合對(duì)Ce異常進(jìn)行了判別（Bau and Dulski，1996）。在δCe和δPr的交會(huì)圖（圖9）中，3類(lèi)豹斑與基質(zhì)灰?guī)r的樣品點(diǎn)總體落在δCe＜1和δPr＞1的區(qū)域內(nèi)，不規(guī)則豹斑的δCe（平均值0.77）值最低、以及δPr（平均值1.15）均大于其他2類(lèi)豹斑與基質(zhì)灰?guī)r，表明序列頂部氧化程度更強(qiáng)，而在氧化水體中，可溶Ce3+會(huì)被氧化成不溶于水的Ce4+，會(huì)優(yōu)先進(jìn)入到有機(jī)質(zhì)或黏土顆粒中，使沉積水體中出現(xiàn)Ce虧損，這說(shuō)明白云石形成于氧化環(huán)境（Bau and Dulski，1996）。從水平狀豹斑到斜交管狀豹斑再到不規(guī)則—花斑狀豹斑，稀土含量ΣREE+Y呈逐漸減少的趨勢(shì)，其中不規(guī)則花斑狀豹斑具有最高M(jìn)n／Sr值（平均值0.52）（圖6）和最低稀土含量ΣREE+Y（平均值6.081μg／g），以及LREE富集、HREE虧損等特征（圖7），暗示了序列頂部白云石化過(guò)程可能伴隨大氣淡水的影響更強(qiáng)（Nothdurft et al.，2004；Webb et al.，2009），從而使得礦物晶格中HREE更容易和碳酸根結(jié)合，并從白云石晶格中流出而進(jìn)入活動(dòng)流體中，在沉積物中表現(xiàn)出HREE虧損（胡文瑄等，2010）、ΣREE+Y減少的現(xiàn)象。

圖9 鄂爾多斯盆地東緣關(guān)家崖剖面中奧陶統(tǒng)馬家溝組四段不同類(lèi)型豹斑與基質(zhì)灰?guī)r的δCe和δPr關(guān)系Fig.9 δCe andδPr relationship of different types of leopard spot and matrix limestone of the Member 4 of Middle Ordovician Majiagou Formation at Guanjiaya section in eastern margin of Ordos Basin

對(duì)于鄂爾多斯盆地類(lèi)似的豹斑狀灰?guī)r的白云石化成因，前人更多地認(rèn)為其主要形成于埋藏階段，是富Mg2+海水滲入生物鉆孔后滲透回流的結(jié)果（陳曦等，2011；王起琮等，2016；劉夢(mèng)瑤等，2020）。然而上述分析表明，關(guān)家崖剖面馬四段豹斑狀云質(zhì)灰?guī)r中的白云石化過(guò)程極有可能發(fā)生在一個(gè)含氧量較高的近地表蒸發(fā)環(huán)境中，白云石化時(shí)間可能為準(zhǔn)同生期暴露溶蝕之后或近同期，白云石化作用受到早期具有氧化性質(zhì)大氣水流體與海源流體的混合影響，但白云石化流體主要來(lái)自于前期儲(chǔ)存于孔隙中的海源流體被蒸發(fā)濃縮后形成的大量富Mg2+鹵水。潛穴、巖溶疊合改造系統(tǒng)為富Mg2+流體提供了優(yōu)勢(shì)通道，因此優(yōu)先交代孔滲較好的區(qū)域。而后，由于成巖作用過(guò)程中埋藏作用增強(qiáng)所帶來(lái)的還原—高溫環(huán)境，可能促進(jìn)含泥云斑內(nèi)的泥質(zhì)進(jìn)一步溶解，釋放出部分Mg2+，導(dǎo)致成巖流體Mg2+濃度增加，同時(shí)重結(jié)晶等作用調(diào)整白云石內(nèi)部晶格結(jié)構(gòu)，白云石晶粒增大，白云石化作用進(jìn)一步加強(qiáng)。

4.3 豹斑成因及模式

如前所述，關(guān)家崖剖面馬四段豹斑狀云質(zhì)灰?guī)r產(chǎn)狀受生物擾動(dòng)（或潛穴）和高頻海平面升降驅(qū)動(dòng)的早成巖期巖溶耦合控制，向上變淺序列由下至上耦合改造由弱變強(qiáng)，形成了下—中部以巖溶影響較小的水平和斜交管狀豹斑為特征、上部疊合巖溶強(qiáng)改造形成不規(guī)則—花斑狀豹斑的垂向序列組合。結(jié)合巖石學(xué)證據(jù)及地球化學(xué)特征分析，建立了針對(duì)關(guān)家崖剖面馬家溝組四段豹斑狀云質(zhì)灰?guī)r的成因演化模式（圖10）。

在海平面上升階段，澙湖中位于浪基面之下的低能環(huán)境以發(fā)育灰泥沉積物為主，此時(shí)沉積物尚未完全固結(jié)，造跡生物在水動(dòng)力較弱的環(huán)境下進(jìn)行水平潛穴的挖掘，潛穴形態(tài)近水平狀發(fā)育（圖10-a）。接著，海平面下降，沉積物處于浪基面附近，沉積水體能量加強(qiáng)，造跡生物被迫往更深處且富含營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的地方挖掘，從而形成斜交、高角度的蟲(chóng)跡斑塊（圖10-b）。之后，海平面持續(xù)下降到最低位，沉積物暴露于地表，受到早成巖期大氣淡水的巖溶改造，且早期生物擾動(dòng)和潛穴充填物具有較基質(zhì)灰?guī)r相對(duì)更高的孔滲，可作為暴露巖溶期大氣淡水的優(yōu)勢(shì)通道，對(duì)基巖進(jìn)一步擴(kuò)溶，故形成一系列如花斑狀溶蝕、溶溝等不規(guī)則的巖溶組構(gòu)（圖10-c）。在該階段，一方面早成巖期暴露巖溶疊合改造生物擾動(dòng)和潛穴，另一方面潛穴、巖溶疊合改造的三維系統(tǒng)對(duì)內(nèi)部充填物起到一定保護(hù)支撐作用，從而較好地保護(hù)了內(nèi)部的孔滲條件。與此同時(shí)，前期儲(chǔ)存于孔隙中的海水通過(guò)毛細(xì)管蒸發(fā)作用形成大量富Mg2+鹵水，富Mg2+鹵水優(yōu)先滲入巖溶優(yōu)勢(shì)通道、生物潛穴等孔滲較好的地方，發(fā)生蒸發(fā)濃縮導(dǎo)致白云石晶核的形成（圖10-d）。最后，隨著上覆沉積物的快速堆積而進(jìn)入早期淺埋藏階段，在地層溫壓和成巖流體的作用下，云斑內(nèi)部或附近的泥質(zhì)發(fā)生溶解，釋放出部分Mg2+，同時(shí)重結(jié)晶作用進(jìn)一步調(diào)整白云石結(jié)構(gòu)及有序度，白云石化作用加強(qiáng)，并最終演化為類(lèi)型多樣的豹斑狀云質(zhì)灰?guī)r（圖10-e）。

圖10 鄂爾多斯盆地東緣關(guān)家崖剖面中奧陶統(tǒng)馬家溝組四段豹斑狀云質(zhì)灰?guī)r成因演化模式（注：縱向比例略微擴(kuò)大）Fig.10 Genesis and evolution model of leopard-spot dolom itic limestone of the Member 4 of Middle Ordovician Majiagou Formation at Guanjiaya section in eastern margin of Ordos Basin（the vertical scale is slightly enlarged）

4.4 油氣勘探意義

隨著勘探工作的持續(xù)開(kāi)展，在鄂爾多斯盆地奧陶系下組合馬四段的豹斑狀云質(zhì)灰?guī)r儲(chǔ)集層段多口測(cè)試井獲得低產(chǎn)氣流（徐旺林等，2021），表明這套豹斑狀云質(zhì)灰?guī)r儲(chǔ)集層具有良好的勘探前景。由于鄂爾多斯盆地內(nèi)馬四段廣為發(fā)育的不規(guī)則云質(zhì)豹斑主要為生物蟲(chóng)跡疊合高頻海平面升降驅(qū)動(dòng)的早成巖期暴露巖溶改造形成的高孔滲層，并進(jìn)一步疊加準(zhǔn)同生期白云石化所致，而局部一些云化豹斑可能未受生物擾動(dòng)影響，完全是早成巖期巖溶改造疊加準(zhǔn)同生期白云石化的結(jié)果，因此云化豹斑往往具有較好的儲(chǔ)集性能。相比較而言，在缺乏明顯巖溶改造或單一的生物擾動(dòng)區(qū)域，盡管已徹底白云石化，但其儲(chǔ)集物性相較于灰質(zhì)組分并沒(méi)有得明顯的改善，這暗示了巖溶作用的改造才是儲(chǔ)集層形成的關(guān)鍵（陳景山等，2007）。

綜上，馬四段豹斑狀云質(zhì)灰?guī)r儲(chǔ)集層的形成主要可能受沉積微地貌高地區(qū)域的控制，該區(qū)域在海平面高頻振蕩過(guò)程中極易遭受早成巖期大氣淡水的溶蝕改造，從而對(duì)原始孔隙進(jìn)行擴(kuò)溶（Xiao et al.，2019），由此奠定了良好的孔滲基礎(chǔ)。該孔滲體為白云石化流體的優(yōu)勢(shì)改造場(chǎng)所，而被白云石化后形成的白云巖晶粒較灰?guī)r具有更好的抗壓能力（Schmoker and Halley，1982），進(jìn)而有利于埋藏階段儲(chǔ)集空間的保存。鑒于此，今后針對(duì)這類(lèi)特殊的豹斑狀云質(zhì)灰?guī)r的儲(chǔ)集層預(yù)測(cè)，應(yīng)該尋找相應(yīng)沉積期的微地貌高地。該認(rèn)識(shí)可為類(lèi)似儲(chǔ)集體的勘探提供理論依據(jù)。

5 結(jié)論

1）鄂爾多斯盆地東緣關(guān)家崖剖面中奧陶統(tǒng)馬家溝組四段的豹斑狀（或蟲(chóng)跡）云質(zhì)灰?guī)r往往發(fā)育于（含顆粒）泥晶灰?guī)r中，且向上白云石化程度增強(qiáng)，豹斑類(lèi)型按產(chǎn)狀分為水平狀、斜交管狀、不規(guī)則—花斑狀3種類(lèi)型，分別對(duì)應(yīng)于向上變淺序列的下部、中部和上部。

2）馬四段豹斑狀云質(zhì)灰?guī)r產(chǎn)狀受生物擾動(dòng)（或潛穴）和高頻海平面驅(qū)動(dòng)的早成巖期巖溶耦合控制，序列由下至上耦合改造由弱變強(qiáng)，形成了下—中部以巖溶影響較小的水平和斜交蟲(chóng)跡為特征、上部疊合巖溶強(qiáng)烈改造并形成不規(guī)則花斑的垂向序列組合。蒸發(fā)濃縮作用誘發(fā)的大量富Mg2+鹵水優(yōu)先滲入巖溶優(yōu)勢(shì)通道、生物潛穴等孔滲較好的區(qū)域并發(fā)生交代作用，后期埋藏階段的重結(jié)晶作用進(jìn)一步調(diào)整白云石結(jié)構(gòu)及有序度，最終演化為類(lèi)型多樣的豹斑。

3）豹斑狀云質(zhì)灰?guī)r儲(chǔ)集層的形成受早成巖期巖溶和準(zhǔn)同生期白云石化作用的聯(lián)合控制，今后針對(duì)這類(lèi)儲(chǔ)集層的勘探預(yù)測(cè)應(yīng)重視沉積期微地貌高地。該認(rèn)識(shí)可為具類(lèi)似地質(zhì)背景的地質(zhì)體研究提供參考。