鄂爾多斯盆地西南部上古生界風(fēng)化殼型鋁土巖系發(fā)育過程及優(yōu)勢(shì)儲(chǔ)層分布規(guī)律

李 涵，付金華，季漢成，張 雷，佘鈺蔚，官 偉，井向輝，王紅偉，曹 茜，劉 剛，魏嘉怡

［1. 中國石油大學(xué)（北京） 地球科學(xué)學(xué)院，北京 102249；2. 中國石油 長慶油田分公司 勘探開發(fā)研究院，陜西 西安 710018；3. 低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710018；4. 西北大學(xué) 地質(zhì)學(xué)系，陜西 西安 710069］

鋁土巖是一種富含鋁質(zhì)礦物的化學(xué)沉積巖［1］，巖石中Al2O3與SiO2的含量比值大于1，主要礦物為一水鋁石、三水鋁石或軟水鋁石，其中也包括鐵的氧化物或少量黏土礦物［2-3］。近期在鄂爾多斯盆地西南部隴東探區(qū)上古生界二疊系太原組發(fā)育的鋁土巖系天然氣勘探獲得重大突破，證實(shí)鋁土巖氣藏具有很大的勘探潛力［4-8］，改變了以往只能作為蓋層的認(rèn)識(shí)。

在盆地內(nèi)，鋁土巖系幾乎全盆分布，且緊鄰上、下古生界兩套優(yōu)質(zhì)烴源巖，成藏條件優(yōu)越。目前除鄂爾多斯盆地隴東地區(qū)太原組鋁土巖天然氣取得突破外，延長氣田、大牛地氣田分別在盆地東部和北部本溪組中鋁土巖系取得天然氣發(fā)現(xiàn)，說明華北板塊上古生界鋁土巖系具有區(qū)域性天然氣成藏的條件。

2021 年以來，盆地隴東地區(qū)鉆遇鋁土巖系的探井已有60 余口，在試氣過程中，多口探井具有良好的含氣顯示。繼L47 井在太原組鋁土巖段試氣獲67.38 ×104m3/d 高產(chǎn)氣流，首次在這一領(lǐng)域取得重大突破后，2022 年11 月C3-17-22 井試氣獲102.29 × 104m3/d 高產(chǎn)氣流，突破日產(chǎn)氣百萬方大關(guān)。近期，盆地內(nèi)首口鋁土巖水平井L47-1CH 試氣獲353 × 104m3/d 高產(chǎn)氣流，創(chuàng)鄂爾多斯盆地上古生界勘探開發(fā)50 多年來最高無阻流量記錄，展示出鋁土巖系天然氣的巨大潛力。由于是勘探新發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)外關(guān)于鋁土巖“成儲(chǔ)”機(jī)理的研究幾乎是空白。在隴東地區(qū)，鋁土巖系基礎(chǔ)地質(zhì)研究仍處于初期認(rèn)識(shí)階段。鋁土巖系的物源、沉積環(huán)境、成因、溶蝕機(jī)理及儲(chǔ)層分布規(guī)律等亟待明確。

基于鄂爾多斯盆地隴東地區(qū)巖心、薄片、測(cè)井、錄井、地震等資料，建立隴東地區(qū)鋁土巖系形成模式；根據(jù)垂向巖性組合序列不同及典型井分析，提出了“微古地貌控儲(chǔ)”這一觀點(diǎn)，分析優(yōu)勢(shì)儲(chǔ)層控制因素，對(duì)鋁土巖系氣藏勘探具有一定參考意義。

1 隴東地區(qū)鋁土巖系物源

鋁土巖系形成過程中，物源區(qū)提供的碎屑物質(zhì)是基礎(chǔ)，也與當(dāng)時(shí)的古環(huán)境和古構(gòu)造等有著重要的聯(lián)系［9］。關(guān)于華北地區(qū)古風(fēng)化殼沉積型鋁土礦物質(zhì)來源目前有3 種觀點(diǎn)。①“基底說”：物質(zhì)來源于下伏的寒武系-奧陶系碳酸鹽巖；②“古陸說”：古老隆起區(qū)的鋁硅酸鹽或變質(zhì)巖提供了成礦物質(zhì)來源；③“混源說”：鋁土礦的物質(zhì)來源是多樣的，是前述二者來源不同程度混合而成［10］。關(guān)于鄂爾多斯盆地隴東地區(qū)的早期研究認(rèn)為，鋁土巖系為風(fēng)化殼中含鋁物質(zhì)以化學(xué)方式搬運(yùn)至古地貌低部位形成。這些認(rèn)識(shí)仍然存在爭(zhēng)議，本文從構(gòu)造背景和地化特征兩方面進(jìn)一步開展對(duì)比研究，為鋁土巖系物源為下伏碳酸鹽巖風(fēng)化搬運(yùn)提供更詳實(shí)的證據(jù)。

1.1 基于構(gòu)造背景的物源分析

寒武系-奧陶系沉積期，隴東地區(qū)為一繼承性古隆起（慶陽古陸），周圍被秦嶺海、祁連海、華北海等海洋環(huán)繞，因而對(duì)隴東地區(qū)而言，外部的陸源碎屑物質(zhì)供應(yīng)嚴(yán)重匱乏，導(dǎo)致該地區(qū)廣泛發(fā)育碳酸鹽巖沉積［11-13］。

到太原組沉積期，華北板塊南部為被動(dòng)大陸邊緣，構(gòu)造穩(wěn)定，板塊升降運(yùn)動(dòng)和巖漿活動(dòng)不發(fā)育。此時(shí)，隴東地區(qū)南鄰古特提斯洋，西南方向的物源缺乏；鄂爾多斯地區(qū)北部雖有碎屑物源供應(yīng)，但與隴東地區(qū)距離較遠(yuǎn)且中間隔有華北海，北方物源也供應(yīng)不足［14］。因此，在太原組沉積期，隴東地區(qū)也不具備從外地輸入鋁土物質(zhì)的地質(zhì)條件［15］。

從地層接觸關(guān)系來看，鄂爾多斯盆地上古生界底部大多與奧陶系馬家溝組不整合接觸，然而由于隴東地區(qū)的剝蝕最為強(qiáng)烈，該地區(qū)馬家溝五段（馬五段）已缺失，圍繞古隆起核部，奧陶系-寒武系各組地層由新到老依次剝露，在鎮(zhèn)原、崇信和涇川等地，甚至已經(jīng)出露震旦系（圖1）。因此，隴東地區(qū)主要以風(fēng)化剝蝕為主，且剝蝕量大，為鋁土巖系母巖物質(zhì)的形成提供了豐富的地質(zhì)基礎(chǔ)［16-17］。

圖1 鄂爾多斯盆地中央古隆起前石炭系風(fēng)化殼古地質(zhì)圖Fig.1 Paleogeologic map showing the pre-Carboniferous weathering crust in the central paleo-uplift of the Ordos Basin

1.2 基于地化特征的巖-源對(duì)比

從元素含量上看，鄂爾多斯盆地下古生界碳酸鹽巖中Al2O3含量為0.06 % ～ 13.06 %，平均為2.20 %；據(jù)Li 等（2020）研究，隴東地區(qū)及鄰區(qū)馬五段Al2O3含量為1.1 % ～ 11.9 %，平均為5.8 %（約為巖漿巖鋁含量的1/3）［18］；三山子組Al2O3含量為2.9 %。再考慮到隴東地區(qū)的強(qiáng)烈風(fēng)化剝蝕，下古生界碳酸鹽巖完全具有作為鋁源的潛力［19］。

在風(fēng)化過程中，穩(wěn)定元素Zr 和Nb 不易遷移，隨淋濾強(qiáng)度增大而逐漸在殘留物中富集，從而具有物源指示意義，是鋁土巖系理想的物源示蹤指標(biāo)［20-21］。本研究選用Zr和Nb兩種元素對(duì)鋁土巖系開展了物源示蹤。

1.2.1 樣品與方法

研究共選取L58 井太原組不同深度段巖心樣品5 塊（40 個(gè)點(diǎn)位）進(jìn)行微區(qū)原位微量元素測(cè)試，深度段為4 041.59 ～ 4 049.84 m。樣品巖性包括鋁土巖、泥質(zhì)鋁土巖和鋁土質(zhì)泥巖。

本次鋁土巖系微區(qū)原位微量元素含量在西北大學(xué)大陸動(dòng)力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室利用激光剝蝕電感耦合等離子質(zhì)譜儀Agilent 7 700x ICP-MS完成，Y，Zr，Nb，Co，Ni，Rb，Hf，Ta和Zn等元素分析精度高于5 %。

1.2.2 樣品結(jié)果分析

通過元素對(duì)比，認(rèn)為隴東地區(qū)鋁土巖系物質(zhì)來源主要為馬家溝組碳酸鹽巖。如圖2a 所示，L58 井鋁土巖的Zr/Nb 元素含量比（約為8.8）與緊鄰其上、下的泥質(zhì)巖處于兩條明顯不同的風(fēng)化線上，表明鋁土巖與泥質(zhì)巖物源并不相同［22］。與下古生界碳酸鹽巖相比（圖2b，c），L58 井鋁土巖系中的泥質(zhì)巖與下伏三山子組白云巖處于同一風(fēng)化線，L58 井鋁土巖與豫西鋁土巖系、盆地內(nèi)馬家溝組碳酸鹽巖處于同一風(fēng)化線，揭示其鋁土巖系的物源主要來自馬家溝組，也有少量來自寒武系。分析原因認(rèn)為，隴東地區(qū)在晚加里東期經(jīng)歷了強(qiáng)烈的抬升剝蝕，下古生界剝蝕量大且跨越多個(gè)層系，因此沉積了不同物源的鋁土巖系［23］。

圖2 鄂爾多斯盆地、豫西地區(qū)含鋁巖系和渭北隆起趙老峪凝灰?guī)r、北秦嶺巖漿巖Zr和Nb元素豐度交匯圖Fig.2 Cross plots between the Zr and Nb abundance in the Al-bearing rock series in the Ordos Basin and western Henan， the Zhaolaoyu Formation tuffs in the Weibei Uplift， and magmatic rocks in the North Qinling tectonic zone

與北秦嶺構(gòu)造帶的早古生代花崗巖體（450.5 Ma ±1.8 Ma）和火山巖體（480 ～ 465 Ma）對(duì)比后發(fā)現(xiàn)（圖2d—f），北秦嶺構(gòu)造帶巖漿巖的Zr/Nb 比值與L58井鋁土巖系的并不相同，再次證實(shí)隴東地區(qū)不存在外部物質(zhì)輸入，鋁土巖系的主要物源為原地物源，即下伏的下古生界碳酸鹽巖［24］。

2 鋁土巖沉積環(huán)境與形成模式

2.1 鋁土巖形成環(huán)境

現(xiàn)今鋁土礦主要分布于赤道附近的熱帶輻合帶中。石炭紀(jì)—二疊紀(jì)是中國鋁土礦的重要成礦期，在華北和華南板塊上形成了多個(gè)鋁土礦，如華北板塊的本溪組鋁土礦。地質(zhì)歷史中該時(shí)期華北和華南板塊均處于古熱帶輻合帶，說明高溫多雨的氣候?qū)︿X土礦的形成十分有利。

此外，研究也發(fā)現(xiàn)鋁土礦的形成與全球海平面升降密切相關(guān)［25］。石炭紀(jì)—二疊紀(jì)，岡瓦納大陸漂移至南極附近，冰期-間冰期交替導(dǎo)致全球海平面升降。該時(shí)期，華南板塊記錄了6次大規(guī)模的海退事件。海退事件與鋁土礦成礦期具有明顯的對(duì)應(yīng)關(guān)系，即鋁土礦可能形成于海退背景。太原組沉積期，華南板塊發(fā)生海進(jìn)—海退—海進(jìn)旋回，這次海退為有記錄的第6次大規(guī)模海退，海退持續(xù)時(shí)間約5 Myr。這次海退勢(shì)必對(duì)華北板塊包括隴東地區(qū)太原組的沉積過程產(chǎn)生重要影響。

三環(huán)萜烷系列化合物普遍存在于烴源巖中，主要碳數(shù)分布在C19—C29，其相對(duì)含量可指示沉積環(huán)境和成熟度等特征［26-27］。C23三環(huán)萜烷在海相和咸水湖相烴源巖中具有優(yōu)勢(shì)，而淡水湖相烴源巖則表現(xiàn)為C21優(yōu)勢(shì)。沉積有機(jī)質(zhì)的C23/C21三環(huán)萜烷（TT）是指示沉積水體鹽度的一個(gè)有效指標(biāo)，常隨水體鹽度增加而增大［28］。隴東地區(qū)太原組含鋁巖系中三環(huán)萜烷的C23/C21TT 縱向變化規(guī)律，刻畫了一個(gè)海侵—海退旋回，而鋁土巖則形成于海退趨勢(shì)中［29］（圖3）。

圖3 隴東地區(qū)太原組含鋁巖系三環(huán)萜烷分布縱向特征及其揭示海平面升降Fig.3 Vertical distribution of tricyclic terpanes in the Al-bearing rock series of the Taiyuan Formation in the Longdong area and its implications for eustatic changes

2.2 鋁土巖系垂向巖性組合特征

通過分析不同古地貌單元的單井巖性特征，發(fā)現(xiàn)隴東地區(qū)垂向發(fā)育3 類不同的巖性組合。高地及斜坡帶巖溶潛坑中發(fā)育漏斗狀鋁土巖+炭質(zhì)泥巖的組合，在巖心中可觀察到孔洞和鮞狀顆粒，鋁土巖系厚度較大［30-31］；斜坡帶巖溶階地發(fā)育鐵元素豐富的透鏡狀鋁土巖+薄層煤+碎屑巖組合，鐵元素的富集是由于海平面升降過程中Fe 元素濾失程度低導(dǎo)致的，其平面分布具有一定連續(xù)性；洼地區(qū)鋁土巖長期處于海平面之下，淋濾時(shí)間短，形成了似層狀鋁土質(zhì)泥巖+灰?guī)r+煤的組合，并且鋁土巖系厚度較?。▓D4）。

圖4 隴東地區(qū)不同古地貌單元鋁土巖系垂向組合序列Fig.4 Vertical lithologic assemblages of bauxite series in various paleogeomorphic units in the Longdong area

究其原因，認(rèn)為古地貌單元、海平面變化、容積空間和淋濾程度決定了垂向巖性組合的差異。在巖溶高地，以垂向滲流為主的巖溶潛坑發(fā)育，強(qiáng)烈的巖溶作用造成下伏碳酸鹽巖形成較大的沉積空間，因此鋁土巖系沉積厚度較大。海平面下降時(shí)，斜坡帶地勢(shì)較高的區(qū)域沉積的物質(zhì)暴露時(shí)間長、接受淋濾程度高，在漏斗底部有良好的泄水條件，有利于元素遷移后在漏斗區(qū)形成鐵、鋁物質(zhì)富集的豆鮞狀鋁土巖；地勢(shì)較緩的斜坡帶巖溶階地區(qū)，鋁土巖系經(jīng)過二次搬運(yùn)，垂向上具有兩段式特征，頂部發(fā)育煤層。同時(shí)，由于海平面頻繁變化，形成氧化-還原交互出現(xiàn)的環(huán)境，有利于鋁土巖系的元素遷移與交換，使得鋁質(zhì)富集；而長期在海平面之下的洼地區(qū)，原本沉積空間較小且暴露時(shí)間短、淋濾作用弱、富鐵鋁化作用弱，故形成黏土含量高的鋁土質(zhì)泥巖且上部會(huì)形成灰?guī)r、煤等巖性組合。

2.3 鋁土巖系剖面及平面分布規(guī)律

太原組沉積時(shí)的構(gòu)造作用、氣候條件等在研究區(qū)各地沒有明顯差異，因此，鋁土巖系厚度及發(fā)育程度差異可能是由微古地貌和淋濾程度不同造成的［32］。

在隴東地區(qū)，鋁土巖系是沉積型的，主要分布于巖溶負(fù)地形中。通過研究認(rèn)為，研究區(qū)鋁土巖系發(fā)育程度主要受古地貌和沉積相帶的控制，且厚度橫向變化很大［33］。研究區(qū)發(fā)育巖溶高地、巖溶斜坡帶和巖溶洼地3 種古地貌單元。通過不同古地貌單元的連井剖面可以看出（圖5）：巖溶高地（除巖溶潛坑外）不發(fā)育Al2O3含量較高的鋁土巖系，偶見鋁土質(zhì)泥巖和泥質(zhì)鋁土巖發(fā)育；巖溶斜坡帶鋁土巖普遍較發(fā)育且厚度大；巖溶洼地不發(fā)育鋁土巖。這說明在巖溶高地，雖可接受強(qiáng)烈的淋濾作用，但前期未形成具有足夠容積空間的地形，且溶蝕作用弱，大部分富鋁膠體經(jīng)受風(fēng)化剝蝕未保存下來。而在斜坡帶，會(huì)形成巖溶漏斗、天坑和溶坑等有利于鋁土巖沉積的地形，風(fēng)化淋濾作用使得沉積在有利地形中的含鋁膠體更易形成鋁土巖系。

圖5 隴東地區(qū)太原組鋁土巖系連井剖面Fig.5 Cross well correlation of the bauxite series in the Taiyuan Formation， Longdong area

通過測(cè)井分析及巖心觀察認(rèn)為，研究區(qū)鋁土巖系縱向通常具有3層結(jié)構(gòu)：下段為鋁土質(zhì)角礫巖和泥巖，中段為碎屑狀、豆鮞狀和土狀鋁土巖，上段為炭質(zhì)泥巖和紋層狀鋁土質(zhì)泥巖（圖6）。中段的鋁土巖層溶孔最為發(fā)育，其中土狀鋁土巖儲(chǔ)層條件最好，認(rèn)為是準(zhǔn)同生期和暴露期強(qiáng)烈淋濾作用形成的。底部鋁土質(zhì)角礫排除碎屑遠(yuǎn)距離搬運(yùn)的可能，是風(fēng)化剝蝕后原地堆積并被改造而成［34］。

圖6 鄂爾多斯盆地隴東地區(qū)L58井太原組鋁土巖系結(jié)構(gòu)特征巖心照片F(xiàn)ig.6 Textural characteristics of the bauxite series in well L58 in the Taiyuan Formation， Longdong area， Ordos Basin

借助地震資料對(duì)太原組沉積前的古地貌進(jìn)一步劃分，細(xì)分出高地潛坑、斜坡帶漏斗和洼地等微古地貌單元。據(jù)此，將單井縱向結(jié)構(gòu)模式圖疊加在古地貌圖中，認(rèn)為古地貌單元對(duì)鋁土巖的分布具有控制作用［35］。以L58井發(fā)育完整三段式（下段角礫巖+鋁土質(zhì)泥巖，中段鋁土巖，上段炭質(zhì)泥巖+泥質(zhì)鋁土巖）結(jié)構(gòu)為參考，對(duì)比區(qū)內(nèi)單井結(jié)構(gòu)，初步認(rèn)為：①下段式：3個(gè)古地貌單元都有分布，分布較為廣泛。②中+下兩段式：主要分布在高地區(qū)，局部在斜坡區(qū)發(fā)育。高地會(huì)形成有利于含鋁物質(zhì)沉積的溶洞、潛坑等空間，但后期由于淋濾條件弱等因素，很難形成物性較好的中段鋁土巖。③三段式：目前僅在L58井可見（圖7），該井處于斜坡帶與高地的過渡區(qū)，容積空間大、原始含鋁物質(zhì)充分、淋濾條件好等一系列條件形成了完整序列。鋁土巖系中段的物性、含氣性均好于上、下兩段，是最理想的優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層段［36］。

圖7 隴東地區(qū)太原組不同古地貌單元鋁土巖系縱向巖性組合分布Fig.7 Distribution of vertical lithologic assemblages of bauxite series in various paleogeomorphic units of the Taiyuan Formation，Longdong area

2.4 鋁土巖系形成過程及模式

上述研究成果表明，含鋁巖系的分布和厚度受沉積古地貌控制，同時(shí)古地貌也反映了暴露淋濾的范圍，后期淋濾作用控制了鋁土巖系儲(chǔ)層品質(zhì)［37］，在此基礎(chǔ)上建立了隴東地區(qū)鋁土巖系形成模式（圖8）。

圖8 鄂爾多斯盆地隴東地區(qū)太原組鋁土巖系沉積演化模式Fig.8 Sedimentary evolutionary model of the bauxite series in the Taiyuan Formation， Longdong area， Ordos Basin

晚石炭世表生期經(jīng)歷140 Myr 風(fēng)化作用，下古生界頂部形成鈣紅土殘積物，成分以黏土礦物為主，它們是形成鋁土巖的早期母巖物質(zhì)，同時(shí)古隆起區(qū)剝蝕形成潛坑、階地和洼地等古地貌。

早二疊世冰期-間冰期引起了盆地內(nèi)大規(guī)模的海進(jìn)—海退，在鈣紅土富集區(qū)淋濾作用使得大量元素遷移形成含鋁物質(zhì)。在高水位期，鈣紅土等物質(zhì)繼續(xù)向海灣方向搬運(yùn)；在低水位期，出現(xiàn)準(zhǔn)同生期的淋濾作用，鈣紅土物質(zhì)形成含鋁物質(zhì)。

早二疊世末期，在海侵、地表水及懸浮作用下碎屑及膠體在負(fù)地形區(qū)聚集，已經(jīng)形成的含鋁膠體再一次經(jīng)歷風(fēng)化淋濾作用，形成鋁土巖系。最終潛坑部位的鋁土巖系沉積厚度大、淋濾時(shí)間久，富Al膠體顆粒中的的Si和Fe濾失程度高，形成規(guī)模較大、物性較好的鋁土巖系；階地鋁土巖膠體顆粒Fe濾失程度低，形成鐵質(zhì)鋁土巖；局限海灣洼地長期處于海平面之下，主要形成鋁土質(zhì)黏土巖［38-39］。

因此，盡管隴東地區(qū)太原組含鋁巖系均有富集，但是Al2O3含量高，鋁/硅比大的優(yōu)質(zhì)鋁土巖系主要發(fā)育在斜坡帶。尤其是巖溶漏斗發(fā)育的位置，鋁土巖系物性好且厚度大。

3 鋁土巖系儲(chǔ)層分布規(guī)律

3.1 鋁土巖系儲(chǔ)層特征

隴東地區(qū)鋁土巖系儲(chǔ)層物性數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表明，儲(chǔ)層孔洞發(fā)育，孔隙度介于8.0 %～26.3 %，其中大于16.0 %的占比63.2 %，滲透率在（0.1～20.0）×10-3μm2，大于1.0 × 10-3μm2的占比58.6 %，孔、滲性能較好。根據(jù)L47 井、L58 井和C3-17-22 井太原組鋁土巖系鑄體薄片及掃描電鏡照片顯示，孔隙類型多為粒內(nèi)溶孔、基質(zhì)溶孔和殘余格架孔，溶蝕孔內(nèi)次生礦物主體為一水硬鋁石微晶，常見綠泥石和高嶺石，孔縫中常見水鋁石、天青石和銳鈦礦等礦物（圖9）。

圖9 鄂爾多斯盆地隴東地區(qū)太原組鋁土巖系儲(chǔ)層特征顯微照片F(xiàn)ig.9 Reservoir characteristics of the bauxite series in the Taiyuan Formation， Longdong area， Ordos Basin observed under a miscroscope

3.2 鋁土巖系優(yōu)勢(shì)儲(chǔ)層發(fā)育主控因素

目前，鋁土巖系儲(chǔ)層物性與巖性密切相關(guān)，物性發(fā)育段主要是較純的鋁土巖段［40］。因此，物源對(duì)鋁土巖優(yōu)勢(shì)儲(chǔ)層的形成具有明顯的控制作用：當(dāng)物源區(qū)缺少原生鋁土巖時(shí)，風(fēng)化剝蝕后的鋁土巖屑不足以支撐沉積區(qū)發(fā)育較純的鋁土巖；當(dāng)物源供應(yīng)較充足時(shí)，強(qiáng)水動(dòng)力條件對(duì)鋁土巖優(yōu)勢(shì)儲(chǔ)層的形成也具有明顯的控制作用；最后，由于鋁土巖儲(chǔ)層的儲(chǔ)集空間主要是各種溶孔，因此強(qiáng)溶蝕作用也是鋁土巖優(yōu)勢(shì)儲(chǔ)層形成的主控因素之一，在弱溶蝕的情況下，鋁土巖中的硬水鋁石易發(fā)生高嶺石化，對(duì)儲(chǔ)層物性的改善作用不明顯［41-42］。

3.3 鋁土巖系優(yōu)勢(shì)儲(chǔ)層分布規(guī)律

3.3.1 古地貌

前期研究已明確，不整合面上的古地貌對(duì)鋁土巖系的分布具有明顯的控制作用。巖溶高地中的巖溶漏斗、潛坑以及巖溶斜坡帶是鋁土巖系的有利分布區(qū)。借助地震和測(cè)、錄井等資料，開展鄂爾多斯盆地慶城—合水三維地震連片解釋，精細(xì)刻畫太原期古地貌與微古地貌（圖10），自西南向東北古地貌分為高地—斜坡—洼地。可以看出，巖溶洼地形態(tài)與鋁土巖系的厚度和儲(chǔ)層質(zhì)量相關(guān)，巖溶洼地越深，鋁土巖系的厚度越大，鋁土巖系優(yōu)勢(shì)儲(chǔ)層越發(fā)育。分析認(rèn)為，巖溶漏斗處具有良好的泄水條件，不僅增強(qiáng)了風(fēng)化淋濾作用的強(qiáng)度，也影響沉積時(shí)的可容納空間，進(jìn)而影響沉積厚度，所以，鋁土巖系厚度的變化和巖性序列的差異與古巖溶引起的微環(huán)境密切相關(guān)。

圖10 鄂爾多斯盆地慶城—合水三維地震工區(qū)太原期微古地貌Fig.10 Micro-paleogeomorphological map of the 3D seismic acreage in Qingcheng-Heshui， Ordos Basin during the deposition of the Taiyuan Formation

在隴東地區(qū)，鋁土巖系主要分布于巖溶負(fù)地形中。由此可見，太原組沉積前的古地貌對(duì)鋁土巖系的分布具有明顯的控制作用。然而，由于古地貌平面變化大、地震資料分辨率精度有限等因素，該古地貌與鋁土巖、鋁土巖+泥質(zhì)鋁土巖的厚度的相關(guān)性較差，因而對(duì)鋁土巖系優(yōu)勢(shì)儲(chǔ)層的分布預(yù)測(cè)不夠精準(zhǔn)。這說明，除了需精細(xì)刻畫古地貌外，還需多維度考慮鋁土巖系優(yōu)勢(shì)儲(chǔ)層發(fā)育的控制因素。

3.3.2 泄水通道

巖溶作用與水循環(huán)密不可分，可溶性的礦物溶解、巖溶古地貌形態(tài)的形成均需要水的參與，而具備良好的泄水條件，也是鋁土巖系優(yōu)勢(shì)儲(chǔ)層形成的一個(gè)關(guān)鍵因素。

通過野外露頭觀察，在沉積厚度大且孔洞發(fā)育的鋁土巖系的巖溶漏斗下方存在泄水通道（圖11）。巖溶漏斗和巖溶洼陷處覆蓋層強(qiáng)烈的風(fēng)化淋濾作用和碳酸鹽巖強(qiáng)烈的巖溶作用，造成體積虧損較大，必然會(huì)產(chǎn)生較大的沉降［43-45］，在海平面上升時(shí)，具有較大的可容納空間，沉積了較厚的沉積物。在巖溶漏斗中，泄水條件良好，可以有效地促進(jìn)鋁土巖系原巖中可溶礦物的溶解，并促使硬水鋁石富集。

圖11 河南焦作鞏義鋁土巖系剖面Fig.11 Profile of the bauxite series in Gongyi， Jiaozuo， Henan Province

4 結(jié)論

1） 構(gòu)造背景及全巖Zr 和Nb 元素巖-源對(duì)比分析結(jié)果證實(shí)，鄂爾多斯盆地西南部隴東地區(qū)原地風(fēng)化的下古生界碳酸鹽巖為鋁土巖系主要物質(zhì)來源。其中鋁土巖主要源自馬家溝組，泥質(zhì)巖主要源自寒武系。

2） 高溫多雨的熱帶輻合帶氣候?qū)︿X土巖的形成十分有利。隴東地區(qū)鋁土巖系形成過程經(jīng)歷一個(gè)海侵—海退旋回，其中鋁土巖系主要形成于海退背景的海-陸過渡相。

3） 太原期縱向上形成了3 種巖性組合序列，分別為鋁土巖系+炭質(zhì)泥巖、鋁土巖系+煤+碎屑巖及鋁土巖系+灰?guī)r，反映了不同的風(fēng)化殼形成的古地貌部位，其中斜坡帶具有較大的容積空間以及良好的淋濾作用條件，形成了厚度大、物性好的鋁土巖系。

4） 隴東地區(qū)土狀、豆鮞狀鋁土巖系為含鋁膠體在準(zhǔn)同生和暴露期淋濾形成。在洼地，由于沒有經(jīng)過淋濾作用，形成鋁土質(zhì)黏土巖。優(yōu)質(zhì)鋁土巖系主要發(fā)育在斜坡帶，尤其是巖溶漏斗發(fā)育的位置。

5） 物源對(duì)鋁土巖優(yōu)勢(shì)儲(chǔ)層的形成具有明顯的控制作用。巖溶負(fù)地形控制鋁土巖系沉積厚度，但優(yōu)勢(shì)儲(chǔ)層的發(fā)育還受裂縫及斷裂發(fā)育程度、泄水通道、古地貌形態(tài)等綜合因素的影響。高地潛坑和斜坡漏斗是最有利于優(yōu)勢(shì)儲(chǔ)層沉積發(fā)育的微古地貌單元。